测量学-第7章.doc

第七章 小地区控制测量主要内容7.1 控制测量概述 7.2 平面控制网的定向和定位 7.3 导线测量和导线计算7.4 交会定点的计算7.5 GPS简介7.5 三、四等水准测量及高程计算 7.1 控制测量概述 一、控制测量的概念 1、控制测量控制测量分类： 平面控制测量和高程控制测量控制网按用途分: 国家控制网、城市控制网及工程控制网控制测量的作用： 确定地面上一点的平面位置和高程位置(X,Y,H)(1)国家控制网：（在全国范围内建立的控制网） 作用：它是全国各种比例尺测图和工程建设的基本控制;也为空间科学技术和军事提供精确点位坐标、距离、方位资料；为研究地球大小和形状及地震预报等提供重要资料。 国家控制网布设的形式：平面控制网三角网： 线形锁，中点多边形，大地四边精密导线网。 高程控制网布设形式： 水准网。 建立方法：用精密仪器测角 三角网 （无测距仪） 用精密仪器测角，测边： 测边网 边角网 （有测距仪） 用GPS 测量（全球定位系统观测24颗卫星）等级：分一，二，三，四等平面控制网，高程控制网一等是骨干：用J07仪器观测，现在的仪器是 全球定位系统一等在天文坐标基础上布设， S05水准仪二等在一等基础上布设用J07 J1仪器 ，S1水准仪，因瓦尺三等在二等基础上布设用J1 J2经纬仪 S1 水准仪四等在三等基础上布设用J2仪器 S3水准仪双面尺一 二等为国家科研提供资料，三 四等为城市各种工程服务城市控制网 (低级受高级控制，逐级布网，分级控制) 作用：在城市或厂矿等地区中小区域内建立城市 控制网为城市规划，建设服务布设形式及建设方法 城市三角网，导线网，单一导线，图根三角锁网建立方法：测角，测边。等级：小三角，城市一 二 三等导线，四等异域网 一 二 三等导线，四等是主干一 二 三加密小区域控制网（首级网图根网）作用：为某种工程服务的提供点的坐标，高程及地形图。布设形式及建立方法：小三角测量，交会点，图根测量等级：一级小三角（5）二级小三角（10） 图根锁（20） 一级导线（5）二级导线（8）三级导线（12） 图根导线（20）独立控制网（应与国家控制网连测）。 作用：在各级导线基础上加密测区无已知点，为特殊工程服务， 布设形式及建立方法：小三角，导线等级按规范。7.2 平面控制网的定位和定向一、地面点的坐标和两点间的坐标增量 二、两点间边长和方位角 （一）边长（水平距离） （二）方位角标准方向（三北方向） 真方位角 磁方位角 坐标方位角 （三）坐标方位角 (又称方向角) 定义： 正反坐标方位角的关系： 12= 21180（四）象限角以及象限角与坐标方位角的换算关系1、象限角的定义2、象限角与坐标方位角的换算关系第一象限：=R第二象限：=180-R第三象限：=180+R第四象限：=360-R三、坐标的正算与反算 正算：x2=x1+x12 =x1 +D12cos12 y2=y1+y12 =Y1 +D12sin12 反算： 反算： 7.3 导线测量和导线计算一、导线测量概述1导线 将测区内相邻控制点连接成直线而构成的折线称为导线。2导线点，导线边 构成导线的各点称导线点，折线边称为导线边。3导线测量 测定各转角，各边，根据起算数据和一定的几何关系推出各点的坐标。4导线类型按使用仪器和量边工具不同分为：钢尺量距导线，视距导线，（罗盘导线，视差导线），电磁波测距导线5导线布设形式是根据测区的情况和精度要求而定。 1）闭合导线 2）附合导线 3）支导线 6导线等级划分：见表所示二：导线的外业工作导线的测量的外业工作包括：踏勘选点及建立标志，量边，测角、连测 。1、踏勘选点及建立标志选点要求：相邻点间通视良好，地势平坦，便于测角和量距；点位应选在土质坚硬外，便于保存和安置仪器；视野开阔，便于施测碎部；导线各边的长度应大致相等不能大于0.7倍，平均边长见表 所示 全长也有要求；导线应有足够的密度，分布较均匀，便于控制整个地区。埋点要求： 临时点：用木桩，桩上有钉做标志永久点：钢钉，混凝土，中间十字或中间夹钢筋。导线点应统一编号，绘点之记图。如下图：2、量边： 1）钢尺量边。钢尺进行检定。一、二、三级导线用精密方法丈量， （加入各项改正：尺长、温度、倾斜改正）图根导线用一般方法丈量。2）电磁波测距 依等级选定测距仪和测回数。3、测角 1）测角要求 （测导线前进方向的左角） J6仪器观测一个测回，盘左、盘右测得角互差不大于40秒。 