工程测量第6章 控制测量.ppt

1、6.小地区控制测量小地区控制测量 (control survey)6.1 控制测量概述 6.2 坐标计算 6.3 导线测量(traverse survey)6.4 前方交会法(forward intersection)6.5 三、四等水准测量 6.6 三角高程测量(trigonometric leveling)6.1 控制测量概述6.1.1控制测量控制测量6.1.2国家控制测量国家控制测量6.1.3小地区控制测量小地区控制测量1.1.控制测量的目的控制测量的目的测量工作的基本原则：(1)(1)在测量布局上，在测量布局上，“由整体到局由整体到局部部”；在测量精度上，在测量精度上，“由高级到低级由

2、高级到低级”；在测量在测量程序上，程序上，“先控制后碎部先控制后碎部”；作用：作用：a.保证精度，减少误差积累；b.便于分组测量，加快进度。6.1.1 控制测量控制网分为平面控制网和高程控制网两种：测定控制点平面位置(x，y)的工作，称为平面控制测量平面控制测量(horizontalcontrolsurvey)。测定控制点高程(H)的工作，称为高程控制测量高程控制测量(verticalcontrolsurvey)。2.控制测量的分类控制测量的分类6.1.2 国家控制测量在全国范围内建立的控制网，称为国家控制网。是用精密测量仪器和方法依照施测精度按一、二、三、四一、二、三、四等四个等级逐级控制建

3、立的。国家控制网也分为平面控制网平面控制网和高程控制网高程控制网两种。1.国家平面控制测量国家平面控制测量(1)(1)布设形式布设形式 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）布设二、三、四等三角网。(2)(2)布设原则布设原则 a.分级布网，逐级控制 b.要有足够的精度 c.要有足够的密度 d.应有统一的规格共包括三角共包括三角点、导线点点、导线点4843348433个，拉个，拉普拉斯点普拉斯点458458个，长度起个，长度起始边始边467467条，条，由此组成全由此组成全国范围的参国范围的参考框架，是考框

4、架，是国家各部门国家各部门和全国各行和全国各行业进行测绘业进行测绘工作的基础。工作的基础。全国一等三角锁网全国一等三角锁网国家三角锁、网的布设规格与精度要求国家三角锁、网的布设规格与精度要求等级等级平均边长平均边长（kmkm）测角中误差测角中误差()()三角形最大三角形最大闭合差闭合差最弱边相对最弱边相对中误差中误差一等网20-250.72.51：150000二等网131.03.51：150000三等网81.87.01：80000四等网2-62.59.01：40000一等三角锁一等三角锁(triangulationchain)是国家平面控制网的骨干。二等三角网二等三角网(triangulati

5、onnetwork)布设于一等三角锁环内，是国家平面控制网的全面基础。三、四等三角网三、四等三角网为二等三角网的进一步加密。建立国家平面控制网，主要采用三角测量三角测量的方法。此外，还可以采用大地四边形大地四边形、大地多边形大地多边形等形式。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）。2.国家高程控制测量国家高程控制测量右图是国家水准网布设示意图，一等水准网一等水准网是国家高程控制网的骨干。二等水准网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、四等水准三、四等水准网网为国家高程控制网的进一步加密。建立国家高程控制网，采用精密水准测量的方法。

6、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：一等水准网：骨干，环线长1000-1500km二等水准网：二等水准网：基础，环线长500-750km精密水准测量三、四等水准网：三、四等水准网：为地形测图和工程建设服务。精密水准测量：一等水准网，二等水准网精密水准测量：一等水准网，二等水准网等级仪器类型视距/m前后视距差视距累积差基辅分划读数差/mm基辅分划读数差/mm往返测高差不符值/mm一S0535 0.5 1.50.30.52L1/2二S1S055060 1.0 3.0 0.50.74L1/26.1.3 小地区控制测量在城市或厂矿地区，一般应在上述国家控制点的基础

7、上，根据测区的大小、城市规划和施工测量的要求，布设不同等级的城市控制网，以供地形测图和施工放样使用。本章主要讨论小地区（10km2以下）控制网建立的有关问题。1.1.小地区平面控制测量小地区平面控制测量目前小地区平面控制网的主要形式包括有：1.三角测量三角测量2.导线测量导线测量(traversesurvey)3.前方交会法前方交会法4.GPS测量测量5.建筑方格网建筑方格网（略）（自学）（略）（略）直接供地形测图使用的控制点，称为图根控制点，简称图根点图根点(mappingcontrolpoint)。测定图根点位置的工作，称为图根控制测量图根控制测量(mappingcontrolsurvey

