大地测量学课程设计.docx
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大地测量学课程设计
应用大地测量课程设计
灯湖矿区控制网设计
寸录
一、目的要求及任务范围
二、测区的自然地理条件
三、测区有关测绘资料
四、测区已有地形图
五、平面坐标系统和高程系统
六、导线网的建立
七、高程控制测量
八、埋标与经费预班级:
…测绘…121
九、工作量综合计算名及工王进程计划表•…
十、控制网相关参数与平差结果
十、水准高程控制网布设7方案2825
十二、上交资料清2014-6…
11
12
13
应用大地测量学课程设计
目的要求及任务范围
1、目的:
1.总结和检验大地测量学基础基本知识的学习情况。
工程控制网分测图控制网、施工控制网、变形监测控制网等。
通过设计控制网的技术实践,深化已有知识,拓宽新的知识,掌握控制网设计的方法。
2.将大地测量学基础课程中涉及到的大量的、零散的、独立的观点和资料,按照设计任务通知书的要求,进行分析归纳综合,完成技术设计任务,达到培养和提高学生的逻辑思维和创造性思维能力的目的。
3.技术设计说明书是对工程设计进行解释与说明的书面材料,是一种技术性文件。
设计者通过技术设计,编写技术设计书,是进行科技写作的锻炼,培养科技写作的实际能力。
2、目的要求:
1.设计的项目和内容应该齐全并符合大纲和规范的要求。
设计分为几个步骤:
学习领会技术任务书、图上设计构网、做出精度估算、制定观测方案、绘制控制网图、编写技术设计说明书。
2.设计的论点应该正确,明确表达设计者的主张、意见和看法。
论据力求做到真实、充分、新颖。
公式推导正确,推理符合逻辑。
3.认真编写技术设计说明书。
在使用专业词语、布局、谋篇及至行款格式等方面,都要加强训练。
3、任务要求:
1.阅读领会任务通知书2.熟悉测区地理环境及原有测绘成果等情况;对原有控制测量成果进行分析和评定,确定其利用程度。
3.根据任务书要求,选择平面坐标系统和高程系统,拟定起始数据的配置和处理方案。
4.根据任务书要求和测区面积,确定首级控制网的等级和布网层次,确定作业的技术依据。
5.在地形图上进行首级平面控制网的选点设计,作出精度估算;平面控制网一般应设计两个方案,以便用人机对话方式进行优化,选出最佳方案。
6.在地形图上进行高程控制网的选线设计,确定水准网或测距三角高程网布设方案,并进行待定点高程精度估算;注意平面网点的高程联测方案。
7.在首级控制网的基础上,再作出加密控制网布设方案。
8.确定控制点标石规格。
9.制定观测纲要;编制建网进度计划表。
10.编制经费预算表。
11.编写技术设计说明书。
12.绘制所设计的平面和高程控制网图(A4图纸,着墨成图)
、测区的自然地理条件
1.地理概况
本测区中心位置为东经117°13',北纬34°12'。
测区地面高程为+30~+244m位于XX省XX县境内,属于华东丘陵地带,南部及中部为山地。
其上林木繁茂,不利通视,其余为平原,密布村庄和厂矿,建筑群遍地,影响观测。
灯湖位于测区东部,湖面开阔,中有大堤。
2.交通情况测区内有铁路支线通过,公路四通八达,村间大道可行汽车,交通方便。
3.气候情况
测区地处华东近海地区,气候宜人。
全年平均降雨量为1040mm雨量集中于
67、8三个月份。
全年平均气温+15C,夏季气温较高,一般为30E左右,冬季有雪,但不寒冷,最低温度为-5C,冻土线深度为0.1m。
全年平均风力为2~3级,夏季略受台风影响。
宜于野外作业时间为3~11月份,年平均作业时间利用率为21天/月。
4.居民及居民点测区内地少人多,人口稠密,多为汉族,少数为回族。
测量作业所需人力、物力、财料及食宿均可就地解决。
三、测区有关测绘资料
1.三角网成果及其精度测区内及附近有国家二等网点三个:
玉山、太山、广具山。
系1959年由XX测绘队施测,作业所依据的规范为《一、二、三、四等三角测量细则》(1958年)。
三点标石保存完好。
