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1、第一章 绪 论 一、基本概念 1、大地水准面：把地球总的的形状看成是被海水包围的球体,静止的海水面向陆地延伸。 2、大地体：由大地水准面包围的形体。 3、 （局部）参考椭球：和某个国家或局部大地体最为接近的参考椭球； 总地球椭球：和整个大地体最为接近的参考椭球 4、参考椭球：形状和大小与大地体相近，并且两者之间的相对位置确定的旋转椭球 5、大地水准面差距：在某一点上，大地水准面超出椭球面的高差称为大地水准面差距，用 N 表示。 6、垂线偏差：大地水准面的铅垂线与椭球面的法线之间的夹角称为垂线偏差，用 表示。7、重力场：在一个空间域中的每一点都有唯一的一个重力矢量与之对应的矢量场。 8、正常椭球
2、：就是一个假想的形状和质量分布很规则的旋转椭球体，它是大地水准面的规 则形状，用以代表地球的理想形体。 由正常椭球产生的重力场称为正常重力场，相应的重力、重力位和水准面分别称为正常重 力、正常重力位和正常水准面。 ) , , , ( 2 fM J a f U 9、测量外业工作的基准面、基准线大地水准面，铅垂线； 测量计算的基准面、基准线参考椭球面，法线 10、地球的重力位 W=正常引力位 V+离心力位 +扰动位 T 二、控制测量与测量学的本质区别是什么？ 在流程上有什么区别？ 控制测量的精度等级更高，工作更加严密，因此要研究更加精密的测量仪器、方法、数据 处理的方法；控制测量的范围更加广阔，必
3、须研究地球曲率等多种因素对测量成果的影响， 即进行归算。 第二章 水平控制网的技术设计 一、控制网的布设 1水平控制网的布设形式：三角网、导线网、测边网、边角网、GPS 网 2国家水平控制网的布设原则：分级布网，逐级控制；应有足够的精度（出发点：图根点 的点位误差应小于图上 0.1mm；图根点的误差由图根点的测量误差和起算控制点的相对误 差组成；起算误差小于总误差的三分之一，可以忽略不计） ；应有足够密度；应有统一的规 格。 3国家水平控制网分级布设：一等三角锁系、二等三角网（分级布设二级网、二等全面网） 、三、四等三角网（插网法、插点法） 4工程水平控制网的布设原则和方案：面积小，密度大，边
4、长短；精度要求高；特殊的工 程建设有特殊的布设方案； 特殊：各等级的控制网都可以做首级控制；可以越级布设；有加密网与独立首级网的区别； 二、精度估计 在进行控制网作业之前，必须根据任务要求，拟定合理的布网方案，在图上设计出一个图 形结构较强，点位分布较好的网形；对于图上设计好的控制网，其推算元素所能达到的精 度，必须预先进行精度估计，以便对设计方案的可行性和合理性进行评价。 精度估算目的：推求控制网中边长、方位角或点位坐标等的中误差。 精度估算的方法：公式估算法，条件平差；程序估算法，间接平差，较严密。 精度估算结论：任意边角网的精度：离已知点越远，误差椭圆越大；三角网误差椭圆的长轴大致在纵向
5、 1 上;三边网误差椭圆的长轴大致在横向上; 边角网精度明显提高；网的形状，待定点的位置， 测边、测角精度比，对椭圆有影响。 单一符合导线：图形的变化对各种符合导的点位精度影响不大，而起主要影响的是导线 2 的边数或全长；测角和侧边的精度比例基本适当；最弱点在导线的中间。 三、控制网优化设计 1工程水平控制网的优化设计概述：在布设控制网时，希望在现有的人力、物力和财力条 件下，使控制网具有最高的精度和可靠性；在满足控制网的精度要求的前提下，尽量合理 的确定网的结构，观测量的必要精度，以及最佳分布。 2控制网的质量指标： 精度指标：以观测值仅存在随机误差为前提，使用坐标参数的方差-协方差阵 或协
