精密水準(zhǔn)測(cè)量的理論和實(shí)踐

前言

近年來，隨著大地測(cè)量的發(fā)展，特別是衛(wèi)星定位技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)大地測(cè)量的理論和方法，都發(fā)生了革命性的變化，衛(wèi)星定位技術(shù)大有取代常規(guī)大地測(cè)量的趨勢(shì)。但是，在精確傳遞高程和建立高程控制網(wǎng)方面，幾何水準(zhǔn)這種古老的測(cè)量方法，至今還不能完全為現(xiàn)代的空間技術(shù)所取代。因此，在一個(gè)可以預(yù)見的將來，精密水準(zhǔn)測(cè)量仍將具有重要的意義。半個(gè)多世紀(jì)以來，我國(guó)完成了大量的精密水準(zhǔn)測(cè)量工作，結(jié)合生產(chǎn)，進(jìn)行了范圍廣泛的專題研究，積累了豐富的理論和實(shí)踐資料。為了提供現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的高程數(shù)據(jù)，精密水準(zhǔn)網(wǎng)必須定期復(fù)測(cè)。建立和維持國(guó)家高程控制網(wǎng)，仍將是今后我國(guó)大地測(cè)量工作的重點(diǎn)之一。雖然我們進(jìn)行了充分的理論探討，完成了大量的試驗(yàn)研究，但是還沒有進(jìn)行過系統(tǒng)的總結(jié)，更沒有一本有關(guān)精密水準(zhǔn)測(cè)量的專著。本書就是為了填補(bǔ)這一空白而做的努力。在這個(gè)大的背景之下，出版一本精密水準(zhǔn)測(cè)量的專著，有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本書兼顧在精密水準(zhǔn)測(cè)量這一范疇的理論和實(shí)踐，重點(diǎn)在于實(shí)踐。因此可以說，它是我國(guó)半個(gè)世紀(jì)以來精密水準(zhǔn)測(cè)量科技方面較為全面的總結(jié)。大量的外業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理工程，為我們提供了基本的素材和經(jīng)驗(yàn)；系統(tǒng)的科學(xué)研究為我們提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)；大量的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，大大充實(shí)了本書的寫作內(nèi)容。占有大量的資料，用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作結(jié)論，是本書的最大特點(diǎn)。本書力求完整，但不可能全面；力求嚴(yán)謹(jǐn)，但謬誤在所難免，敬希讀者批評(píng)指正。本書第三章、第十章由姬恒煉撰寫；第二章、第十四章、第十五章和第八章的潮汐影響一節(jié)由董鴻聞撰寫；其余部分由梁振英撰寫。本書的出版得到了國(guó)家測(cè)繪局測(cè)繪科技專著出版基金的資助；測(cè)繪出版社為本書的出版付出了辛勤勞動(dòng)。作者在此一并感謝！

內(nèi)容概要

本書是一本關(guān)于精密水準(zhǔn)測(cè)量理論和實(shí)踐問題的專著，較為系統(tǒng)地介紹了近50年來國(guó)內(nèi)外在這一領(lǐng)域的科研和生產(chǎn)實(shí)踐，其中包括作者的科研成果。主要內(nèi)容除包括精密水準(zhǔn)測(cè)量的一般問題，如國(guó)家高程網(wǎng)的布測(cè)、高程基準(zhǔn)和高程系統(tǒng)、儀器和作業(yè)方法、跨河水準(zhǔn)和標(biāo)石穩(wěn)定性以及誤差分析和精度評(píng)定等問題外，還重點(diǎn)討論了各種系統(tǒng)性誤差來源，如尺樁和腳架的垂直位移、標(biāo)尺誤差、折光差、熱力作用、磁致誤差和潮汐影響等。此外還論述了包括特高精度的精密水準(zhǔn)測(cè)量、現(xiàn)代空間技術(shù)下的精密水準(zhǔn)測(cè)量以及全球統(tǒng)一高程基準(zhǔn)和全球統(tǒng)一高程／深度基準(zhǔn)的構(gòu)思模式等較為新鮮的命題。    本書內(nèi)容兼顧國(guó)內(nèi)外，重點(diǎn)在國(guó)內(nèi)；理論與實(shí)踐并重，以實(shí)踐為主。因此，本書是我國(guó)近50年來在精密水準(zhǔn)這一領(lǐng)域的理論與實(shí)踐問題的總結(jié)，可供從事大地測(cè)量，特別是從事精密水準(zhǔn)測(cè)量的生產(chǎn)、教學(xué)和科研的工作者參考。

