海测规范▏拟修订《海道测量规范》之高程控制测量

【编者按】现编发国标《海道测量规范》“送审稿”（2012年）内容，其目的是为了业界人士相互学习、交流与讨论，并欢迎业界同行们就此发表自己的意见，以便于更好地适应本行业作业需要，并根据新的技术发展进一步完善与补充，使之更加全面，具有更好的现势性和可操作性。；[e-mail]。为此，我们平台推出“海测规范”栏目，每周一篇，分篇编发“送审稿”里的章节内容，本篇是“高程控制测量”章节。当然，“送审稿”仅供大家相互学习、交流与探讨，在正式颁布前不能作为强制执行的标准，现有执行标准仍为《海道测量规范》（GB12327-1998）标准，特此说明。

一、一般要求

⒈ 测量海控点和测图点高程的方法，主要有几何水准测量、测距高程导线测量、三角高程测量、GPS高程测量等。在有一定密度的水准高程点控制下，三角高程测量和GPS高程测量是测定控制点高程的基本方法。

⒉ 用于三角高程起算的海控点、测图点，验潮水尺零点、工作水准点及主要水准点均应用水准联测的方法确定其高程。

用水准联测高程时，必须起测于国家等级的水准点，根据所需的高程精度和测线长度决定施测等级。进行等级点水准测量时，一律按相应的国家水准测量规范执行。岛屿地区无国家等级水准点联测时，可设立验潮站及其主要水准点，并作为岛屿高程和水准测量的起始点。验潮站水准点与验潮站水尺间的联测，视情按四等水准或者等外水准测量要求施测。

⒊ 海控点高程起算点宜布设在锁的两端、网的边缘部分、验潮站主要水准点和导线的起闭点上。网中任一点与最近的高程起算点的间隔边数，不得超过下表的规定。

网中点与高程起算点之间边数的规定

等高距（m）	平均边长（km）	点的高程中误差 mh(m)
2	1～2	3	4	5	6
间隔边数	10	7	4	3	2	±0.1

⒋ 各级海控点的三角边和导线边均应对向观测垂直角，用交会法测定的点至少要有三个不超限的单向高差成果。

⒌ 利用GPS手段进行高程测量时，应对测区的高程异常进行分析。一般在地貌比较平坦的区域，已知水准点距离不超过15km，点数不少于4个；困难地区，水准点分布合理的情况下不少于3个，解算出的未知点高程在满足规范要求时可作为相应等级的水准高程（外推点除外）使用。

二、三角高程测量

⒈ 电磁波测距三角高程测量可代替四等水准和等外水准，但三角高程网各边的垂直角应进行对向观测。可采用每点设站法或隔点设站法。

⒉ 电磁波测距三角高程测量代替水准测量时，应遵守以下规定：

⑴起算点应不低于三等水准点，起算点间高程传递边的路线长度应小于15km；

⑵每测站观测边长应小于1km；

⑶每测站的垂直角观测半数测回以后，变动仪器高或棱镜高，其变动范围应大于10cm。变动仪器高或棱镜高后，四等测量高互差（以cm为单位）应小于高程传递边水平距离（以km为单位）的3倍，等外测量时应小于6倍；

⑷等外三角高程网，可按四等水准连测一定数量的控制点作为高程起算点，起算点间高程传递边的路线长度应小于16km。测图等高距大于1m时，传递边路线长度可放宽到40km。

⑸电磁波测距三角高程传递路线长度，应不超过相应等级的水准路线长度。

⒊ 三角高程测量主要技术要求如下：

三角高程测量技术要求

⒋ 经纬仪仪器高和棱镜（觇标）高可用钢尺或对中杆在每次观测前后各量测一次。四等高程量至1mm,两次互差不大于2mm；等外高程量至5mm,两次互差不大于10mm。

⒌ 垂直角观测时间一般在日出后2h至日落前2h内进行，全天为阴天时可全天观测。当视线通过沙滩、盐碱地或水域等地区时，如有条件，最好两台仪器同时对向观测，时间不作具体要求。

