大地测量学基础15控制.ppt
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1、南京工业大学测绘学院,1,第五章 高程控制测量,5.1国家高程基准 5.1.1高程基准面 高程基准面就是地面点高程的统一起算 面,由于大地水准面所形成的体形大地 体是与整个地球最为接近的体形,因此通常 采用大地水准面作为高程基准面。,南京工业大学测绘学院,2,但是可以在海洋近岸的一点处竖立水位标尺,成年累月地观测海水面的水位升降,根据长期观测的结果可以求出该点处海洋水面的平均位置,人们假定大地水准面就是通过这点处实测的平均海水面。 根据基本验潮站应具备的条件,1957年确定青岛验潮站为我国基本验潮站。 “1956年黄海高程系统”:1950年至1956年7年间青岛验潮站的潮汐资料推求的平均海水面
2、作为我国的高程基准面。 ,南京工业大学测绘学院,3,“1985国家高程基准”:根据青岛验潮站 19521979年中取19年的验潮资料计算确定,并从1988年1月1日开始启用。,南京工业大学测绘学院,4,5.1.2 水准原点 为了长期、牢固地表示出 高程基准面的位置,作为 传递高程的起算点,必须 建立稳固的水准原点,用 精密水准测量方法将它与 验潮站的水准标尺进行联 测,以高程基准面为零推 求水准原点的高程。,南京工业大学测绘学院,5,“1956年黄海高程系统”中,我国水准原点的高程为72.289m ; 在“1985国家高程基准”系统中,我国水准原点的高程为72.260m。 地面上的点相对于高程
3、基准面的高度,通常称为绝对高程或海拔高程,也简称为标高或高程。海洋的深度也是相对于高程基准面而言的,例如太平洋的平均深度为4000m,就是说在高程基准面以下4000m。,南京工业大学测绘学院,6,5.2 国家高程控制网的布设原则 国家高程控制网布设的目的和任务有两 个:一是在全国领土上建立统一的高程控制 网,为地形测图和各项建设提供必要的高程 控制基础;二是为地壳垂直运动、平均海面 倾斜及其变化和大地水准面形状等地球科学 研究提供精确的高程数据。,南京工业大学测绘学院,7,5.2.1 从高到低、逐级控制 一等水准测量是国家高程控制网的骨干,同 时也为相关地球科学研究提供高程数据;二 等水准测量
4、是国家高程控制网的全面基础; 三、四等水准测量是直接为地形测图和其他 工程建设提供高程控制点。,南京工业大学测绘学院,8,5.2.2 水准点满足一定的密度,南京工业大学测绘学院,9,5.2.3 水准测量达到足够的精度 各等级水准测量的精度,是用每公里高差 中数的偶然中误差 和每公里高差中数的全中 误差来表示的。,南京工业大学测绘学院,10,5.2.4 一等水准网应定期复测 我国的水准测量分为四等,各等级水准测量路线必须自行闭合或闭合于高等级的水准路线上,与其构成环形或附合路线,以便控制水准测量系统误差的积累和便于在高等级的水准环中布设低等级的水准路线。 一等闭合环线周长,在平原和丘陵地区为1
5、0001 500km,一般山区为2 000km左右。 二等闭合环线周长,在平原地区为500750km,山区一般不超过1 000km。,南京工业大学测绘学院,11,三、四等水准在一、二等水准环中加密,根据高等级水准环的大小和实际需要布设,其中环线周长、附合路线长度和结点间路线长度,三等水准分别为200km、150km和70km;四等分别为100km、80km和30km。 5.2.5水准路线的设计、选点和埋石 1 技术设计 技术设计是根据任务要求和测区情况,在 小比例尺地图上,拟定最合理的水准网或水 准路线的布设方案。,南京工业大学测绘学院,12,一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不 太繁忙的交通
