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1、辽宁工程技术大学毕业设计（论文）0前言11理论基础概述21.1基本概念21.2水准测量原理21.3测量内外业遵循的原则41.4 i角误差的检验与校正41.5正常位水准面不平行改正52测区概况52.1测区自然地理概况52.2 作业区气候条件52.3利用已有资料情况52.3.1国家高程控制点情况52.3.2利用测区已有平面控制点情况53高程控制网设计与实施方案63.1水准网的布设要求63.1.1水准网的布设形式63.1.2水准网的选线和选点63.1.3埋石73.2高程控制网设计方案73.3水准路线布网图74外业观测技术设计84.1使用仪器检核84.2观测技术要求84.3作业方法94.3.1基本作业
2、要求94.3.2测站观测步骤95数据处理115.1观测成果整理115.2高程控制网平差计算145.2.1平差计算原理145.2.2平差计算过程145.2.3利用VC进行平差计算的过程166结论216.1平差结果21致谢26参考文献270前言建立区域性控制网,一般采用平面控制网与高程控制网分别建立或联合建立这两种模式。两种网分别建立时，高程控制一般采用水准测量方法；两种网同时建立时，高程控制可以采用光电测距三角高程导线，或者采用GPS高程法。这两种模式中，都是以水准测量作为建立高程控制的基础。在高程控制当中，主要的方法就是水准测量。在全国范围内用水准测量的方法测量一系列点的高程，进而形成一个全国
3、范围的高程控制网，称为国家高程控制网, 国家高程控制网按施测的次序和施测的精度分为四个等级，即一、二、三、四等。一等水准网是国家高程控制的骨干；二等水准网布设于一等水准环内，是国家高程控制网的全面基础；三、四等水准网是在二等水准网的基础上进一步加密，直接为测图和工程提供必要的高程控制，所以研究讨论水准测量所使用的仪器、观测方法以及外业观测资料的检查与数据处理就显得十分必要了。水准网平差程序采用间接平差法，以未知点高程H的改正量dH为改正数，列误差方程式，组成和解算法方程，得未知点的高程改正数，并进行观测值和平差值函数的精度评定，求出各待定高程点的高程中误差。通过对水准网外业和内业流程的掌握，在
4、以后的工作中能在这方面独挡一面。基于VC的水准网平差设计与研究的的主要目的在于：（1）使相应高程控制网的数据处理速度提高，改变了传统的数据处理方式，减少了内业人员的工作量，并且保证了精度，利用计算机的强大的计算功能，可以克服许多人为的误差因素；（2）计算各待定点的点位误差，方便的进行点位精度评定，并且可以计算出任一闭合环的闭合差和附合路线的闭合差。1理论基础概述1.1基本概念水准测量：用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。水准面与大地水准面:静止的水面称为水准面,水准面是受重力场影响而形成的,是一个处处与重力方向垂直的连续曲面,并且是一个重力场的等位面,水准面可高可低,符合上述特点的水准
5、面有无数多个。故定义一个大地水准面,即一个假想的与处于流体静平衡状态的海洋面(无波浪、无潮汐、海流和大气气压变化引起的扰动)重合并延伸向大陆且包围整个地球的重力等位面被大地水准面。1985年高程基准与1956年黄海高程系统：大地水准面由平均海水面求得。海水受潮汐和风浪的影响，海水面是个动态的曲面。我国在青岛设立验潮站，长期观察的记录黄海海水面的高低变化并取其平均值称为青岛黄海平均海水面，将其作为大地水准面的位置，令其高程为零，并在青岛建立了水准原点用精密测量方法测定了原点距大地水准面的高差。目前，我国采用“1985年高程系统”，是以青岛验潮站1952年到1979年的验潮资料计算确定的平均海水面
6、为基准面，青岛水准原点高程为72.260m，全国各地的高程都是以它为基准进行测算的。但1987年以前使用的是1956黄海高程系统，是根据青岛验潮站1950年到1956年的验潮资料计算的基准面为基础的地面点高程系统，其水准原点高程为72.289m。利用旧的高程测量成果时，要注意高程基准的统一换算。高程(标高)：地面点沿铅垂线方向到高程起算面的距离,起算面的同高程可分为：绝对高程和相对高程。绝对高程：地面点到大地水准面的铅垂距离,称为该点的绝对高程,或称海拔。相对高程：当个别地区应用绝对高程有困难时，可采用假定高程系统，即采用任意水准面为起算高程的基准面，这时地面点到这个基准面的铅垂距离称为相对高
7、程。高差：两点高程之差用h表示(与高程起算面无关)。间接平差法（参数平差法）：是通过选定t个与观测值有一定关系的独立未知量作为参数，将每个观测值表达成这t个参数的函数。建立函数模型，按最小二乘原理，用求自由极值的方法解出参数的最或然值，从而求得各观测值的的平差值。1.2水准测量原理假设AB两点，两点分别安放带有分划的标尺，并且在AB之间置一台能建立水平视线的仪器分别读取标尺上的读数a和b，则，已知，则。由此可见，水准测量主要是高差测量，高差有正负，在施测时要明确施测方向，如果是从A到B，若A点高程已知：则A点是后视点，其读数是后视读数a；则B点是前视点,其读数是前视读数b。对高差来讲用文字表示
