学习情境三 小区域控制测量 工程测量技术教学课件

工 程 测 量 技 术,主 编: 田 文,工作任务一 导线测量 工作任务二 GPS测量 工作任务三 交会法定点 工作任务四 全站仪坐标测量 工作任务五 三、四等水准测量,一、 平面控制测量,二、高程控制测量,控制网:在测区范围内选择若干有控制意义的点（称为控制点），按一定的规律和要求构成网状几何图形，称为控制网。,测量工作的基本原理：从整体到局部，先控制后测量。,小区域控制网：一般认为在小于10km2范围内建立的控制网称为小区域控制网。,一、平面控制测量,1. 国家平面控制网的常规布设方法及等级,2.三角网,3.导线网,4.工程中应用,5.图根控制点,国家平面控制网的常规布设方法有两种：用于三角测量的三角网和用于导线测量的导线网。 按精度分级：按其精度分为一、二、三、四等。其中一等网精度最高，逐级降低；而控制点的密度，则是一等网最小，逐级增大。,1. 国家平面控制网的常规布设方法及等级,2.三角网： 如图7-1所示，一等三角网一般称为一等三角锁，它是在全国范围内，沿经纬线方向布设的，是国家平面控制网的骨干；它除了用作扩展低等级平面控制网的基础之外，还为测量学科研究地球的形状和大小提供精确数据；二等三角网布设于一等三角锁环内，是国家平面控制网的全面基础；三、四等网是二等网的进一步加密，以满足测图和各项工程建设的需要。,3.导线网： 在某些局部地区，如果采用三角测量难时，也可用同等级的导线测量代替。如图7-2所示，其中一、二等导线测量，又称为精密导线测量。,4.工程中的应用： 用于工程的平面控制测量一般是建立小区域平面控制网，它可根据工程的需要和测区面积的大小分级建立测区首级控制和图根控制。公路工程平面控制网，常规上一般采用三角测量或导线测量等方法，其等级为：当采用三角测量时，依次为二、三、四等和一、二级小三角；当采用导线测量时，依次为三、四等和一、二、三级导线；其等级的确定应符合表7-1的规定。随着社会的发展和科技的进步，工程上逐渐采用了三边测量和全球定位系统（GPS）等更加先进方便、高精度、高工作效率的测量方法。,平面控制测量等级 表7-1,5.图根控制点 直接用于测图的控制点，称为图根控制点。测定图根控制点位置的工作，称为图根控制测量。图根控制测量可直接在三角点或高级控制点的控制下，布设图根小三角或图根导线，此为一级图根点。若测区面积较大，可利用一级图根点再发展图根点，称为二级图根点。 包括高级控制点在内，图根点的密度与测图比例尺和地形的复杂程度有关，平坦开阔地区图根点的密度一般不宜低于表7-2的规定。,图 根 点 密 度 表7-2,二、高程控制测量,1.高程控制网的等级,2.工程中高程控制网的设置,1.高程控制网的等级： 国家高程控制网的建立主要采用水准测量的方法，其按精度分为一、二、三、四等。如图7-3所示是国家水准网布设示意图，一等水准网是国家最高级的高程控制骨干，它除用做扩展低等级高程控制的基础以外，还为科学研究提供依据；二等水准网为一等水准网的加密，是国家高程控制的全面基础；三、四等水准网为在二等水准网的基础上进一步加密，直接为各种测区提供必要的高程控制。,2.工程中高程控制网的设置： 用于工程的小区域高程控制网，亦应根据工程施工的需要和测区面积的大小，采用分级建立的方法。一般情况下，是以国家水准点为基础在整个测区建立三、四等水准路线或水准网，再以三，四等水准点为基础，测定图根水准点的高程。各等级公路及构造物的水准测量等级应按照表7-3选定。对于山区或困难地区，还可以采用三角高程测量的方法建立高程控制。,公路及构造物水准测量等级 表7-3,一、 导线的形式、等级与种类,二、导线测量的外业工作,三、导线测量的内业计算,导线测量是平面控制测量的一种方法。 导线：就是由测区内选定的控制点组成的连续折线。 