控制测量教案.doc
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第一章绪论
第一节控制测量的任务和作用
一、概述
1、控制网
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。
2、控制测量
测定控制点位的工作,称为控制测量
3、国家控制网
在全国范围内建立的控制网,称为国家控制网。
国家平面控制网主要布设成三角网,采用三角测量的方法。
国家高程控制网布设成水准网,采用精密水准测量的方法。
4、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、而在国家控制网的控制下建立的控制网,称为城市控制网。
5、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。
二、工程控制测量的基本任务和作用
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。
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。
在施工放样之前,需建立具有必要精度的施工控制网。
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
以上2、3阶段布设的两种控制网统称为专用控制网。
三、控制测量学的主要研究内容
控制测量学的基本科学技术内容概括如下:
(1)研究建立和维持高科技水平的工程和国家水平控制网和精密水准网的原理和方法,以满足国民经济和国防建设以及地学科学研究的需要。
(2)研究获得高精度测量成果的精密仪器和科学的使用方法。
(3)研究地球表面测量成果向椭球及平面的数学投影变换及有关问题的测量计算。
(4)研究高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法、控制测量数据库的建立及应用等。
第二节控制网的布设形式
一、平面控制网的布设形式
1、导线网的布设形式
导线网是目前工测控制网较常用的一种布设形式,它包括单一导线和具有一个或多个结点的导线网。
网中的观测值是角度(或方向)和边长。
独立导线网的起算数据是:
一个起算点的坐标和一个方向的方位角。
导线网与三角网相比,主要优点在于:
(1)网中各点上的方向数较少,除结点外只有两个方向,因而受通视要求的限制较小,易于选点和降低觇标高度,甚至无须造标。
(2)导线网的图形非常灵活,选点时可根据具体情况随时改变。
(3)网中的边长都是直接测定的,因此边长的精度较均匀。
导线网的缺点主要是:
导线网中的多余观测数较同样规模的三角网要少,有时不易发现观测值中的粗差,因而可靠性不高
2、三角网
在地面上选定一系列点位1,2,﹒﹒﹒﹒,使互相观测的两点通视,把它们按三角形的形式连接起来即构成三角网。
如果测区较小,可以把测区所在的一部分椭球面近似看做平面,则该三角网即为平面上的三角网(图1-4)。
三角网中的观测量是网中的全部(或大部分)方向值(有关方向值的观测方法见第三章),图1-4中每条实线表示对向观测的两个方向。
根据方向值即可算出任意两个方向之间的夹角。
3、边角网和三边网
边角网是指测角又测边的以三角形为基本图形的网。
如果只测边而不测角即为三边网。
实际上导线网也可以看做是边角网的特殊情况。
4、GPS网
二、高程控制网的布设
1、几何水准测量
用水准仪和水准尺进行水准测量的方法叫几何水准测量。
2、三角高程测量
三角高程测量主要用于山区的高程控制和平面控制点的高程测定。
第三节国家控制网的布设
一、布设原则
我国幅员辽阔,在大部分领域(约9600OOOkm)上布设国家天文大地网,是一项规模巨大的工程。
1、分级布网、逐级控制
由于我国领土辽阔,地形复杂,不可能用最高精度和较大密度的控制网一次布满全国。
为了适时地保障国家经济建设和国防建设用图的需要,根据主次缓急而采用分级布网、逐级控制的原则是十分必要的。
