《精编》水平控制网的技术设计

《《精编》水平控制网的技术设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《精编》水平控制网的技术设计（86页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、测绘与城市空间信息系朱宝训E mail zhubaoxun 控制测量学 本章提要 本章讲述水平控制网的布设 目的是解决平面控制点位置的选择问题 内容涉及平面控制网的布设原则 布设方案 平面控制网的技术设计 精度估算 平面控制网的选点 造标埋石 重点 平面控制网的技术设计 精度估算 难点 等权代替法进行精度估算 第二章水平控制网的技术设计 1三角测量法1 网形 2 1 1水平控制网的布设形式 优点 图形简单 精度高 多余观测量多 便于计算 缺点 布网困难大 2 1国家水平控制网建立的基本原理 网形要求 三角形内角一般在30 150 之间 2 起算数据和推算元素已知边长 坐标方位角和坐标 x y

2、统称为起算数据 三角点上观测的水平角 或方向 三角形边长 坐标方位角和三角点的坐标统称为三角测量的推算元素 2 1 1水平控制网的布设形式 3 工程测量中三角网起算数据的获得起算边长利用国家三角网边长作为起算边长 可采用电磁波测距仪直接测量三角网某一边或某些边的边长作为起算边长 起算坐标利用国家三角网传递坐标 否则可在一个三角点上用天文测量方法测定其经纬度 再换算成高斯平面直角坐标 作为起算坐标 保密工程或小测区也可采用假设坐标系统 起算方位角由已有网传递方位角 否则 可用天文测量方法测定某天文方位角再把它换算为起算方位角 在特殊情况下也可用陀螺经纬仪测定起算方位角 独立网与非独立网当三角网中

3、只有必要的一套起算数据 例如一条起算边 一个起算方位角和一个起算点的坐标 时 这种网称为独立网 如果三角网中具有多于必要的一套起算数据时 则这种网称为非独立网 a 称为中点多边形 是三角网中常用的一种典型图形 b 这种三角网的起算数据多于一套 属于非独立网 又称为附合网 2 1 1水平控制网的布设形式 导线网包括单一导线和具有一个或多个结点的导线网 网中的观测值是角度 或方向 和边长 独立导线网的起算数据是 一个起算点的坐标和一个方向的方位角 导线网与三角网相比 主要优点在于 网中各点上的方向数较少 除结点外只有两个方向 因而受通视要求的限制较小 易于选点和降低觇标高度 甚至无须造标 导线网的

4、图形非常灵活 选点时可根据具体情况随时改变 网中的边长都是直接测定的 因此边长的精度较均匀 导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区 2 导线网 导线网的缺点主要是 导线网中的多余观测数较同样规模的三角网要少 有时不易发现观测值中的粗差 因而可靠性不高 2 1 1水平控制网的布设形式 3 边角网和三边网边角网是指测角又测边 或部分边长 的以三角形为基本图形的网 如果只测边而不测角即为三边网 2 1 1水平控制网的布设形式 4 GPS控制网 GPS控制网的形状由多边形组成 测定网中所有的GPS基线向量 至少需要一个起始点的三维空间坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标 其中1点为三维空间坐标

5、 对网形没有要求 但短边优先联测 1 分级布网 逐级控制2 应有足够的精度要求首级图根点相对于起算三角点的点位中误差 在图上不大于 0 1mm 相对于地面点的点位中误差则不超过 0 1Nmm N为比例尺分母 相邻国家三角点的点位中误差小于1 3 0 1Nmm 1建立国家水平大地控制网的原则 2 1国家水平控制网概述 3 应有足够的密度边长s与点的密度 每个点控制面积 Q之间的近似关系为4 应有统一的规格大地测量法式和作业规范 国家三角测量和精密导线测量规范 1建立国家水平大地控制网的原则 2 1国家水平控制网概述 2国家水平大地控制网布设方案 1 一等三角锁 国家控制网的基础和骨干沿经纬线方向

