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精密水准测量的主要误差来源及其影响
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&&精密水准测量的主要误差来源及其影响
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精密水准测量的理论和实践
出版时间：2004-12&&出版社：测绘出版社&&作者：梁振英&&页数：298&&
近年来，随着大地测量的发展，特别是卫星定位技术的广泛应用，传统大地测量的理论和方法，都发生了革命性的变化，卫星定位技术大有取代常规大地测量的趋势。但是，在精确传递高程和建立高程控制网方面，几何水准这种古老的测量方法，至今还不能完全为现代的空间技术所取代。因此，在一个可以预见的将来，精密水准测量仍将具有重要的意义。半个多世纪以来，我国完成了大量的精密水准测量工作，结合生产，进行了范围广泛的专题研究，积累了丰富的理论和实践资料。为了提供现势性强的高程数据，精密水准网必须定期复测。建立和维持国家高程控制网，仍将是今后我国大地测量工作的重点之一。虽然我们进行了充分的理论探讨，完成了大量的试验研究，但是还没有进行过系统的总结，更没有一本有关精密水准测量的专著。本书就是为了填补这一空白而做的努力。在这个大的背景之下，出版一本精密水准测量的专著，有着重要的现实意义。本书兼顾在精密水准测量这一范畴的理论和实践，重点在于实践。因此可以说，它是我国半个世纪以来精密水准测量科技方面较为全面的总结。大量的外业生产实践和内业数据处理工程，为我们提供了基本的素材和经验；系统的科学研究为我们提供了坚实的理论基础；大量的国内外文献，大大充实了本书的写作内容。占有大量的资料，用统计数据作结论，是本书的最大特点。本书力求完整，但不可能全面；力求严谨，但谬误在所难免，敬希读者批评指正。本书第三章、第十章由姬恒炼撰写；第二章、第十四章、第十五章和第八章的潮汐影响一节由董鸿闻撰写；其余部分由梁振英撰写。本书的出版得到了国家测绘局测绘科技专著出版基金的资助；测绘出版社为本书的出版付出了辛勤劳动。作者在此一并感谢！
本书是一本关于精密水准测量理论和实践问题的专著，较为系统地介绍了近50年来国内外在这一领域的科研和生产实践，其中包括作者的科研成果。主要内容除包括精密水准测量的一般问题，如国家高程网的布测、高程基准和高程系统、仪器和作业方法、跨河水准和标石稳定性以及误差分析和精度评定等问题外，还重点讨论了各种系统性误差来源，如尺桩和脚架的垂直位移、标尺误差、折光差、热力作用、磁致误差和潮汐影响等。此外还论述了包括特高精度的精密水准测量、现代空间技术下的精密水准测量以及全球统一高程基准和全球统一高程／深度基准的构思模式等较为新鲜的命题。
本书内容兼顾国内外，重点在国内；理论与实践并重，以实践为主。因此，本书是我国近50年来在精密水准这一领域的理论与实践问题的总结，可供从事大地测量，特别是从事精密水准测量的生产、教学和科研的工作者参考。
第一章 绪论第二章 国家高程控制网的布测
2-1 国家高程控制网布测的基本原则
2-2 国家水准网路线的设计
2-3 水准测量标石类型与选埋
2-4 国家第一期(年)一、二等水准网布测
2-5 国家第二期(年)一、二等水准网布测
2-6 国家第二期(年)一等水准网复测第三章 水准测量的仪器、观测方法和外业成果的整理
3-1 水准测量的仪器
3-2 水准仪和水准标尺可能产生的误差
3-3 水准仪和水准标尺的室内检定方法
3-4 水准仪和水准标尺在使用过程中的检核
3-5 精密水准测量的实施
3-6 观测组各岗位的职责和相互配合
3-7 野外操作方法
3-8 选择适宜的观测条件
3-9 水准测量的记录、计算和成果的整理第四章 高程基准和高程系统
4-1 高程基准和高程系统
4-2 由不同高程基准推算的高程系统
4-3 对水准测量数据取不同的处理方法所产生的高程表示法第五章 尺桩、尺台和脚架的垂直位移及其对精密水准测量成果的影响
