第7章小地区控制测量.pptx

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1、分 类平面控制测量=国家平面控制测量：一、二、三、四等=测图与测设平面控制：导线，小三角 高程控制测量=国家高程控制测量：一、二、三、四等=测图与测设高程控制：等外水准，三角高程第1页/共63页控制测量包括平面控制测量和高程控制测量，称测定点位的(x,y)坐标为平面控制测量，测定点位的H坐标为高程控制测量。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，也为研究地球的形状和大小，了解地壳水平形变和垂直形变的大小及趋势，为地震预测提供形变信息等服务。控制测量也可以用GPS仪器进行观测。第2页/共63页国家控制网的概念 为了统一全国各地区的测量工作，必须进行全国性的控制

2、测量，以建立国家控制网，供整个国民经济规划和国防建设等使用。国家控制网分平面控制网和高程控制网。(一)国家平面控制网 国家平面控制网主要是采用三角测量方法建立的，即在全国范围内将控制点组成一系列的三角形，通过测定所有三角形的内角，推算出各控制点的坐标。国家控制网也是按照“由高级到低级、由整体到局部”的原则布设的。国家平面控制网按其精度可分为一、二、三、四等四个等级。第3页/共63页国家三角网的布设原则国家三角网：用三角测量方法建立的国家平面控制网1 分级布网，逐级控制以高精度而稀疏的一等三角锁，尽可能沿经纬线方向纵横交叉地迅速布满全国，形成统一的骨干大地控制网，然后在一等锁环内逐级（或同时）布

3、设二、三、四等三角网。在此基础上，可布设一、二级小三角或一、二、三级导线作为区域控制（或局部控制网）。第4页/共63页2 要有足够的精度3 要有足够的密度4 应有统一的规格第5页/共63页国家三角锁、网的布设方案1 一等三角锁 国家大地控制网的骨干，主要作用是控制二等以下各级三角测量，并为研究地球形状和大小提供资料。尽可能沿经纬线方向布设成纵横锁，且交叉构成网状图形。平均边长：20-25km第6页/共63页第7页/共63页2 二等三角锁、网 国家三角网的全面基础，同时又是地形测图的基本控制。方案一：先在一等锁环内沿经纬线纵横交叉的二等基本锁，再在其控制下布设平均边长约为13km的二等补充网。第

4、8页/共63页方案二：以连续三角网的形式布设在一等锁环内，四周与一等锁衔接。（新方案）平均边长：13km（10-18）全国需布设6万个第9页/共63页3 三、四等三角网加密控制网，满足测图和工程建设的需要，采用插网或插点方法布设，也可以越级布网。三等网平均边长：8km四等网平均边长：2-6km第10页/共63页第11页/共63页国家三角锁、网的布设规格与精度要求等级等级平均边长平均边长（kmkm）测角中测角中误差误差()()三角形最三角形最大闭合差大闭合差 最弱边相最弱边相对中误差对中误差一等网一等网20-2520-250.70.72.52.51 1：150000150000二等网二等网131

5、31.01.03.53.51 1：150000150000三等网三等网8 81.81.87.07.01 1：8000080000四等网四等网2-62-62.52.59.09.01 1：4000040000第12页/共63页国家精密导线网一等精密导线网：二等精密导线网：三、四等精密导线第13页/共63页(二)国家高程控制网国家高程控制网水准网国家水准网：按国家水准测量规范的技术要求建立起来的高程控制网。作用：全国范围内施测各种比例尺地形图的高程控制基础，以及一些科学研究如地壳垂直形变规律、各海洋平均海水面的高度变化，以及其他有关地质和地貌的研究等。第14页/共63页 我国的高程系统是以1956年