6、布设成纵横交叉的网状图形 在交叉处设置起算边 用拉普拉斯方位角 两起算边之间锁长约200km 约由16 17个三角形组成 平均边长山区约25km 平原约20km 测角中误差小于 0 7 2 二等三角锁 网 国家三角网的全面基础 地形测图的基本控制布设方案 20世纪60年代前 在一等锁环内 先沿经纬线纵横交叉布设二等基本锁 平均边长约15 20km 测角中误差小于 1 2 二等补充网 平均边长约为13km 测角中误差小于 2 5 20世纪60年代后 二等网以全面三角网的形式布设在一等锁环内 四周与一等锁衔接 其平均边长约为13km 测角中误差小于 1 0 2国家水平大地控制网布设方案 3 三 四

7、等三角网三等网的平均边长约为8km 测角中误差为 1 8 四等网的平均边长为约为2 6km 测角中误差为 2 5 插网法 插点 2国家水平大地控制网布设方案 4 国家三角锁 网 的布设规格及其精度 2国家水平大地控制网布设方案 5 我国天文大地网基本情况简介 1 利用常规测量技术建立的国家大地测量控制网 我国统一的国家大地控制网的布设工作开始于20世纪50年代初 60年代末基本完成 历时20多年 共布设一等三角锁401条 锁长7 3万km 一等导线点312个 导线环总长约1万km 1982年完成了天文大地网整体平差 网中包括一等三角锁系 二等三角网 部分三等网 共48433个大地控制点 500

8、条起始边和近1000个正反起始方位角 311198个方向观测值 1404条导线测距观测值 平差结果表明 网中离大地原点最远点的点位中误差为 0 9m 一等方向中误差为 0 46 采用条件联系数法和附有条件的间接观测平差法两种方案独立进行平差 两种方案平差后所得结果基本一致 坐标最大差为4 8cm 这充分说明我国天文大地网的精度较高 结果可靠 2 利用现代测量技术建立的国家大地测量控制网 1 全国GPSA B级网 1992年6 9月我国由多家单位合作 在全国范围内组织了一次盛况空前的 中国 92GPS会战 目的是在全国范围内确定精确的地心坐标 建立起我国新一代的地心参考框架及其与国家坐标系的转换

9、参数 从1991年开始 经过5年在国家A级网的基础上建立了国家B级网 又称国家高精度GPS网 全网基本均匀布点 覆盖全国 共布测730个点左右 总独立基线数2200多条 经整体平差后 点位地心坐标精度达 0 1m GPS基线边长相对中误差可达2 0 10e 8 高程分量相对中误差为3 0 10e 8 2 全国GPS一 二级网 由军测部门建立 主要为军事服务 3 中国地壳运动观测网络 中国地壳运动观测网络是以全球卫星定位系统 GPS 观测技术为主 辅之已有的甚长基线射电干涉测量 VLBI 和人卫测距 SLR 等空间技术 结合精密重力和精密水准测量构成的大范围 高精度 高时空分辨率的地壳运动观测网

10、络 网络的科学目标以地震预测预报为主 本科学工程由中国地震局牵头 总参测绘局 中国科学院 国家测绘局共同承担 国家静态投资总额人民币13500万元 4 2000国家GPS大地控制网 2000国家GPS控制网 由国家测绘局布设的高精度GPSA B级网 总参测绘局布设的GPS一 二级网 中国地震局 总参测绘局 中国科学院 国家测绘局共建的中国地壳运动观测网组成 该控制网整合了上述三个大型的 有重要影响力的GPS观测网的成果 共2609个点 通过联合处理将其归于一个坐标参考框架 形成了紧密的联系体系 可满足现代测量技术对地心坐标的需求 同时为建立我国新一代的地心坐标系统打下了坚实的基础 整体平差后点

11、位精度约3cm 目前各省在此基础上进行加密建立GPSC级网 自2008年7月1日起 中国将全面启用2000国家大地坐标系 国家测绘局受权组织实施 2 2 1平面控制网的测设特点 1 长度变形的要求根据成图或工程要求确定变形要求 如城市测量规范要求2 5cm km 2 根据变形要求选择合适的区域坐标系投影面高程 中央子午线经度 3 分级布网 首级网的测设以往用常规技术只能采用独立网 现在己有可能将多个国家三维控制点作为己知点 加密网采用附合网 附合在首级网上 当起算数据精度较高时 采用附合网有利 当起算数据精度较低时 采用独立网有利 否则就会扭曲变形 2 2工程测量水平控制网建立的基本原理 4

