土木工程测量之控制测量

1、第 7 章,控制测量,控制测量的概述,全站仪的操作与使用,本章主要内容 ,导线测量,7.1 控制测量的概述,一.控制测量的概念,1.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 作为进行各种细部测量的基准,2.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(三角测量、导线测 量、水准测量)、卫星定位测量,二.平面控制测量,建立平面控制网，测定各平面控制点的坐 标X、Y。,1.一般概念 等级关系：分一等、二等、三等、四等，前一等 级作为以后各等的控制基准；小地区 内布置一级

2、、二级、三级和图根控制。,布置形式：三角锁、三角网(三边网、边角网)、 导线网、交会定点、GPS测量等。,布网原则：从整体到局部，由高级到低级，分级 布网，逐级控制。,2.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,三角(三边)网,城市导线,控制范围,二等,三等,三等,四等,四等,一级小三角,一级导线,二级小三角,二级导线,三级导线,城市基本控制,小地区首级控制,图根控制,图根导线,图根三角,一等三角锁为全国平面控制网的基础,3.各级平面控制网布置形式,二等连续网充填一等三角锁，成为全国平面控制网的骨干。,一等三角锁,二等连续网,三等、四等三角网和导线网,根据测区的需要，在二 等三角

3、网的基础上进行加密，基本图形如下：,图7-3 三角网或三边网,图7-4 导线网,4.常规平面控制测量的主要技术要求,城市三角测量的主要技术要求,城市三边网的主要技术要求,城市导线控制测量的主要技术要求,图根导线的技术要求,三.高程控制测量,建立高程控制网，测定各控制点的高程H。,主要方法：水准测量,另外方法：三角高程测量、电子全站仪高程测量。,等级关系：分一等、二等、三等、四等，前一等作 为以后各等的控制基准；地形测量时， 布设图根水准(也称等外水准)。,布网原则：从整体到局部，由高级到低级，分级 布网，逐级控制。,城市水准网主要技术要求,注：R为测段的长度；L为附合路线的长度，均以km为单位

4、。,7.2 导线测量,一.导线测量概述 二.导线测量的外业 三.导线测量的内业计算,导线测量是平面控制测量中最常 用的方法。,导线测量概述,导线的已知点和新建点组成的若 干条直线(即导线边)联结成一系 列折线或闭合多边形。,闭合导线和附合导线也称为单导 线，结点导线和两个环以上的导 线称为导线网。,导线测量时，通常只需要前后两 点相互通视。,（一）单导线的布置形式,1.闭合导线 2.附合导线 3.支导线,1.闭合导线,已知数据：AB，XB，YB,观测数据：连接角B； 导线转折角0，1，,5； 导线各边长DB1，D12，D51。,闭合导线图,A、B为已知点，1、2、3、4、5为新建导线点。,2.

5、附合导线,A,B,1,2,3,4,C,D,已知数据：AB,XB,YB；CD,XC,YC。,AB、CD为已知边，点1、2、3、4为新建导线点。,AB,CD,(XB,YB),观测数据：连接角B 、C ； 导线转折角1, 2, 3 ,4 ； 导线各边长DB1，D12，D4C。,(XC,YC),B,C,1,2,3,4,附合导线图,3.支导线,观测数据：转折角B, 1 边长DB1，D12,（二）导线测量的外业,1.踏勘选点（选点） 2.导线边长测量（测边） 3.导线角度测量（测角） 4.导线连接测量（连测）,导线测量外业的准备工作,准备工作： 收集资料：测区旧地形图、已知点(平面和程控制 点)资料、测量

6、规范； 仪器工具：所用仪器(包括仪器的检验和校正)、工 具、记录手簿、材料。,1.踏勘选点及建立标志,(1)、踏勘测区 实地了解测区地形； 了解已知点状况。,(2)、图上(指原有旧图)设计布网方案 导线网形、等级； 导线边长、总长、点位密度等符合规范要求。,(3).实地选点(考虑以下因素)：,通视良好，便于测角； 地面平坦，便于量距(用测距仪不考虑)； 视野开阔，便于测图(重要)； 点位稳定，便于保存； 边长适当，足够密度； 便于安置仪器。,临时性标志,大铁钉,沙石路、沥青、 砖石缝,(5).绘制点位图 在现场丈量23个攀距，便于以后寻找或确定点位。 用红油漆标出攀距出发点，并写点号与攀距尺寸

