第二章控制测量PPT讲稿.ppt

第二章控制测量第1页，共45页，编辑于2022年，星期二n 测量工作的原则测量工作的原则为了保证全国各地区测绘的地形图具有统一的坐标系统和高为了保证全国各地区测绘的地形图具有统一的坐标系统和高程系统，减小测量误差的积累，保证成果质量，测量工作应程系统，减小测量误差的积累，保证成果质量，测量工作应遵循以下两个原则：遵循以下两个原则：（1）从整体到局部，先控制后碎部）从整体到局部，先控制后碎部对于总体测绘工作而言，应先总体布置，然后分阶段、对于总体测绘工作而言，应先总体布置，然后分阶段、分区、分期实施。在实施过程中要先布设平面和高程分区、分期实施。在实施过程中要先布设平面和高程控制网，确定控制点平面坐标和高程，建立全国、全控制网，确定控制点平面坐标和高程，建立全国、全区统一坐标系。在此基础上进行细部测绘和工程施工区统一坐标系。在此基础上进行细部测绘和工程施工测量。测量。（2）每一步测量工作必须严格进行检核）每一步测量工作必须严格进行检核对于测绘工作的每一个过程、每一项成果都必须检核，在保对于测绘工作的每一个过程、每一项成果都必须检核，在保证前期工作无误的情况下，方可进行下一步工作。只有这样，证前期工作无误的情况下，方可进行下一步工作。只有这样，才能保证测绘成果的可靠性。才能保证测绘成果的可靠性。第2页，共45页，编辑于2022年，星期二国家国家基本控制测量基本控制测量图根控制测量图根控制测量地籍、房产、管线地籍、房产、管线控制测量控制测量竣工控制测量竣工控制测量施工控制测量施工控制测量地籍图测绘地籍图测绘变形控制测量变形控制测量地形图测绘地形图测绘竣工图测绘竣工图测绘施工放样施工放样变形监测变形监测第3页，共45页，编辑于2022年，星期二第4页，共45页，编辑于2022年，星期二2.1 控制测量概述控制测量概述一、控制测量的概念一、控制测量的概念1 控制测量控制测量 对对控制网控制网进行布设、观测、计算，确定进行布设、观测、计算，确定控制点控制点位置的位置的测量工作。分为平面控制测量（确定平面坐标）和高程控测量工作。分为平面控制测量（确定平面坐标）和高程控制测量（确定高程）。制测量（确定高程）。控制点控制点 测区内具有控制意义的点。测区内具有控制意义的点。控制网控制网 由控制点组成的几何图形。由控制点组成的几何图形。第5页，共45页，编辑于2022年，星期二l 国家控制网国家控制网包括国家平面控制网和国家高程控制网包括国家平面控制网和国家高程控制网国家平面控制网主要采用三角测量建立，分为一、二、三、国家平面控制网主要采用三角测量建立，分为一、二、三、四等三角网；国家高程控制网采用水准测量建立，分为一、四等三角网；国家高程控制网采用水准测量建立，分为一、二、三、四等水准网。二、三、四等水准网。l 城市控制网城市控制网为满足为满足1:500 1:2000比例尺地形测图和城市建设施工比例尺地形测图和城市建设施工放样的需要，在国家控制网的控制之下布设的控制网，放样的需要，在国家控制网的控制之下布设的控制网，按精度分为二、三、四等三角网或导线网和二、三、按精度分为二、三、四等三角网或导线网和二、三、四等水准网。四等水准网。l 工程控制网工程控制网为满足施工测量，在国家控制网或城市控制网的控制下布为满足施工测量，在国家控制网或城市控制网的控制下布设的控制网。设的控制网。第6页，共45页，编辑于2022年，星期二2 控制测量基本方法控制测量基本方法（1）平面控制测量基本方法）平面控制测量基本方法导线测量导线测量 将控制点用直线连接起来形成折线形，通过观测边长将控制点用直线连接起来形成折线形，通过观测边长和转折角，根据起算数据经计算而获得导线点的平面坐和转折角，根据起算数据经计算而获得导线点的平面坐标，即为导线测量。导线测量布设简单、每点仅需与前、标，即为导线测量。