⒍ 各级海控点和测图点垂直角观测测回数按中丝法观测每一方向时，测三个测回；按三丝法观测每一方向时，测二个测回。

垂直角观测的具体要求按GB/T17942—2000有关规定执行。

⒎ 垂直角观测一测回的操作程序：

⑴整置仪器的方法和步骤与水平角观测相同；

⑵在盘左位置上，将度盘变换钮调至垂直位置，将望远镜的中丝或三根水平丝依次照准该组中的每一目标的照准标的，精确照准后，将垂直度盘的汽泡导至中央，进行垂直度盘的读数，重合对径分划两次，读数两次；

⑶纵转望远镜，依相反的照准次序进行观测，至该组的第一个方向。

以上操作即为一测回。

⒏ 垂直角和指标差计算公式：DJ1、DJ2型仪器垂直角和指标差的计算公式见GB/T17942-2000有关部分。

⒐ 垂直角观测的限差见下表。

垂直角观测限差      单位为秒

仪器限差                        项目	DJ1、DJ2型
指标差绝对值	30
指标差互差	15
垂直角互差	10
两次读数（照准）差	03

垂直角互差、指标差互差的比较方法及重测规定按GB/T17942—2000有关规定执行。

⒑ 在垂直角观测前（或后），一定要量取觇标、仪器水平轴至中心标石上标志面的高度。

⑴量取部位：

圆筒上沿（或标心柱顶）、标尖、回光台。如照准其它部位，其相应的高度均须量取。灯桩、灯塔应量取照准部位至灯光中心的距离。

⑵量取方法：

每一部位用钢卷尺的不同尺段量取两次，量取时钢卷尺应拉直，读至0.01m，记录在手簿中，再取中数（仪器高直接记录中数）。应避免在大风时量取标高。

⑶量取限差：

两次直接量取结果的差应不大于2cm。

三、水准测量

⒈ 三、四等水准测量按GB/T 12898—2009执行。

⒉ 等外水准测量

⑴用于等外水准测量的水准仪，其最低型号为DS³型，其基本参数见附录B；标尺采用因瓦合金标尺或区格式木质标尺。

⑵仪器的检校：

①对于新出厂的仪器及其在出测前的检验项目有：

▲仪器的检视；

▲概略水准器置平检校；

▲水准标尺分划面弯曲差的测定；

▲一对水准标尺零点不等差及黑红分划读数差的测定；

▲十字丝的检校；

▲视距系数的测定；

▲i角的检校。

②经过修理后的仪器应检验受其影响的有关项目。

③每天作业前应测定i角一次。

④在作业过程中应随时注意检验概略水准器置平；若对仪器某一部件的质量有怀疑时，应随时进行相应项目的检验。

具体检验办法见GB12898-2009《国家三、四等水准测量规范》执行。

⑶等外水准测量观测方法：

①光学水准仪观测程序及操作

❶采用中丝读数法或光学测微法观测，可直读距离，视线高度以中丝能读数为原则。

❷测线为闭合环或附合路线时，可只进行单程测量。水准支线采用往返测或单程双转点观测。使用双面标尺时观测顺序为后—后—前—前；使用单面标尺时可采用变动仪器高法，每次观测顺序为后—前—后—前，改变仪器高应不少于10cm以上。

