控制測量實(shí)驗(yàn)第1頁/共46頁控制測量實(shí)驗(yàn)概述關(guān)于平面網(wǎng)、高程網(wǎng)、GPS網(wǎng)測量的方法、儀器檢驗(yàn)、儀器野外操作、測量數(shù)據(jù)處理。經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、GPS接收機(jī)的檢驗(yàn)。精密角度、精密距離、精密三維坐標(biāo)測量。精密水準(zhǔn)測量、精密三角高程測量。精密GPS測量。第2頁/共46頁常見的控制測量實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)一經(jīng)緯儀照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)是否正確的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二水平度盤對徑分劃線重合一次中誤差的測定實(shí)驗(yàn)三經(jīng)緯儀光學(xué)測微器隙動差的測定實(shí)驗(yàn)四經(jīng)緯儀光學(xué)測微器行差的測定實(shí)驗(yàn)五經(jīng)緯儀水平軸不垂直于垂直軸之差的測定實(shí)驗(yàn)六按垂直軸傾斜法測定水準(zhǔn)器格值實(shí)驗(yàn)七水平角觀測(方向觀測法〉實(shí)驗(yàn)八垂直角觀測實(shí)驗(yàn)九精密水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的認(rèn)識及讀數(shù)、水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺的檢驗(yàn)與校正實(shí)驗(yàn)十精密水準(zhǔn)測量實(shí)驗(yàn)十一GPS靜態(tài)測量實(shí)驗(yàn)十二GPS動態(tài)測量第3頁/共46頁1822年高斯在Hannover進(jìn)行的三角測量第4頁/共46頁三角測量和導(dǎo)線測量第5頁/共46頁世界幾何衛(wèi)星三角網(wǎng)第6頁/共46頁中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)網(wǎng)第7頁/共46頁中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)基本網(wǎng)（56）第8頁/共46頁中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)區(qū)域網(wǎng)（1000）

第9頁/共46頁2000中國GPS大地控制網(wǎng)

第10頁/共46頁精密光學(xué)經(jīng)緯儀的特點(diǎn)（望遠(yuǎn)鏡1）內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡等效物鏡的焦距f與組成它的兩個(gè)透鏡一一物鏡和調(diào)焦鏡的焦距f1

和f2有下列關(guān)系：第11頁/共46頁精密光學(xué)經(jīng)緯儀的特點(diǎn)（望遠(yuǎn)鏡2）望遠(yuǎn)鏡的焦距越長其準(zhǔn)直性越好。精密測角儀器的望遠(yuǎn)鏡大多用較長焦距的凹透鏡做調(diào)焦鏡，從而使等效物鏡的焦距大于原物鏡的焦距，甚至大于望遠(yuǎn)鏡的長度。例如f1=259mm，f2=-83.4mm(負(fù)值表示調(diào)焦鏡是凹透鏡)，當(dāng)d=230mm時(shí)，按式計(jì)算可得f=396mm。但這種望遠(yuǎn)鏡盲區(qū)（一般也稱為最短視距）較大，如威特T3光學(xué)經(jīng)緯儀的最短視距為4.6m。第12頁/共46頁精密光學(xué)經(jīng)緯儀的特點(diǎn)（望遠(yuǎn)鏡3）若調(diào)焦鏡在運(yùn)動過程中有晃動，從而引起視準(zhǔn)軸不規(guī)則的變動，則會對測角成果帶來誤差。為了避免由調(diào)焦引起視準(zhǔn)軸變動而產(chǎn)生的不良影響，規(guī)范中規(guī)定水平角觀測時(shí)在一測回內(nèi)不得重新調(diào)焦。透鏡公式：

