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1、3平面控制网的布设与技术设计测绘信息网 控制网的布设形式水平控制网的布设形式1.三角网1）网形在地面上选定一系列点位1，2，使互相观测的两点通视，把它们按三角形的形式连接起来即构成三角网。如果测区较小，可以把测区所在的一部分椭球面近似看做平面，则该三角网即为平面上的三角网。三角网中的观测量是网中的全部方向值，图1-4中每条实线表示对向观测的两个方向。根据方向值即可算出任意两个方向之间的夹角。若已知点1的平面坐标，点1至点2的平面边长s1,2，坐标方位角1,2，便可用正弦定理依次推算出所有三角网的边长、各边的坐标方位角和各点的平面坐标。这就是三角测量的基本原理和方法。以图1-4为例，待定点3的坐
2、标可按下式 计算s1,3s1,2sinB sinC1,31,2Ax1,3s1,3cos1,3y1,3s1,3sin1,3x3x1x1,3y3y1y1,3图1-4即已知的s1,2，1,2，x1，y1和各角观测值的平差值A,B,C可推算求得x3，y3同理可依次求得三角网中其他各点的坐标。2）起算数据和推算元素为了得到所有三角点的坐标，必须已知三角网中某一点的起算坐标,某一起算边长s1,2和某一边的坐标方位角1,2，我们把它们统称为三角测量的起算数据。在三角点上观测的水平角是三角测量的观测元素。起算元素和观测元素的平差值推算出的三角形边长、坐标方位角和三角点的坐标统称为三角测量的推算元素。3）工程测
3、量中三角网起算数据的获得在工程测量中，三角网起算数据可下列方法求得：起算边长 当测区内有国家三角网时，若其精度满足工程测量的要求，则可利用国家三角网边长作为起算边长。若已有网边长精度不能满足工程测量的要求时，则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 当测区内有国家三角网时，则已有的三角网传递坐标。若测区附近无三角网成果可利用，则可在一个三角点上用天文测量方法测1测绘信息网定其经纬度，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 当测区附近有控制网时，则可已有网传递方位角。若无已有成果可利用时，可用天文测量方法测定三
4、角网某一边的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时，这种网称为独立网。图1-5中各网都是独立网，其中称为中点多边形，是三角网中常用的一种典型图形。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。例如图1-6为相邻两三角形中插入两点的典型图形。A,B,C和D都是高级三角点，其坐标、两点间的边长和坐标方位角都是已知的。因此，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。图中的P、Q为待定点。图1-5图1-62.导线网导线网是目前工测控制网较常用的一种布设形式，它包括单一导线和具有
5、一个或多个结点的导线网。网中的观测值是角度和边长。独立导线网的起算数据是：一个起算点的x,y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。上述可见，导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。3.边角网和三边网边角网是指测角又测边的以三角形为基本图形的网。如果只测边
6、而不测角即为三边网。实际上导线网也可以看做是边角网的特殊情况。上述3种布设形式中，三角网早在17世纪即被采用。随后经过前人不断研究、改进，无论从理论上还是实践上逐步形成为一套较完善的控制测量方法，这就是“三角测量”。于这种方法主要使用经纬仪完成大量的野外观测工作，所以在电磁波测距仪问世以前的年代，三角网是布设各级控制网的主要形式。三角网的主要优点是：图形简单，网的精度较高，有较多的检核条件，易于发现观测中的粗差，便于计算。缺点是：在平原地区或隐蔽地区易受障碍物的影响，布网困难大，有时不得不建造较高的觇标。随着电磁波测距仪的不断完善和普及，导线网和边角网逐渐得到广泛的应用。尤其是前2测绘信息网者
7、，目前在平原或隐蔽地区已基本上代替了三角网作为等级控制网。于完成一个测站上的边长观测通常要比方向观测容易，因而在仪器设备和测区通视条件都允许的情况下，也可布设完全的测边网。在精度要求较高的情况下，可布设部分测边、部分测角的控制网或边、角全测的控制网。4. GPS网进人20世纪90年代，随着GPS定位技术在我国的引进，许多大、中城市勘测院及工程测量单位开始用GPS布设控制网。目前GPS相对定位精度，在几十公里的范围内可达1/1 000 0002/100 000，可以满足城市测量规范对城市二、三、四等网的精度要求,为点连接，表示在两个基本图形之间有一个点是公共点，在该点上有重复观测；图、为边连接，
8、表示每个基本图形中，有一条边是与相邻图形重复的。在GPS网中，也可在网的周围设立两个以上的基准点。在观测过程中，这些基准点上始终设有接收机进行观测。最后取逐日观测结果的平均值，可显著提高这些基线的精度，并以此作为固定边来处理全网的成果，将有利于提高全网的精度。高程控制网的布设形式国家高程控制网是用水准测量方法布设的，其布设原则与平面控制网布设原则相同。根据分级布网的原则，将水准网分成四个等级。一等水准路线是高程控制的骨干，在此基础上布设的二等水准路线是高程控制的全面基础；在一、二等水准网的基础上加密三、四等水准路线，直接为地形测量和工程建设提供必要的高程控制。按国家水准测量规范规定，各等级水准
