中南大学《土木工程测量》课件第08章小区域控制测量.ppt

1,2,第八章：小区域控制测量,中南大学土木建筑学院道路工程系,3,平面控制网(Horizontal control network)的布设形式 导线(Traverse)控制网的观测、计算 小三角测量(Triangulation)介绍 交会(Intersection)定点,内容提要,4,前言(Preface),测量原则 “从整体到局部，先控制后碎部”，如进行地形测量之前必须先进行控制测量。 目的与作用 为测图或工程建设的测区建立统一的平面控制网(horizontal control network)和高程控制网(vertical control network)。 控制误差的积累。 作为进行各种细部测量的基准,5,控制测量介绍,工程测量的各项工作很大程度上依赖于水平/垂直控制网由多个控制点形成。 水准测量和三角高程都可以用来确定控制点的垂直位置高程。 平面控制网点坐标的确定方法包括 导线测量(Traversing) 三角测量(Triangulation)、三边测量(trilateration) 交会定点(Intersection, resection) 近年来，全球定位系统(Global positioning system, GPS) 已广泛应用于三维控制测量。,6,3、控制测量分类,按内容分： 平面控制测量：测定各平面控制点的坐标X、Y。 高程控制测量：测定各高程控制点的高程H。 按精度分：一等、二等、三等、四等；一级、二级、三级 按方法分：天文测量、常规测量(三角测量、导线测量、水准测量)、卫星定位测量 按区域分：国家控制测量、城市控制测量、小区域工程控制测量,国家平面控制网,国家平面控制网是确定地貌地物平面位置的坐标体系，按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网。目前提供使用的国家平面控制网含三角点、导线点共 154348个，构成1954北京坐标系统、1980西安坐标系两套系统。 “十五”期间对现有的国家平面控制网和国家高精度卫星定位控制网进行联合处理，形成新的覆盖我国全部国土的动态三维地心大地坐标系统。,8,10,“2000国家GPS控制网”由国家测绘局布设的高精度GPS A、B级网,总参测绘局布设的GPS 一、二级网，中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网组成。该控制网整合了上述三个大型的、有重要影响力的GPS观测网的成果，共2609个点。通过联合处理将其归于一个坐标参考框架，形成了紧密的联系体系，可满足现代测量技术对地心坐标的需求，同时为建立我国新一代的地心坐标系统打下了坚实的基础。,11,国家平面控制网介绍,一等三角锁 沿经线和纬线布设成纵横交叉的三角锁系，锁长200250公里，构成许多锁环。 一等三角锁内由近于等边的三角形组成，边长为2030公里。,12,二等三角测量 有两种布网形式： 由纵横交叉的两条二等基本锁将一等锁环划分成4个大致相等的部分，这4个空白部分用二等补充网填充，称纵横锁系布网方案。 在一等锁环内布设全面二等三角网，称全面布网方案。二等基本锁的边长为2025公里，二等网的平均边长为13公里。,二等三角网,14,15,小区域的平面控制网,小区域的平面控制通常是指面积在10km2以内区域控制测量，尽量与国家控制网联测，联测有困难时，可采用假定坐标系。 小区域的平面控制网的分级 测区中最高级的控制：首级控制 测区中最低级的控制：图根控制 布网形式 一、二、三级导线 一、二级小三角网或小三边网,16,82 导线测量,一、导线的形式 工程测量中，导线(Traverse)是一种常用的平面控制测量方法，依靠测量相邻控制点间的距离和角度来确定控制点的坐标。 导线适用于平坦、隐蔽的地区和城镇建筑密集区。 导线的布设形式 闭合导线(Polygon traverse ) 附合导线(Link traverse ) 支导线(Open traverse ) 结点导线(Jointed traverse) 导线网(Traversing network),17,闭合导线 (Polygon Traverse),导线从一点开始，经过一系列导线点，最后又回到原来的起始点，形成的多边形，称闭合导线。