第6章,小地区控制测量.doc

- 18 -第6章 控制测量6-1 控制测量的概念一、目的与作用 为测图或工程建设的测区建立统一的平面和高程控制网。 控制误差的积累。 作为进行各种细部而来的基准。二、控制测量分类 按内容分：平面控制测量，高程控制测量。 按精度分：一等、二等、三等，四等，一级，二级，三级。 按方法分：天文测量，常规测量（三级测量，导线测量，水准测量），卫星定位测量。l 有关名称： 小地区：不考虑地球曲率对水平角和水平距离影响范围。 控制点：具有精确可靠平面坐标参数，或高程参数的测量基准点。 控制网：由控制点分布和测量方法决定所组成的图形和路线。 控制测量：为建立控制网所进行的测量工作。 （一）、平面控制测量-建立平面控制网，确定各平面控制点的x,y。等级关系：分一等，二、三、四等，前一等作为以后各等的控制基准，逐级控制。（由高级到低级，由整体到局部） 小地区内布设一级，二，三级和图根控制。布设形式:三角锁，三角网（三边网，边角网） 导线网，交会定点等。1、常规平面控制测量的等级关系城市平面控制网的等级关系 控制范围三角（三边网）城市导线城市基本控制三等，四等二等，三等，四等小地区首级控制一级小三角，二级小三角一级，二级，三级导线图根控制图根三角图根导线2、国家平面控制网 一等三角锁为国家平面控制网的基础。200KM，在图形内加密二等。 三、四等三角网和导线网：根据测区的需要，在二等三角网的基础上进行加密。 在一、二级小三角或一、二、三级导线（测区的首级控制）下布设图根控制网。 图根控制网的图形与一、二级小三角或一、二、三级导线的图形基本相同，其区别在于图根控制网的控制面积小，边长较短，精度要求低，平差方法采用简易平差。（二） 高程控制测量-建立高程控制网，测量各控制点的高程。1、高程控制测量方法测量方法水准测量、 三角高程测量、电子全站仪高程测量等级关系：分一、二、三、四等。前一等作为以后各点的控制基准，逐级控制（由整体到局部、由高级到低级）地形测量时布设图根水准（也称等外水准）。2、技术要求：三、四等水准测量一般用于建立小地区测图以及一般工程建设场地的高程首级控制。 三，四等水准测量可用精密水准测量方法进行，一般采用S3水准仪进行三、四等水准测量的方法。 3、三，四等水准测量及技术要求： 三，四等水准点的高程应以附近的一，二等水准点引测，如在独立地区，可采用闭合水准路线。 三，四等水准点一般需长期保存，点位要建立稳固处。三、四等水准测量的技术要求 6-2 导线测量一、导线的布设形式：1、导线 - 是从已知点开始，用直线依次连接各点形成折线，这种网方式称为导线。导线因只需相邻导线点间通视，布设形式灵活，故特别适用于建筑物密集的城镇、工厂和森林隐蔽地区，以及狭长地带（公路、铁路、隧道、井下等）的控制测量。2、导线的布设形式： 附和导线 两端均附合在已知点和已知方向的导线称为附合导线。 闭合导线 以AB边的坐标方位角AB为起始边方位角，以B点为起算点，布设P2、P3、P4、P5点，仍回到B点形成一闭合多边形，称为闭合导线。 支导线 从一个高级点B和AB边的已知方位角aAB出发，依次在各待定点设站测角、 测距，并用直线连接各待定点，各级导线技术要求等级导线长度km平均边长km测角中误差测回数角度闭合差相对闭合差DJ6DJ2一级40.554210n1/15000二级2.40.2583116n1/10000三级1.20.1122124n1/5000四级1.0M1.5测图最大视距20140n1/2000二、导线测量的外业工作主要工作：选点:在现场选定控制点位置，建立标志； 测距:测量各导线边（新边）的距离； 测角：观测导线各连接角，转折角。掌握三步工作的方法和要求。（一）踏勘选点及建立标志 1、点位的选择，注意下列各点： （1）相邻导线点之间通视良好； （2）便于角度和距离测量； （3）点位选于适于安置仪器； （4）视野广宽和便于保存之处； （5）点位分布均匀； （6）便于控制整个测区，进行细部测量。2、在现场建立测量标志控制测量是：为了求得点的坐标，那么这些点需在现场有标记（又称测量标志），以便后期地形图的测绘、工程施工放线等使用，这些点称为测量的工作点。现场点位确定好后，应马上进行测绘标志的埋设。（二）导线边长测量 导线边长测量一般可用全站仪、测距仪、钢尺量距等方法。1、 测距仪精度较高，均能达到小区导线测量精度要求；2、 钢尺量距，应用检定过的钢尺用精密丈量，往返各一次，达到技术要求。3、 当跨河时，采用对边观测，用正弦定理解算跨河边长。（三）导线转折角的测量 导线的转折角是：在导线点上由相邻两导线边构成的水平角。