即先以精度高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、四等控制网。
2、应有足够的精度
3、应有足够的密度
控制点的密度,主要根据测图方法及测图比例尺的大小而定。
4、应有统一的规格
由于我国三角锁网的规模巨大,必须有大量的测量单位和作业人员分区同时进行作业,为此,必须由国家制定统一的大地测量法式和作业规范,作为建立全国统一技术规格的控制
二、布设方案
根据国家平面控制网施测时的测绘技术水平,我国决定采取传统的三角网作为水平控制网的基本形式,只是在青藏高原特殊困难的地区布设了一等电磁波测距导线。
1、一等三角锁布设方案
一等三角锁是国家大地控制网的骨干,其主要作用是控制二等以下各级三角测量,并为地球科学研究提供资料。
一等三角锁尽可能沿经纬线方向布设成纵横交叉的网状图形。
在一等锁交叉处设置起算边,以获得精确的起算边长。
一等锁在起算边两端点上精密测定了天文经纬度和天文方位角,作为起算方位角,用来控制锁、网中方位角误差的积累
2、二等三角锁、网布设方案
二等三角网是在一等锁控制下布设的,它是国家三角网的全面基础,同时又是地形测图的基本控制。
因此,必须兼顾精度和密度两个方面的要求。
在一等三角锁和二等基本锁控制下,布设平均边长约为13km的二等补充网。
按三角形闭合差计算所得的测角中误差小于士2.5"。
为了控制边长和角度误差的积累,以保证二等网的精度,在二等网中央处测定了起算边及其两端点的天文经纬度和方位角,测定的精度与一等点相同
3、三、四等三角网布设方案
三、四等三角网是在一、二等网控制下布设的,是为了加密控制点,以满足测图和工程建设的需要。
三、四等点以高等级三角点为基础,尽可能采用插网方法布设,但也采用了插点方法布设,或越级布网。
即在二等网内直接插人四等全面网,而不经过三等网的加密。
三等网的平均边长为8km,四等网的边长在2~6km范围内变通。
由三角形闭合差计算所得的测角中误差,三等为士1.8",四等为士2.5"。
4、GPS网
1)国家GPSA级网
2)国家GPSB级网
3)全国GPS一、二级网
三、国家高程控制网
高程控制网主要用水准测量和三角高程测量方法建立。
(1)用水准测量方法建立的高程控制网称为水准网。
高程控制网可以一次全面布网,也可以分级布设。
各等级水准测量都可作为测区的首级高程控制。
(2)三角高程测量是根据两点间的竖直角和水平距离计算高差而求出高程的,其精度低于水准测量。
国家高程控制网是用水准测量的方法建立起来的,又称国家水准网,按控制等级和施测精度分为四个等级,一、二等为精密水准测量,三、四等为普通水准测量。
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网的进一步加密。
目前我国主要采用的是1985国家高程系统。
第四节工程平面控制网的布设原则和方案
一、布设原则
工测控制网可分为两种:
一种是在各项工程建设的规划设计阶段,为测绘大比例尺地形图和房地产管理测量而建立的控制网,叫做测图控制网;另一种是为工程建筑物的施工放样或变形观测等专门用途而建立的控制网,我们称其为专用控制网。
建立这两种控制网时亦应遵守下列布网原则。
1、分级布网、逐级控制
对于工测控制网,通常先布设精度要求最高的首级控制网,随后根据测图需要,测区面积的大小再加密若干级较低精度的控制网
2、要有足够的精度
以工测控制网为例,一般要求最低一级控制网(四等网)的点位中误差能满足大比例尺1:
500的测图要求。
。
3、要有足够的密度
不论是工测控制网或专用控制网,都要求在测区内有足够多的控制点。
4、要有统一的规格
为了使不同的工测部门施测的控制网能够互相利用、互相协调,也应制定统一的规范,如现行的《城市测量规范》和《工程测量规范》。
二、布设方案
工测三角网具有如下的特点:
②各等级三角网平均边长较相应等级的国家网边长显著地缩短;
②三角网的等级较多;
③各等级控制网均可作为测区的首级控制;