6、由青岛验潮站测出的“黄海平均海水面”作为起算高程的基准面，并在青岛市内观象山设置了水准原点，该点的高程为72.289 m。80年代初又重新测定水准原点的高程为72.260 m。全国性高程控制测量是从青岛原点出发，用精密的水准测量方法国家高程控制网的建立，由高级到低级，从整体到局部：分成四个等级，逐级控制，逐级加密一等水准网：骨干，环线长1000-1500km二等水准网：基础，环线长500-750km精密水准测量三、四等水准网：为地形测图和工程建设服务。第15页/共63页第16页/共63页精密水准测量：一等水准网，二等水准网等等级级仪仪器器类类型型视视距距/m/m前后前后视距视距差差视距视距累积

7、累积差差基辅基辅分划分划读数读数差差/mm/mm基辅基辅分划分划读数读数差差/mm/mm往返测高往返测高差不符值差不符值/mm/mm一一S05S053535 0.5 0.5 1.5 1.50.30.30.50.52 K2 K1/21/2二二S1S1S05S0550506060 1.0 1.0 3.0 3.0 0.5 0.50.70.74 K4 K1/21/2第17页/共63页第18页/共63页GPS技术Global Positioning System(GPS):全球定位系统优点：点间无须通视，全天候观测，数据实时处理第19页/共63页GPS系统组成部分：空间GPS卫星 地面监控系统 用户接收

8、机第20页/共63页第21页/共63页（三）、小地区控制测量在10km 2范围内为地形测图或工程测量所建立的控制网称小区域控制网。在这个范围内，水准面可视为水平面，可采用独立平面直角坐标系计算控制点的坐标，而不需将测量成果归算到高斯平面上。小区域控制网应尽可能以国家控制网或城市控制网联测（城市控制网是指在城市地区建立的控制网，它属于区域控制网，它是国家控制网的发展和延伸），将国家或城市控制网的高级控制点作为小区域控制网的起算和校核数据。如果测区内或测区附近没有高级控制点，或联测较为困难，也可建立独立平面控制网。第22页/共63页小区域控制网同样也包括平面控制网和高程控制网两种。平面控制网的建立

9、主要采用导线测量和小三角测量，高程控制网的建立主要采用三、四等水准测量和三角高程测量。小区域平面控制网，应根据测区的大小分级建立测区首级控制网和图根控制网。直接为测图而建立的控制网称为图根控制网，其控制点称为图根点。图根点的密度应根据测图比例尺和地形条件而定。小区域高程控制网，也应根据测区的大小和工程要求采用分级建立。一般以国家或城市等级水准点为基础，在测区建立三、四等水准路线或水准网，再以三、四等水准点为基础，测定图根点高程。第23页/共63页7-2 导线测量 将测区内相邻控制点连成直线而构成的折线，称为 导线。这些控制点，称为导线点。导线测量就是依次测定各导线边的长度和各转折角值；根据起算

10、数据，推算各边的坐标方位角，从而求出各导线点的坐标。用经纬仪测量转折角，用钢尺测定边长的导线，称为经纬仪导线；若用光电测距仪测定导线边长，则称为电磁波测距导线。第24页/共63页一、导线布设形式导线测量是建立小地区平面控制网常用的一种方法，特别是地物分布较复杂的建筑区、视线障碍较多的隐蔽区和带状地区，多采用导线测量的方法。根据测区的不同情况和要求，导线可布设成下列三种形式：1 闭合导线 起讫于同一已知点的导线，称为闭合导线。第25页/共63页2 附合导线 布设在两已知点间的导线，称为附合导线。3 支导线 由一己知点和一已知边的方向出发，既不附合到另一已知点，又不回到原起始点的导线，称为支导线。

11、第26页/共63页导线布设规格与精度要求一级、二级、三级第27页/共63页二、导线测量外业(一)导线的布设：首级网等级和加密层次直伸等边踏勘选点：土质坚硬通视条件良好埋设标石，填“点之记”，编号第28页/共63页(二)测角 导线的转折角分为左角和右角，在前进方向左侧的水平角称为左角，在右侧的水平角称为右角。图根导线的转折角一般用DJ级光学经纬仪测一个测回，两个半测回之间的观测值的差数，不得超过40。测角由已知点开始，沿导线前进方向逐点观测，一般观测左角。(三)量边 导线边长使用检验过的30 m或 50 m钢尺进行丈量，各边长应往返各丈量一次，往返测量的较差率，一般地区应不大于1/2000，在量