8、)。中小城市一般以四等网作为首级控制网。面积在15km2以下的小城镇，可用一级导线网作为首级控制。面积在0.5km2以下的测区，图根控制网可作为首级控制。厂区可布设建筑方格网。具体施测方案和要求可参考1993年工程测量规范（GB50026-93），课本中列举了部分平面控制网的主要技术要求，如表6.1、表6.2、表6.3和表6.4所示。表表6.1三角测量主要技术要求三角测量主要技术要求表表6.2图根三角测量主要技术要求图根三角测量主要技术要求表表6.3图根导线测量主要技术要求图根导线测量主要技术要求表表6.4导线测量主要技术要求导线测量主要技术要求表表6.5一般地区解析图根点的个数一般地区解析图

9、根点的个数2.2.小地区高程控制测量小地区高程控制测量城市或厂矿地区的高程控制分为二、三、四等水准测量和图根水准测量等几个等级，它是城市大比例尺测图及工程测量的高程控制，其主要技术要求如表6.6和表6.7所示。同样，应根据城市或厂矿的规模确定城市首级水准网的等级，然后再根据等级水准点测定图根点的高程。目前小地区高程控制测量的主要形式有：1.三、四等水准测量三、四等水准测量2.三角高程测量三角高程测量(trigonometricleveling)表表6.6水准测量的主要技术要求水准测量的主要技术要求表表6.7图根水准测量的主要技术要求图根水准测量的主要技术要求6.2 坐标计算6.2.1坐标方位角

10、坐标方位角(gridbearing)的推算的推算6.2.2坐标正算坐标正算6.2.3坐标反算坐标反算如图，B、A为已知点，AB边的坐标方位角AB为已知，通过连测求得A-B边与A-1边的连接角为，测出了各点的右(或左)角A、1、2和3，现在要推算A-1、1-2、2-3和3-A边的坐标方位角。所谓右(或左)角是指位于以编号顺序为前进方向的右(或左)边的角度。由图可以写出推算坐标方位角的一般公式为（前视边与后视边的方位角关系）：前前=后后+左左180180 或 前前=后后-右右1801806.2.1坐标方位角的推算坐标方位角的推算6.2.2坐标正算（极坐标化为直角坐标）坐标正算（极坐标化为直角坐标）

11、极坐标化为直角坐标又称坐标正算，即已知两点间的水平距离D和坐标方位角，计算两点间的坐标增量x，y：x12=x2-x1=D12cos12y12=y2-y1=D12sin12根据上式计算时，sin和cos函数值有正、有负，因此算得的增量同样是有正、负号。6.2.3 3 坐标反算（直角坐标化为极坐标）坐标反算（直角坐标化为极坐标）直角坐标化为极坐标又称坐标反算，即已知两点的直角坐标(或坐标增量x，y)，计算两点间的水平距离D和坐标方位角。可得到：D12=(x122+y122)1/2R12=arctan(y12/x12)需要特别说明的是：坐标方位角的值域为0至360，而arctan函数的值域为-90至

12、90，两者是不一致的。故当按上式的反正切函数计算坐标方位角时，计算器上得到的是象限角值，因此，应根据坐标增量x，y的正、负号，决定其所在象限，把象限角R换算成相应的坐标方位角。坐标增量与所在象限的关系坐标增量与所在象限的关系象限XYR与与的关系的关系I+=RII-+=180-RIII-=180+RIV+-=360-R6.3 导线测量(traverse survey)6.3.1导线的定义导线的定义6.3.2导线测量的外业工作导线测量的外业工作6.3.3导线测量的内业工作导线测量的内业工作6.3.1 导线的定义 1.定义定义将测区内相邻控制点连成直线而构成的折线，称为导线导线。这些控制点称为导线点

13、导线点。导线测量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。2.特点特点自由、灵活、计算方便。3.导线的布设形式导线的布设形式闭合导线闭合导线(closedtraverse)：以高级控制点C、D中的C点为起始点，并以CD边的坐标方位角CD为起始坐标方位角，经过4、5、6、7点仍回到起始点C，形成一个闭合多边形的导线。3.导线的布设形式导线的布设形式附合导线附合导线(connectingtraverse)：以高级控制点A、B中

