6第六章小区域控制测量.ppt

第六章第六章第六章第六章 小地小地小地小地区控制测量区控制测量区控制测量区控制测量 第六章第六章 小区域小区域控制测量控制测量 2021/9/182021/9/181 1#控制测量控制测量控制测量控制测量概述概述概述概述6-1控制测量概述控制测量概述2021/9/182021/9/182 2在测量区域内选择若干个点，用高精度的方法测定其位置，这在测量区域内选择若干个点，用高精度的方法测定其位置，这些点称为控制点。由控制点组成的几何图形，称为控制网。测定些点称为控制点。由控制点组成的几何图形，称为控制网。测定控控制点点位（平面、高程）的工作，叫控制测量。制点点位（平面、高程）的工作，叫控制测量。6.1 控制测量概述在在测测量量工工作作中中，为为了了减减少少误误差差积积累累，保保证证测测图图精精度度，以以及及便便于于分分幅幅测测图图，加加快快测测图图进进度度，满满足足碎碎部部测测量量需需要要，就就必必须须遵遵循循“从从整整体体到到局局部部”、“先先控控制制后后碎碎部部”及及“由由高高级级到到低低级级”的的测测量量组组织织原原则。则。6.1.1控制测量及其布设原则控制测量及其布设原则1.平面控制测量平面控制测量2021/9/182021/9/183 3测定控制点平面位置（测定控制点平面位置（x,y）的工作，称为平面控制测量。）的工作，称为平面控制测量。平面控制网根据观测方式方法来划分，可以分为三角网、平面控制网根据观测方式方法来划分，可以分为三角网、三边网、边角网、导线网、三边网、边角网、导线网、GPS平面网等。平面网等。在地面上选择一系列待求平面控制点，并将其连接成连续在地面上选择一系列待求平面控制点，并将其连接成连续的三角形，从而构成三角形网，称三角网，如图：的三角形，从而构成三角形网，称三角网，如图：2021/9/182021/9/184 43.控制网的布设原则控制网的布设原则控制网的布设原则是：整体控制，全面加密或分片加密，高级到低级控制网的布设原则是：整体控制，全面加密或分片加密，高级到低级逐级控制。逐级控制。整体控制整体控制，即最高一级控制网能控制整个测区，例如，国家控制网用即最高一级控制网能控制整个测区，例如，国家控制网用一等锁环控制整个国土；对于区域网，最高一级控制网必须能控制整个测一等锁环控制整个国土；对于区域网，最高一级控制网必须能控制整个测区。区。全面加密全面加密，就是指在最高一级控制网下布置全面网加密，例如国家控就是指在最高一级控制网下布置全面网加密，例如国家控制网的一等锁环内用二等全面三角网加密；分片加密，就是急用部分先加制网的一等锁环内用二等全面三角网加密；分片加密，就是急用部分先加密，不一定全面布网。密，不一定全面布网。高级到低级逐级控制就是用精度高一级控制网去控制精度低一级控制高级到低级逐级控制就是用精度高一级控制网去控制精度低一级控制网，网，控制层级数主要取决于测区的大小、碎部测量的精度要求、工程规模控制层级数主要取决于测区的大小、碎部测量的精度要求、工程规模及其精度要求。及其精度要求。目前，平面控制网分为一、二、三、四等，一、二、三级和图根级控目前，平面控制网分为一、二、三、四等，一、二、三级和图根级控制网。根据测区情况和仪器设备条件，将平面控制网和高程控制网分开独制网。根据测区情况和仪器设备条件，将平面控制网和高程控制网分开独立布设，也可以将其合并为一个统一的控制网立布设，也可以将其合并为一个统一的控制网三维控制网。三维控制网。2021/9/182021/9/185 56.1.2控制网的分类控制网的分类1.国家控制网国家控制网在全国范围内建立的控制网，称为国家控制网。它是由国家专在全国范围内建立的控制网，称为国家控制网。它是由国家专门测量机构，用精密仪器和方法，进行整体控制，逐级加密的方式门测量机构，用精密仪器和方法，进行整体控制，逐级加密的方式建立，高级点逐级控制低级点。建立，高级点逐级控制低级点。2021/9/182021/9/186 6二等三角网布设于一等三角锁环内，全面布设三角网，如下左图平均边长13km，测角中误差不大于1.0，并作为下一级控制网的基础。三、四等三角网是二等三角网的进一步加密，有插网和插点两种形式，如图。三等网平均边长8km，测角中误差不大于1.8。四等平均边长26km，测角中误差不大于2.5，用以满足测图和各项工程建设的需要。2021/9/182021/9/187 7(2)工程控制网工程控制网为各类工程建设而布设的测量控制网称为工程控制网。