第02章+国家大地控制网简介.ppt

第二章国家大地控制网简介,本章提要2.1水平控制网的建立2.2高程控制网的建立2.3三维控制网的建立习题,本章提要,本章简述国家大地控制网的布设，目的是解决控制点位置的选择问题。内容涉及控制网的布设原则、布设方案；控制网的技术设计、精度估算。,难点平面控制网的技术设计、精度估算,大地测量学,高程测量,重力测量,空间测量,角度测量距离测量天文测量,2.1水平控制网的建立,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,一、建立水平大地控制网的常规方法,导线测量法三角测量法三边测量法边角同测法,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,一、建立水平大地控制网的常规方法,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,一、建立水平大地控制网的常规方法,导线测量法原理,P0,P2,P3,P1（X1，Y1）,1,2,3,D12,D23,T10,x,y,o,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,一、建立水平大地控制网的常规方法,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,一、建立水平大地控制网的常规方法,三角测量法原理,P3,P1（X1，Y1）,T12,x,y,o,P2（X2，Y2）,A1,B1,C1,D12,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,一、建立水平大地控制网的常规方法,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,二、国家水平大地控制网的布设原则,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,二、国家水平大地控制网的布设原则,分级布网，逐级控制应有足够的精度应有必要的密度应有统一的规格,一、二等网不仅是国家统一坐标的控制骨架，还要满足基本比例尺地形图的测图需要和现代科学技术发展的需要；三、四等水平控制网主要用于地形图图根点的高一级控制和基本工程建设的需要。,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,二、国家水平大地控制网的布设原则,分级布网，逐级控制应有足够的精度应有必要的密度应有统一的规格,国家控制点的密度必须满足测图要求。测图比例尺和成图方法的不同，对点的密度要求也不同，一般要求每个图幅平均有34个等级控制点，以满足加密图根点的需要。工程建设应根据实际情况而定。,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,二、国家水平大地控制网的布设原则,分级布网，逐级控制应有足够的精度应有必要的密度应有统一的规格,建立国家控制网任务重、时间跨度大，为避免重复和浪费，必须有统一的布设方案和作业规范，以使各测绘部门所测成果的精度、布设规格合乎要求，便于构成统一的国家大地控制网整体。,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,一等三角锁系,一等三角锁系是国家首级三角网，其作用是在全国领土上迅速建立一个统一坐标系的精密骨架，以控制二等以下三角网的布设，并为研究地球形状大小和地球动力学等提供资料。控制测图不是直接目的，因此，着重考虑的是精度而不是密度。,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,一等三角锁系,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,二等三角网,二等三角网布设在一等锁环所围成的范围内，它是加密三、四等网的全面基础。二等网平均边长为13km，就其密度而言，基本上满足1:5万比例尺测图要求。它与一等锁同属国家高级水平控制网，所以，主要应考虑精度问题，而密度只作适当照顾。,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,二等三角网,二等三角锁、网布设方案,图a,图b,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,三、四等三角网（点）,国家三、四等三角网（点）是在二等三角网基础上进一步加密，它是图根测量的基础，其布设密度必须与测图比例尺相适应。三、四等三角网平均边长分别为8km、4km，每点控制面积分别为50、20平方公里，基本上满足1:2.5万和1:1万、1:5千测图需要。,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,三、四等三角网（点）,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,导线控制网,导线测量在控制面积、检核条件等方面不如三角测量，但它具有布设灵活，推进迅速，易克服地形障碍等显著的优点。随着全站仪的不断改进，导线测量的应用越来越广，如用来代替三、四等三角网控制大比例尺测图、城市导线控制测量、军事上阵地联测等。,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,导线控制网,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,我国天文大地网简介,我国第一期天文大地网，1951年开始布设，1971年完成测量工作，1982年完成网的整体平差工作，包括一等三角锁系、二等三角网、部分三等网和导线，有近5万个控制点，467条起始边和916个起始方位角。,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,三、国家水平大地控制网的布设方案,2003年我国又完成了地面网与空间网的联合平差工作，它是在1982年平差的基础上，增加了全国高精度GPS网等空间测量数据，获得了全国约5万个点的地心坐标，建立了我国新一代的坐标系-CGCS2000。