如图7-4所示。折线的转折点A、B、C、E、F称为导线点；转折边 DAB、DBC、DCE、DEF称为导线边；水平角B，C，E称为转折角，其中B、E在导线前进方向的左侧，叫做左角；C在导线前进方向的右侧，叫做右角；AB称为起始边DAB的坐标方位角。 导线测量的主要目的：测定导线边长及其转折角，然后根据起始点的已知坐标和起始边的坐标方位角计算各导线点的坐标。,一、导线的形式、等级与种类,1导线的形式；,2导线的等级；,3导线的种类；,1导线的形式：,1）闭合导线 由某一高级控制点出发最后又回到该点，组成一个闭合多边形，这种导线布设形式叫闭合导线。它适用于面积较宽阔的独立地区作测图控制。,2）附合导线 自某一高级控制点出发最后附合到另一高级控制点上的导线，叫附合导线。它适用于带状地区的测图控制，此外也广泛用于公路、铁路、管道、河道等工程的勘测与施工控制点的建立。,3）支导线 从一控制点出发，既不闭合也不附合于另一控制点上的单一导线，叫支导线。这种导线没有已知点进行校核，错误不易发现，所以导线的点数不得超过2-3个。,2导线的等级,除国家精密导线外，在公路工程测量中，根据测区范围和精度的要求，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表7-4所列。,导线测量的技术要求 表7-4,3导线的种类,（1）量距导线 直接用钢尺丈量各导线边的边长。 （2）视距导线 利用视距测量方法（见模块三项目四）测量导线的边长。 （3）光电测距导线 用红外光电测距仪测量导线的边长。,二、导线测量的外业工作,1选点,2测角,3量距,1选点,选点时应注意下列几点：,（1）导线点应选在地势较高、视野开阔的地点，便于施测周围地形； （2）相邻两导线点间要互相通视，便于测量水平角； （3）导线应沿着平坦、土质坚实的地面设置； （4）导线边长要选得大致相等，相邻边长不应悬殊过大； （5）导线点位置须能安置仪器，并便于保存； （6）导线点应尽量靠近路线位置。,点的标定：,导线点位置选好后要在地面上标定下来，一般方法是打一木桩并在桩顶中心钉一小铁钉。对于需要长期保存的导线点，则应埋入石桩或混凝土桩，桩顶刻凿十字或浇入锯有十字的钢筋作标志。 为了便于日后寻找使用，最好将重要的导线点及其附近的地物绘成草图，注明尺寸，如图7-6所示。,2测角,导线的水平角即转折角，是用经纬仪按测回法进行观测的。 导线点上可以测量导线前进方向的左角或右角。一般在附合导线中，测量导线的右角，在闭合导线中均测内角。 当导线与高级点连接时，需测出各连接角，如图7-5b）中的1、2角。如果是在没有高级点的独立地区布设导线时，应测出起始边的方位角以确定导线的方向。,3量距,量距方法：一级、二级导线采用普通钢尺丈量导线边长。在导线量距中，导线边长是用鉴定过的钢尺来丈量的。丈量的方法见第四章。一级、二级导线距离丈量的技术要求见表7-5。,普通钢尺丈量导线边长的技术要求 表7-5,有时因地形条件限制，导线的某一边必须跨越河流时，可采用间接方法测定其边长。如图7-7所示，ABCD为导线， BC边跨越河流不能直接丈量距离，为此可在河岸平坦地区选择一条基线BK，用钢尺丈量基线边的长度b，用经纬仪测出ABC的三个内角、。按下式计算BC边的距离：,为了保证间接测算BC边的精度，在选择基线BK时，应使BKC尽可能接近于等边三角形。,（一）坐标计算的基本公式,三、导线测量的内业计算,（二）坐标方位角的推算,（三）闭合导线的坐标计算,（四）附合导线的坐标计算,（一）坐标计算的基本公式,1根据已知点的坐标及已知边长和坐标方位角计算未知点的坐标 如图7-8所示，设A为已知点，B为未知点，当A点的坐标 （XA，YA）和边长DAB、坐标方位角AB均为已知时，则可求得B点的坐标（XB，YB）。