第七章控制測(cè)量

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1、第七章第七章 控制測(cè)量控制測(cè)量n7-1控制測(cè)量概述n1、控制測(cè)量基本概念 n控制測(cè)量是針對(duì)碎部測(cè)量而言的，研究如何測(cè)定控制點(diǎn)的精確位置，并以控制點(diǎn)的位置來(lái)確定碎部點(diǎn)的位置。n目的是為地形圖測(cè)繪和各種工程測(cè)量提供控制基礎(chǔ)和起算基準(zhǔn)；n作用是在全國(guó)范圍內(nèi)提供具有統(tǒng)一坐標(biāo)系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的控制點(diǎn)坐標(biāo)和高程，其成果具有通用性和共享性，使全國(guó)各局部地區(qū)的測(cè)量工作得以分期分批進(jìn)行，所測(cè)地形圖可以相互拼接共同使用。n意義是控制測(cè)量在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要作用，它為地學(xué)科學(xué)研究、空間技術(shù)及宇宙航行以及測(cè)圖和各項(xiàng)工程提供了控制基礎(chǔ)。2、控制測(cè)量分類控制測(cè)量分類 n控制測(cè)量分為平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量?？刂茰y(cè)量按

2、精度分為不同等級(jí)，各個(gè)等級(jí)有不同的技術(shù)指標(biāo)。n（1）平面控制測(cè)量：在某地區(qū)或全國(guó)布設(shè)平面控制網(wǎng)，精密測(cè)定控制點(diǎn)的平面位置，分為一、二、三、四四個(gè)等級(jí)。直接服務(wù)于大比例尺測(cè)圖和工程測(cè)量的平面控制測(cè)量等級(jí)有一、二、三級(jí)導(dǎo)線測(cè)量，一、二級(jí)小三角測(cè)量。n（2）高程控制測(cè)量：在某一地區(qū)或全國(guó)布設(shè)高程控制網(wǎng)，精密測(cè)定點(diǎn)的高程位置，國(guó)家高程控制測(cè)量也分成一、二、三、四四個(gè)等級(jí)。直接服務(wù)于大比例尺測(cè)圖和工程測(cè)量的高程控制測(cè)量包括等外水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量。3、控制測(cè)量應(yīng)遵循的原則控制測(cè)量應(yīng)遵循的原則 n控制測(cè)量應(yīng)遵循從高級(jí)到低級(jí)、由整體到局部，逐級(jí)控制，逐級(jí)加密的原則。n4、控制測(cè)量實(shí)施步驟控制測(cè)量實(shí)施步驟

3、n(1)技術(shù)設(shè)計(jì) n(2)選點(diǎn) n(3)造標(biāo)埋石 n(4)觀測(cè) n(5)數(shù)據(jù)處理 n(6)成果驗(yàn)收與上交 7-2導(dǎo)線測(cè)量的形式和外業(yè)工作n1、導(dǎo)線布設(shè)形式 n導(dǎo)線的基本布設(shè)形式有：支導(dǎo)線、附合導(dǎo)線、閉合導(dǎo)線和無(wú)定向?qū)Ь€。n導(dǎo)線必須的三個(gè)起算元素：一個(gè)已知點(diǎn)的坐標(biāo)x、y和已知方位角aAB；n觀測(cè)元素：轉(zhuǎn)角和邊長(zhǎng)D；n推算元素：待定點(diǎn)坐標(biāo)。2、導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)導(dǎo)線測(cè)量外業(yè) n導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè)主要包括導(dǎo)線的布設(shè)和轉(zhuǎn)角及邊長(zhǎng)的觀測(cè)。n（1）轉(zhuǎn)角觀測(cè) n（2）導(dǎo)線邊長(zhǎng)測(cè)量 7-3 導(dǎo)線內(nèi)業(yè)計(jì)算導(dǎo)線內(nèi)業(yè)計(jì)算 n1、閉合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計(jì)算n已知邊長(zhǎng)和方位角，由已知點(diǎn)推算待定點(diǎn)的坐標(biāo)稱為坐標(biāo)正算（即由D、求x,y）。n

