1、第7章 小地區(qū)控制測(cè)量 7.1 控制測(cè)量概述 測(cè)量工作必須遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則。 這里的“整體”是指控制測(cè)量(control survey)， 其含義為控制測(cè)量應(yīng)按由高等級(jí)到低等級(jí)逐級(jí)加密進(jìn)行，直至最低等級(jí)的圖根控制測(cè)量(mapping control survey)， 再在圖根控制點(diǎn)上安置儀器進(jìn)行碎部測(cè)量或測(cè)設(shè)工作。 控制測(cè)量包括平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量，稱測(cè)定點(diǎn)位的(x,y)坐標(biāo)為平面控制測(cè)量，測(cè)定點(diǎn)位的H坐標(biāo)為高程控制測(cè)量。 在全國(guó)范圍內(nèi)建立的控制網(wǎng)，稱為國(guó)家控制網(wǎng)。 它是全國(guó)各種比例尺測(cè)圖的基本控制，也為研究地球的形狀和大小，了解地殼水平形變和垂直形變的大小及趨勢(shì)

2、，為地震預(yù)測(cè)提供形變信息等服務(wù)。 國(guó)家控制網(wǎng)是用精密測(cè)量?jī)x器和方法依照國(guó)家三角測(cè)量和精密導(dǎo)線測(cè)量規(guī)范、全球定位系統(tǒng)(GPS)測(cè)量規(guī)范、國(guó)家一、二等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范及國(guó)家三、四等水準(zhǔn)測(cè)量規(guī)范按一、二、三、四等四個(gè)等級(jí)、由高級(jí)到低級(jí)逐級(jí)加密點(diǎn)位建立的。 (1) 平面控制測(cè)量 我國(guó)的國(guó)家平面控制網(wǎng)(horizontal control network)是采用逐級(jí)控制、分級(jí)布設(shè)的原則，分一、二、三、四等方法建立起來(lái)的。 主要由三角測(cè)量(triangulation)法布設(shè)，在西部困難地區(qū)采用導(dǎo)線測(cè)量(traverse survey)法。,一等三角鎖沿經(jīng)線和緯線布設(shè)成縱橫交叉的三角鎖系，鎖長(zhǎng)200250公里，

3、構(gòu)成許多鎖環(huán)。 一等三角鎖內(nèi)由近于等邊的三角形組成，邊長(zhǎng)為2030公里。 二等三角測(cè)量有兩種布網(wǎng)形式，一種是由縱橫交叉的兩條二等基本鎖將一等鎖環(huán)劃分成4個(gè)大致相等的部分，這4個(gè)空白部分用二等補(bǔ)充網(wǎng)填充，稱縱橫鎖系布網(wǎng)方案；另一種是在一等鎖環(huán)內(nèi)布設(shè)全面二等三角網(wǎng)(triangulation network)，稱全面布網(wǎng)方案。 二等基本鎖的邊長(zhǎng)為2025公里，二等網(wǎng)的平均邊長(zhǎng)為13公里。 一等鎖的兩端和二等網(wǎng)的中間，都要測(cè)定起算邊長(zhǎng)、天文經(jīng)緯度和方位角。 國(guó)家一、二等網(wǎng)合稱為天文大地網(wǎng)(astro-geodetic network)。 我國(guó)天文大地網(wǎng)于1951年開(kāi)始布設(shè)，1961年基本完成，197

4、5年修補(bǔ)測(cè)工作全部結(jié)束，全網(wǎng)約有5萬(wàn)個(gè)大地點(diǎn)。 三、四等三角網(wǎng)為在二等三角網(wǎng)內(nèi)的進(jìn)一步加密。 圖7-1為廣東省(含現(xiàn)在的海南省)的一等三角鎖(triangulation chain)和二等三角基本鎖的布設(shè)略圖。,城市或廠礦等地區(qū)，一般應(yīng)在上述國(guó)家等級(jí)控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)測(cè)區(qū)的大小、城市規(guī)劃或施工測(cè)量的要求，布設(shè)不同等級(jí)的城市平面控制網(wǎng)，以供地形測(cè)圖和測(cè)設(shè)建、構(gòu)筑物時(shí)使用。 建立城市平面控制網(wǎng)可采用GPS測(cè)量、三角測(cè)量、各種形式邊角組合測(cè)量和導(dǎo)線測(cè)量方法。 平面控制測(cè)量方法的選擇應(yīng)因地制宜，既滿足當(dāng)前需要，又兼顧今后發(fā)展，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量、長(zhǎng)期適用。 城市測(cè)量規(guī)范規(guī)定的三角網(wǎng)、邊

