建筑工程测量第七章平面控制测量.doc

第二章建筑控制测量 测量工作必须遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则，即在选定区域内，确定数量较少且分布大致均匀的一系列对整体有控制作用的点作为控制点，按一定的规律和要求构成网状几何图形称为控制网。并用合适的测量仪器精确的测定各控制点的平面坐标和高程。在一定区域内为地图测绘或工程测量需要而建立的控制网并按相关规范要求进行的测量工作称为控制测量。控制网分为平面控制网和高程控制网两种。测定控制点平面位置的工作，称为平面控制测量。测定控制点高程的工作，称为高程控制测量。 第一节平面控制测量一、控制测量的分类测量控制网按其控制的范围分为国家控制网、城市控制网、小地区控制网三类。1国家平面控制网。国家平面控制网又称为基本控制网。在全国范围内建立的平面控制网，称为国家控制网，提供它是全国各种比例尺测图和工程建设的基本控制，同时也为空间科学、军事等提供点的坐标、距离及方位资料，也可用于地震预报和研究地球形状大小。并为确定地球的形状和大小提供研究资料。如图2-1所示为国家平面控制网的布设和逐级加密情况示意图。图2-1左图国家平面控制网（三角网） 右图为国家高程控制网（水准网）国家控制网是用精密测量仪器和方法依照施测精度按一、二、三、四等四个等级建立的，它的低级点受高级点逐级控制。国家平面控制网主要布设成三角网，采用三角测量的方法。布设原则是从高级到低级，逐级加密布网。一等三角网，沿经纬线方向布设，一般称为一等三角锁，是国家平面控制网的骨干；二等三角网，布设在一等三角锁环内，是国家平面控制网的全面基础；三等、四等三角网是二等三角网的进一步加密，以满足测图和施工的需要，如图2-1左图所示。国家高程控制网，布设成水准网，采用精密水准测量的方法，如图2-1右图所示。2城市控制网。在城市地区，为测绘大比例尺地形图、进行市政工程和建筑工程放样，在国家控制网的控制下而建立的控制网，称为城市控制网。城市控制网的一般要求：（1）城市平面控制网一般布设为导线网。（2）城市高程控制网一般布设为二、三、四等水准网。（3）直接供地形测图使用的控制点，称为图根控制点，简称图根点。（4）分测定图根点位置的工作，称为图根控制测量。（5）图根控制点的密度（包括高级控制点），取决于测图比例尺和地形的复杂程度。3小地区控制测量。在面积小于15km2范围内建立的控制网，称为小地区控制网。建立小地区控制网时，应尽量与国家（或城市）的高级控制网连测，将高级控制点的坐标和高程，作为小地区控制网的起算和校核数据。如果不便连测时，可以建立独立控制网。在全测区范围内建立的精度最高的控制网，称为首级控制网；直接为测图而建立的控制网，称为图根控制网。小地区高程控制网，也应根据测区面积大小和工程要求采用分级的方法建立。测区范围内建立最高一级控制网，称为首级控制网；最低一级的即直接为测图而建立的控制网，称为图根控制网。首级控制与图根控制的关系见下表。测区面积/km2首级控制图根控制110一级小三角或一级导线两级图根0.52二级小三角或二级导线两级图根0.5以下图根控制二、导线测量 将测区内相邻控制点连成直线而构成的折线，称为导线。这些控制点，称为导线点。导线测量就是依次测定各导线边的长度和各转折角值；根据起算数据，推算各边的坐标方位角，从而求出各导线点的坐标。 用经纬仪测量转折角，用钢尺测定边长的导线，称为经纬仪导线；若用光电测距仪测定导线边长，则称为电磁波测距导线。 导线测量是建立小地区平面控制网常用的一种方法，特别是地物分布较复杂的建筑区、视线障碍较多的隐蔽区和带状地区，多采用导线测量的方法。根据测区的不同情况和要求，（一）导线可布设成下列三种形式 1闭合导线。起讫于同一已知点的导线，称为闭合导线。 图2-2闭合导线（a）附合导线（b）支导线（c）2附合导线。布设在两已知点间的导线，称为附合导线。 3支导线。由一己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，称为支导线。 用导线测量方法建立小地区平面控制网，通常分为一级导线、二级导线、三级导线和图根导线等几个等级。（二）导线的等级 除国家精密导线外，在公路工程测量中，限据测区范围和精度要求，导线测量可分为三等、四等、一级、二级和三级导线五个等级。各级导线测量的技术要求如下表所列。