1、,第五章 大地測量基本技術與方法,5.1 國家平面大地控制網的建立 5.2 國家高程控制網的建立 5.3 精密水準測量的方法,5.1.1 建立國家平面大地控制網的方法 1、常規(guī)大地測量法 三角測量法 1)網形,5.1 國家平面大地控制網,2)坐標計算原理: 正弦定理 3)三角網的元素: 起算元素：已知的坐標、邊長和已知的方位角。 觀測元素：三角網中觀測的所有方向(或角度)。 推算元素：由起算元素和觀測元素的平差值推算的三角網中其他邊長、坐標方位角和各點的坐標。 優(yōu)點：圖形簡單，結構強，幾何條件多，便于檢核，網的精度較高。 缺點：易受障礙物的影響，布設困難，增加了建標費用；推算邊長精度不均勻，距

2、起始邊越遠邊長精度越低。,5.1 國家平面大地控制網, 導線測量法: 優(yōu)點：布設靈活，容易克服地形障礙；導線測量只要求相鄰兩點通視，故可降低覘標高度，造標費用少，且便于組織觀測；網內邊長直接測量，邊長精度均勻。 缺點：導線結構簡單，沒有三角網那樣多的檢核條件，不易發(fā)現(xiàn)粗差，可靠性不高。,5.1 國家平面大地控制網, 三邊測量及邊角同測法 邊角全測網的精度最高，相應工作量也較大。在建立高精度的專用控制網(如精密的形變監(jiān)測網)或不能選擇良好布設圖形的地區(qū)可采用此法而獲得較高的精度。,5.1 國家平面大地控制網,2、天文測量法 天文測量法是在地面點上架設儀器，通過觀測天體(主 要是恒星)并記錄觀測瞬

3、間的時刻，來確定地面點的地理位 置，即天文經度、天文緯度和該點至另一點的天文方位角。 優(yōu)點：各點彼此獨立觀測，也勿需點間通視，測量誤差不會積累。 缺點：精度不高，受天氣影響大。 用途：在每隔一定距離的三角點上觀測天文來推求大地方位角，控制水平角觀測誤差積累對推算方位角的影響。,5.1 國家平面大地控制網,3、現(xiàn)代定位新技術簡介 GPS測量 全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)可為各位用戶提供精密的三維坐標、三維速度和時間信息。 GPS系統(tǒng)的應用領域相當廣泛，可以進行海、空和陸地的導航，導彈的制導，大地測量和工程測量的精密定位，時間的傳遞和速度的測量等。,5.

4、1 國家平面大地控制網, 甚長基線干涉測量系統(tǒng)(VLBI) 甚長基線干涉測量系統(tǒng)(VLBI)是在甚長基線的兩端(相距幾千公里)，用射電望遠鏡，接收銀河系或銀河系以外的類星體發(fā)出的無線電輻射信號，通過信號對比，根據干涉原理，直接測定基線長度和方向的一種空間技術。 長度的相對精度10-6，可達0.001，由于其定位的精度高，在研究地球的極移、地球自轉速率的短周期變化、地球固體潮、大地板塊運動的相對速率和方向中得到廣泛的應用。,5.1 國家平面大地控制網, 慣性測量系統(tǒng)(INS) 慣性測量是利用慣性力學基本原理，在相距較遠的兩點之間，對裝有慣性測量系統(tǒng)的運動載體(汽車或直升飛機)從一個已知點到另一個

5、待定點的加速度，分別沿三個正交的坐標軸方向進行兩次積分，從而求定其運動載體在三個坐標軸方向的坐標增量，進而求出待定點的位置，它屬于相對定位，其相對精度為(12)10-5，測定的平面位置中誤差為25cm左右。 優(yōu)點：完全自主式，點間也不要求通視；全天候，只取決于汽車能否開動、飛機能否飛行。 缺點：相對測量，精度不高。,5.1 國家平面大地控制網,5.1.2 建立國家平面大地控制網的基本原則,大地控制網應分級布設、逐級控制 大地控制網應有足夠的精度 大地控制網應有一定的密度 大地控制網應有統(tǒng)一的技術規(guī)格和要求,5.1 國家平面大地控制網,5.1.3 國家平面大地控制網的布設方案 1、 常規(guī)大地測量

