控制测量学课程设计.doc

控制测量课程设计书目录 第一节 新封矿区控制测量任务概况3 第二节 测区状况和条件4 第三节 坐标系统的选择和起始数据的确定6 第四节 平面控制网的布测9 第五节 高程控制网的布测17 第六节 加密控制网的布测22 第一节 新封矿区控制测量任务概况一、任务来源 新封矿区经过地质详查证实，煤的埋藏量极为丰富，煤质优良，具有极大的工业价值。为开发能源，支援国民经济建设，上级机关决定筹建并成立新封煤业集团（有限）公司。2008年将首先开发北旨村井田(设计年产量为120万吨)；2012年以前将陆续建成六对竖井投入生产。为适应矿山设计、井建施工和矿山生产的需要，必须建立满足大比例尺(1：500)地形测图和矿山工程测量所需要的平面控制网和高程控制网。根据新封煤业集团（有限）公司与新封工程勘察公司签订的协议，该项控制测量任务由新封工程勘察公司测量队承担。二、任务要求 矿区中心位置为东经11301，北纬3420。处于高斯投影6带第19带。矿区西南边界的直角坐标X=3800公里和Y=19675公里：东北边界的直角坐标为X=3820公里和Y=19695公里。矿区面积为400平方公里。根据统一规划主网、分区分期进行加密控制布网原则，此次控制测量的任务在于：(1)建立新封矿区D级GPS控制网，作为矿区首级平面控制；(2)建立新封矿区三等水准网，作为矿区首级高程控制；(3)设计北旨村井田(面积为25km2)的加密控制方案；(4)提出北旨村井田1：1000比例尺地形测图的图根控制测设方案(不作详细设计)。作业的技术依据为：(1)工程测量规范，国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布，1993年8月1日实施：(2)全球定位系统(GPS)测量规范，国家测绘局发布，1992年10月1日实施。三、完成时间新封工程勘察公司测量队现有工程师一名、技术员五名、工人十名；5级全站仪二台，2级全站仪一台、S1，和S0.5型水准仪各一台。届时若需用GPS接收机(4台)，可向河南理工大学测绘学院租用。全部任务要求在六个月内完成，今年年底以前提交控制测量成果。为来年测绘北旨村井田l：1000比例尺地形图和煤矿工程测量提供控制基础。 第二节 测区状况和条件一、已往完成的测量工作情况1、1959年由国家测绘总局第x分局建立国家二等连续三角网，该二等网按照国家1958年大地测量法式布设。经过平差计算其测角中误差为1.0，最弱边相对中误差为1：250000。矿区内有二等三角点三个，采用1954年北京坐标系，6分带，中央子午线为111。目前，二等三角点的标石保存完好。此次平差成果由河南省测绘局提供。有关的三个二等三角点在1954年北京坐标系的坐标值列于下表。点名高斯平面直角坐标（m）三角高程（m）xy玉寨山嵩山岭伏牛山3817801.333822266.053802016.5419677738.1519687362.5219684382.411512.431494.08696.022、1990年由河南省测绘局建立国家二等水准网，于登封市西北公路交叉口东侧100米处埋设二等水准标石一座。高程数据属于1985年国家高程基准，高程值为396.5721米。3、1988年河南省测绘局曾航测该地区1：50000地形图。4、为地质勘探工作需要，河南省地质局测绘队曾在本地区测绘1：5000比例尺地形图。但是，为此而布设的控制网中大部分控制点遭受破坏，只有少数点位可加以利用。5、为适应城镇建设工作需要，省内不同单位曾于不同时间在该地区一些城镇测绘了局部的l：1000比例尺地形图。其中1998年施测的登封市地形图已被多个部门(城建、土地管理等)使用至今。