4、已知：A點(diǎn)坐標(biāo)為xA、yA和A至待定點(diǎn)P的邊長(zhǎng)DAP(平距)和方位角AP n 求：待定點(diǎn)P的坐標(biāo) 解：如圖示：nxp=xA+xAP nyp=yA+yAp n坐標(biāo)增量，xAP、yAP，在本質(zhì)上是兩點(diǎn)坐標(biāo)之差。n由三角函數(shù)知識(shí)，坐標(biāo)增量應(yīng)為 nxAP=DAPcosAP nyAP=DAPsinAPn 于是得 nxp=xA+DAPcosAPnyp=yA+DAPsinAPn式中的邊長(zhǎng)DAP可直接測(cè)得，AP 可由轉(zhuǎn)折角推算而得。n2、閉合導(dǎo)線坐標(biāo)計(jì)算見(jiàn)表7-5。n3、附合導(dǎo)線坐標(biāo)計(jì)算見(jiàn)表7-6。7-4 小三角測(cè)量 n1、小三角測(cè)量的布設(shè)形式小三角測(cè)量的布設(shè)形式 2、小三角測(cè)量的外業(yè)工作小三角測(cè)量的外業(yè)工作

5、 n小三角的外業(yè)工作包括踏勘選點(diǎn)、埋設(shè)標(biāo)石和角度觀測(cè)。n（1）踏勘選點(diǎn)和埋設(shè)標(biāo)石 n（2）角度觀測(cè) n 各等級(jí)小三角測(cè)量測(cè)站上水平角觀測(cè)的技術(shù)要求。n 小三角測(cè)量的外業(yè)工作完成之后，應(yīng)對(duì)外業(yè)測(cè)量成果進(jìn)行檢查，確認(rèn)所有外業(yè)記錄與計(jì)算無(wú)誤，三角形閉合差、測(cè)角中誤差、方位角閉合差等項(xiàng)目符合限差要求后，才可開始計(jì)算。7-5 小三角測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算n1.計(jì)算前的準(zhǔn)備工作 n（1）編制計(jì)算略圖，抄錄起算數(shù)據(jù)，填寫觀測(cè)數(shù)據(jù) n（2）三角形各內(nèi)角編號(hào) n上圖為一由四個(gè)三角形構(gòu)成的外定向線形鎖，觀測(cè)值為各三角形的三內(nèi)角ai、bi、ci(i=1,2,3,4)及兩個(gè)連接角1和2；已知值為線形鎖兩端點(diǎn)A、B及與之相連的

6、點(diǎn)M、N的坐標(biāo)，由坐標(biāo)反算可知，MA和BN的坐標(biāo)方位角也是已知值。為了使計(jì)算有規(guī)律，便于表格化，應(yīng)對(duì)三角形各內(nèi)角進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)。通常規(guī)定：已知邊所對(duì)的角為傳距角b，前進(jìn)邊所對(duì)的角為傳距角a，第三邊(又稱間隔邊)所對(duì)的角為間隔角c，并用三角形的順序號(hào)1，2，作為腳注。如a1、b1、c1、a2、b2、c2 在圖4-18所示的線形鎖中，因沒(méi)有一條已知邊，這時(shí)可假定第一個(gè)三角形中與定向角1相鄰的邊AI為已知邊，然后按上述規(guī)定對(duì)角度進(jìn)行編號(hào)。2、角度平差 n應(yīng)滿足兩個(gè)幾何條件：n（1）圖形條件：三角形的內(nèi)角和應(yīng)等于180，即ai+bi+ci=180 n（2）方位角條件：從已知坐標(biāo)方位角MA開始，經(jīng)過(guò)線形鎖

7、中任一條方位角推算路線推算出的BN邊的方位角應(yīng)等于BN邊的已知方位角BN，這個(gè)條件稱為坐標(biāo)方位角條件。n由于測(cè)角有誤差，上述條件不滿足，產(chǎn)生矛盾。要進(jìn)行平差。n單三角鎖平差計(jì)算見(jiàn)表7-8。7-6 交會(huì)法定點(diǎn)n當(dāng)導(dǎo)線點(diǎn)和小三角點(diǎn)的密度尚不能滿足大比例尺測(cè)圖要求，而需加密的點(diǎn)數(shù)不多時(shí)，可采用交會(huì)定點(diǎn)的方法加密圖根點(diǎn)。常用的交會(huì)定點(diǎn)包括前方交會(huì)、側(cè)方交會(huì)、后方交會(huì)和測(cè)邊交會(huì)。n1、前方交會(huì)前方交會(huì) n（1）前方交會(huì)的計(jì)算 n如圖所示，在三角形ABP中，只在已知點(diǎn)A、B兩點(diǎn)設(shè)站，觀測(cè)了、兩角。已知A、B兩點(diǎn)的坐標(biāo)xA、yA和xB、yB，通過(guò)計(jì)算求得P點(diǎn)坐標(biāo)的方法稱為前方交會(huì)。n前方交會(huì)的計(jì)算公式-余切