2）测角标志类型 吊垂球线，觇牌（精密） 测钎 花杆（一般） 4、测连接角5、导线测量记录（外业记录）三.导线测量的内业计算 1、导线测量计算步骤 绘制导线图; 将观测数据、起算数据填入表中； 角度闭合差计算与调整； 推算方位角； 计算坐标增量及计算导线全长相对闭合差； 增量闭合差调整； 最后计算各导线点坐标。2、导线坐标计算的基本公式 ： 3、导线计算实例（附合导线） 已知B、C坐标，AB、CD 坐标方位角 计算导线点的坐标（1）导线各边方向角的计算和角度闭合差的调整，当转折角取左角时：B至1的方向角 当转折角取右角时： 若计算所得的B1小于0，应加360；若B1大于360，应减360。 用左角推算方位角角度闭计算 CD 与CD 不等,差数为角度闭合差f角度正数分配计算：提示：观测左角改正数分配与闭合差符号相反计算改正后的角值： 用改正后的角度推算各边方位角算坐标增量计算 计算各边坐标增量（3）坐标增量闭合差的计算与调整 坐标闭合差（4）计算各导线点坐标 x1 =xB+xB1 (改正后增量) xc=x4+x4c 如不等于xc说明计算有误。7.4 交会测量交会测量概念：用交会测量的方法来加密控制点满足施工或测图所需的控制点，称为交会测量。交会测量分为测角交会，测边交会两类。 前方交会 如图a所示 （分别在两已知点上设站） 测角交会 侧方交会 如图b所示 （分别在一个已知点上和未知点上设站） 后方交会 如图c所示 （只在未知点上设站） ABCPAPBPBA 一、前方交会 前方交会,图形简单,外业少,计算公式简单,是常用加密控制点方法 P C AB11221、前方交会方法 如图所示：前方交会就是在A B C已知点置仪器, P为待定点， 观测1，1，2，2，. 2、计算公式 以A、P、B三角形为例说明计算P点公式： 由图可知 按正弦定理有： 算P点的坐标叫前方交会。(P点在实地选定)为了检核观观测精度也可观测、 。方向交会注意问题： 1、图形与公式的对应关系： 2、图形的编号方法（逆时针方向）。3、交会角应在30150之间 最好为90计算步骤： 1先绘制野外略图，按公式推导的图形编号。 2填制观测资料，已知点坐标。 3利用公式计算两组坐标。 4两组坐标较差，用D20.1M mm,M为测图比例尺分母。 5取两组坐标值平均值作为最后结果。 两组坐标值的差值X=0.06m y=0.00m 则：D=O.06m, D容=20.1m=20.11000=200mm=0.2m,DD容成果合格。二、侧方交会 如图所示：在已知点A（或B）和未知点P上设站，测得 （或）、角。 提示：计算P点坐标时 先求出=180-（+）， 这样就和前方交会的情形一致了， 于是可以利用前方交会的公式计算P点坐标。三 、 后方交会 1、计算公式在P点置仪器，观测、角。后方交会计算方法很多介绍一种简单、便于计算，(称仿权计算公式)的方法，也称后方交会坐标计算的垂心公式：即取三个坐标，垂心坐标为未知点P坐标并加权。注意：后方交会点不能选在已知点外接圆上叫危险圆。四、测边交会 1、交会方法:根据三角形的三边长度，用余弦定理计算三角形的两个内角A和C，再按已知点A、B的坐标及算得的水平角A、C，用前方交会公式计算待定点P的坐标。AOBCPS1S2APCP两组较差在20.1mm时取平均值为P点坐标利用a、b边计算P点坐标，取第三边测量边长C做为检核。当用a、b边算出P点的坐标后由C、P点 的坐标反算出PC 边长PC边的观测值与其计算值的较差为：C=C算-C 当C在限差之内时，认为成果合格 C20.1M（mm两组较差在20.1mm时取平均值为P点坐标利用a、b边计算P点坐标，取第三边测量边长C做为检核。当用a、b边算出P点的坐标后由C、P点的坐标反算出PC 边长PC边的观测值与其计算值的较差为：C=C算-C 当C在限差之内时，认为成果合格 C20.1M（mm）7.5 全球定位系统全球定位系统通称GPS, 是NAVSTAR GPS的简称,全称是:Navigation system with Time and Ranging Global Positioning System(全球测时与测距导航定位系统). 整个系统包括空间（卫星），地面控制站和用户（接收机）三部分。空间部分：有24颗卫星分布在6个倾角为55的近似圆形轨道上，每个轨道有4颗卫星。轨道距地面约2万公里，绕地球一周需要12小时。这样，在地球的任何地方、任何时刻都能接收到至少4颗卫星发射的信号。