《高程測(cè)量技術(shù)應(yīng)用》課件

《高程測(cè)量技術(shù)應(yīng)用》課程簡介：高程測(cè)量的定義與意義高程測(cè)量的定義高程測(cè)量是確定地面點(diǎn)相對(duì)于特定基準(zhǔn)面的高度的過程。它通過精確測(cè)量地面點(diǎn)的高程，為地形圖的繪制、工程設(shè)計(jì)、施工放樣等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。高程測(cè)量是地理空間信息獲取的重要手段，也是工程建設(shè)不可或缺的環(huán)節(jié)。高程測(cè)量的意義高程測(cè)量在工程建設(shè)中的作用1工程設(shè)計(jì)高程測(cè)量提供詳細(xì)的地形數(shù)據(jù)，用于路線、橋梁、隧道等工程的設(shè)計(jì)。精確的高程數(shù)據(jù)有助于優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，降低工程成本，減少環(huán)境影響。2施工放樣高程測(cè)量為施工提供高程控制點(diǎn)，確保工程按照設(shè)計(jì)高程進(jìn)行施工。精確的施工放樣可以避免工程偏差，保證工程質(zhì)量?？⒐を?yàn)收學(xué)習(xí)目標(biāo)與課程安排學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)員將掌握水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量、GPS高程測(cè)量、傾斜攝影測(cè)量等各種高程測(cè)量技術(shù)。能夠獨(dú)立完成高程測(cè)量方案設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和成果分析。具備解決實(shí)際工程問題的能力。課程安排本課程共分為十章，內(nèi)容涵蓋高程測(cè)量的基本原理、儀器檢校、實(shí)施方法、數(shù)據(jù)處理和新技術(shù)應(yīng)用。通過理論學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作和案例分析，使學(xué)員全面掌握高程測(cè)量技術(shù)。課程資源提供詳細(xì)的課程講義、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、案例分析報(bào)告和參考文獻(xiàn)。學(xué)員還可以通過在線論壇與老師和同學(xué)交流學(xué)習(xí)心得。鼓勵(lì)學(xué)員積極參與課堂討論，分享實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。第一章：水準(zhǔn)測(cè)量原理1基本概念介紹水準(zhǔn)測(cè)量、水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺、視線、水準(zhǔn)面等基本概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2測(cè)量方法講解水準(zhǔn)測(cè)量的步驟、方法和注意事項(xiàng)，包括前后視讀數(shù)、記錄表格填寫、閉合差計(jì)算等。3誤差分析分析水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源和消除方法，提高測(cè)量精度和可靠性。水準(zhǔn)儀的構(gòu)造與工作原理構(gòu)造水準(zhǔn)儀由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)管、基座等部件組成。望遠(yuǎn)鏡用于瞄準(zhǔn)目標(biāo)，水準(zhǔn)管用于提供水平視線，基座用于支撐儀器。工作原理水準(zhǔn)儀利用水準(zhǔn)管的水平視線，通過讀取水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)，計(jì)算兩點(diǎn)間的高差。水準(zhǔn)管的氣泡居中，保證視線水平。水準(zhǔn)測(cè)量的基本概念：視線、水準(zhǔn)面視線視線是望遠(yuǎn)鏡十字絲中心與目標(biāo)點(diǎn)之間的連線。水準(zhǔn)測(cè)量中，視線必須保持水平，才能保證測(cè)量精度。