12、距困难地区应不大于1/1000。如果较差率没有超限，则取往返测量成果的平均值。如果丈量的是斜距，还应换算为水平距离。导线边长也可用激光测距仪测定。第29页/共63页 (四)起始边方位角的测定 与高级已知点连接的导线，因有已知边方位角，只需观测连接角便可以推算各边的方位角，然后推算各点的坐标。对于不与高级已知点相连接的闭合导线，则可用罗盘仪测定一条起始边的磁方位角，便可推算其他各边的方位角，并推算各点的坐标。(五)导线测量记录 导线测量的外业记录有规定的表格。第30页/共63页7-3 7-3 导线计算 经纬仪导线计算的目的是求得各导线点的坐标，并根据求得的各点坐标精确地绘制导线图。导线计算分为以

13、下五个步骤进行：角度闭合差的计算和调整；v=-f/n =+v 坐标方位角的推算；前=后+180+左或前=后+180-右ABCD123第31页/共63页 坐标增量的计算；xxi+1xilcosyyi+1yilsin 增量闭合差的计算和调整；fx=x-理论值 fy=y-理论值 计算 fS K=fS/D vx=-(D/D)*fx vy=-(D/D)*fy计算改正后的x和y第32页/共63页 坐标计算xi+1 xi+x yi+1 yi+y第33页/共63页一、闭合导线的计算 1 角度闭合差的计算和调整 n边形内角之和：(n-2)180。由于测角误差的影响，使导线内角之和不等于理论值，因而存在角度闭合差

14、f：f测-理=测-(n-2)180 对于图根导线当ff容时，可将角度闭合差f以相反符号平均分配给各个观测角。f不能为n整除时，在有效数字位内允许凑整。第34页/共63页(二)坐标方位角的推算 各导线边的坐标方位角，是根据闭合导线起始边的坐标方位角和改正后的内角而推算的。根据坐标方位角的定义，它是从坐标轴北端开始顺时针旋转至某边的水平角。因此有相同端点的两条边，右侧边的坐标方位角就等于左侧边的坐标方位角加上两边之间的夹角，同一条边的正反方位角相差180。即沿导线前进方向：前=后-180+左 或前=后+180-右。上式中包含具相同端点两条边的方位角关系以及正反方位角的关系。第35页/共63页(三)

15、坐标增量的计算1 1 计算坐标增量的公式 2)坐标增量闭合差的计算与调整 闭合导线纵、横坐标增量代数和的理论值应为零，实际上由于量边的误差和角度闭合差调整后的残余误差，往往不等于零，而产生纵坐标增量闭合差与横坐标增量闭合差，即导线全长闭合差为：第36页/共63页坐标增量改正数计算：导线全长相对误差为：(四)坐标增量闭合差的调整调整原则：反号与边长成比例分配调整过程中根据情况取整，但必须保证调整后和为零第37页/共63页(五)坐标的计算 根据起始点的已知坐标和改正后的坐标增量，依次计算各点的坐标。各点坐标推算第38页/共63页二、附合导线计算 附合导线计算角度闭合差和坐标增量闭合差的公式不同。(

16、一)角度闭合差的计算与调整 附合导线的角度闭合差为从一已知边方位角出发，使用观测角推算至另一条已知边，推算方位角与已知方位角之差。(二)坐标方位角的推算 推算出的已知边的坐标方位角应与已知值相同，以此作为计算的检核。(三)坐标增量的计算根据导线各边的方位角和边长，计算各坐标增量，计算方法与闭合导线相同。第39页/共63页(四)坐标增量闭合差的分配 理论上的坐标增量之和x理、y理应分别等于两端已知点的纵横坐标之差，由于测角和量边都存在误差，计算出的纵横坐标增量的总和不能满足上述条件，而产生坐标增量闭合差。(五)坐标的计算 根据导线一端的控制点的坐标，以及改正后的坐标增量，按照导线坐标计算的方法，