闭合导线多用于宽阔地区的控制。,18,附合导线 (Link Traverse ),布设在两个高级控制点之间的导线，称附合导线。附合导线适用于狭长地区的控制。,19,支导线(Open Traverse),由一已知点和一已知边的方向出发，既不附合到另一已知点，又不回到原起始点的导线，称支导线。 因支导线缺乏检核条件，故其边数不能超过4条，只能用于图根控制。,20,结点导线(Jointed Traverse),21,导线网(Traversing Network),22,二、导线等级及技术要求,23,三、导线测量的外业工作(Fieldwork),1、踏勘、选点和埋设标石 在实地确定合适的导线点点位(traverse stations) 选点中应该注意的几点： 为便于测角，相邻导线点间必须通视良好。 为便于测边，应考虑各种测距方法的要求。如使用测距仪，测距边应通视良好，视线离地面1.3m以上，并避开发热体和强电磁场的干扰。如用钢尺，测距边应平坦而无障碍。 为便于测绘地形，导线点应选在地势较高视野开阔的地方。 导线的边长应符合技术要求的规定，相邻边长不要相差悬殊。 导线应均匀分布在测区，便于控制整个测区。,24,埋设标志 i. 木桩 ii. 混凝土标石,埋设标石类型很多，按控制网种类、等级和埋设地区地表条件的不同而有所差别。,25,点之记(Witnessing sketch),26,27,2、测角 测回法测左角，也可测右角。 闭合导线测内角 附合导线多测量左角，在铁路测量中一般测量右角。 支导线，既测左角又测右角，其圆周角闭合差应不超过40。与高级点连测的导线，应测量必要的连接角。 3、测边 钢尺、测距仪、横基尺、视距法等 4、测定方向 a. 与国家控制点连测推求； b. 独立导线，用天文观测或陀螺经纬仪法； c. 罗盘测磁方位,28,测角(Measuring Angles),经纬仪被用来测定相邻控制点间形成的一系列水平角。 测角误差来源 经纬仪整平、对中误差 控制点上设置的照准目标不垂直引入的误差，应尽量照准目标底部，且仔细照准目标； 视差未消除好(Parallax not eliminated),29,测距(Measuring Distances),钢尺或测距仪可用来测定导线点间的距离。 如果测距仪被使用，在每一导线点上的角度和距离可一并测出。 当初始观测距离得到后，应对其作相应的改正，以得到水平距离。,30,83 导线测量的内业计算 Traversing Computation,31,导线计算步骤,角度闭合差的计算与角度的改正 坐标方位角的计算 坐标增量的计算与坐标增量的改正 坐标的计算,32,一、闭合导线,已知数据：AB，XB，YB,观测数据：连接角B； 导线转折角0，1，,5； 导线各边长DB1，D12，D51。,A、B为已知点，1、2、3、4、5为新建导线点。,33,已知数据: x1=500.00 m y1=500.00 m a12=243600“,计算前，检查观测数据并绘制草图,34,闭合导线计算过程,35,1、角度闭合差的计算与调整,为了计算导线点的坐标，我们首先必须计算导线的坐标方位角(Whole-circle bearing)。 因为角度观测有误差，基于一定几何条件对角度观测值作检查(Check)和修正(Correction)是需要的。 （1）角度闭合差(Angular misclosure)的计算 多边形内角和的理论值为： 角度的几何矛盾，或称为角度闭合差(Angular misclosure)定义如下,36,角度闭合差处理（续）,（2）精度检核 如果由观测角度计算所得的角度闭合差不超过限差(Allowable error)，我们便可以对角度观测值作改正。 当fF容时，对所有角度观测值进行调整,37,（3） f的调整 闭合差按相反符号平均分配到各角上； f不能整除时，余数分在短边上。 检核： （4）改正后的角值 检核：,38,2、坐标方位角的计算,若aBC360，则 -360,检核：,39,3、坐标增量的计算与调整,(1)坐标增量计算,40,3、坐标增量的计算与调整（续）,(2)坐标增量闭合差计算值,坐标增量闭合差理论值,41,3、坐标增量的计算与调整（续）,42,3、坐标增量的计算与调整（续）,43,4、导线点坐标的计算,从已知控制点开始，对未知坐标的导线点逐一计算其坐标。