水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面是與鉛垂線處處正交的曲面。靜止的水面是水準(zhǔn)面的一個(gè)實(shí)例。水準(zhǔn)面是高程測(cè)量的基準(zhǔn)面。高程地面點(diǎn)沿鉛垂線方向到水準(zhǔn)面的距離稱為高程。高程是描述地面點(diǎn)位置的重要參數(shù)。水準(zhǔn)測(cè)量的步驟與方法儀器安置將水準(zhǔn)儀安置在兩點(diǎn)之間，保證視線能夠同時(shí)讀取前后視水準(zhǔn)尺。氣泡居中調(diào)整水準(zhǔn)儀腳螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡居中，確保視線水平。讀數(shù)分別讀取前后視水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)，記錄在記錄表格中。計(jì)算計(jì)算前后視讀數(shù)之差，得到兩點(diǎn)間的高差。水準(zhǔn)路線的布設(shè)閉合水準(zhǔn)路線從一個(gè)已知點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過一系列水準(zhǔn)測(cè)量，最終回到該已知點(diǎn)。用于檢驗(yàn)測(cè)量精度。附合水準(zhǔn)路線從一個(gè)已知點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過一系列水準(zhǔn)測(cè)量，最終到達(dá)另一個(gè)已知點(diǎn)。用于加密高程控制點(diǎn)。支水準(zhǔn)路線從一個(gè)已知點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過一系列水準(zhǔn)測(cè)量，到達(dá)一個(gè)未知點(diǎn)。用于確定未知點(diǎn)的高程。水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源與消除1儀器誤差水準(zhǔn)儀本身存在的誤差，如水準(zhǔn)管軸不平行于視準(zhǔn)軸。通過儀器檢校消除。2觀測(cè)誤差人為觀測(cè)造成的誤差，如讀數(shù)誤差、估讀誤差。通過提高觀測(cè)技能，多次觀測(cè)取平均值消除。3外界因素誤差外界因素引起的誤差，如大氣折光、溫度變化。通過選擇合適的觀測(cè)時(shí)間，進(jìn)行氣象改正消除。第二章：水準(zhǔn)儀器的檢校檢校的必要性1檢校的頻率2檢校的內(nèi)容3檢校的方法4水準(zhǔn)儀的檢校內(nèi)容：水準(zhǔn)管、十字絲水準(zhǔn)管檢驗(yàn)水準(zhǔn)管軸是否平行于視準(zhǔn)軸。如果不平行，會(huì)影響視線的水平性，導(dǎo)致測(cè)量誤差。十字絲檢驗(yàn)十字絲是否垂直于水準(zhǔn)管軸。如果不垂直，會(huì)影響讀數(shù)的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致測(cè)量誤差。檢校的方法與步驟詳解水準(zhǔn)管檢校1.安置儀器，使氣泡居中；2.旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡180°；3.如果氣泡不居中，調(diào)整水準(zhǔn)管調(diào)整螺絲。十字絲檢校1.瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處目標(biāo)；2.旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，觀察十字絲是否偏離目標(biāo)；3.如果偏離，調(diào)整十字絲調(diào)整螺絲。檢校記錄表格的填寫檢校項(xiàng)目檢校標(biāo)準(zhǔn)檢校結(jié)果調(diào)整情況備注水準(zhǔn)管氣泡居中合格/不合格已調(diào)整/未調(diào)整調(diào)整日期十字絲垂直合格/不合格已調(diào)整/未調(diào)整調(diào)整日期檢校注意事項(xiàng)與常見問題1注意事項(xiàng)檢校前仔細(xì)閱讀儀器說明書，了解檢校步驟和注意事項(xiàng)。檢校過程中輕拿輕放，避免損壞儀器。2常見問題氣泡難以居中、十字絲模糊不清、調(diào)整螺絲松動(dòng)。針對(duì)不同問題，采取相應(yīng)的解決方法。水準(zhǔn)儀的維護(hù)與保養(yǎng)清潔定期清潔水準(zhǔn)儀，保持儀器表面干凈。