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1、 测量学(甲) 第七章 小地区控制测量 赵良荣第七章 小地区控制测量7.1 控制测量概述在测区范围内选定若干具有控制意义的点，组成控制网，用比较精确的方法测出其平面位置与高程，这项工作称为控制测量。控制测量分为平面控制测量、高程控制测量和三维控制测量。建立控制网的作用为：控制网是进行各项测量工作的基础。控制网具有控制全局的作用。控制网具有限制测量误差的传递和积累的作用。控制网根据精度不同，划分成不同的等级。在小范围内（一般面积在km2以下）建立的控制网，称为小地区控制网。一、平面控制测量平面控制的方法有三角测量、导线测量、三边测量、边角测量和GPS测量。1. 国家基本控制网在全国范围内建立的控
2、制网为国家控制网，它是各种比例尺测图和工程建设的基本控制，也是研究地球形状和大小的依据。采用一、二、三和四等三角测量方法。在特殊困难地区可用精密导线测量方法布设。随着GPS技术的不断发展，我国也布设了GPS控制网。2. 工程控制网为工程建设布设的控制网称为工程控制网。国家控制网建立后，为满足各种工程建设的需要，又逐级建立工程控制网。主要采用三角测量、导线测量、三边测量和GPS测量的方法。工程控制网也可以分级布设。3. 图根控制 为测图的需要而进行的最基础的控制测量称为图根控制测量，图根控制测量所建立的直接用于测图的控制点称为图根控制点，简称图根点。图根控制是直接为地形测图而建立的，是在高级控制
3、点间加密的。主要采用图根导线测量、全站仪极坐标法、边角交会和GPS测量等方法。二、高程控制测量 1. 国家水准测量分为一、二、三、四等水准网。2. 工程高程控制测量工程测量的高程控制分为二、三、四、五等水准测量。也可采用电磁波测距三角高程测量或GPS测量。 3. 图根高程控制测量 图根高程控制，可采用图根水准，电磁波测距三角高程测量等。 7.2 导线测量导线测量在地面上按一定的要求选定一系列点，将相邻点连成一系列折线，测出各折线边长和转折角、连接角，根据起始数据，推算出各点的平面坐标。导线测量适应于带状地区及通视条件较差的城镇建筑区、隐蔽区。一、导线的布设形式1闭合导线从一高级边AB（或高级点
4、B）开始，经过一系列导线点，最后仍回到起始点B。2附合导线从一条高级边AB开始，经过一系列导线点，将其附合到另一条高级边CD上。3支导线 从一条高级边AB开始，经过12个导线点，最后既不闭合也附合到另外高级边上。支导线只能在困难地区用于布设图根导线。 二 、导线测量的外业工作1踏勘选点及建立标志选点：相邻点通视，便于测角、量边；点位应选在土质坚硬处，便于安置仪器及保存标志；点位周围视野开阔，便于碎部测量；导线边长大致相等，边长为50350m；密度适当，分布合理，便于控制整个测区。导线点选定后，应建立点的标志。导线点应统一编号，并做点之记。如下图：2量边电磁波测距仪测距仪单向施测，钢尺量距必须往
5、返测，相对误差应小于1/3000。3水平角观测 测出左侧角或右侧角。导线应与附近高级点连测（连接角、连接边），取得起始坐标和起始方位角。若测区或附近没有高级点，可用罗盘仪测定一条边的磁方位角，并假定一点的坐标，作为起始数据，这时通常布设成闭合导线。三、导线测量的内业计算导线的内业计算应在规定的表格中进行，以便于检核。1闭合导线的计算角度闭合差的计算与调整 若,则进行角度闭合差调整：反符号平均分配。 改正数为：方位角的推算 计算值若大于等于360，则减去360，若是负值，则加上360。坐标增量的计算 坐标增量闭合差的计算与调整导线全长闭合差：导线相对闭合差：若，则进行坐标增量闭合差调整：反符号按
6、边长比例分配。 改正后，fx=fy=0导线点坐标的计算 2附合导线的坐标计算附合导线的坐标计算程序与闭合导线基本相同。由于导线形式不同，仅角度闭合差及坐标增量闭合差的计算有所不同。 角度闭合差的计算 坐标增量闭合差的计算 3.支导线的计算 支导线计算不需进行闭合差的调整，直接求出坐标即可。7.3 交会定点与极坐标法定点 当导线点和其它控制点的密度不能满足测图或放样的要求时，需要加密控制点，常用方法是交会定点及极坐标法定点。一、测角交会1前方交会 通过观测三角形的内角来求P点的坐标，需有另一个三角形作检核。计算通常用余切公式，见P.130。 两套坐标满足要求，取平均值。2侧方交会 3后方交会 后