14、的B点为起始点，以AB边的坐标方位角AB为起始坐标方位角，经过1、2、3、8点，附合到另外两个高级控制点CD中的C点，并以CD边的坐标方位角CD为终边坐标方位角，这样的导线称为附合导线。3.导线的布设形式导线的布设形式支导线支导线(opentraverse)：从一个高级控制点和一条高级边的坐标方位角出发延伸出去的导线称为支导线。由于支导线缺少对观测数据的检核，故其边数及总长都有限制。6.3.2 导线测量的外业工作1.踏勘选点及建立标志踏勘选点及建立标志2.量边量边3.测角测角4.连测连测1.踏勘选点及建立标志踏勘选点及建立标志选点前，应调查、搜集测区已有地形图和高一级的控制点的成果资料，把控制

15、点展绘在地形图上，然后在地形图上拟定导线的布设方案，最后到野外去踏勘，实地核对、修改、落实点位。如果测区没有地形图资料，则需详细踏勘现场，根据已知控制点的分布、测区地形条件及测图和施工需要等具体情况，合理地选定导线点的位置。实地选点时，应注意下列几点：(1)相邻点间通视良好，地势较平坦，便于测角和量距；(2)点位应选在土质坚实处，便于保存标志和安置仪器；(3)视野开阔，便于施测碎部；(4)导线各边的长度应大致相等，除特殊情形外，对于二、三级导线，其边长应不大于350m，也不宜小于50m；(5)导线点应有足够的密度，分布较均匀，便于控制整个测区。导线点选定后，要在每一点位上打一大木桩，其周围浇灌

16、一圈混凝土，桩顶钉一小钉，作为临时性标志，若导线点需要保存的时间较长，就要埋设混凝土桩或石桩，桩顶刻“十”字，作为永久性标志。导线点应统一编号。为了便于寻找，应量出导线点与附近固定而明显的地物点的距离，绘一草图，注明尺寸，称为“点之记”，如图所示。2.2.量边量边导线边长可用光电测距仪测定，测量时要同时观测竖直角，供倾斜改正之用。若用钢尺丈量，钢尺必须经过检定。对于一、二、三级导线，应按钢尺量距的精密方法（见4.1节）进行丈量。对于图根导线，用一般方法往返丈量或同一方向丈量两次，取其平均值，并要求其相对误差不大于1/3000。钢尺量距结束后，应进行尺长改正、温度改正和倾斜改正，三项改正后的结果

17、作为最终成果。3.测角测角用测回法施测导线左角(位于导线前进方向左侧的角)或右角(位于导线前进方向右侧的角)。一般在附合导线或支导线中，是测量导线左角，在闭合导线中均测内角。若闭合导线按顺时针方向编号，则其右角就是内角。对于图根导线，一般用DJ6级光学经纬仪测一个测回。若盘左、盘右测得角值的较差不超过40，则取其平均值作为一测回成果。测角时，为了便于瞄准，可用测钎、觇牌作为照准标志。4.连测连测如图6.15，导线与高级控制点连接，必须观测连接角A、1、连接边DA1，作为传递坐标方位角和坐标之用。如果附近无高级控制点，则应用罗盘仪施测导线起始边的磁方位角，并假定起始点的坐标作为起算数据。6.3.

18、3 导线测量的内业计算（一）内业计算前的检查工作（一）内业计算前的检查工作（二）闭合导线坐标计算（二）闭合导线坐标计算（三）附合导线坐标计算（三）附合导线坐标计算（四）支导线坐标计算（四）支导线坐标计算（一）内业计算前的检查工作（一）内业计算前的检查工作应全面检查导线测量外业记录，数据是否齐全，有无记错、算错，成果是否符合精度要求，起算数据是否准确；绘制导线略图，把各项数据注于图上相应位置；确定内业计算中数字取位的要求。内业计算中数字的取位，对于四等以下各级导线，角值取至秒，边长及坐标取至毫米(mm)。对于图根导线，角值取至秒，边长和坐标取至厘米(cm)。（二）闭合导线坐标计算（二）闭合导线坐