7、。 画出攀距关系的平面示意图，作为控制点资料。 攀距交会角度要好。,电杆,房屋,道路,控制点,点 号 D5 桩 别 大铁钉 埋设日期 1999年5月20日 备 注,导线点的点之记,2.导线边长测量 测定导线各边长(往返丈量)。,精度要求：符合规范规定。,例：图根导线,3.导线角度测量 观测导线各转折角、连接角。,DJ6一个测回(图根导线)。 边长较短时，采用光学对点。,全部测左角，或全部测右角；闭合导线测内角。,4.导线连接测量 导线定向 （包括连接角 和连接边测量）,（三）导线测量的内业计算,1.附合导线的计算 2.闭合导线的计算 3.支导线计算 4.无定向附合导线的特点,导线计算目的：计算

8、各导线点的坐标。 要求：合理分配测量误差，评定导线测量的精度。,导线测量的内业计算,思路：,由水平角观测值，计算方位角； 由方位角、边长D，计算坐标 增量X 、 Y； 由坐标增量X 、 Y，计算X、Y。,（计算前认真检查外业记录，满足规范 限差要求后，才能进行内业计算）,1、坐标计算式：,（1） 坐标正算（由、D，求 X、Y）,已知A（ ）， ， 求B点坐标 。,O,y,x,A,B,注：计算出的 AB ，应根据X 、 Y的正负，判断其所在的象限。,（2） 坐标反算（由X、Y，求、D， ）,已知A（ ）、B（ ）,求 。,1、附合导线的计算,如图，A、B、C、D是已知点，起始边的方位角 和终止边

9、的方位角 为已知。外业观测资料为导线边距离和各转折角。,例：,C,1,D,4,2,3,B,A,125.36m,98.76m,146.31m,116.44m,156.25m,前进方向,（1）计算角度闭合差：,+）,B,如图：以右转折角为例 计算 。,一般公式：,同理：以左角计算,即：,（各级导线的限差见规范）,检核：,（2）闭合差分配（计算角度改正数）：,式中：n 包括连接角在内的导线转折角数,（3）计算改正后的角度改：,计算检核条件：,（4）推算各边的坐标方位角： （用改正后的改）,计算出的 ， 否则，需重算。,（5）计算坐标增量X、Y：,（6）计算坐标增量闭合差：,由于 的存在，使导线不能和

10、CD连接，存在导线全长闭合差 ：,导线全长相对闭合差：,（7）分配闭差 ：,检核条件：,（8）计算改正后的坐标增量：,检核条件：,（9）计算各导线点的坐标值：,依次计算各导线点坐标，最后推算出的终点C的坐标，应和C点已知坐标相同。,205 36 48,290 40 54,202 47 08,167 21 56,175 31 25,214 09 33,1256 07 44,-13,-13,-13,-13,-13,-12,-77,205 36 35,290 40 42,202 46 55,167 21 43,175 31 12,214 09 20,1256 06 25,236 44 28,211

11、07 53,100 27 11,77 40 16,90 18 33,94 47 21,60 38 01,125.36,98.71,146.31,116.44,156.25,641.44,-107.31,-17.92,+30.88,-0.63,-13.05,-108.03,-64.81,+97.12,+141.29,+116.44,+155.70,+445.74,-107.27,-17.89,+30.92,-0.60,-13.00,-64.83,+97.10,+141.27,+116.42,+155.67,+445.63,1536.86,837.54,1429.59,772.71,1411.70

12、,869.81,1442.62,1011.08,1442.02,1127.50,1429.02,1283.17,-107.84,+0.04,+0.03,+0.03,+0.05,+0.04,-0.02,-0.02,-0.02,-0.02,-0.03,2、闭合导线的计算,闭合导线的计算步骤与附合导线基本相同，需要强调以下两点：,(1)角度闭合差的计算,n边形闭合导线内角和的理论值应为：,（2）坐标增量闭合差的计算,根据闭合导线本身的特点：,理论上,实际上,北,2,1,4,3,78.16m,105.22m,129.34m,80.18m,辅助计算,点号,观测角 （右角） ,改 正 数 ,改正角 ,1,

13、2,3,4,坐标 方位角 ,距离 D m,点号,1,2,3,4,增量计算值,改正后增量,坐标值,x m,y m,x m,y m,x m,y m,1,2,1,2,闭 合 导 线 坐 标 计 算 表,107 48 30,89 36 30,89 33 50,53 18 43,125 30 00,73 00 20,+13,+13,+12,+12,+50,359 59 10,107 48 43,73 00 32,89 34 02,89 36 43,360 00 00,125 30 00,306 19 15,215 53 17,105.22,80.18,129.34,78.16,392.90,-61.10