,检核：,辅助计算,0,0,fy=+0.072,fx=-0.088,392.900,360 00 00,359 59 10,2,35 53 17,215.650,506.320,89 36 43,+ 13 89 36 30,1,-85.680,+61.126,0.019 85.661,+0.024 +61.102,105.220,305 30 00,301.330,445.194,107 48 42,+ 12 107 48 30,4,-64.311,-47.886,0.015 64.296,+0.018 -47.904,80.180,233 18 42,365.641,493.080,73 00 32,+12 73 00 20,3,+104.187,-76.579,0.024 +104.211,+0.029 -76.608,129.340,126 19 14,261.454,569.659,89 34 03,+13 89 33 50,2,215.650,506.320,+45.804,+63.339,0.014 +45.818,+0.017 +63.322,78.160,35 53 17,1,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,y,x,坐 标 (m),调整后坐 标增量(m),坐标增量 计算值(m),边长(m),坐标方位角 ,调整后右角 ,右角观测值 ,测站,表86 闭合导线坐标计算表,45,辅助计算,点号,观测角 （右角） “,改 正 数 ,改正角 “,1,2,3,4,坐标 方位角 ,距离 D m,点号,1,2,3,4,增量计算值,改正后增量,坐标值,x m,y m,x m,y m,x m,y m,1,2,1,2,闭 合 导 线 坐 标 计 算 表,107 48 30,89 36 30,89 33 50,53 18 43,125 30 00,73 00 20,+13,+13,+12,+12,+50,359 59 10,107 48 43,73 00 32,89 34 02,89 36 43,360 00 00,125 30 00,306 19 15,215 53 17,105.22,80.18,129.34,78.16,392.90,-0.02 -61.10,-0.02 +47.90,-0.03 +76.61,-0.02 -63.32,+0.02 +85.66,+0.02 +64.30,+0.02 -104.21,+0.01 -45.82,+0.09,-0.07,+64.32,+47.88,+76.58,-104.19,-45.81,-63.34,-61.12,+85.68,0.00,0.00,585.68,545.81,563.34,438.88,650.00,486.76,500.00,500.00,500.00,500.00,46,二、附合导线计算,闭合导线的计算步骤,类似于闭合导线的计算，不同之处在于： 1、角度闭合差计算 2、坐标增量闭合差的计算,47,2.附合导线图,已知数据：AB,XB,YB；CD,XC,YC。,AB、CD为已知边，点1、2、3、4为新建导线点。,观测数据：连接角B 、C ； 导线转折角1, 2, 3 ,4 ； 导线各边长DB1，D12，D4C。,48,1、角度闭合差的计算,49,2、坐标增量闭合差的计算,50,205 36 48,290 40 54,202 47 08,167 21 56,175 31 25,214 09 33,1256 07 44,-13,-13,-13,-13,-13,-12,-77,205 36 35,290 40 42,202 46 55,167 21 43,175 31 12,214 09 20,1256 06 25,236 44 28,211 07 53,100 27 11,77 40 16,90 18 33,94 47 21,60 38 01,125.36,98.71,114.63,116.44,156.25,641.44,+0.04 -107.31,+0.03 -17.92,+0.04 +30.88,+0.03 -0.63,+0.05 -13.05,-108.03,-0.02 -64.81,-0.02 +97.12,-0.02 +141.29,-0.02 +116.44,-0.03 +155.70,+445.74,-107.27,-17.89,+30.92,-0.60,-13.00,-64.83,+97.10,+141.27,+116.42,+155.67,+445.63,1536.86,837.54,1429.59,772.71,1411.70,869.81,1442.62,1011.08,1442.02,1127.50,1429.02,1283.17,-107.84,51,三、坐标正算和坐标反算,坐标正算：指根据两个控制点连线的方位角和水平距离计算这两点间的坐标差（或称为坐标增量）,1、坐标正算,52,已知A（ ）， ， 求B点坐标 。,53,2、坐标反算,指根据两个控制点的已知坐标求解这两点连线的方位角和水平距离，即：,aAB的正确值除了决定于x、y的大小外，还决定于它们的符号。,已知A（ ）、B（ ）,求 。,54,判断的方法：,根据 的符号判断所在的象限,根据R与的关系求出,55,坐标反算示例,A(0, 0), B(100, 100), aAB=45 A(0, 0), B(-100, 100), aAB=135 A(0, 0), B(-100, -100), aAB=225 A(0, 0), B(100, -100), aAB=315,56,例1,已知：A（238.56，435.31 ）， B（712.44，223.48） 求：DAB，AB,57,例 2,已知：A（5231.63 ，7492.29）， B（5122.64，7688.50） 又知 求：1点的坐标。,58,例3,已知：B（2000.000，2000.000）， 又知 求：C点的坐标。,59,四、检查导线测量错误的方法,1、一个角度测错的查找方法 设导线中只有一个角值是错的。 则从两端的已知点出发计算待定点坐标（用角度的实际观测值），在抵达该点之前不受这个错误角值的影响。过该点之后才出错。 所以，当分别从两端的已知点出发计算两套待定点坐标时，如果大部分点的两套坐标不相等，而只有一点的两套坐标相等，则该点的角度观测值多半有错。,60,2、一条边长测错的查找方法 如果导线闭合差的方位角与某条导线边的方位角很近（即闭合差方向与该边近似平行），闭合差的值又很大，则这条导线边的距离观测值多半含有粗错。,61,8-4 交会定点方法,62,根据已知点的坐标，通过观测角度或者距离，按交会方法计算待定点的坐标，它是加密小区域平面控制点的方法之一。 前方交会 侧方交会 后方交会 距离交会,63,已知: A(Xa,Ya) , B(Xb,Yb) 观测值：两个已知点处的水平角和。 求:P点的坐标XP , Yp 方法一：先求距离DAP，DBP 然后再按极坐标法计算P点的坐标。,一、前方交会,64,计算坐标方位角 ： 计算坐标,65,将DAP，aAP代入下式，整理后得：,注意：点号排列应与上图一致！,66,前方交会的检核方法,为了得到检核，一般都要求从三个已知点作两组前方交会，分别按A、B和、C求出P点的坐标。,67,二、侧方交会,观测值：、 则角度可以很容易计算出来 这样，侧方交会就变为前方交会的问题了。 为了检核，可再观测第三个角度,68,三、后方交会,三个控制点A、B、C，一个待定点P 观测量：两个角度、 求待定点P的坐标,69,P点的计算,P点的坐标(xP, yP)可根据下列关系式求解,上式中有三个未知数xP, yP和aBP，因此，可以一一推求出,70,后方交会的实用计算公式,注意：点号排列应与前图一致！,71,后方交会的危险圆,在后方交会中，若P点与A、B、C点位于同一圆周上时，则在这一圆周上的任意点与A、B、C组成的a和角的值都相等，故P点的位置不确定,所以称这个圆为危险圆。 在作后方交会布点时，必须注意使待求点P不要靠近危险圆。,72,四、距离交会法,A、B、C为已知点，a、b、c为测定的边长。求待定点P的坐标。