导线测量的技术要求 表6-1 等级导线长度(km)平均边长(km)每边测距中误差(mm)测角中误差()导线全长相对闭合差方位角闭合差()测回数DJ1DJ2DJ6三等302.013181/55 000610四等201.013251/35 00046一级100.517501/15 00024二级60.330801/10 00013三级2001/200012（二）导线测量的外业工作 导线测量的外业工作包括：勘探选点及建立标志、量边、测角和连测，兹分述如下。1勘探选点及建立标志。选点前，应调查搜集测区已有地形图和高一级的控制点的成果资料，把控制点展绘在地形图上，然后在地形图上拟定导线的布设方案，最后到野外去踏勘，实地核对、修改、落实点位和建立标志。如果测区没有地形图资料，则需详细踏勘现场，根据已知控制点的分布、测区地形条件及测图和施工需要等具体情况，合理地选定导线点的位置。 实地选点时应注意下列几点： (1)相邻点间通视良好，地势较平坦，便于测角和量距。 (2)点位应选在土质坚实处，便于保存标志和安置仪器。 (3)视野开阔，便于施测碎部。 (4)导线各边的长度应大致相等，除特殊情形外，应不大于350m，也不宜小于50m， (5)导线点应有足够的密度，分布较均匀，便于控制整个测区。 导线点选定后，要在每一点位上打一大木桩，其周围浇灌一圈混凝土，桩顶钉一小钉，作为临时性标志，若导线点需要保存的时间较长，就要埋没混凝土桩或石桩，桩顶刻“十”字，作为永久性标志。导线点应统一编号。为了便于寻找，应量出导线点与附近固定而明显的地物点的距离，绘一草图，注明尺寸，称为点之记。 2导线边长的测量。导线边长可用光电测距仪测定，测量时要同时观测竖直角，供倾斜改正之用。若用钢尺丈量，钢尺必须经过检定。对于一、二、三级导线，应按钢尺量距的精密方法进行丈量。对于图根导线，用一般方法往返丈量或同一方向丈量两次；当尺长改正数大于110000时，应加尺长改正；量距时平均尺温与检定时温度相差10时，应进行温度改正；尺面倾斜大于1.5时，应进行倾斜改正；取其往返丈量的平均值作为成果，并要求其相对误差不大于13000。 3测角。用测回法施测导线左角(位于导线前进方向左侧的角)或右角(位于导线前进方向右侧的角)。一般在附合导线中，测量导线左角，在闭合导线中均测内角。若闭合导线按反时针方向编号，则其左角就是内角。图根导线，一般用DJ6级光学经纬仪测一个测回。若盘左、盘右测得角值的较差不超过40，则取其平均值。 测角时，为了便于瞄准，可在已埋没的标志上用三根竹杆吊一个大垂球，或用测钎、觇牌作为照准标志。 4连测。导线与高级控制点连接，必须观测连接角、连接边，作为传递坐标方位角和坐标之用。如果附近无高级控制点，则应用罗盘仪施测导线起始边的磁方位角，并假定起始点的坐标作为起算数据。 。 三、导线测量的内业计算 导线测量内业计算的目的就是计算各导线点的坐标。 计算之前，应全面检查导线测量外业记录，数据是否齐全，有无记错、算错，成果是否符合精度要求，起算数据是否准确。然后绘制导线略图，把各项数据注于图上相应位置。 1内业计算中数字取依的要求 内业计算中数字的取位，对于四等以下的小三角及导线，角值取至秒，边长及坐标取至毫米(mm)。 2闭合导线坐标计算 (1)准备工作 将校核过的外业观测数据及起算数据填入闭合导线坐标计算表，起算数据用双线标明。 (2)角度闭合差的计算与调整 由于观测角不可避免地含有误差，致使实测的内角之和不等于理论值，而产生角度闭合差 各级导线角度闭合差的容许值超过，则说明所测角度不符合要求，应重新检测角度。若不超过，可将闭合差反符号平均分配到各观测角中。改正后之内角和应为(n一2)180。，以作计算校核。 (3)用改正后的导线左角或右角推算各边的坐标方位角 根据起始边的已知坐标方位角及改正角按下列公式推算其它各导线边的坐标方位角。 （适用于测左角） （适用于测右角） 在推算过程巾必须注意： 1)如果算出的 360，则应减去360。 2)如果 0，则应加360。 3)闭合导线各边坐标方位角的推算，最后推算出起始边坐标方位角，它应与原有的已知坐标方位角值相等，否则应重新检查计算。 4)坐标增量的计算及其闭合差的调整 1)坐标增量的计算 2)坐标增量闭合差的计算与调整 闭合导线纵、横坐标增量代数和的理论值应为零， 实际上由于量边的误差和角度闭合差调整后的残余误差，往往不等于零，而产生纵坐标增量闭合差与横坐标增量闭合差，即 导线全长闭合差为： 导线全长相对误差为： 坐标增量改正数计算： 各点坐标推算 3附合导线坐标计算 附合导线的坐标计算步骤与闭合导线相同。