测绘毕业论文 常用工程控制测量的方法及应用

1、存档号： 091064103 学号： 200601041003 石家庄铁路职业技术学院毕 业 论 文 常用工程控制测量的方法及应用系 部 测绘工程 专业名称 工程测量 指导教师 尹辉增（副教授） 学生姓名 郑盼龙 二九 年 六 月石家庄铁路职业技术学院毕 业 设 计 （论文）评 定 表姓名郑盼龙学号200601041003存档号091064103系别测绘工程系专业工程测量技术班 级10641毕业论文（设计）题目常用工程控制测量的方法及应用指导教师评语：签名： 2009年 月 日答辩委员会意见：签名： 2009年 月 日备注：石家庄铁路职业技术学院毕业设计（论文）任务书 学生用表学 生姓 名郑盼

2、龙学 号200601041003班级10641指导教师姓 名尹辉增职 称副教授系部测绘工程系毕业设计（论文）题目常用工程控制测量的方法及应用毕业设计（论文）要求：1、 控制测量概述及重要性2、 导线平面控制测量3、 平面控制点加密方法4、 高程控制测量完成期限和主要措施：完成期限：2009-05-202009-06-15主要措施：2009-05-202009-05-25 查找文献2009-05-252009-06-05 完成毕业设计初稿2009-06-052009-06-15 上交毕业设计及答辩主要参考文献：1.国家三四等水准测量规范（GB1289891）/中华人民共和国国家标准M 中国标准

3、1992-30-05 2.中国有色金属工业总公司 工程测量规范（GB50026-93）M 中国计划出版社 2001-10-01 3.国家测绘总局 国家水准测量规范 测绘出版社 19804.铁道部第二勘测设计院 铁路测量手册M北京：中国铁道出版社，1999。5.铁道部第二工程局 隧道（上册）M北京：中国铁道出版社，1999。6.兆祥 铁道工程测量M北京：中国铁道出版社，1997。7.宋文 公路施工测量M北京：人民交通出版社，2000。8.顾孝烈 鲍峰，程效军。测量学M上海：同济大学出版社，1999。9.杨松林 测量学 中国铁道出版社 200210.李孟山 张文彦 测量学概论 西安出版社指导教师签

4、名： 年 月 日摘 要 控制测量学是研究精确测定和描绘地面控制点空间位置及其变化的学科。它是在大地测量学的基础理论基础上以工程建设和社会大战与安全保证的测量工作为主要服务对象而发展和形成的，为人列社会活动提供有用的空间信息。因此，以本质上说，它是地球工程信息学科，是地球科学和测绘学中的一个重要分支，是工程建设测量中的基础学科，也是应用学科。在测量工程专业人才培养中占有重要的地位。控制测量的服务对象主要是各种工程建设，城镇建设和土地规划与管理等工作。这就决定它的测量范围与大地测量要小，并且在观测手段和数据处理方法上还具有多样化的特点。 例如高程控制测量的任务是按规定的精度施测隧道洞口(包括隧道的

5、进出口、竖井口、斜井口和平响口)附近水准点的高程，作为高程引测进洞的依据。高程控制通常采用三、四等水准测量的方法施测。 水准测量应选择连接洞口最平坦和最短的线路，以期达到设站少、观测快、精度高的要求。每一洞口埋设的水准点应不少于两个，且以安置一次水准仪即可联测为宜。两端洞口之间的距离大于1km时，应在中间增设临时水准点。 本设计基于对工程控制测量的总结。主要内容是：1、控制测量的简介；2、导线平面控制测量；3、平面控制点的加密；4、高程控制测量；5、水准路线的检核。关键词：工程测量；平面控制；控制网坐标高程计算；控制点加密目 录第一章 控制测量简介11.1、控制测量的概述11.2、控制测量的基

6、本任务和作用4第二章 导线平面控制测量62.1、附合导线62.2、闭合导线102.3、支导线13第三章 平面控制点加密方法163.1、极坐标法163.2、角度交会法173.3、距离交会法18第四章 高程控制测量194.1、三、四等水准测量(leveling)的技术要求194.2、三、四等水准测量的精度要求194.3、三、四等水准测量的观测方法204.4、水准路线的检核与高程计算22总 结26致 谢29参 考 文 献30第一章 控制测量简介1.1控制测量的概述1.1.1控制测量的概念(1)控制网在测区范围内选择若干有控制意义的点（称为控制点），按一定的规律和要求构成网状几何图形，称为控制网。控制

