《高程控制測量》課件

高程控制測量高程控制測量是測繪工程的基礎(chǔ)工作之一。它通過建立高程控制網(wǎng)，確定地面點(diǎn)的高程，為其他測量工作提供高程基準(zhǔn)。課程目標(biāo)掌握水準(zhǔn)測量原理和方法理解水準(zhǔn)測量原理，熟悉不同類型的水準(zhǔn)測量方法，例如，幾何水準(zhǔn)測量和三角高程測量。熟練運(yùn)用高程控制測量儀器掌握水準(zhǔn)儀、自動(dòng)水準(zhǔn)儀、GNSS接收機(jī)等常用儀器的操作和使用技巧。掌握高程測量數(shù)據(jù)處理方法了解高程測量誤差來源，掌握數(shù)據(jù)處理方法，確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。了解高程控制測量在工程中的應(yīng)用熟悉高程控制測量在建筑、橋梁、隧道等工程項(xiàng)目中的重要作用。測量基本概念11.高程高程是指地面點(diǎn)相對于大地水準(zhǔn)面的垂直距離。它代表著地表點(diǎn)的高度信息，用于描述地形起伏變化。22.水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面是一個(gè)假想表面，它由靜止的海平面并向大陸延伸，它是一個(gè)等位面，表示所有點(diǎn)具有相同重力勢能。33.高程控制測量高程控制測量是確定地面點(diǎn)高程的測量工作，它是建立高程基準(zhǔn)的重要基礎(chǔ)，為其他測量工作提供高程參考。44.高程基準(zhǔn)高程基準(zhǔn)是用于高程測量的參考面，通常采用大地水準(zhǔn)面或一個(gè)特定水平面，它為測定的高程提供一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)。水準(zhǔn)測量原理1高差測量水準(zhǔn)測量利用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺，精確測量兩點(diǎn)之間的高差。水準(zhǔn)儀使視線水平，水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)直接反映兩點(diǎn)高差。2等高線繪制通過水準(zhǔn)測量獲得一系列點(diǎn)的坐標(biāo)和高程，可以繪制等高線圖，反映地形的起伏變化，為工程建設(shè)和地質(zhì)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3高程控制網(wǎng)水準(zhǔn)測量是建立高程控制網(wǎng)的基礎(chǔ)，通過高程控制網(wǎng)，可以將同一地區(qū)的高程統(tǒng)一起來，保證不同測量結(jié)果之間的一致性。水準(zhǔn)測量分類精密水準(zhǔn)測量精度要求較高，常用于高等級控制網(wǎng)測量，使用精密水準(zhǔn)儀和視準(zhǔn)桿。普通水準(zhǔn)測量精度要求一般，適用于中等級控制網(wǎng)測量，使用普通水準(zhǔn)儀和視準(zhǔn)桿?？焖偎疁?zhǔn)測量主要用于工程測量和地形測量，效率高，精度相對較低，使用快速水準(zhǔn)儀和視準(zhǔn)桿。數(shù)字化水準(zhǔn)測量使用數(shù)字水準(zhǔn)儀和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高，效率和精度均有提升。水準(zhǔn)測量方法水準(zhǔn)測量步驟水準(zhǔn)測量通常需要先建立水準(zhǔn)點(diǎn)，然后使用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測量水準(zhǔn)點(diǎn)高程，最后計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)高程。水準(zhǔn)測量方法分類水準(zhǔn)測量主要分為前方交會(huì)法、后方交會(huì)法和雙向水準(zhǔn)測量法，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法進(jìn)行測量。水準(zhǔn)測量注意事項(xiàng)水準(zhǔn)測量時(shí)要注意儀器校準(zhǔn)、觀測精度、天氣影響等因素，保證測量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。水準(zhǔn)儀和視準(zhǔn)桿水準(zhǔn)儀是高程控制測量中常用的精密儀器，用來測量兩點(diǎn)之間的高差。視準(zhǔn)桿是配合水準(zhǔn)儀使用的輔助工具，用來指示水準(zhǔn)測量時(shí)的目標(biāo)點(diǎn)。水準(zhǔn)儀的主要部件包括望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)管、基座等，視準(zhǔn)桿則由尺身、水準(zhǔn)標(biāo)尺、目標(biāo)鏡等組成。水準(zhǔn)測量誤差分析水準(zhǔn)測量誤差是不可避免的。測量誤差來源包括儀器誤差、觀測誤差和外界環(huán)境影響。儀器誤差主要由儀器本身的精度和使用維護(hù)狀況決定。觀測誤差主要由人為因素導(dǎo)致，包括讀數(shù)誤差、對中誤差等。外界環(huán)境影響主要包括氣溫變化、大氣折射等。儀器誤差觀測誤差環(huán)境影響了解誤差來源可以幫助我們采取措施降低誤差影響，提高測量精度。數(shù)字水準(zhǔn)儀和自動(dòng)水準(zhǔn)儀數(shù)字水準(zhǔn)儀數(shù)字水準(zhǔn)儀使用電子傳感器測量高程差。它可以自動(dòng)記錄讀數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提高效率。