导线测量布设简单、每点仅需与前、后两点通视，选点方便，特别是在隐蔽地区和建筑物多后两点通视，选点方便，特别是在隐蔽地区和建筑物多而通视困难的城市，应用起来方便灵活。而通视困难的城市，应用起来方便灵活。第7页，共45页，编辑于2022年，星期二 三角测量三角测量 三角网测量是在地面上选定一系列的控制点，构成相互连接的三角网测量是在地面上选定一系列的控制点，构成相互连接的若干个三角形，组成各种网（锁）状图形；通过观测三角形的若干个三角形，组成各种网（锁）状图形；通过观测三角形的内角或（和）边长，再根据已知控制点的坐标、起始边的边长内角或（和）边长，再根据已知控制点的坐标、起始边的边长和坐标方位角，经解算三角形和坐标方位角推算可得到三角形和坐标方位角，经解算三角形和坐标方位角推算可得到三角形各边的边长和坐标方位角，进而由直角坐标正算公式计算待定各边的边长和坐标方位角，进而由直角坐标正算公式计算待定点的平面坐标。点的平面坐标。第8页，共45页，编辑于2022年，星期二 交会测量交会测量 交会测量即利用交会定点法来加密平面控制点。交会测量即利用交会定点法来加密平面控制点。GPS控制测量控制测量 天文测量天文测量（2）高程控制测量基本方法）高程控制测量基本方法 水准测量水准测量 三角高程测量三角高程测量 GPS控制测量控制测量第9页，共45页，编辑于2022年，星期二3 控制测量一般作业步骤控制测量一般作业步骤 控制测量作业包括技术设计、实地选点、标石埋设、观测控制测量作业包括技术设计、实地选点、标石埋设、观测和平差计算等主要步骤。和平差计算等主要步骤。（1）控制测量的技术设计）控制测量的技术设计主要包括精度指标的确定和控制网的网形设计。主要包括精度指标的确定和控制网的网形设计。（2）实地选点）实地选点点位稳定，等级控制点应能长期保存；便于扩展、加密点位稳定，等级控制点应能长期保存；便于扩展、加密和观测。和观测。（3）标石埋设）标石埋设经选点确定的控制点点位，要进行标石埋设，将它们在地面经选点确定的控制点点位，要进行标石埋设，将它们在地面上固定下来。上固定下来。（4）观测与计算）观测与计算第10页，共45页，编辑于2022年，星期二2.2 导线测量导线测量一、导线的布设形式一、导线的布设形式导线可被布设成单一导线和导线网。两条以上导线的汇聚导线可被布设成单一导线和导线网。两条以上导线的汇聚点，称为导线的结点。单一导线与导线网的区别，在于导点，称为导线的结点。单一导线与导线网的区别，在于导线网具有结点，而单一导线则不具有结点。线网具有结点，而单一导线则不具有结点。按照不同的情况和要求，按照不同的情况和要求，单一导线可被布设为附合导线、单一导线可被布设为附合导线、闭合导线和支导线。导线网可被布设为自由导线网和附闭合导线和支导线。导线网可被布设为自由导线网和附合导线网。合导线网。第11页，共45页，编辑于2022年，星期二（1）附合导线）附合导线起始于一个已知控制点而终止于另一个已知控制点。已知控起始于一个已知控制点而终止于另一个已知控制点。已知控制点上可以有一条边或几条边定向边与之相连接，也可以没制点上可以有一条边或几条边定向边与之相连接，也可以没有定向边与之相连接。有定向边与之相连接。（2）闭合导线）闭合导线由一个已知控制点出发，最终又回到这一点，形成一个闭合由一个已知控制点出发，最终又回到这一点，形成一个闭合多边形。多边形。第12页，共45页，编辑于2022年，星期二（3）支导线）支导线从一个已知控制点出发，既不附合于另一个已知控从一个已知控制点出发，既不附合于另一个已知控制点，也不闭合于原来的起始控制点。由于支导线制点，也不闭合于原来的起始控制点。由于支导线缺乏检核条件缺乏检核条件,故一般只限于地形测量的图根导线中故一般只限于地形测量的图根导线中采用。采用。（4）附合导线网）附合导线网附合导线网具有一个以上已知控制点或具有附合条附合导线网具有一个以上已知控制点或具有附合条件。件。