書籍目錄

第一章 緒論第二章 國(guó)家高程控制網(wǎng)的布測(cè)  2-1 國(guó)家高程控制網(wǎng)布測(cè)的基本原則  2-2 國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)路線的設(shè)計(jì)  2-3 水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)石類型與選埋  2-4 國(guó)家第一期(1951-1969年)一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)布測(cè)  2-5 國(guó)家第二期(1976-1990年)一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)布測(cè)  2-6 國(guó)家第二期(1991-1997年)一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測(cè)第三章 水準(zhǔn)測(cè)量的儀器、觀測(cè)方法和外業(yè)成果的整理  3-1 水準(zhǔn)測(cè)量的儀器  3-2 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)標(biāo)尺可能產(chǎn)生的誤差  3-3 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)標(biāo)尺的室內(nèi)檢定方法  3-4 水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)標(biāo)尺在使用過程中的檢核  3-5 精密水準(zhǔn)測(cè)量的實(shí)施  3-6 觀測(cè)組各崗位的職責(zé)和相互配合  3-7 野外操作方法  3-8 選擇適宜的觀測(cè)條件  3-9 水準(zhǔn)測(cè)量的記錄、計(jì)算和成果的整理第四章 高程基準(zhǔn)和高程系統(tǒng)  4-1 高程基準(zhǔn)和高程系統(tǒng)  4-2 由不同高程基準(zhǔn)推算的高程系統(tǒng)  4-3 對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)取不同的處理方法所產(chǎn)生的高程表示法第五章 尺樁、尺臺(tái)和腳架的垂直位移及其對(duì)精密水準(zhǔn)測(cè)量成果的影響  5-1 尺樁、尺臺(tái)和腳架的垂直位移對(duì)精密水準(zhǔn)測(cè)量成果的影響  5-2 恩津關(guān)于尺樁、尺臺(tái)垂直位移的研究和主要結(jié)論  5-3 恩津關(guān)于腳架垂直位移的研究和主要結(jié)論  5-4 我國(guó)進(jìn)行的尺樁、尺臺(tái)和腳架垂直位移的試驗(yàn)研究  5-5 我國(guó)關(guān)于尺樁、尺臺(tái)和腳架垂直位移試驗(yàn)研究的主要結(jié)論第六章 應(yīng)用因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺帶來的誤差  6-1 因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺的結(jié)構(gòu)和誤差分類  6-2 標(biāo)尺自身的誤差  6-3 尺長(zhǎng)測(cè)定誤差  6-4 水平位置和垂直位置兩種狀態(tài)下的標(biāo)尺長(zhǎng)度差  6-5 由外界環(huán)境引起的誤差  6-6 水準(zhǔn)標(biāo)尺雙頻激光干涉檢定系統(tǒng)  6-7 水準(zhǔn)標(biāo)尺光電自動(dòng)瞄準(zhǔn)檢測(cè)裝置  6-8 雙頻激光干涉水準(zhǔn)標(biāo)尺檢測(cè)系統(tǒng)的綜合精度  6-9 水準(zhǔn)標(biāo)尺因瓦帶分劃線質(zhì)量的評(píng)定  6-10 關(guān)于因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺的溫度改正  6-11 因瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺膨脹系數(shù)的測(cè)定  6-12 尺長(zhǎng)和溫度系數(shù)測(cè)定中的一個(gè)值得注意的問題  6-13 尺長(zhǎng)和溫度系數(shù)測(cè)定的可靠性檢驗(yàn)第七章 關(guān)于水準(zhǔn)折光  7-1 水準(zhǔn)折光的一般理論  7-2 幾種折光改正公式  7-3 前蘇聯(lián)中央測(cè)繪科學(xué)研究院的研究結(jié)果  7-4 美國(guó)和其他一些國(guó)家的研究結(jié)果  7-5 我國(guó)對(duì)水準(zhǔn)折光問題的研究  7-6 國(guó)家測(cè)繪局組織實(shí)施的試驗(yàn)研究結(jié)論  7-7 我國(guó)精密水準(zhǔn)測(cè)量中為克服折光差所采取的措施和收益第八章 磁致誤差、熱力作用和潮汐影響  8-1 磁致誤差  8-2 熱力作用  8-3 