仅由于两者形式不同，致使角度闭合差与坐标增量闭合差和计算稍有区别。附合导线坐标计算表 四、查找导线测量错误的方法 在外业结束时，发现角度闭合差超限，如果仅仅测错一个角度，则可用下法查找测错的角度。 若为闭合导线，可按边长和角度，用一定的比例尺绘出导线图，并在闭合差的中点作垂线。如果垂线通过或接近通过某导线点，则该点发生错误的可能性最大。 若为附合导线，先将两个端点展绘在图上，则分别自导线的两个端点B、C按边长和角度绘出两条导线，在两条导线的交点处发生测角错误的可能性最大。如果误差较小，用图解法难以显示角度测错的点位，则可从导线的两端开始，分别计算各点的坐标，若某点两个坐标值相近，则该点就是测错角度的导线点。 第三节 小三角形测量小三角测量 小三角测量，是指由于控制的区域较小，因而将此区域内的地球表面当做平面来进行的三角测量。与导线测量相比，它的测角任务虽然比较大，但量距工作量大大减少。在开阔的山区和丘陵地带，小三角测量是建立图根控制网的主要方法。线形三角锁(线形锁)是一种常用的小三角锁，其特点是两端附合于高级点上，除了要测三角形内角外，还要测出两个定向角和，但不需丈量基线。 小三角测量的工作程序也分外业和内业两部分。外业包括选点、造标、角度观测等，独立的小三角锁(网)还需丈量基线；内业包括野外成果整理、近似平差和计算边长与坐标等。三角测量布设的网、锁、根据观测的元素的不同，有测角网、测边网、边角网三种方式。如果布设附合于高一级的控制点，由于有起始数据，只要观测三角形的所有内角（布设的独立网，除观测所有的三角形的内角外，还应该测量至少一条边长及方位角，作为推算其他边长和方位角的依据）由于主要是测量工作，这种网称为测角网。如果用测角度的仪器测量全部的边长，不测角度，这种网称为测边网。为了提高精度，既测边又测角的网，称为边角网。边角网可以测量全部的边和角，也可以测量部分的边和角。优化边角的组合，即只需观测某些边和角，就能满足预订的精度和要求。小三角测量是在小区域内布设边长较短的三角网、锁、精度要求较低，可允许用近似的误差进行数据处理。布置小的三角形网、锁常用的基本图形有：（1） 小三角锁：是由一条基线和若干小三角形组成的小三角锁图a，图b是两端有基线（AB和CD）的小三角锁。图A 图B（2） 中心多边形：是由若干个三角形共有一个顶点组成的中心多边形，AB为基线。（3） 四边形 图D是以AB为基线具有对角线的四边形。 （4） 线形锁 它是在两个高级控制点A、基线B间布设的小三角形锁（一） 小三角测量的外业工作小三角测量的外业工作包括：踏勘选点、基线测量、角度观测及起始边的定向。（一） 踏勘点的选择：踏勘点的选择要根据测区的地形及测区附近高级控制点的情况，确定三角锁、网的布置形式，并选定基线位置及三角点的位置。选点的时候注意下列几点：1 基线的边应该选择在地势比较平坦而便于测量的距离的地方，布设小三角锁的时候，如果三角锁的个数超过5个，一般应在锁的两端各设一条基线。2 三角点应该选在视野比较开阔的的高处，相邻三角点应该通视，便于测角度。3 为了便于推算边长的精度，三角形内角一般应大于30度，小于120度。三角点选好以后，应该埋设标志，并编号码，为便于寻找还需要绘制点位表记图。（二）基线丈量 基线丈量长度是推算三角网（锁）其他各边长的起始数据，要求相对误差不超过1/10000。可用刚尺丈量，或者用电磁波测距。（二） 角度观测小三角网的水平角观测，测站上观测的方向往往比较多。 6-4 小三角测量的外业工作一、小三角锁（或网）的布设形式的选择1单三角锁：2中心多边形：3大地四边形：4线性三角锁：二、踏勘选点、埋桩选点原则：1基线选择2互相通视3角度差不宜过大4视线开阔三、基线丈量：按钢尺精密量距方法进行四、角度测量：全园测回法五、起始边定向：1独立测区2与国家网联测6-5 小三角测量的内业计算一、单基线小三角锁的内业计算1三角形内角闭合差的计算及调整2边长计算：3坐标计算：按闭合导线计算二、双基线小三角锁的内业计算1三角形内角闭合差的计算及调整（同上）2基线闭合差的计算及调整3边长计算（同上）4坐标计算（同上）6-6 交会定点一、前方交会法 二、后方交会法 第三四节角度前方交会 计算方法：按照导线计算方法，以AB为起始边计算导线检核：从三个已知点A、B、C上分别向新点P进行角度观测，由两个三角形分别解算P点的坐标。