6、方法布設國家三角網 1）一等三角鎖系布設方案,5.1 國家平面大地控制網,2）二等三角鎖、網布設方案,5.1 國家平面大地控制網,插網法,3）三、四等三角網,5.1 國家平面大地控制網,插點法,5.1 國家平面大地控制網,4）我國天文大地網基本情況簡介 20世紀50年代初，60年代末基本完成，先后共布設一等三角鎖401條，一等三角點6182個，構成121個一等鎖環(huán)，鎖系長達7.3萬km。一等導線點312個，構成10個導線環(huán)，總長約1萬km。 1982年完成天文大地網的整體平差工作。網中包括一等三角鎖系，二等三角網，部分三等網，總共約有5萬個大地控制點，30萬個觀測量的天文大地網。平差結果：網中

7、離大地點最遠點的點位中誤差為0.9m，一等觀測方向中誤差為0.46。,5.1 國家平面大地控制網,2、現(xiàn)代技術建立國家大地測量控制網 一般可把GPS網分為兩大類：一類是全球或全國性的高精度的GPS網(A、B級網），另一類是區(qū)域性的GPS網（C、D、E級網）。 1）EPOCH 92中國GPS大會戰(zhàn) 全網由27個點組成，平均邊長800km，使用4臺MINI-MAC2816、13臺Trimble 4000 SST和17臺Ashtech MDX C/A雙頻接收機觀測，平差后在ITRF 91地心參考框架中的定位精度優(yōu)于0.1m ，基線相對精度達到10-8。,5.1 國家平面大地控制網,2） 96 GPS

8、 A級網 96 GPS A級網共包括33個主站，23個副站，與92 GPS A級網點重合21個。96 GPS A級網觀測時共使用了53臺雙頻GPS接收機，其中14臺Astech MD12，17臺Trimble 4000 SSE,8臺Leica 200,6臺Rogue 8000,8臺Astech Z12。經數據精處理后基線分量重復性水平方向優(yōu)于4mm+3ppm，垂直方向優(yōu)于8mm+4ppm，地心坐標分量重復性優(yōu)于2cm。全網整體平差后，在ITRF93參考框架中的地心坐標精度優(yōu)于10cm,基線相對精度達到10-8.,5.1 國家平面大地控制網,3）國家高精度GPS B級網 全網由818個點組成，分

9、布全國各地(除臺灣省外)。東部點位較密，平均站間5070km,中部地區(qū)平均站間100km，西部地區(qū)平均站間距150km。外業(yè)自1991年至1995年結束，主要使用Ashtech MD 12和Trimble 4000 SSE儀器觀測。經數據精處理后，點位中誤差相對于已知點在水平方向優(yōu)于0.07m，高程方向優(yōu)于0.16m，平均點位中誤差水平方向為0.02m，垂直方向為0.04m，基線相對精度達到10-7。,5.1 國家平面大地控制網,4）全國GPS一、二級網 軍測部門建立，一級網由40余點組成，相鄰點間距平均為683km。自1991年5月至1992年4月進行，使用10臺MINIMAC 2816接收

10、機作業(yè)。網平差后點位中誤差，絕大多數點在2cm以內。二級網由500多個點組成，二級網是一級網的加密。 5）中國地殼運動觀測網絡 地震局、總參測繪局、科學院和國家測繪局聯(lián)合建立，主要是服務于中長期地震預報，兼顧大地測量的目的，該網絡是以GPS為主，以SLR和VLBI以及重力測量為輔，由三個層次的網絡組成，即25站連續(xù)運行的基準網、56站定期復測的基本網和1000站復測頻率低的區(qū)域網。,5.1 國家平面大地控制網,3、 國家平面大地控制網的布設 包括以下工作：技術設計，實地選點，建造覘標，標石埋設，外業(yè)測量，平差計算等 1）技術設計 收集資料 實地踏勘 圖上設計 編寫技術設計書 2）實地選點： 選