这些图纸资料均使用了1954年北京坐标系。 根据上述已经完成测量工作的情况，确定对原有成果的利用方案： 1)测区内的三个国家二等点，精度符合现行规范要求，标石保存完好，其坐标值可用作三等平面控制网的起始数据。 2)国家二等水准点可用作矿区三等水准网的起始点。3)l：50000比例尺地形图可作为此次图上设计和实地选点的依据。二、作业区自然地理条件l、地理概况测区南北临山，山势较为陡峭。测区中部因长期受风蚀作用而形成风化层和黄土复盖层，出现坡度不大的低山丘陵地带。矿区南部有伏牛山横贯，山势不太陡峭。测区最低高程为230米，北部山区高程达1500米，大部分地区平均高程为400米，颖河东西横贯矿区，但每年有半年以上时间枯涸。矿区范围内70为耕地，大部分为旱田。本区隶属于河南省郑州市。登封市为一座1990年建制的县级市，座落在本测区内，其余地区村庄遍布，多数民族为汉族，少数为回族，近年来，群众觉悟得到提高，社会风尚不断改观。2、交通情况为适应城乡建设和旅游事业的发展，正在兴修xx铁路支线，目前虽未通车但公路纵横，长途汽车直达郑州、洛阳、千顶山等地。村与村之间尚有可通行汽车之大道，交通十分方便。3、气候情况矿区内全年平均雨量为950毫米，雨量集中于六、七、八三个月，全年平均气温为+15C，七月份平均气温达32C，一月份平均气温为-2C，地冻线深度约01米。全年平均风力为2-3级。适宜于野外作业的时间为3-10月份。每月平均作业时间利用率为20工天。 第三节 坐标系统的选择和起始数据的确定一、平面坐标系统的选择我国现行三种坐标系统：1980年国家大地坐标系、1954年北京坐标系和新1954年北京坐标系。其中1980年国家大地坐标系的椭球参数选择合理、数值准确，是对全国天文大地网施行整体平差建立起来的、椭球面与大地水准面最为密合的一种坐标系统。但是，考虑到本地区50年来的测绘历史和现状，为有利于已有测绘成果互为利用，此次矿区平面控制测量设计时，建议采用1954年北京坐标系。二、投影面和投影带引起的长度变形分析 1954年北京坐标系选择的投影面是克拉索夫斯基椭球面，它与大地水准面的相关位置是1982年全国天文大地网整体平差所确定的；而投影带则依然选用了高斯投影6分带和3分带的传统方法。 上述国家统一的投影面和投影带所引起的长度变形是否适合本矿区的需用，应该作进一步分析。 为此，根据已知的测区中心位置(L=11301，B=3420)按公式 分别计算出测区中心在高斯投影6带和3带内的横坐标概值y(准确至3位有效数字即可)。再由计算的y值和测区平均高程(Hm=400m)分别计算6带和3带的长度综合变形，并以 为原则确定适宜的投影面或投影带。当6带或3带所引起的长度变形超过上列容许值时，应选择以“抵偿面”作投影面的局部坐标系。此时按确定出抵偿面高程面，并画图示意之。经下述计算选择投影平面和独立的坐标系： L”=114-11301=59=3540” =180 x 3600/ 3.1415926 N=6371000m B=3420 由 得 y=90291.10953m =0.9029110953 百千米 由=y2*S/2R2-Hm*S/R 得 =3.764118608 X 10-5 大于 =639.97m H抵=Hm=239.97m三、起始数据的确定 抵偿面位置确定后，选择其中一个国家大地点(例如伏牛山二等三角点)作为测区的“原点”，保持它在3带的国家统一坐标值(x0，y0)不变，而将其它国家大地点（玉寨山、嵩山岭）的已知坐标（x，y）换算到局部坐标系中去： 经过上述处理后的三个国家大地点坐标作为布设新封矿区平面控制网的起始数据。此外，本测区已有一个国家二等水准点，其高程数值为1985年国家高程基准，可直接作为布设矿区高程控制网的起始数据。