精密水準(zhǔn)測量的理論和實(shí)踐

前言

近年來，隨著大地測量的發(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)大地測量的趨勢。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，在一個可以預(yù)見的將來，精密水準(zhǔn)測量仍將具有重要的意義。半個多世紀(jì)以來，我國完成了大量的精密水準(zhǔn)測量工作，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)勢性強(qiáng)的高程數(shù)據(jù)，精密水準(zhǔn)網(wǎng)必須定期復(fù)測。建立和維持國家高程控制網(wǎng)，仍將是今后我國大地測量工作的重點(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。在這個大的背景之下，出版一本精密水準(zhǔn)測量的專著，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，它是我國半個世紀(jì)以來精密水準(zhǔn)測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實(shí)的理論基礎(chǔ)；大量的國內(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家測繪局測繪科技專著出版基金的資助；測繪出版社為本書的出版付出了辛勤勞動。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)測量的一般問題，如國家高程網(wǎng)的布測、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)測量、現(xiàn)代空間技術(shù)下的精密水準(zhǔn)測量以及全球統(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)容兼顧國內(nèi)外，重點(diǎn)在國內(nèi)；理論與實(shí)踐并重，以實(shí)踐為主。因此，本書是我國近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)，可供從事大地測量，特別是從事精密水準(zhǔn)測量的生產(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 國家高程控制網(wǎng)的布測  2-1 國家高程控制網(wǎng)布測的基本原則  2-2 國家水準(zhǔn)網(wǎng)路線的設(shè)計  2-3 水準(zhǔn)測量標(biāo)石類型與選埋  2-4 國家第一期(1951-1969年)一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)布測  2-5 國家第二期(1976-1990年)一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)布測  2-6 國家第二期(1991-1997年)一等水準(zhǔn)網(wǎng)復(fù)測第三章 水準(zhǔn)測量的儀器、觀測方法和外業(yè)成果的整理  3-1 水準(zhǔn)測量的儀器  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)測量的實(shí)施  3-6 觀測組各崗位的職責(zé)和相互配合  3-7 野外操作方法  3-8 選擇適宜的觀測條件  3-9 水準(zhǔn)測量的記錄、計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 對水準(zhǔn)測量數(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、尺臺和腳架的垂直位移及其對精密水準(zhǔn)測量成果的影響  5-1 尺樁、尺臺和腳架的垂直位移對精密水準(zhǔn)測量成果的影響  5-2 恩津關(guān)于尺樁、尺臺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 我國進(jìn)行的尺樁、尺臺和腳架垂直位移的試驗(yàn)研究  5-5 我國關(guān)于尺樁、尺臺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 尺長測定誤差  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)尺光電自動瞄準(zhǔn)檢測裝置  6-8 雙頻激光干涉水準(zhǔn)標(biāo)尺檢測系統(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)的測定  6-12 尺長和溫度系數(shù)測定中的一個值得注意的問題  6-13 尺長和溫度系數(shù)測定的可靠性檢驗(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)中央測繪科學(xué)研究院的研究結(jié)果  7-4 美國和其他一些國家的研究結(jié)果  7-5 我國對水準(zhǔn)折光問題的研究  7-6 國家測繪局組織實(shí)施的試驗(yàn)研究結(jié)論  7-7 我國精密水準(zhǔn)測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 我國水準(zhǔn)標(biāo)石穩(wěn)定性研究  9-1 重要意義  9-2 對水準(zhǔn)標(biāo)石穩(wěn)定性的定性分析  9-3 復(fù)測水準(zhǔn)在地面沉降和地殼垂直運(yùn)動研究上的應(yīng)用  9-4 地面升降和地殼垂直運(yùn)動的分離  9-5 我國復(fù)測水準(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)測量  10-1 跨越方法的選擇  10-2 跨越障礙物測量的場地選擇與測前準(zhǔn)備  10-3 跨河水準(zhǔn)觀測和記錄  10-4 跨 河水準(zhǔn)測量的高差計算和檢驗(yàn)第十一章 特高精度的水準(zhǔn)測量方法  11-1 特高精度的幾何水準(zhǔn)測量方法  11-2 流體靜力水準(zhǔn)測量  11-3 測微水準(zhǔn)第十二章 