由图可知： XB = XA + XAB YB = YA + YAB （7-1）,其中，坐标增量的计算公式为： XAB = DABcosAB YAB = DABsinAB （7-2） 式中XAB、YAB的正负号应根据cosAB、sinAB的正负号决 定，所以式（7-1）又可写成： XB = XA + DABcosAB YB = YA + DABsinAB （7-3）,2由两个已知点的坐标反算其坐标方位角和边长 根据两个已知点的坐标反算其坐标方位角和边长，称为坐标的反算。如图7-8所示，若设A、B为两已知点，其坐标分别为A（XA，YA）和B（XB，YB），则可得： （7-4） （7-5） （7-6） 式中：XAB = XB XA，YAB = YB YA。,由式（7-4）可求得AB。AB求得后，又可由式（7-5）算出两个DAB，并作相互校核。如果仅尾数略有差异，就取中数作为最后的结果。 需要指出的是，按式（7-4）计算出来的坐标方位角是有正负号的，因此，还应按坐标增量X和Y的正负号最后确定AB边的坐标方位角。即按式（7-4）计算的坐标方位角为：,（7-7）,则AB边的坐标方位角AB（参见图7-9）应为： 在第I象限，即当X0，Y0时，AB = 在第II象限，即当X0时，AB =180 在第III象限，即当X0，Y0时，应给加360；当X0时，应给 加180，才是所求AB边的坐标方位角。,（7-8）,（二）坐标方位角的推算,如图7-10所示，设A、B、C为导线点，AB边的方位角AB为已知，导线点B的左角为左，现在来推算BC边的方位角BC。 由正反方位角的关系可知： BA = AB 180 则从图中可以看出： BC =AB+左=AB 180+左 （7-9）,根据方位角不大于360的定义，当用上式算出的方位角大于360，则减去360即可。当用右角推算方位角时，如图7-11所示， 则有：BA =AB + 180 则从图中可以看出BC=AB+180右 （7-10） 用式（7-10）计算BC时，如果AB +180后仍小于右时，则应加360后再减右。 根据上述推导，得到导线边坐标方位角的一般推算公式为： 前 = 后180+左 前 = 后180 右 式中：前、后导线点的前边方位角和后边方位角。,（7-11）,如图7-12所示，以导线的前进方向为参考，导线点B的后边是AB边，其方位角为后；前边是BC边，其方位角为前。 180前的正负号取用：当后180时，用“”号。导线的转折角是左角（左）就加上；右角（右）就减去。,1角度闭合差的计算与调整,（三）闭合导线的坐标计算,2坐标方位角推算,3坐标增量的计算,4坐标增量闭合差的计算与调整,5坐标推算,1角度闭合差的计算与调整 闭合导线从几何上看是一多边形，如图7-13所示。其内角和在理论上应满足下列关系： 理= 180（n 2） 但由于测角时不可避免地有误差存在，使实测内角之和不等于理论值，这样就产生了角闭合差，以来表示，则： =测理 或 测(n2)180 （7-12） 式中：n闭合导线的转折角数； 测观测角的总和。,容许误差要求:40 n为角的个数 闭合差调整原则:可将闭合差按相反的符号平均分配于每个观测内角中。 设以Vi表示各观测角的改正数，测i表示观测角，i表示改正后的角值，则： i =测i + Vi ( i = 1,2,n) 注：当上式不能整除时，则可将余数凑整到导线中短边相邻的角。改正后应该有：V= ；改正后的各内角值之和应等于理论值，即i = (n 2 )180。,（7-13）,2坐标方位角推算 根据起始边的坐标方位角AB及改正后（调整后）的内角值i，按下式依次推算各边的坐标方位角。 