9、路线一般都应构成闭合环线或附合于高级水准路线上。3测绘信息网工测高程控制网的布设也应遵守分级布设的原则。关于工测高程控制网的布设方案，城市测量规范规定，可以采用水准测量和三角高程测量。水准测量分为二、三、四等，作为工测高程控制网或专用高程控制网的基础。首级水准网等级的选择应根据城市面积的大小、城市的远景规划、水准路线的长短而定。首级网应布设成闭合环线，加密网可布设附合路线、结点网和闭合环。只有在山区等特殊情况下，才允许布设水准支线。三角高程测量主要用于山区的高程控制和平面控制点的高程测定。应特别指出的是电磁波测距三角高程测量，近年来经过研究已普遍认为该法可达到四等水准测量的精度，也有人认为可以
10、代替三等水准测量。因而城市测量规范规定根据仪器精度和经过技术设计认为能满足城市高程控制网的基本精度时，可用以代替相应等级的水准测量。 控制测量作业流程用于工程测量的控制测量，一般作业流程是： 接受任务以后，先收集本测区的资料，包括小比例尺地形图和去测绘管理部门抄录已有控制点成果，然后去测区踏勘，了解测区行政隶属，气候及地物、地貌状况、交通现状、当地风俗习惯等。同时踏勘原有三角点、导线点和水准点，了解觇标、标石和标志的现状。在收集资料和现场踏勘的基础上进行控制网的技术设计。既要考虑控制网的精度，又要考虑节约作业费用，也就是说在进行控制网图上选点时，要从多个方案中选择技术和经济指标最佳的方案，这就
11、是控制网优化问题。根据图上设计进行野外实地选点，就是把图上设计的点位放到实地上去，或者说通过实地选点实现图上设计的目的。当然，在实地选点时根据实地情况改变原设计亦是常见的事。为了长期保存点位和便于观测工作的开展，还应在所选的点上造标埋石。观测就是在野外采集确定点位的数据，其中包括大量的必要的观测数据，亦含有一定的多余观测数据。计算是根据观测数据通过一定方法计算出点的最合适位置。实地踏勘 图上设计 收集资料实地选点 造标、埋石 观测 计算 控制测量的任务是精确确定控制点的空间位置。其作业流程还可简化为以下三步： 1）选定控制点的位置按工程建设的精度要求，并结合具体地形情况，在实地确定控制点点位，
12、并将其标志出来。其工作步骤包括收集资料，实地踏勘，图上设计，实地选点，造标、埋石。2）观测用精密的仪器和科学的操作方法将控制网中的观测元素精密测定出来。3）计算用严密的计算方法将控制点的空间位置计算出来。计算步骤包括归算；投影；平差。 国家水平控制网的布设原则和方案4测绘信息网布设原则2我国幅员辽阔，在大部分领域布设二、三、四等控制网。2.应有足够的精度控制网的精度应根据需要和可能来确定。作为国家大地控制网骨干的一等控制网，应力求精度更高些才有利于为科学研究提供可靠的资料。为了保证国家控制网的精度，必须对起算数据和观测元素的精度、网中图形角度的大小等，提出适当的要求和规定。这些要求和规定均列于
13、国家三角测量和精密导线测量规范中。3.应有足够的密度控制点的密度，主要根据测图方法及测图比例尺的大小而定。比如，用航测方法成图时，密度要求的经验数值见表2-1，表中的数据主要是根据经验得出的。表2-1各种比例尺航测成图时对平面控制点的密度要求测图比例尺 1：50 000 1：25 000 1：10 000 每幅图要求点数 3 23 1 每个三角点控制面积 约150km 约50km 约20km 222三角网平均边长 13km 8km 26km 等级 二等 三等 四等于控制网的边长与点的密度有关，所以在布设控制网时，对点的密度要求是通过规定控制网的边长而体现出来的。对于三角网而言边长s与点的密度Q
14、之间的近似关系为s。将表2-1中的数据代入此式得出s13(km)s8(km) s5(km)因此国家规范中规定，国家二、三等三角网的平均边长分别为13km和8km。4.应有统一的规格于我国三角锁网的规模巨大，必须有大量的测量单位和作业人员分区同时进行作业，为此，必须国家制定统一的大地测量法式和作业规范，作为建立全国统一技术规格的控制5测绘信息网网的依据。布设方案根据国家平面控制网施测时的测绘技术水平，我国决定采取传统的三角网作为水平控制网的基本形式，只是在青藏高原特殊困难的地区布设了一等电磁波测距导线。现将国家三角网的布设方案和精度要求概略介绍如下。1.一等三角锁布设方案一等三角锁是国家大地控制
15、网的骨干，其主要作用是控制二等以下各级三角测量，并为地球科学研究提供资料。图2-1一等三角锁尽可能沿经纬线方向布设成纵横交叉的网状图形，如图2-1所示。在一等锁交叉处设置起算边，以获得精确的起算边长，并可控制锁中边长误差的积累，起算边长度测m定的相对中误差b1:350000。多数起算边的长度是采用基线测量的方法求得的。随着b电磁波测距技术的发展，后来少数起算边的测定已为电磁波测距法所代替。一等锁在起算边两端点上精密测定了天文经纬度和天文方位角，作为起算方位角，用来控制锁、网中方位角误差的积累。一等天文点测定的精度是：纬度测定中误差m，经度测定的中误差m，天文方位角测定的中误差m。一等锁两起算边之间的锁段长度一般为200km左右，锁段内的三角形个数一般为1617个。角度观测的精度，按一锁段三角形闭合差计算所得的测角中误差应小于。一等锁一般采用单三角锁。根据地形条件，也可组成大地四边形或中点多边形，但对于不能显著
