第6章-控制测量课件

1,第六章控制测量,6.1控制测量概述6.2导线测量6.3交会定点测量6.4高程控制测量6.5全球定位系统（GPS）简介,2,控制测量为建立测量控制网而进行的测量工作。控制点具有准确可靠坐标（X，Y，H）的基准点。控制网由控制点按一定规律构成几何图形。作用：可控制全局；为减少误差积累；可分组进行作业。,6.1控制测量概述,3,控制测量的原则：1、分级布网、逐级控制；（由高级到低级）2、要有足够的精度；3、要有足够的密度；4、要有统一的规格。,内容：平面控制、高程控制。,4,一、平面控制测量,确定控制点平面位置的工作。,国家平面控制网,城市平面控制网,小地区平面控制网,测量方法：导线测量、三角测量、GPS测量,平面控制网等级：,5,国家控制网一等三角锁,200Km,200Km,国家平面控制网,6,国家控制网二等连续网,7,城市平面控制网：二、三、四等网。一、二级小三角网、小三边网。一、二、三级导线网。图根控制网（导线网、交会定点）。,城市导线网,8,城市导线的技术要求,9,10,小区域范围：面积在15km以内。为大比例尺测图和工程建设而建立的平面控制网。一般采用小三角网或相应等级的导线网。,包首级控制网、图根控制,小区域平面控制网：,11,二、高程控制测量,布设原则：由高级到低、从整体到局部。国家高程控制网：一、二、三、四等。城市高程控制网：二、三、四等。小地区高程控制网：三、四等及图根水准。,各级高程控制网均采用水准测量、高山地区可采用三角高程测量。,12,国家高程控制网,13,14,6.2导线测量,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。,15,导线测量,导线布设形式(单一导线)1）闭合导线2）附合导线3）支导线,16,导线测量,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。,17,导线测量,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：,18,导线测量,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。,19,导线测量,3、测角1）测角要求（测导线前进方向的左角）对于图根导线，水平角用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,20,5、导线测量记录（外业记录）,21,22,23,导线测量,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。,24,导线测量,2、导线坐标计算的基本公式：坐标正算公式坐标反算,25,导线测量,（3）坐标方位角推算（见下图）若A1已知，根据观测角左i或右i计算各边的坐标方位角。则：同理：,26,导线测量,3、导线计算实例（附合导线）已知B、C坐标，AB、CD坐标方位角观测水平角度、距离如图，计算导线点的坐标,D,C,D,248.15,328.21,417.05,188.37,294.88,B（1230.88，673.45）C（2460.50，1406.49）,27,导线内业计算,计算步骤:附合导线计算实例表,28,附合导线计算实例,（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.,也可以直接求：,29,附合导线计算实例,计算角度闭合差:计算CD与CD不等,差数为角度闭合差f,30,附合导线计算实例,角度闭合差容许值计算：则每个观测角的改正数为：角度改正数分配计算：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,31,附合导线计算实例,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,32,附合导线计算实例,fx；fy存在,使导线不闭合在C点上产生差值CC长度称为导线全长闭合差导线全长闭合差：fS值与导线总长S的比值T称为导线全长相对闭合差导线全长相对闭合差：,33,附合导线计算实例,T容=1/2000TT容成果不合格重测TT容成果合格本例中：S=1476.66米；fx=+0.30米；fy=-0.44米因此：fS=0.53米T=0.53/1477=1/2800T容(合格),34,附合导线计算实例,增量闭合差调整将fx；fy反号按边长成正比例原则分配到各边坐标增量中去.计算式:改正后x、y应等于理论值（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,35,无定向附合导线的计算,2、真坐标增量和坐标的计算用改正后的边长和方位角计算各边的坐标增量x、y。,1、先假定坐标方位角,36,支导线的计算,对于支导线观测时角度须观测左右角；每段距离须往返测，合格后取中数。在计算时不需要计算闭和差，也就是不需要进行闭和差的调整。,37,设导线点的角度测错了。由图看出，从第点（或B点）出发计算至第点的坐标是正确的，第点以后的点4、5、1（或、C点）的坐标是不正确的（图中以实线表示）。如果按反方向计算，闭合导线按1-5-4-3-2-1（图中以虚线表示），则、点坐标是正确的，2、1点坐标是不正确的；附合导线按C-4-3-2-1-B，则C、4、3点坐标是正确的，21B点坐标是不正确的。可见，正反两个方向计算各导线点坐标，其中只有一个点坐标相等或接近时，就是该点角度有错误。