毕业论文(设计)一等水准测量的技术方案与实施

国家一等水准测量的技术方案与实施（陕西交通职业技术学院，陕西西安110928）摘要高程测量是测量任务的一部分。其中，水准测量是高程测量中精度最高、用途最广、一种普遍采用的测量方法。是确定建设工程地面点高程的方法之一。实施测量过程中，要求测量人员要精心操作、以水准点高程高度负责认真的态度来对待测量工作，养成良好的操作习惯。误差允许范围内的精度由于仪器和人为的影响而不容易控制，而且易出现隐蔽性错误，如果不能及早发现，基础资料是错误的，从而水准点高程不正确，直接影响路线纵断面设计和施工工作。本文为满足新技术条件下国民经济建设、国土资源管理、规划建设、灾害监测、交通及地球科学研究对三维动态大地测量基准框架的需求，建立与国家空间数据基准框架相一致的国家大地测量基础三维坐标框架，为国家经济建设尤其是重大工程建设提供高精度的控制成果，国家测绘部门适时提出了国家精化大地水准面建设项目。受国家测绘部门勘测设计研究院委托，国家测绘局第一大地测量队承担了本项目一等水准路线的普查、GPS点/水准共用点的连测、一等水准网观测任务。关键词：水准测量；水准仪；高程；误差陕西交通职业技术学院毕业设计报告I目录第1章精密水准测量的原理及作业方法......................11.1水准测量的基本原理................................11.2水准测量方法与水准路线............................11.3误差来源及控制措施................................21.3.1视准轴不平行水准管轴..........................21.3.2水准尺误差及控制方法.........................21.3.3符合水准管气泡居中误差及控制方法..............31.3.4调焦误差和视差的影响及控制方法................31.3.5水准尺的倾斜误差及控制方法....................31.3.6地球球气差和日照风力引起的误差及控制方法.....41.3.7仪器升降和水准尺下沉的影响....................5第2章电子水准仪的使用..................................62.1测量原理..........................................62.2电子水准仪的特点..................................92.2.1电子水准仪的共同特点..........................92.2.2莱卡DNA系列的具体特点........................92.3电子水准仪的操作.................................102.3.1认识硬件.....................................102.3.2数字水准仪在外业测量的操作...................112.3.3徕卡数字水准仪GSI数据格式简介：.............122.3.4PROG测量应用程序............................14陕西交通职业技术学院毕业设计报告II2.4数据的下载及其处理................................152.4.1数据的下载...................................152.4.2数据的处理...................................18第3章作业依据与作业要求...............................223.1作业技术依据......................................223.2采用的测绘基准....................................223.3精度指标.........................................223.4数据记录.........................................223.5水准连测.........................................223.6观测方法和技术指标................................223.7测段往返高差不符值统计............................233.8每千米水准测量偶然中误差..........................243.9水准附合路线闭合差的计算.........................243.10野外高差与概略高程表的编算......................24第4章一等水准测量的实施...............................254.1工程概况.........................................254.2工作内容和完成工作量..............................264.3仪器设备.........................................274.4仪器检验.........................................284.5精密水准测量作业的一般规定.......................294.6精密水准测量观测.................................29第5章成果文件的建立与技术问题的处理规定...............34陕西交通职业技术学院毕业设计报告III5.1成果的建立.......................................345.2观测条件说明......................................34第6章安全措施........................................376.1作业安全.........................................376.2成果资料安全......................................37参考文献................................................40致谢附录陕西交通职业技术学院毕业设计报告1第1章精密水准测量的原理及作业方法1.1水准测量的基本原理水准测量的基本原理是根据几何关系，利用仪器提供的水平视线观测立在两点间上的水准尺以测定两点间的高差。