(导线的转折角分为左角和右角，在导线前进方向左侧的水平角称为 左角，在右侧的称右角。) 在导线转折角测量时，对于左角和右角并无差别，仅仅是计算上的差别。 左角 + 右角 = 360 左角 = 360 右角 右角 = 360 左角三、导线测量的内业计算目的：计算各导线点的坐标，评定导线测量的精度，合理的分配测量误差，计算导线点的坐标和高程。1、坐标正算 已知一点坐标(x1,y1)，及边长D和方位角，求另一点坐标(x2,y2)。先计算坐标增量 x = DABCOS Y = DABsin再计算另一点坐标 X2 = X1XY2 = Y1Y2、坐标反算 已知两点的坐标（x1,y1）（x2,y2），求两点之间的距离D，方位角。距离 D = （x2-x1）2y2-y1）2方位角arctan(Y/X) 当切记：计算出的角值为象限角，根据坐标增量的正负号决定象限角，再换算成方位角。（一）附合导线的近似平差计算方法和步骤1、角度闭合差的计算与平差AB,CD为已知边，点1,2,3,4，为新建导线点，已知数据AB XB YB CD XC YC观测数据 连接角B C 导线转折角1，2，3，4， 导线各边长S1,S2,S3,S4,S5（1）角度闭合差的计算 由于导线水平角观测不可避免地含有观测误差，从导线起始边的已知方位角开始，以观测角经导线各边推算至最末边，使得最末边方位角的推算值与计算值不相等，其差值就称为方位角闭合差。l 用f表示 f= CD推算值-CD已知值 f=测-理 理=始-终+ n180 f=测-始终 n180l 限差 方位角闭合差必须有一定的限度，称为限差，一般以二倍中误差作为限差。 m技术要求测角中误差l 则方位角闭合差应满足：（2）角度闭合差的平差：目的是：消除水平角观测所引起的方位角闭合差，求得各转角的平差值。l 具体方法是将方位角闭合差反符号平均加到（左角加，右角减）各水平角中去，即: 改正数 i = - f/nl 计算改正后的观测值 改 = 测+il 推算各边的方位角 前 = 后+180+左3、坐标闭合差的计算及平差（1）坐标增量的计算。用经改正后的水平角和水平距离计算各点间的坐标增量。各边方位角: 前=后 180 + 平差值（左）l 点间的坐标增量： DXij = Dijcosaij DYij = Dijsinaij（2）坐标闭合差的计算及平差 坐标闭合差 X方向闭合差 fx =x测-x理 y方向闭合差 fy =y测-y理x理 = x终-x始y理 = y终-y始即：fx = x测-（x终-x始）fy = y测-（y终-y始）l 求得导线全长闭合差fs和导线全长相对闭合差K。 点位误差 fs = fx2+fy2 相对闭合差K = fs/D当K小于限差时，将坐闭合差按与边长成正比例反符号分配给坐标量求得坐标增量的平差值和各点坐标的平差值。l 闭合差分配原则：反符合按边长正比例分配。 l 坐标增量平差值5、推算各点的坐标利用坐标增量的平差值从一个已知点推算至另一已知点，得到所在未知点的坐标，经平差后附合到另一已知点的坐标值（又称推算值）与已知值应相等，并以此作为检核。各点的坐标值为： X前 = X后+X Y前 = Y后+Y（二）闭合导线的平差计算1、角度闭合差计算（多边形闭合差） 理=（n-2）180 f允= 测- 理 2、坐标闭合差纵横坐标条件 X理=0 fx = X测 Y理=0 fy = Y测 P98 闭合导线算例四、 导线测量错误的检查l 在导线计算中，如果发现闭合差超限，则应首先复查导线测量外业观测记录、内业计算的数据抄录和计算。l 如果都没有发现问题，则说明导线外业中边长或角度测量中有错误，应到现场去返工重测。l 但是在去现场以前，如果能分析判断出错误可能发生在某处，则应首先到该处重测，以避免边长和角度全部返工。1、一个角度测错的查找方法 设导线中只有一个角值是错的，则从两端的已知点出发计算待定点坐标（用角度的实际观测值），在抵达该点之前不受这个错误角值的影响。过该点之后才出错。 所以，当分别从两端的已知点出发计算两套待定点坐标时，如果大部分点的两套坐标不相等，而只有一点的两套坐标相等，则该点的角度观测值多半有错。2、一条边长测错的查找方法如果导线闭合差的方位角与某条导线边的方位角很近（即闭合差方向与该边近似平行），闭合差的值又很大，则这条导线边的距离观测值多半含有粗错。6-5 高程控制测量一、高程控制测量 - 建立高程控制网，测量各控制点的高程。1、高程控制测量方法测量方法水准测量、 三角高程测量、电子全站仪高程测量等级关系：分一、二、三、四等。