国家平面控制.doc

2.1.1 国家平面控制网 国家平面控制网在全国范围内建立的控制网，称为国家控制网。它是全国各种比例尺测图的基本控制，并为确定地球的形状和大小提供研究资料。国家控制网是用精密测量仪器和方法依照施测精度按一等、二等、三等、四等四个等级建立的，它的低级点受高级点逐级控制。 建立国家平面控制网的常规方法有三角测量和精密导线测量。 1三角控制网 三角测量是在地面上选择一系列具有控制作用的控制点，组成互相连接的三角形且扩展成网状，称为三角网，如图21所示。三角形连接成条状的称为三角锁，如图22所示。在控制点上，用精密仪器将三角形的三个内角测定出来，并测定其中一条边长，然后根据三角公式解 2-1三角网 2-2三角锁算出各点的坐标。用三角测量方法确定的平面控制点，称为三角点。在全国范围内建立的三角网，称为国家平面控制网。按控制次序和施测精度分为四个等级，即一等、二等、三等、四等。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23所示。 2导线控制网 导线测量是在地面上选扦一系列控制点，将相邻点连成直线而构成折线形，称为导线网，如图24所示。在控制点上，用精密仪器依次测定所有折线的边长和转折角，根据 解析几何的知识解算各点的坐标。用导线测量方法确定的平面控制点，称为导线点。 在全国范围内建立三角网时，当某些局部地区采用三角测量有困难的情况下，亦可采用同等级的导线测量网代替。 导线测量也分为四个等级，即一等、二等、三等、四等。其中一等、二等导线，又称为精密导线测量。 2-3国家平面控制网 2-4导线网图根平面控制网为满足小区域测图和施工需要而建立的平面控制网，称为小区域平面控制网。小区域平面控制网亦应由高级到低级分级建立。测区范围内建立最高一级的控制网，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表25。 表2-5 首级控制与图根控制的关系测区面积（km）首级控制图根控制215一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以下图根控制直接用于测图的控制点，称为图根控制点。图根点的密度取决于地形条件和测图比例尺。如下表2-6表2-6 图根点的密度测图比例尺1：5001:10001:20001:5000图根点密度（点/km）150501532.1.2. GPS控制网GPS全球定位系统(Global Positioning System)是美国国防部U. S. Department of Defense (DOD)为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位的要求而建立的。是结合美国海军的“timation”计划和美国空军的“621-B”计划而研制，这两个计划在六十年代中期就已确定要用测距的方式来发展一种被动导航系统。该系统真正始建于1973年，经过方案论证、工程研制和生产作业等三个阶段，历经二十余年，耗资三百多亿美元于1994年全部建成。 GPS作为继子午卫星系统发展起来的新一代卫星导航与定位系统，具有全球性、全天候、连续性等优点的三维导航和定位能力，以及具有良好的抗干扰性和保密性。它己成为美国导航技术现代化的最重要标志，并被视为20世纪美国继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的又一重大科技成就。 GPS网形的基本形式有三角形网、环形网和星形网。当GPS网测站数多于所使用的接收机数时，就不得不采用分区观测。同一分区各点的观测同步进行，分区与分区之间有连接点。同步图形扩展式的作业方式具有作业效率高、图形强度好的特点，它是目前在GPS测量中普遍采用的一种布网形式。采用同步图形扩展式布设GPS基线向量网时的观测作业方式有点连式、边连式、网联式和混连式。 1）点连式 点连式是指相邻同步图形之间仅有一个公共点的连接，如图2-7所示 图2-7 任一个由n个点组成的网，由m台接收机观测，则完成该网至少要S个同步图形：s=1+int（n-m）/（m-1），网的必要观测基线数为1-n，而网中n个同步图形总共有s*（m-1）条独立基线。点连式的优点是作业效率高，图形扩展迅速；缺点是图形强度低，如果连结点出现问题，将会对后面的网形产生系统误差。 图中有13个定位点，没有多余观测（无异步检核条件），最少观测时段6个（同步环），最少必要观测基线为121条，6个同步图形中总共有12条独立基线。 