11、點圖，點之記，選點工作技術總結。,5.1 國家平面大地控制網,國家平面大地控制網,3）建造覘標(傳統(tǒng)大地測量法),尋常標,雙錐標,4）標石埋設 大地點的坐標，實際上指的就是標石中心的坐標。,5.1 國家平面大地控制網,5.1.4 大地控制網優(yōu)化設計簡介 1、 概述 最優(yōu)化就是在相同的條件下從所有可能方案中選擇最佳的一個。 2、控制網的設計目標 控制網設計的目標，指的是控制網應達到的質量標準，它是設計的依據和目的，同時又是評定網的質量的指標。質量標準包括精度標準、可靠性標準、費用標準、可區(qū)分標準及靈敏度標準等，其中常用的主要是前3個標準。,5.1 國家平面大地控制網,國家高程基準 高程基準面 水

12、準原點 1956年黃海高程系統(tǒng):水準原點高程為72.289m 1985國家高程基準:水準原點的高程為72.260米。1987年經國務院批準，于1988年1月正式啟用。,5.2 國家高程控制網,5.2.1 國家高程控制網的布設原則 目的和任務有兩個： 1)建立統(tǒng)一的高程控制網，為地形測圖和各項建設提供必要的高程控制基礎； 2)為地殼垂直運動、平均海面傾斜及其變化和大地水準面形狀等地球科學研究提供精確的高程數據。 從高到低、逐級控制 一等水準測量是國家高程控制網的骨干，同時也為相關地球科學研究提供高程數據；二等水準測量是國家高程控制網的全面基礎；三、四等水準測量是直接為地形測圖和其他工程建設提供高

13、程控制點。,5.2 國家高程控制網,水準點滿足一定的密度,5.2 國家高程控制網,水準測量達到足夠的精度 各等級水準測量的精度，是用每公里高差中數的偶然中誤差M和每公里高差中數的全中誤差MW來表示的。 一等水準網應定期復測,5.2 國家高程控制網,5.2.2 國家水準網的布設方案及精度 我國的水準測量分為四等，各等級水準測量路線必須自行閉合或閉合于高等級的水準路線上，與其構成環(huán)形或附合路線，以便控制水準測量系統(tǒng)誤差的積累和便于在高等級的水準環(huán)中布設低等級的水準路線。 一等閉合環(huán)線周長，在平原和丘陵地區(qū)為1 0001 500km，一般山區(qū)為2 000km左右。 二等閉合環(huán)線周長，在平原地區(qū)為50

14、0750km,山區(qū)一般不超過1 000km。 三、四等水準用于加密，根據高等級水準環(huán)的大小和實際需要布設，其中環(huán)線周長、附合路線長度和結點間路線長度，三等水準分別為200km、150km和70km；四等分別為100km、80km和30km。,5.2 國家高程控制網,5.2.3 水準路線的設計、選點和埋石 1、 技術設計 技術設計是根據任務要求和測區(qū)情況，在小比例尺地圖上，擬定最合理的水準網或水準路線的布設方案。 一等水準路線應沿路面坡度平緩、交通不太繁忙的交通路線布設，二等水準路線盡量沿公路、大河及河流布設，沿線交通較為方便。 水準路線應避開土質松軟的地段和磁場甚強的地段，并應盡量避免通過大的

15、河流、湖泊、沼澤與峽谷等障礙物。,5.2 國家高程控制網,2、 選 點 圖上設計完成后，須進行實地選線，其目的在于使設計方案能符合實際情況，以確定切實可行的水準路線和水準點的具體位置。選定水準點時，必須能保證點位地基穩(wěn)定、安全僻靜，并利于標石長期保存與觀測使用。水準點應盡可能選在路線附近的機關、學校、公園內。不宜在易于淹沒和土質松軟的地域埋設水準標石，也不宜在易受震動和地勢隱蔽而不易觀測的地方埋石。 水準點點位選定后，應填繪點之記，繪制水準路線圖及結點接測圖。,5.2 國家高程控制網,3 、埋 石 按用途區(qū)分，水準標石有基巖水準標石、基本水準標石和普通水準標石三種類型。 各類水準標石的制作材料