7、网分为平面控制网和高程控制网。(2)控制测量测定控制点位置的工作，称为控制测量。测定控制点平面位置（x、y）的工作，称为平面控制测量。测定控制点高程（H）的工作，称为高程控制测量。控制网有国家控制网、城市控制网和小地区控制网等。1.1.2国家控制网在全国范围内建立的控制网，称为国家控制网。它是全国各种比例尺测图的基本控制，并为确定地球形状和大小提供研究资料。国家控制网是用精密测量仪器和方法，依照施测精度按一、二、三、四等四个等级建立的，它的低级点受高级点逐级控制。国家平面控制网，主要布设成三角网，采用三角测量的方法。如图1-1所示，一等三角锁是国家平面控制网的骨干；二等三角网布设于一等三角锁环

8、内，是国家平面控制网的全面基础；三、四等三角网为二等三角网的进一步加密。 图1-1 国家三角网国家高程控制网，布设成水准网，采用精密水准测量的方法。如图1-2所示，一等水准网是国家高程控制网的骨干；二等水准网布设于一等水准环内，是国家高程控制网的全面基础；三、四等水准网为国家高程控制网的进一步加密。图1-2 国家水准网1.1.3城市控制网在城市地区，为测绘大比例尺地形图、进行市政工程和建筑工程放样，在国家控制网的控制下而建立的控制网，称为城市控制网。城市平面控制网分为二、三、四等和一、二级小三角网，或一、二、三级导线网。最后，再布设直接为测绘大比例尺地形图所用的图根小三角和图根导线。城市高程控

9、制网分为二、三、四等，在四等以下再布设直接为测绘大比例尺地形图用的图根水准测量。直接供地形测图使用的控制点，称为图根控制点，简称图根点。测定图根点位置的工作，称为图根控制测量。图根控制点的密度（包括高级控制点），取决于测图比例尺和地形的复杂程度。平坦开阔地区图根点的密度一般不低于表1-3的规定；地形复杂地区、城市建筑密集区和山区，可适当加大图根点的密度。测图比例尺1：5001：1 0001：2 0001：5 000图根点密度（点/km2）15050155表1-3 图根点的密度1.1.4小地区控制测量在面积小于15km2范围内建立的控制网，称为小地区控制网。建立小地区控制网时，应尽量与国家（或城

10、市）已建立的高级控制网连测，将高级控制点的坐标和高程，作为小地区控制网的起算和校核数据。如果周围没有国家（或城市）控制点，或附近有这种国家控制点而不便连测时，可以建立独立控制网。此时，控制网的起算坐标和高程可自行假定，坐标方位角可用测区中央的磁方位角代替。小地区平面控制网，应根据测区面积的大小按精度要求分级建立。在全测区范围内建立的精度最高的控制网，称为首级控制网；直接为测图而建立的控制网，称为图根控制网。首级控制网和图根控制网的关系如表1-4所示。测区面积/km首级控制网图根控制网110一级小三角或一级导线两级图根0.52二级小三角或二级导线两级图根0.5以下图根控制表1-4 首级控制网和图

11、根控制网小地区高程控制网，也应根据测区面积大小和工程要求采用分级的方法建立。在全测区范围内建立三、四等水准路线和水准网，再以三、四等水准点为基础，测定图根点的高程。1.1.5图根控制网图根控制网是直接为测图目的建立的控制网。图根控制网的控制点，又称图根点。图根控制网也应尽可能与上述各种控制网连接，形成统一系统。个别特困难地区连接有困难时，也可建立独立图根控制网。由于图根控制专为测图而做，图根点的密度和精度要满足测图要求。表6-2是对平坦开阔地区图根点密度的规定。对山区或特别困难地区，图根点的密度，可适当增大。表6-2 开阔地区图根点的密度测图比例尺1500110001200015000图根点个