④三、四等三角网起算边相对中误差,按首级网和加密网分别对待。
以上这些特点主要是考虑到工测控制网应满足最大比例尺1:
500测图的要求而提出的。
三、专用控制网的布设特点
专用控制网是为工程建筑物的施工放样或变形观测等专门用途而建立的。
由于专用控制网的用途非常明确,因此建网时应根据特定的要求进行控制网的技术设计。
第五节控制测量作业流程
用于工程测量的控制测量,一般作业流程是:
收集本测区的资料----测区踏勘----图上设计---野外实地选点--造标埋石---观测---计算
控制测量的任务是精确确定控制点的空间位置。
1)选定控制点的位置
其工作步骤包括收集资料,实地踏勘,图上设计,实地选点,造标、埋石。
2)观测
用精密的仪器和科学的操作方法将控制网中的观测元素精密测定出来。
3)计算
用严密的计算方法将控制点的空间位置计算出来。
计算步骤包括归算(将地面观测结果归算至椭球面上);投影(将椭球面上的归算结果投影到高斯平面上);平差(在高斯平面上按最小二乘法进行严密平差)。
第二章控制测量技术设计
第一节概述
一、技术设计的意义和主要任务
1、技术设计的意义
2、技术设计的主要任务
(1)根据生产任务,结合测区具体情况,拟定最佳控制网布设方案。
(2)确定适宜的精度等级。
(3)拟定建网计划
二、技术设计的依据和基本原则
1、技术设计的依据
1)、上级下达任务的文件或合同书
2)有关的法规和技术标准
3)有关测绘产品生产定额、成本定额和装备标准
2、技术设计的基本原则
1)技术设计方案应先考整体,后考局部,顾及发展;要满足用户的要求,重视社会效益和经济效益。
2)要从作业区实际情况出发,考作业单位的实力,挖掘潜力,选择最佳方案。
3)广泛收集、认真分析和充分利用已有的测绘产品及资料
4)极采用适用的新技术、新方法、新工艺。
三、编写技术设计书
1、工程名称及任务概况。
2、作业区自然地理概况。
3、已有资料的利用情况。
4、主要作业方法和技术规定
5、计划安排和经费预算
6、附件
1)可供利用的已有资料清单
2)附图、附表
3)其他
第二节技术设计中的几个技术问题
一、控制网优化设计
先提出多种布设方案,测角网、测边网、导线网、边角组合网以及测哪些边、测哪角等,根据网形和合各点的近似坐标,利用计算程序进行精度估算,优选出点位中误差最小、相对点位中误差在重要方向上的分量最小观测工作量最小的方案
二、技术设计的内容和步骤
1、收集和分析资料
(1)测区内各种比例尺的地形图。
(2)已有的控制测量成果(包括全部有关技术文件、图表、手簿等等)。
特别应注意是否有几个单位施测的成果,如果有,则应了解各套成果间的坐标系、高程系统是否统一以及如何换算等问题。
(3)有关测区的气象、地质等情况,以供建标、埋石、安排作业时间等方面的参考。
(4)现场踏勘了解已有控制标志的保存完好情况。
(5)调查测区的行政区划、交通便利情况和物资供应情况。
若在少数民族地区,则应了解民族风俗、习惯。
对搜集到的上述资料进行分析,以确定网的布设形式,起始数据如何获得,网的未来扩展等。
其次还应考虑网的坐标系投影带和投影面的选择。
此外还应考虑网的图形结构,旧有标志可否利用等问题。
2、控制网图上设计
(1)从技术指标方面考虑
图形结构良好,边长适中,对于三角网求距角不小于30°;便于扩展和加密低级网,点位要选在视野辽阔,展望良好的地方;为减弱旁折光的影响,要求视线超越(或旁离)障碍物一定的距离;点位要长期保存,宜选在土质坚硬,易于排水的高地上。
(2)从经济指标方面考虑
充分利用制高点和高建筑物等有利地形、地物,以便在不影响观测精度的前提下,尽量降低觇标高度;充分利用旧点,以便节省造标埋石费用,同时可避免在同一地方不同单位建造数座觇标,出现既浪费国家资财,又容易造成混乱的现象。
(3)从安全生产方面考虑
点位离公路、铁路和其他建筑物以及高压电线等应有一定的距离。
三、平面控制测量技术设计布设
1、控制网布设应符合的要求
卫星定位测量控制网的布设,应符合哪些要求?