第13页，共45页，编辑于2022年，星期二（5）自由导线网）自由导线网自由导线网仅有一个已知控制点和一个起始方位角。自由导线网仅有一个已知控制点和一个起始方位角。导线网中只含有一个结点的导线网，称之为单结点导线导线网中只含有一个结点的导线网，称之为单结点导线网，多于一个结点的导线网，称之为多结点导线网。导网，多于一个结点的导线网，称之为多结点导线网。导线节是组成导线网的基本单元，它是指导线网内两端点线节是组成导线网的基本单元，它是指导线网内两端点中至少有一个点是结点，另一点是结点或已知点的一段中至少有一个点是结点，另一点是结点或已知点的一段导线。应该指出，与闭合导线类似，自由导线网是一种导线。应该指出，与闭合导线类似，自由导线网是一种可靠性极差的控制网图形，在实际测量工作中应避免单可靠性极差的控制网图形，在实际测量工作中应避免单独使用。独使用。第14页，共45页，编辑于2022年，星期二二、导线的观测二、导线的观测导线的观测包括转折角和导线边的观测，以及导线点导线的观测包括转折角和导线边的观测，以及导线点的高程测量。的高程测量。1.转折角的观测转折角的观测 转折角的观测一般采用测回法进行。当导线点上应转折角的观测一般采用测回法进行。当导线点上应观测的方向数多于二个时，应采用方向观测法进行。观测的方向数多于二个时，应采用方向观测法进行。各测回间应按规定进行水平度盘配置。各等级导线测各测回间应按规定进行水平度盘配置。各等级导线测量水平角观测应符合规范规定。量水平角观测应符合规范规定。在进行国家等级导线转折角观测时，应以奇数测回和偶在进行国家等级导线转折角观测时，应以奇数测回和偶数测回分别观测导线前进方向的左角和右角；左角和右角数测回分别观测导线前进方向的左角和右角；左角和右角分别取中数后，再计算圆周角闭合差，值对于三、四等导分别取中数后，再计算圆周角闭合差，值对于三、四等导线应分别不超过线应分别不超过3.5和和5.0。第15页，共45页，编辑于2022年，星期二 在进行一、二和三级导线转折角观测时，一般应观测导线在进行一、二和三级导线转折角观测时，一般应观测导线前进方向的左角。对于闭合导线，若按逆时针方向进行观测，前进方向的左角。对于闭合导线，若按逆时针方向进行观测，则观测的导线角既是闭合多边形的内角，又是导线前进方向则观测的导线角既是闭合多边形的内角，又是导线前进方向的左角。对于支导线，应分别观测导线前进方向的左角和右的左角。对于支导线，应分别观测导线前进方向的左角和右角。以增加检核条件。角。以增加检核条件。当观测短边之间的转折角时，测站偏心和目标偏心对转当观测短边之间的转折角时，测站偏心和目标偏心对转折角的影响将十分明显。因此，应对所用仪器、觇牌和光折角的影响将十分明显。因此，应对所用仪器、觇牌和光学对中器进行严格检校，并且要特别仔细进行对中和精确学对中器进行严格检校，并且要特别仔细进行对中和精确照准。照准。第16页，共45页，编辑于2022年，星期二 2.导线边长的观测导线边长的观测导导线线边边长长可可采采用用电电磁磁波波测测距距仪仪测测量量，亦亦可可采采用用全全站站仪仪在在测测取取导导线线角角的的同同时时测测取取导导线线边边的的边边长长。导导线线边边长长应应对对向向观观测测，以以增增加加检检核核条条件件。电电磁磁波波测测距距仪仪测测量量的的通通常常是是斜斜距距，还还需需观观测测竖竖直直角角，用用以以将将倾倾斜斜距距离离改改化化为为水水平平距距离离，必必要要时时还还应应将将其其归算到椭球面上和高斯平面上。归算到椭球面上和高斯平面上。3.导线点的高程测量导线点的高程测量导导线线点点的的高高程程测测量量可可采采用用水水准准测测量量或或三三角角高高程程测测量量进进行行。目目前前，大大多多采采用用电电磁磁波波测测距距三三角角高高程程测测量量进进行行对对向向观观测测来来确确定定导线点的高程，此时必须观测竖直角、量取仪器高和目标高。导线点的高程，此时必须观测竖直角、量取仪器高和目标高。