使用柔軟的布擦拭，避免使用腐蝕性清潔劑。潤滑定期潤滑水準(zhǔn)儀的活動(dòng)部件，保證儀器運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。使用專用潤滑油，避免使用普通機(jī)油。存放將水準(zhǔn)儀存放在干燥、通風(fēng)、無塵的環(huán)境中。避免陽光直射，防止儀器老化。第三章：水準(zhǔn)測(cè)量實(shí)施1準(zhǔn)備工作2選點(diǎn)與埋石3路線設(shè)計(jì)4觀測(cè)方法準(zhǔn)備工作：人員、儀器、資料人員測(cè)量員、記錄員、扶尺員。明確人員分工，責(zé)任到人。儀器水準(zhǔn)儀、水準(zhǔn)尺、腳架。確保儀器檢校合格，狀態(tài)良好。資料測(cè)量任務(wù)書、設(shè)計(jì)圖紙、控制點(diǎn)資料。熟悉測(cè)量任務(wù)，了解測(cè)量范圍和精度要求。選點(diǎn)與埋石選點(diǎn)選擇堅(jiān)實(shí)、穩(wěn)定、易于觀測(cè)的地點(diǎn)作為水準(zhǔn)點(diǎn)。避免選擇松軟、易受擾動(dòng)的地點(diǎn)。埋石將水準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)志埋設(shè)在地下，保證其長期穩(wěn)定。埋石深度應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貎鐾辽疃却_定。水準(zhǔn)路線的設(shè)計(jì)與優(yōu)化1路線長度控制路線總長度，避免過長，減少誤差積累。2測(cè)站數(shù)量合理設(shè)置測(cè)站數(shù)量，保證測(cè)量精度和效率。3前后視距盡量使前后視距相等，消除儀器誤差的影響。觀測(cè)方法：前后視讀數(shù)后視讀數(shù)瞄準(zhǔn)后視水準(zhǔn)尺，讀取十字絲在中絲上的讀數(shù)。后視讀數(shù)用于確定儀器的視線高。前視讀數(shù)瞄準(zhǔn)前視水準(zhǔn)尺，讀取十字絲在中絲上的讀數(shù)。前視讀數(shù)用于確定前視點(diǎn)的高程。記錄表格的設(shè)計(jì)與填寫規(guī)范測(cè)站后視點(diǎn)后視讀數(shù)前視點(diǎn)前視讀數(shù)高差備注1A1.234B1.345-0.111第四章：水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)整理1高差計(jì)算2閉合差調(diào)整3精度評(píng)定4數(shù)據(jù)整理與檢查1數(shù)據(jù)錄入將現(xiàn)場記錄的數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)，建立數(shù)據(jù)庫。2數(shù)據(jù)檢查檢查數(shù)據(jù)是否完整、正確，是否存在明顯錯(cuò)誤。3數(shù)據(jù)備份對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，防止數(shù)據(jù)丟失。高差計(jì)算與閉合差調(diào)整高差計(jì)算根據(jù)前后視讀數(shù)之差，計(jì)算兩點(diǎn)間的高差。高差=后視讀數(shù)-前視讀數(shù)。閉合差調(diào)整計(jì)算閉合水準(zhǔn)路線的閉合差，根據(jù)誤差分配原則，將閉合差分配到各測(cè)段高差中。成果的精度評(píng)定中誤差用于評(píng)定測(cè)量成果的精度。中誤差越小，精度越高。相對(duì)誤差用于評(píng)定水準(zhǔn)路線的精度。相對(duì)誤差越小，精度越高。容許誤差根據(jù)測(cè)量規(guī)范，確定容許誤差。測(cè)量成果必須滿足容許誤差的要求。水準(zhǔn)網(wǎng)的平差計(jì)算數(shù)據(jù)輸入將水準(zhǔn)網(wǎng)數(shù)據(jù)輸入平差軟件。平差計(jì)算利用最小二乘法進(jìn)行平差計(jì)算，得到各點(diǎn)高程的最或然值。成果輸出輸出平差后的高程成果，并進(jìn)行精度評(píng)定。計(jì)算軟件的應(yīng)用南方CASS用于地形圖繪制、土方計(jì)算等?？粕礡TK用于GPS數(shù)據(jù)處理、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等。