5-1 尺桩、尺台和脚架的垂直位移对精密水准测量成果的影响
5-2 恩津关于尺桩、尺台垂直位移的研究和主要结论
5-3 恩津关于脚架垂直位移的研究和主要结论
5-4 我国进行的尺桩、尺台和脚架垂直位移的试验研究
5-5 我国关于尺桩、尺台和脚架垂直位移试验研究的主要结论第六章 应用因瓦水准标尺带来的误差
6-1 因瓦水准标尺的结构和误差分类
6-2 标尺自身的误差
6-3 尺长测定误差
6-4 水平位置和垂直位置两种状态下的标尺长度差
6-5 由外界环境引起的误差
6-6 水准标尺双频激光干涉检定系统
6-7 水准标尺光电自动瞄准检测装置
6-8 双频激光干涉水准标尺检测系统的综合精度
6-9 水准标尺因瓦带分划线质量的评定
6-10 关于因瓦水准标尺的温度改正
6-11 因瓦水准标尺膨胀系数的测定
6-12 尺长和温度系数测定中的一个值得注意的问题
6-13 尺长和温度系数测定的可靠性检验第七章 关于水准折光
7-1 水准折光的一般理论
7-2 几种折光改正公式
7-3 前苏联中央测绘科学研究院的研究结果
7-4 美国和其他一些国家的研究结果
7-5 我国对水准折光问题的研究
7-6 国家测绘局组织实施的试验研究结论
7-7 我国精密水准测量中为克服折光差所采取的措施和收益第八章 磁致误差、热力作用和潮汐影响
8-1 磁致误差
8-2 热力作用
8-3 潮汐影响第九章 我国水准标石稳定性研究
9-1 重要意义
9-2 对水准标石稳定性的定性分析
9-3 复测水准在地面沉降和地壳垂直运动研究上的应用
9-4 地面升降和地壳垂直运动的分离
9-5 我国复测水准网水准标石不稳定性分析第十章 跨越障碍物的精密水准测量
10-1 跨越方法的选择
10-2 跨越障碍物测量的场地选择与测前准备
10-3 跨河水准观测和记录
10-4 跨 河水准测量的高差计算和检验第十一章 特高精度的水准测量方法
11-1 特高精度的几何水准测量方法
11-2 流体静力水准测量
11-3 测微水准第十二章 现代空间技术下的精密水准测量
12-2 GPS／水准
12-3 GPS技术用于精密沉降监测和高程传递第十三章 精密水准测量的误差分析和精度评定
13-1 精密水准测量的误差来源及其对水准测量成果的影响
13-2 精密水准测量的精度评定公式
13-3 关于拉列曼公式的讨论和新的精度评定方法
13-4 关于精密水准测量的误差传播、精度估计和质量控制第十四章 水准网的静态平差与动态平差
14-1 数据的整理与归算
14-2 水准网静态平差的一般方法
14-3 水准路线权的确定
14-4 水准网动态平差的基本概念
14-5 K准网动态平差的数学模型第十五章 精密水准测量在我国现今地壳垂直运动研究中的应用
15-2 见测数据的净化及其使用
15-3 数据处理方法
15-4 单点动态垂直基准
15-5 速率面拟合方法
15-6 我国大陆现今地壳垂直运动趋势第十六章 全球统一高程基准的建立和全球陆海统一高程／深度基准的构思模式
16-2 高程基准面和深度基准面
16-3 海面地形和海面动力地形
16-4 大地水准面
16-5 高程基准面、深度基准面和其他几种海上参考面之间的关系
16-6 全球统一高程基准的建立
16-7 陆海统一高程／深度基准的构思模式
16-8 深度基准的转换关系附录 有关水准仪和水准测量的术语释义参考文献
插图：国家高程控制网是国家大地测量控制网的一部分，它的布测目的服从于国家大地测量总的目的。国家高程控制网是进行地理空间定位高程控制的框架。为了递推高程，并控制系统误差的传播，国家高程控制网按照由高精度至低精度逐级控制的原则布测，分为一等、二等、三等、四等水准网。一等水准测量在高程控制网中精度最高，是整个控制网的骨干，同时还为研究地壳垂直运动、平均海面变化、区域地面沉降及其他地球动力学现象等科学目的服务。需要着重说明的是，随着科学技术的发展，虽然高精度卫星定位高程测量的精度在不断提高，但一等水准测量的科学目的与作用目前还无法取代。二等水准测量是高程控制的全面基础，它的主要目的是为了控制低等级路线，以便于推算点的高程。