1)应根据测区的实际情况﹑精度要求﹑卫星状况﹑接收机的类型和数量以及测区已有的测量资料进行综合设计。
2)首级网布设时,宜联测2个以上高级国家控制点或地方坐标系的高级控制点;对控制网内的边长,宜构成大地四边形或中点多边形。
3)控制网应由独立观测边构成一个或若干个闭合环或附合路线:
各等级控制网中构成闭合环或附合路线的边数不宜多于6条。
4)各等级控制网中独立基线的观测总数,不宜少于必要观测基线数的1.5倍。
5)加密网应根据工程需要,在满足本规范精度要求的前提下可采取比较灵活的布网方式。
6)对于采用GPS-RTK测图的测区,在控制网的布设中应顾及参考站点的分布及位置。
2、实地选点
导线网控制点点位的选定应符合的要求
1)相邻点之间必须通视,点位能长期保存;
2)便于加密、扩展和寻找;
3)观测视线超越(或旁离)障碍物应在1.3m以上;
4)平面控制点位置应沿路线布设,距路中心的位置宜大于50m且小于300m,同时应便于测角、测距及地形测量和定测放线;
第三节工程实例
一、任务概述
二、已有资料分析及利用
(1)平面控制资料:
测区各地块内均已有D级GPS控制点,该控制点采用XX市统一坐标系(采用1980西安坐标系,中央子午线为116º54′,投影面为-150米),可以直接利用作为本测区的平面起算资料。
(2)高程控制资料:
测区内分布有2个四等水准点,作为本测区高程起算资料。
(3)图件资料:
测区内有XX市国土资源档案馆提供的1:
10000、1:
50000地形图,可作为本项目设计、选点、计划用图。
三、作业技术规范及标准
(1)《城市测量规范》CJJ/T8—2011;
(2)《国家三、四等水准测量规范》GB12898-91,国家技术监督局颁发;
(3)《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T18314—2009;
(4)《卫星定位城市测量技术规范》CJJ/T73—2010;
(5)《全球定位系统城市测量技术规范》CJJ73—2010;
(6)《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》CH/T2009—2010;(7)《1:
500、1:
1000、1:
2000地形图图式》GB/T20257.1-2007;(8)《测绘成果质量检查与验收》GB/T24356—2009;
(9)《数字测绘成果质量检查与验收》GB/T18316-2008中华人民共和国国家标准;
(10)《全球定位系统实时动态测量(RTK)技术规范》CH/T2009-2010;
四、基本技术要求
(1)平面控制系统:
采用XX市统一坐标系(采用1980西安坐标系,中央子午线为116º,投影面为-150米)。
(2)高程控制系统:
釆用1985国家高程基准。
(3)成图方式:
全野外数字化成图。
(4)基本等高距:
0.5m
五、平面控制测量
在测区现有的GPS-D、E级控制点的基础上,布设一定密度的5秒和8秒点,同时为满足XX市新兴产业园1:
500数字化地形图测绘技术设计
1:
500数字化地形测图的需要发展布设图根点。
按要求文件及1:
500比例尺成图相关技术要求则每平方公里不少于3个5秒,每平方公里不少于13个8秒点,5秒点采用先进的徕卡或拓普康GPS施测;极个别情况采用徕卡或其他型号全站仪测距导线方式施测;8秒点主要以全站仪测距导线施测,其形式可布设成导线网、结点导线或单导线。
1、GPS控制网测量
空值网以GPS形式施测时,其布网应由一个或多个独立观测环构成。
GPS控制网由非同步观测边构成多边形闭合环或附合路线,GPS网宜采用边连式布网,不宜采用点连式布网,GPS网中不得出现自由基线。
同时GPS控制网与已知控制点联测的点数应不少于3个。
表4-6GPS方法观测主要技术要求
GPS观测,应在现场填写观测手薄,不得事后补记。
观测手薄的内容如下:
点名、接收机名称(型号)、接收机编号、观测者、开机时间、关机时间、时段号、天线高(测前、测后、平均)、日期。
(1)GPS测量技术要求
GPSI级网釆用静态定位测量,GPS网应布设成具有独立检核条件的图形(如三角形、大地四边形、五边形)。
GPS网点与高级点的联测不少于3个。
起算点外围连线最好要包容覆盖整个控制范围。
GPS控制的点位应满足GPS观测要求,同时顾及后续使用常规仪器进行加密测量的需要,所选的GPSI级点必须保证有两个以上方向的通视。
GPSI级点密度以保证发展二级导线为原则。
GPS控制网相邻点间弦长测量中误差规定如下:
(2)基线解算
基线解算可以釆用随机软件在微机上进行。
野外观测数据必须及时备份,并由专人保管,向甲方提供具备交换数据格式的所有原始基线数据。