現(xiàn)代空間技術(shù)下的精密水準(zhǔn)測量  12-1 概論  12-2 GPS／水準(zhǔn)  12-3 GPS技術(shù)用于精密沉降監(jiān)測和高程傳遞第十三章 精密水準(zhǔn)測量的誤差分析和精度評定  13-1 精密水準(zhǔn)測量的誤差來源及其對水準(zhǔn)測量成果的影響  13-2 精密水準(zhǔn)測量的精度評定公式  13-3 關(guān)于拉列曼公式的討論和新的精度評定方法  13-4 關(guān)于精密水準(zhǔn)測量的誤差傳播、精度估計和質(zhì)量控制第十四章 水準(zhǔn)網(wǎng)的靜態(tài)平差與動態(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)動態(tài)平差的基本概念  14-5 K準(zhǔn)網(wǎng)動態(tài)平差的數(shù)學(xué)模型第十五章 精密水準(zhǔn)測量在我國現(xiàn)今地殼垂直運(yùn)動研究中的應(yīng)用  15-1 概述  15-2 見測數(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)動態(tài)垂直基準(zhǔn)  15-5 速率面擬合方法  15-6 我國大陸現(xiàn)今地殼垂直運(yùn)動趨勢第十六章 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)測量的術(shù)語釋義參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：國家高程控制網(wǎng)是國家大地測量控制網(wǎng)的一部分，它的布測目的服從于國家大地測量總的目的。國家高程控制網(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，國家高程控制網(wǎng)按照由高精度至低精度逐級控制的原則布測，分為一等、二等、三等、四等水準(zhǔn)網(wǎng)。一等水準(zhǔn)測量在高程控制網(wǎng)中精度最高，是整個控制網(wǎng)的骨干，同時還為研究地殼垂直運(yùn)動、平均海面變化、區(qū)域地面沉降及其他地球動力學(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)星定位高程測量的精度在不斷提高，但一等水準(zhǔn)測量的科學(xué)目的與作用目前還無法取代。二等水準(zhǔn)測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)測量的進(jìn)一步加密。當(dāng)三、四等水準(zhǔn)測量不能到達(dá)時，高程控制網(wǎng)的布測則采用三角高程測量。原則上講，水準(zhǔn)網(wǎng)布測當(dāng)然是應(yīng)用于大地網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計方法，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)計相比會有多大收益。但是可以肯定，優(yōu)化設(shè)計必然會打亂目前的規(guī)范化作業(yè)方式，造成布測的困難（陳鑫連等1994）。因此，國家高程網(wǎng)的布測通常是采用規(guī)范化方式進(jìn)行。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（國家技術(shù)監(jiān)督局1992）并總結(jié)我國水準(zhǔn)網(wǎng)的實(shí)踐，一等水準(zhǔn)網(wǎng)的布測需遵循下列原則：1.國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)布測需構(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)，如我國的西部可以酌情放寬。2.國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)布測需要考慮板塊內(nèi)部不同地塊的構(gòu)造。板塊運(yùn)動學(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)動也在板塊運(yùn)動統(tǒng)一的背景下各自不同。目前，我國地學(xué)界對于被稱為二級構(gòu)造單元的板內(nèi)地塊劃分已基本形成共識，為水準(zhǔn)路線的布設(shè)提供了基礎(chǔ)。3.國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)的布測需要考慮時間跨度。為了利用一等水準(zhǔn)測量推求地殼垂直運(yùn)動，必須對其定期復(fù)測，求得的垂直運(yùn)動速率是復(fù)測間隔時間內(nèi)具有平均意義的速率。也就是說，從研究地殼垂直運(yùn)動的角度而論，一等水準(zhǔn)測量有一個確定的歷元，如果測量時間過長，將導(dǎo)致水準(zhǔn)測量在空間上的不連續(xù)。因此，整個一期一等水準(zhǔn)測量時間不宜太長，一個水準(zhǔn)環(huán)的測量更不能過長。根據(jù)我國一等水準(zhǔn)測量結(jié)果的分析認(rèn)為，以全國100000km估算，最好集中在3年內(nèi)完成，一個水準(zhǔn)環(huán)的測量最好在1～2年內(nèi)完成。4.國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)需要與大城市、大工礦區(qū)的地面沉降監(jiān)測網(wǎng)相聯(lián)系。大城市與工礦區(qū)的地面沉降監(jiān)測對于區(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監(jiān)測點(diǎn)與監(jiān)測網(wǎng)聯(lián)系，這對于科學(xué)地分析和判斷沉降狀況是非常必要的。5.國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)與國家基本驗(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，支線的路線也應(yīng)盡量縮短。

編輯推薦

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