對于平均邊長在3km以上的三角網(wǎng)，水平角觀測時(shí)，執(zhí)行在一測回內(nèi)不重新調(diào)焦的規(guī)定是不會影響照準(zhǔn)精度的。對于有些工程控制網(wǎng)或?qū)Ｓ每刂凭W(wǎng)，平均邊長較短，且各邊邊長相差較大，這時(shí)不重新調(diào)焦會引起明顯的視差，影響照準(zhǔn)精度。第13頁/共46頁精密光學(xué)經(jīng)緯儀的特點(diǎn)（水準(zhǔn)器1）在精密經(jīng)緯儀上主要有位于照準(zhǔn)部上的照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器和位于豎盤讀數(shù)指標(biāo)上的豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)器。照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器是用以精確整平儀器的，即使儀器的豎軸安置鉛直。豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)器是用以使豎盤指標(biāo)處于正確的狀態(tài)，以便在豎盤上進(jìn)行讀數(shù)。水準(zhǔn)器的精度主要由水準(zhǔn)器的格值來衡量，所謂格值，就是管面一個(gè)分格的寬度(2mm)所對水準(zhǔn)管內(nèi)壁縱向圓弧的圓心角之值，一般以τ表示。第14頁/共46頁精密光學(xué)經(jīng)緯儀的特點(diǎn)（水準(zhǔn)器2）精密光學(xué)經(jīng)緯儀威特T3的照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器的格值為7”，即7”/2mm。水準(zhǔn)器的精度，雖然主要決定于格值τ的大小，但是相同格值的水準(zhǔn)器，其靈敏度可能不同。所謂靈敏度就是當(dāng)人們的肉眼發(fā)覺氣泡有最小的移動量(大約為0.2mm左右)時(shí)，水準(zhǔn)管軸所傾斜的角。在控制測量中，只有需要改正縱軸傾斜對水平方向觀測值的影響時(shí)，才用到水準(zhǔn)器的格值，所以水準(zhǔn)器格值很少經(jīng)常測定。第15頁/共46頁精密光學(xué)經(jīng)緯儀的特點(diǎn)（水平度盤1）由于水平度盤的圓周長有限，所以兩相鄰分劃線的間距是很小的，如威特T3光學(xué)經(jīng)緯儀水平度盤的直徑為140mm，格值為4′，則兩相鄰分劃線間距約為0.09mm。精密測角儀器都有能精確量取不足一個(gè)分格值的測微裝置，一般稱為測微器。長周期系統(tǒng)誤差，短周期系統(tǒng)誤差。根據(jù)周期誤差的性質(zhì)，把度盤全周所有格值取平均數(shù)，可得正確的格值，如果在度盤上取均勻?qū)ΨQ的幾個(gè)格值，然后取平均數(shù)，其結(jié)果也很正確。第16頁/共46頁精密光學(xué)經(jīng)緯儀的特點(diǎn)（水平度盤2）規(guī)范規(guī)定，測回之間必須均勻地變換度盤位置，亦即使每一方向的讀數(shù)都平均分配在度盤的許多位置上讀取。如計(jì)劃在測站上使用光學(xué)經(jīng)緯儀威特T3觀測m個(gè)測回，則測回間應(yīng)將水平度盤移動180/m。威特T3光學(xué)經(jīng)緯儀兩測回之間度盤應(yīng)移動威特T3光學(xué)經(jīng)緯儀兩測回之間度盤應(yīng)移動為了消除讀數(shù)測微器分劃線的系統(tǒng)誤差，一個(gè)方向在各測回中的讀數(shù)應(yīng)均勻分布在測微器不同的分劃位置上。第17頁/共46頁三軸誤差的定義視準(zhǔn)軸、水平軸（又稱橫軸）及垂直軸是經(jīng)緯儀三個(gè)主要的軸。它們之間應(yīng)滿足的幾何關(guān)系是視準(zhǔn)軸垂直于水平軸，水平軸垂直于垂直軸，垂直軸應(yīng)居于鉛垂線方向。這些關(guān)系不能滿足時(shí)，將分別產(chǎn)生視準(zhǔn)軸誤差、水平軸傾斜誤差和垂直軸傾斜誤差，統(tǒng)稱為經(jīng)緯儀的三軸誤差。第18頁/共46頁視準(zhǔn)軸誤差視準(zhǔn)軸是望遠(yuǎn)鏡等效物鏡光心與十字絲中心的連線。引起視準(zhǔn)軸不垂直于水平軸的原因:1.十字絲分劃板位置安裝不正確2.調(diào)焦鏡位置不正確或調(diào)焦鏡運(yùn)行時(shí)晃動3.氣溫變化引起視準(zhǔn)軸位置變化第19頁/共46頁視準(zhǔn)軸誤差示意圖在圖(α)中，視準(zhǔn)軸偏離了與水平軸正交的方向，而產(chǎn)生了視準(zhǔn)誤差，規(guī)定視準(zhǔn)軸偏向垂直度盤一側(cè)時(shí)，為正值，反之為負(fù)值。第20頁/共46頁視準(zhǔn)軸誤差對水平角的影響及其規(guī)律應(yīng)用球面三角公式:當(dāng)α=0時(shí),ΔC=C,正確的度盤讀數(shù)L0比有視準(zhǔn)軸誤差影響ΔC時(shí)的實(shí)際讀數(shù)要小盤左盤右取平均得:兩倍C角誤差:當(dāng)α較小時(shí):第21頁/共46頁計(jì)算2C(兩倍視準(zhǔn)誤差〉的作用影響一測回中各方向值不等的主要原因是：受到照準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差等偶然誤差的影響。此外，在溫度變化等因素影響下儀器的視準(zhǔn)軸變化也會使各方向的值不相等。因此，在一測回中各方向互差的大小，在一定程度上反映了觀測成果的質(zhì)量，所以規(guī)范規(guī)定：一測回中各方向值的互差對于J1型儀器不得超過9"，對于J2型儀器不得超過13"。