8、公式 7-25。2、前方交會(huì)的特殊圖形 n為了保證交會(huì)點(diǎn)的精度，在布設(shè)測(cè)角交會(huì)時(shí)，交會(huì)角不應(yīng)小于30且不應(yīng)大于150。但在野外作業(yè)中，有時(shí)受條件的限制，如兩點(diǎn)間不通視，可根據(jù)實(shí)際情況布設(shè)成下述圖形：n圖形中的和角因故沒(méi)有都觀測(cè)，但未測(cè)角可間接求得:n3=(BC-BA)-2,n4=(CK-CB)-5。7-7 四等水準(zhǔn)測(cè)量n國(guó)家水準(zhǔn)測(cè)量依精度不同分為一、二、三、四等。一、二等水準(zhǔn)測(cè)量是國(guó)家高程控制的全面基礎(chǔ)，三、四等水準(zhǔn)測(cè)量直接為地形測(cè)圖和各種工程建設(shè)提供所必須的高程控制。精度低于四等的水準(zhǔn)測(cè)量稱為等外水準(zhǔn)測(cè)量。本節(jié)闡述四等及等外水準(zhǔn)測(cè)量的布設(shè)形式、技術(shù)要求、選點(diǎn)埋石、外業(yè)施測(cè)和內(nèi)業(yè)計(jì)算等有關(guān)內(nèi)容

9、。1、水準(zhǔn)路線的布設(shè)形式水準(zhǔn)路線的布設(shè)形式 n(1)合水準(zhǔn)路線：從一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，最后附合到另一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)上。n(2)閉合水準(zhǔn)路線：從一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，沿一條環(huán)形路線進(jìn)行水準(zhǔn)測(cè)量，測(cè)定沿線上水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，最后又回到該水準(zhǔn)點(diǎn)。n(3)支水準(zhǔn)路線：從一已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，沿一條水準(zhǔn)路線測(cè)定沿線上其他水準(zhǔn)點(diǎn)的高程，最后不與任一已知高程點(diǎn)連測(cè)。為了提高成果的精度及其可靠性，規(guī)范規(guī)定支水準(zhǔn)路線必須進(jìn)行往返觀測(cè)或單程雙轉(zhuǎn)點(diǎn)觀測(cè)，且應(yīng)限制支水準(zhǔn)路線的長(zhǎng)度。2、四等及等外水準(zhǔn)測(cè)量的主要技術(shù)要求四等及等外水準(zhǔn)測(cè)量的主要技術(shù)要求 n 各等水準(zhǔn)測(cè)量對(duì)所使用的儀器類型、水準(zhǔn)路線長(zhǎng)度

10、、不符值或閉合差的限差等都有相應(yīng)的規(guī)定，其中四等及等外水準(zhǔn)測(cè)量的主要技術(shù)要求如表7-10所列。3、四等水準(zhǔn)測(cè)量方法n四等及等外水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)方法采用中絲讀數(shù)法。下面介紹使用雙面水準(zhǔn)尺時(shí)在一個(gè)測(cè)站上的觀測(cè)程序與記錄格式。n四等及等外觀測(cè)程序：“后后前前、黑紅黑紅”n(1)在測(cè)站上安置儀器，使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，照準(zhǔn)后視尺黑面，用上、下視距絲讀數(shù)，記入記錄表格(表7-11)中(1)、(2)的位置。轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使符號(hào)水準(zhǔn)氣泡居中，用中 n絲讀數(shù)，記入表中(3)的位置；n(2)照準(zhǔn)后視尺紅面，調(diào)整微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表中(4)的位置；n(3)照準(zhǔn)前視尺黑面，用上、下視距絲讀數(shù)