6、路线布设,二等水准路线尽量 沿公路、大河及河流布设,沿线交通较为方 便。水准路线应避开土质松软的地段和磁场 甚强的地段,并应尽量避免通过大的河流、 湖泊、沼泽与峡谷等障碍物。,南京工业大学测绘学院,13,2 选 点 图上设计完成后,须进行实地选线,其目的 在于使设计方案能符合实际情况,以确定切 实可行的水准路线和水准点的具体位置。选 定水准点时,必须能保证点位地基稳定、安 全僻静,并利于标石长期保存与观测使用。 水准点应尽可能选在路线附近的机关、学 校、公园内。不宜在易于淹没和土质松软的 地域埋设水准标石,也不宜在易受震动和地 势隐蔽而不易观测的地方埋石。,南京工业大学测绘学院,14,水准点点
7、位选定后,应填绘点之记,绘制水准路线图及结点接测图。 3 埋 石 按用途区分,水准标石有基岩水准标石、 基本水准标石和普通水准标石三种类型。 各类水准标石的制作材料和埋设规格及其 埋设方法等,在国家一、二等水准测量规 范都有具体的规定和说明。,南京工业大学测绘学院,15,我国国家水准网的布设,按照布测目的、 完成年代、采用技术标准和高程基准等,基 本上可分为三期: 第一期主要是1976年以前完成的,以1956年黄海高程基准起算的各等级水准网; 第二期主要是1976年至1990年完成的,以“1985国家高程基准”起算的国家一、二等水准网; 第三期是1990年以后进行的国家一等水准网的复测和局部地
8、区二等水准网的复测,现已完成外业观测和内业平差计算工作,成果已提供使用。,南京工业大学测绘学院,16,5.3 精密水准仪和水准尺 气泡式的精密水准仪、自动安平的精密水 准仪、数字水准仪以及相应的因瓦合金水准 尺 1、WildN3精密水准仪简介: 望远镜物镜的有效孔径为50mm,放大倍率 为40倍,管状水准器格值为10/2mm。N3精 密水准仪与分格值为10mm的精密因瓦水准标 尺配套使用,标尺的基辅差为301.55cm。在 望远镜目镜的左边上下有两个小目镜,它们 是符合气泡观察目镜和测微器读数目镜,南京工业大学测绘学院,17,主要特征:倾斜螺旋,平行玻璃板测微器,1望远镜目镜 2水准气泡反光镜
9、 3倾斜螺旋 4调焦螺旋 5平行玻璃板测微螺旋 6平行玻璃板旋转轴 7水平微动螺旋 8水平制动螺旋 9脚螺旋 10脚架,南京工业大学测绘学院,18,转动倾斜螺旋,使符合气 泡观察目镜的水准气泡 两端符合,则视线精确水 平,此时可转动测微螺 旋使望远镜目镜中看到的 楔形丝夹准水准标尺上的 148分划线,也就是使148 分划线平分楔角,再在 测微器目镜中读出测微 器读数653(即6.53mm), 故水平视线在水准标 尺上的全部读数为 148.653cm。,南京工业大学测绘学院,19,2.自动安平水准仪简介,1测微器 2圆水准器 3脚螺旋; 4保护玻璃 5调焦螺旋 6制动扳把 7微动螺旋 8望远镜目
10、镜 9水平度盘读数目镜,南京工业大学测绘学院,20,光学补偿器 光学补偿器6是一块等 腰直角棱镜,用弹性 薄簧片悬挂形成重力 摆,以摆轴为中心可 以自由摆动,在重力 作用下,最后静止在 与重力方向一致的位 置上 。,南京工业大学测绘学院,21,3.电子数字水准仪简介 主要特征:由传感器识别条形码水准标尺上的条形码分划,经信息转换处理获取观测值,并以数字形式显示或存储在计算机内。,南京工业大学测绘学院,22,观测时,经自动调焦和自动置平后,水 准标尺条形码分划影像射到分光镜上,并将 其分为两部分:其一是可见光,通过十字丝 和目镜,供照准用;其二是红外光射向探测 器,它将望远镜接收到的光图像信息转
