工程测量教学课件-第7章--小地区的控制测量

1、第7章 小地区的控制测量,7.1 概述 7.2 导线测量 （重点、难点） 7.3 高程控制测量 （重点） 7.4 全球定位系统的定位技术简介,7-1 控制测量概述,一.控制测量的概念 二.平面控制测量 三.高程控制测量,一.控制测量的概念,1.目的与实质,为测图或工程建设提供平面和高程控制基础； 作为各种细部测量的起算基准； 控制误差的累积。,2.控制测量分类,实质：测定具有较高精度的平面坐标和高程的点位控制点,目 的,国家基本控制,城市控制网,小地区控制网,包括平面控制测量和高程控制测量。,图根控制网：直接为测图而建立的控制网。,3.有关名词,控制测量：为建立控制网所进行的测量工作。,4.控

2、制网布网原则,整体控制、局部加密，高级控制、低级加密； 要有足够的精度； 要有足够的密度； 要有统一的规格。,控制全局，限制误差积累，起算依据。,控制点：起控制作用的测量标志点。,控制网：由一系列相互联系的控制点构成的几何图形。,图根点： 图根控制网中的控制点。,作用,二.平面控制测量,建立平面控制网，确定控制点平面位置的工作。,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、二级、三级和图根控制。,布置形式： 传统方法是三角测量（包括三角锁、三角网(三边网、边角网)和导线测量等。 此外，现代测绘技术：GPS控制测量（逐步代替三角测量）。,国家平面控制网,

3、城市平面控制网,小地区平面控制网,1、建立国家平面控制测量的意义,传统方法（三角测量和精密导线测量)现代方法（GPS控制网）。,提供全国性的、统一的空间定位基准； 为全国各种比例尺测图和工程建设提供基本控制； 为空间科学技术和军事提供精确的点位数据（坐标、距离、方位资料）； 为研究地球的形状大小、地震预报等科学研究提供重要数据依据。,2、建立国家平面控制网的方法,3、国家平面控制网的分类,按精度分为一、二、三、四等，其中一、二等三角测量为基本控制，目前采用GPS控制网；三、四等为加密控制。,二等连续网充填一等三角锁成为国家平面控制网的骨干。,一等三角锁为国家平面控制网的基础,一等三角锁沿经线和

4、纬线布设成纵横交叉的三角锁系，锁长200250公里，构成许多锁环。,二等有两种布网形式，一是由纵横交叉的两条二等锁将一等锁环划分成4个大致相等的部分，空白部分用二等补充网填充(称纵横锁系布网方案)；另一种是在一等锁环内布设全面二等(称全面布网方案)。二等基本锁的边长为2025公里，二等网的平均边长为13公里。,三、四等三角网和导线网,三等、四等三角网和导线网,根据测区的需要，在二 等三角网的基础上进行加密，基本图形如下：,城市平面控制网：,测量是为大比例尺地形测量建立控制网，作为城市大比例尺测图、城市规划、城市地籍管理、市政工程建设、城市管理的依据。,等级：,城市控制网测量的技术要求,常规平面

5、控制测量的主要技术要求,小地区范围：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（一、二级）或相应等级的导线网（一、二、三级）。,包括：首级控制网、图根控制网,不必考虑地球曲率对水平角和水平距离影响的范围。,首级控制 图根控制,在一、二级小三角或一、二、三级导线(测区的首级 控制)下,布置图根控制网。图根控制网的图形与一、 二级小三角或一、二、三级导线的图形基本相同，其 区别在于：图根控制网的控制面积小，边长较短，精 度要求较低，平差方法采用简易平差。,图根导线的技术要求,平坦开阔地区的图根点密度,三.高程控制测量,建立高程控制网，测定各控制点的高程H

6、。,主要方法：水准测量、三角高程测量、电子全站仪高程测量。,等级关系：,国家高程控制网：一、二、三、四等，主要方法是精密水准。 城市高程控制网：二、三、四等，主要是水准网，首级控制（闭合环）不能低于三等。 小地区高程控制网：三、四等和图根水准(也称等外水准) 。,国家高程控制网,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。,7-2导线测量,7-2 导线测量（重难点）,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,导线测区内相邻控制点连成直线而 构成的连续折线。,导线边,导线测量在地面上按一定要求选定一 系列的点依相邻次序连成折线， 并测量各线

7、段的边长和转折角， 再根据起始数据确定各点平面位置 的测量方法。,主要用于带状地区、隐蔽地区、城建区、 地下工程、公路、铁路等控制点的测量。,一、导线测量概述,附合导线、闭合导线、支导线。,导线的布设形式：,二.导线测量的外业,二.导线测量的外业,1.外业准备工作 2.踏勘选点（选点） 3.导线边长测量（测边） 4.导线角度测量（测角） 5.导线连接测量（连测）,1.导线测量外业的准备工作,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。,2.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