卫星轨道即每时刻的精确位置由地面监控站测定，并通过卫星用无线电波向地面发播；地面上用GPS接收机同时接收4颗以上卫星信号，根据卫星的精确位署以求得地面点位置。它能为用户提供全球性、全天候、连续、实时、高精度的三维坐标、三向速度和时间信息。地面监控系统 对于导航定位来说，GPS卫星是一动态已知点。卫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 的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是否正常 工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设备进行监测和控制。地面监控系统 另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准GPS时间系统。这就需要地面站监测 各颗卫星的时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发给用户设备。 GPS工作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注入站和五个监测站。 GPS信号接收机 GPS 信号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 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，以便测量出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， 位置，甚至三维速度和时间。 GPS与常规控制测量相比，优点： （1）布网灵活，点与点之间可不通视；（2）精度高，其两点的距离相对精度约为110ppm（1/10000001/100000）；（3）全天候观测；（4）自动化程度高； （5）花费少。GPS定位原理： 采用的坐标系为WGS-84地心坐标系（如右图）。 按定位方式，GPS定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。 单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。 相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。 按接受机运动方式，GPS定位分为静态定位和动态定位。 静态定位是接受机天线在跟踪GPS卫星过程中固定不变，动态定位主要测定动态物体的运动轨迹。7.6 高程测量一、三、四等水准测量 (一)、三、四等水准测量技术基本要求要求 ： 仪器；水准尺；视线长度；前后视距差；视线高；黑红面尺数差。（二）三、四等水准测量的方法 1、测站观测程序 照准后视标尺黑面，按下、上、中丝读数； 照准前视标尺黑面，按下、上、中丝读数； 照准前视标尺红面，按中丝读数； 照准后视标尺红面，按中丝读数。 这样的顺序简称为“后前前后”（黑、黑、红、红）。 四等水准测量每站观测顺序也可为 后-后-前-前（黑、红、黑、红）。 提示：无论何种顺序，视距丝和中丝读数均应在仪器精平时读数。四等水准测量，如果采用单面尺观测，则可按变更仪器高法进行，观测顺序为：后-前-变仪器高-前-后，变更仪器高前按三丝读数，以后则按中丝读数，2、计算与较核 将观测数据（1）、（2）、（8）按表形式记录。 （1）视距计算 后视距离（9）=100（1）-（2） 前视距离（10）=100（4）-（5） 前视视距差值（11）=（9）-（10） 视距差累积值（12）=前站（12）+本站 （11） （2）高差计算 先进行同一标尺红、黑读数较核，后进行高差计算。 前视黑、红读数差： （13）=K106+（6）-（7） 后视黑、红读数差：（14）=K105+（3）-（8） (13)、(14)应等于零，不符值应满足表的要求。否则应重新观测 黑面高差：（15）=（3）-（6） 红面高差：（16）=（8）-（7） 红、黑面高差之差：（17）=（15）- （16）0.100 计算较核：（17）=（14）-（13）（3） 计算的校核 高差部分按页分别计算后视红、黑面高差之和与前视读数综合之差，他应等于红、黑面高差之和。 对于测站数为偶数时：（3）+（8）- （6）+（7）= （15）+（16）= 2(18) 对于测站数为奇数时：（3）+（8）-（6）+（7）= （1