前 = 后180+ 左 前 = 后180 右,3坐标增量的计算 如右图所示，在平面直角坐标系中，A、B两点的坐标分别为A（XA，YA）和B（XB，YB），它们相应的坐标差称为坐标增量，分别以X和Y表示，从图中可以看出： XB XA = X AB YB YA = Y AB 或 XB = XA + X AB YB = YA + YAB,(7-15),导线边AB的距离为DAB，其方位角为AB，则： XAB = DABcosAB YAB = DABsinAB （7-15） X AB、YAB的正负号从图7-15中可以看出，当导线边AB位于不同的象限，其纵、横坐标增量的符号也不同。也就是当AB在090（即第一象限）时，X、Y的符号均为正；AB在90180（第二象限）时，X为负，Y为正；当AB在180270（第三象限）时，它们的符号均为负；当AB在270360（第四象限）时，X为正，Y为负。,4坐标增量闭合差的计算与调整 1）坐标增量闭合差的计算 如右图所示，导线边的坐标增量可以看成是在坐标轴上的投影线段。 闭合导线的纵、横坐标增量之和在理论上应满足下述关系： X理 =0 Y理 =0 （7-16）,但因测角和量距都不可避免地有误差存在，因此根据观测结果计算的X算、Y算都不等于零，而等于某一个数值X和Y，即： X算 = X Y算 = Y 式中：X纵坐标增量闭合差； Y横坐标增量闭合差。 从图7-16中可以看出X和Y的几何意义。由于X和Y的存在，就使得闭合多边形出现了一个缺口，起点A和终点A没有重合，设AA的长度为D，称为导线的全长闭合差，而X和Y正好是D在纵、横坐标轴上的投影长度，所以：,2）导线精度的衡量 相对闭合差:衡量导线的精度。 设导线的总长为D，则导线全长相对闭合差K为： 若KK允，则表明导线的精度符合要求，否则应查明原因进行补测或重测。,3）坐标增量闭合差的调整 增量闭合差的调整原则：是将它们以相反的符号按与边长成正比例分配在各边的坐标增量中。设VXi、VYi分别为纵、横坐标增量的改正数，即： 或,式中：D导线边长总和； Di导线某边长（i =1,2,n）。,（7-20）,所有坐标增量改正数的总和，其数值应等于坐标增量闭合差，而符号相反，即： VX = VX1 + VX2 + +VXn = X VY = VY1 + VY2 + +VYn = Y （7-21） 改正后的坐标增量应为 Xi =X算i + VXi Yi =Y算i + Vyi,（722）,5坐标推算 用改正后的坐增量，就可以从导线起点的已知坐标依次推算其它导线点的坐标，即： Xi = Xi-1 +Xi-1,i Yi = Yi-1+Yi-1,i （7-23）,1角度闭合差的计算,（四）附合导线的坐标计算,2坐标增量闭合差的计算,1角度闭合差的计算 如图7-17所示，附合导线连接在高级控制点A、B和C、D上，它们的坐标均已知。连接角为1和2，起始边坐标方位角AB和终边坐标方位角CD可根据坐标反算求得，见式（7-4）。从起始边方位角AB经连接角依照式（7-11）可推算出终边的方位角CD，此方位角应与反算求得的方位角（已知值）CD相等。由于测角有误差，推算的CD与已知的CD可能不相等，其差值即为附合导线的角度闭合差，即：, = CD CD （7-24）,用观测导线的左角来计算方位角，其公式为： CD=ABn180+左 （7-25） 用观测导线的右角来计算方位角，其公式为： CD=AB+n180左 （7-26） 式中：n转折角的个数。 