絕對值對于J1型儀器應(yīng)小于20"，對于J2型儀器應(yīng)小于30"，否則應(yīng)進(jìn)行校正。

第22頁/共46頁水平軸誤差產(chǎn)生原因:1.左右兩端支架不等高2.水平軸兩端軸徑不相等第23頁/共46頁視準(zhǔn)軸誤差示意圖圖中H1H1’為傾斜了i角的水平軸，H

H’為水平位置的水平軸?，F(xiàn)以水平軸中點(diǎn)為圓心作一半球，視準(zhǔn)軸指向天頂時(shí)與球面的交點(diǎn)為Z。為了保持視準(zhǔn)軸與水平軸正交的關(guān)系，所以視準(zhǔn)軸也傾斜i角，因此，原指向天頂?shù)囊暅?zhǔn)軸移至OZ’。第24頁/共46頁水平軸誤差對水平角的影響應(yīng)用球面三角公式:當(dāng)α=0時(shí),Δi=0,正確的度盤讀數(shù)L0比有水平軸誤差影響Δi時(shí)的實(shí)際讀數(shù)要小盤左盤右取平均得:兩倍i角誤差:第25頁/共46頁視準(zhǔn)軸誤差和水平軸誤差聯(lián)合影響α2C/cosα2itanα030.00″0.00″330.04″1.56″630.15″3.00″1130.60″5.80″設(shè)2C=30″,2i=30″第26頁/共46頁視準(zhǔn)軸誤差和水平軸誤差聯(lián)合檢驗(yàn)1高、低點(diǎn)法：解上式得：第27頁/共46頁視準(zhǔn)軸誤差和水平軸誤差聯(lián)合檢驗(yàn)2觀測n個(gè)測回：或表示為：規(guī)范規(guī)定，對于J1型經(jīng)緯儀，i,C的絕對值都應(yīng)小于10"，對于J2型經(jīng)緯儀，i,C的絕對值都應(yīng)小于15".第28頁/共46頁垂直軸傾斜誤差產(chǎn)生原因儀器整平不完善縱軸晃動因土質(zhì)松軟引起的腳架下沉或因震動、溫度和風(fēng)力等因素的影響而引起的腳架移動。照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器校正后的剩余誤差或因單向受熱使水準(zhǔn)器氣泡偏離正確位置。第29頁/共46頁垂直軸傾斜誤差示意圖設(shè)水平軸垂直于垂直軸，則水平軸繞垂直軸旋轉(zhuǎn)所形成的平面也垂直子垂直軸。如果垂直軸位于鉛垂線位置，則水平軸旋轉(zhuǎn)形成的平面呈水平狀態(tài)，如圖中的OHN1H'N，即固有斜線的平面。如果垂直軸傾斜了一個(gè)小角v，則水平軸旋轉(zhuǎn)形成的平面相對水平面也傾斜一個(gè)v角，如圖中的OH1N1H1'N，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)平面交于水平線N1N。第30頁/共46頁垂直軸傾斜誤差對水平角的影響垂直軸傾斜會引起水平度盤傾斜和水平軸傾斜可以證明，當(dāng)v角很小時(shí)(一般v<l′)，因水平度盤傾斜對水平方向觀測值影響很小，可不予考慮。下面主要討論由于垂直軸傾斜而引起的水平軸傾斜對水平方向觀測值的影響照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)到任意位置時(shí)傾斜角的大小為：第31頁/共46頁垂直軸傾斜誤差對水平角的影響規(guī)律垂直軸傾斜時(shí)，其傾角v的大小和傾斜方向不會因照準(zhǔn)部的轉(zhuǎn)動而有所改變。因此垂直軸傾斜而引起水平軸傾斜的方向在望遠(yuǎn)鏡倒轉(zhuǎn)前后也是相同的。亦即Δv的正負(fù)號不變，因而對任一觀測方向在盤左、盤右觀測結(jié)果的平均值中不能消除其誤差影響。而在盤左和盤右讀數(shù)的差數(shù)中將沒有這種誤差的影響，也就是說，我們并不能用2c來判斷是否存在垂盲軸傾斜誤差的影響。第32頁/共46頁削弱垂直軸傾斜誤差影響的措施

(1)盡量減小垂直軸的傾斜角v值應(yīng)仔細(xì)檢驗(yàn)和校正照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器。觀測前應(yīng)精密置平儀器，觀測過程中應(yīng)隨時(shí)注意氣泡居中狀況，當(dāng)氣泡偏離中央超過允許范圍時(shí)，及時(shí)采取措施。(2)測回間經(jīng)常重新整置儀器測回間經(jīng)常重新整置儀器，可以使垂直軸在各測回觀測時(shí)有不同的傾斜方位和不同大小的傾斜角，這樣一來各測回中由子垂直軸傾斜帶來的影響就具有偶然誤差的性質(zhì)。(3)將水平方向觀測值加垂直軸傾斜改正第33頁/共46頁垂直軸傾斜改正數(shù)的計(jì)算