根据不为各类工程建设而布设的测量控制网称为工程控制网。根据不同的工程阶段，工程控制网可以分为测图控制网、施工控制网和变同的工程阶段，工程控制网可以分为测图控制网、施工控制网和变形监测网。形监测网。(3)小地区控制网小地区控制网面积为面积为15km2以内的小地区范围，为大比例尺测图和某项工程以内的小地区范围，为大比例尺测图和某项工程建设而建立的控制网，称为小地区控制网。建设而建立的控制网，称为小地区控制网。直接用于地形图测图而布设的控制点，称为图根控制点，又称直接用于地形图测图而布设的控制点，称为图根控制点，又称图根点。测定图根点平面位置和高程的工作，称为图根控制测量。图根点。测定图根点平面位置和高程的工作，称为图根控制测量。图根控制可用一级或两级控制，首级控制用什么方法，应根据城市图根控制可用一级或两级控制，首级控制用什么方法，应根据城市与厂矿的规模而定。与厂矿的规模而定。2021/9/182021/9/188 8首级控制首级控制 图根控图根控制制在一、二级小三角或一、二、三级导线下,布置图根控图根控制制网。图根控制网的图形与一、二级小三角或一、二、三级导线的图形基本相同，其区别在于：图根控制网的控制面积小，边长较短，精度要求较低，平差方法采用简易平差。交会定点前方交会后方交会附合导线闭合导线支导线导线布置的一般形式单结点导线(4)图根控制网图根控制网2021/9/182021/9/189 92.2.一等三角锁二等连一等三角锁二等连续网续网1)A级级GPS网网为国家平面控制网的基础6.1.3各级GPS控制网控制网布置形式2021/9/182021/9/1810102.2.一等三角锁二等连一等三角锁二等连续网续网)B、C级级GPS网网作作为国家平面控制网的加密或城市首级控制网6.1.3各级GPS控制网控制网布置形式2021/9/182021/9/1811113.3.图根导线的技术要图根导线的技术要求求6.1.4 6.1.4 常常规规平面控制平面控制测测量量的主要技术要求 城市三角网的主要技术要求城市三角网的主要技术要求 等 级 平均边长(km)测角中误差()起始边边长相对 中误差最弱边边长相对中误差二 等 9 1.0 1/300000 1/120000 三 等 5 1.8 1/200000(首级)1/120000(加密)1/80000四 等 2 2.5 1/120000(首级)1/80000(加密)1/45000 2021/9/182021/9/1812126.1.4 6.1.4 常常规规平面控制平面控制测测量量的主要技术要求 图根导线的技术要求 测图 附合导 平均边 测距相对 测 角 测回数 导线全 方位角 比例尺 线长度 长(m)中误差 中误差 DJ6 长相对 闭合差 (km)(mm)()闭合差 1:500 500 75 一般地区 1:1000 1000 110 1/3000 20 1 1/2000 60n 1:2000 2000 180 2021/9/182021/9/181313三三.高程控制高程控制测量测量二.高程控制测量建立高程控制网，建立高程控制网，测测定各控制点的高程定各控制点的高程H H。：水准测量另外方法：三角高程测量：现主要电子全站仪高程测量。：分一等、二等、三等、四等，前一等作 为以后各等的控制基准，逐级控制(由 整体到局部，由高级到低级)。地形测量时，布设图根水准(也称等外 水准)。：表 3 3.技术要求技术要求 1.主要方法主要方法2.等级关系等级关系2021/9/182021/9/181414国家高程控制网采用精密水国家高程控制网采用精密水准测量的方法。国家高程控制网准测量的方法。国家高程控制网同样按精度分为一、二、三、四同样按精度分为一、二、三、四个个等级。一等水准网是国家高程控制网的骨干。二等水准网布设于一等水准网环内，是国家高程控制网的全面基础。三、四等水准网是二等水准网的进一步加密，直接为各种测图和工程建设提供必需的高程控制点。2021/9/182021/9/181515l 城市水准城市水准测测量量设计规设计规格格（长度单位：km）水准点间距(测段长度)建筑区1-2其他地区2-4闭合或附合路线的最大长度二 等400三 等45四 等15 水准测量主要技术要求水准测量主要技术要求等 级 每公里高差中 误差(mm)附合路线 长 度（km）水准仪级 别测段往返测高差不符值（mm）附合路线或环线闭合差（mm）二 等 2400DS1 三 等 6 45DS3 四 等 1015DS3 图 根 208DS3 注：表中R为测段长度，L为环线或附合线路长度，均以公里为单位。