潮汐影響第九章 我國(guó)水準(zhǔn)標(biāo)石穩(wěn)定性研究  9-1 重要意義  9-2 對(duì)水準(zhǔn)標(biāo)石穩(wěn)定性的定性分析  9-3 復(fù)測(cè)水準(zhǔn)在地面沉降和地殼垂直運(yùn)動(dòng)研究上的應(yīng)用  9-4 地面升降和地殼垂直運(yùn)動(dòng)的分離  9-5 我國(guó)復(fù)測(cè)水準(zhǔn)網(wǎng)水準(zhǔn)標(biāo)石不穩(wěn)定性分析第十章 跨越障礙物的精密水準(zhǔn)測(cè)量  10-1 跨越方法的選擇  10-2 跨越障礙物測(cè)量的場(chǎng)地選擇與測(cè)前準(zhǔn)備  10-3 跨河水準(zhǔn)觀測(cè)和記錄  10-4 跨 河水準(zhǔn)測(cè)量的高差計(jì)算和檢驗(yàn)第十一章 特高精度的水準(zhǔn)測(cè)量方法  11-1 特高精度的幾何水準(zhǔn)測(cè)量方法  11-2 流體靜力水準(zhǔn)測(cè)量  11-3 測(cè)微水準(zhǔn)第十二章 現(xiàn)代空間技術(shù)下的精密水準(zhǔn)測(cè)量  12-1 概論  12-2 GPS／水準(zhǔn)  12-3 GPS技術(shù)用于精密沉降監(jiān)測(cè)和高程傳遞第十三章 精密水準(zhǔn)測(cè)量的誤差分析和精度評(píng)定  13-1 精密水準(zhǔn)測(cè)量的誤差來源及其對(duì)水準(zhǔn)測(cè)量成果的影響  13-2 精密水準(zhǔn)測(cè)量的精度評(píng)定公式  13-3 關(guān)于拉列曼公式的討論和新的精度評(píng)定方法  13-4 關(guān)于精密水準(zhǔn)測(cè)量的誤差傳播、精度估計(jì)和質(zhì)量控制第十四章 水準(zhǔn)網(wǎng)的靜態(tài)平差與動(dòng)態(tài)平差  14-1 數(shù)據(jù)的整理與歸算  14-2 水準(zhǔn)網(wǎng)靜態(tài)平差的一般方法  14-3 水準(zhǔn)路線權(quán)的確定  14-4 水準(zhǔn)網(wǎng)動(dòng)態(tài)平差的基本概念  14-5 K準(zhǔn)網(wǎng)動(dòng)態(tài)平差的數(shù)學(xué)模型第十五章 精密水準(zhǔn)測(cè)量在我國(guó)現(xiàn)今地殼垂直運(yùn)動(dòng)研究中的應(yīng)用  15-1 概述  15-2 見測(cè)數(shù)據(jù)的凈化及其使用  15-3 數(shù)據(jù)處理方法  15-4 單點(diǎn)動(dòng)態(tài)垂直基準(zhǔn)  15-5 速率面擬合方法  15-6 我國(guó)大陸現(xiàn)今地殼垂直運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)第十六章 全球統(tǒng)一高程基準(zhǔn)的建立和全球陸海統(tǒng)一高程／深度基準(zhǔn)的構(gòu)思模式  16-1 概述  16-2 高程基準(zhǔn)面和深度基準(zhǔn)面  16-3 海面地形和海面動(dòng)力地形  16-4 大地水準(zhǔn)面  16-5 高程基準(zhǔn)面、深度基準(zhǔn)面和其他幾種海上參考面之間的關(guān)系  16-6 全球統(tǒng)一高程基準(zhǔn)的建立  16-7 陸海統(tǒng)一高程／深度基準(zhǔn)的構(gòu)思模式  16-8 深度基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換關(guān)系附錄 有關(guān)水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)測(cè)量的術(shù)語(yǔ)釋義參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：國(guó)家高程控制網(wǎng)是國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)的一部分，它的布測(cè)目的服從于國(guó)家大地測(cè)量總的目的。國(guó)家高程控制網(wǎng)是進(jìn)行地理空間定位高程控制的框架。為了遞推高程，并控制系統(tǒng)誤差的傳播，國(guó)家高程控制網(wǎng)按照由高精度至低精度逐級(jí)控制的原則布測(cè)，分為一等、二等、三等、四等水準(zhǔn)網(wǎng)。一等水準(zhǔn)測(cè)量在高程控制網(wǎng)中精度最高，是整個(gè)控制網(wǎng)的骨干，同時(shí)還為研究地殼垂直運(yùn)動(dòng)、平均海面變化、區(qū)域地面沉降及其他地球動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象等科學(xué)目的服務(wù)。需要著重說明的是，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雖然高精度衛(wèi)星定位高程測(cè)量的精度在不斷提高，但一等水準(zhǔn)測(cè)量的科學(xué)目的與作用目前還無法取代。