坐标系统为1954年北京坐标系,三度分带,中央子午线为117°。
2.高程网成果及其精度
国家U等水准路线由西向东横穿测区北部。
根据二等水准路线图,本测区内及附近应有三个二等水准点,依点之记只找到其中两个:
U-2,H-4,标石保存完好。
该二等水准路线系国家测绘队于1979年施测。
施测精度及埋石
质量均符合规范要求。
高程为1956年黄海高程系统。
3.地形图资料
1984年XX航测队航测本地区1:
50000地形图,成图质量良好,可供技术设计图上选点之用。
二等三角点、水准点坐标和高程:
点名等级x(m)y(m)H(m)玉山二
广具山二太山二
n-4二
n-2二
四、测区已有地形图
五、平面坐标系统和高程系统
通过对已有资料的分析及论证,我们决定平面坐标系统采用1954年北京坐标系,而高程系统则采用1985国家高程基准。
GPS网观测与数据处理采用基线解算、无约束平差、约束平差,经坐标转换最后得到GPS点的1954年北京坐标系坐标。
GPS点的水准高程通过已知水准高程公共点采用多项式拟合法求得。
在图上设计时我们则暂时取图纸的西南角为坐标原点,定出测区内两个假定控制点的坐标,并以此为依据进行水准及高程控制网的设计,及精度估计。
待对该测区进行实测和进行工程建设时,只需确定原点在国家80西安坐标系中坐标,即可延展出所需点坐标。
六、导线网的建立
1、1选点
(1)相邻点之间应通视良好,其视线距障碍物的距离不宜小于
(2)远离大功率无线电发射源(如电视台、微波站等),其距离不小于400米,远离高压输电线200米以上;
(3)为避免多路径效应,点位附近不应有强烈干扰卫星信号接收的物体,并尽量避开大面积水域;
(4)交通方便,有利于其它测量手段扩展和联测;基础稳固,便于点的保存。
1、2埋石与点之记三角点标石应用混凝土灌制,或用相同规格的花岗石、青石等坚硬石料代替
1、3?
使用仪器;
拓普康GTS-225全站仪设备1套,脚架3个,反射棱镜2套,喷漆两瓶,钢钉若干。
DS3自动安平水准仪1台,脚架1个,黑红双面尺1对
1、4?
线路布设路线图
D5J1
万案
6》
(1)点位选在质地坚硬、稳固可靠、便于保存的地方,视野应相对开阔,便于加
密、扩展和寻找,并按照要求绘制点之记;
(2)相邻点之间应通视良好,其视线距障碍物的距离,三、四等不宜小于;四等
以下宜保证便于观测,以不受旁折光的影响为原则;
(3)当采用电磁波测距时,相邻点之间视线应避开烟囱、散热塔、散热池等发热
体及强电磁场;
(4)相邻两点之间的视线倾角不宜太大;
(5)充分利用旧有控制点。
B观测的基本技术要求
(1)导线测量技术要求
)、观测路线:
玉山-广具山-太山-玉山
(2)人员安排:
两人负责棱镜与配套脚架,一人为观测员,一人为记录员,一人为协调员。
(3)观测方法:
在组织组员对测区进行了勘察情况下选定了控制点,在确定已知点坐标和正北方向后,按照三联脚架法对导线进行观测,具体步骤如下:
1)将全站仪安置整平对中在BM2点,棱镜分别安置在后视点BM1和前视点A的基座中,进行导线测量。
2)采用两个测回观测数据,分别置为0°0'0〃和90°0'0〃,读取水平角B,和距离S。
3)迁站时,BM2点和A点上的脚架和基座不移动,将全站仪安置在A点的基座上,BM2点上则安置棱镜,再将BM1点的仪器迁到B点,随后再如前一站进行观测,直到导线测量完毕。
4、内业计算
使用控制测量优化与平差软件进行数据计算,最后得出网形与精度统计、导线闭合差、控制点成果表、方向平差成果表、边长成果表、高差平差成果表、点位误差、点间误差。
七、高程控制测量
1、水准观测
(一)、水准测量的主要技术要求,应符合有关的规定。
(二)、水准测量所使用的仪器及水准尺,应符合下列规定:
(1)、水准仪视准轴与水准管轴的夹角,DS1型不应超过15〃;,DS3型不应超过20〃;
(2)、水准尺上的米间隔平均长与名义长之差,对于因瓦水准尺,不应超过,对于双面水准尺,不应超过;
(3)、水准点应选在土质坚硬、便于长期保存和使用方便的地点。