三、四等水准是二等水准测量的进一步加密。当三、四等水准测量不能到达时，高程控制网的布测则采用三角高程测量。原则上讲，水准网布测当然是应用于大地网优化设计方法，但正如一些文献指出的那样，目前还不清楚大型网的严格优化结果与现行规范化设计相比会有多大收益。但是可以肯定，优化设计必然会打乱目前的规范化作业方式，造成布测的困难（陈鑫连等1994）。因此，国家高程网的布测通常是采用规范化方式进行。依据国家标准（国家技术监督局1992）并总结我国水准网的实践，一等水准网的布测需遵循下列原则：1.国家一等水准网布测需构成环形。这种结构的主要作用在于提高其强度，保证精度符合要求。环的长度根据需要与可能应在km范围内。特殊困难地区，如我国的西部可以酌情放宽。2.国家一等水准网布测需要考虑板块内部不同地块的构造。板块运动学说的研究指出，地球大陆不但被划分为若干板块，而且板块内部还被划分为不同的地块，它们的垂直运动也在板块运动统一的背景下各自不同。目前，我国地学界对于被称为二级构造单元的板内地块划分已基本形成共识，为水准路线的布设提供了基础。3.国家一等水准网的布测需要考虑时间跨度。为了利用一等水准测量推求地壳垂直运动，必须对其定期复测，求得的垂直运动速率是复测间隔时间内具有平均意义的速率。也就是说，从研究地壳垂直运动的角度而论，一等水准测量有一个确定的历元，如果测量时间过长，将导致水准测量在空间上的不连续。因此，整个一期一等水准测量时间不宜太长，一个水准环的测量更不能过长。根据我国一等水准测量结果的分析认为，以全国100000km估算，最好集中在3年内完成，一个水准环的测量最好在1～2年内完成。4.国家一等水准网需要与大城市、大工矿区的地面沉降监测网相联系。大城市与工矿区的地面沉降监测对于区域的可持续发展具有重要意义。一等水准路线需至少通过几个监测点与监测网联系，这对于科学地分析和判断沉降状况是非常必要的。5.国家一等水准网应与国家基本验潮站有较好的连接。在尽可能的情况下，路线需通过验潮站的水准基点，实在做不到时，支线的路线也应尽量缩短。
《精密水准测量的理论和实践》：测绘科技专著出版基金资助。
评论、评分、阅读与下载
用户评论&(总计5条)
&&&&送货不错，书的质量也好。
&&&&这本书适合测绘类专业人士实用，水准专项讲得很详细。有大部分内容还是参考了国家一二等水准测量规范。书的纸张不行，错别字较多。整体来说还是很不错。
&&&&城市轨道交通工程测量
&&&&好像是测绘大学的教材，理论性很强，有些高深的地方看不太懂。
&&&&搞测绘学习、实习、搞工程都很实用的一本书
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iframe(src='///ns.html?id=GTM-T947SH', height='0', width='0', style='display: visibility:')一种夜间精密测量水准尺装置的制作方法
专利名称一种夜间精密测量水准尺装置的制作方法
技术领域本实用新型属于工程测量领域，特别涉及一种可用于夜间环境精密水准测量的新型装置。
背景技术测定地面点高程的工作称为高程测量，目前由于水准测量的测量精度相对较高而被广泛运用于工程测量、工业测量及大 地测量等，水准测量的原理是利用水准仪提供的水平视线来读取竖立于两点的水准尺上的读数，通过计算来测定两点间的高差，再根据已知点高程计算待定点高程。原理如附图I所示。目前所应用的水准仪按原理可分为光学水准仪和电子水准仪，其中电子水准仪是在仪器望远镜光路中增加了分光镜和光电探测装置(C⑶阵列)等部件，采用条形码分划水准尺和图像处理电子系统构成光、机、电及信息存储与处理一体化的水准测量系统。电子水准仪测量时通常采用的辅助工具为水准尺和尺垫，同时采用以下3种自动电子读数方法进行测量相关法、几何法及相位法。电子水准仪具有测量速度快、读数客观、劳动强度小、作业精度高、测量数据便于输入计算机以及容易实现水准测量内外业一体化的特点而被广泛使用。但同时电子水准仪在读数时存在着对水准尺的光照度要求高的缺点，在光照度较低、光线不均匀或者条码尺上有阴影的情况下无法读数。在实际工作中，部分测量工作必须要求在夜间环境下进行如城市地下铁路线路的沉降观测、高架铁路的高精度测量，以及由于白天车辆产生的震动使测量精度降低而要求在夜间车辆稀少环境下进行的桥梁动静载试验以及高速公路沉降观测等。由于夜间光照条件经常达不到要求，导致水准仪无法识别出水准尺上的条码；同时在实际测量过程中水准尺必须移动，而当距离水准仪较远时，采用大功率的灯光照明或者手电筒的照明方式都不适合观测。
