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1、第七章第七章 控制測量控制測量n7-1控制測量概述n1、控制測量基本概念 n控制測量是針對碎部測量而言的，研究如何測定控制點的精確位置，并以控制點的位置來確定碎部點的位置。n目的是為地形圖測繪和各種工程測量提供控制基礎和起算基準；n作用是在全國范圍內提供具有統(tǒng)一坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)的控制點坐標和高程，其成果具有通用性和共享性，使全國各局部地區(qū)的測量工作得以分期分批進行，所測地形圖可以相互拼接共同使用。n意義是控制測量在國民經(jīng)濟建設中具有重要作用，它為地學科學研究、空間技術及宇宙航行以及測圖和各項工程提供了控制基礎。2、控制測量分類控制測量分類 n控制測量分為平面控制測量和高程控制測量?？刂茰y量按
2、精度分為不同等級，各個等級有不同的技術指標。n（1）平面控制測量：在某地區(qū)或全國布設平面控制網(wǎng)，精密測定控制點的平面位置，分為一、二、三、四四個等級。直接服務于大比例尺測圖和工程測量的平面控制測量等級有一、二、三級導線測量，一、二級小三角測量。n（2）高程控制測量：在某一地區(qū)或全國布設高程控制網(wǎng)，精密測定點的高程位置，國家高程控制測量也分成一、二、三、四四個等級。直接服務于大比例尺測圖和工程測量的高程控制測量包括等外水準測量和三角高程測量。3、控制測量應遵循的原則控制測量應遵循的原則 n控制測量應遵循從高級到低級、由整體到局部，逐級控制，逐級加密的原則。n4、控制測量實施步驟控制測量實施步驟
3、n(1)技術設計 n(2)選點 n(3)造標埋石 n(4)觀測 n(5)數(shù)據(jù)處理 n(6)成果驗收與上交 7-2導線測量的形式和外業(yè)工作n1、導線布設形式 n導線的基本布設形式有：支導線、附合導線、閉合導線和無定向導線。n導線必須的三個起算元素：一個已知點的坐標x、y和已知方位角aAB；n觀測元素：轉角和邊長D；n推算元素：待定點坐標。2、導線測量外業(yè)導線測量外業(yè) n導線測量的外業(yè)主要包括導線的布設和轉角及邊長的觀測。n（1）轉角觀測 n（2）導線邊長測量 7-3 導線內業(yè)計算導線內業(yè)計算 n1、閉合導線的內業(yè)計算n已知邊長和方位角，由已知點推算待定點的坐標稱為坐標正算（即由D、求x,y）。n
4、已知：A點坐標為xA、yA和A至待定點P的邊長DAP(平距)和方位角AP n 求：待定點P的坐標 解：如圖示：nxp=xA+xAP nyp=yA+yAp n坐標增量，xAP、yAP，在本質上是兩點坐標之差。n由三角函數(shù)知識，坐標增量應為 nxAP=DAPcosAP nyAP=DAPsinAPn 于是得 nxp=xA+DAPcosAPnyp=yA+DAPsinAPn式中的邊長DAP可直接測得，AP 可由轉折角推算而得。n2、閉合導線坐標計算見表7-5。n3、附合導線坐標計算見表7-6。7-4 小三角測量 n1、小三角測量的布設形式小三角測量的布設形式 2、小三角測量的外業(yè)工作小三角測量的外業(yè)工作
5、 n小三角的外業(yè)工作包括踏勘選點、埋設標石和角度觀測。n（1）踏勘選點和埋設標石 n（2）角度觀測 n 各等級小三角測量測站上水平角觀測的技術要求。n 小三角測量的外業(yè)工作完成之后，應對外業(yè)測量成果進行檢查，確認所有外業(yè)記錄與計算無誤，三角形閉合差、測角中誤差、方位角閉合差等項目符合限差要求后，才可開始計算。7-5 小三角測量的內業(yè)計算n1.計算前的準備工作 n（1）編制計算略圖，抄錄起算數(shù)據(jù)，填寫觀測數(shù)據(jù) n（2）三角形各內角編號 n上圖為一由四個三角形構成的外定向線形鎖，觀測值為各三角形的三內角ai、bi、ci(i=1,2,3,4)及兩個連接角1和2；已知值為線形鎖兩端點A、B及與之相連的
6、點M、N的坐標，由坐標反算可知，MA和BN的坐標方位角也是已知值。為了使計算有規(guī)律，便于表格化，應對三角形各內角進行統(tǒng)一編號。通常規(guī)定：已知邊所對的角為傳距角b，前進邊所對的角為傳距角a，第三邊(又稱間隔邊)所對的角為間隔角c，并用三角形的順序號1，2，作為腳注。如a1、b1、c1、a2、b2、c2 在圖4-18所示的線形鎖中，因沒有一條已知邊，這時可假定第一個三角形中與定向角1相鄰的邊AI為已知邊，然后按上述規(guī)定對角度進行編號。2、角度平差 n應滿足兩個幾何條件：n（1）圖形條件：三角形的內角和應等于180，即ai+bi+ci=180 n（2）方位角條件：從已知坐標方位角MA開始，經(jīng)過線形鎖