19、标计算现以下图中的实测数据为例，说明闭合导线坐标计算的步骤：1、准备工作；2、角度闭合差的计算与调整；3、各边坐标方位角的推算；4、坐标增量的计算；5、坐标增量闭合差的调整；6、计算各导线点的坐标。1、准备工作、准备工作将校核过的外业观测数据及起算数据填入“闭合导线坐标计算表”中，起算数据用下划线标明。导线略图点点号号角角 度度观测值观测值改正后改正后角角 度度方位角方位角水水 平平距距 离离坐标增量坐标增量改正后坐标增量改正后坐标增量坐坐 标标mXYXYXY 导线坐标计算表123412102-48-0978-51-1584-23-2793-57-4538-15-00112.0187.5813

20、7.7189.50200.00500.002、角度闭合差的计算与调整、角度闭合差的计算与调整n边形闭合导线内角和的理论值为：理=(n-2)180由于观测角度不可避免地含有误差，致使实测的内角之和测不等于理论值理，而产生角度闭合差f为：f=测-理各级导线角度闭合差的容许值f容，见课本表6.3及表6.4。f超过f容，则说明所测角度不符合要求，应重新检测角度；若f不超过f容，可将闭合差反符号平均分配到各观测角度中.改正后之内角和应为(n-2)180（本例应为360），以作计算校核。点点号号角角 度度观测值观测值改正后改正后角角 度度方位角方位角水水 平平距距 离离坐标增量坐标增量改正后坐标增量改正后

21、坐标增量坐坐 标标mXYXYXY导线坐标计算表123412102-48-0978-51-1584-23-2793-57-4538-15-00112.0187.58137.7189.50200.00500.00理=(n-2)180=360f=测-理=36f容=40n=80360-00-36ff容(合格)-9-9-9-9102-48-0078-51-0684-23-1893-57-36360-00-003、用改正后的导线左角或右角推算各边的坐标方位角、用改正后的导线左角或右角推算各边的坐标方位角根据起始边的已知坐标方位角及改正后的水平角按下列公式推算其它各导线边的坐标方位角：前=后+左180或前=

22、后-右180本例观测右角，按下式推算出导线各边的坐标方位角，列入表的第5栏。在推算过程中必须注意：如果推算出的前360，则应减去360；如果推算出的前h红，100mm前取正号计算；当h黑f2，故f恒为正值。表6.16三角高程测量地球曲率和大气折光改正(k=0.14)2.2.球气差的处理球气差的处理A.计算改正计算改正考虑球气差改正时，三角高程测量的高差计算公式为：hAB=Dtan+iA-vB+f或：hAB=Dsin+iA-vB+f由于折光系数的不定性，使球气差改正中的气差改正具有较大的误差。B.对向观测对向观测如果在两点间进行对向观测，即测定hAB及hBA而取其平均值，则由于f2在短时间内不会

23、改变，而高差hBA必须反其符号与hAB取平均，因此f2可以抵消，f1同样可以抵消，故f的误差也就不起作用，所以作为高程控制点进行三角高程测量时必须进行对向观测。注意：注意：如短时间内采用对向观测，则球气差已抵消，无须再进行计算改正！6.6.2三角高程测量的观测三角高程测量的观测1.在测站上安置经纬仪，量取仪器高iA；2.在目标点上安置标杆或觇牌，量取觇标高VB。（iA和VB用小钢卷尺量2次取平均，读数至1mm。）3.用经纬仪望远镜中丝瞄准目标，将竖盘水准管气泡居中，读竖盘读数，盘左盘右观测一测回。4.用电磁波测距仪测定斜距D。5.对向观测。6.6.3三角高程测量的计算三角高程测量的计算三角高程

24、测量的往测或返测高差按下式进行计算。hAB=Dtan+iA-vB+f或：hAB=Dsin+iA-vB+f由对向观测所求得往、返测高差(经球气差改正)之差fh的容许值为：fh容=0.1D(m)式中：D为两点间平距，以km为单位。Chapter conclusion1 Realize:(1)conditions of horizontal control survey and vertical control survey in our country (2)forms of horizontal control survey and vertical control survey (3)field works of horizontal control survey (4)collection of field data in fourth class levelingChapter conclusion2 Grasp:(1)data processing of several traverses (2)data processing of fourth class leveling