8、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。,1.踏勘选点及建立标志,(3).实地选点(4).建立标志,(3).实地选点：,(4).建立标志,永久性标志,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。,GPS技术测控制点不用太多考虑以上因素,临时性标志,临时性标志图,一些导线点的表示方法,(5).绘制点之记 在现场找出明显标志，便于以后寻找或确定点位。 用红油漆标示，并写点号与距离尺寸。 画出平面示意图，作为控制点资料。,(5

9、).绘制点位图,导线点的点位图,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。,2.导线边长测量,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)。,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）,2.附合导线图,附合导线,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。,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。,闭合导线,已知数据：AB，XB，YB,观

10、测数据：连接角B； 导线转折角0，1，,5； 导线各边长DB1，D12，D51。,1.闭合导线,闭合导线图,A、B为已知点，1、2、3、4、5为新建导线点。,支导线,3.支导线图,观测数据：转折角B, 1 边长DB1，D12,三.导线测量的内业计算,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。,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

11、求后，才能进行内业计算）,1、坐标计算公式：,（1） 坐标正算（由、D，求 X、Y）,已知A（ ）， ， 求B点坐标 。,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 。,2、附合导线的计算,如图，A、B、C、D是已知点，起始边的 方位角 和终止边的方位角 为已知。外业观测资料为导线边距离和各转折角。,+）,（1）计算角度闭合差：,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

12、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）分配闭合差 ：,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,-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 07 53,100 27 11,77 40 16,90 18 33,94 47 21,60 38 01,125.36,98.71,114.63,116.44,156.25,641.44,-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.

14、89,+30.91,-0.59,-13.00,-64.83,+97.10,+141.27,+116.42,+155.67,+445.63,1536.86,837.54,1429.59,772.71,1411.70,869.81,1442.61,1011.08,1442.02,1127.50,1429.02,1283.17,-107.84,-0.02,-0.02,-0.02,-0.02,-0.03,+0.05,+0.04,+0.03,+0.03,+0.04,3.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：,（

15、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,辅助计算,点号,观测角 （右角） ,改 正 数 ,改正角 ,1,2,3,4,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

16、 30 00,306 19 15,215 53 17,105.22,80.18,129.34,78.16,392.90,-61.10,+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,+0.02,-0.02,+0.02,-0.02,-0.02,-0.0

17、3,+0.02,+0.01,(1)绘制计算草图，在表内填写已知数据和观测数据； (2)角度闭合差的计算与调整； (3)各边方向角的推算； (4)计算坐标增量； (5)坐标增量闭合差的计算与调整； (6)推算各点坐标。,小结,导线计算的步骤：,4.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值,因此不会产生闭合差,从而 无须进行任何改正。,3.支导线计算,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,(1).推算各边方向角,

18、前=后+(左)-180,支导线的计算步骤,7.3 高程控制测量,用于国家高程控制网的加密，地区的首级高程控制，工程施工测量和变形测量的基本控制。从一二等国家高程控制点引测。 三四等水准测量的要求： （1）使用双面尺 （2）视线长度和读数误差要求：,7.3.1 三、四等水准测量,水准测量的主要技术要求,（每次读数前要精平）,二、三四等水准测量作业方法,1.采用双面尺法作测站检核 2.每站观测次序： 后视(黑面) 下丝读数，上丝读数，中丝读数 前视(黑面) 下丝读数，上丝读数，中丝读数 前视(红面) 中丝读数 后视(红面) 中丝读数,三四等水准测量的观测和记录方法,记入（1）（2）（3）,记入（4

19、）（5）（6）,记入（7）,记入（8）,测站计算和检核,视距计算 前、后视距差：三等水准测量，不得超过3m，四等水准测量，不得超过5m。 前、后视距累积差：三等水准测量，不得超过6m，四等水准测量，不得超过10m。,同一水准尺红、黑面中丝读数的检核 同一水准尺红、黑面中丝读数之差，应等于该尺红、黑面的常数差K(4.687或4.787)， 三等水准测量，不得超过2mm，四等水准测量，不得超过3mm。,计算黑面、红面的高差 三等水准测量，不得超过3mm，四等水准测量，不得超过5mm。式内0.100为单、双号两根水准尺红面零点注记之差，以米(m)为单位。,计算平均高差 ：以黑面为主，红面100，末位

20、平均。,测站编号,点号,后尺,前尺,下丝,上丝,下丝,上丝,后视距,前视距,视距差d(m),d(m),方向及尺号,水准尺读数 （ m）,黑面,红面,K+黑-红,平均高差 （m）,备注,K为尺常数： K5=4.787K6=4.687,三、四等水准测量记录（双面尺法）,（1）,（4）,（2）,（5）,（9）,（10）,（11）,（12）,后,前,后-前,（3）,（6）,（8）,（7）,（15）,（16）,（14）,（13）,（17）,（18）,1,2,BM.1-TP.1,TP.1-TP.2,1.536,0.947,58.9,+0.1,1.954,1.373,58.1,-0.2,1.030,0.44

