1、工程測量,北京科技大學(xué)土木學(xué)院 晏劍斌,第七章 小地區(qū)控制測量,7-1 控制測量概述,控制測量的意義,1. 建立統(tǒng)一的坐標系統(tǒng),2. 控制誤差的積累,3. 便于開展各種測量工作,控制測量的分類,1.按性質(zhì)分：,平面控制測量,高程控制測量,7-1 控制測量概述,控制測量的分類,1. 按性質(zhì)分：,2. 按精度分：,國家平面和高程控制網(wǎng)分為一、二、三、四等四個等級。,城市平面控制網(wǎng)分為二、三、四等三角網(wǎng)，一、二、三級、圖根導(dǎo)線；高程控制網(wǎng)分為二、三、四等、圖根四個等級。,控制測量的方法,1.平面：,天文測量，三角測量，導(dǎo)線測量，衛(wèi)星定位測量,2.高程：,水準測量，三角高程測量，衛(wèi)星定位測量,7-1

2、控制測量概述,國家平面控制網(wǎng)簡介,1.一等三角鎖,一等：平均邊長2025km，測角中誤差0.7”,最弱邊1/15萬,7-1 控制測量概述,國家平面控制網(wǎng)簡介,1.一等三角鎖,2.二等三角網(wǎng),二等：平均邊長13km，測角中誤差1.0”,最弱邊1/15萬,7-1 控制測量概述,7-1 控制測量概述,7-1 控制測量概述,國家平面控制網(wǎng)簡介,1.一等三角鎖,2.二等三角網(wǎng),3.三、四等三角網(wǎng),三等：平均邊長 8 km，測角中誤差1.8”,最弱邊1/8萬,四等：平均邊長2-6km，測角中誤差2.5”,最弱邊1/4萬,7-1 控制測量概述,國家平面控制網(wǎng)簡介,1. 全國性的高精度GPS網(wǎng)-96GPS-A

3、級網(wǎng),1991年國際大地測量協(xié)會決定在全球范圍內(nèi)建立一個IGS（國際GPS地球動力學(xué)服務(wù)） 觀測網(wǎng)，并于1992年6-9月間實施了第一期會戰(zhàn)聯(lián)測，我國借此機會由多家單位合作，在全國范圍內(nèi) 組織了一次盛況空前的“中國92 GPS會戰(zhàn)”，目的是在全國范圍內(nèi)確定精確的地心 坐標，建立起我國新一代的地心參考框架及其與國家坐標系的轉(zhuǎn)換參數(shù)；以優(yōu)于10-8量 級的相對精度確定站間基線向量，布設(shè)成國家高精度衛(wèi)星大地網(wǎng)的骨架，并奠定地殼運動 及地球動力學(xué)研究的基礎(chǔ)。,7-1 控制測量概述,33個點,7-1 控制測量概述,作為我國高精度坐標框架的補充以及為滿足國家建設(shè)的需要，在國家A級網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立了國家 B級

4、網(wǎng)（又稱國家高精度GPS網(wǎng)）。布測工作從1991年開始，經(jīng)過5年 努力完成外業(yè)工作，內(nèi)業(yè)計算也已完成。全網(wǎng)基本均勻布點，覆蓋 全國，共布測818個點，總獨立基線數(shù)2200多條，平均邊長在我國東部地區(qū)為50km，中部地區(qū)為 100km，西部地區(qū)為150km，經(jīng)整體平差后，點位地心坐標精度達0.1m，GPS基線邊長 相對中誤差可達 2.0*10-8，高程分量相對中誤差為3.0*10-8。,國家平面控制網(wǎng)簡介,2. 國家高精度GPS網(wǎng)-GPS-B級網(wǎng),7-1 控制測量概述,818個點,7-1 控制測量概述,國家平面控制網(wǎng)簡介,國家高程控制網(wǎng)簡介,水準測量是建立國家高程控制網(wǎng)的唯一方法；分成四個等級,

5、一等水準網(wǎng)：是國家高程控制的骨干，沿地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定、交通不太繁忙、地勢平緩的交通路線布設(shè)，構(gòu)成網(wǎng)狀，環(huán)線周長10002000 km，視地形條件而定,二等水準網(wǎng)：是國家高程控制的全面基礎(chǔ)，在一等環(huán)內(nèi)沿主要公路、鐵路及河流布設(shè)，環(huán)線周長500750 km,一、二等水準網(wǎng)是全國范圍內(nèi)高程控制的基礎(chǔ)，同時也是一些科學(xué)研究如地殼垂直形變規(guī)律、各海洋平均海水面的高度變化等有關(guān)科學(xué)問題的主要依據(jù)。,7-1 控制測量概述,國家平面控制網(wǎng)簡介,國家高程控制網(wǎng)簡介,7-1 控制測量概述,國家平面控制網(wǎng)簡介,國家高程控制網(wǎng)簡介,三、四等水準網(wǎng)：在高等水準環(huán)內(nèi)進一步加密。三等水準網(wǎng)布設(shè)成附合路線，并盡量交叉，環(huán)線長不超