17、逐点计算各导线点的坐标。第40页/共63页计算实例123452243387511289134287291212506421502012第41页/共63页点点号号观测观测角角改改正正角角值值方位角方位角 边长边长x xy yx xy y计计算算改改正正计计算算改改正正1 187 51 1287 51 12224 33 00224 33 00224.50224.502 289 13 4289 13 42179.38179.383 387 29 1287 29 12179.92179.924 4125 06 125 06 424272.4472.445 5150 20 150 20 1212107.

18、61107.611 187 51 1287 51 12第42页/共63页查找导线测量错误的方法 在外业结束时，发现角度闭合差超限，如果仅仅测错一个角度，则可用下法查找测错的角度。若为闭合导线，可按边长和角度，用一定的比例尺绘出导线图，并在闭合差的中点作垂线。如果垂线通过或接近通过某导线点，则该点发生错误的可能性最大。若为附合导线，先将两个端点展绘在图上，则分别自导线的两个端点B、C按边长和角度绘出两条导线，在两条导线的交点处发生测角错误的可能性最大。第43页/共63页第44页/共63页第45页/共63页7-4 7-4 交会法和小三角测量 地势平坦的常采用经纬仪导线建立测图控制点。在山区或地形复

19、杂的地区往往采用经纬仪交会点来加密测图控制。经纬仪交会法按其布设形式的不同，可分为前方交会法、侧方交会法和后方交会法。一、前方交会法 前方交会是采用经纬仪在已知点A、B上分别向新点P观测水平角和，从而可以计算P点的坐标。但是为检核，有时从三个已知点A、B、C上分别向新点P进行角度观测，由两个三角形分别解算P点的坐标。同时为了提高交会点的精度，选择P点时，应尽可能使交会角r接近于90，并保证30r150。第46页/共63页1.前方交会法的计算 ABP计算方法：按照导线计算方法，以AB为起始边计算导线第47页/共63页 P点坐标计算可采用前方交会法的余切公式，用计算器进行计算。要求A、B、P和B、

20、C、P的注字方向是逆时针的。ABPC2.检核：从三个已知点A、B、C上分别向新点P进行角度观测，由两个三角形分别解算P点的坐标第48页/共63页二、侧方交会法实质：利用两个高级控制点测定另一未知点的坐标作业模式：在一个已知点A和未知点P上安置仪器，观测水平角A和P。ABPC第49页/共63页计算方法与特点：按前方交会的计算方式；一个已知点上不宜设站；在一个已知点和未知点上进行观测ABPC第50页/共63页三、后方交会法作业模式：将仪器安置在未知点P点向三个已知点进行观测，测出水平角，然后进行计算。ABP11C1222检核：向四个已知点进行观测，测出水平角与检验角(K点为已知点)。第51页/共6

21、3页后方交会的危险圆：应用条件：有四个高级控制点，且P点不在A、B、C三点所构成的圆周上或该圆周的附近APCBP第52页/共63页四、测边交会作业模式：用测距仪，由边长推算坐标ABPCSaSbScSb第53页/共63页计算方法：由距离推角度，由角度交会法计算直接计算：直接由距离计算APSaSbB第54页/共63页四、小三角测量 小三角测量，是指由于控制的区域较小，因而将此区域内的地球表面当做平面来进行的三角测量。与导线测量相比，它的测角任务虽然比较大，但量距工作量大大减少。在开阔的山区和丘陵地带，小三角测量是建立图根控制网的主要方法。线形三角锁(线形锁)是一种常用的小三角锁，其特点是两端附合于