,我国天文大地网简介,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,四、水平大地控制网的布设,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,技术设计实地选点造标埋石,技术设计包括收集资料和图上设计，即在地形图上选出满足设计要求的点的位置及最佳图形。实地选点就是将图上设计内容落实到实地，按点的位置要求选定点的最佳位置。,四、水平大地控制网的布设,平面控制网的技术设计,1技术设计的意义2技术设计的内容和方法,国家大地控制网已经完成，只讨论工程平面控制网的技术设计。,1技术设计的意义,控制测量的技术设计是关系全局的重要环节，技术设计书是使控制网的布设既满足质量要求又做到经济合理的重要保障，是指导生产的重要技术文件。技术设计是根据工程建设对控制网的精度要求，结合测区的具体情况，选择最佳布网方案（控制点的位置和网的基本形式）、选择适当的作业方法和仪器、编制作业计划，解决作业生产的组织和测量成果验收等一系列生产管理和技术管理问题。,2技术设计的内容和方法,1)搜集和分析资料（1）测区内各种比例尺的地形图。（2）已有的控制测量成果（包括全部有关技术文件、图表、手簿等等）。（3）有关测区的气象、地质等情况，以供建标、埋石、安排作业时间等方面的参考。（4）现场踏勘了解已有控制标志的保存完好情况。,（5）调查测区的行政区划、交通便利情况和物资供应情况。若在少数民族地区，则应了解民族风俗、习惯。,对搜集到的上述资料进行分析，以确定网的布设形式，起始数据如何获得，网的未来扩展等。其次还应考虑网的坐标系投影带和投影面的选择。此外还应考虑网的图形结构，旧有标志可否利用等问题。,2技术设计的内容和方法,2)网的图上设计根据对上述资料进行分析的结果，按照有关规范的技术规定，在中等比例尺图上以“下棋”的方法确定控制点的位置和网的基本形式。,技术设计的内容和方法,图上设计的方法及主要步骤,图上设计宜在中比例尺地形图（根据测区大小，选用1：250001：100000地形图）上进行，其方法和步骤如下：,展绘已知点；按上述对点位的基本要求，从已知点开始扩展；判断和检查点间的通视；估算控制网中各推算元素的精度；据测区的情况调查和图上设计结果，写出文字说明，并拟定作业计划。,技术设计的内容和方法,平面控制网的精度估算,1精度估算的目的和方法,精度估算的目的是推求控制网中边长、方位角或点位坐标等的中误差，它们都是观测量平差值的函数，统称为推算元素。,目的,精度估算的方法,1)公式估算法2)程序估算法,方法,精度估算的方法,1)公式估算法是针对某一类网形导出计算某种推算元素（例如最弱边长中误差）的普遍公式。且得出的结果都是近似的。而对另外一些推算元素，则难以得出有实用意义的公式。,不仅能用于定量地估算精度值，而且能定性地表达出各主要因素对最后精度的影响，从而为网的设计提供有用的参考。,以最小二乘法中条件平差的精度计算公式为依据,列出公式如下:,公式估算法的优点,推导估算公式的方法,推算元素是观测元素平差值的函数，其一般形式为,式中，li为观测值，vi为其相应的改正数。实际上的数值很小，可将上式按台劳级数展开，并舍去二次以上各项，得到其线性式,式中,根据平差的方法可以推导出F的权倒数公式,则F的权倒数为,F的中误差为,式中，为观测值单位权中误差。,2)程序估算法此法根据控制网略图，利用已有程序在计算机上进行计算。方法和步骤如下：在设计图上量取各未知点的近似坐标x，y，以起算数据一起反算出一套网中将要观测的边长、角度（水平方向）的模拟观测值。利用这套模拟观测值上机模拟平差。,精度估算的方法,当计算进行到求出法方程系数阵的逆（也就是平差未知数的协因数阵Qxx）之后，即可转入精度评定计算。在精度评定时，利用设计单位权中误差（一般为方向或角度观测中误差），代替正常平差时的验后单位权中误差，计算推算元素的精度。,设计者可根据精度估算结果，修改设计方案，重新上机计算，直到设计方案实际可行，并满足精度要求。,3)编写技术设计书技术设计书应包括以下几方面的内容：（1）作业的目的及任务范围；（2）测区的自然、地理条件；（3）测区已有测量成果情况，标志保存情况，对已有成果的精度分析；（4）布网依据的规范，最佳方案的论证；（5）现场踏勘报告；（6）各种设计图表（包括人员组织、作业安排等）；（7）主管部门的审批意见。,技术设计的内容和方法,EstablishmentofHorizontalControlNetwork,技术设计实地选点造标埋石,国家三角点或导线点之间相距一般较远，直接看不到对方，常要造大地觇标用来指示点的具体位置。埋石，即埋设中心标石，将其作为控制点位的永久性标志。,四、水平大地控制网的布设,大地测量学的任务,高程测量,重力测量,空间测量,角度测量距离测量天文测量,地面重力值,三维坐标,一维坐标,2.2高程控制网的建立,EstablishmentofAltitudeControlNetwork,目前，国家高程控制网主要是用水准测量方法建立起来的，也称为国家水准网，它是确定地面高程的基础。国家水准测量分为四个等级，其中一、二等称为精密水准测量，三、四等称为普通水准测量。,国家高程控制网基本概况,一、国家高程控制网的作用,国家高程控制网在全国范围内按统一规格布设测定，它的主要作用是：作为各种比例尺地形图的高程控制基础；为各项工程建设和国防建设提供高程数据。精密水准测量取得的结果可以确定大地水准面和海面地形，是研究地球形状、大小的重要资料，也是研究地壳垂直形变、地震预报的重要数据。,EstablishmentofAltitudeControlNetwork,EstablishmentofAltitudeControlNetwork,二、高程起算面及水准原点,世界上绝大数国家和地区都选取海水面的平均位置作为高程起算面。我国：1956年黄海平均海水面1980年国家高程基准水准原点：高程的起算点，位于青岛观象山。