7、方交会要注意危险圆问题，如下图：二、测边交会 通过观测三角形的边长来求P点的坐标，同样需有另一个三角形作检核，符合要求取平均值。二、全站仪极坐标法 通过用全站仪测角和测边，按极坐标法确定图根点的坐标。 B D P A计算公式为： 7.4 三角高程控制测量一、三角高程测量原理 h=Dtg+il二、地球曲率差和大气折光差的影响地球曲率差改正：大气折光差改正：K为折光系数。在0.100.16之间，通常取0.14。两差改正为： 当D不大于400m 可不必考虑两差改正。当仅从A点向B点观测时，称为单向观测；如果不仅从A点向B点观测，而且也从B点向A点观测，则称为对向观测。通过对向观测，可以消除地球曲率差
8、及大气折光差对高差的影响，故通常应采用对向观测。 7. 5 全球定位系统（GPS）一、各种定位系统简介l 美国的GPS系统 ， 二十世纪九十年代（93年）投入运行。l 俄罗斯的CLONASS（格洛纳斯）系统 ， 二十世纪九十年代投入运行。l 欧盟的伽利略定位系统（Galileo Positioning System），预计2010年开始运行。l 我国的北斗卫星导航系统（Compass Navigation Satellite System ）。2000年-2007年，中国已成功发射了5 颗“北斗导航试验卫星”，初步建成了北斗导航试验系统，目前能满足中国及周边地区用户对卫星导航系统的需求。通过进
9、行系统组网和试验，将逐步扩展为全球卫星导航系统。 二、 GPS定位原理通过GPS仪接受GPS卫星信号，测定测站至卫星的距离，即通过后方交会来确定测站点的位置。 三、GPS的组成1 GPS卫星共24颗，分布在6个轨道平面内，平均高度为20200km，一般情况下可接收411颗。2 地面监控系统由5个地面站组成，其中包括1个主控站，3个注入站，5个监测站。分别位于美国本土、大西洋、印度洋和太平洋岛屿上。3 用户接收机GPS仪（GPS接收机）分静态和动态（称为RTK）。静态GPS仪主要用于控制测量、变形观测等动态GPS仪（RTK）可用于碎部测量、施工放样、动态跟踪等。四、GPS的特点1 定位精度高2
10、观测时间短3 操作简便4 全天候作业5 观测点间无需通视6 提供三维坐标五、GPS定位的坐标系统 采用1984年世界大地坐标系统，即WGS-84。其地球椭球参数为： a=6378137m f=1/298.257223563 根据需要，各坐标系之间坐标可以转换。六、GPS定位的方法GPS测量主要利用GPS接收机接收卫星信号，再经过GPS后处理软件计算处理，得出地面点的位置坐标。1.按接收机在作业中所处的状态划分（1）静态定位（2）动态定位2.按参考点的不同位置划分（1）绝对定位利用单台接收机在待测点上接收GPS卫星信号，计算出其坐标。由于受到卫星轨道偏差、卫星钟差、卫星信号传播误差及接收机本身误
11、差，单点定位精度较低，一般为5-10米，主要用于飞机、车船等。 （2）相对定位利用2台或2台以上接收机同步接收GPS卫星信号，可以有效地消除或减弱卫星轨道偏差、卫星钟差、卫星信号传播误差等的影响，测定观测点间得相对位置，从而求出待测点坐标。相对定位精度较高，可达毫米级。七、 GPS测量的实施1. GPS网的技术设计2. 选点与建立标志3. 观测八、 GPS测量注意事项1 GPS观测点应避开高压线、变压器、电视发射塔、微波中继站，避免电磁波干扰。2 GPS观测点应避开大面积水域，避免因信号反射产生多路径误差。3 GPS观测点的截止高度角小于15以下。九、 GPS的应用 1精确定时：广泛应用在天文台、通信系统基站、电视台2工程施工：道路、桥梁、隧道等施工中大量采用GPS进行工程测量3勘探测绘：野外勘探及城区规划中都有用到4武器导航：精确制导导弹、巡航导弹5车辆导航：车辆调度、监控系统6船舶导航：远洋导航、港口/内河引水7飞机导航：航线导航、进场着陆控制8星际导航：卫星轨道定位作业：习题七： 2、4、5、79