第17页，共45页，编辑于2022年，星期二三、导线的近似平差计算三、导线的近似平差计算 导线测量的目的是获得各导线点的平面直角坐标。计导线测量的目的是获得各导线点的平面直角坐标。计算的起始数据是已知点坐标、已知坐标方位角，观测数算的起始数据是已知点坐标、已知坐标方位角，观测数据为观测角值和观测边长。通常情况下，导线平差应进据为观测角值和观测边长。通常情况下，导线平差应进行严密平差，但对于二级及其以下等级的图根导线允许行严密平差，但对于二级及其以下等级的图根导线允许对单一导线、单结点导线网采用近似平差方法进行计算。对单一导线、单结点导线网采用近似平差方法进行计算。导线近似平差的基本思路是将角度误差和边长误差分别导线近似平差的基本思路是将角度误差和边长误差分别进行平差处理，先进行角度闭合差的分配，在此基础上再进行平差处理，先进行角度闭合差的分配，在此基础上再进行坐标闭合差的分配，通过调整坐标闭合差，以达到处进行坐标闭合差的分配，通过调整坐标闭合差，以达到处理角度的剩余误差和边长误差的目的。理角度的剩余误差和边长误差的目的。第18页，共45页，编辑于2022年，星期二在进行导线测量平差计算之前，首先要按照规范要求在进行导线测量平差计算之前，首先要按照规范要求对外业观测成果进行检查和验算，确保观测成果无误对外业观测成果进行检查和验算，确保观测成果无误并符合限差要求，然后对边长进行加常数改正、乘常并符合限差要求，然后对边长进行加常数改正、乘常数改正、气象改正和倾斜改正（改正方法见第五章），数改正、气象改正和倾斜改正（改正方法见第五章），对角度值和边长进行归心改正（有偏心观测时），以对角度值和边长进行归心改正（有偏心观测时），以消除系统误差的影响消除系统误差的影响。1.支导线的计算支导线的计算2.附合导线的计算附合导线的计算3.闭合导线的计算闭合导线的计算4.导线网的计算导线网的计算第19页，共45页，编辑于2022年，星期二2.3 交会测量交会测量交会测量是加密控制点常用的方法，它可以在数个已知控交会测量是加密控制点常用的方法，它可以在数个已知控制点上设站，分别向待定点观测方向或距离，也可以在待制点上设站，分别向待定点观测方向或距离，也可以在待定点上设站向数个已知控制点观测方向或距离，而后计算定点上设站向数个已知控制点观测方向或距离，而后计算待定点的坐标。常用的交会测量方法有待定点的坐标。常用的交会测量方法有前方交会、后方前方交会、后方交会、测边交会和自由设站法。交会、测边交会和自由设站法。一、前方交会一、前方交会前方交会即在已知控制点上设站观测水平角，根据已知点坐前方交会即在已知控制点上设站观测水平角，根据已知点坐标和观测角值，计算待定点坐标的一种控制测量方法。标和观测角值，计算待定点坐标的一种控制测量方法。第20页，共45页，编辑于2022年，星期二OXYABP第21页，共45页，编辑于2022年，星期二交会点的中误差为交会点的中误差为:第22页，共45页，编辑于2022年，星期二二、后方交会二、后方交会仅在待定点设站，向三个已知控制点观测两个水平夹角，仅在待定点设站，向三个已知控制点观测两个水平夹角，从而计算待定点的坐标，称为后方交会。从而计算待定点的坐标，称为后方交会。ABPCABPCP第23页，共45页，编辑于2022年，星期二ABPC12ab第24页，共45页，编辑于2022年，星期二三、测边交会三、测边交会在交会测量中在交会测量中,也可测量边长交会定点，通常采用三边交也可测量边长交会定点，通常采用三边交会法。会法。ABPbCac第25页，共45页，编辑于2022年，星期二四、自由设站四、自由设站自由设站法是在待定控制点上设站，向多个已知控制点自由设站法是在待定控制点上设站，向多个已知控制点观测方向和距离，并按观测方向和距离，并按间接平差间接平差方法计算待定点坐标的方法计算待定点坐标的一种控制测量方法。间接平差以待定点的坐标平差值作一种控制测量方法。