11、换成 电影像信号,并传输给信息处理机,与机内 原有的关于水准标尺的条形码本源信息进行 相关处理,从而得出水准标尺上水平视线的 读数。,南京工业大学测绘学院,23,4.精密水准仪和水准尺的主要特点 精密水准仪的主要特点 高质量的望远镜光学系统 坚固稳定的仪器结构 高精度的测微器装置 高灵敏的管水准器 高性能的补偿器装置,南京工业大学测绘学院,24,精密水准尺的主要特点 当空气的温度和湿度发生变化时,水准标尺分划间的长度必须保持稳定; 水准标尺的分划必须十分正确与精密,分划的偶然误差和系统误差都应很小; 水准标尺在构造上应保证全长笔直,并且尺身不易发生长度和弯扭等变形 ; 在精密水准标尺的尺身上应
12、附有圆水准器装置,作业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置;,南京工业大学测绘学院,25,5.4 精密水准仪和水准尺的检验,5.4.1.精密水准仪的检验 按水准规范规定,作业前应检验的项目为: (1)水准仪的检视; (2)概略水准器(圆水准器)的检验; (3)光学测微器隙动差和分划值的测定; (4)水泡式水准仪交叉误差的检验; (5)i角检验; (6)双摆位自动安平水准仪摆差2C测定。,南京工业大学测绘学院,26,1.光学测微器隙动差和分划值的测定 光学测微器是精确测定小于水准尺上分划 间隔尾数的设备,测微器本身效用是否正确, 测微器分划尺的分划值是否正确都会直接影 响到读数的精度,因此作业前
13、应进行此项检 验和测定。 测微器分划值测定基本思想是:利用一根 分划值经过精密检定的特制分划尺和测微器 分划尺进行比较求得。将特制分划尺竖立在 与仪器同高的一定距离处,旋转测微螺旋,,南京工业大学测绘学院,27,使楔形丝先后对准特制分划尺上两相邻 的分划线,这是测微器分划尺移动了L 格。现设特制分划尺上两相邻的分划线 间隔为d,测微器分划尺一个分格的格 值为g,则: 特制分划尺上分划线宽度约为1mm, 分划线间隔为8mm或4mm,每一分划线依 次编号。,南京工业大学测绘学院,28,一测回的具体操作步骤为: (1)整置仪器,对准水准尺,使用微倾螺旋 使水准器泡影象精密符合,在一测回中应严 格保持
14、微倾螺旋的位置不变。 (2)旋转测微螺旋,使测微器读数在10小格 附近,指挥扶尺者将特制分划尺作上下移 动,直到特制分划尺上某一分划线被楔形丝 平分,然后将特制分划尺固定,并在一测回 中保持此位置不变。 (3)进行往测,旋进测微螺旋用楔形丝先后,南京工业大学测绘学院,29,夹准特制分划尺上两相邻的分划线,读取并 记录分划线编号和相应的测微器读数。 (4)进行返测:返测应在往测结束后立即进 行。按相反的次序旋出测微螺旋使楔形丝夹 准返测时所用的两相邻分划线,读取并记录 分划线编号和相应的测微器读数。 每完成两测回后,应将特制分划尺稍加移 动或变更仪器高,以使每两测回各观测特制 分划尺上不同的分划
