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1、水利水电工程质量检测人员 从业资格培训,（量测类测量） 二OO七年十二月 北京,第二章 控制测量 第一节 控制测量在水利工程测量检测工作中的作用 第二节 测量控制网的布设原则 第三节 测量控制网方案的优化设计 第四节 控制测量方法与设备要求 第五节 控制测量网的观测与计算 第六节 控制测量网的质量检查与评定 第七节 施工过程中控制网的复测、扩建与加密,第一节 控制测量在水利工程测量检测工作中的作用,一、水利工程控制测量的特点 水利工程建设的三个阶段 勘测设计阶段 施工阶段 运营管理阶段 勘测设计又可分为规划设计、初步设计和施工设计,水利工程施工控制测量特点：,1/6施工控制测量相对于测图控制而
2、言，控制范围相对较小，布点较密，精度要求较高。 2/6点位的布设主要根据放样的联测方便，并能达到放样的精度要求，布点不一定均匀，主要布设在放样的工作区附近。 3/6相对点位精度是最主要的精度指标，而不是绝对点位精度。另外，施工控制网的精度具有针对性的非均匀性，其二级网的精度不一定比首级控制控制网的相对精度低。,第一节 控制测量在水利工程测量检测工作中的作用,水利工程施工控制测量特点：,4/6施工控制网常根据施工程序的先后、施工区的不同、施工放样的精度要求不同，而分期或分层建立。 5/6控制点使用周期长，使用频率高，易受施工影响，因此保护和维护的要求较高。 6/6控制网边长的投影面高程应以主要建
3、筑物所在的高程面(如大坝顶面或发电厂房高程)确定，以保证关键建筑物的施工放样精度。,第一节 控制测量在水利工程测量检测工作中的作用,二、控制测量在水利工程测量检测工作中的作用,水利工程测量检测的内容： 对施工单位加密控制网点进行复核测量 建筑物的重要点线进行复核测量 水利工程的重要点线（主要的）： 建筑物的定位轴线、标高、水平桩、主体建筑物基础块和预埋件的立模点、大型金属结构安装定位点、管网配线定位点等。,第一节 控制测量在水利工程测量检测工作中的作用,控制测量在水利工程测量检测工作中的作用： 1控制测量是各项测量工作的基础和依据。 在水利工程测量中，控制点能提供满足施工定位精度并便于放样的依
4、据，利用控制点进行水工建筑物的放样，保证建筑物的准确位置，并保证各建筑物的整体联结。 2为检查水利工程建筑物的竣工精度，提供基点和基线，以及测绘竣工图的基础控制。提供施工过程中监测建筑物变形或位移、设备安装以及营运管理的控制点和参考基准。 3控制测量具有控制全局的作用，限制误差的传递和累积。 任何测量都会由于仪器、人为因素、天气状况等诸多因素产生测量误差，控制测量可以使工程的待测点或放样点附近有控制点，无需通过远距离引测而产生误差的积累。,第一节 控制测量在水利工程测量检测工作中的作用,第二节 测量控制网的布设原则,一、测量坐标系 (一) 大地坐标系 以参考椭球体表面为基准面，以其法线为基准线
5、建立起来的坐标系称为大地坐标系，地面上的一点可用大地经度(L)、大地纬度(B)及大地高(H)来表示，它是利用地面上实测数据推算出来的。 地形图上的经纬度一般是用大地坐标来表示。在水利工程测量中，一般不使用大地坐标系，原因是工程的范围相对较小，利用经纬度换算距离不方便，也没有直角坐标系能更直观表示点的位置。 (二) 平面直角坐标系 平面直角坐标系是由两条相互垂直的直线构成，南北方向的线为坐标的纵轴，即X轴，东西方向的线为坐标的横轴，即Y轴。 测量上采用的平面直角坐标系与数学上定义的坐标系不同，其象限顺序是：从坐标轴的东北象限开始，以顺时针方向依次为、象限，与数学坐标系的象限顺序相反。,(三) 我