间接平差以待定点的坐标平差值作为未知参数，根据方向观测值和边长观测值建立方向误为未知参数，根据方向观测值和边长观测值建立方向误差方程式和边长误差方程式，然后按最小二乘原理计算差方程式和边长误差方程式，然后按最小二乘原理计算待定点坐标平差值。待定点坐标平差值。ABPbCacDd第26页，共45页，编辑于2022年，星期二三角形各内角第一次改正值为：三角形各内角第一次改正值为：第27页，共45页，编辑于2022年，星期二2 起始边长闭合差的调整起始边长闭合差的调整3 边长计算边长计算4 三角点坐标计算三角点坐标计算 同附合导线计算。同附合导线计算。第28页，共45页，编辑于2022年，星期二二、二、中心多边形的计算中心多边形的计算BCDEFA111234523452345第29页，共45页，编辑于2022年，星期二三、三、大地四边形的计算大地四边形的计算BCDA11232344O第30页，共45页，编辑于2022年，星期二2.5 高程控制测量高程控制测量高程控制测量主要采用高程控制测量主要采用水准测量水准测量和和三角高程测量三角高程测量方法，方法，测定各等级测定各等级高程控制点高程控制点和和平面控制点平面控制点的高程。的高程。国家高程系统，现采用国家高程系统，现采用“1985国家高程基准国家高程基准”。城市和。城市和工程高程控制，凡有条件的都应采用国家高程系统。工程高程控制，凡有条件的都应采用国家高程系统。一、水准测量路线的布设一、水准测量路线的布设水准测量路线的布设分为水准测量路线的布设分为单一水准路线单一水准路线和和水准网水准网。单一水。单一水准路线的形式有三种，即准路线的形式有三种，即附合水准路线附合水准路线、支水准路线支水准路线和和闭合水准路线闭合水准路线。第31页，共45页，编辑于2022年，星期二1 附合水准路线附合水准路线从一个已知高程的水准点开始，沿一条路线进行水准从一个已知高程的水准点开始，沿一条路线进行水准测量，以测定其它若干水准点的高程，最后联测至另测量，以测定其它若干水准点的高程，最后联测至另外一个已知高程的水准点上的水准路线。外一个已知高程的水准点上的水准路线。2 闭合水准路线闭合水准路线 从一个已知高程的水准点开始，沿一条环形路线进行水从一个已知高程的水准点开始，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线若干水准点的高程，最后又回到起始准测量，测定沿线若干水准点的高程，最后又回到起始水准点上，称之为闭合水准路线水准点上，称之为闭合水准路线 第32页，共45页，编辑于2022年，星期二3 支水准路线支水准路线从一个已知高程的水准点开始，沿一条路线进行水准从一个已知高程的水准点开始，沿一条路线进行水准测量，以测定其它若干水准点的高程，最后不联测至测量，以测定其它若干水准点的高程，最后不联测至另外一个已知高程的水准点，也不回到起始水准点上。另外一个已知高程的水准点，也不回到起始水准点上。为了对水准测量成果进行检核，支水准路线必须进行为了对水准测量成果进行检核，支水准路线必须进行往返往返观测观测或或单程双转点观测单程双转点观测。第33页，共45页，编辑于2022年，星期二4 水准网水准网水准网由若干条单一水准路线相互连接构成。单一路线水准网由若干条单一水准路线相互连接构成。单一路线相互连接的交点称为相互连接的交点称为结点结点。在水准网中，如果只有一个。在水准网中，如果只有一个已知高程的水准点，则称为已知高程的水准点，则称为独立水准网独立水准网；如果已知高程；如果已知高程的水准点的数目多于一个，则称为的水准点的数目多于一个，则称为附合水准网附合水准网。第34页，共45页，编辑于2022年，星期二二、水准测量数据处理二、水准测量数据处理（一）附合水准路线平差计算（一）附合水准路线平差计算1 计算待定点高程的最可靠值计算待定点高程的最可靠值第35页，共45页，编辑于2022年，星期二2 精度评定精度评定单位权中误差的计算单位权中误差的计算N为测段数，为测段数，t为未知点个数。