7、中任一條方位角推算路線推算出的BN邊的方位角應等于BN邊的已知方位角BN，這個條件稱為坐標方位角條件。n由于測角有誤差，上述條件不滿足，產(chǎn)生矛盾。要進行平差。n單三角鎖平差計算見表7-8。7-6 交會法定點n當導線點和小三角點的密度尚不能滿足大比例尺測圖要求，而需加密的點數(shù)不多時，可采用交會定點的方法加密圖根點。常用的交會定點包括前方交會、側方交會、后方交會和測邊交會。n1、前方交會前方交會 n（1）前方交會的計算 n如圖所示，在三角形ABP中，只在已知點A、B兩點設站，觀測了、兩角。已知A、B兩點的坐標xA、yA和xB、yB，通過計算求得P點坐標的方法稱為前方交會。n前方交會的計算公式-余切
8、公式 7-25。2、前方交會的特殊圖形 n為了保證交會點的精度，在布設測角交會時，交會角不應小于30且不應大于150。但在野外作業(yè)中，有時受條件的限制，如兩點間不通視，可根據(jù)實際情況布設成下述圖形：n圖形中的和角因故沒有都觀測，但未測角可間接求得:n3=(BC-BA)-2,n4=(CK-CB)-5。7-7 四等水準測量n國家水準測量依精度不同分為一、二、三、四等。一、二等水準測量是國家高程控制的全面基礎，三、四等水準測量直接為地形測圖和各種工程建設提供所必須的高程控制。精度低于四等的水準測量稱為等外水準測量。本節(jié)闡述四等及等外水準測量的布設形式、技術要求、選點埋石、外業(yè)施測和內業(yè)計算等有關內容
9、。1、水準路線的布設形式水準路線的布設形式 n(1)合水準路線：從一已知高程的水準點出發(fā)，進行水準測量，最后附合到另一已知高程的水準點上。n(2)閉合水準路線：從一已知高程的水準點出發(fā)，沿一條環(huán)形路線進行水準測量，測定沿線上水準點的高程，最后又回到該水準點。n(3)支水準路線：從一已知高程的水準點出發(fā)，沿一條水準路線測定沿線上其他水準點的高程，最后不與任一已知高程點連測。為了提高成果的精度及其可靠性，規(guī)范規(guī)定支水準路線必須進行往返觀測或單程雙轉點觀測，且應限制支水準路線的長度。2、四等及等外水準測量的主要技術要求四等及等外水準測量的主要技術要求 n 各等水準測量對所使用的儀器類型、水準路線長度
10、、不符值或閉合差的限差等都有相應的規(guī)定，其中四等及等外水準測量的主要技術要求如表7-10所列。3、四等水準測量方法n四等及等外水準測量的觀測方法采用中絲讀數(shù)法。下面介紹使用雙面水準尺時在一個測站上的觀測程序與記錄格式。n四等及等外觀測程序：“后后前前、黑紅黑紅”n(1)在測站上安置儀器，使圓水準器氣泡居中，照準后視尺黑面，用上、下視距絲讀數(shù)，記入記錄表格(表7-11)中(1)、(2)的位置。轉動微傾螺旋，使符號水準氣泡居中，用中 n絲讀數(shù)，記入表中(3)的位置；n(2)照準后視尺紅面，調整微傾螺旋，使符合水準氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表中(4)的位置；n(3)照準前視尺黑面，用上、下視距絲讀數(shù)
11、，記入表中(5)、(6)的位置，轉動微傾螺旋，使符合水準氣泡居中，用中絲讀數(shù)記入表格中(7)的位置；n(4)照準前視尺紅面，調整微傾螺旋，使符合水準氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表中(8)的位置。n以上觀測程序簡稱為“后后前前、黑紅黑紅”。n四等和等外水準路線應盡量布設成附合或閉合路線，此時一般只需進行單程觀測。若布設成支水準路線，則應進行往返觀測或單程雙轉法觀測。所謂單程雙轉法觀測，就是用四個尺墊；布置成左、右兩條路線，在每一測站上觀測完一條路線后，重新整置儀器觀測另一路線。4、四等水準測量的計算方法n表7-11中，第(1)至(8)欄是讀數(shù)的記錄部分，(9)至(18)欄是計算檢核部分。n1）視距