自動(dòng)水準(zhǔn)儀自動(dòng)水準(zhǔn)儀使用電子傳感器和電機(jī)控制視準(zhǔn)桿的移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀數(shù)。提高精度和效率。垂直角測量原理1方位角水平角測量2鉛垂角觀測方向與水平面的夾角3仰角目標(biāo)點(diǎn)高于測站點(diǎn)4俯角目標(biāo)點(diǎn)低于測站點(diǎn)垂直角測量是測定地面點(diǎn)到參考平面（水平面）之間夾角的過程。它主要通過測量鉛垂角，再根據(jù)仰角或俯角，計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的高程，或用于控制點(diǎn)的布設(shè)。垂直角測量方法1儀器安置選擇合適的地點(diǎn)安置儀器。2瞄準(zhǔn)目標(biāo)將儀器瞄準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)。3讀數(shù)記錄讀數(shù)并記錄垂直角讀數(shù)。4計(jì)算校正進(jìn)行必要的校正和計(jì)算。垂直角測量方法主要用于測定兩點(diǎn)之間的高差。測量方法包括儀器安置、瞄準(zhǔn)目標(biāo)、讀數(shù)記錄、計(jì)算校正等步驟。精確的測量需要選擇合適的地點(diǎn)和儀器，并且要進(jìn)行相應(yīng)的校正和計(jì)算。垂直角測量設(shè)備垂直角測量設(shè)備主要包括經(jīng)緯儀、全站儀和陀螺經(jīng)緯儀等。經(jīng)緯儀是測量水平角和垂直角的基本儀器，全站儀集成了電子測距、角度測量、數(shù)據(jù)采集和處理功能，陀螺經(jīng)緯儀利用陀螺儀的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)快速定向。選擇垂直角測量設(shè)備時(shí)，應(yīng)根據(jù)測量精度要求、工作環(huán)境和成本等因素綜合考慮。垂直角測量誤差分析誤差來源誤差類型影響因素儀器誤差儀器本身的缺陷儀器精度等級、校準(zhǔn)情況觀測誤差觀測人員的失誤視準(zhǔn)軸不水平、目標(biāo)點(diǎn)定位不準(zhǔn)確環(huán)境誤差溫度、濕度、風(fēng)力溫度變化導(dǎo)致儀器膨脹、風(fēng)力影響觀測穩(wěn)定性比較水準(zhǔn)和三角高程測量水準(zhǔn)測量直接測量兩點(diǎn)間的高差。精度高，適用于精密高程測量。三角高程測量利用水平角和距離間接計(jì)算高差。精度較低，適用于地形圖測繪。三角高程測量原理1角度測量通過測量已知點(diǎn)到待定點(diǎn)之間的垂直角和水平距離，計(jì)算待定點(diǎn)的高程。2高程計(jì)算利用三角函數(shù)關(guān)系，結(jié)合已知點(diǎn)的高程和測量的角度和距離，計(jì)算待定點(diǎn)的高程。3誤差分析考慮角度測量誤差、距離測量誤差以及大氣折光的影響，對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行誤差分析和修正。三角高程測量方法三角高程測量方法主要利用角度測量和已知高程點(diǎn)，通過三角函數(shù)計(jì)算待測點(diǎn)的距離和高程。方法包括：1直接法直接測量水平角和垂直角，計(jì)算高差2間接法先計(jì)算水平距離，再利用垂直角計(jì)算高差3坐標(biāo)法利用已知點(diǎn)坐標(biāo)和測站點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算高差三角高程測量誤差分析三角高程測量誤差主要來源于測量儀器誤差、觀測誤差、計(jì)算誤差等方面，這些誤差會(huì)影響高程測量結(jié)果的精度。了解并分析這些誤差來源，可以幫助我們提高測量精度，確保高程測量的準(zhǔn)確性。0.1mm儀器誤差水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等儀器的制造誤差和使用誤差都會(huì)造成三角高程測量誤差。10%觀測誤差觀測人員的視線誤差、讀數(shù)誤差等因素也會(huì)造成三角高程測量誤差。0.5mm計(jì)算誤差三角高程計(jì)算過程中，由于公式推導(dǎo)、參數(shù)輸入等方面的誤差，也會(huì)導(dǎo)致計(jì)算誤差。2%其他誤差除了上述誤差外，還有環(huán)境因素、大氣折射等因素的影響，也會(huì)造成三角高程測量誤差。為了減小三角高程測量誤差，需要采用精密的儀器，嚴(yán)格的觀測方法，并進(jìn)行合理的誤差分析和處理。同時(shí)，還可以運(yùn)用現(xiàn)代測量技術(shù)，如GNSS測量等，來提高三角高程測量的精度。GNSS測量原理衛(wèi)星信號接收GNSS接收機(jī)接收來自多個(gè)衛(wèi)星的信號，計(jì)算接收機(jī)與衛(wèi)星之間的距離。距離計(jì)算和定位通過信號到達(dá)時(shí)間，計(jì)算信號傳播距離，并利用多顆衛(wèi)星信號實(shí)現(xiàn)三維坐標(biāo)定位。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和應(yīng)用GNSS測量獲得的坐標(biāo)需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并應(yīng)用于各種工程測量、導(dǎo)航等領(lǐng)域。GNSS測量方法1接收機(jī)設(shè)置設(shè)置測量時(shí)間、坐標(biāo)系、參考站等參數(shù)。2數(shù)據(jù)采集接收衛(wèi)星信號并記錄數(shù)據(jù)。