15、间隔,从而减弱特制分 划尺分划线的系统误差影响。,南京工业大学测绘学院,30,由各观测组所测定的格值取平均值作为测 微器分划尺的实测格值,按水准规范规定,实 测格值与名义格值之差,即微器分划线偏差应 小于0.001mm,否则应送厂修理。 光学测微器隙动差的测定,主要是比较旋 进和旋出测微螺旋,照准同一个分划线时测 微器分划尺上的读数之差。如果读数差 超 过2格时,表明测微器效用不正确,为了避免 这种误差的影响,一般规定在作业时只采用 旋进测微螺旋进行读数, 过大时应送厂修 理。,南京工业大学测绘学院,31,2.视准轴与水准轴相互关系的检验与校正 角误差的检验与校正,南京工业大学测绘学院,32,
16、如不顾及其它误差的影响,则 式中 和 是仪器存在 角 误差时,分别在 和 测得 、 两 点间的观测高差,以 和 表示,则:,南京工业大学测绘学院,33,由图可知: 故: 水准规范规定:用于精密水准测量的仪 器,如果 角大于 ,则需要进行校正。 校正在 点上进行,先求出 上水准尺的 正确读数,南京工业大学测绘学院,34,先转动测微螺旋,使测微器读数为 的毫 米读数,再转动微倾螺旋,使楔形丝夹准 的厘米分划,此时水准器气泡影象分离,但 视线已水平,只要转动水准器校正螺丝,将 分离的气泡影象符合,说明水准轴也已水平 校正时先稍松开左右两个校正螺丝,在校 上下两个校正螺丝使气泡两端影象恢复符合 为止,
17、然后检查另一点( )上水准尺的 读数是否正确(其正确读数为 ) 否则还应反复进行检查校正。最后稍紧左右 两个校正螺丝,校正结束。,南京工业大学测绘学院,35,气泡式水准仪交叉误差的测定 水准仪经过 角的检校,视准轴和水准轴在 垂直面上的投影已保持平行关系(严格讲, 只能说基本平行)但还不能保持在水平面上 的投影也保持平行关系,也就是说,存在交 叉误差。检验步骤如下: (1)将仪器置于距水准尺约50m处,并使 其中两个脚螺旋在望远镜照准标尺的垂直方 向上。,南京工业大学测绘学院,36,(2)将仪器整平,旋转倾斜螺旋使气泡精密 符合。用测微螺旋使楔形丝夹准水准标尺上 的一条分划线,并记录水准标尺和
18、测微器分 划尺上读数。在整个检验过程中须保持水准 标尺和测微器分划尺上读数不变,也就是在 检验过程中应保持视准轴方向不变。,1,3,2,南京工业大学测绘学院,37,(3)将照准方向一侧的脚螺旋1升高两周,为了 不改变视准轴方向,应将另一侧的脚螺旋2作等量 降低,保持楔形丝仍夹准水准标尺上原来的分划 线。此时仪器垂直轴倾斜,注意观察并记录水准 器泡的偏离方向和大小。 (4)旋转脚螺旋1,2回到原来位置,使楔形丝夹 准水准标尺上原来分划线的条件下,水准器泡两 端恢复符合的位置。 (5)将脚螺旋2升高两周,脚螺旋1作等量降低楔 形丝仍夹准水准标尺上原来的分划线,此时仪器 相对于步骤(3)向另一侧倾斜
19、。注意观察并记录 水准器泡的偏离方向和大小。,南京工业大学测绘学院,38,根据仪器先后两侧倾斜时水准器泡的 偏移方向和大小来判断视准轴和水准轴 的相互关系。可能出现下列不同情况: (1)当垂直轴向两侧倾斜时,水准器 泡的影象仍保持符合,则仪器不存在 角误差和交叉误差; (2)若气泡同向等量偏移,则仅有 角误差,而没有交叉误差;,南京工业大学测绘学院,39,(3)若气泡同向偏移但偏移量不等, 则 角误差大于交叉误差; (4)若气泡异向偏移且偏移量不等, 则交叉误差大于 角误差; (5)若气泡异向等量偏移,则仅有交 叉误差,而没有 角误差。 根据上面的分析,当垂直轴向两侧倾 斜时,水准器泡有异向偏