12、部分的計算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，其值應為313（的當K=4687時）或213（當K=4787時,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黑面所測高差(15)：(15)=(3)-(7)=1400-567=0833 n紅面所測高差(16)：(16)=(4)-(8)=6187-5255=0932 n 黑紅面所測高差之差(17):(17)=(15)-(16)100=0833-(0932-100)=1 n=(13)-(14)=0-(-1)=1(較簡便)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)水準測量記錄手簿)7-8 三角高程測量三角高程測量 n1、三角高程測量原理三角高程測量原理 2、三角高程測量方法n采用三角高程測量的方法確定地面上A、B兩點間的高差hAB,首先要在A點安置經(jīng)緯儀，在B點豎立覘標，量得儀器高i和覘標高v，用經(jīng)緯儀望遠鏡的中絲照準覘標頂部，觀測垂直角，若已知A、B兩點間的水平距離為D，則從圖中可以看出有如下關系：3、三角高程計算nHB+v=HA+i+Dtan n 移項 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點高程為HA，則待定點B的高程為 n HB=HA+Dtan+i-v n式中，是仰角時取正號，相應的Dtan為正；為俯角時取負號，相應的Dtan為負。在計算中要注意正負號。n在已知高程點A上設站，觀測該點至待定點B間的高差稱直覘；反之，儀器安置在未知高程的B點上，確定B點至A點間的高程差稱為反覘。n由于三角高程測量以三角學為基礎，故稱“三角高程測量”。7-9 全球定位系統(tǒng)（GPS）簡介n1、GPS衛(wèi)星定位的基本原理n n衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，應用無線電測距交會的原理，便可由三個以上地面已知點(控制站)交會出衛(wèi)星的位置，反之利用三個以上
16、衛(wèi)星的已知空間位置又可交會出地面未知點(用戶接收機)的位置，如圖7-16、7-17所示。2、GPS測量實施測量實施 nGPS測量實施過程與常規(guī)測量一樣，包括方案設計、外業(yè)測量和內業(yè)數(shù)據(jù)處理三部分。由于以載波相觀測值為主的相對定位法是當前GPS精密測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)設計 GPS控制網(wǎng)的技術設計是進行GPS測量的基礎。它應根據(jù)用戶提交的任務書或測量合同所規(guī)定的測量任務進行設計。其內容包括測區(qū)范圍、測量精度、提交成果方式、完成時間等。設計的技術依據(jù)是國家測繪局頒發(fā)的全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范及建設部頒發(fā)的全
17、球定位系統(tǒng)城市測量技術規(guī)程。(二)GPS接收機選型及檢驗nGPS接收機是完成測量任務的關鍵設備，其性能、型號、精度、數(shù)量與測量的精度有關，GPS接收機的選用可參考表4-39。n觀測中所選用的接收機，必須對其性能與可靠性進行檢驗，合格后方可參加作業(yè)。n(三)外業(yè)觀測 n1.外業(yè)觀測計劃設計 n1)編制GPS衛(wèi)星可見性預報圖。n2)編制作業(yè)調度表。應根據(jù)儀器數(shù)量，交通工具狀況，測區(qū)交通環(huán)境及衛(wèi)星預報狀況制定作業(yè)調度表。n2野外觀測 n 野外觀測應嚴格按照技術設計要求進行。n1)安置天線:天線安置是GPS精密測量的重要保證。要仔細對中、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。n2)安置GPS接收機:GPS接收機應安置在距天線不遠的安全處，連接天線及電源電纜，并確保無誤。n3)按規(guī)定時間打開GPS接收機，輸入測站名，衛(wèi)星截止高度角，衛(wèi)星信號采樣間隔等。n4)一個時段測量結束后要查看儀器高和測站名是否輸入，確保無誤再關機、關電源、遷站。(5)GPS接收機記錄的數(shù)據(jù)有：GPS衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘差參數(shù)；觀測歷元的時刻及偽距觀測值和載波相位觀測值；GPS絕對定位結果；測站信息。n3觀測數(shù)據(jù)下載及數(shù)據(jù)預處理 n觀測成果的外業(yè)檢核是確保外業(yè)觀測質量和實現(xiàn)定位精度的重要環(huán)節(jié)。所以外業(yè)觀測數(shù)據(jù)在測區(qū)時就要及時進行嚴格檢查，對外業(yè)預處理成果，按規(guī)范要求進行嚴格檢查、分析，根據(jù)情況進行必要的重測和補測，確保外業(yè)成果無誤后方可離開測區(qū)。n第七章結束
第七章控制測量