12、以往是将边长 方向和方位角等观测值先投影到某一高程面上 再投影到高斯平面上并按其上的起始数据进行平差计算 如今GPS基线向量不一定投影到高斯平面上进行平差 5 工程控制网对相对点位误差有特定要求 如桥梁 大坝须限制轴线的纵向位差 而地铁 隧道须保证轴线的横向位差 6 用常规技术测定的工程控制网是在高斯平面上进行平差计算 GPS网则不受限制 2 2 2工程控制网的分类 1 测图控制网特点 精度低 精度要求均匀2 施工控制网特点 精度高 精度具有方向性 网形强度高 3 变形观测专用控制网特点 精度最高 强调点位稳定 系统误差不敏感 网形强度低 1 分级布网 逐级控制通常布设首级控制网 随后再加密若

13、干级较低精度的控制网 用于工程建筑物放样的专用控制网 往往分二级布设 用于变形观测或其他专门用途的控制网 通常无须分级 2 要有足够的精度以工测控制网为例 一般要求最低一级控制网 四等网 的点位中误差能满足大比例尺1 500的测图要求 相当于地面上的点位精度为0 1 500 5 cm 对于国家控制网而言 尽管观测精度很高 但由于边长比工测控制网长得多 待定点与起始点相距较远 因而点位中误差远大于工测控制网 2 2 2工程测量水平控制网布设原则 3 要有足够的密度 城市测量规范 中对于城市三角网平均边长的规定列于下表中 2 2 2工程测量水平控制网布设原则 4 要有统一的规格为了使不同的工测部门

14、施测的控制网能够互相利用 互相协调 也应制定统一的规范 如现行的 城市测量规范 和 工程测量规范 1 三角网的布设方案工测三角网具有如下的特点 各等级三角网平均边长较相应等级的国家网边长显著地缩短 三角网的等级较多 各等级控制网均可作为测区的首级控制 三 四等三角网起算边相对中误差 按首级网和加密网分别对待 2 2 3工程测量水平控制网布设方案 国家三角网在椭球面上 工程控制网在高斯平面上 大型三角网已完全被GPS所代替 2 导线网的布设方案如下表 电磁波测距导线的主要技术要求 电磁波测距导线共分5个等级 其中的三 四等导线与三 四等三角网属于同一个等级 这5个等级的导线均可作为某个测区的首级

15、控制 思考 导线中哪些形式属于独立网 哪些属于非独立网 2 2 3工程测量水平控制网布设方案 3 GPS网的布设方案 GPS网的主要技术要求 注 当边长小于200m时 边长中误差小于20mm 各等级GPS网相邻点间弦长精度式中 标准差 基线向量的弦长中误差mm a 固定误差 mm b 比例误差系数 1 10 6 d 相邻点间的距离 km 2 2 3工程测量水平控制网布设方案 4 边角网的布设方案 5 测边网的布设方案 现阶段主要采用GPS网结合电磁波测距导线网的布设方案 2 2 3工程测量水平控制网布设方案 桥梁三角网对于桥轴线方向的精度要求应高于其他方向的精度 以利于提高桥墩放样的精度 隧道

16、三角网则对垂直于直线隧道轴线方向的横向精度的要求高于其他方向的精度 以利于提高隧道贯通的精度 用于建设环形粒子加速器的专用控制网 其径向精度应高于其他方向的精度 以利于精确安装位于环形轨道上的磁块 专用控制网的布设特点 2 3导线网的精度估算 2 3 1精度估算的目的和方法目的 推求控制网中边长 方位角或点位坐标等的中误差 它们都是观测量平差值的函数 统称为推算元素 方法 1 程序估算法 根据控制网略图 利用已有程序在计算机上进行计算 其理论基础为间接平差法 2 公式估算法 此法是针对某一类网形导出计算某种推算元素 通常是最弱边边长中误差 的普遍公式 1 程序估算法 起算数据 坐标 量取观测数据或程序估算法 误差方程式A 单位权中误差 定权阵P 组法方程式N 求协因数Q 列权函数式 并估算其精度 法方程式 协因数阵 间接平差 误差方程 平差后 协因数阵 其中 2 公式估算法 按偶然误差传播定律 函数的中误差可按下式计算 设推算元素z用未知数的函数表示成 微分后 写成矩阵形式 中误差 一组符号 u 点位的横向中误差t 点位的纵向中误差M 点位中误差D 端点下标Z 中点下标Q 起算数据误差