11、，記入表中(5)、(6)的位置，轉(zhuǎn)動(dòng)微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)記入表格中(7)的位置；n(4)照準(zhǔn)前視尺紅面，調(diào)整微傾螺旋，使符合水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表中(8)的位置。n以上觀測(cè)程序簡(jiǎn)稱為“后后前前、黑紅黑紅”。n四等和等外水準(zhǔn)路線應(yīng)盡量布設(shè)成附合或閉合路線，此時(shí)一般只需進(jìn)行單程觀測(cè)。若布設(shè)成支水準(zhǔn)路線，則應(yīng)進(jìn)行往返觀測(cè)或單程雙轉(zhuǎn)法觀測(cè)。所謂單程雙轉(zhuǎn)法觀測(cè)，就是用四個(gè)尺墊；布置成左、右兩條路線，在每一測(cè)站上觀測(cè)完一條路線后，重新整置儀器觀測(cè)另一路線。4、四等水準(zhǔn)測(cè)量的計(jì)算方法n表7-11中，第(1)至(8)欄是讀數(shù)的記錄部分，(9)至(18)欄是計(jì)算檢核部分。n1）視距

12、部分的計(jì)算n(1)后視距(9)：(9)=(1)-(2)100 n(2)前視距(10)：(10)=(5)-(6)100 n(3)前后視距差(11)：(11)=(9)-(10)10 n(4)前后視距累積差(12)：(12)=前站的(12)+(11)2）高差部分的計(jì)算與檢核 n(13)=(3)+-(4)=(3)+(5000-213)-(4)(K05=4787)n e.g.0=1400+(5000-213)-6187 n(14)=(7)+K-(8)=(7)+(5000-313)-(8)(K06=4687)n e.g.1=0567+(5000-313)-5255 n 限差：四等3mm;等外4mm n 規(guī)

13、律：黑面讀數(shù)后三位減紅面讀數(shù)后三位，其值應(yīng)為313（的當(dāng)K=4687時(shí)）或213（當(dāng)K=4787時(shí),否則，即為黑紅面讀數(shù)之差）。ne.g.(13)400-187=213 n 0=213-213 n (14)567-255=312 n -1=312-313 n黑面所測(cè)高差(15)：(15)=(3)-(7)=1400-567=0833 n紅面所測(cè)高差(16)：(16)=(4)-(8)=6187-5255=0932 n 黑紅面所測(cè)高差之差(17):(17)=(15)-(16)100=0833-(0932-100)=1 n=(13)-(14)=0-(-1)=1(較簡(jiǎn)便)n 限差：四等5mm;等外6mm

14、 n高差中數(shù)(18)：(18)=(15)+(16)100/2=(0833+0932-100)/2=0832.5 n(表7-11四等(等外)水準(zhǔn)測(cè)量記錄手簿)7-8 三角高程測(cè)量三角高程測(cè)量 n1、三角高程測(cè)量原理三角高程測(cè)量原理 2、三角高程測(cè)量方法n采用三角高程測(cè)量的方法確定地面上A、B兩點(diǎn)間的高差hAB,首先要在A點(diǎn)安置經(jīng)緯儀，在B點(diǎn)豎立覘標(biāo)，量得儀器高i和覘標(biāo)高v，用經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡的中絲照準(zhǔn)覘標(biāo)頂部，觀測(cè)垂直角，若已知A、B兩點(diǎn)間的水平距離為D，則從圖中可以看出有如下關(guān)系：3、三角高程計(jì)算nHB+v=HA+i+Dtan n 移項(xiàng) n HB-HA=Dtan+i-v n 由高差的定義知，得 n

15、 HB-HA=hAB，得 n hAB=Dtan+i-v n若已知A點(diǎn)高程為HA，則待定點(diǎn)B的高程為 n HB=HA+Dtan+i-v n式中，是仰角時(shí)取正號(hào)，相應(yīng)的Dtan為正；為俯角時(shí)取負(fù)號(hào)，相應(yīng)的Dtan為負(fù)。在計(jì)算中要注意正負(fù)號(hào)。n在已知高程點(diǎn)A上設(shè)站，觀測(cè)該點(diǎn)至待定點(diǎn)B間的高差稱直覘；反之，儀器安置在未知高程的B點(diǎn)上，確定B點(diǎn)至A點(diǎn)間的高程差稱為反覘。n由于三角高程測(cè)量以三角學(xué)為基礎(chǔ)，故稱“三角高程測(cè)量”。7-9 全球定位系統(tǒng)（GPS）簡(jiǎn)介n1、GPS衛(wèi)星定位的基本原理n n衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，應(yīng)用無(wú)線電測(cè)距交會(huì)的原理，便可由三個(gè)以上地面已知點(diǎn)(控制站)交會(huì)出衛(wèi)星的位置，反之利用三個(gè)以上

