02第二章 高程测量

第二章高程测量第二章高程测量.............................................................................................................................1§2－1高程测量概述...............................................................................................................1§2－2水准测量的原理...........................................................................................................2§2－3水准仪和水准尺...........................................................................................................4一、微倾式水准仪的构造和使用...................................................................................5二、自动安平水准仪的构造和使用.............................................................................11§2－4水准测量的方法.........................................................................................................14一、水准路线的形式.....................................................................................................14二、水准测量的施测方法.............................................................................................14三、水准测量成果的检核.............................................................................................16四、闭合差的分配和高程的计算.................................................................................18§2－5水准仪的检验和校正.................................................................................................19一、微倾式水准仪的检验和校正.................................................................................19二、自动安平水准仪的检验和校正.............................................................................24§2－6水准测量的误差及其消减方法.................................................................................25一、仪器误差.................................................................................................................25二、观测误差.................................................................................................................25三、外界环境的影响.....................................................................................................26§2－7精密水准仪和精密水准尺.........................................................................................28一、精密水准仪.............................................................................................................28二、因瓦水准尺.............................................................................................................29习题.................................................................................................................................30§2－1高程测量概述高程是确定地面点位置的基本要素之一，所以高程测量是四种基本测量工作之一。高程测量的目的是要获得点的高程，但一般只能直接测得两点间的高差，然后根据其中一点的已知高程推算出另一点的高程。进行高程测量的主要方法有水准测量和三角高程测量。水准测量是利用水平视线来测量两点间的高差。由于水准测量的精度较高，所以是高程测量中最主要的方法。三角高程测量是测量两点间的水平距离或斜距和竖直角(即倾斜角)，然后利用三角公式计算出两点间的高差。三角高程测量一般精度较低，只是在适当的条件下才被采用。除了上述两种方法外，还有利用大气压力的变化，测量高差的气压高程测量；利用液体的物理性质测量高差的液体静力高程测量；以及利用摄影测量的测高等方法，但此方法较少采用。高程测量的任务是求出点的高程，即求出该点到某一基准面的垂直距离。为了建立一个全国统一的高程系统，必须确定一个统一的高程基准面，通常采用大地水准面即平均海水面作为高程基准面。解放后我国采用青岛验潮站1950～1956年观测结果求得的黄海平均海水面作为高程基准面。根据这个基准面得出的高程称为“1956黄海高程系”。为了确定高程基准面的位置，在青岛建立了一个与验潮站相联系的水准原点，并测得其高程为72.289m。水准原点作为全国高程测量的基准点。从1989年起，国家规定采用青岛验潮站1952～1979年的观测资料，计算得出的平均海水面作为新的高程基准面，称为“1985国家高程基准”。根据新的高程基准面，得出青岛水准原点的高程为72.260m。所以在使用已有的高程资料时，应注意到高程基准面的差异。高程测量也是按照“从整体到局部”的原则来进行。就是先在测区内设立一些高程控制点，并精确测出它们的高程，然后根据这些高程控制点测量附近其他点的高程。这些高程控制点称水准点，工程上常用BM来标记、水准点一般用混凝土标石制成，顶部嵌有金属或瓷质的标志(图2－1)。标石应埋在地下，埋设地点应选在地质稳定、便于使用和便于保存的地方。在城镇居民区，也可以采用把金属标志嵌在墙上的“墙脚水准点”。临时性的水准点则可用更简便的方法来设立，例如用刻凿在岩石上的或用油漆标记在建筑物上的简易标志。图2－1§2－2水准测量的原理水准测量是利用水平视线来求得两点的高差。例如图2－2中，为了求出A、B两点的高差ABh，在A、B两个点上竖立带有分划的标尺——水准尺，在A、B两点之间安置可提供水平视线的仪器——水准仪。当视线水平时，在A、B两个点的标尺上分别读得读数a和b，则A、B两点的高差等于两个标尺读数之差。即：bahAB(2－1)如果A为已知高程的点，B为待求高程的点，则B点的高程为：ABABhHH(2－2)读数a是在已知高程点上的水准尺读数，称为“后视读数”；b是在待求高程点上的水准尺读数，称为“前视读数”。高差必须是后视读数减去前视读数。高差ABh的值可能是正，也可能是负，正值表示待求点B高于已知点A，负值表示待求点B低于已知点A。此外，高差的正负号又与测量进行的方向有关，例如图2－2中测量由A向B进行，高差用ABh表示，其值为正；反之由B向A进行，则高差用BAh表示，其值为负。所以说明高差时必须标明高差的正负号，同时要说明测量进行的方向。图2－2当两点相距较远或高差太大时，则可分段连续进行，从图2－3中可得：bahhbahbahbahABnnn222111(2－3)图2－3即两点的高差等于连续各段高差的代数和，也等于后视读数之和减去前视读数之和。通常要同时用h和ba进行计算，用来检核计算是否有误。图2－3中置仪器的点Ⅰ、Ⅱ、…称为测站。立标尺的点1、2、…称为转点，它们在前一测站先作为待求高程的点，然后在下一测站再作为已知高程的点，转点起传递高程的作用。转点非常重要，转点上产生的任何差错，都会影响到以后所有点的高程。从以上可见：水准测量的基本原理是利用水平视线来比较两点的高低，求出两点的高差。当水准测量的目的不是仅仅为了获得两点的高差，而是要求得一系列点的高程，例如测量沿线的地面起伏情况，水准测量可按图2－4进行。此时，水准仪在每一测站上除了要读出后视和前视读数外，同时要对这一测站范围内需要测量高程的点上立尺读取读数，如图中在1P、2P等点上立尺读出1c、2c等读数。则各点的高程可按下列方法计算：图2－4仪器在测站Ⅰ：1aHHAI(2－4)121121bHHcHHcHHIZIPIP(2－5)同法，仪器在测站Ⅱ：21aHHZII243243bHHcHHcHHIIZIIPIIP式中IH、IIH为仪器视线的高程，简称仪器高。图中IZ、IIZ、…为传递高程的转点，在转点上既有前视读数又有后视读数。图中IP、IIP、…等点称中间点，中间点上只有一个前视读数，也称中视读数。计算的检核仍用公式：ABABHHbah§2－3水准仪和水准尺水准仪是进行水准测量的主要仪器，它可以提供水准测量所必需的水平视线。目前通用的水准仪从构造上可分为两大类：即利用水准管来获得水平视线的水准管水准仪，其主要形式称“微倾式水准仪”；另一类是利用补偿器来获得水平视线的“自动安平水准仪”。此外，尚有一种新型水准仪——电子水准仪，它配合条纹编码尺，利用数字化图像处理的方法，可自动显示高程和距离，使水准测量实现了自动化。我国的水准仪系列标准分为DS05、DS1、DS3和DS20四个等级。D是大地测量仪器的代号，S是水准仪的代号，均取大和水两个字汉语拼音的首字母。角码的数字表示仪器的精度。其中DS05和DS1用于精密水准测量，DS3用于一般水准测量，DS20则用于简易水准测量。(a)(b)图2－5水准尺用优质木材或铝合金制成，最常用的形状有杆式和箱式两种(图2－5)，长度分别为3m和5m。箱式尺能伸缩携带方便，但接合处容易产生误差，杆式尺比较坚固可靠。水准尺尺面绘有1cm或5mm黑白相间的分格，米和分米处注有数字，尺底为零。为了便于倒像望远镜读数，注的数字常倒写。双面水准尺是一面为黑色另一面为红色的分划，每