12、数/ km215050155每幅图图根点个数9-101215201.2控制测量的基本任务和作用控制测量学是研究精确测定和描绘地面控制点空间位置及其变化的学科.它是在大地测量学基本理论基础上以工程建设测量为主要服务对象而发展和形成的为人类社会活动提供有用的空间信息.因此从本质上说它是地球工程信息学科是地球科学和测绘学中的一个重要分支是工程建设测量中的基础学科也是应用学科.在测量工程专业人才培养中占有重要的地位.控制测量的服务对象主要是各种工程建设城镇建设和土地规划与管理等工作.这就决定了它的测量范围比大地测量要小并且在观测手段和数据处理方法上还具有多样化的特点.作为控制测量服务对象的工程建设工作

13、在进行过程中大体上可分为设计施工和运营3个阶段.每个阶段都对控制测量提出不同的要求其基本任务分述如下:1.2.1在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网在这一阶段设计人员要在大比例尺地形图上进行建筑物的设计或区域规划以求得设计所依据的各项数据.因此控制测量的任务是布设作为图根控制依据的测图控制网以保证地形图的精度和各幅地形图之间的准确拼接.此外对于房地产事业这种测图控制网也是相应地籍测量的根据.1.2.2在施工阶段建立施工控制网在这一阶段施工测量的主要任务是将图纸上设计的建筑物放样到实地上去.对于不同的工程来说施工测量的具体任务也不同.例如隧道施工测量的主要任务是保证对向开挖的隧道能按

14、照规定的精度贯通并使各建筑物按照设计的位置修建;放样过程中仪器所标出的方向距离都是依据控制网和图纸上设计的建筑物计算出来的.因而在施工放样之前需建立具有必要精度的施工控制网.1.2.3在工程竣工后的运营阶段建立以监视建筑物变形为目的的变形观测专用控制网由于在工程施工阶段改变了地面的原有状态加之建筑物本身的重量将会引起地基及其周围地层的不均匀变化.此外建筑物本身及其基础也会由于地基的变化而产生变形这种变形如果超过了某一限度就会影响建筑物的正常使用严重的还会危及建筑物的安全.在一些大城市(如我国的上海天津)由于地下水的过量开采也会引起市区大范围的地面沉降从而造成危害.因此在竣工后的运营阶段需对这种

15、有怀疑的建筑物或市区进行变形监测.为此需布设变形观测控制网.由于这种变形的数值一般都很小为了能足够精确地测出它们要求变形观测控制网具有较高的精度.以上2、3阶段布设的两种控制网统称为专用控制网.控制测量学在许多方面发挥着重要作用.可以说地形图是一切经济建设规划和发展必需的基础性资料.为测制地形图首先要布设全国范围内及局域性的大地测量控制网为取得大地点的精确坐标必须要建立合理的大地测量坐标系以及确定地球的形状大小及重力场参数.因此控制测量学在国民经济建设和社会发展中发挥着决定性的基础保证作用.又比如控制测量学在防灾减灾救灾及环境监测评价与保护中发挥着特殊的作用.此外控制测量在发展空间技术和国防建

16、设中在丰富和发展当代地球科学的有关研究中以及在发展测绘工程事业中它的地位和作用将显得越来越重要.第二章 导线平面控制测量2.1附合导线2.1.1导线形式2.1.2定义：导线始于一个高级控制点，最后附和道另一个高级控制点。2.1.3特性：由于附合导线附合在两个已知点和两个已知方向上，所以具有自行检核条件，图形强度好，是小区域控制测量的首选方案。2.1.4内业计算步骤：（1） 坐标反算求起始边坐标方位角（2） 导线边坐标方位角推算（3） 角度闭合差计算与调整（4） 坐标增量的计算与坐标增量闭合差计算与调整2.1.5计算公式：（1）（2）导线坐标方位角的推算= （5为测角个数）如果改成通项公式，即为

17、前一条边方位角=后一条边方位角+-两条边夹的右角 =后一条边方位角-+两条边夹的左角（3）角度闭合差由于存在测量误差，致使，二者之差叫附合导线角度闭合差，如用表示，则当时（为规定值），说明附合导线角度闭合差测量时符合要求的，这时要对角度闭合差进行调整，其方法是：当附合导线测量的是左角时，则将闭合差反符号平均分配，即每个角改正，当观测的是右角时，则将闭合差同符号平均分配，即每个角改正。（5） 坐标增量闭合差如图2-1，由于A,C的坐标已知，所以从A到C的坐标增量也就已知，即然而通过附合导线也可以求的A、C间坐标增量，假设用表示，则由于测量误差的缘故，致使二者之差称为附合导线坐标增量闭合差，即坐标

