水平测量控制网的技术设计

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1、测绘与城市空间信息系 朱宝训E-mail:,控 制 测 量 学,第二章 水平控制网的技术设计,一、国家水平控制网建立的基本原理二、工程测量水平控制网建立的基本原理三、导线网的精度估算四、工程水平控制网优化设计概述五、工程水平控制网技术设计书的编制六、选点、造标和埋石,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,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

2、难大,2.1 国家水平控制网建立的基本原理,2）起算数据和推算元素 已知边长 ，坐标方位角 和坐标（x，y），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，

3、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

4、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,5.1.

5、2 平面控制网的布设形式,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）。对网形没有要求，但短边优先联测。,1.分级布网、逐级控制 布设二、三、四等控制网A、B、C、D、E五级， B、C、D、E相当于常规大地测量一、二、三、四等 2.应有足够的精度 国家三角网的精度应满足大比例尺测图的要求，即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* 0.1

6、Nmm。 3.应有足够的密度 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,2.1.2 建立国家水平大地控制网的原则,2.1.3 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1617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1520km，测角中误差小于1

7、.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。,2.1.3 国家水平大地控制网布设方案,3）三、四等三角网 三等网的平均边长约为8 km，测角中误差为1.8。四等网的平均边长为约为26km，测角中误差为2.5。,插网法,插点,2.1.3 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,2.1.3 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

8、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，

9、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GPS A、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92 GPS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 2.010e-8，高程分量相对中误差为3.010e-8。（2）全国GPS一、

10、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GPS A、B级网,总参测绘局布设的GPS 一、二级网，中国地震局、总参

11、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。,2.2 工程测量水平控制网建立的基本原理,2.2.1 工程控制网的分类： 1.测图控制网 2.施工控制网 3.变形观测专用控制网2.2.2 布设原则： 1 分级布网，逐级控制 2 应有足够的精度 3 应有足够的密度 4 应有有统一的规格,1.分级布网、逐级控制 通常布设首级控制网，随后再加密若干级较低精度的控

12、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0.1500=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

13、门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,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控制。,2.2.3 工程测量水平控制网布设方案,3.GPS网的布设方案

14、,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（110-6） 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

15、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）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。其理论基础是最小二乘法中的条件分组平差法（乌尔玛耶夫分组平差法）。 2）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。,1）、公式估算法： 设有一组互为独立的观测值 其相应的中误差为 其相应的权为 控制网中某待定元素可表达为观测值的函数 ，当没有多余观测时，直接用独立观测值计算函数值，即 按偶然误差传播定律,函数的中误差可按下式计算:,