❸中丝读数法一测站的操作程序及水准点和“其它固定点”的观测，按照GB12898-2009《国家三、四等水准测量规范》要求执行。

②数字水准仪观测程序及操作

数字水准仪观测程序同光学水准仪，一测站操作程序按照GB/T12898执行。

③水准观测中的注意事项：

❶每天作业前进行的i角测定，可记录在当天观测手簿的首页，并用红铅笔括起来，加以注明。当i角超限时，应反复检测，确认超限时再行改正。

❷观测之前，将仪器整置水平，找出倾斜螺旋的标准位置（零点），以便每个测站迅速整置仪器水平。

❸水准观测时，必须用测伞遮避阳光。

❹连续在各测站上安置水准仪的三角架时，应使其中两脚与水准路线方向平行，而另一脚应轮流置于路线方向的左侧与右侧。

❺除路线拐弯处，每一测站上仪器和前后标尺的三个位置应尽量接近于一条直线。

❻在同一测站观测时，不得两次调焦。

❼每一测段往、返测的测站数均应为偶数。

❽扶尺员应牢记所扶尺的号码，标尺应小心地置于尺桩（尺台）上，两手自然地抓住标尺的耳环，并注意标尺水准气泡的居中，使标尺垂直于尺台（尺桩）上。工作中不要碰动尺台，如尺台被碰动，应立即报告测站。

❾每一测站观测完毕向前迁站时，后视标尺扶尺员只有在得到记簿员的允许后，方能移站。

❿采用单程双转点法时，扶尺员更应集中精力，以防左、右路线弄错造成返工。

⑷限差规定见下表。

等外水准观测限差

序号	项目	限差
1	i角，（"）	£20
2	水准标尺最大矢距，mm	£8
3	前后视距差，m	£5
4	前后视距累积差，m	£15
5	左右路线转点差，mm	£8
6	单面标尺观测时，变动仪器高度前后所测高差之差，mm	£8
7	黑红面所测高差之差，mm	£8
8	最大视距，m	£150
9	左右路线高差不符值的绝对值，mm	£28√L
10	往返测高差不符值的绝对值，mm	£40√L
注：表中的L为路线测段的长度，km。

⑸成果的重测和取舍按照GB12898-2009《国家三、四等水准测量规范》中的方法进行处理。

四、数据处理

⒈ 野外测量的记录和整理：

⑴外业观测手簿中的读数、记录和计算，三角高程测量取至一秒，水准测量取至毫米；

⑵外业手簿的任何原始记录应清晰、整齐、美观、准确，不得涂、刮、擦，更不得凭记忆补记或转抄复制。几何水准测量的厘米、毫米的读数，三角高程测量的秒值均不准划改；几何水准测量中的米、分米读数，三角高程测量中的度、分读数，以及文字，确属读错、记错时，可在现场更正。但应以单线划去错误的数字或文字，在其上方写出正确的数字或文字，并在相应栏内注明原因；允许更改的数值，同一水准测站不得有两个相关数字同时划改；垂直角观测中，同一方向的盘左、盘右不得同时更改，“分”的读数，各测回不得同时更正同一数字；

用计算机记录外业观测时，必须将所有打印的记录和计算结果贴入手簿相应位置中，不得将超限的资料删除，只贴入合限成果；

⑶外业手簿中，几何水准测量的每段始末、工作间歇的前后及中间有变化时，应填写观测日期、时间、天气、成像、前后视标尺号等；三角高程测量的每一点首页，应记载测站名称、等级、觇标类型，每一观测时间段的首末页上端各项应记载完整；

⑷凡超限的成果，应用单线整齐划去，并注明重测原因及重测结果所在的页数，水准测量的重测记录应加注“重测”二字；

⑸观测手簿的封面须填写测区（或路线）名称、施测日期、施测单位、等级、手簿编号等项目，三角高程测量手簿还须填明测站的点名和等级；

副封面除填写上述栏目外，还应记载仪器情况（包括水准标尺情况）、观测者、记簿者等项目；

⑹在一切资料中，凡遇有特殊情况时必须在资料内加以注明。

⒉ 计算应遵守的规定

⑴计算中应遵守平面控制测量中的有关规定；

⑵高差、高程计算取位规定见下表。

高差、高程计算取位规定

项目	H1、H2、Hc
垂直角观测及改正数（²）	1
高差计算(m)	0.01
三角高程(m)	0.1
水准观测(m)	0.001
最后水准高程(m)	0.001