二等水準(zhǔn)測(cè)量是高程控制的全面基礎(chǔ)，它的主要目的是為了控制低等級(jí)路線，以便于推算點(diǎn)的高程。三、四等水準(zhǔn)是二等水準(zhǔn)測(cè)量的進(jìn)一步加密。當(dāng)三、四等水準(zhǔn)測(cè)量不能到達(dá)時(shí)，高程控制網(wǎng)的布測(cè)則采用三角高程測(cè)量。原則上講，水準(zhǔn)網(wǎng)布測(cè)當(dāng)然是應(yīng)用于大地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，但正如一些文獻(xiàn)指出的那樣，目前還不清楚大型網(wǎng)的嚴(yán)格優(yōu)化結(jié)果與現(xiàn)行規(guī)范化設(shè)計(jì)相比會(huì)有多大收益。但是可以肯定，優(yōu)化設(shè)計(jì)必然會(huì)打亂目前的規(guī)范化作業(yè)方式，造成布測(cè)的困難（陳鑫連等1994）。因此，國(guó)家高程網(wǎng)的布測(cè)通常是采用規(guī)范化方式進(jìn)行。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局1992）并總結(jié)我國(guó)水準(zhǔn)網(wǎng)的實(shí)踐，一等水準(zhǔn)網(wǎng)的布測(cè)需遵循下列原則：1.國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)布測(cè)需構(gòu)成環(huán)形。這種結(jié)構(gòu)的主要作用在于提高其強(qiáng)度，保證精度符合要求。環(huán)的長(zhǎng)度根據(jù)需要與可能應(yīng)在1000～2000km范圍內(nèi)。特殊困難地區(qū)，如我國(guó)的西部可以酌情放寬。2.國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)布測(cè)需要考慮板塊內(nèi)部不同地塊的構(gòu)造。板塊運(yùn)動(dòng)學(xué)說的研究指出，地球大陸不但被劃分為若干板塊，而且板塊內(nèi)部還被劃分為不同的地塊，它們的垂直運(yùn)動(dòng)也在板塊運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一的背景下各自不同。目前，我國(guó)地學(xué)界對(duì)于被稱為二級(jí)構(gòu)造單元的板內(nèi)地塊劃分已基本形成共識(shí)，為水準(zhǔn)路線的布設(shè)提供了基礎(chǔ)。3.國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)的布測(cè)需要考慮時(shí)間跨度。為了利用一等水準(zhǔn)測(cè)量推求地殼垂直運(yùn)動(dòng)，必須對(duì)其定期復(fù)測(cè)，求得的垂直運(yùn)動(dòng)速率是復(fù)測(cè)間隔時(shí)間內(nèi)具有平均意義的速率。也就是說，從研究地殼垂直運(yùn)動(dòng)的角度而論，一等水準(zhǔn)測(cè)量有一個(gè)確定的歷元，如果測(cè)量時(shí)間過長(zhǎng)，將導(dǎo)致水準(zhǔn)測(cè)量在空間上的不連續(xù)。因此，整個(gè)一期一等水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)間不宜太長(zhǎng)，一個(gè)水準(zhǔn)環(huán)的測(cè)量更不能過長(zhǎng)。根據(jù)我國(guó)一等水準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果的分析認(rèn)為，以全國(guó)100000km估算，最好集中在3年內(nèi)完成，一個(gè)水準(zhǔn)環(huán)的測(cè)量最好在1～2年內(nèi)完成。4.國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)需要與大城市、大工礦區(qū)的地面沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)相聯(lián)系。大城市與工礦區(qū)的地面沉降監(jiān)測(cè)對(duì)于區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。一等水準(zhǔn)路線需至少通過幾個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)網(wǎng)聯(lián)系，這對(duì)于科學(xué)地分析和判斷沉降狀況是非常必要的。5.國(guó)家一等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)與國(guó)家基本驗(yàn)潮站有較好的連接。在盡可能的情況下，路線需通過驗(yàn)潮站的水準(zhǔn)基點(diǎn)，實(shí)在做不到時(shí)，支線的路線也應(yīng)盡量縮短。

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