,73,距离交会法计算,由已知点反算方位角和边长为 aBA 、DAB 和aBC 、DBC 。,计算的两组坐标，其较差在容许限差内，则取它们的平均值作为P点的最后坐标。,74,85 小三角测量,小三角测量，是指在小范围内布设边长较短的三角网的测量。它是平面控制测量主要方法之一。 在观测所有三角形的内角及测量若干必要的边长之后，根据起始边的已知坐标方位角和起始点的已知坐标，即可求出所有三角点的坐标。 特点：主要是测角工作，而测距工作极少，甚至可以没有。它适用于山区或丘陵地区的平面控制。,75,一、小三角网的形式,根据测区的范围和地形条件以及已有控制点的情况，小三角网可布置成三角锁、中点多边形、大地四边形和线形锁。 三角网中直接测量的边称基线。三角锁一般在两端都布设一基线，中点多边形和大地四边形只需布设一条基线，线形锁则是两端附合在高级点上的三角锁，故不需设置基线。起始边附合在高级点上的三角网也不需设置基线。,76,二、小三角测量的等级及技术要求,表88 各级小三角测量的主要技术要求,77,三、小三角测量的外业,1选点 三角形应接近等边三角形，因难地区三角形内角也不应大于120或小于30； 三角形的边长应符合规范的规定；图 818 三角点应选在地势较高，视野开阔，便于测图和加密的地方，选在便于观测和便于保存点位的地方，三角点间应通视良好； 基线应选在地势平坦而无障碍便于丈量的地方，使用测距仪时还应避开发热体和强电磁场的干扰。 埋石或打桩 大木桩、混凝土标石； 竖标志：大垂球、标杆,78,2 、测角 用方向观测法，精度要求， 测角中误差计算方法菲列罗公式 n三角形个数 w角度闭合差,79,3、基线测量 a. 直接钢尺量距； b. 基线扩大网； c. 光电测距法； 4起始边定向 与高级网联测的小三角网，可根据高级点的坐标，用坐标反算得出的高级点间的坐标方位角和所测的连接角，推算出起始边的坐标方位角。对于独立的小三角网，可直接测定起始边的真方位角或磁方位角进行定向。,80,86 小三角测量的内业计算,小三角测量内业计算的目的，是要求出各三角点的坐标。为此，首先要检查和整理好外业资料，准备好起算数据。计算工作包括检验各种闭合差，进行三角网的平差，计算边长及其坐标方位角，最后算出三角点的坐标。 小三角网的图形中存在各种几何关系，又称几何条件。由于观测值中均带有测量误差，所以往往不能满足这些几何条件。因此，必须对所测的角度进行改正，使改正后的角值能满足这些条件。这项工作称为平差，是三角测量内业计算中的一项主要工作。在小三角测量中，通常均采用近似平差。下面仅就三角锁这种基本图形的近似平差方法进行说明。,81,三角锁应满足下列几何条件：即每个三角形三内角之和应等于180，这种条件称为图形条件。另外，一般三角锁在锁段两端都设置一条基线，所以从一条基线开始经一系列三角形推算至另一基线，推算值应等于该基线的已知值，这种条件称为基线条件。 三角锁平差的任务就是修正角度观测值，满足这两种条件。,82,一、检查和整理外业资料 计算前应首先检查外业手簿，检查角度和基线测量的记录和计算是否有误，观测结果有无超限。最后整理出角度观测值、各三角形的闭合差、基线的长度等。 二、绘制计算略图 如图，从起始边开始按推算方向对三角形进行编号。三角形三内角的编号分别用a、b、c及其相应三角形号作为下角号。 a、b称为传距角，a角对着推进边，b角对着已知边。 c角称为间隔角，其所对的边称为间隔边。 计算略图上标明点号、三角形号、角号、基线号。角度和基线填写在平差计算表内。,83,三、角度闭合差的计算和调整,各三角形内角之和应等于，即满足图形条件。如果三内角观测值之和不等于，则角度闭合差为： 角度所作第一次改正值为：,84,四、基线闭合差的计算和调整,从基线B推算到基线B，推算值B应等于其已知值B ，即满足基线条件。按起始边和经第一次改正后的传距角a、c，依次推算各三角形的边长如下：,85,基线闭合差 由于基线的精度较高，其误差可忽略不计。为了消除基线闭合差，还需改正传距角，故对传距角 、 进行第二次改正。,86,五、边长及坐标的计算,根据基线I的长度及平差后的角值，用正弦定理依次推算出三角形的边长 闭合导线求出三角点的坐标 算例 某控制网布设形式如图，其中AC、AD为基线边，要求按二