5、角組合網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)的主要技術(shù)要求見(jiàn)表7-1表7-4。,(2) 高程控制測(cè)量 高程控制測(cè)量的方法主要有 水準(zhǔn)測(cè)量(leveling) 三角高程測(cè)量(trigonometric leveling)。 在全國(guó)領(lǐng)土范圍內(nèi)，由一系列按國(guó)家統(tǒng)一規(guī)范測(cè)定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)稱為國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)。 水準(zhǔn)點(diǎn)上設(shè)有固定標(biāo)志，以便長(zhǎng)期保存，為國(guó)家各項(xiàng)建設(shè)和科學(xué)研究提供高程資料。 國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)按逐級(jí)控制、分級(jí)布設(shè)的原則分為一、二、三、四等，其中一、二等水準(zhǔn)測(cè)量稱為精密水準(zhǔn)測(cè)量(precise leveling)。 一等水準(zhǔn)是國(guó)家高程控制的骨干，沿地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定和坡度平緩的交通線布滿全國(guó)，構(gòu)成網(wǎng)狀。 一等水準(zhǔn)路線全長(zhǎng)為93000多

6、公里，包括100個(gè)閉合環(huán)，環(huán)的周長(zhǎng)為8001500公里。 二等水準(zhǔn)是國(guó)家高程控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)，一般沿鐵路、公路和河流布設(shè)。 二等水準(zhǔn)環(huán)線布設(shè)在一等水準(zhǔn)環(huán)內(nèi)，每個(gè)環(huán)的周長(zhǎng)為300700公里，全長(zhǎng)為137000多公里，包括822個(gè)閉合環(huán)。 沿一、二等水準(zhǔn)路線還要進(jìn)行重力測(cè)量，提供重力改正數(shù)據(jù)。 一、二等水準(zhǔn)環(huán)線要定期復(fù)測(cè)，檢查水準(zhǔn)點(diǎn)的高程變化供研究地殼垂直運(yùn)動(dòng)用。 三、四等水準(zhǔn)直接為測(cè)制地形圖和各項(xiàng)工程建設(shè)用。三等環(huán)不超過(guò)300公里；四等水準(zhǔn)一般布設(shè)為附合在高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)上的附合路線，其長(zhǎng)度不超過(guò)80公里。 全國(guó)各地地面點(diǎn)的高程，不論是高山、平原及江河湖面的高程都是根據(jù)國(guó)家水準(zhǔn)網(wǎng)統(tǒng)一傳算的。圖7-2

7、為廣東省(含現(xiàn)在的海南省)的一、二等水準(zhǔn)路線略圖。,城市測(cè)量規(guī)范將城市水準(zhǔn)測(cè)量分為二、三、四等。 城市首級(jí)高程控制網(wǎng)不應(yīng)低于三等水準(zhǔn)，視測(cè)區(qū)需要，各等級(jí)高程控制網(wǎng)均可作為首級(jí)高程控制，光電測(cè)距三角高程測(cè)量可代替四等水準(zhǔn)測(cè)量。 二、三、四等及圖根水準(zhǔn)測(cè)量的主要技術(shù)要求列于表7-7。,7.2平面控制網(wǎng)的定向、定位與坐標(biāo)正反算 在新布設(shè)的平面控制網(wǎng)中，至少需要已知一條邊的坐標(biāo)方位角才可以確定控制網(wǎng)的方向，簡(jiǎn)稱定向(orientation)；至少需要已知一個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)才可以確定控制網(wǎng)的位置，簡(jiǎn)稱定位。 (1) 地面任意兩點(diǎn)間的坐標(biāo)增量與坐標(biāo)方位角的關(guān)系 1) 由邊長(zhǎng)的坐標(biāo)方位角和水平距離計(jì)算坐標(biāo)增量

8、,7.3 導(dǎo)線測(cè)量 (1) 導(dǎo)線的布設(shè) 將相鄰控制點(diǎn)連成直線而構(gòu)成的折線稱為導(dǎo)線(traverse)， 控制點(diǎn)稱為導(dǎo)線點(diǎn)(traverse point)。 導(dǎo)線測(cè)量(traverse survey)是依次測(cè)定導(dǎo)線邊的水平距離和兩相鄰導(dǎo)線邊的水平夾角， 然后根據(jù)起算數(shù)據(jù)，推算各邊的坐標(biāo)方位角，最后求出導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)。 水平角使用經(jīng)緯儀測(cè)量，邊長(zhǎng)可以使用光電測(cè)距儀測(cè)量，也可以使用鋼尺丈量。 導(dǎo)線測(cè)量是建立小地區(qū)平面控制網(wǎng)常用的一種方法， 在地物分布比較復(fù)雜的建筑區(qū)，視線障礙較多的隱蔽區(qū)和帶狀地區(qū)， 多采用導(dǎo)線測(cè)量方法。 導(dǎo)線的布設(shè)形式有 閉合導(dǎo)線(closed traverse) 附合導(dǎo)線(co