实用新型内容有鉴于此，为了克服现有水准尺无法在夜间环境中顺利精确完成测量作业的不足，本实用新型提供一种适用于国外各种光学水准仪配套的条码标尺在夜间进行精密水准测量作业的水准尺装置。国外原装的如天宝、徕卡、拓普康、蔡司等电子水准仪的铟钢条码水准标尺和玻璃钢条码标尺，以及国内的水准标尺均可使用。本实用新型提供的一种夜间精密测量水准尺装置，包括水准尺单元、主照明灯板、水准器照明灯、开关电路、供电电源。所述水准尺为背面装有气泡式水准尺的尺身，所述长条型的尺面上制有非等间隔的条码，沿尺身长轴方向排列，所述背部侧边安装两把可转动方向的手柄；所述主照明灯板单元安装于条码侧边的PE塑料管中。进一步，所述背部侧边安装的可转动方向手柄为两把，所述PE塑料管安装于条码的左侧边上。[0010]进一步，所述主照明灯板由25组高亮度的LED发光二极管并联构成，其中每组由4颗LED高亮度发光二极管串联构成。进一步，所述水准器照明灯为单颗LED高亮度发光二极管，安装在所述水准器的正上方O进一步，所述开关电路中控制开关为拨动开关，安装在所述水准尺的手柄下方。进一步，所述供电电源单元采用12V1. 3AH/20HR铅蓄电池，安装在所述水准尺的水准器下方。整个系统工作时电路电流为800mA，使照明系统工作时间达到一个夜间工作日以上。本实用新型所述一种夜间精密测量水准尺装置的有益效果在于，本实用新型既能实现水准测量的数字化，即可用于电子水准测量，又可用于光学水准测量用的水准尺。I.由于本实用新型在水准尺的基础上加装照明装置，克服了水准尺在光照度不稳定或低的环境下无法识别条码的缺点，从而使夜间测量随气温变化小、受大气折射光影响小以及在道路夜间测量时受行车震动影响小、能最大程度地提高水准测量精度的优点。2.本实用新型可以使电子水准仪更好地工作于光线较弱或者杂乱的环境中，由于LED照明灯板距离水准尺条码很近，故条码处的光照度很强，而环境光线对照明灯板的照明范围基本不起作用。3.本实用新型的照明灯板安装简单，成本低廉，适用于国内外多种电子水准仪的铟钢条码水准标尺或玻璃钢条码标尺，使用方便、简单。4.本实用新型的使用可以大大地降低测量人员的工作量，提高工作效率，由于水准尺采用主动式的照明方式，从而使电子水准仪识别条码的灵敏度增加，很大程度上缩短了测量工作的调整、校正时间。5.本实用新型维护简单，维护费用低，耗电量低，工作时间长，由于供电采用12V1. 3AH/20HR的可反复充电的铅蓄电池，照明系统的工作电流为800mA，使照明系统工作时间能达到一个夜间工作日以上。
图I为本实用新型利用水准仪进行水准测量的工作示意图；图2为本实用新型的正面结构示意图；图3为本实用新型的背面结构示意图；图4为本实用新型主照明灯板结构示意图图5为本实用新型的系统电路图。图中所示1_水准尺；2-PE塑料管；3_主照明灯板；4_水准尺条码；5_水准尺手柄；6_控制开关；7_水准器照明灯；8_水准器；9_铅蓄电池；10_前进方向；11-大地水准面。
具体实施方式