为未知点个数。任一点的高程中误差任一点的高程中误差第36页，共45页，编辑于2022年，星期二（二）闭合水准路线平差计算（二）闭合水准路线平差计算1 计算待定点高程的最可靠值计算待定点高程的最可靠值第37页，共45页，编辑于2022年，星期二2 精度评定精度评定单位权中误差的计算单位权中误差的计算N为测段数，为测段数，t为未知点个数。为未知点个数。任一点的高程中误差任一点的高程中误差第38页，共45页，编辑于2022年，星期二（三）支水准路线平差计算（三）支水准路线平差计算由于进行了往返测，各测段的高差最可靠值显然应由于进行了往返测，各测段的高差最可靠值显然应为相应测段往返测高差的算术平均值。故对往返测为相应测段往返测高差的算术平均值。故对往返测水准路线进行平差时，应首先计算出往返测高差不水准路线进行平差时，应首先计算出往返测高差不符值，并与相应等级的限差相比较。若不超过限差，符值，并与相应等级的限差相比较。若不超过限差，则求出各测段往返测高差的算术平均值作为其平差则求出各测段往返测高差的算术平均值作为其平差值，进而从已知高程点开始，逐点推算各待定水准值，进而从已知高程点开始，逐点推算各待定水准点的高程。最后一点与起始点高程之差，应等于各点的高程。最后一点与起始点高程之差，应等于各测段高差平差值之和。测段高差平差值之和。第39页，共45页，编辑于2022年，星期二（四）单结点水准网平差计算（四）单结点水准网平差计算单结点水准网平差的基本思路是：单结点水准网平差的基本思路是：先求出结点的高先求出结点的高程平差值，将其视为已知值，然后将单结点水准网程平差值，将其视为已知值，然后将单结点水准网分解成若干条单一附合水准路线，并按单一附合水分解成若干条单一附合水准路线，并按单一附合水准路线进行平差，求出各路线上待定点的高程平差准路线进行平差，求出各路线上待定点的高程平差值，进而评定其精度。值，进而评定其精度。1 计算结点高程的最可靠值计算结点高程的最可靠值A1A2A3DL1L2L3第40页，共45页，编辑于2022年，星期二设设Hi为由第为由第Li路线计算出的路线计算出的D点的高程，点的高程，Pi为其权，为其权，则则2计算各水准路线上的待定点高程计算各水准路线上的待定点高程 同单一附合水准路线计算同单一附合水准路线计算第41页，共45页，编辑于2022年，星期二3 精度评定精度评定（1）计算单位权中误差）计算单位权中误差 v为水准路线的改正数，为水准路线的改正数，n为水准路线的个数。为水准路线的个数。（2）计算结点高程的中误差）计算结点高程的中误差第42页，共45页，编辑于2022年，星期二（五）等权代替法水准网平差计算（五）等权代替法水准网平差计算1 等权代替法水准网平差原理等权代替法水准网平差原理等权代替法是利用观测值与其计算值之间的等价权等权代替法是利用观测值与其计算值之间的等价权原理进行平差计算的一种方法。该方法可以对多于原理进行平差计算的一种方法。该方法可以对多于一个结点的水准网进行严密平差。等权代替法水准一个结点的水准网进行严密平差。等权代替法水准网平差，既可以计算出网中结点高程平差值及其精网平差，既可以计算出网中结点高程平差值及其精度，又可以较方便地求出网中任意点的高程平差值度，又可以较方便地求出网中任意点的高程平差值及其精度。等权代替法的基本思路是：把含有两个及其精度。等权代替法的基本思路是：把含有两个或两个以上结点的水准网，用等权的单一结点水准或两个以上结点的水准网，用等权的单一结点水准网或单一水准路线代替，然后按单结点水准网或单网或单一水准路线代替，然后按单结点水准网或单一水准路线进行平差。一水准路线进行平差。第43页，共45页，编辑于2022年，星期二三角网三角网第44页，共45页，编辑于2022年，星期二三角锁三角锁第45页，共45页，编辑于2022年，星期二