6、国的国家坐标系 1954年北京坐标系 参考椭球-克拉索夫斯基椭球。长半径a = 6378245m，扁率为= 1：298.3。 1980年国家大地坐标系（1980西安坐标系） 参考椭球- 1975年国际第三推荐值。长半径a=6378140m，扁率为=1：298.257。 大地原点定在西安附近(陕西省陉阳县永乐镇) 。,第二节 测量控制网的布设原则,边长投影改正 根据我国有关测量规范的要求，国家大地测量控制网依高斯投影方法按6带或3带进行分带计算，并把观测成果归算到参考椭球体面上。这样的规定，不但符合高斯投影的分带原则和计算方法，而且也便于大地测量成果的统一、使用和互算。 (1)把水平距离归算到参
7、考椭球面上的测距边长度,式中：D1-归算到参考椭球面上的测距边长度，m； hm-测区大地水准面高出参考椭球面的高差，m。 Hm-测距边高出大地水准面的平均高程 ，m。,第二节 测量控制网的布设原则,(2)把参考椭球面上的测距边长度归算到高斯面上,式中：y-测距边两端点横坐标之差，m； ym -测距边两端点横坐标的平均值，m； Rm -参考椭球面上测距边中点的平均曲率半径，m。 测距边距中央子午线越远，长度的投影变形越大。,(四)工程测量坐标系 施工控制网必须满足施工放样的准确性，要求由控制点坐标直接反算的边长与实地量测的边长，在长度上应该相等，也就是说边长经过投影改正而带来的长度变形，不应大于
8、相应工程所要求的精度。 选择水利工程的平面控制网坐标系主要考虑因素，是观测边长的投影改正的变形值的大小。,第二节 测量控制网的布设原则,独立坐标系 以一个国家的坐标为控制网的起算点，以该点至另外的一个国家点的方位为己知的起始方位，建立坐标系统。 边长不进行高斯投影改正，仅归算到某一高程面上。高程面一般以工程的主要建筑物所在的高程来确定。为了与国家的坐标系进行区别，称为独立坐标系统。 水利工程的施工控制网通常采用此种方法建立坐标系，这种坐标系一般与国家三角点进行了挂靠，建立了联系。,第二节 测量控制网的布设原则,二、高程系统 为了布设全国统一的高程控制网，首先必须建立一个统一的高程基准面，以使所
9、有的水准测量测定的高程都以这个面为零起算点，来推算地面点的高程。 11956年黄海高程系 以青岛验潮站19501956年连续验潮的结果求得的平均海水面作为全国统一的高程基准面，以此基准面所建立的高程系统，即为1956年黄海高程系。 为了稳固地表示基准面的位置，在山东省青岛市建立了一个与该平均海水相联系的水准点，该水准点叫作国家水准原点。 21985国家高程基准 1987年5月经国务院同意，启用1985年国家高程基准，其起算点仍为1956年所用的青岛水准原点，1985年的新高程值比1956年的旧高程值小0.0289米。 1985年国家高程基准与1956年黄海高程系比较，验潮站和水准原点未变，只是
10、更加精确。,第二节 测量控制网的布设原则,三、平面控制网布设原则 1分级布网、逐级控制。 2要有足够的精度和密度。 3要有统一的规格。 四、高程控制网布设原则 1分级布网、逐级控制。 2高程控制网的点位要求稳定 。 3有条件时高程控制点尽量与平面控制网点共标 。,第二节 测量控制网的布设原则,第三节 测量控制网方案的优化设计,一、控制网的优化设计的概念 控制网的优化设计，是在限定精度、可靠性和费用等质量标准下，寻求网的最佳极值（精度高、可靠性强、灵敏度高 ）。 1 、 控制网优化设计问题的分类 零类设计问题（基准选择问题） 类设计问题（结构图形设计问题） 类设计问题（观测权分配问题） 类设计问
11、题（网的改造或加密方案设计问题）,2. 控制网优化设计的质量标准 变形监测控制网优化设计的质量标准一般有四类指标： 精度描述误差分布离散程度的一种度量； 可靠性发现和抵抗模型误差能力大小的一种度量； 灵敏度控制网在使用中发现某一变形能力大小的一种度量； 经济建网费用。 控制网优化设计的理想目标是，用合理的建网费用，建成精度高、可靠性强、灵敏度高的控制网。,二、控制网优化设计的方法 1）解析设计法 通过建立优化设计的数据模型，包括目标函数和约束条件，选择一种合适的寻优算法求出问题的最优解。 优点：理论比较严密，最终结果严格最优，使用计算时间较少。 缺点：数学模型复杂，难以建立，最终结果有可能是理