如图1所示，在需要测定高差的A、B两点上分别立上水准尺，在A、B两点的中点安置可获得水平视线的仪器（水准仪），水平视线在A、B两尺上的截尺数分别为a、b，设水准测量的前进方向是由A点向B点，则规定A点为后视点，其水准读数为a，称为后视读数；B点为前视点，其水准读数为b，称为前视读数。由于AB距离很短，地球曲率影响可忽略不计，则A、B两点的高差为下图1-1.图1-1水准测量几何原理abhab（1-1）于是B点的高程Hb可按下式计算：baabHHh（1-2）高差hab本身可正可负，当a大于b时，hab值为正，这种情况是B点高于A点；当a小于b时，hab值为负，即B点低于A点。为了避免计算高差时发生正、负号的错误，在书写高差hab时必须注意h下标的写法。如，hab是表示由A点至B点的高差；而hab表示由B点至A点的高差，即abbahh（1-3）从2-1中还可以看出，B点的高程也可以利用水准仪的视线高程Hi（也称为仪器高程）来计算：iaHHa（1-4）()baiHHabHb（1-5）当安置一次水准仪根据一个已知高程的后视点，需要求若干个未知点的高程时，用上式计算较为方便，此法成为视线高法，它在建筑工程中经常应用。1.2水准测量方法与水准路线当地面上两点间的距离较长或高差较大时,仅安置一次仪器不能直接测得两点间的高差,则进行连续的分段测量,将所得各段高差相加、即可求得两点间的高差。如某一点的高程通过转1、转2、转3、转n等点传递到另一点,这些用来传递高程的点,称为转点。陕西交通职业技术学院毕业设计报告2任意转点位置的变动,都会直接影响到某一点的高程,因此,转点位置应选在坚实的地面上,在其上放置尺垫并踩实。水准路线是水准测量进行的路线。根据测区的具体情况,可选用不同的水准路线,水准路线分为附合水准路线、闭合水准路线、支水准路线等三种。1）附合水准路线：当测区附近有高级水准点时,可由一高级水准点开始,沿着待测各高程的水准点1、2、作水准测量,最后附合到另一高级水准点叫附合水准路线。2）闭合水准路线：当测区附近有一高级水准点时,可从该点出发,沿着待测的水准点进行水准测量,最后仍回到起始点,形成一个闭合的路线。3）支水准路线：从某一水准点出发,进行水准测量到另一个点,即不符合到另一点,也不形成闭合的水准路线。1.3误差来源及控制措施1.3.1视准轴不平行水准管轴仪器虽在测量前经过校正，仍会存在残余误差。一方面是制造误差，即仪器在制造过程中就存在制造缺陷误差，这项误差是无法消除的；另一方面是检验和校正后的残余误差。在这些误差中，影响最大、表现突出的就是照准轴和水准管轴不平行的误差，即i角误差。设A、B分别为同一测站的后视点和前视点，SA、SB分别为后视和前视的距离，XA、XB为由于视准轴与水准管轴不平行而引起的读数误差。如果不考虑地球曲率和大气折光的影响，B点对A点的高差为：()()()()abABABhaXbXabXX（1-6）因tanxSi（1-7）故()()tan()()1/abABABhabSSiabSS（1-8）对于一测段有b1/ABhaSS（-）-（-）（1-9）通过分析，i角误差的影响与仪器至前后视标尺的视距差及视距积累有关。因此造成水准管气泡居中，水准管轴居于水平位置而望远镜视准轴却发生倾斜，致使读数误差。要消除i角误差的影响，在实际作业中只要做到前后视距相等即可，这种误差与视距长度成正比。观测时可通过中间法（前后视距相等）和距离补偿法（前视距离和等于后视距离总和）消除。针对中间法在实际过程中的控制，立尺人是关键，通过应用普通皮尺测距离，之后立尺，简单易行。而距离补偿法不仅繁琐，并且不容易掌握。残余i角也不是固定不变的，即使在同一测站上，后视和前视的i角往往由于太阳光照射的不同而不一样。为了避免这种误差的产生，在阳光下进行观测必须用测伞遮住仪器。在照准同一测站的前、后视尺时，尽量避免调焦。1.3.2水准尺误差及控制方法主要包含尺长误差（尺子长度不准确）、刻划误差（尺上的分划不均匀）和零点差（尺的零刻划位置不准确），对于较精密的水准测量，一般应选用尺长误差和刻划误差小的标尺。对于尺长误差较大水准尺，使用时应在最后的高差加上水准尺每1m的尺长改正。水准尺的底面与标尺第一个分格的起始线（黑面为零、红面为4687或4787）应当是一致的。但由于使用磨损等原因，有时不能完全一致，这个差数是标尺的零点差（包括黑红面零点差及一对标尺零点差）。标尺零点差的影响对于测站数为偶数的水准陕西交通职业技术学院毕业设计报告3路线是可以自行抵消的。当测站数为奇数时，高差中含有这种误差的影响。所以，在水准测量中，每测段的测站数应取偶数为好，这样就消除标尺的零点差对高程的影响；或者标尺的零误差的影响，控制方法可以通过在一个水准测段内，两根水准尺交替轮换使用（在本测站用作后视尺，下测站则用为前视尺），并把测段站数目布设成偶数，即在高差中相互抵消。同时可以减弱刻划误差和尺长误差的影响。1.3.3符合水准管气泡居中误差及控制方法水准测量的主要条件是视线必须水平。假设当水准仪不存在i角误差的情况下，我们用微倾螺旋使管水准气泡居中，此时一般认为