⒊ 高差计算

⑴调制高程控制起算数据表

⑵根据测区的实际情况，选择若干有代表性的边计算两差改正系数（地球弯曲差和大气折光差联合影响）C。C值的计算有：

①由几何水准测量测得两端点高程的4～5条边计算C值并取其中数C。C值按下式计算：

C＝(H₁＋H₂＋h_1,2＇)/D²

式中：C——两差改正系数；

H₁——由几何水准测量测得端点1的高程，m；

H₂——由几何水准测量测得端点2的高程，m；

h_1,2＇——由垂直角直接计算的未加C值改正的两端点的高差，m。

h_1,2＇＝D×tanα_1,2［1＋H_m/R－y_m²/2R²］＋i₁－α₂

式中：D——投影平面上点1与点2之间的距离，m；

α_1,2——由点1观测点2的垂直角，（°）；

H_m——为两端点的平均高程，m；

R——地球平均曲率半径，m；

y_m——两端点横坐标平均值，m；

i₁——为点1的仪器高，m；

α₂——为点2的觇标高，m。

②由有代表性的对向观测垂直角的15～20条边，每边按下式计算C值，再取其平均值：

C＝－（h_1,2＇＋h_2,1＇）/2D²

式中：h_1,2＇——1至2点间未加两差改正的高差，m；

h_2,1＇——2至1点间未加两差改正的高差，m；

D——投影平面上点1与点2之间的距离，m。

③也可先采用C的近似值C＇值，再计算C＇的改正值△C。

⑶高差按下列公式计算：

①对向高差计算公式：

h_1,2＝D×tan（（α_1,2－α_2,1）/2)）＋（i₁＋α₁）/2－（i₂＋α₂）/2＋△h_1,2

式中：α_1,2——点1观测点2的垂直角，(°)；

α_2,1——点2观测点1的垂直角，(°)；

i₁——点1的仪器高，m；

i₂——点2的仪器高，m；

α₁——点1照准部位至标石面的觇标高，m;

α₂——点2照准部位至标石面的觇标高，m；

D——投影平面上点1与点2之间的距离，m;

h_1,2——实地边长化算至投影平面上边长时所引起的高差改正值，m。

△h_1,2=D×tanα_1,2［H_m/R－y_m²/2R²］

单向高差计算公式：

h_1,2＝D×tanα_1,2＋CD²＋i₁－α₂＋△h_1,2

式中：C——两差改正系数；

⒋ 三角高程测量验算的项目与限差

⑴同一条边用单向高差公式计算往返高差时，其不符值应不大于0.1D（m），D为边长，km；

⑵用对向观测求得高差中数，沿闭合图形各边求和，或从一个高程起算点沿三角边或导线边推算高程至另一个高程起算点，其闭合差的绝对值应不大于0.05√∑D²m，D为边长，km；

⑶交会点近似高程计算互差应不大于0.4m；

⑷当对向高差之差超限，但其中数能满足闭合图形限差要求时，仍可取中数采用；若其中数不能满足闭合图形限差要求，但其中一个单向高差能满足闭合图形限差要求时，可采用该单向高差；

⑸通过验算检查舍去不合格的成果后，每个三角点必须保证至少有三个双向或两个双向、两个单向的高差成果；每个导线点必须保证有两个双向的高差成果；交会点不得少于三个单向高差成果。

⒌ 三角高程平差和精度估算

⑴三角高程平差一般采用逐渐趋近法，在规定的表格中完成，也可在三角高程平差图上进行。

⑵精度估算和限差：

①海控点的高程中误差m_h不得超过±0.1m。m_h按下式计算：

m_h＝±√(∑(P＇δδ)/（n-1）)

式中：m_h——高程中误差，m；

P＇——改化后的权；

δ——某方向计算的本点高程与本点最后高程之差，m；

n——计算本点高程的方向数。

②全区高程中误差M_h不得超过±0.1m，M_h按下式计算：

M_h＝±√(∑m_h²/n＇)

式中：M_h——全区高程中误差，m；

m_h——每一点的高程中误差，m；

n＇——全区待定高程点数。

⒍ 资料整理与归档

⑴各种原始资料和计算资料一律装订成册；

⑵将各点的最后高程记入透明纸控制点成果表。

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