6、因数阵 来度量，要求网中目标成果的精度应达到或高于预定的精度。 XX D XX Q 可靠性指标：控制网能够发现观测值中存在的粗差和抵抗残存粗差对平差结果的影 响的能力。内部可靠性每个观测值的多余观测分量；外部可靠性某一观测 值的粗差界限值对平差坐标的影响 费用指标： ) ( 测值，观测类型 控制面积，观测数，观 等级决定； 控制网以外，一般由 常数 常数 成本 F F F 灵敏度指标/ 可区分性指标（监测网中）： 4优化设计的分类： 1 ) ( PB B Q T XX 设计分类 固定参数 待定参数 说明 零类设计 P B, XX Q X , 在网的图形和观测值的先验精度已定的情 况下，选择合适
7、的起始数据 一类设计 XX Q P, B 观测值先验精度和未知参数的准则矩阵已 定的情况下，选择最佳的点位布设和最合 理的观测值数目 二类设计 XX Q B, P 在控制网的网形和网的精度要求已定的情 况下，进行观测工作量的最佳分配，决定 各观测值的精度 三类设计 P B Q XX , , 部分 部分 B，P 对现有网和现有设计进行改进，引入附加 点或附加观测值，导致点位增删或移动 5优化设计的方法 ： 解析法基于优化设计理论构造目标函数和约束条件，解求目标函数的极大值或 极小值。 模拟法模拟观测方案，根据仪器确定观测值精度，计算网的各种质量指标如精 度、可靠性、灵敏度.将计算出的各质量指标与
8、设计要求的指标比较，使之既满足 设计要求，又不致于有太大的富余。 6工程水平控制网的布设： 技术设计：根据控制网的用途并结合测区的地形、地理、交通、经济等情况确定适 宜的布网方案。设计最适宜的布网方案；图上拟定最恰当的控制点位置。 （搜集和 分析资料、网的图上设计、技术设计书的编写） 选点：按实地情况检查并落实图上设计;修改其中不恰当或不完善的地方; 实地选定 三角点的最适宜位置,在地面上标定出来;确定觇标高。 造标和埋石：造标，提供角度观测的照准标；升高仪器测角的整置位置。埋石，表 示控制点的位置和永久的保存大地测量或控制测量的成果。 第三章 精密测角仪器和水平角观测 一、精密测角仪器 1、
9、结构特点： 三轴：视准轴、水平轴、垂直轴 望远镜：内对光；复合式物镜；有较大的放大倍数； 水准器：精度高，灵敏度高。 （精度主要由水准器的格值来衡量；灵敏度为水准气泡快速移 动的能力） 垂直轴：轴心长；不带动水平度盘。 度盘：适当增加度盘直径，使格值较小 75160mm；420；用玻璃度盘来代替金属度盘， 以提高线划的精度；采用测微器来量取不足一格值的角值，利用测微器可直读 1”0.1”。 2、精密光学经纬仪的读数：接合法读数、重合读数（利用上下丝分划重合进行读数的方法） 。 旋进测微手轮，使度盘正倒像精确重合， 读度 1 找具备下列三个条件的分划线：正倒像相差 180 度；正像在左，倒像在右
10、；正倒像 的对径（度）分划相距最近，以正像的（度）分划线为准读度数。 读十位分数 2 将正倒像相应的分划线间所夹的格数乘以度盘分划的一半（J2 为 10 分） ，就是十位分数。 在测微器（盘）读取个位的分数及秒数。 3 二、三轴误差 1、视准轴误差：仪器的视准轴不与水平轴正交所产生的误差； cos C C 产生原因：望远镜的十字丝分化板安置不正确；望远镜调焦镜运行时晃动；气温变化引起 仪器的缩涨，特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化； 影响：读数指标线是和照准部的位置相一致的，视准轴偏离正确的位置但是读数是对于正 确位置的读数；如果没有视准轴误差，照准部旋转一个角度才能瞄准目标，此时读数为正