以伏牛山二等三角点作为测区的“原点”第四节 平面控制网的布测内容提要一、平面控制网布设方法和布设原则 平面控制网可以采用三角测量、导线测量、GPS卫星定位等多种方法布设。综观这些方法的优缺点和测区实际条件，应优先考虑选用GPS卫星定位法建立平面控制网。 布设GPS定位网时应注意以下事项： (1)任务要求是建立三等平面控制网。与其技术指标相适应的GPS定位网为D级网，不过为日后对控制网使用方便，相邻点距离最好不超过5km，平均取3km为宜。 (2)GPS卫星定位测得的是控制点在WGS-84空间直角坐标系中三维坐标，为将它们转换成选用的局部坐标系统，必须使新布设的GPS网与已有控制网建立可靠的联系。此时至少应该联测2个已有起始点。为了可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数，联测点数最好多于2个。 目前，测区内有3个国家大地点，且标石保存完好，其坐标值已用作矿区控制网起始数据。因此，GPS卫星定位网必须联测这三个国家二等三角点。 (3)布网时还应考虑大约15的GPS点兼作矿区水准点，以便应用曲面拟合法拟合出测区的似大地水准面，内插出其它GPS点的高程异常并确定它们的正常高。 (4)GPS点应选在交通方便、地基稳固，利于点位保存和便于常规方法联测或加密时应用。二、图上设计与实地选点 根据上述注意事项，按规程中对点位要求，在l：50000地形图上由已知点开始，逐一选设点位。并且由选设点位连成同步观测边(基线)，进而拟定出同步网和异步网测量方案。 图上设计完成之后即应到实地落实点位，核实图上设计结果的可行性。根据实地落实的点位绘出GPS网选点图(1：100000)。图上需画出测区范围、标明已知点位和新布设的点位的点名、以及由起始边和同步观测边构成的整体网形、水准路线、主要交通线、水系、城镇等。该选点图应装订入设计说明书中。点位选定后，按设计的埋石规格(图示)埋设中心标石。 （1）根据上述注意事项，按规程中对点位要求，在l：50000地形图上由已知点开始，逐一选设点位。并且由选设点位连成同步观测边(基线)，进而拟定出同步网和异步网测量方案。 图上设计完成之后即应到实地落实点位，核实图上设计结果的可行性。根据实地落实的点位绘出GPS网选点图(1：100000)。图上需画出测区范围、标明已知点位和新布设的点位的点名、以及由起始边和同步观测边构成的整体网形、水准路线、主要交通线、水系、城镇等。该选点图应装订入设计说明书中。（2）埋石：软质地面上的需埋设标石，埋设规格见下图。位于道路上的点位应布设在路边位置，且高出地面1cm，沥青路面上可打入规格为长20、2.0的钢钎作为标志，钢钎中心钻一直径为1.5mm的小孔作为标志中心；水泥路面上的点位应钻一深20、直径5cm的圆孔，把测量标志用混凝土镶嵌进去，极困难地方可采用石刻标志，用钢凿凿一个边长为20cm20cm的方框，中间凿一小十字作为标志中心。导线点埋设完毕后，均应在现场作较详细的点之记，并在点位附近明显且牢固的地物上用红漆做好标记（字体应规整美观），以便查找和利用。埋设规格见下图： 三观测 (1)本测区一级GPS网，拟利用4台双频GPS接收机进行快速静态观测，标称精度为5mm+0.5ppmD。架设双参考站，2台接收机为一组组成流动站同时观测，确保基线不存在支导线形式。作业前应根据星历预报认真编制观测计划，要保证各条观测基线的模糊倍率因子在1.5以上。观测要求见下表：一级GPS网观测要求卫星高度角（）15有效观测卫星数5平均重复设站数1.6时段长度min双频10， 单频15数据采样间隔s10（2）一级GPS网分别由一个或若干个独立观测环构成。