前一等作为以后各点的控制基准，逐级控制（由整体到局部、由高级到低级）地形测量时布设图根水准（也称等外水准）。2、技术要求：三、四等水准测量一般用于建立小地区测图以及一般工程建设场地的高程首级控制。 三，四等水准测量可用精密水准测量方法进行，一般采用S3水准仪进行三、四等水准测量的方法。 3、三，四等水准测量及技术要求： 三，四等水准点的高程应以附近的一，二等水准点引测，如在独立地区，可采用闭合水准路线。 三，四等水准点一般需长期保存，点位要建立稳固处。三、四等水准测量的技术要求 三，四等水准测量测站技术要求等级视线长度m前后视视距差m前后视距离累差m红黑面读数差mm红面高差之差mm三等653623四等8051035三，四等水准测量主要技术要求等级每公里高程中误差mm符合路线长度km水准仪级别测段往返测高差不符值mm符合路线环线闭合差mm三等645DS312RL四等1015DS320RL注：R为测段的长度。L为符水准路线的长度均以km为单位。二、三角高程测量三角高程测量 - 是一种间接测定两点间高差的方法 已知两点间的，水平距离D(或斜距S)观测垂直角，从而计算高差。 使用于山区不便于进行水准测量的地区。 三角高程测量考虑地球曲率的影响。 掌握三角高程测量的基本原理赫尔计算方法。 掌握三角高程测量的作业方法。1、三角高程测量的原理已知A,B水平距离D,A点的高程HA,在测站A观测垂直角，则: HAB = Dtg+ i-l （D -平距） = stg+ i-l ( S斜距 )2、三角高程测量的外业 （1）、三角高程测量是在国家控制点、GPS点、导线点为起闭点。外业的主要工作是: l 抄取已知点的起算数据；l 观测垂直角，测距离，并量取仪器高，觇标高。（2）、为了提高测量精度，防止出错，应进行直、反觇观测（即对向观测）（3）、取直、反觇高差的平均值作为最后结果。3、三角高程测量的内业 就是对外业记录成果进行检查，符合技术规定进行高程的计算。（1）、计算两点间的高差l 直觇 hAB = Dtan+f平距 sin+f 斜距l 反觇 hAB = Dtan+f平距 sin+f 斜距 （2）、计算未知点的高程l 直觇 HB = HA+hABl 反觇 HB = HA-hBA用直、反觇观测可以消除球气差（即地球曲率、大气折光）对高差的影响。6-6 GPS控制测量简介一、概述GPS是一种用卫星支持的无线电导航系统，该系统具有全方位实时三维导航与定位能力。二、GPS系统的构成三大部分 GPS星座： 运转卫星。地面监控： 中央控制系统，时间同步跟踪，卫星定位。 用户设备： 接收设备，接收卫星信号1、GPS星座l GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。它们分布在6条绕地球运行的轨道上，轨道55度，卫星离地面高度20220km，l 地球自传一周，卫星绕地球两周（即一周的时间是11小时58分）l 卫星通过天顶时，卫星可见时间为5小时，地球上任何地点，任何时间，用GPS接收机随时可观测到4-5颗卫星，以便进行定位和导航。2、地面监控系统l 对于导航定位来说，GPS卫星是一个动态已知点。l 星的位置是依据卫星发射的星历描述卫星运动及其轨道的参数算得的。l 每颗卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。l 地面监控作用是保持各颗卫星处于同一标准时间GPS时间系统l 地面监控站监测每颗卫星的时间，求出钟差，由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。l 地面监控系统包括一个主控站，三个注入站和五个监测站组成。3、GPS信号接收机l GPS接收机能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待定卫星的信号，并跟踪这些卫星的运行，对所接收到的GPS信号进行变换、放大和处理。l 测量出GPS信号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPS卫星所发送的导航电文，实时地计算出测站的三维位置、三维速度和时间。 i. 静态定位 GPS接收机接收机在捕获和跟踪GPS卫星的过程中固定不变，接收机高精度地测量GPS信号的传播时间，利用GPS卫星再轨道的已知位置，解算出接收天线所在位置的三维坐标。ii. 动态定位 是用GPS接收机测定一个运动物体的运动轨迹。GPS信号接收机所位于的运动物体叫载体。载体上的GPS接收机天线在跟踪GPS卫星的过程中相对地球而运动，接收机用GP