11、确读数，旋转的这个角度为视准轴误差的影响。 特点：随目标垂直角的增大而增大，当 C C 时 0 最小值。 由盘左和盘右的观测方向值求平均值，可以消除视准轴误差对水平方向观测的影响，而 得到正确的方向值。 (3)计算 2c 的意义：一测回中各观测方向 2C 互差的大小，在一定程度上反映了仪器的稳定 性和观测成果的质量。(J2 仪器小于 13 秒) 2、水平轴倾斜误差：仪器的水平轴不与垂直轴正交，所产生的误差。水平轴在垂直度盘一 端下倾为正。 tan cot i i i 产生原因：仪器制造、安装校正不完善（仪器两端的支架不等高；水平轴两端轴径不相等）影响： 仪器水平轴正确位置，视准轴 OZ 划出的
12、是个垂直平面 。 仪器水平轴倾斜了 i 角后的不正确位置，此时视准轴也跟着倾斜。以 O 为球心，OH 为半径作单位球面。水平轴水平时，正确视准轴 OZ 照准目标 P 点时，视准面为 OZPM， 即在水平度盘上的正确读数为 M。当倾斜了 i 角的视准轴 OZ/照准目标 P 点时，视准面为， 在水平度盘上相应的读数为 M 。 特点：不仅与 i 有关，而且还与 有关。 越大，也越大， 越小，也越小，当 =0 时，将没有影响。 由盘左和盘右的观测方向值求平均值，可以消除水平轴倾斜误差对水平方向观测的影响， 而得到正确的方向值。 3、高低点法测定 i 角/c 角 ctg R L R L n i R L
13、R L n C 低 高 低 高 ) ( ) ( 4 1 cos ) ( ) ( 4 1 4、 垂直轴倾斜误差：垂直轴不严格铅直，而是在某一方向偏离测站铅垂线一微小角度。 tan cos V V 产生原因： 照准部水准管轴不严格垂直于垂直轴（水准气泡校正的残余误差） ； 在测量 1 2 中，仪器整平不够精确（格值精度有限： ） ； 测量过程中外界环境影 mm 2 / 0 2 7 3 响；（温度变化，风力影响，以及人为因素） 。 影响：垂直轴偏斜误差对水平方向观测值的影响是通过水平轴倾斜量而表现出来的。但是 与水平轴倾斜误差的影响性质完全不同， （水平轴倾斜误差大小不变；但是由于纵轴倾斜引 起的水
14、平轴倾斜随着照准部的旋转而变化）因为水平轴倾斜量是变化的。 削弱措施： 观测前应校正好仪器纵轴与水准管轴的关系； 观测时要精确置平仪器，观 1 2 测中注意气泡是否居中； 各测回重新整平，使垂直轴误差带有偶然性； 3 加倾斜改正； 4 垂直角； 格值 ) ( ; n i tg i v v v 三、精密测角误差 1、外界条件的影响 1）成像质量的问题：如果大气层的密度均匀，平衡，目标成像就会稳定。如果大气密度剧 烈变化，目标影响就会上下左右跳动。目标成像是否清晰，主要军定于大气的透明程度， 也就是取决于大气中对光线起散射作用的物质的多少。成像质量主要取决于太阳辐射的程 度。 水平角观测的有利时间
15、：日出后一小时至二小时之间；下午三、四时后至日落前一小时； 阴天全天可以观测； 2）水平折光、旁折光：光线通过密度不均匀的空气介质时，经过连续折射后形成一条曲线， 并向密度大的一方弯曲。照准目标的光线，通过接近地面的不同密度大气层时，将产生折 射现象。其中，因大气在垂直方向上密度分布不均匀而产生的折光差，称为垂直折光差； 它只影响垂直角观测精度，因大气层在水平方向上密度分布不均匀而产生的折光差，称为 水平折光或旁折光。削弱方法：不要在容易形成空气密度分布不均匀的时间里观测；选点时要注意使视线尽量 的高；在水平折光差影响较大的自然地理条件下，应该适当缩短边长；一份成果的全部测 回，应分配在不同的时间段上完成。 3）照准目标相位差的影响：照准实体目标时，往往不能正确的照准目标的真正中心轴线； 由此给观测结果带来的误差；照准目标如果使直径较大的圆柱形实体。在阳光照射下，分 为明亮和阴暗两部分，这是照准目标时候，很容易随觇标背景的不同而偏向一测。例如， 背景是天空，就容易偏向按的一册。背景是阴暗的地物，就容易偏向明亮的一测。 削弱办法：根据背景的情况将标志涂成红色或白色；上午、下午各测半数测回；应尽量避 免以测站南面或北面的照准点作为观测零方向； 4）气温变化对仪器稳定性的影响：视准轴各部件受热不均膨胀变形；三脚架向阳处和背