18、增量闭合差可以认为是由导线边长误差引起的，也就是说从A出发经过1、2、3，最后没有与C附合，而是落到(如图2-2),为导线全长闭合差，用表示 既然所有边长误差综合为，若用表示导线总长，则导线全长相对闭合差 当是符合要求 则本着边长误差与边的长度成正比的原则，将坐标增量闭合差反符号按边长成正比调整，为第i条边的坐标增量改正数 填在第7、8栏坐标增量上面，并以作为检核。再将坐标增量加改正数后填入9、10栏，作为改正后坐标增量，此时9、10栏总和为0，以此作计算检核。2.2闭合导线2.2.1 导线形式：参考图2-5闭合导线。图2-5 闭合导线2.2.2定义：起始与同一个已知点，中间经过一系列的导线点

19、，形成以闭合多边形。 特性：也由图形自行检核，是小区域控制测量常用不舍形式2.2.3外业观测数据：水平角（多边形内角）、边长2.2.4起算数据：已知一个点坐标及一条边坐标方位角2.2.5内业计算步骤：（1）求起始边坐标方位角（2）角度闭合差计算与调整（3）方位角推算(4)坐标增量计算2.2.6计算公式：（1）4中的（1）（3）与附合导线相同（2）角度闭合差计算 闭合导线角度闭合差 角度闭合差调整 表示容许闭合差或闭合差限差 将反符号平均分配到每个观测角上，即每个观测角改正（n为观测角个数）（3）坐标增量计算（4）坐标增量闭合差计算与调整 多于闭合导线，由于起、止于同一点，所以，由于存在测量误差

20、，计算出的坐标增量总和与理论不相等，二者之差称为闭合导线坐标增量闭合差2.3支导线2.3.1形式： 2.3.2定义：导线从一个已知控制点开始，即不附合到另一个已知点，又不回到原来起始点。特性：没有图形自行检核条件，因此发生错误不易发现，一般只能用在无法布设附合导线或闭合导线的少数特殊情况，并且要对导线边长和边数进行限制。2.3.3已知条件：两个已知点2.3.4内业计算步骤：（1）坐标反算求出起始边坐标方位角（2）求导线边坐标方位角（3）计算坐标增量（4）导线点坐标计算2.3.5坐标反算：（1）已知,求象限角的计算参考图2-8 象限角示意图。ABCADOXY图2-8 象限角示意图第象限角 ；第象

21、限角 ；第象限角 ；第象限角 （2）求导线坐标方位角 （3）求坐标增量第三章 平面控制点加密方法3.1极坐标法极坐标法就是根据水平角和距离测点的平面位置方法。它适用于便于量距的情况。如图4-1，A、B为地面上已有的控制点，其坐标为和；欲测设P点，其设计坐标为。可按下列坐标反算公式求出A点的测设数据水平角和水平距离D，即：测设是，在A点安置经纬仪，瞄准B点，先测出角，得AP方向线。此方向线上测设距离D,即得P点的平面位置。例10-2 已知 =370.000m，=458.000m，=348.758m，=433.570m，=1034848，试计算测设数据和DAP。解 3.2角度交会法 角度交会法又称

22、方向线交会法。它适合与待测设点里控制点较远或量距较为困难的地方。如图4-2所示，A、B、C为控制点，P为待测设点。侧设时，先根据A、B、C三点的坐标反算出交会角。在A、B、C三个控制点上安置经纬仪测设各角，并且分别沿方向线AP、BP、CP，在P点附近各插两根测针，并分别用细线相连，其交点即为P点的位置。由于测设误差，若三条方向线不交于一点时，会出现一个很小的三角形，成为示误三角形。当示误三角形的边长在允范围内时，可取其重心作为P点的点位。如超限，则应重新交会。3.3距离交会法距离交会法是根据两段已知的距离交会出地面点的平面位置。此法适用于待测设点至控制点的距离不超过一整尺的长度，且便于量距的地