点位应便于寻找、保存和引测。
2、水准控制的一般规定
(一)测区的高程系统,采用1985国家高程基准。
在已有高程控制网的地区进行测量时,可沿用原高程系统;当小测区联测有困难时,亦可采用假定高程系统。
(二)高程控制测量,可采用水准测量和电磁波测距三角高程测量。
高程控制测量等级的划分,应依次为二、三、四等。
(三)首级网应布设成环形网。
当加密时,宜布设成附合路线或结点网。
(四)高程控制点间的距离,一般地区应为1〜3km了业厂区、城镇建筑区宜小于lkm。
但一个测区及周围至少应有3个高程控制点。
应布设成环形网。
当加密时,宜布设成附合路线或结点网。
3、布网形式和要求
(1)本测区以国家高等级水准点作为高程控制起算点,布设三等水准网,作为高程控制,以满足测区高程控制发展的需要。
(2)等外水准、测距高程导线,自三等水准联测点起发展不得超过2次。
(3)三等水准观测采用DS3型号的水准仪,中丝法读数,各测段测站为偶数。
作业前须对水准仪和水准尺进行检校。
(4)控制网与水准网的连测由相应水准点处采用三角测量的方法传递。
4、实测方法及过程
(一)仪器:
三等水准测量中使用DS3自动安平水准仪1台,脚架1个,黑红双面
尺1对,记录板1个。
(二)三等水准测量技术要求
前后视距
前后视距
K+黑
黑红面咼
视线最长
往返较差、
较差
累计差
—红
差之差
距离
闭合差
<5m
<10m
<3mm
<5mm
<75m
1厶'Tmm
注:
表中L为闭合导线长度,以km为单位
(三)、仪器检校
水准仪i角检验
(1)在比较平坦的地面上选取距离为30米的AB两点,然后在BA延长线上选取一点1,使1到A的距离等于30米,最后在AB延长线上选取2点,使2点到B点的距离也等于米。
(2)在A、B两点放上尺垫并在尺垫上竖立水准尺,在1点架设水准仪分别读取在A、B两点所竖立的水准尺上的中丝读数a1、b1(为了提高◎、b的精度,可在A、B两点水准尺上读中丝读数3至4次,然后取其平均值);
(3)将水准仪搬至2点,以同样的方法分别获取A、B两点所竖立的水准尺上的中丝读数a1、b1;
(4)根据下式即可计算出水准轴与视准轴之间的夹角i角:
如下图所示:
(四)、作业方法
(1)观测路线:
韩愈路-民主路-神州路-迎宾大道
(2)人员安排:
两人为跑尺员,一人为观测员,一人为记录员,一人为计算员。
(3)观测方法:
在选取了合适的路线中点之后进行观测,具体步骤如下:
1)安置整平仪器,照准后尺黑面,依次读取上、下丝及中丝读数。
2)转动仪器,照准前尺黑面,依次读取上、下丝及中丝读数。
3)前尺变红面朝向仪器,读取中丝读数。
4)后尺变红面,仪器照准后尺红面,读取中丝读数。
(五)注意事项:
1)前后视距相等(在限差内)。
2)从后视转为前视时,望远镜不得从新调焦。
3)读数前应消除视差。
4)当用水准仪瞄准、读数时,水准尺必须立直。
5)每站观测完毕后,必须及时进行计算,检核满足限差要求后才能搬站。
注:
当水准线路较长时,可设置转站,水准尺立于尺垫之上,并保证最后测站总数为偶数。
八、埋标与经费预算
标石埋设要求:
(1)、盐碱地区埋设混凝土标石,须加涂沥青,以防腐蚀。
(2)、在泥土松软、地下水位较高的地区或沼泽地区埋设标石时,除应尽量选择好埋石地点以外,应在盘石下边浇灌混凝土底层。
(3)、埋石时,须使各层标石的标志中心严格在同一铅垂线上,其偏差不大于3mm。
并用钢尺量取各层标石面间的垂直距离,填记于点之记的标石断面图中,结果取至厘米。
装备:
运送人员车辆一辆、运送材料卡车一辆;
仪器:
选择3台GPS单频接收机(配带脚架、卷尺),2台D3水准仪(配带脚架、标尺、尺垫)、全站仪一台(配带脚架、棱镜、气温气压计、卷尺);器材:
草帽、对讲机、标石、混凝土、重力计等
经费预算:
1.工资:
工程师:
3000元/人?
月*1人
技术员:
2000元/人?
月*1人
测工:
1200元/人?
月*3人
临时工:
800元/人?