,(四)导线测量粗差的检查方法,如图所示,38,6.3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）,39,一、前方交会,1、前方交会方法如图所示：前方交会就是在ABC已知点置仪器,P为待定点，观测，.计算P点的坐标叫前方交会。(P点在实地选定)为了检核观测精度也可观测、。,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,40,前方交会,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：,41,前方交会计算示例：,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90,42,前方交会,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D20.1Mmm,M-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。,43,二、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。,44,三、后方交会,1、计算公式在P点安置仪器，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。,p,P,45,后方交会,式中A、B、C求法：,46,后方交会,后方交会待定点坐标计算公式从力学原理解释为在已知三角形的三个顶点A、B、C各加质量PA、PB、PC而使P点正好是这些质量的重心。注意：后方交会点不能选在已知点外接圆上，这个圆叫后方交会危险圆。,47,四、测边交会,1、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，再按已知点A、B的坐标及算得的水平角，用前方交会公式计算待定点P的坐标。或者按坐标正算计算P点的坐标。,48,测边交会的检核,1、用两组图形计算P点坐标，较差在20.1mm时取平均值为P点的最后坐标。2、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）,49,6.4高程控制测量程,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；黑红面尺的读数差。,50,三、四等水准测量,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，按上（下）、下（上）、中丝读数；照准前视标尺黑面，按上（下）、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。,51,三、四等水准观测手簿,52,三、四等水准观测手簿,53,三、四等水准测量,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）,54,三、四等水准测量,（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）=（15）+（16）=2(18)0.100视距部分：后视距总和与前视距总和之差应等于末站视距查累积值。较核无误后，可计算水准路线的总长度。3、成果计算在完成一测段单程测量后，须立即计算器高差总和。完成一测段往、返观测后，应立即计算高差闭合差，进行成果检验。其高差闭合差应符合表的规定。然后对闭合差进行调整。最后按调整后的高差计算各水准点的高程。,55,二、三角高程测量,1、原理如图,2、高差计算公式,3、B点高程：,56,三角高程测量,3、公式中使用注意问题1）注意正负号2）两差改正当两点距离大于300米时，应考虑地球曲率及大气折光对高差的影响，所以加两差改正,57,三角高程测量,4、对向观测(双向观测)(往返观测)三角高程对向观测即往返测,也称直觇、反觇。由A向B观测称往测，直觇（仪器在A点上）由B向A观测称返测，反觇(仪器在B点上)对向观测目的是取平均值为最后高程,可消除两差改正影响,在等级控制中(三四)必须对向观测。三角高程测量对向观测所求得的高差较差不应大于0.1Dm(D为平距,以km为单位)若符合要求,则取两次高差的平均值为最后结果。,58,三角高程测量,5、三角高程测量的观测步骤与计算实例三角高程测量的观测步骤：1）安置仪器于测站上,量取仪器高,觇标高,读至0.5cm,用小钢尺丈量,量取两次的结果之差不超过1cm时,取平均值后取至cm记入表中2）测量竖直角用中丝瞄准目标(竖盘管气泡居中视线自动水平)盘左、盘右观测,59,三角高程测量,3）限差要求见表表中：D为边长（Km）,n为边数Hd为等高距4）量距(斜距、平距)斜距：望远镜旋转轴中心至目标高的距离,60,5.高差及高程计算,对于往返测所得的高差之差fh(经两差改正),不应大于0.1Dm(D以km为单位)fh=0.1Dm,61,6.4全球定位系统,一、全球定位系统的组成全球定位系统(全球测时与测距导航定位系统)简称GPS,是英文GlobalPositioningSystem的缩写.整个系统包括空间（卫星），地面控制站和用户（接收机）三部分。第1颗GPS卫星于1978年10月6日发射，1994年3月完成24颗卫星组网，1995年4月27日达到完全运行能力。GPS卫星已发展了2代4种型号，耗资300亿美元。