21、2,58.8,+0.1,1.276,0.694,58.3,-0.1,后5,前6,后-前,后6,前5,后-前,1.242,0.736,+0.506,6.030,5.422,+0.608,1.664,0.985,+0.679,6.350,5.773,+0.577,-1,+1,-2,+0.5070,+1,-1,+2,+0.6780,每页校核：,（9）=117.0 （10）=117.1,=-0.1 =2站（12）, （3）+（8） =15.286 （6）+（7） = 12.916,=+2.37,（15）+（16） = +2.37,（18）= +1.185 2（18）= +2.37,总视距（9）+ （1

22、0） = 234.1m,水准测量的内业处理步骤：,测站的检核 高差计算的检查 水准路线的检核,计算并分配高差闭合差r,高差闭合差按每一测段的测 站数或路线长成比例分配。,计算各未知高程点的高程,由已知高程点开始，用改正后的 高差逐点推算出各点的高程。,对原始观测数据的检查,7.3.2 三角高程测量,三角高程测量原理：根据两点的水平距离和竖直角计算两点的高差。,A、B两点间的高差：,若用测距仪测得斜距：,直觇 A-B、反觇 B-A 对向观测,当两点距离大于300m时，应考虑地球曲率和大气折光对高差的影响。 三角高程测量，一般应进行往返观测（双向观测），它可消除地球曲率和大气折光的影响。,两差改正

23、,考虑地球曲率及大气折光的影响， 则有：,对向观测取平均值可抵消两差的影响。,三角高程测量的计算,按公式计算出两点间的平均高差后，若是单向 观测，则加两差改正，绘制三角高程路线图，平差 与水准测量相同。,对向观测的高差较差的限差：,路线的高差闭合差：,7.4 全球定位系统的定位技术简介,一、GPS概述,二、GPS定位原理简介,三、GPS在测量中的应用,一、GPS概述,（一）GPS及其背景 它的全称是卫星授时测距导航系统/全球定位系统（NAVSTAR/GPS；Navigation System timing And Ranging/Global Positioning System） GPS是美

24、国军方研制的第二代卫星导航系统 (1)全球通用，24小时可以定位，测速和授时 (2)确保美国军事安全，服务于全球战略 (3)导航精度可达1020m (4)1994年3月28日建成，取代其它导航系统,注：NNSS(第一代)是美国于1964年建成的海军导航系统,GPS用于军事,飞行高度 9,840 英尺/ 3,000米,（二）GPS的特点 全球性，全天候，高精度，保密性,GPS测量与经典测量方法的对比：,不需要相互通视 观测作业不受天气条件的影响 网的质量与点位的分布情况无关 能达到大地测量所需要的精度水平 白天和夜间均可作业 经济效益显著,（三）GPS 的系统组成,空间部分 24颗GPS卫星组成

25、,用户部分 GPS接收机,控制部分 1个主控站 5个监控站 3个注入站,注入站,监控站,主控站,空间星座部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载波信号 提供其它辅助信息,地面控制部分： 中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨,用户部分： 接收卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息,GPS 空间星座部分,24颗卫星(21+3) 6个轨道平面 55轨道倾角 20200km轨道高度(地面高度) 11小时58分(恒星时)轨道周期 5个多小时出现在地平线以上(每颗星) 在全球各处能观测到高度角15的卫星 4 颗以上,GPS卫星,（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）,GPS 地面监控部

26、分,GSP地面控制站,一个主控站：科罗拉多斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion)大西洋 迭哥伽西亚(Diego Garcia)印度洋 卡瓦加兰(kwajalein)太平洋 五个监测站 = 1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii),GPS 用户部分,（四）GPS的功能 导航 海空导航、车辆引行、导弹制导等 测速 其精度可达0.1m/s 测时与授时 其精度可达340ns（1纳秒=10-9秒） 定位,二、GPS定位原理,（一） GPS 坐 标 系,WGS-84坐标系 World Geodetic System-1984坐标是GPS所采用的坐标系统， GPS发布的星历参数都是基于此坐

27、标系的。 WGS-84的椭球参数：a=6378137m, 1/f=298.257 2.1954北京坐标系(C54) 克拉索夫斯基椭球参数： a=6378245m, 1/f=298.3 3.1980西安坐标系(C80) IUGG1975椭球参数： a=6378140m, 1/f=298.257,X轴=0经度 X轴在赤道平面内,Y轴=东经90度 Y轴在赤道平面内,地心坐标为（0，0，0）,Z轴=旋转轴（极轴BIH1984.0）,地球质心为原点的坐标系统 （空间直角坐标系）,依定位时的状态 动态定位 静态定位 依定位模式 绝对定位（单点定位） 相对定位 差分定位,依定位采用的观测值 伪距测量（伪距定位） 载波相位测量 依时效 实时定位 事后定位,（二）GPS测量定位的分类,(三) 单点定位结果的获取,单点定位解可以理解为一个测边后方交会问题 卫星充当轨道上运动的控制点，观测值为测站至卫星的伪距(由时间延迟计算得到) 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差，所以要同步观测4颗卫星，解算四个未知参数：纬度 , 经度 , 大地高程 h , 钟差 t,伪距单点定位原理,三、GPS在测量中的应用,GPS静态定位主要用于建立各级测量控制网，其优点为： 定位精度高，其基线的相对精