控制测量学总结(打印)2.doc

控制测量学的定义：在一定区域内按照一定的精度，测定一系列地面标识点水平位置和高程的测量工作。新定义：研究精确测定和描绘地面控制点空间位置及其变化的学科控制测量的基本工作内容（基本任务）在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网；在施工阶段建立施工控制网；在工程竣工后的运营阶段，建立以见识建筑物变形为目的的变形观测专用控制网控制测量的研究内容(1)研究建立和维持高科技水平的工程和国家水平控制网和精密水准网的原理和方法，以满足国民经济和国防建设以及地学科学研究的需要。(2)研究获得高精度测量成果的精密仪器和科学的使用方法。(3)研究地球表面测量成果向椭球及平面的数学投影变换及有关问题的测量计算。(4)研究高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法、控制测量数据库的建立及应用等。 外业基准：水准面：平均海水面延伸穿越陆地所形成的封闭曲面，其所包围的球体称为大地体由于大地水准面在几何形状和重力分布上都是不均匀的，所以无法用数学公式表达但是其位置相对稳定，形状和地球接近，所以测量工作中采用大地水准面和铅垂线作为基准面和基准线铅垂线：物体重心与地球重心的连线称内业基准：参考椭球面：处理大地测量成果而采用的与地球大小、形状接近并进行定位的椭球体表面。法线：外业工作基准：铅垂线、大地水准面（实际工作用似大地水准面）内业计算基准：法线、参考水平面（参考椭球面）水准面：1.水准面是一个重力等位面，具有无数个2.两个水准面之间的高差等于位能的变化与重力的比值，而由于重力值在不同的位置而不同，所以水准面存在不平行性3.测量工作的三个基本观测量最终都要归算到某个水准面上，而水准面的多值性不便于成果的统一，所以要确定一个统一的基准大地水准面：1.平均海水面延伸穿越陆地所形成的封闭曲面，其所包围的球体称为大地体2.由于大地水准面在几何形状和重力分布上都是不均匀的，所以无法用数学公式表达3.但是其位置相对稳定，形状和地球接近，所以测量工作中采用大地水准面和铅垂线作为基准面和基准线几种椭球：1.总地球椭球：椭球中心与地球质心重合，椭球短轴与地轴重合，起始大地子午面与起始天文子午面重合，同时要求总椭球在全球范围内与大地水准面偏差的平方和最小。2.参考椭球：在局部范围内椭球面和大地水准面最密合的椭球3.正常椭球：将旋转椭球赋予与实际地球相等的质量，并与地球具有同样的旋转速度，同时用一定的数学约束条件将椭球面定义为其本身重力场中的一个等位面，这样的椭球即为正常椭球，又称水准椭球；其所形成的重力场称为正常重力场。选择椭球：二心一致、质量一致、偏差平方和最小1954北京坐标系：前苏联1942年坐标系的延伸，原点在普尔科沃，相应的椭球为克拉索夫斯基椭球。1980年国家大地坐标系：原点：陕西省泾阳县永乐镇。椭球短轴平行于地球质心指向我国地极原点方向，大地起始子午面平行于格林尼治平均天文台的子午面。2000中国大地坐标系、新54坐标系正高：点沿铅垂线到大地水准面的距离 正常高：点沿铅垂线到似大地水准面的距离 大地高：点沿法线到达椭球面的距离高程异常：似大地水准面高水平控制网的布网方案（重点为国家二等网）1. 常规大地测量方法布设国家三角网1 一等三角锁系布设方案一等三角锁是国家大地控制网的骨干，控制二等以下各级三角网，为地学研究提供资料。沿经纬线布设；交叉处设起算边，精度要求高于35万分之一；起算边端点测定天文经纬度和天文方位角，经度高于0.3秒，纬度高于0.02秒，方位角高于0.5秒；一等锁长200km，平均边长20-25km，三角形个数16-17个，测角中误差0.7秒。