23、方。在施工中的细部的测设常用此法。如图4-3所示，先根据控制点A、B的坐标及P的设计坐标，计算出测设距离。测设时，用钢尺封闭人从控制点A、B量取距离后，其交点为P的平面位置。第四章 高程控制测量4.1三、四等水准测量(leveling)的技术要求4.1.1高程系统：三、四等水准测量起算点的高程一般引自国家一、二等水准点，若测区附近没有国家水准点，也可建立独立的水准网，这样起算点的高程应采用假定高程。4.1.2布设形式：如果是作为测区的首级控制，一般布设成闭合环线；如果进行加密，则多采用附合水准路线或支水准路线。三、四等水准路线一般沿公路、铁路或管线等坡度较小、便于施测的路线布设。4.1.3点位

24、的埋设：其点位应选在地基稳固，能长久保存标志和便于观测的地点，水准点的间距一般为115km，山岭重丘区可根据需要适当加密，一个测区一般至少埋设三个以上的水准点4.2三、四等水准测量的精度要求4.3三、四等水准测量的观测方法4.3.1每站观测程序（1） 顺序“后前前后”（黑黑红红）；一般一对尺子交替使用。（2） 读数黑面按“三丝法”（上、中、下丝）读数，红面仅读中丝。zi9V所以三等水准测量的观测步骤可简称为“后一前一前一后(黑一黑一红一红)”，这样的观测步骤可消除或减弱仪器或尺垫下沉误差的影响。对于四等水准测量，规范允许采用“后一后一前一前（黑一红一黑一红)”的观测步骤。4.3.2计算和记录格

25、式（1） 视距 =100 | 上丝 - 下丝 |（2） 前后视距差 di = 后视距 - 前视距（3） 视距差累积值 di = 前站的视距差累积值di-1 + 本站的前后视距差di（4） 黑红面读数差 = 黑面读数 +K- 红面读数。（K= 4787mm 或 4687mm）（5） 黑面高差 h 黑 = 黑面后视中丝 - 黑面前视中丝（6） 红面高差 h 红 = 红面后视中丝 - 红面前视中丝（7） 黑红面高差之差 =h 黑 - （h 红0.100m）（8） 高差中数（平均高差）= h黑+（h红0.100m）/2（9） 水准路线总长 L= 后视距 + 前视距四等水准测量记录表，见下图。4.4水准

26、路线的检核与高程计算测站的检测只能发现读数的错误。为了发现立尺点有无变动、已知点高程有无用错，以及提高和评定水准测量成果的精度，水准测量应布设规定的形式，并进行路线的检核和高程计算4.4.1闭合水准路线 h理0高差闭合差：由于测量中各种误差的影响，实测高差总和h测不为零，它与理论高差总和的差数称为高差闭合差( f h) 。用公式表示为：f h h测一h理h测 (1)各种测量规范对不同等级的水准测量都规定了高差闭合差的允许值。我国“工程测量规范(1979年)”与“城市测量规范(1985年)”中，规定图根水准测量路线闭合差不得超过 (L为水准路 线的长度，以公里计) ，在山地每公里超过16 站时，

27、不应超过(n为测站数 ) 。当f hf h允，则成果符合要求，否则必须重测。 例31：如图5-1所示，一闭合水准路线各段高差观测值及其长度均注于图中,已知水准点BM5的高程为37.141m, 求1、2、3点的高程。 图 5-1现结合表52说明闭合水准路线高差闭合差调整与高程的计算方法和步骤。(1)计算路线闭差 fh f hh测+44mm，f h允80mm ，可见f h f h允 ，说明该成果符合要求如下表5-2。点 号距 离(km)高差观测值 (m)高差改正数(m)改正后高差(m)高 程(m)备 注BM51.l 01.9990.0122.01137.141BM5为己知高程点135.1300.7

28、51.4200.0081.428233.7021.20十1.8250.013十1.812335.5140.95十1.6380.0111.627BM537.1414.00十0.0440.0440表52 闭合水准路线高差闭合差调整与高程计算表(2)计算高差闭合差改正数 (vi) 改正数与闭合差的符号是相反的，而其数值的总和与闭合差相等。 闭合差的调整方法：按与距离或测站数成正比例、反符号分配。 或 （2）式中L为水准路线的总长，Li 为各测段的距离；n为水准路线测站数总和，ni为各测段的测站数，分配完后，必须满足v 一f h ，否则说明计算有误，应重新计算。(3)计算改正后高差高差观测值加上高差改