ABPC要求与注意事项 选择P点时，应尽可能使交会角r接近于90，并保证30r150。 由A到P、由B到P能视并且可以观测 可以有灵活的多种布设形式 二、 侧方交会法实质：利用两个高级控制点测定另一未知点的坐标作业模式：在一个已知点A和未知点P上安置仪器，观测水平角A和P。ABPC检核：在P点时，除了观测P之外，还需瞄准第三个已知点C，观测角(称为检验角)作为检核之用。ABPC计算方法与特点： 按前方交会的计算方式； 一个已知点上不宜设站；在一个已知点和未知点上进行观测ABPC三、 后方交会法作业模式：将仪器安置在未知点P点向三个已知点进行观测，测出水平角，然后进行计算。ABP11C1222检核：向四个已知点进行观测，测出水平角与检验角(K点为已知点)。ABP11C1222D后方交会的危险圆：APCBP四、测边交会作业模式：用测距仪，由边长推算坐标ABPCSaSbScSb计算方法：由距离推角度，由角度交会法计算直接计算：直接由距离计算APSaSbB当导线点和小三角点的密度不能满足工程施工或大比例尺测图要求，而需加密的点不多时，可用角度前方交会加密控制点。 前方交会计算表 第四节 三、四等水准测量 1每一站的观测顺序 后视水准尺黑面，使圆水准器气泡居中，读取下、上丝读数，转动微倾螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数。 前视水准尺黑面，读取下、上丝读数，转动微倾螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数。 前视水准尺红面，转动微倾螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数； 后视水准尺红面，转动微顿螺旋，使符合水准气泡居中，读取中丝读数。 这样的观测顺序简称为“后一前一前一后。其优点是可以大大减弱仪器下沉误差的影响。四等水准测量每站观测顺序可为：“后一后一前一前”。 2测站计算与检核 (1)视距计算 前、后视距差，三等水准测量，不得超过3m，四等水准测量，不得超过5m。 前、后视距累积差，三等水准测量，不得超过6m，四等水准测量，不得超过10m。 (2)同一水准尺红、黑面中丝读数的检核 同一水准尺红、黑面中丝读数之差，应等于该尺红、黑面的常数差K(4.687或4.787)， 三等水准测量，不得超过2mdR，四等水准溯量，不得超过3a3m。 (3)计算黑面、红面的高差 三等水准测量，不得超过3mm，四等水准测量，不得超过5mm。式内0.100为单、双号两根水准尺红面零点注记之差，以米(m)为单位。 (4)计算平均高差 4.四等水准测量限差及四等水准测量观测手簿 5成果计算 计算方法与本书第二章所介绍的方法相同。这里顺便介绍一下图根水准测量的用途及技术要求。国根水准测量是用于测定图根点 的高程及作工程水准测量用的，其精度低于四等水准测量，故又称为等外水准测量。其观测方法及记录计算，参阅本书第二章。第五节 三角高程测量 山地测定控制点的高程，若用水准测量，则速度慢，困难大，故可采用三角高程测量的方法。但必须用水准测量的方法在测区内引测一定数量的水准点，作为高程起算的依据。 一、三角高程测量的原理 三角高程测量是根据两点的水平距离和竖直角计算两点的高差。 当两点距离大于300m时，应考虑地球曲率和大气折光对高差的影响。 三角高程测量，一般应进行往返观测（双向观测），它可消除地球曲率和大气折光的影响。 本章小结 1、介绍了导线测量的基本知识和方法。导线测量是折线形式，一般只有两个方队故显得灵活，在平坦或荫蔽地区以及建筑区更为优越。导线测量的外业工作包括：选点、标定、绘制点之记。为了进行导线边的定向，起始边应与另外的高级控制点相连接，也即测定连接角。若无已知点连测时，则用罗盘仪测定磁方位角进行定向；除观测连接角外，就是观测相邻两导线边之间的水平角和丈量边长。不同等级的导线对测角和量边有不同的要求，可参见测量规范。外业工作结束之后应全面检查记录手簿，并检查角度闭合差及全长闭合差是否在限差允许范围之内，若符合要求，则进行误差调整(即平差)。本章所述为近似平差，即首先调整角度闭合差，根据改正后的转折角计算各