22、高级点上，除了要测三角形内角外，还要测出两个定向角和，但不需丈量基线。小三角测量的工作程序也分外业和内业两部分。外业包括选点、造标、角度观测等，独立的小三角锁(网)还需丈量基线；内业包括野外成果整理、近似平差和计算边长与坐标等。第55页/共63页6-5 6-5 高程控制测量 在地形测量中，最基本的高程控制测量方法是四等水准测量和等外水准测量(图根水准测量)一、四等和等外水准测量的施测 四等和等外水准路线的布设形式，主要有单一的附合水准路线、闭合水准路线、支线水准路线和水准网。四等和等外水准测量的施测，主要区别在于所使用仪器和观测要求不同。四等和等外水准测量通常采用双面尺法或两次仪高法进行观测，

23、每个测站的观测工作方法见第三章。第56页/共63页二、四等和等外水准测量的内业计算 1 检查和整理外业手簿 经检查无误，则取每站高差的平均值作为水准路线高差的成果。2 水准路线闭合差的计算与分配 由于测量结果存在误差，因此观测所得水准路线的高差值与理论值必然会有差值，即水准路线的闭合差。第57页/共63页闭合水准路线其高差总和应为零，因此闭合差为：fh=h 式中，h=h+h+为各站观测高差之和。附合水准路线的高差总和应等于两端点高级水准点高程H和H之差，则闭合差为：fhh-(H）支线水准路线，一般采用往、返测，其往、返测高差总和的绝对值应相等而符号相反，故其代数和即闭合差为：fh=h往h返 四

24、等及等外水准路线测量的闭合差不能超过一定的限值，其规定见表6-9。当闭合差fh在容许范围内时，即可进行分配，使观测高差值与理论值一致。高差闭合差的分配方法是以闭合差相反的符号按与水准路线的测站数(测段中每公里测站数相差甚大时)或测段长(测段中每公里测站数大致相等时)成正比分配。第58页/共63页3 图根点或水准点的高程计算 由高一级水准点的已知高程，根据改正后的高差依次计算，即Hi=Hi-1hi第59页/共63页7-6 GPS7-6 GPS技术在控制测量中的应用 全球定位系统(GPS)是借助分布在空中的多个GPS卫星确定地面点位置的一种新型定位系统。GPS定位具有全天候、高精度、定位速度快、布

25、点灵活和操作方便等特点。因此，GPS技术在测量学、导航学及其相关学科领域获得了极其广泛的应用。测量学中经典的平面控制测量，正逐步被GPS测量技术所代替。一、GPSGPS定位原理与系统组成 如图，A、B、C为空中三个已知点，P点为地面待测点，同时测定空间距离S、后，便可按下式解求P点的坐标。借助于坐标转换公式，可以将空间三维坐标转换为平面坐标(x，y)和高程(h)。第60页/共63页定位系统就是基于上述空间测距交会定位的原理设计而成的。空中运行的GPS卫星就是动态已知点，任一瞬间卫星的坐标是已知的。卫星不断地用无线电波向地面发射测距用的信号和自己的坐标数据。设置在地面未知点P上的GPS接收机接收

26、到卫星发出的测距信号后，便可测定接收机至卫星的空间距离。如能同时接收到三颗以上卫星的信号，则可以同时测定三个以上的空间距离，再利用卫星的已知坐标数据，用接收机中的计算机解算出P点的坐标。第61页/共63页 GPS系统由空中运行的GPS卫星、地面监控站和GPS用户接收机三大部分组成。GPS卫星星座由24颗卫星组成，其中3颗是备用卫星。卫星分布在6个轨道面上，每个轨道面上分布4颗，卫星至地球表面的平均高度为20200km，绕地球一周需11小时58分钟。地球上任何地点、任何时刻至少都能同时观测到4颗卫星。地面监控部分由分布在全球的5个地面站组成，其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站。GPS接收机属用户设备部分，用户通过GPS接收机实现GPS定位的目的。第62页/共63页感谢您的观看！第63页/共63页