1)同步环基线精度要求:
坐标分量相对闭合差<9ppm;环线全长相对闭合差<15ppm;2)基线组成异步环的坐标分量闭合差和全长闭合差精度要求:
Wx≤2nδ(2--1)
Wy≤2nδ(2--2)
Wz≤2nδ(2--3)
Ws=Wx2+Wy2+Wz2≤23nδ(2--4)
3)复测基线的长度较差,不宜超过下式规定:
ds≤22δ(2--5)
(3)平差计算
GPS内业数据处理釆用随机软件进行平差计算。
当各项要求符合标准后,应以有效观测最长的一个重合点的WGS-84系三维坐标作为起算数据,进行GPS网的无约束平差。
4)无约束平差中,基线向量的改正数绝对值应满足下式要求:
V△x≤3δ(2--6)
V△y≤3δ(2--7)
V△z≤3δ(2--8)
其中:
V=异步环坐标分量闭合差(mm);δ=弦长标准差(mm);
5)约束平差中,基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差应符合下式要求:
dV△x≤2δ(2--9)
dV△y≤2δ(2--10)
dV△z≤2δ(2--11)
GPSI级网应釆用联测了四等水准(或等外水准)的占全网总点数约30%的控制点,作为GPS网高程拟合起算,这些联测的控制点应均匀分布在GPS网的周边和中间。
当城区不利于GPS观测时,可釆用电磁波测距导线加密一级控制点,其主-级电磁波测距导线主要技术要求表。
2、导线平面控制测量
(1)导线布设
(2)导线选点注意事项:
1)导线点选在土质坚硬、稳定的地方,以便于保存点的标志和安置仪器。
2)导线点选在地势较高,视野开阔的地方,以刞于进行碎部测量或加密以及施工放样。
3)导线各边的长度应按规范规定尽是接近平均边长,且不同导线各边长不应相差过大。
导线点的数量要足够,以便控制整修测区。
4)相邻导线间要通视。
5)所选的导线间必须满足超越(或远离)障碍物1.3米以上。
6)路线平面控制点的位置应沿路线布设,距路中心的位置大于50M且小于300M,同时应便于测角、测距、及地形测量和定线放样。
7)在桥梁和隧道处,应考虑桥隧布设控制网的要求,在大型构造物的两侧应分别布设一对平面控制点。
(3)精度分析
设,m1、m2分别为两个独立观测值(或两独立观测值函数)的中误差,则其加权平均值的中误差M为
3、图根控制测量
一、二级控制点测量采用GPSRTK方式,本项目图根控制测量仍采用GPSRTK方法。
(1)一、二级平面控制测量
平面坐标和高程记录精确至0.001m。
天线高量取精确至0.001m。
RTK平面控制点测量主要技术要求应符合表4-8规定。
RTK控制点平面坐标测量时,流动站采集卫星观测数据,并通过数据链接收来自基准站的数据,在系统内组成差分观测值进行实时处理,通过坐标转换方法将观测得到的地心坐标转换为指定坐标系中的平面坐标。
1)RTK平面控制点测量流动站的技术要求与操作方法
2)成果数据处理与检查
①RTK控制测量外业采集的数据应及时进行备份和内外业检查。
②RTK控制测量外业观测记录采用仪器自带内存卡或测量手簿,
(2)图根控制测量
1)网络RTK测量
当图根导线布设成支导线时,支导线的长度不应超过图根导线测量主要技术要求规定长度的1/2,边数不宜多于3条。
(1)图根点选点
图根控制点应选在利于保存、便于使用的地方。
(2)图根控制测量可采用测距导线方式进行测量
1)电磁波测距图根导线的主要技术规格按下表执行:
2)图根点相对于起算点的点位中误差不得超过±5cm。
3)导线长度短于上表1/3时,其绝对闭合差不应大于±0.15m。
4)在房屋密集区作业时,导线的边数可适当增加,但其他技术指标仍按上表执行。
5)图根导线一般应为附合导线。
但当遇到较大的厂矿、企业、学校,只有一个出入口时,允许采用闭合导线。
6)当受地形条件限制导线无法附合时,可布设不超过四条边的支导线,支导线不得发展新点。
(3)图根控制测量可釆用GPS实时动态(RTK)技术进行观测
在实际工作中某些可能不适宜直接采用RTK方式测定图根点,可以采用在合适区域布设高等级控制点,以高等级控制点为起算点采取图根导线测量的方式布设图根点。
根据图根导线的布设原则,需要布设更高一级的控制点为起算点。
现有规范规定,RTK平面控制点按精度划分等级为:
一级控制点、二级控制点、三级控制点。
根据《城市测量规范》
六、高程控制测量
根据对地形图进行分析的结果,本地区地势起伏不大,因此可以将导线点兼作水准点,即水准网的布设形式同导线网。
(1)水准观测
水准测量所使用的仪器及水准尺,应符合水准仪视准轴与水准管轴的
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