清華三維用于三維建模、虛擬現(xiàn)實(shí)等。第五章：三角高程測(cè)量原理1基本概念2垂直角觀測(cè)3儀器高、目標(biāo)高4計(jì)算公式三角高程測(cè)量的基本概念三角高程測(cè)量利用測(cè)量兩點(diǎn)間的水平距離和垂直角，計(jì)算兩點(diǎn)間高差的方法。垂直角視線與水平線之間的夾角。向上為正，向下為負(fù)。水平距離兩點(diǎn)在水平面上的投影距離。垂直角觀測(cè)儀器安置將經(jīng)緯儀安置在測(cè)站上，進(jìn)行整平對(duì)中。瞄準(zhǔn)目標(biāo)瞄準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)的目標(biāo)，讀取垂直角讀數(shù)。多次觀測(cè)進(jìn)行多次觀測(cè)，取平均值，減少誤差。儀器高、目標(biāo)高的確定1儀器高經(jīng)緯儀中心到地面的距離。2目標(biāo)高目標(biāo)點(diǎn)到地面的距離。計(jì)算公式的推導(dǎo)基本公式高差=水平距離*tan(垂直角)+儀器高-目標(biāo)高?？紤]地球曲率高差=水平距離*tan(垂直角)+儀器高-目標(biāo)高+地球曲率改正。考慮大氣折光高差=水平距離*tan(垂直角)+儀器高-目標(biāo)高+地球曲率改正-大氣折光改正。精度分析誤差來源垂直角觀測(cè)誤差、距離測(cè)量誤差、儀器高目標(biāo)高測(cè)量誤差、大氣折光誤差等。提高精度提高觀測(cè)技能、使用高精度儀器、進(jìn)行氣象改正等。第六章：三角高程測(cè)量實(shí)施1測(cè)站選擇2準(zhǔn)備工作3觀測(cè)方法4記錄填寫測(cè)站的選擇與布設(shè)1通視條件測(cè)站之間必須通視，保證能夠進(jìn)行觀測(cè)。2穩(wěn)定性測(cè)站必須穩(wěn)定，避免沉降或變形。3便于觀測(cè)測(cè)站位置應(yīng)便于觀測(cè)，減少觀測(cè)誤差。觀測(cè)前的準(zhǔn)備工作儀器檢查檢查經(jīng)緯儀是否完好，是否需要檢校。氣象觀測(cè)觀測(cè)氣溫、氣壓、濕度等氣象要素，用于氣象改正。目標(biāo)設(shè)置在目標(biāo)點(diǎn)設(shè)置目標(biāo)，便于瞄準(zhǔn)。觀測(cè)方法與步驟對(duì)中整平將經(jīng)緯儀對(duì)中整平，保證儀器水平。瞄準(zhǔn)目標(biāo)瞄準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)的目標(biāo)，讀取垂直角讀數(shù)。記錄數(shù)據(jù)將觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄在記錄表格中。觀測(cè)記錄的填寫測(cè)站目標(biāo)點(diǎn)垂直角水平距離儀器高目標(biāo)高備注AB+10°20'30"100.000m1.500m2.000m數(shù)據(jù)傳輸與備份數(shù)據(jù)傳輸將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，建立數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)備份對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，防止數(shù)據(jù)丟失。數(shù)據(jù)安全保護(hù)數(shù)據(jù)安全，防止數(shù)據(jù)泄露。第七章：三角高程測(cè)量數(shù)據(jù)處理1數(shù)據(jù)預(yù)處理2氣象改正3彎曲差改正4高程計(jì)算數(shù)據(jù)預(yù)處理：異常值剔除異常值與正常值明顯偏離的數(shù)據(jù)，可能是由于觀測(cè)錯(cuò)誤或儀器故障引起的。剔除方法統(tǒng)計(jì)分析方法、人工判斷方法等。氣象改正1大氣折光大氣對(duì)光線的折射，會(huì)影響垂直角觀測(cè)的精度。需要進(jìn)行氣象改正。2氣象要素氣溫、氣壓、濕度等氣象要素，用于計(jì)算大氣折光改正數(shù)。彎曲差改正地球曲率地球是球體，地球曲率會(huì)影響高程計(jì)算的精度。需要進(jìn)行彎曲差改正。改正公式彎曲差改正數(shù)=水平距離的平方/(2*地球半徑)。高程計(jì)算與精度評(píng)定高程計(jì)算根據(jù)改正后的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的高程。