闭合环或附合路线中的边数不得多于10条，不允许出现支点或支线的形式。可根据需要布设为若干个控制网。（3）观测时应认真、仔细、正确填写测量手簿，天线高要两次量测，较差不得超过3mm，最后取中数使用，天线高记录不得划改三、GPS卫星定位的数据采集应扼要阐明以下工作要点：1、接收机的机型选择和检验2、准备工作3、安置天线4、数据采集注意事项GPS观测记录采用测绘单位统一印制的外业观测手簿进行记录，手簿用铅笔或签字笔填写，字迹应清晰工整不得潦草。观测过程中不记录气象元素，其它项目要认真填写，实事求是，严禁事后补记和涂改编造数据，确属笔误的用横线划掉后重写。外业原始记录手簿要保证测站点名、仪器号、天线号、天线高等有关信息的正确性。测站上所有规定作业项目经认真检查均符合要求，记录资料完整无缺，将点位盖好恢复原状后方可迁站。每一个观测时段的观测数据应及时下载,下载之后应立即将观测原始数据转换为RINEX格式文件，以检查原始数据下载是否正确。下载软件使用接收机配备的工具软件。数据下载过程中应监视数据传输时出现坏块的情况，完成数据下载后，应查阅提示信息，若未完全下载（2cm且4 cm时，可作为等外水准（1）当水准网的环数超过20个时，计算每千米高差中数的全中误差，四等水准Mw10mm。（2）平差计算前，对观测高差应进行尺长改正和大地水准面不平行性改正，调制概略高程计算表（GB 1289891国家三、四等水准测量规范附录D）；利用改正后的高差进行严密平差计算。（3）平差计算采用经过鉴定的水准网严密平差程序计算。（4）四等水准网各项精度要求见表：四等水准网各项精度指标 环线及附合路线闭合差单位权中误差最弱点高程中误差20 mm10.0mm20.0mm注： L为路线长度，单位为km。五、水准测量计算包括水准测量概算、平差计算、精度评定等，应制定出它们的主要内容和应达到的要求。 第六节 加密控制网的布测 拟定出北旨村井田范围内直接服务于1：1000比例尺地形测图的平面和高程控制网的布设方案、施测要点、精度要求等。由于已经建成的GPS网相邻点间距离不超过5km，这就可以减化四等网布网层次，直接在GPS点间布设一级附合导线，同时进行光电测距三角高程测量。一一级导线点的高程测量（1）若采用导线测量模式进行一级导线测量，除四等水准路线经过的一级导线点外，剩余的一级导线点的高程采用电磁波测距图根三角高程导线的方法求定。（2）电磁波测距图根三角高程导线应起闭于等外水准点、四等水准点或精度更高的高程控制点上，其边长不应超过12条，边数超过规定时，应布设成结点网。图根三角高程导线垂直角应对向观测。图根三角高程导线的技术要求应符合下表的规定。光电测距图根三角高程测量的技术要求 中丝法测回数垂直角较差、指标差较差（）对向观测高差、单向两次高差较差（m）各方向推算的高程较差（m）附合路线或环线闭合差（）对向1单向2250.4S0.2Hc40注： S为边长（km）,Hc为基本等高距（m）；D为测距边水平距离（km）；仪器高和觇标高应准确量取至毫米，高差较差在限差内时，取其中数；计算三角高程时，角度应取至秒，距离和高差应取至毫米。（3）电磁波测距图根三角高程导线记录可采用PDA电子手簿或PC-E500袖珍电子计算机作为记录器，也可采用其它合适的记录方试。二图根高程测量（1）图根点的高程测量可采用直接水准或光电测距三角高程的方式进行。采用水准测量方式时，应符合城市测量规范（CJJ 8-99）对图根水准的相关要求；采用光电测距三角高程方式时，应满足“一级导线点的高程测量”的规定。 （2）图根点采用GPSRTK方法施测时，参考站到流动站的最大距离一般不得大于3km，观测前在流动站终端（电子手簿）上按图根点的精度进行有关限差的设置，观测时流动站使用带有脚