2二等三角锁、网布设方案(标准)二等三角锁、网是国家三交网的全面基础，同时也是地形测图的基本控制（1：5万）；二等基本锁边长15-20km,测角误差应小于1.2秒，基线精度高于1：20万；二等补充网平均边长13km，测角误差小于2.5秒；二等全面网平均边长13km，测角误差应小于1.0秒；在二等网中央处应测定起算边，并在两端点处测定天文经纬度和天文方位角，精度与一等相同；3三、四等三角网四等三角网既可以采用插网也可以采用插点的形式对一、二等网进行加密。三等网平均边长8km，测角中误差为1.8秒，控制面积为50平方公里四等网边长在2-6km内变通，测角中误差应小于2.5秒，控制面积为15-20平方公里，可满足1：2000测图的需要。水平控制网布网基本原则分级布网，逐级控制 国家等级控制网共分为四等；应有足够的精度各项数据应满足规范要求；应有足够密度根据测绘范围的大小确定三角网边长；应有统一的规格统一的大地测量法是和作业规范工程控制网布网原则 分级布网，逐级控制；应有足够的精度；应有足够密度；应有统一的规格工程控制网布网方案工程三角网的特点：1 边长短 2 等级多 3 各等级均可作为首级控制4 三、四等起算边精度可根据首级网和加密网分别对带（以上特点主要是考虑到工测控制网应满足最大比例尺1：500的测图要求提出的）等边直伸导线的精度分析 u点位的横向中误差；t点位的中向中误差；M总点位中误差；D导线端点的下标；Z导线中点的下标；Q起算数据误差影响的下标；C测量误差影响的下标工程水平控制网:点位精度估算：公式估算法和程序估算法等权代替法：把从多个结点出发的对同一结点的各条路线，化归为一条虚拟的等权路线，按加权平均求得最后一个结点的最大似然值，再求出其他各结点的最大似然值的方法。 计算支导线终点点位误差公式：。设以长度为L0的导线终点点位误差M0作为单位权中误差，则长度为Li的导线终点点位的权Pi及其中误差Mi可按下列近似公式计算：。控制网优化设计的步骤：建立能考查决策问题的数学模型；对数学模型分析并选择一个合适的求最优解的数值算法；求最优解，并对结果作出评价控制网设计的质量标准：精度标准；可靠性标准；系统误差的可测定性标准；灵敏度标准；费用标准优化设计的分类：基准设计（零类设计）；图形设计（一类设计）；观测权设计（二类设计）；原网改造设计（三类设计）选点、占见 标、埋石1. 测量占见 标的类型寻常标；双锥标；屋顶观测台2. 埋石三、四等三角点的标石由两块组成，下面一块叫盘石，上面是柱石，埋石时必须使盘石和柱石的标志位于同一铅垂线上。埋石工作一般在造标完成后随后进行。精密光学经纬仪（构造、原理、使用方法）精密光学经纬仪及其特点：1、角度标准设备2、目标照准设备3、强制对中设备4、由安全可靠的有机材料和合金制造主要部件之间的相互关系：1、垂直轴与照准部水准器轴正交；2、垂直轴与水平度盘正交且通过其中心；3、水平轴与垂直轴正交；4、水平轴与垂直度盘正交，且通过其中心J2光学经纬仪对径读数的规则：旋进测微手轮，使度盘正倒像精确重合， 1读度:找具备下列三个条件的分划线：正倒像相差180度；正像在左，倒像在右；正倒像的对径（度）分划相距最近，以正像的（度）分划线为准读度数。 2读十位分数:将正倒像相应的分划线间所夹的格数乘以度盘分划的一半（J2为10分），就是十位分数。 T3读分:将正倒像相应的分划线间所夹的格数乘以度盘分划的一半（T3为2分）3读取个位的分数及秒数:在测微器（盘）读取。 T3:将测微盘上两次读数相加。特点：1、角度标准设备2、目标照准设备3、强制对中设备4、由安全可靠的有机材料和合金制造视准轴误差 ：仪器的视准轴不与水平轴正交所产生的误差。产生的主要原因：望远镜的十字丝分划板安置不正确、望远镜调焦镜运行时晃动、气温变化引起仪器部件的胀缩，特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化。