附合导线角度闭合差的一般形式可写为：, =（AB CD）,2坐标增量闭合差的计算 如图7-18所示，附合导线各边坐标增量的代数和在理论上应等于起、终两已知点的坐标值之差，即： X理 = XB XA Y理 = YB YA 纵、横坐标增量闭合差，其计算公式为： X =X算 (XB XA ) Y =X算 (XB XA ) （7-27）,GPS 控制网,GPS测量控制网的主要技术要求,,Company name,GPS 控制网,GPS测量工作,1GPS 测量的外业准备及技术设计书编写 1）测区踏勘 2）资料收集 3）设备、器材筹备及人员组织 4）拟定外业观测计划 5）设计GPS网与地面网联测方案 6）GPS接收机选型与检验 7）技术设计书编写,GPS测量工作,2GPS测量外业实施,GPS测量的观测工作，主要包括选点埋石、天线安置、观测作业、观测记录及观测数据的质量判定等。 1）选点埋石 2）观测工作 （1）基本技术要求。 （2）天线安置 （3）观测作业 （4）观测记录,GPS测量工作,NGS-200 接收机野外数据采集的具体操作步骤,内业数据处理,数据采集 数据传输 预处理 基线解算 GPS网平差,NGS-200 接收机配套平差软件 数据处理基本步骤,1）数据通讯 2）数据处理 （1）基线解算 开机：打开 GPS 数据处理软件。 点击文件菜单下的“新建”，输入项目及坐标系。 点击“增加观测数据文件”，根据提示，选择要处理的观测数据文件，确认。 输入已知点坐标。,NGS-200 接收机配套平差软件 数据处理基本步骤, 进行基线解设置：包括采样间隔、卫星高度角、合格解的条件等。 点击“解算全部基线”。 对不合格的基线重新设置后再进行解算，直到满足为止，无法求得合格解的基线给予剔除或重新补测。 对外业数据进行质量检核 ：点击“平差处理”下的“重复基线”和“闭合环闭合差”。主要计算重复基线的较差、同步闭合环的闭合差和异步环的闭合差。对不合要求的进行必要的补测。,NGS-200 接收机配套平差软件 数据处理基本步骤,(2) 进行 GPS 网平差 平差参数设置：点击“平差处理”下的“平差参数设置”，根据提示确定设置方案。 网平差计算 ：点击“平差处理”下的“网平差计算”即可，进行无约束平差或约束平差。 网平差结果质量检核 ：点击“成果输出”，查看平差结果，检查无约束平差或约束平差的精度是否符合规范要求。 3) 提交成果报告 (1) 由“成果”菜单下的“成果报告”（文本文档）保存“平差报告”，同时由“成果报告打印”打印出“平差报告” 。,交会定点的方法,前方交会法 P点的坐标计算公式,为了校核和提高P点精度，前方交会通常是在三个已知点上进行观测，两个交会三角形各自计算P点坐标。因测角误差的影响，求得的两组P点坐标不会完全相同，其点位较差为：,。当,( M 为测图比例尺分母）时，可取两组坐标的平均值作为最后结果。,后方交会法 P点的坐标计算公式,测边交会法 P点的坐标计算公式,xPxA bCosAP yPyA bSinAP,工程中为了检核和提高P点的坐标精度，通常采用三边交会法，分两组计算 P 点坐标进行核对，最后取其平均值。,全站仪坐标测量的原理,1）平面坐标测量 根据测站点坐标和后视已知点坐标反算方位角，由测站点已知坐标、全站仪测量的水平角和水平距离，计算待测点坐标。,2）三角高程测量 电磁波三角高程测量原理就是利用全站仪测量竖直角、水平距离D，再量测仪器高i和目标高l，计算待,定点高程： HBHADABtgABiAlB,科力达全站仪KTS440系列坐标测量的具体操作步骤,三、四等水准测量的作用： 除用于国家等级高程点加密外，也可作为公路工程测量和地形图测绘的首级高程控制。三、四等水准点的标志要用永久性标志，并绘制点位草图。水准点应选在地基稳定、能长久保存、便于观测和使用的地方。,（一）技术要求,（二）测站观测程序,（三）成果处理,（一）技术要求,12,3.5,或15,20,20,6.0,或25,30,三、四等水准测量的精度,三、四等水准测量的观测方法,三、四等水准测量的技术,（二）测站观测程序,1每一测站的观测程序 后视黑面尺，读取下、上、中丝读数，即（1）、（2）、（3）； 前视黑面尺，读取下、上、中丝读数，