显然，以这种方式布网，没有或者仅有少量的异步图形闭合条件。因此，所构成的网形抗粗差定位能力差，网的几何强度也较弱。在这种网的布设中，可以在n个同步图形的基础上，再加测几个时段，增加网的异步图形闭合条件的个数，从而提高网的几何强度，使网的可靠性得到改善。2）边连式 边连式布网方法是指相邻同步图形之间通过2个公共点相连，即同步图形由1条公共基线连接，如图2-8所示。 图 2-8任一个由n个点构成的网，若用m台（m3）接收机采用边连式布网方法进行观测，则完成该测量任务的最少同步图形个数S为：s=1+int（n-m）/ m-2相应观测获得的总基线数为s*(m-1)*m/2- 其中独立基线数为s*(m-1)，而网的多余观测基线数为s*(m-1)-(n-1)。这种布网方案，网的几何强度较高有较多的复测边和非同步图形闭合条件。边连式具有较高的图形强度和作业效率，但若连接边有问题，则可能会出现网的整体平移。 图2-2中有13个定位点，12个观测时段，9个重复边，3个异步环。最少观测同步图形为11个，总基线为33条。独立基线数22条。多余基线数10条。 比较边连式与点连式布网方法，可以看出，采用边连式布网方法有较多的非同步图形闭合条件，以及大量的重复基线边，因此，用边连式布网方式布设的GPS网的几何强度较高，具有良好的自检能力，能够有效发现测量中的粗差，具有较高的可靠性。3）网连式 所谓网连式布网方法，是指相邻同步图形之间有两个以上公共点相连接，相邻同步图形之间存在相互重叠的部分，即某一同步图形的一部分是另一同步图形中的一部分。网连式几何强度很高，但作业效率低。 4）边点混合连接式 边点混合连接式是指把点连式与边连式有机地结合起来，组成GPS网以保证网的几何强度，提高网的可靠指标，它实际上是点连式、边连式和网连式的一个综合应用。这样既减少了外业工作量，又降低了成本，是一种较为理想的布网方法。 图2-9 点表混连式示意图图2-9是在点连接图2-7的基础上加测四个时段，把边连式与点连式结合起来，得到的几何强度改善的布网设计方案。图2-8所示三台接收机的观测方案共有10个同步三角形，2个异步环，6条复测边，总基线为30条，独立基线数为20条，多余基线数为8条，必要基线数为12条。显然该图线呈封闭状，可靠性指标提高，外业工作量也比边连式有一定的减少。大力发展我国GPS综合服务系统 在“九五”期间应结合科学工程完善国家空间大地网。其中包括新建和完善VLBI站和SLR站，特别是扩大全国的永久性GPS跟踪网和相应的通讯网络和数据处理设施，并由此发展成为我国GPS的综合性服务体系。GPS综合服务系统的任务基本有四个方面： 1）建立、维护、协调永久性GPS跟踪站网数据采集、通讯和处理； 2）提供与GPS自身有关的信息，如星历、钟差、站坐标以及它们的变化等信息服务； 3）提供与精确定位和导航有关的标准(RTCM和RTCA)差分信号，可以是局域伪距或相位差分，也可以是广域差分信息； 4）提供与其他科学有关的信息，如地壳形变，电离层离子浓度和改正参数，大气水汽含量及其改正参数。 这种集GPS数据采集，数据通讯，数据处理和提供GPS各类信息服务于一体的网络体系，是一种集成式的系统工程，它应是向国家和社会作全方位开放性的服务。它的生命力在两个方面：一是GPS和GIS、RS的集成，GPS信息服务若仅限于大地测量的应用，它的作用是有限的；二是GPS信息服务若只限于提供定位和导航信息，则其潜在能量没有发挥出来。因此GPS若和GIS结合起来，和RS结合起来，并为相关其他领域和学科所需的信息提供服务，则它必将对我国的资源和环境的保护和管理，对资源和合理利用，对减灾防灾，对经济建设、国防建设和社会的持续发展作出更大贡献!2.1.3高程控制网在全国范围内建立的控制网，称为国家控制网。它是全国各种比例尺测图的基本控制，并为确定地球形状和大小提供研究资料。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。 高程控制网主要用水准测量和三角高程测量方法建立。（1）用水准测量方法建立的高程控制网称为水准网。高程控制网可以一次全面布网，也可以分级布设。各等级水准测量都可作为测区的首级高程控制。首级网一般布设成环形网，加密时可布设成附合线路或结点网。测区高程应采用国家统一高程系统。小测区联测有困难时，也可用假定高程。（2）三角高程测量是根据两点间的竖直角和水平距离计算高差而求出高程的，其精度低于水准测量。常在地形起伏较大、直接水准测量有困难的地区测定三角点的高程，为地形测图提供高程控制。 国家高程控制网是确定地貌地物海拔高