6、過300km。是直接為地形測圖和工程建設(shè)服務(wù)的。,各個等級水準測量的精度要求,7-1 控制測量概述,城市控制網(wǎng)簡介,在國家控制點的基礎(chǔ)上，根據(jù)測區(qū)的大小、城市規(guī)劃和施工測量的要求，布設(shè)不同等級的城市平面和高程控制網(wǎng)，以供地形測圖和施工放樣使用。,城市測量規(guī)范是建立城市控制網(wǎng)的依據(jù),直接供地形測圖使用的控制點，稱為圖根控制點，簡稱圖根點，測定圖根點位置的工作，稱為圖根控制測量,行業(yè)測量規(guī)范(公路、鐵路、水利、煤炭),本章主要討論小地區(qū)（10km2以下）平面和高程控制網(wǎng)的建立問題，以直接為工程建設(shè)服務(wù),平面：導(dǎo)線、小三角,高程：水準、三角高程,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量概述,將測區(qū)內(nèi)相鄰控制點連成

7、直線而構(gòu)成的折線，稱為導(dǎo)線。這些控制點，稱為導(dǎo)線點。,導(dǎo)線測量就是依次測定各導(dǎo)線邊的長度和各轉(zhuǎn)角值；根據(jù)起算數(shù)據(jù)，推算各邊的坐標方位角，從而求出各導(dǎo)線點的坐標。,經(jīng)緯儀導(dǎo)線鋼尺量邊,電磁波測距導(dǎo)線光電測距儀量邊,導(dǎo)線測量是建立小地區(qū)平面控制網(wǎng)最常用的一種方法，特別是地物分布較復(fù)雜的建筑區(qū)、視線障礙較多的隱蔽區(qū)和帶狀地區(qū)。,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線的布設(shè)形式,1. 閉合導(dǎo)線,2. 附合導(dǎo)線,3. 支導(dǎo)線,7-2 導(dǎo)線測量,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的外業(yè)工作,踏勘選點建標志、量邊、測角、連測。,1. 踏勘選點建立標志,相鄰點間通視良好，地勢較平坦，便于測角和量距,點位應(yīng)選在土質(zhì)堅實處，便于保存標志

8、和安置儀器,視野開闊，便于施測碎部,導(dǎo)線各邊的長度應(yīng)大致相等，除特殊情形外，應(yīng)不大于350m，也不宜小于50m,導(dǎo)線點應(yīng)有足夠的密度，分布較均勻，便于控制整個測區(qū),7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的外業(yè)工作,1. 踏勘選點建立標志,永久點要埋石,臨時點打木樁，澆混凝土，樁上釘一釘子,作好點之記,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的外業(yè)工作,1. 踏勘選點建立標志,2. 量邊,可用鋼尺或測距儀量邊，同時要觀測豎直角（可在觀測水平角時順便進行）。對于等級導(dǎo)線，用鋼尺均應(yīng)采用精密丈量方法。,3. 測角,DJ6儀器一個測回（圖根），對于一、二、三級導(dǎo)線分別測4、3、2個測回,4. 連測,觀測連接角和連接邊，如無高級

9、點，應(yīng)用羅盤儀測定起始邊的磁方位角,要做好導(dǎo)線測量的外業(yè)記錄，并要妥善保存原始記錄！,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的內(nèi)業(yè)計算,基本思想：極坐標法求坐標增量,一角一邊即可解算一個點！,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的內(nèi)業(yè)計算,1. 支導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算,極坐標法連續(xù)順推,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的內(nèi)業(yè)計算,1. 支導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算,2. 閉合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算,低精度閉、附合導(dǎo)線常用近似計算的方法配賦閉合差, 角度閉合差的計算與調(diào)整,f測-理=測-(n-2)180,調(diào)整原則：f f容 時，反號平均分配 v=-f/n,f/n湊整原則：余數(shù)湊到短邊兩端的角上,7-2 導(dǎo)線測量,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的內(nèi)業(yè)計算

10、,2. 閉合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算, 角度閉合差的計算與調(diào)整, 用改正后的角度推算各邊的坐標方位角, 推算各邊的坐標增量,7-2 導(dǎo)線測量,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的內(nèi)業(yè)計算,2. 閉合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算, 角度閉合差的計算與調(diào)整, 用改正后的角度推算各邊的坐標方位角, 推算各邊的坐標增量, 坐標增量閉合差的計算與調(diào)整,調(diào)整原則： “反號按邊長成正比配賦給各邊的坐標增量”,7-2 導(dǎo)線測量,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的內(nèi)業(yè)計算,2. 閉合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算, 角度閉合差的計算與調(diào)整, 用改正后的角度推算各邊的坐標方位角, 推算各邊的坐標增量, 坐標增量閉合差的計算與調(diào)整, 坐標增量改正及計算導(dǎo)線各點坐標,7