精度評(píng)定評(píng)定高程計(jì)算的精度，是否滿足測(cè)量規(guī)范的要求。軟件應(yīng)用實(shí)例南方CASS利用南方CASS軟件進(jìn)行三角高程測(cè)量數(shù)據(jù)處理，快速準(zhǔn)確地計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的高程?？粕礡TK利用科傻RTK軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，提高測(cè)量效率和精度。第八章：GPS高程測(cè)量技術(shù)1基本原理2接收機(jī)操作3數(shù)據(jù)采集與處理4精度分析GPS高程測(cè)量的基本原理GPS定位利用GPS衛(wèi)星信號(hào)，確定地面點(diǎn)的三維坐標(biāo)。高程確定根據(jù)三維坐標(biāo)，計(jì)算地面點(diǎn)的高程。GPS接收機(jī)的操作與設(shè)置儀器連接將GPS接收機(jī)與天線連接，并固定在腳架上。參數(shù)設(shè)置設(shè)置接收機(jī)的定位模式、數(shù)據(jù)采集頻率等參數(shù)。衛(wèi)星搜索啟動(dòng)接收機(jī)，搜索GPS衛(wèi)星信號(hào)。數(shù)據(jù)采集與處理數(shù)據(jù)采集在測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，記錄GPS衛(wèi)星信號(hào)。數(shù)據(jù)處理利用專業(yè)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算測(cè)站點(diǎn)的高程。精度分析與誤差來源1衛(wèi)星幾何衛(wèi)星分布情況會(huì)影響定位精度。2大氣影響電離層和對(duì)流層對(duì)GPS信號(hào)的延遲會(huì)影響定位精度。3多徑效應(yīng)GPS信號(hào)經(jīng)過反射后到達(dá)接收機(jī)，會(huì)影響定位精度。應(yīng)用案例分析城市高程控制網(wǎng)利用GPS技術(shù)建立城市高程控制網(wǎng)，為城市建設(shè)提供高精度的高程基準(zhǔn)。地形圖測(cè)繪利用GPS技術(shù)進(jìn)行地形圖測(cè)繪，快速高效地獲取地形數(shù)據(jù)。第九章：傾斜攝影測(cè)量高程應(yīng)用1簡介2數(shù)據(jù)采集3建模4數(shù)據(jù)提取傾斜攝影測(cè)量簡介與高程提取傾斜攝影測(cè)量通過搭載多個(gè)傳感器的飛行平臺(tái)，從不同角度獲取地面影像，進(jìn)行三維建模和數(shù)據(jù)提取的技術(shù)。高程提取從傾斜攝影測(cè)量獲取的三維模型中，提取地面點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)。傾斜攝影測(cè)量的數(shù)據(jù)采集流程航線設(shè)計(jì)根據(jù)測(cè)區(qū)范圍和精度要求，設(shè)計(jì)合理的航線。飛行拍攝利用搭載多個(gè)相機(jī)的飛行平臺(tái)，按照設(shè)計(jì)航線進(jìn)行飛行拍攝。數(shù)據(jù)傳輸將拍攝的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，進(jìn)行后續(xù)處理。建模與三維重建影像處理對(duì)采集的影像進(jìn)行處理，包括影像校正、影像匹配等。三維重建利用影像處理的結(jié)果，進(jìn)行三維重建，生成三維模型。高程數(shù)據(jù)的提取與精度分析1數(shù)據(jù)提取從三維模型中提取地面點(diǎn)的高程數(shù)據(jù)。2精度分析對(duì)提取的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析，評(píng)估其可靠性。應(yīng)用案例分析與討論數(shù)字城市建設(shè)利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)，快速構(gòu)建數(shù)字城市三維模型，為城市規(guī)劃和管理提供數(shù)據(jù)支持。災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)利用傾斜攝影測(cè)量技