按公式計(jì)算垂直軸傾斜改正數(shù)Δv時(shí)，可以根據(jù)水準(zhǔn)器氣泡偏離中央的格數(shù)來計(jì)算水平軸的傾斜角度iv，設(shè)水準(zhǔn)器的格值為τ″，氣泡偏離中央n格時(shí)，水準(zhǔn)器軸傾斜角為nτ″，也就是水平軸傾斜角為iv=nτ″，所以第34頁/共46頁照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管刻劃形式1第35頁/共46頁照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管讀數(shù)1形式1:氣泡讀數(shù)氣泡偏離中央的格值及垂直軸傾斜改正數(shù)第36頁/共46頁照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管刻劃與讀數(shù)2形式2氣泡讀數(shù)氣泡偏離中央的格值及垂直軸傾斜改正數(shù)第37頁/共46頁垂直軸傾斜法測定水準(zhǔn)器格值

水準(zhǔn)器格值：水準(zhǔn)器格值是根據(jù)水準(zhǔn)器軸傾斜小角i和與之對應(yīng)的氣泡移動格數(shù)來求得:如果水準(zhǔn)器軸在兩個(gè)位置上的傾斜量分別為i1和i2，相應(yīng)的氣泡偏離中央的格數(shù)n1和n2，可知n1-n2就是氣泡移動的格數(shù)，則水準(zhǔn)器格值τ為:第38頁/共46頁水準(zhǔn)器格值測定方法1由于水準(zhǔn)器軸與水平軸是相互平行的關(guān)系，也就是說，水準(zhǔn)器軸的傾斜變化與水平軸的傾斜變化規(guī)律是一致的。因此，水準(zhǔn)器軸在兩個(gè)位置上的傾斜角i1和i2

與縱軸傾斜的關(guān)系為：第39頁/共46頁水準(zhǔn)器格值測定方法2設(shè)儀器垂直軸傾斜一個(gè)δ角，并設(shè)A0為垂直軸傾斜而水準(zhǔn)器氣泡仍居中時(shí)水平度盤讀數(shù)，即望遠(yuǎn)鏡指向垂直軸傾斜方向，水準(zhǔn)軸處于NN1位置。照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)到任意位置時(shí)，水準(zhǔn)軸傾斜i角，此時(shí)度盤讀數(shù)為A，則第40頁/共46頁水準(zhǔn)器格值測定方法3由于不能求得A0的正確值，需對上式進(jìn)行改化，在A0的位置附近選擇兩個(gè)位置A1和A2

，相應(yīng)的氣泡位置讀數(shù)為n1、n2，水準(zhǔn)軸的傾斜角分別為i1和i2，則由上式得第41頁/共46頁水準(zhǔn)器格值測定方法4因?yàn)锳1和A2均在A0附近，又A2-A1是小角，所以：則為計(jì)算方便，式中i1-i2以秒為單位，ΔA以分為單位，δ以度為單位則第42頁/共46頁按垂直軸傾斜法測定水準(zhǔn)器格值的操作方法1

1)將儀器安置在穩(wěn)固的儀器墩或腳架上，使望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸與兩個(gè)腳螺旋連線的方向正交，使第三個(gè)腳螺旋與視準(zhǔn)軸在同一垂面上，然后在視準(zhǔn)軸方向的適當(dāng)距離處選定一固定點(diǎn)或設(shè)置標(biāo)志。2)精密置平儀器，使垂直軸垂直，用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)標(biāo)志，讀取垂直度盤讀數(shù)為a。然后下俯或上仰望遠(yuǎn)鏡約1°并固定之，再讀取垂直度盤讀數(shù)為b。3)升高或降低照準(zhǔn)方向上的腳螺旋，使望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)原來的標(biāo)志，此時(shí)垂直軸的傾斜角δ=a-b。由于水準(zhǔn)器軸與照準(zhǔn)方向正交，所以此時(shí)水準(zhǔn)器軸并不傾斜。2)，3)的操作步驟是垂直軸傾斜角δ的測定。第43頁/共46頁按垂直軸傾斜法測定水準(zhǔn)器格值的操作方法24)向左旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部至水準(zhǔn)氣泡位于玻璃管受檢驗(yàn)部分的一端，并記下水平度盤讀數(shù)A1，用照準(zhǔn)部微動螺旋轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部使水準(zhǔn)氣泡移至玻璃管受檢驗(yàn)部分的另一端，并記下水平度盤讀數(shù)A