11、-2 導(dǎo)線測量,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的內(nèi)業(yè)計算,1. 支導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算,2. 閉合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算,3. 附合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算,附合導(dǎo)線的計算步驟與閉合導(dǎo)線完全相同，僅由于兩者形式不同，致使角度閉合差與坐標增量閉合差的計算稍有區(qū)別。,角度閉合差的計算,f=CD推-CD =(AB +n180)-CD,7-2 導(dǎo)線測量,導(dǎo)線測量的內(nèi)業(yè)計算,3. 附合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計算,角度閉合差的計算,坐標增量閉合差的計算,7-3 小三角測量,小三角測量是在小范圍內(nèi)布設(shè)的邊長較短的小三角網(wǎng)的測量,特點：主要是測角，很少或者不量邊，適用山區(qū)或丘陵地區(qū),優(yōu)點：控制面積大，幾何條件多，圖形結(jié)構(gòu)強，角度觀測質(zhì)量容易檢查,缺

12、點：控要求點間相互通視,7-3 小三角測量,外定向線形鎖,內(nèi)定向線形鎖,單三角網(wǎng),中點多邊形,大地四邊形,7-4 角度交會測量,前方交會法,作業(yè)方式：在已知點A、B上分別向新點P觀測水平角和，從而可以計算P點的坐標。,特點：適用于觀測點不容易到達或設(shè)站的地方,7-4 角度交會測量,前方交會法,計算方法：按照導(dǎo)線計算方法，以AB為起始邊計算導(dǎo)線，邊長可按正弦定律解之,檢核：從三個已知點A、B、C上分別向新點P進行角度觀測，由兩個三角形分別解算P點的坐標。,前方交會法,側(cè)方交會法,作業(yè)方式：在一個已知點A和未知點P上安置儀器，觀測水平角A和P。,特點：適用于有一個已知點不容易到達或設(shè)站、但未知點可

13、以設(shè)站的地方,7-4 角度交會測量,前方交會法,側(cè)方交會法,檢核：在P點時，除了觀測P之外，還需瞄準第三個已知點C，觀測角(稱為檢驗角)作為檢核之用。,7-4 角度交會測量,前方交會法,側(cè)方交會法,后方交會法,作業(yè)方式：將儀器安置在未知點P點向三個已知點A、B、C進行觀測，測出水平角1 ,2 ，然后進行計算。,特點：只需在未知點上設(shè)站，不用到達已知點。但存在危險圓。,7-4 角度交會測量,前方交會法,側(cè)方交會法,后方交會法,檢核：向四個已知點進行觀測，測出水平角與檢驗角,7-4 角度交會測量,前方交會法,側(cè)方交會法,后方交會法,計算：物理重心公式,7-4 角度交會測量,前方交會法,側(cè)方交會法,

14、后方交會法,后方交會的危險圓,應(yīng)用條件：有四個高級控制點，且P點不在A、B、C三點所構(gòu)成的圓周上或該圓周的附近,7-4 角度交會測量,7-5 高程控制測量,觀測順序：“后前前后”,觀測視距：計算前后視距差，前后視距累積差；,三、四等水準測量,三角高程測量,hAB=Dtg+iv,HB=HA+hAB,7-5 高程控制測量,三、四等水準測量,7-5 高程控制測量,三角高程測量原理,當(dāng)兩點距離大于300m時，應(yīng)考慮地球曲率和大氣折光對高差的影響。,hAB=Dtg+iv+f,f=c-=0.43D2/R,三角高程測量，應(yīng)進行對向觀測，它可消除地球曲率和減弱大氣折光的影響。,7-5 高程控制測量,三角高程測

15、量原理,三角高程的觀測與計算,1.安置儀器，量儀高及覘標高,2.測量豎直角（中絲測回法）及邊長,3.利用對向觀測求平均高差并計算高程,三角高程的誤差來源與減弱措施,hAB=Dtg+iv,量邊誤差,采用光電測距儀測距,豎直角誤差,采用高精度儀器，選擇有利觀測時機（陰天或中午），減小邊長用短邊傳播,大氣折光影響,同時對向觀測，觀測時機，減小邊長,儀高覘高誤差,仔細丈量,4-2 視距測量,視距測量是用望遠鏡內(nèi)視距絲裝置，根據(jù)幾何光學(xué)原理同時測定距離和高差的一種方法。,優(yōu)點：操作方便，速度快，不受地面高低起伏限制等優(yōu)點。,缺點：精度較低，但能滿足測定碎部點位置的精度要求。,4-2 視距測量,視距測量原理,1.視線水平時,D=d+f+p=Kl+C,= D=Kl,K=100, =3422.