现在轨道运行的为第2代的两种型号-GPS-2A和2R，卫星寿命约7.5年。,俄罗斯的GLONASS卫星导航系统系统、欧洲的GALILEO卫星导航系统系统、中国的“北斗卫星导航系统”,62,全球定位系统,GPS空间系统空间系统由24颗工作卫星和3颗备份卫星组成，分布在20200千米高的6个倾角为55的轨道平面上，运行周期12小时。这样，在地球上任何地方任一时刻都能同时观测到4颗以上的卫星。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。,63,全球定位系统,地面控制系统地面控制系统负责卫星的测轨和运行控制。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。,64,全球定位系统,主控站位于美国克罗拉多（Colorado）的法尔孔（Falcon）空军基地，它的作用是根据各监控站对GPS的观测数据，计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等，并将这些数据通过注入站注入到卫星中去；同时，它还对卫星进行控制，向卫星发布指令，当工作卫星出现故障时，调度备用卫星，替代失效的工作卫星工作；另外，主控站也具有监控站的功能。监控站有五个，除了主控站外，其它四个分别位于夏威夷（Hawaii）、阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（DiegoGarcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），监控站的作用是接收卫星信号，监测卫星的工作状态；注入站有三个，它们分别位于阿松森群岛（Ascencion）、迭哥伽西亚（DiegoGarcia）、卡瓦加兰（Kwajalein），注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。每天注入三次，每次注入14天的星历。,65,GPS地面控制站分布,法尔孔空军基地,卡瓦加兰,迭哥伽西亚,阿松森群岛,夏威夷,66,67,全球定位系统,用户设备部分用户系统为各种用途的GPS接收机，根据用途它可分为测地型、全站型、定时型、普通型和集成型；根据携带者又可分为车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式和手持式。GPS接收机可装载于各种飞行器(包括导弹、炸弹)、舰船、车辆或者个人手持，还可以集成于计算机、测绘仪、照相机等仪器设备中。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，甚至三维速度和时间。,68,全球定位系统,二、GPS技术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）定位精度高，其两点的距离相对精度约为110ppm，（测距精度:1/10000001/100000）；（3）全天候观测；（4）操作简便，自动化程度高；（5）观测时间短，人力消耗少，花费少。（6）可提供三维坐标,69,三、GPS定位原理,采用的坐标系为WGS-84地心坐标系（如下页图）。按定位方式：GPS定位分为绝对定位和相对定位绝对定位（单点定位）：就是根据一台接收机的观测数据来直接确定观测站（接收机）位置相对于坐标原点（地球质心-WGS84坐标系统）绝对坐标的一种方法。它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。,70,绝对定位的基本原理：以GPS卫星和用户接收机天线之间的距离（或距离差）观测量为基础，根据已知的卫星瞬时坐标，来确定接收机天线所对应的点位，即观测站的位置。GPS绝对定位方法的实质是空间距离后方交会。原则上观测站位于以3颗卫星为球心，相应距离为半径的球与观测站所在平面交线的交点上。,71,72,四个方程式中各个参数意义如下：x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标。xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。Vti(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4的卫星钟的钟差，由卫星星历提供。Vto为接收机的钟差。由以上四个方程即可解算出待测点的坐标x、y、z（定位）和接收机的钟差Vt0（授时）。,73,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。,74,四、GPS实时动态定位（RTK）方法,1RTK(real-timekinematic)工作原理及方法与动态相对定位方法相比，定位模式相同，仅要在基准站和流动站间增加一套数据链，实现各点坐标的实时计算、实时输出。,75,RTK工作原理：,76,RTK技术是以载波相位观测值为根据的实时差分技术。在RTK作业模式下，基准点通过数据链将其观测值和测站坐标信息一并传送给流动站，流动站接收和采集到观测数据后，在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时通过输入的相应坐标转换参数和投影参数，实时得到流动站的三维坐标及精度。在能够接收GPS卫星信号的任何地方，可进行全天候作业，精度可达厘米级，误差不