16、和埋設規(guī)格及其埋設方法等，在國家一、二等水準測量規(guī)范都有具體的規(guī)定和說明。,5.2 國家高程控制網,5.2.4 水準路線上的重力測量 因精密水準測量成果需進行重力異常改正，故在一、二等水準路線沿線要進行重力測量。 規(guī)范規(guī)定： 高程大于4 000m或水準點間的平均高差為150250m的地區(qū)，一、二等水準路線上每個水準點均應測定重力。高差大于250m的測段，在地面傾斜變化處應加測重力。 高程在1 5004 000m或水準點間的平均高差為50150m的地區(qū)，一等水準路線上重力點間平均距離應小于11km；二等水準路線上應小于23km。 在我國西北、西南和東北邊境等有較大重力異常的地區(qū)，一等水準路線上每

17、個水準點均應測定重力。 在由青島水準原點至國家大地原點的一等水準路線上，應逐點測定重力，以便精確求得大地原點的正常高。,5.2 國家高程控制網,5.2.5 我國國家水準網的布設概況 我國國家水準網的布設，按照布測目的、完成年代、采用技術標準和高程基準等，基本上可分為三期： 第一期主要是1976年以前完成的，以1956年黃海高程基準起算的各等級水準網； 第二期主要是1976年至1990年完成的，以“1985國家高程基準”起算的國家一、二等水準網； 第三期是1990年以后進行的國家一等水準網的復測和局部地區(qū)二等水準網的復測，現(xiàn)已完成外業(yè)觀測和內業(yè)平差計算工作，成果已提供使用。,5.2 國家高程控制

18、網,1望遠鏡目鏡 2水準氣泡反光鏡 3傾斜螺旋 4調焦螺旋 5平行玻璃板測微螺旋 6平行玻璃板旋轉軸 7水平微動螺旋 8水平制動螺旋 9腳螺旋 10腳架,主要特征：傾斜螺旋，平行玻璃板測微器,5.3 精密水準測量的方法,5.3.1 WildN3精密水準儀,轉動傾斜螺旋，使符合氣泡觀察目鏡的水準氣泡兩端符合，則視線精確水平，此時可轉動測微螺旋使望遠鏡目鏡中看到的楔形絲夾準水準標尺上的148分劃線，也就是使148分劃線平分楔角，再在測微器目鏡中讀出測微器讀數653(即6.53mm)，故水平視線在水準標尺上的全部讀數為148.653cm。,5.3 精密水準測量的方法,精密水準尺 精密水準尺的分劃印刷

19、在銦瓦合金鋼帶上，由于這種合金的溫度膨脹系數很小，長度準確而穩(wěn)定。銦瓦合金鋼帶不受木質尺身伸縮的影響，以一定的拉力將其引張在木質尺身的凹槽內。水準尺的分劃為線條式，水準尺的分劃值有10mm和5mm兩種，與所用水準儀的測微器相配合。,5.3 精密水準測量的方法,10mm分劃的精密水準尺如圖(a) 兩排分劃，右邊注記為0300cm，稱為基本分劃；左邊注記為300600cm，稱為輔助分劃?；痉謩澟c輔助分劃相差一個常數301.55cm，稱為基輔差，又稱尺常數。 5mm分劃的精密水準尺如圖(b) 兩排分劃，錯開5mm。左邊是單數分劃，右邊是雙數分劃，右邊注記是米數，左邊注記是分米數，分劃注記恒比實際數

20、值大了一倍，讀數應除以2才為實際的高度。,5.3 精密水準測量的方法,1.精密水準測量作業(yè)的一般規(guī)定 (1) 儀器距前、后視水準標尺的距離應盡量相等，其差應小于規(guī)定的限值：二等水準測量中規(guī)定，一測站前、后視距差應小于1.0m，前、后視距累積差應小于3m。 (2) 在兩相鄰測站上，應按奇、偶數測站的觀測程序進行觀測。對于往測奇數測站按“后前前后”，偶數測站按“前后后前”的觀測程序在相鄰測站上交替進行。返測時，奇數測站與偶數測站的觀測程序與往測時相反，即奇數測站由前視開始，偶數測站由后視開始。 (3) 每一測段的往測與返測，其測站數均應為偶數，由往測轉向返測時，兩水準標尺應互換位置，并應重新整置儀器。 每一測段的水準測量路