下面通过结合附图I至图5对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的描述，但这并不限制本实用新型的范围本实用新型所述如图2、3所示，水准尺I采用3m长的精密铟钢水准尺，尺身背面的下半部分装有两个气泡式水准器8，距离尺身底部分别为20cm、100水准尺I背面侧边距离尺身底部120cm处安装有两把可内外转动方向的水准尺手柄5 ;水准尺I在长条型的尺面上制有非等间隔的水准尺条码4，沿尺身长轴方向排列；所述水准尺条码4左侧的上边沿安装一条I. OcmX I. 8cm的PE塑料管2，照明系统中主照明灯板3固定于PE塑料管2与所述水准尺条码4相对的一侧。本实用新型的照明系统固件安装如图4所示，其电路原理如图5所示，照明系统包括主照明灯板3、水准器照明灯7、开关线路和供电电源。主照明灯板3由25组高亮度的LED发光二极管并联构成，其中每组又由4个LED发光二极管串联而成；水准器照明灯7为单颗高亮度的LED发光二极管，分别安装在水准尺I的水准器8的正上方，照亮水准尺I上的水准器8，便于夜间观察水准器8的气泡；控制开关6为能承受较大电流通过的拨动开关，控制整个照明系统电路的闭合和断开，安装在距水准尺I的水准尺手柄5下方5cm处；供电电源采用12V1. 3AH/20HR铅蓄电池9，安装在水准尺I的水准器8下方，距离水准尺I底部5cm。本实用新型适用于电子水准仪和光学水准仪在夜间无光照条件下的水准精密测量以及白天复杂光线照射环境的精密测量。本实用新型的测量操作过程如下(见图I):将水准尺I立于已知高程的水准点上作为后视，水准仪置于施测路线附近合适位置，在施测路线的前进方向上放置尺垫，在尺垫上竖立水准尺I作为前视。立尺点的选择应尽量保持仪器至前、后水准尺I的距离大致相等。粗平水准仪后瞄准后视标尺，用微倾螺旋将水准管气泡居中，用中丝读后视读数至毫米。掉转望远镜瞄准前视标尺，再次将水准管气泡居中，用中丝读前视读数至毫米。将读数记录在手薄中，并立即计算高差。此为第一测站的全部工作。第一测站结束后，记录员通知后视标尺员向前转移，选定第二站的前视点，并将仪器随之迁至第二测站。前视尺的尺垫保持不动，而作为第二测站的后视尺。然后依第一测站相同的工作程序进行第二测站的工作。如此依次沿水准路线方向施测直至全部路线观测完为止。尽管通过参照实用新型的某些优选实施例，已经对实用新型进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本实用新型精神和范围。
权利要求1.一种夜间精密测量水准尺装置，包括水准尺、主照明灯板、水准器照明灯、开关电路和供电电源，所述水准尺为背面装有气泡式水准器的尺身，所述长条型的尺面上制有非等间隔的条码，沿尺身长轴方向排列，所述背部侧边安装有两把可转动方向的手柄；所述主照明灯板安装于条码侧边的PE塑料管中。
2.按照权利要求I所述夜间精密测量水准尺装置，其特征在于所述PE塑料管安装于条码的左侧边上。
3.按照权利要求I所述夜间精密测量水准尺装置，其特征在于所述主照明灯板由25组高亮度的LED发光二极管并联构成，其中每组由4颗LED高亮度发光二极管串联构成。
4.按照权利要求I所述夜间精密测量水准尺装置，其特征在于所述水准器照明灯为单颗LED高亮度发光二极管，安装在水准尺的水准器的正上方。
5.按照权利要求I所述夜间精密测量水准尺装置，其特征在于所述开关电路中控制开 &关为拨动开关，安装在水准尺手柄下方。
6.按照权利要求I所述夜间精密测量水准尺装置，其特征在于所述供电电源采用12V1. 3AH/20HR铅蓄电池，安装在所述水准尺的水准器下方。
专利摘要本实用新型提供一种夜间精密测量水准尺装置，包括水准尺单元、主照明的带状灯板单元、水准器照明灯单元、开关电路单元和供电电源单元，所述水准尺单元为背面装有气泡式水准器的尺身，所述长条型的尺面上制有非等间隔的条码，沿尺身长轴方向排列，所述背部侧边安装有两把可转动方向的手柄；所述主照明的带状灯板单元安装于条码侧边的方形PE塑料管中。本实用新型克服了水准尺在光照度不稳定或光照度低的环境下无法识别条码的缺点，达到使夜间测量随气温变化小、受大气折射光影响小以及在道路夜间测量时受行车震动影响小、能最大程度地提高水准测量精度的优点。
文档编号G01C5/00GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者余朝阳, 黄梅峰 申请人:余朝阳, 广州市承信公路工程检验有限公司, 黄梅峰