14、,+47.90,+76.61,-63.32,+85.66,+64.30,-104.21,-45.82,+0.09,-0.07,+64.32,+47.88,+76.58,-104.19,-45.81,-63.34,-61.12,+85.68,0.00,0.00,585.68,545.81,563.34,438.88,650.00,486.76,500.00,500.00,500.00,500.00,-0.01,-0.02,-0.02,-0.02,-0.03,-0.02,-0.02,-0.02,3、支导线计算,已知数据：AB,XB,YB,A、B为已知边，点1、2为新建支导线点。,支导线没有多余观测

15、值,因此不会产生闭合差,从而 无须进行任何改正。,由于支导线没有多余观测值,因此没有检核条件，无 法检验观测值的差错，施测与计算时必须十分小心。,观测数据：转折角B, 1 ；边长SB1，S12。,支导线的计算步骤,3.5 全站仪及其使用,全站型电子速测仪简称全站仪，它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。由于只需一次安置，仪器便可以完成测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”。,南方NTS全站仪,TOPCON GTS全站仪,Leica 全站仪,单棱镜、三棱镜反射器,全站仪特点,拥有较大容量的内部存储器，以

16、数据文件形式存储已知点和观测点的点号、编码、三维坐标； 实现全站仪与计算机的数据通讯； 高精度全站仪测角达0.5秒级，测距精度达(0.1mm+0.1PPM)； 与计算机联合组成的智能观测系统能实现全自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机器人。,仪器中心标志,光学对中器,整平脚螺旋,圆水准器,显示屏,物镜,粗瞄器,管水准器,底板,一、南方NTS全站仪的构造及功能说明 全站仪的构造,数据通讯接口,目镜,望远镜把手,对中器,水平微动,水平制动,垂直制动螺旋,键盘,垂直微动螺旋,基座锁定钮,电池锁紧杆,电池,（二）全站仪的操作面板及操作键功能,坐标测量（ 左移键),菜单键 （ 右移键),

17、退出键,角度测量（ 上移键),电源开关,距离测量（ 下移键),星键,数字键盘,F1-F4,1、操作键,键盘符号：,2、功能键 （1）角度测量模式 （三个界面菜单）,倾斜 - V% P2,H-蜂鸣 R/L 竖角 P3 F1 F2 F3 F4,F1 F2 F3 F4,（2）距离测量模式 （两个界面菜单）,偏心 放样 m/f/i P2,偏心 - m/f/i P3 F1 F2 F3 F4,（3）坐标测量模式 （三个界面菜单）,镜高 仪高 测站 P2,（4）星键模式 按下星键可以对以下项目进行设置： 1对比度调节。按星键后，通过按 或 键，可以调节液晶显示对比度。 2照明。按星键后，通过按F1选择“照明

18、”，按F1或F2选择开关背景光。 3倾斜。按星键后，通过按F2选择“倾斜”，按F1或F2选择开关倾斜改正。 4S/A。 按星键后，通过按F4选择“S /A”，可以对棱镜常数和温度气压进行设置。 并且可以查看回光信号的强弱。,（一）水平角和垂直角测量 确认处于角度测量模式,水平角置零 OK? - - 是 否,二、南方NTS全站仪的操作与说明,（二）距离测量 在进行距离测量前通常需要确认大气改正的设置和棱镜常数的设置，再进行距离测量。,确认处于测角模式,HR： 1703020 HD* r m VD： m 测量 模式 S/A P1,（三）坐标测量 通过输入仪器高和棱镜高后测量坐标时，可直接测定未知点

19、的坐标。 要设置测站点坐标值。 要设置仪器高和目标高。 要设置后视，并通过测量来确定后视方位角, 方可测量坐标。,未知点的坐标由下面公式计算并显示出来： 测站点坐标：（N0，E0，Z0） 相对于仪器中心点的棱镜中心坐标： （n，e，z） 仪器高：仪高 未知点坐标：（N1，E1，Z1） 棱镜高：镜高 高差：Z（VD） N1=N0+n E1=E0+e Z1=Z0+仪高+Z-镜高 仪器中心坐标（ N0，E0，Z0+仪器高）,三、全站仪的功能,1、对边测量 如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。对边测量可以连续进行。,2、悬高测量 如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高h1，瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度H,3、三维坐标测量 如图，将全站仪安置在已知点A，棱镜设置在待定点P，输入A点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点B并输入B点坐标（后视已知点是为了设置方向位角）然