3數(shù)據(jù)處理利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和計(jì)算。4成果應(yīng)用得出高程、平面位置等信息。GNSS測量方法廣泛應(yīng)用于工程測量、地質(zhì)勘探、資源調(diào)查等領(lǐng)域。GNSS測量方法能夠快速、高效地獲取高精度高程數(shù)據(jù)。GNSS測量誤差分析衛(wèi)星信號誤差大氣誤差接收機(jī)誤差多路徑效應(yīng)基線誤差其他誤差GNSS測量誤差來源多樣，包括衛(wèi)星信號誤差、大氣誤差、接收機(jī)誤差等。這些誤差會(huì)影響測量精度，需要采取相應(yīng)的措施進(jìn)行減弱或消除?；鶞?zhǔn)高程網(wǎng)建設(shè)等級劃分基準(zhǔn)高程網(wǎng)根據(jù)精度等級分為國家、省、市、縣、工程等不同等級。高等級基準(zhǔn)高程網(wǎng)控制著低等級基準(zhǔn)高程網(wǎng)的精度。建設(shè)原則采用高精度測量技術(shù)，確?；鶞?zhǔn)高程網(wǎng)的精度和可靠性。建立統(tǒng)一的基準(zhǔn)高程系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高程數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通。主要內(nèi)容包括基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)、測量、數(shù)據(jù)處理、成果應(yīng)用等。基準(zhǔn)點(diǎn)布設(shè)要合理，測量方法要準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)處理要規(guī)范。高程測量應(yīng)用領(lǐng)域工程建設(shè)高程測量在工程建設(shè)中廣泛應(yīng)用，例如：橋梁、隧道、高層建筑、水利工程等。地圖制圖高程測量是地圖制圖的基礎(chǔ)工作，用于建立高程控制網(wǎng)，為地圖繪制提供高程數(shù)據(jù)。無人機(jī)測量無人機(jī)測量技術(shù)與高程測量相結(jié)合，可以快速高效地獲取地形數(shù)據(jù)，為三維建模提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。地質(zhì)勘察高程測量為地質(zhì)勘察提供地形地貌數(shù)據(jù)，幫助了解地質(zhì)構(gòu)造，為地質(zhì)勘探提供依據(jù)。高程測量新技術(shù)GNSS高程測量利用GNSS接收機(jī)進(jìn)行高程測量，精度高、效率高，適用于大范圍高程控制測量。三維激光掃描儀三維激光掃描儀可以快速獲取大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)，進(jìn)行高精度高程測量，應(yīng)用于地形測繪、工程測量等領(lǐng)域。無人機(jī)航測無人機(jī)搭載高分辨率相機(jī)或激光掃描儀進(jìn)行航測，可快速獲取大面積高程數(shù)據(jù)，應(yīng)用于地形測繪、災(zāi)害監(jiān)測等領(lǐng)域。水下測量水下測量技術(shù)應(yīng)用于水庫、河流、海洋等水域高程測量，提高水利工程建設(shè)效率。高程控制測量實(shí)踐實(shí)地測量首先，選擇合適的測量方法和儀器，并進(jìn)行實(shí)地測量。根據(jù)具體的項(xiàng)目需求，確定測量點(diǎn)的位置和數(shù)量。數(shù)據(jù)處理將實(shí)地測量數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、校核和計(jì)算，得出最終的測量成果，包括高程點(diǎn)坐標(biāo)、高程差等。成果應(yīng)用高程控制測量成果廣泛應(yīng)用于各種工程建設(shè)項(xiàng)目，例如道路、橋梁、建筑、水利工程等。質(zhì)量控制在整個(gè)測量過程中，要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。定期進(jìn)行質(zhì)量檢查，保證最終測量成果的質(zhì)量。測量方法選擇項(xiàng)目要求考慮精度要求、測量范圍、地形特征和經(jīng)費(fèi)預(yù)算。測量設(shè)備選擇合適的測量設(shè)備，如水準(zhǔn)儀、全站儀或GNSS接收機(jī)。測量環(huán)境評估測量環(huán)境的影響，如天氣條件、植被覆蓋和障礙物。經(jīng)驗(yàn)積累參考以往經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識，選擇最優(yōu)的測量方法。測量數(shù)據(jù)處理測量數(shù)據(jù)處理是高程控制測量中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，并為后續(xù)工程應(yīng)用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)清洗、格式轉(zhuǎn)換、剔除異常值2數(shù)據(jù)校正儀器誤差、環(huán)境因素、觀測條件校正3數(shù)據(jù)平差利用最小二乘法，消除觀測誤差，得到最優(yōu)解4成果整理生成高程控制網(wǎng)成果，包括點(diǎn)位坐標(biāo)、高程值等常用的數(shù)據(jù)處理軟件包括Surfer、Geomagic、AutoCAD等，它們提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處