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水准测量高程计算方法

时间:2022-10-18 百科知识 版权反馈
【摘要】:平面控制测量确定控制点的平面坐标,高程控制测量确定控制点的高程。控制测量起到控制全局和限制误差积累的作用,为各项具体测量工作和科学研究提供依据。在传统测量工作中,平面控制通常采用导线测量和交会测量等常规方法建立。控制测量的技术设计主要包括精度指标的确定和控制网的网形设计。控制点的测量成果以标石中心的标志为准,因此标石的埋设、保存至关重要。
控制测量_现代测绘科学技术

7.2.1 控制测量

7.2.1.1 概述

控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。平面控制测量确定控制点的平面坐标,高程控制测量确定控制点的高程。在传统测量工作中,平面控制网与高程控制网通常分别单独布设。目前,有时候也将两种控制网合起来布设成三维控制网。控制测量起到控制全局和限制误差积累的作用,为各项具体测量工作和科学研究提供依据。

7.2.1.2 平面控制测量

在传统测量工作中,平面控制通常采用导线测量和交会测量等常规方法建立。必要时,还要进行天文测量。目前,全球定位系统GPS已成为建立平面控制网的主要方法。

1.导线测量

将控制点用直线连接起来形成折线,称为导线,这些控制点称为导线点,点间的折线边称为导线边,相邻导线边之间的夹角称为转折角(又称导线折角,导线角)。另外,与坐标方位角已知的导线边(称为定向边)相连接的转折角,称为连接角(又称定向角)。通过观测导线边的边长和转折角,根据起算数据经计算而获得的导线点的平面坐标,即为导线测量。导线测量布设简单、每点仅需与前、后两点通视,选点方便,特别是在隐蔽地区和建筑物多而通视困难的城市,应用起来方便灵活。

2.交会测量

交会测量是加密控制点常用的方法,它可以在数个已知控制点上设站,分别向待定点观测方向或距离,也可以在待定点上设站向数个已知控制点观测方向或距离,而后计算待定点的坐标。常用的交会测量方法有前方交会、后方交会、测边交会和自由设站。

(1)前方交会。前方交会即在已知控制点上设站观测水平角,根据已知点坐标和观测角值,计算待定点坐标的一种控制测量方法。

(2)后方交会。仅在待定点设站,向三个已知控制点观测两个水平夹角α、β,从而计算待定点的坐标,称为后方交会。

(3)测边交会。交会测量中,除了观测水平角外,也可测量边长交会定点,通常采用三边交会法。

(4)自由设站。自由设站就是在待定控制点上设站,向多个已知控制点观测方向和距离,并按间接平差方法计算待定点坐标的一种控制测量方法。间接平差以待定点的坐标平差值作为未知参数,根据方向观测值和边长观测值建立方向误差方程式和边长误差方程式,然后按最小二乘原理计算待定点坐标平差值。

7.2.1.3 高程控制测量

高程控制主要通过水准测量方法建立,而在地形起伏大、直接利用水准测量较困难的地区建立低精度的高程控制网,以及图根高程控制网,可采用三角高程测量方法建立。

在全国范围内采用水准测量方法建立的高程控制网,称为国家水准网。国家水准网遵循从整体到局部、由高级到低级、逐级控制、逐级加密的原则分四个等级布设,各等级水准网一般要求自身构成闭合环线或闭合于高一级水准路线上构成环形。国家一、二等水准网采用精密水准测量建立,是研究地球形状和大小、海洋平均海水面变化的重要资料,同时根据重复测量的结果,可以研究地壳的垂直形变规律,是地震预报的重要数据。国家三、四等水准网直接为地形测图和工程建设提供高程控制点。

在国家水准测量的基础上,城市高程控制测量分为二、三、四等,根据城市范围的大小,城市首级高程控制网可布设成二等或三等水准网,用三等或四等水准网作进一步加密,在四等以下再布设直接为测绘大比例尺地形图用的图根水准网。城市各等级水准测量的主要技术要求如表7-2-1所示。

在小区域范围内建立高程控制网,应根据测区面积大小和工程要求,采用分级建立的方法。一般情况下,是以国家或城市等级水准点为基础,在整个测区建立三、四等水准网或水准路线,用图根水准测量或三角高程测量测定图根点的高程。

表7-2-1 城市各等级水准测量主要技术要求

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续表

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注:表中R为测段长度,单位为km;L为附合路线或环线的长度,单位为km。

7.2.1.4 控制测量的一般作业步骤

控制测量作业包括技术设计、实地选点、标石埋设、观测和平差计算等主要步骤。在常规的高等级平面控制测量中,当某些方向受到地形条件限制不能使相邻控制点间直接通视时,需要在控制点上建造测标。采用GPS定位技术建立平面控制网,由于不要求相邻控制点间通视,因此不需要建立测标。

控制测量的技术设计主要包括精度指标的确定和控制网的网形设计。在实际工作中,控制网的等级和精度标准应根据测区大小和控制网的用途来确定。当测区范围较大时,为了既能使控制网形成一个整体,又能相互独立地进行工作,必须采用“从整体到局部,分级布网,逐级控制”的布网程序。若测区面积不大,也可布设同级全面网。控制网网形设计是在收集测区的地形图、已有控制点成果及测区的人文、地理、气象、交通、电力等等资料的基础上,进行控制网的图上设计。首先在地形图上标出已有的控制点和测区范围,再根据测量目的对控制网的具体要求,结合地形条件在图上设计出控制网的形式和选定控制点的位置,然后到实地踏勘,判明图上标定的已知点是否与实地相符,并查明标石是否完好;查看预选的路线和控制点点位是否合适,通视是否良好。如有必要,再作适当的调整并在图上标明。根据图上设计的控制网方案,到实地选点,确定控制点的最适宜位置。控制点点位一般应满足:点位稳定,等级控制点应能长期保存;便于扩展、加密和观测。经选点确定的控制点点位,要进行标石埋设,将它们在地面上固定下来。控制点的测量成果以标石中心的标志为准,因此标石的埋设、保存至关重要。

控制网中控制点的坐标或高程是由起算数据和观测数据经平差计算得到的。控制网中只有一套必要起算数据(三角网中已知一个点的坐标、一条边的边长和一边的坐标方位角;水准网中已知一个点的高程)的控制网称为独立网。如果控制网中多于一套必要起算数据,则这种控制网称为附合网。控制网中的观测数据按控制网的种类不同而不同,有水平角或方向、边长、高差以及三角高程的竖直角或天顶距。观测工作完成后,应对观测数据进行检核,保证观测成果满足要求,然后进行平差计算。对于高等级控制网需进行严密平差计算(由测量平差课程讲述),而低等级的控制网(例如图根控制网)允许采用近似平差计算。

控制测量作业应遵循的测量规范有《国家三角测量和精密导线测量规范》、《国家一、二等水准测量规范》、《国家三、四等水准测量规范》、《城市测量规范》、《工程测量规范》以及《全球定位系统(GPS)测量规范》等。

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