8、为：高差=后视读数-前视读数。要注意：前视读数不一定比后视读数大。若则；则。在水准测量中用以下式子，已知，由高差求取高程高差法。若将上式变成由此式求取高程仪高法。图1-1水准原理示意图Fig.1-1 Principle of standards1.3测量内外业遵循的原则测量过程是带有误差的，误差是传递的，若从一点出发，一直测下去将会引起很大的误差，为了减小误差的积累，在外业测量中应遵循以下原则：先控制，后碎部（或先整体，后局部）的原则。 为了保证计算的正确性内业计算应遵循以下原则 ：步步有检核，一人计算，另一人检核。1.4 i角误差的检验与校正在一平坦的场地上选一条长61.8m的直线，打两个木
9、桩使直线被分为3等份，并在木桩上钉圆冒钉作为立尺点，木桩所在两点记为A、B，直线两端记为J1点和J2点。在J1、J2处先后架设待检验的水准仪，在精平后，瞄准A、B两点上所立水准尺，照准、读数4次。在J1点设站时的A、B水准尺上的4次读数的中数记为、；在J2点设站时的4次读数的中数记为、。将A、B水准尺上消除了i角影响后的正确读数记为、，它们分别为 (1-1)式中。由此，在J1点处测得的正确高差为 (1-2)在J2处测得的正确高差为 (1-3)考虑，有 (1-4)将有关数字代入得 (1-5)对于精密水准仪，要求i角小于。超出限差时，必须对其进行改正。i角的校正可以在J2点上进行。用倾斜螺旋将望远
10、镜视线对准水准尺上正确的读数，然后校正水准器的上下校正螺丝，使气泡居中。校正后，将望远镜对准水准尺B读数，它应与计算值一致，以此做检核。此项校正需反复进行，直至i角小于。1.5正常位水准面不平行改正在外业概算中，对三等以上的水准测量结果需要进行正常位水准面不平行改正。因为四等水准测量的路线较短，且精度要求较低，可以不进行此项改正。改正数按计算，其中A是用整个水准路线的平均纬度按算出；为该测段始、末两点的近似高程平均值，以m为单位；为测段始、末点纬度之差，以分为单位。计算结果以mm为单位，取至0.1mm。2测区概况2.1测区自然地理概况2.2 作业区气候条件2.3利用已有资料情况2.3.1国家高
11、程控制点情况 已有的高程系统为“1985国家高程基准”或“1956年黄海高程系统”的相应等级的水准点。2.3.2利用测区已有平面控制点情况 例如测区已有的GPS平面控制点，利用这些点作为高程控制点布设水准网。3高程控制网设计与实施方案3.1水准网的布设要求水准网布设技术要求遵循表3-1的规定。表3-1 水准网布设技术要求Tablet.3-1 Network standards laid technical requirements等级每千米高差全中误差/mm路 线长 度/km观 测 次 数往返较差、附合或环线闭合差与已知点联测附合或环 线平 地/mm山 地/mm一等1.030往 返各一次往 返
12、各一次2二等2.050往 返各一次4三等6.050往 返各一次往一次124四等10.04012注：1.结点之间或结点与高级点之间，其路线长度不得大于表中规定的0.7倍； 2.L为往返测段、附合或环线的水准路线长度，单位为km；n为测站数。3.1.1水准网的布设形式从工程建设对水准网的需用来说,水准网的内部符合精度,或者说水准点之间的相对高程精度尤为重要。所以城镇地区的首级水准网应该布设成环形网,一方面便于满足弥补高级点数量不足,另一方面也方便与成果闭合差的检核。环线自行闭合，构成统一整体，使高程控制点之间的相对精度得到保证。对于加密水准网，由于起算高程点较多，可布设成结点网附合路线等多种形式。
13、3.1.2水准网的选线和选点水准路线应该沿有利于施测的公路、大陆及坡度较小的道路布设。水准路线尽量避免跨越500m以上的河流、湖泊、沼泽等障碍物。相邻两水准点之间的水准路线称为测段，其长度以2km左右为宜。水准点应选在土质坚实、安静僻静、观测方便和能长期保存的地点。下列地点不应选设水准点：1.易受水淹、潮湿或地下水位较高处；2.易发生沉陷、滑坡等不稳定处；3.距离铁路50m、距离公路30m以内；4.短期内由于建设发展、可能破坏标石或阻碍观测的地点。对于选择的水准路线和点位，应该进行精度估算，作出切实可行的技术设计。3.1.3埋石各类水准点均应埋设永久性标石或标志。标石或标志埋设应符合下列规定：
14、（1）稳固耐久，保持垂直方向的稳定。（2）标石的底部埋设在冻土层以下，并浇灌混凝土基础。（3）水准点可以利用基岩或在坚固的永久性的建筑物上凿埋标志。3.2高程控制网设计方案高程控制网的设计方案是依据CJJ 8-99城市测量规范有关规定，在提供的平面控制网及已有地形图基础上进行布设的。设计时主要考虑规范对闭合环的路线长度和控制网最弱点精度要求，及各环间的相互关系，结点个数与分布等因素。3.3水准路线布网图图3-1 水准路线布网图Fig.3-1 The standard line of cloth Map4外业观测技术设计4.1使用仪器检核依据水准测量规范、技术设计和本单位实际情况，选用满足相应等级水准测量精度的仪器，仪器使用前经仪检部门鉴定合格。外业观测前（即测前），对水准仪进行了水准仪视准轴与水准管轴平行性检验（i角检验）。外业观测结束后（即测后），对水准仪进行测后i角检验。4.2观测技术要求水准测量观测技术要求遵循表4-1的规定。表4-1 水准测量观测技术要求Fig.4-1 Leveling observation technical requirements等级视线长度/m前后视距差/m视距累计差/m视线离地面最低高度/m仪器类型检测间歇点高差互差/mm一等300.51.50.5DSZ05/DS050.7二等50