消除或减弱方法：可通过盘左、盘右的读数取平均的方法消除或减弱。 水平轴倾斜误差：仪器的水平轴不与垂直轴正交所产生的误差。产生的主要原因：仪器左、右两端的支架不等高、水平轴两端轴径不相等 消除或减弱方法：可通过盘左、盘右的读数取平均的方法消除或减弱其对水平方向观测值的影响。垂直轴倾斜误差：由于仪器末严格整平，而使垂直轴偏离测站铅垂线一微小角度而带来的误差。消除方法：尽量减小垂直轴的倾斜角度；测回间重新整平仪器；对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数精密测角的误差影响：外界条件影响：1.大气层密度的变化和大气透明度对目标成像质量的影响：大气层密度的变化对目标成像稳定性的影响、大气透明度对目标成像清晰的影响2.水平折光的影响3.照准目标的相位差4.温度变化对视准轴的影响5.外界条件对占见 标内架稳定性的影响仪器误差影响：1、水平度盘位移的影响：又称照准部转动时的弹性带动误差，一般通过一测回旋转方向不变来消除2、脚螺旋的空隙带动影响：观测前预转1-2周3、水平微动螺旋的隙动差影响：采用旋进方向照准目标4、垂直微动螺旋作用不正确的影响：水平较观测时，不适用微动螺旋，而采用手动完成照准工作5、照准部旋转不正确的影响：会影响行差的测定和偏心误差的产生，一般通过重合读数法和不转动度盘来消除或减弱观测法分为方向观测法和全圆方向法。方向观测法：零方向应选择在边长适中，成像清晰，且目标背景最好是天空，视线远离障碍物的方向。归零的目的是检查成果是否可用。目标少于三个，称方向观测法；目标多于三个，称全园方向观测法方向观测法的特点及其应用范围：特点：观测程序和测站平差简单，有规律；工作量小；可以有效的消除各种误差的影响。应用范围：边长较短，精度要求不高；目标数较少；三、四等水平角观测或方向数少于7个的二等水平角观测。高程基准面：所有点作为零起算面的基准，我国选为大地水准面我国高程系统：1956黄海高程系统、1985国家高程基准国家高程控制网布设方案：一等为骨干，也是研究地壳和地面垂直运动等科学问题的主要依据。需构成网，环线周长应在1000-1500km之间，山区可在2000km左右;二等为基础，应尽可能沿公路、铁路、河流布设，环线周长应在500-750km之间；三、四等可布设成附和线路，其直接为地形测图和各种工程建设服务国家高程控制网的布设原则分级布网，逐级控制；应有足够的精度；应有足够密度；应有统一的规格；应定期复测；水准标石分为基岩水准标石、基本水准标石、普通水准标石等多种相位式测距仪：体积小、重量轻、方便携带，精度高、反应快、只能测不足整周脉冲法测距原理：相位式测距原理：精度估计：固定误差+K*比例误差+常数水准路线的设计、选点和埋石A.设计将已知的水准路线和水准点以及计划联测的其他固定点，以不同的色彩和附号标绘在图纸上;由高级到低级进行设计;先设计水准路线在设计水准点的初步位置;对水准路线命名和对水准点编号;绘制水准路线设计图并编写技术设计说明书;B.选点根据规范要求，通过踏勘后对线路和水准点位置进行调整；应填绘点之记；应绘制水准路线图方向观测法分为方向观测法（三个方向及以下，不需要归零）和全圆方向法；归零的目的是检查成果是否可用；零方向应选择在边长适中，成像清晰，且目标背景最好是天空，视线远离障碍物的方向。特点：观测程序和测站平差简单，有规律；工作量小；可以有效的消除各种误差的影响。应用范围：边长较短，精度要求不高；目标数较少；三、四等水平角观测或方向数少于7个的二等水平角观测。