9、nnecting traverse) 支導(dǎo)線(open traverse)三種。 1) 閉合導(dǎo)線 起訖于同一已知點(diǎn)的導(dǎo)線，稱為閉合導(dǎo)線。 它有3個(gè)檢核條件：一個(gè)多邊形內(nèi)角和條件和兩個(gè)坐標(biāo)增量條件。 2) 附合導(dǎo)線 布設(shè)在兩個(gè)已知點(diǎn)之間的導(dǎo)線，稱為附合導(dǎo)線。 它有3個(gè)檢核條件：一個(gè)坐標(biāo)方位角條件和兩個(gè)坐標(biāo)增量條件。,3) 支導(dǎo)線 由一已知點(diǎn)C和一已知邊的方向CD出發(fā)，延伸出去的導(dǎo)線C、9、10稱為支導(dǎo)線。 支導(dǎo)線只有必要的起算數(shù)據(jù)，沒(méi)有檢核條件，它只限于在圖根導(dǎo)線中使用，且支導(dǎo)線的點(diǎn)數(shù)一般不應(yīng)超過(guò)3個(gè)。 (2) 導(dǎo)線測(cè)量外業(yè) 導(dǎo)線測(cè)量外業(yè)工作包括：踏勘選點(diǎn)、建立標(biāo)志、量邊、測(cè)角。 1) 踏勘選點(diǎn)

10、及建立標(biāo)志 在踏勘選點(diǎn)之前，應(yīng)到有關(guān)部門(mén)收集測(cè)區(qū)原有的地形圖、高一等級(jí)控制點(diǎn)的成果資料，然后在地形圖上初步設(shè)計(jì)導(dǎo)線布設(shè)路線，最后按照設(shè)計(jì)方案到實(shí)地踏勘選點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)踏勘選點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意下列事項(xiàng)： 相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間應(yīng)通視良好，以便于角度測(cè)量和距離測(cè)量。如采用鋼尺量距丈量導(dǎo)線邊長(zhǎng)，則沿線地勢(shì)應(yīng)較平坦，沒(méi)有丈量的障礙物。 點(diǎn)位應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)并便于保存之處。 在點(diǎn)位上，視野應(yīng)開(kāi)闊，便于測(cè)繪周圍的地物和地貌。 導(dǎo)線邊長(zhǎng)應(yīng)按參照表7-3表7-6的規(guī)定，最長(zhǎng)不超過(guò)平均邊長(zhǎng)的2倍，相鄰邊長(zhǎng)盡量不使其長(zhǎng)短相差懸殊。 導(dǎo)線應(yīng)均勻分布在測(cè)區(qū)，便于控制整個(gè)測(cè)區(qū)。 導(dǎo)線點(diǎn)位選定后，在泥土地面上，要在點(diǎn)位上打一木樁，樁頂釘上一小釘

11、，作為臨時(shí)性標(biāo)志； 在碎石或?yàn)r青路面上，可以用頂上鑿有十字紋的大鐵釘代替木樁； 在混凝土場(chǎng)地或路面上，可以用鋼鑿鑿一十字紋，再涂上紅油漆使標(biāo)志明顯。,若導(dǎo)線點(diǎn)需要長(zhǎng)期保存，則可以參照?qǐng)D7-8埋設(shè)混凝土導(dǎo)線點(diǎn)標(biāo)石。導(dǎo)線點(diǎn)在地形圖上的表示符號(hào)見(jiàn)圖7-9，圖中的2.0表示符號(hào)正方形的長(zhǎng)寬為2mm，1.6表示符號(hào)圓的直徑為1.6mm。 導(dǎo)線點(diǎn)埋設(shè)后，為便于觀測(cè)時(shí)尋找。可以在點(diǎn)位附近房角或電線桿等明顯地物上用紅油漆標(biāo)明指示導(dǎo)線點(diǎn)的位置。應(yīng)為每一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)繪制一張點(diǎn)之記(description of station) 。,2) 導(dǎo)線邊長(zhǎng)測(cè)量 圖根導(dǎo)線邊長(zhǎng)可以使用檢定過(guò)的鋼尺丈量或檢定過(guò)的光電測(cè)距儀測(cè)量。 鋼