月*2人
2.仪器费用:
单频接收机:
每台15000元*3台
全站仪每台:
20000元*1台
DS3水准仪:
每台2000元*1
标石:
每座100元*73座
3.生活补贴费:
每人/每天100元*30天*7人
4.交通住宿费:
每人/每天100元*30天*7人
总费用=126000元
九、工作量综合计算及工作进程计划表
外业计算:
用全站仪进行导线网观测时,应及时计算出每测回的2c值、2C互差值(一级导线小于13"),多测回方向角(方向角互差小于9〃);水准仪观测时应及时计算出前后视距差(小于1米)、累计视距差(小于3米);
内业计算:
概算和平差(见前述)
工作进程计划表:
时间
任务
备注
1天
踏勘找点(已知点)
杳看标石情况
7天
选位和造标埋石
GPS点、水准点、导线点
需待标石凝固符合要求后方可观测,导线点需要通视
1天
GPS网观测
每时段观测时间
不少于45分钟
1天
GPS网数据解算及结果精度分析
确保精度达标
7天
水准仪检校水准网施测
水准路线需要往返观测,且路线要至少经过4个GPS占
八、、
3天
水准网咼程计算和GPS网咼程拟合(包括错误测站重测时间和休息时间)
确保精度达标
3天
全站仪检校导线网施测
及时计算发现改正错误
1天
:
导线网计算及错误测站复测
确保精度
2天
休息
1天
GPS网、水准网、导线网全面检杳
杳看标石情况
2天
:
整理资料及结果、上交图纸
1天
单位检验验收
十、控制网相关参数与平差结果
第一种方案【GPS网】
该网的边长由MAPINFO估算得到,
mapinfo测量数据
起点
终占
",八、、
距离km
-1
1
-1
4
2
1
2
5
3
2
3
6
-2
3
-2
6
6
2
6
5
4
1
4
5
8
4
8
5
-3
8
-3
5
-3
6
-3
9
9
6
9
10
7
6
7
-2
10
6
10
7
平均边长
基线向量的观测中误差:
所以该网的观测值中误差为:
29.4662(mn)
a2b2,102—(10—106—2771750)2
从每个观测时段选取两条独立基线,最好各时段选取的独立基线不重复,将未知点坐标设为未知数,列岀用未知数表示观测值的方程组,从而可以得岀未知数的系数矩阵,即B矩阵。
(计算过程由
Matlab完成:
)
B=zeros(48,20);
JK=[1,99;4,99;1,2;2,5;3,2;3,6;3,99;6,99;6,2;6,5;4,1;4,5;8,4;8,5;8,99;5,99;
6,99;9,99;9,6;9,10;7,6;7,99;10,6;10,7];i=1;
while1
ifi==25;
break;
end
j=JK(i,1);k=JK(i,2);
ifj==99;
B((i-1)*2+1,(k-1)*2+1)=-1;
B((i-1)*2+2,(k-1)*2+2)=-1;
else
B((i-1)*2+1,(j-1)*2+1)=1;
B((i-1)*2+2,(j-1)*2+2)=1;
end
ifk==99;
a=1;
else
whilej~=99
B((i-1)*2+1,(k-1)*2+1)=-1;
B((i-1)*2+2,(k-1)*2+2)=-1;
break;
end
end
i=i+1;
end
i=1;
s=0;
D=blkdiag,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;
while1
ifi==25;
break;
end
s=s+D(i,i);
i=i+1;
end
q=100+(10+10*s/24F2;
C=zeros(48,48);
i=1;
while1
ifi==25;
break;
end
C((i-1)*2+1,(i-1)*2+1)=100+(10+10*D(i,i)F2;
C((i-1)*2+2,(i-1)*2+2)=100+(10+10*D(i,i)F2;
i=i+1;
end
Q=C/q;
P=inv(Q);
BTPB=B'*P*B;
QXX=inv(BTPB);
B矩阵
Q:
Qxx:
由该表知1号点和2号点为最弱点,
GPS1=<5cm
【一级附和导线】
符合导线:
flOO.26204
450.49481
478.5028784
531.1449316
492.4368942
459.862018
500.1750143
409.8531646
384.6007782
375.2485302
395.3859258
4S8,9500987
453.0739984
443.9715423
49S.6350001
407.0597784
445.6S24879
37d.2052594
443.555928
442.2854091
453.1100547
389.0355250
起始点玉山,终点太山,中间布设21个点,相邻点之间
距离平均为,且该导线经过主井石红。
详细情况见图
B:
QXX:
16号点的点位中误差最大。
Q=最弱点的点位中误差为:
=
根据测量规范及测量任务书,此误差符合限差要求,小于5cm。
matlab代码如下:
clear;yzds=2;wzds=21;gcjs=21;gcbs=22;cjzwc=5;cbzwc=;cbblwc=;JKH=[1,-1,2;2,1,3;3,2,4;4,3,5;5,3,6;6,5,7;7,6,8;8,7,9;9,8,10;10,9,11;11,10,12;12,11,13;13,12,14;14,13,15;15,14,16;16,15,17;17,16,18;18,17,19;19,18,20;20,19,21;21,20,-2];JK=[-1,1;1,2;2,3;3,4;4,5;5,6;6,7;7,8;8,9;9,10;10,11;11,12;12,13;13,14;14,15;15,16;16,17;17,18;18,19;19,20;20,21;21,-2];XYJS=[,;,;,;,;,;,;,;,;,;,;,;
;,;,;,;,;,;,;,;,;,;3793400,6000;3786800,10250];
B=zeros(gcjs+gcbs,wzds*2);
i=1;
while1
ifi==gcjs+1;break;
end
j=JKH(i,1);k=JKH(i,2);h=JKH(i,3);
ifj<=0
j=wzds+abs(j);
end
ifk<=0k=wzds+abs(k);
endifh<=0h=wzds+abs(h);
enddxjk=XYJS(k,1)-XYJS(j,1);dyjk=XYJS(k,2)-XYJS(j,2);dxjh=XYJS(h,1)-XYJS(j,1);dyjh=XYJS(h,2)-XYJS(j,2);
sjk0=dxjk*dxjk+dyjk*dyjk;sjh0=dxjh*dxjh+dyjh*dyjh;
j=JKH(i,1);k=JKH(i,2);h=JKH(i,3);
ifj<=0&k<=0
A=0;
end
ifj<=0&k>=0
B(i,k*2-1)=+ro*dyjk/sjk0;B(i,k*2)=-ro*dxjk/sjk0;
end
ifk<=0&j>=0
B(i,j*2-1)=-ro*dyjk/sjk0;B(i,j*2)=+ro*dxjk/sjk0;
end
ifk>=0&j>=0
B(i,j*2-1)=-ro*dyjk/sjk0;B(i,j*2)=+ro*dxjk/sjk0;B(i,k*2-1)=+ro*dyjk/sjk0;B(i,k*2)=-ro*dxjk/sjk0;
end
ifj<=0&h<=0
A=0;
end
ifj<=0&h>=0
B(i,h*2-1)=-ro*dyjh/sjh0;B(i,h*2)=+ro*dxjh/sjh0;
end
ifj>=0&h<=0
B(i,j*2-1)=B(i,j*2-1)+ro*dyjh/sjh0;B(i,j*2)=B(i,j*2)-ro*dxjh/sjh0;
end
ifj>=0&h>=0
B(i,j*2-1)=B(i,j*2-1)+ro*dyjh/sjh0;B(i,j*2)=B(i,j*2)-ro*dxjh/sjh0;B(i,h*2-1)=-ro*dyjh/sjh0;B(i,h*2)=+ro*dxjh/sjh0;
end
i=i+1;
end
while2
ifi==gcjs+gcbs+1;
break;
end
j=JK(i-gcjs,1);k=JK(i-gcjs,2);
ifj<=0
j=wzds+abs(j);
end
ifk<=0
k=wzds+abs(k);
end
dxjk=XYJS(k,1)-XYJS(j,1);dyjk=XYJS(k,2)-XYJS(j,2);sjk0=sqrt(dxjk*dxjk+dyjk*dyjk);
gcbc(i-gcjs)=sjk0;j=JK(i-gcjs,1);k=JK(i-gcjs,2);
ifj<=0&k<=0
A=0;
end
ifj<=0&k>=0
B(i,k*2-1)=dxjk/sjk0;B(i,k*2)=dyjk/sjk0;
end
ifk<=0&j>=0
B(i,j*2-1)=-dxjk/sjk0;B(i,j*2)=-dyjk/sjk0;
end
ifk>=0&j>=0
B(i,j*2-1)=-dxjk/sjk0;B(i,j*2)=-dyjk/sjk0;B(i,k*2-1)=dxjk/sjk0;B(i,k*2)=dyjk/sjk0;
end
i=i+1;
end
fori=1:
gcjs;
P(i,i)=cjzwc*cjzwc/(cjzwc*cjzwc);
end
fori=gcjs+1:
gcjs+gcbs;
cbfc=(cbzwc+cbblwc*gcbc(i-gcjs)/1000)*(cbz
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