选择有利的观测时间；观测前使仪器与外界温度一致，并打伞；每站视距应大致相等；采用一定的观测程序；一测段应设置为偶数站；应采用往返观测；一、二等应尽量采用分段测量方式；观测程序：往测时每站应采取的观测程序为：对于奇数站：后-前-前-后；对于偶数站：前-后-后-前 奇数站：后基前基前辅后辅；偶数站：前基后基后辅前辅返测时每站应采取的观测程序为：对于奇数站：前-后-后-前；对于偶数站：后-前-前-后仪器水准检验和误差精密水准仪：（1）水准仪的检视：1)、外观2)、转动部件3)、光学性能4）、补偿性能5）、设备件数、仪器部件及附件和备用零件是否齐全（2）圆水准器安置正确性的检验和校正：1）调整脚螺旋使气泡居中，然后旋转180，观察气泡是否偏离；2）如果气泡有偏离，则利用脚螺旋和校正螺丝各调整气泡偏离格值的一半即可。3）对于水准管式水准仪，应将倾斜螺旋的标准位置标记出来，以便于快速整平。（3）光学测微器隙动差和分划值的测定：1）当测微螺旋以旋进和旋出对准同一分划线时，测微器具有不同的读数，两者之差被称为测微器的隙动差2）为保证读数的准确性，水平中丝在水准尺上移动一个格值时，测微器应该移动全长。两者往往不符，所以需要对测微器的分划值进行测定3）测定前首先在距仪器5-6m处竖立以指三等标准金属线纹尺，用其1mm分划作为检验标准4）整平仪器，并将测微器转道零分划线附近，调整标准尺高度，使十字丝与标准尺某一分划重合，此时测微器读数应在0-3格范围内。一测回操作如下：往测：旋进（或旋出）测微器依次照准标准尺上的6根分划线（间隔共5mm），每次照准时使中丝与分划线精确重合，并读取测微器读数a。返测：往测后马上进行返测，旋出（或旋进）测微器，以相反的方向依次照准上述6根分划线，并读取测微器读数b（4）水准仪i角误差和交叉误差的检验：i角误差的检验：一般测定i角的方法是：距仪器s和2s处分别选定A点B点，以便安放水准标尺，选定两个安置仪器的点J1、J2，在仪器站J1和J2分别观测建立相应的方程式，解出未知数。计算公式：,SA SB以m为单位。交叉误差：如果仪器存在交叉误差，则整平仪器后，使仪器绕视准轴左右倾斜时，水准气泡就会发生移动。精密水准尺的检验：1、标尺的检视：结构是否完好、因瓦合金带与尺身连接是否牢固、扶手转动是否灵活、底板是否磨损、圆水准器是否完好、刻划线与注记是否粗细均匀、尺面是否有伤痕2、标尺上圆水准器的检校：让尺身一侧与十字丝竖丝重合，检查气泡居中情况；尺身转动90，让另一侧与十字丝竖丝重合，检查气泡居中情况；反复多次，直到上述两个位置的标尺边缘与竖丝重合时，水准气泡均居中位置，否则应给予校整3、分划面弯曲差的测定：弯曲差又称矢距，是指分划面两端点联线的中点 到标尺分划面的垂距。测定石在标尺两端引张一条很细的直线，分别量取两端及中点到尺身分划面的距离，并计算差值即得弯曲差。当弯曲差大于规范规定的范围后，以下式对标尺长度进行改正：4、名义米长及分划偶然中误差的测定：基本分划：往测：0.25-1.25,0.85-1.85,1.45-2.45（米）返测：2.75-1.75,2.15-1.15,1.55-0.55（米）辅助分划：往测：0.40-1.40,1.00-2.00,1.60-2.60（米）返测：2.90-1.90,2.30-1.30,1.70-0.70（米）5、尺带拉力的测定：6、零点不等差和基辅分划读数差的测定：首先在距仪器一定距离处（20-30米），打下三个距仪器等距离的木桩，木桩钉面钉圆冒钉，钉面高差约20厘米。依次将两根标尺竖立于每个木桩上，分别对基本和辅助分划照准并读取读数个三次，其间不许调焦。此为一测回共需观测三测回，且测回之间应变换仪器高度正常水准面不平行改正（为什么，什么时候改正）正常水准面与正常重力紧密相关；在忽略地心引力的情况下，由于地球绕两极自转，所以在赤道离心力最大，两极为零；重力与此相反，即在赤道上重力最小，两极最大；再考虑到地球质量分布的不均匀性，情况更加复杂。也就是说在大尺度上考察正常水准面是不平行的编写设计书：1、收集和分析资料：测区各种比