12、尺量距宜采用雙次丈量方法，其較差的相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/3000。 鋼尺的尺長(zhǎng)改正數(shù)大于1/10000時(shí)，應(yīng)加尺長(zhǎng)改正； 量距時(shí)平均尺溫與檢定時(shí)溫度相差大于10時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫度改正； 尺面傾斜大于1.5%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行傾斜改正。 3) 導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角測(cè)量 導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角(traverse angle)是指在導(dǎo)線點(diǎn)上由相鄰導(dǎo)線邊構(gòu)成的水平角。 導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角分為左角和右角， 在導(dǎo)線前進(jìn)方向左側(cè)的水平角稱為左角，右側(cè)的水平角稱為右角。 如果觀測(cè)沒(méi)有誤差，在同一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)測(cè)得的左角與右角之和應(yīng)等于360。 圖根導(dǎo)線(mapping traverse)的轉(zhuǎn)折角可以用DJ6經(jīng)緯儀測(cè)回法觀測(cè)一測(cè)回。 (3) 閉合導(dǎo)線測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)

13、算 導(dǎo)線測(cè)量?jī)?nèi)業(yè)計(jì)算的目的是計(jì)算各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。 計(jì)算之前，應(yīng)全面檢查導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè)記錄： 數(shù)據(jù)是否齊全，有無(wú)遺漏、記錯(cuò)或算錯(cuò)，成果是否符合規(guī)范的要求。 檢查無(wú)誤后，就可以繪制導(dǎo)線略圖，將已知數(shù)據(jù)和觀測(cè)成果標(biāo)注于圖上，如圖7-11所示。,7.4 交會(huì)定點(diǎn)的計(jì)算 交會(huì)定點(diǎn)(intersection location)是通過(guò)測(cè)量交會(huì)點(diǎn)與周邊已知坐標(biāo)點(diǎn)所構(gòu)成三角形的水平角，來(lái)計(jì)算交會(huì)點(diǎn)的平面坐標(biāo)，它是加密小地區(qū)平面控制點(diǎn)的方法之一。 按交會(huì)的圖形，交會(huì)定點(diǎn)可以分成 前方交會(huì)(forward intersection) 側(cè)方交會(huì)(side intersection) 后方交會(huì)(resection)；

14、按觀測(cè)值類型，交會(huì)定點(diǎn)可以分成 測(cè)角交會(huì)(angular intersection) 測(cè)邊交會(huì)(linear intersection) 邊角交會(huì)(linear-angular intersection)。 本節(jié)只介紹測(cè)角交會(huì)的坐標(biāo)計(jì)算方法，測(cè)邊交會(huì)和邊角交會(huì)的坐標(biāo)計(jì)算方法可由測(cè)角交會(huì)方法推出。 主流全站儀的程序測(cè)量功能都帶有交會(huì)定點(diǎn)計(jì)算功能，只要按其要求觀測(cè)了水平角和邊長(zhǎng)并輸入已知點(diǎn)的坐標(biāo)，就可以自動(dòng)計(jì)算出交會(huì)點(diǎn)的坐標(biāo)。,(4) 使用NTS-355進(jìn)行邊角后方交會(huì)測(cè)量 使用邊角后方交會(huì)測(cè)量時(shí)，只需要對(duì)兩個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。 設(shè)I10、I11點(diǎn)為已知控制點(diǎn)，且C點(diǎn)的坐標(biāo)也已知， 可以使用NTS-

15、355全站儀的后方交會(huì)功能測(cè)量C點(diǎn)的坐標(biāo)。 首先在計(jì)算機(jī)中啟動(dòng)NTS320通訊軟件，并輸入I10、I11點(diǎn)的三維坐標(biāo)(也可以在儀器中直接輸入)， 使用通訊電纜CE-203連接好全站儀和計(jì)算機(jī)，打開(kāi)全站儀電源，然后將其上傳到NTS-355全站儀的文件QC中。 在C點(diǎn)安置好全站儀，量取儀器高(假定為1.463m)，操作全站儀進(jìn)行邊角后方交會(huì)測(cè)定C點(diǎn)坐標(biāo)的操作步驟如下：,(4) 使用NTS-355進(jìn)行邊角后方交會(huì)測(cè)量 使用邊角后方交會(huì)測(cè)量時(shí)，只需要對(duì)兩個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。 設(shè)I10、I11點(diǎn)為已知控制點(diǎn)，且C點(diǎn)的坐標(biāo)也已知， 可以使用NTS-355全站儀的后方交會(huì)功能測(cè)量C點(diǎn)的坐標(biāo)。 首先在計(jì)算機(jī)中啟

