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1、测绘与城市空间信息系测绘与城市空间信息系 E-mail:E-mail:控控 制制 测测 量量 学学本章提要：本章提要：本章提要：本章提要：本章讲述水平控制网的布设，目的是解决平面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。估算；平面控制网的选点、造标埋石。重点重点 ：平面控制网的技术设计、精度估平面控制网的技术设计、精度估算算 难点难点 ：等权代替法进行精度估算等权代替法进行精度估算 第二章
2、第二章水平控制网的技术设计水平控制网的技术设计1 1 三角测量法三角测量法1）网形）网形 2.1.1 水平控制网的布设形式水平控制网的布设形式优点：图形简单、精度高、多余优点：图形简单、精度高、多余观测量多、便于计算。观测量多、便于计算。缺点：布网困难大缺点：布网困难大2.1 国家水平控制网建立的基本原理国家水平控制网建立的基本原理网形要求：三角形内角一般在网形要求：三角形内角一般在30150之间。之间。2）起算数据和推算元素）起算数据和推算元素 已知边长已知边长 ，坐标方位角，坐标方位角 和坐标（和坐标（x，y），统称为起），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、坐算数
3、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。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水平控制网的布设形式 3 3）工程测量中三角网起算数据的获得）工程测量中三角网起算数据的获得起算边长起算边长 利用国家三角网边长作为起算边长。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。作为起算边长。起算坐标起算坐标 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
4、量方法测定其经纬度，再换算成高斯平面直角坐标，作为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。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（例如一条起当三角网中只有必要的一套起算数据（例如一条起
5、算边，一个起算方位角和一个起算点的坐标）时，这种网称为算边，一个起算方位角和一个起算点的坐标）时，这种网称为独立网独立网。如果。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。）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。）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。网中导线网包括单一导线和
6、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：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。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，导线网与三角网相比，主要优点主要优点在于：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。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。导线网的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随
7、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。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。导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。2.2.导线网导线网导线网的缺点主要是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。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水平控制网的布设形式 3.3.边角网和三边网边角网和三边网 边角网是指测角又测边（或部分边长）的以三角形为基本边角网是指测角又测边（或
8、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。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水平控制网的布设形式4.GPS控制网控制网 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。1.1.分级布网、逐级控制分级布网、逐级控制 2.2.应有足够的精度应有足够的精度 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
9、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国家水平控制网概述 3.3.应有足够的密度应有足够的密度 边长边长s s与点的密度（每个点控制面积）与点的密度（每个点控制面积）Q Q之间之间的近似关系为的近似关系为 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国家水平控制网概述测图比例尺每幅图要求点数每个三角形控制面积三角形平均边长（km）等级1:50000
10、315013二1:250002-3508三1:100001202-6四2国家水平大地控制网布设方案国家水平大地控制网布设方案1）一等三角锁）一等三角锁国家控制国家控制网的基础和骨干网的基础和骨干沿经纬线方向布设成纵横沿经纬线方向布设成纵横交叉的网状图形；在交叉处设交叉的网状图形；在交叉处设置起算边；用拉普拉斯方位角；置起算边；用拉普拉斯方位角；两起算边之间锁长约两起算边之间锁长约200km，约由，约由1617个三角形组成，个三角形组成，平均边长山区约平均边长山区约25km，平原，平原约约20km；测角中误差小于；测角中误差小于0.7。2）二等三角锁（网）二等三角锁（网）国家三角网的全面基础国家
11、三角网的全面基础地形测图的基本控制地形测图的基本控制布设方案：布设方案：20世纪世纪60年代前年代前：在一等锁环内，：在一等锁环内，先沿经纬线纵横交叉布设二等基本先沿经纬线纵横交叉布设二等基本锁（平均边长约锁（平均边长约1520km，测角中，测角中误差小于误差小于1.2），二等补充网，二等补充网（平均边长约为（平均边长约为13km，测角中误差，测角中误差小于小于2.5）。）。20世纪世纪60年代后年代后：二等网以全面：二等网以全面三角网的形式布设在一等锁环内，三角网的形式布设在一等锁环内，四周与一等锁衔接。其平均边长约四周与一等锁衔接。其平均边长约为为13km，测角中误差小于，测角中误差小于1
12、.0。2国家水平大地控制网布设方案国家水平大地控制网布设方案3）三、四等三角网）三、四等三角网三等网的平均边长约为三等网的平均边长约为8km，测角中误差为，测角中误差为1.8。四。四等网的平均边长为约为等网的平均边长为约为26km，测角中误差为，测角中误差为2.5。插网法插网法插点插点2国家水平大地控制网布设方案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）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国家水平大地控制网布设方案5 5、我国天文大地网基本情况简介：、我国天文大地网基本情况简介：1 1）利用常规测量技术建立的国家大地测量控制网：）利用常规测量技
13、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我国统一的国家大地控制网的布设工作开始于2020世纪世纪5050年代初，年代初，6060年代末基本完成，历时年代末基本完成，历时2020多年。共布设多年。共布设一等三角一等三角锁锁401401条，锁长条，锁长7.37.3万万kmkm。一等导线点。一等导线点312312个，导线环总长约个，导线环总长约1 1万万kmkm。19821982年完成了天文大地网整体平差，网中包括一等三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，角锁系，二等三角网，部分三等网，共共4843348433个大地控制点，个大地控制
14、点，500500条起始边和近条起始边和近10001000个正反起始方位角，个正反起始方位角，311198311198个方向观测个方向观测值，值，14041404条导线测距观测值。条导线测距观测值。平差结果表明平差结果表明：网中离大地原：网中离大地原点最远点的点位中误差为点最远点的点位中误差为0.9m0.9m，一等方向中误差为，一等方向中误差为0.460.46。采用条件联系数法和附有条件的间接观测平差法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，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，坐标最大差为坐标最大差为4.8cm4.8cm。
15、这充分说明我国天文大地网的精度较高，。这充分说明我国天文大地网的精度较高，结果可靠。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：）利用现代测量技术建立的国家大地测量控制网：（1）全国）全国GPSA、B级网：级网：1992年年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的“中国中国92GPS会战会战”，目的目的是在全国范围内确定精确的地心坐标，建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；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；从从1991年开始，经过年
16、开始，经过5年在国家年在国家A级网的基础上建立了国家级网的基础上建立了国家B级网（又级网（又称国家高精度称国家高精度GPS网）。全网基本均匀布点，覆盖全国，共布测网）。全网基本均匀布点，覆盖全国，共布测730个点个点左右，总独立基线数左右，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基线边长相对中误差可达2.010e-8，高程分量相对中误差，高程分量相对中误差为为3.010e-8。（2）全国）全国GPS一、二级网：一、二级网：由军测部门建立，主要为军事服务。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：“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是以全球卫星定位系统(GPS)观测技术为主，辅之已有的观测技术为主，辅之已有的甚长基线射电干涉测量甚长基线射电干涉测量(VLBI)和人卫测距和人卫测距(SLR)等空间技术，结合精密重力和精密等空间技术，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。水准测量构成的大范围