16、衛(wèi)星的已知空間位置又可交會(huì)出地面未知點(diǎn)(用戶接收機(jī))的位置，如圖7-16、7-17所示。2、GPS測(cè)量實(shí)施測(cè)量實(shí)施 nGPS測(cè)量實(shí)施過(guò)程與常規(guī)測(cè)量一樣，包括方案設(shè)計(jì)、外業(yè)測(cè)量和內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理三部分。由于以載波相觀測(cè)值為主的相對(duì)定位法是當(dāng)前GPS精密測(cè)量中普遍采用的方法，所以這里主要介紹在城市與工程控制網(wǎng)中采用GPS定位的方法和工作程序。(一)GPS控制網(wǎng)設(shè)計(jì) GPS控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)是進(jìn)行GPS測(cè)量的基礎(chǔ)。它應(yīng)根據(jù)用戶提交的任務(wù)書或測(cè)量合同所規(guī)定的測(cè)量任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其內(nèi)容包括測(cè)區(qū)范圍、測(cè)量精度、提交成果方式、完成時(shí)間等。設(shè)計(jì)的技術(shù)依據(jù)是國(guó)家測(cè)繪局頒發(fā)的全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范及建設(shè)部頒發(fā)的全

17、球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程。(二)GPS接收機(jī)選型及檢驗(yàn)nGPS接收機(jī)是完成測(cè)量任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備，其性能、型號(hào)、精度、數(shù)量與測(cè)量的精度有關(guān)，GPS接收機(jī)的選用可參考表4-39。n觀測(cè)中所選用的接收機(jī)，必須對(duì)其性能與可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方可參加作業(yè)。n(三)外業(yè)觀測(cè) n1.外業(yè)觀測(cè)計(jì)劃設(shè)計(jì) n1)編制GPS衛(wèi)星可見(jiàn)性預(yù)報(bào)圖。n2)編制作業(yè)調(diào)度表。應(yīng)根據(jù)儀器數(shù)量，交通工具狀況，測(cè)區(qū)交通環(huán)境及衛(wèi)星預(yù)報(bào)狀況制定作業(yè)調(diào)度表。n2野外觀測(cè) n 野外觀測(cè)應(yīng)嚴(yán)格按照技術(shù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。n1)安置天線:天線安置是GPS精密測(cè)量的重要保證。要仔細(xì)對(duì)中、整平、量取儀器高。儀器高要用鋼尺在互為120方向量三次，互差小于

18、3 mm。取平均值后輸入GPS接收機(jī)。n2)安置GPS接收機(jī):GPS接收機(jī)應(yīng)安置在距天線不遠(yuǎn)的安全處，連接天線及電源電纜，并確保無(wú)誤。n3)按規(guī)定時(shí)間打開GPS接收機(jī)，輸入測(cè)站名，衛(wèi)星截止高度角，衛(wèi)星信號(hào)采樣間隔等。n4)一個(gè)時(shí)段測(cè)量結(jié)束后要查看儀器高和測(cè)站名是否輸入，確保無(wú)誤再關(guān)機(jī)、關(guān)電源、遷站。(5)GPS接收機(jī)記錄的數(shù)據(jù)有：GPS衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差參數(shù)；觀測(cè)歷元的時(shí)刻及偽距觀測(cè)值和載波相位觀測(cè)值；GPS絕對(duì)定位結(jié)果；測(cè)站信息。n3觀測(cè)數(shù)據(jù)下載及數(shù)據(jù)預(yù)處理 n觀測(cè)成果的外業(yè)檢核是確保外業(yè)觀測(cè)質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)定位精度的重要環(huán)節(jié)。所以外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)在測(cè)區(qū)時(shí)就要及時(shí)進(jìn)行嚴(yán)格檢查，對(duì)外業(yè)預(yù)處理成果，按規(guī)范要求進(jìn)行嚴(yán)格檢查、分析，根據(jù)情況進(jìn)行必要的重測(cè)和補(bǔ)測(cè)，確保外業(yè)成果無(wú)誤后方可離開測(cè)區(qū)。n第七章結(jié)束