16、動(dòng)NTS320通訊軟件，并輸入I10、I11點(diǎn)的三維坐標(biāo)(也可以在儀器中直接輸入)， 使用通訊電纜CE-203連接好全站儀和計(jì)算機(jī)，打開(kāi)全站儀電源，然后將其上傳到NTS-355全站儀的文件QC中。 在C點(diǎn)安置好全站儀，量取儀器高后，即可操作儀器測(cè)量。 7.5 三、四等水準(zhǔn)測(cè)量 小地區(qū)一般以三等或四等水準(zhǔn)網(wǎng)作為首級(jí)高程控制，地形測(cè)量時(shí)再用圖根水準(zhǔn)測(cè)量或三角高程測(cè)量進(jìn)行加密。 三、四等水準(zhǔn)點(diǎn)的高程應(yīng)從附近的一、二等水準(zhǔn)點(diǎn)引測(cè)，布設(shè)成附合或閉合水準(zhǔn)路線，其點(diǎn)位應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)硬、便于長(zhǎng)期保存和使用的地方，并應(yīng)埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石。 也可以利用埋設(shè)了標(biāo)石的平面控制點(diǎn)作為水準(zhǔn)點(diǎn)，埋設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)繪制點(diǎn)之記。在第2章的

17、2.3節(jié)中介紹了圖根水準(zhǔn)測(cè)量的方法，本節(jié)介紹三、四等水準(zhǔn)測(cè)量的方法。 (1) 三、四等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求 三、四等水準(zhǔn)測(cè)量所用儀器及主要技術(shù)要求見(jiàn)表7-7，每站觀測(cè)的技術(shù)要求見(jiàn)表7-11。,(2) 三、四等水準(zhǔn)測(cè)量的方法 三、四等水準(zhǔn)測(cè)量觀測(cè)應(yīng)在通視良好、望遠(yuǎn)鏡成像清晰及穩(wěn)定的情況下進(jìn)行。下面介紹雙面尺法的觀測(cè)程序。 1) 一站觀測(cè)順序 在測(cè)站上安置水準(zhǔn)儀，使圓水準(zhǔn)氣泡居中，后視水準(zhǔn)尺黑面，用上、下視距絲讀數(shù)，記入表7-12中(1)、(2)位置；旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使管水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(3)位置。 前視水準(zhǔn)尺黑面，用上、下視距絲讀數(shù)，記入表7-12中(4)、(5)位置；旋轉(zhuǎn)

18、微傾螺旋，使管水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(6)位置。 前視水準(zhǔn)尺紅面，旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使管水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(7)位置。 后視水準(zhǔn)尺紅面，旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使管水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(8)位置。 以上觀測(cè)順序簡(jiǎn)稱為后、前、前、后。,2) 一站計(jì)算與檢核 視距計(jì)算與檢核 根據(jù)前、后視的上、下絲讀數(shù)計(jì)算前、后視的視距(9)和(10)： 后視距離(9)=(1)-(2)10 前視距離(10)=(4)-(5)10 計(jì)算前、后視距差(11)： (11)=(9)-(10) 對(duì)于三等水準(zhǔn)，(11)不超過(guò)3m，對(duì)于四等水準(zhǔn)，(11)不超過(guò)5m。 計(jì)算前、后視

19、視距累積差(12)： (12)=上站(12)+本站(11) 對(duì)于三等水準(zhǔn)，(12)不超過(guò)6m，對(duì)于四等水準(zhǔn)，(12)不超過(guò)10m。 水準(zhǔn)尺讀數(shù)檢核 同一水準(zhǔn)尺黑面與紅面讀數(shù)差的檢核： (13)=(6)+K-(7) (14)=(3)+K-(8) K為雙面水準(zhǔn)尺的紅面分劃與黑面分劃的零點(diǎn)差(本例，106尺的K=4787mm，107尺的K=4687mm)。對(duì)于三等水準(zhǔn)，(13)、(14)不超過(guò)2mm，對(duì)于四等水準(zhǔn)，(13)、(14)不超過(guò)3mm。, 高差計(jì)算與檢核 按前、后視水準(zhǔn)尺紅、黑面中絲讀數(shù)分別計(jì)算一站高差： 黑面高差(15)=(3)-(6)1000 紅面高差(16)=(8)-(7)1000 紅黑面