29、正数，即得改正后的高差h改 ：hi改 h i vi (3)改正后的高差之和h改0 ，否则应检查计算。(4) 计算待测点高程H1HBM5h1改H2H1h2改H3H2h3改HBM5H3h4改 已知高程(校核)各点高程填入表52“高程”一栏，若最后已知点高程校核有误, 则应检查计算。4.4.2合水准路线h理H终一H始 (式中H终与H始分别表示最终点与起始已知点的高程)。按高差闭合差的定义可知：fh h测h理h测一(H终一H始)(4)高差闭合差的允许值和校核要求与闭合水准路线相同。现以图53和表52中的观测数据为例来说明附合水准路线高差闭合差调整与高程计算例32：在图53中，从已知高程的水准点BM3开

30、始施测，经过B01、B02两待定点最后附合到已知高程的水准点BM5 。试计算B01、B02点高程(观测成果如图注)。图 53 附合水准路线示意图点 号测站数(n)高差观测值(m)高差改正数(m)改正后高差(m)高 程(m)备 注BM331.1230.0071.11654.678BM3 已知高程点BM5已知高程点B0153.56232.4560.0072.463B0256.02540.2340.0090.225BM555.800101.0990.0231.122表5-4 附合水准路线高差闭合差调整与高程计算表(1)计算高差闭合差 f h由式(4)得 ，f hh测一(H终一H始) +1.099(5

31、5.80054.678)0.023m允许闭合差f h允 mm38mm可见fhfh允，成果符合限差要求, 可进行调整计算。(2)计算高差改正数 vi v17mm， v2 7mm， v39mm 。检核v23mmf h，证明计算无误，将其填入表5-4“高差改正数”栏。(3)计算改正后高差(同闭合水准路线)(4)计算各待测点高程(同闭合水准路线)总 结本文主要叙述的是常用工程控制测量的方法（导线平面控制测量、平面控制点加密、高程控制测量）及其应用。通过对常用工程控制测量方法的总结，我已经基本掌握了测量在施工中的步骤、计算方法、及成果检核。并在此期间进一步巩固了自己的理论知识 。测量学首先是一项精确的工

32、作，通过在学校期间在课堂上对测量学的学习，使我在脑海中形成了一个基本的、理论的测量学轮廓，测量就是要将这些理论与实际工程联系起来。测量学是研究地球的形状和大小以及地面点位的科学，从本质上讲，测量学主要完成的任务就是确定地面目标在三维空间的位置以及随时间的变化。在信息社会里，测量学的作用日益重要，测量成果做为地球信息系统的基础，提供了最基本的空间位置信息。构建信息高速公路、基础地理信息系统及各种专题的和专业的地理信息系统，均迫切要求建立具有统一标准，可共享的测量数据库和测量成果信息系统。因此测量成为获取和更新基础地理信息最可靠，最准确的手段。测量学的分类有很多种，如普通测量学、大地测量学、摄影测

33、量学、工程测量学。作为建筑工程系的学生，我们要学习测量的各个方面。测绘学的基础就是这些专业知识的基础。 首先，是熟悉了水准仪、经纬仪的用途，熟练了水准仪、经纬仪的各种使用方法，掌握了仪器的检验和校正方法。其次，在对数据的检查和矫正的过程中，要明白各种测量误差的来源，其主要有三个方面：仪器误差（仪器本身所决定，属客观误差来源）、观测误差（由于人员的技术水平而造成，属于主观误差来源）、外界影响误差（受到如温度、大气折射等外界因素的影响而这些因素又时时处于变动中而难以控制，属于可变动误差来源）。了解如何避免测量结果错误，最大限度的减少测量误差的方法，就是要做到：（1）在仪器选择上要选择精度较高的合适仪器。（2）提高自身的测量水平，降低误差水平。（3）通过使用各种处理数据的数学方法，如：距离测量中的温度改正、尺长改正，多次测量取平均值等来减少误差，还如：1踏勘选点及建立标志：1）相邻导线点应通视良好，地势平坦，便于测角和量距；2）导线点位应选在土质坚实、稳定处，便于保存点的标志和安置仪器；3）导线点位应选在地势较高、视野开阔的地方，便于测图和放样；4）导线各边长