20、移情况,则有 交叉误差存在,水准规范规定偏移量大于,南京工业大学测绘学院,40,2mm时,须进行交叉误差的检校。 校正的方法是:先将水准器侧方的一个改 正螺丝松开,再拧紧另一侧改正螺丝,使水 准器泡向左右移动,直至气泡影象符合为 止。 必须指出的是:当同时存在交叉误差和 角误差时,为了便于校正交叉误差,应先将 角误差校正好。,南京工业大学测绘学院,41,3.调焦透镜运行正确性的测定 布置如下场地:,0,1,3,2,5,4,10m,20m,30m,40m,50m,30m,南京工业大学测绘学院,42,选择平坦场地,以 为圆心作半径为30m 的圆弧,在圆弧上依次布设0,1,2,3,4,5号点,并使各
21、点至0点的弦长分别为 10m,20m,30m,40m,50m。在各点 打入尺桩,装顶钉上铆钉,以便于立尺,如 上图。 观测方法: (1)在 整置水准仪,观测各点以求取 各点对于0点的高差。先进行往测,即按0, 1,2,3,4,5的顺序对各点上的同一水,南京工业大学测绘学院,43,准尺精密照准并读数。再依相反的顺序照准 各点进行返测。往返构成一测回。要求观测4 测回,各测回间应用脚螺旋变更仪器高。观 测前仔细调焦,4测回中不能变动焦距。 (2)在0点上整置仪器,按1,2,3,4,5 的顺序对各点上的同一水准标尺照准并读 数。由于照准各点的视距不等,每次都要仔 细调焦,再依相反的顺序照准各点进行返
22、 测,往返构成一测回。也要求观测4测回,各 测回间应用脚螺旋变更仪器高。,南京工业大学测绘学院,44,计算方法: (1)计算各点(1,2,3,4,5)对于0点的高差 式中 和 是仪器在 点时照准0点 和其余各点4测回读数(共8个读数)的中数。 (2)计算0点的视线高度 根据各点(1,2,3,4,5)的读数可以 计算视线的高度,南京工业大学测绘学院,45,有图可知: 式中 为仪器在0点时,照准各点4测回 读数(共8个读数)的中数。 (3)计算0点仪器视线的平均高度 ,并看 作是最可靠的视线高度:,南京工业大学测绘学院,46,如果调焦时,视准轴方向保持不变且与水 平轴平行,则: 如果视准轴与水准轴
23、不平行,而存在 角 误差,则各 与 不等,其差数 如果调焦透镜运行正确,则差数 将有两部 分组成:一是 角的影响,当距离为 时,其误差为 或 ,另一部分是观 测误差和其他误差的影响,其误差设为 , 于是对各点可列出下列误差方程式,南京工业大学测绘学院,47,式中: 和 均为已知值, 和 为未 知数。按测量平差基础理论由上式组成法方 程式,南京工业大学测绘学院,48,根据 的定义,可知 由上式解得,南京工业大学测绘学院,49,将求得的 和 代入各方程式,得 而 就是调焦透镜运行不正确而产 生的误差影响,由此得: 国家水准测量规范规定:用于一、二等水 准测量的仪器,任一 值都应小于0.5mm; 用
24、于三、四等水准测量的仪器应小于1mm。,南京工业大学测绘学院,50,5.4.2.精密水准标尺的检验 按水准规范规定,作业前应检验的项目为: (1)水准标尺的检视; (2)标尺上圆水准器的检校; (3)标尺分划面弯曲差的测定; (4)标尺名义米长及分划偶然误差的测定; (5)标尺尺带拉力的测定; (6)一对水准标尺零点不等差基辅分划读数差的测定。,南京工业大学测绘学院,51,1.水准标尺上圆水准器安置正确性的检校 在距水准标尺50m处安置仪器,置平后用垂 直丝对准水准标尺的边缘,并指挥水准标尺作 左右摇摆,直到水准标尺的边缘与仪器的垂直 丝重合,如果圆水准器泡有左右偏离情况,可 校正圆水准器底部
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