,三、国家水准网的布设原则,国家水准网的布设原则与水平控制网布设原则类似，也采用由高级到低级，从整体到局部的方法分四个等级布设，逐级控制，逐级加密。而且各级水准路线一般都要求自身构成闭合环线，或闭合高一级水准路线上构成环形，以控制系统误差的积累和便于低一级水准路线的加密。,EstablishmentofAltitudeControlNetwork,四、高程控制网的布设,EstablishmentofAltitudeControlNetwork,大地测量学的任务,高程测量,重力测量,空间测量,角度测量距离测量天文测量,地面重力值,三维坐标,一维坐标,二维坐标,第二章国家大地控制网简介2.3三维控制网的建立,maincontents,parttwo,大地测量学的任务,高程测量,重力测量,空间测量,角度测量距离测量天文测量,3.1三维控制网的建立,地面重力值,三维坐标,一维坐标,二维坐标,2.3三维控制网的建立,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,一、全球及全国性的高精度GPS控制网,IGS网（国际GPS服务网）国家GPSA、B级网国家GPS一、二级网中国地壳运动观测网络,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,一、全球及全国性的高精度GPS控制网,IGS网（国际GPS服务）,IGS由IAG成立于1992年，1994年正式运行。它无偿向全球用户提供各种GPS信息，在大地测量和地球动力学方面可以支持电离层、气象、参考框架、精密时间传递、地球自转速率及其变化、地壳运动等研究。我国的IGS站有北京、上海、武汉、西安、昆明、拉萨、乌鲁木齐，IGS服务提供这些站的精确地心坐标及速度。,国家GPSA级网于1992年由国家测绘局、中国地震局等单位布测，全网27个点，平均边长约800km。B级网由国家测绘局于1991-1995年布测，包括A级点共818个点。B级网的结构在东部点位较密集；中部地区点位密度适中；西部地区点位密度较稀疏。B级网60%的点与我国一、二等水准点重合，其余进行了水准联测。,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,一、全球及全国性的高精度GPS控制网,国家GPSA、B级网,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,一、全球及全国性的高精度GPS控制网,国家GPSA、B级网,全国GPS一、二级网,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,一、全球及全国性的高精度GPS控制网,全国GPS一、二级网于1991-1997年由总参测绘局布测，全网534个点，在全国陆地（除台湾省）、海域均匀分布，还包括南沙重要岛礁。一级网44点，平均边长约800km，于19911992年观测；二级网490点，在一级网基础上布设，于19921997年施测，平均边长约200km。一、二级网点均进行了水准联测。,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,一、全球及全国性的高精度GPS控制网,全国GPS一、二级网,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,一、全球及全国性的高精度GPS控制网,由中国地震局、总参测绘局、国家测绘总局、中国科学院四个单位于1998年开始布测，是以地震预报为主兼顾测量需要的监测网，共1081点，主要分布在大板块和地震活跃区附近。基准网点间距1000km左右，为GPS常年连续观测点；基本网点间距约500km，为定期复测点；区域网点间距约几十到百公里，不定期复测。,中国地壳运动观测网络,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,一、全球及全国性的高精度GPS控制网,中国地壳运动观测网络,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,一、全球及全国性的高精度GPS控制网,全国三大GPS网的意义,三大GPS网共包含两千多个点，已成为我国现代大地测量和基础测绘的基本框架，取得了一系列的成就，并将在国民经济建设中发挥越来越重要的作用。比如，地壳运动观测网络中连续观测的基准站可为任何作业的GPS测量提供同步观测数据，并作为起算点，可使GPS测量作业更方便、效率更高。,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,二、GPS三维控制网的布设,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,二、GPS三维控制网的布设,GPS三维控制网的分级布设原则,首先在全国范围内用GPS建立一个高精度的稀疏骨架控制网，根据需要的测区可在以上控制网基础上进一步加密。在进一步加密时，应用GPS技术可以不预先作全面的大地网，而是按照用户所需要的精度要求随用随做。可以使用GPS测量从几百公里以外直接获取已知点，既节省人力、物力，又满足了实际生产的需要。,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,二、GPS三维控制网的布设,GPS三维控制网的等级分类,绝对精度,相对精度,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,二、GPS三维控制网的布设,GPS三维控制网的选点原则,视野周围障碍物的高度角一般应小于5；应远离大功率无线电发射源及高压电线；周围不应有对电磁波强烈反射（或吸收）的物体；应选在交通方便的地方，以提高作业效率；应考虑便于用其它测量手段联测和扩展；应选在地面基础坚固的地方，以便于保存。,EstablishmentofThree-DimensionalControlNetwork,二、GPS三维控制网的布设,技术设计实地选点造标埋石,观测时段同步观测同步观测环独立观测环异步观测环独立基线非独立基线,EstablishmentofThree-Dim