12、想化的。 2）机助设计法 机助设计法是充分利用计算机的计算能力和判断能力，同时结合已有的知识和经验，通过对一个根据已有知识和经验拟定的初始设计方案，进行分析，计算并求出质量指标，在此基础上对方案进行反复修改，直到形成一个符合设计要求的方案。 优点：适应性强、设计结果合理、具有可行性、计算模型相对简单、便于操作与使用的优点； 缺点：有时计算机时间较长、结果可能是一种近似最优解。,第三节 测量控制网方案的优化设计,三、GPS网的优化设计 (一)GPS网的优化设计原则 1GPS网中不存在自由基线。 2GPS网中的闭合条件中基线数不可过多。网中各点最好有3条或更多的基线分支，以保证检核条件，提高网的可
13、靠性，使网的精度、可靠性均匀。 3GPS网至少与地面网有2个重合点，以便GPS网的成果较好地转换至地面网中。 4GPS网点应选择在交通便利、视野开阔的地方。,第三节 测量控制网方案的优化设计,(二)GPS网的精度设计 1GPS网的精度要求 GPS网的精度要求，通常是用网中点之间的距离误差来表示：,第三节 测量控制网方案的优化设计,对于水利工程的控制网而言，相对国家GPS网，边长相对较短，因此，仅有点之间的距离相对精度还不能足以评价网的精度，还需要以网中各点的点位精度，或网的平均点位精度等指标反映GPS网的精度情况。,：网中相邻点间的距离中误差(mm)； a：固定误差(mm)； b：比例误差(p
14、pm)； D：相邻点间的距离(km)。,2GPS网的精度设计 （1）首先根据布网的目的，在图上进行选点，然后进行实 地踏勘选定，以保证满足本次任务的测量要求和观测条件，并在图上获取点位的概略坐标。 （2）根据准备投入的GPS接收机的台数m，依据上述的GPS网优化设计的一般原则，选取(m-1)条独立基线设计网的观测图形，并选择网中可能追加施测的基线。 （3）根据控制测量的精度要求，依据精度设计模型，计算GPS网可达到的精度值。 （4）逐步增减网中的独立观测基线，直至达到网的精度指标，并获得最终网形和观测方案。,第三节 测量控制网方案的优化设计,3提高GPS网精度的措施 （1）进行控制网的优化设计
15、，增加必要的多余观测； （2）采用高精度的GPS接收机和性能好的GPS天线观测； （3）改进测量对中标志，减少对中和目标偏心误差的影响。如采用混凝土观测墩，并安装强制对中标盘。 （4）选择有利的观测时间。事先应作好卫星的预报和观测计划。 （5）严格的数据预处理和平差计算。进行GPS基线处理时，引进高精度坐标基准的。,第三节 测量控制网方案的优化设计,(三)GPS网的可靠性设计 控制网的可靠性是用于衡量控制网辨别粗差、抵抗粗差影响能力的度量指标 。 内可靠性指标是指在一定的置信水平和检验功效下，可以发现网中存在的粗差最小值，即当粗差达到一定标准时，可以被发现。 外可靠性指标是指不可发现的粗差对网
16、的坐标未知参数的影响，即未能发现的粗差对测量成果的影响。 一般网中的多余观测分量愈多，则网的可靠性愈高 。在实际的工程中，为避免复杂的可靠性指标的计算，往往以增加观测时段数来提高GPS网的可靠性。,第三节 测量控制网方案的优化设计,第四节 控制测量方法与设备要求,常规的平面控制测量: 三角测量 导线测量 测边网 边角网 前(后)方交会,常规的高程控制测量: 水准测量 三角高程测量,现代控制测量主要是GPS平面控制测量和GPS高程测量。,控制测量：平面控制测量和高程控制测量。,一、控制测量作业程序 1收集有关资料进行分析 2技术设计 3组织与实施 4数据预处理及平差计算 5质量控制 6资料整理以及归档,第四节 控制测量方法与设备要求,1收集有关资料进行分析 需收集的资料包括：工程区域有关的地形图和必要的地质资料；平面和高程控制测量成果；工程建筑物的总平面布置图； 有关的规范和招投标文件。 必要时，