2021/9/182021/9/181616#平面控制平面控制平面控制平面控制网的定位和网的定位和网的定位和网的定位和定向定向定向定向6-2导线控制点坐标计算一一.坐标计算原理坐标计算原理 二二.导线计算的基本公式导线计算的基本公式 2021/9/182021/9/181717三三.直角直角坐标与极坐标与极坐标换算坐标换算1.1.1.1.直角坐标直角坐标直角坐标直角坐标增量的概念增量的概念D12 12 1 1 1 12 2 2 2Xy0X12 Y12 2.2.坐标坐标坐标坐标增量与增量与极坐标关系(坐标正算坐标正算坐标正算坐标正算)：X12=D12cos12 Y12=D12sin123.3.已知两点的直角 坐标，求它 们的极坐标 (坐标反算坐标反算坐标反算坐标反算)：X12=X2-X1 Y12=Y2-Y1 通式：通式：X始始终终=X终终-X始始 Y始始终终=Y终终-Y始始 坐标增量特性：直线坐标增量的正负取决坐标增量特性：直线坐标增量的正负取决于直线的方位角所在象限，即直线的方向（指于直线的方位角所在象限，即直线的方向（指向向)的象限。（不是的象限。（不是）一一.坐标计算原理坐标计算原理2021/9/182021/9/181818四四.导线计算的导线计算的基本公式基本公式二二.导线计算的基本公式导线计算的基本公式1.推算各边方位角 2.计算各边坐标增量 X=Dcos Y=Dsin 3.推算各点坐标 X前=X后+X Y前=Y后+Y三个基本公式：三个基本公式：如图，A、B为已知导线点，1、2、3.为新建导线点。观测了导线转折角B、1、2.观测了导线各边长DB、D1、D2.计算1、2、3.的坐标：D1 D2 D3 A AB B1 12 23 3 1 2 3 (,)(X1,Y1)22(X2,Y2)12121212 232333(X3,Y3)2021/9/182021/9/181919一一一一.导线的布置形导线的布置形导线的布置形导线的布置形式式式式附合导线闭合导线单结点导线导线测量是平面控制测量中最常 用的方法。导线点组成的图形为一系列折线 或闭合多边形。闭合导线和附合导线也称为单导单导 线线，结点导线和两个环以上的导 线称为导线网导线网。三三.导线的布置形式导线的布置形式AB12支导线支导线2021/9/182021/9/182020二二.导线测量的外导线测量的外业业四四.导线测量的外业导线测量的外业 主要工作：主要工作：选点：选点：在现场选定控制点位置，建立标志。测距：测距：测量各导线边（新边）的距离。测角：测角：观测导线各连接角、转折角。掌握三步工作的方法与要求。2021/9/182021/9/182121一一一一.导线的布置形导线的布置形导线的布置形导线的布置形式式式式（一）踏勘选点及建立标志四四.导线测量的外业工作导线测量的外业工作选点时应注意下列各点：选点时应注意下列各点：相邻导线点之间通视良好，便于角度和距离测量；相邻导线点之间通视良好，便于角度和距离测量；点位选于适于安置仪器、视野广宽和便于保存之处；点位选于适于安置仪器、视野广宽和便于保存之处；点位分布均匀，便于控制整个点位分布均匀，便于控制整个测测区，区，进进行行细细部部测测量。量。绘制控制点的“点之记”2021/9/182021/9/182222一一一一.导线的布置形导线的布置形导线的布置形导线的布置形式式式式（二）导线边长测量四四.导线测量的外业工作导线测量的外业工作 导线边长导线边长一般用一般用电电磁波磁波测测距距仪仪或全站或全站仪观测仪观测，同，同时观时观测测垂直角将斜距化垂直角将斜距化为为平距。平距。图图根根导线导线的的边长边长也可以用也可以用经过经过检检定的定的钢钢卷尺往返或两次丈量卷尺往返或两次丈量 （三）导线转折角测量 导线导线的的转转折角是在折角是在导线导线点上由相点上由相邻邻两两导线边导线边构成的水构成的水平角。平角。(导线的转折角分为左角和右角，在导线前进方向导线的转折角分为左角和右角，在导线前进方向左侧的水平角称为左角，在右侧的称右角。左侧的水平角称为左角，在右侧的称右角。)2021/9/182021/9/182323三三三三.导线测量的内业导线测量的内业导线测量的内业导线测量的内业计算计算计算计算 五五.导线测量的内业计算导线测量的内业计算 目的：目的：计算各导线点的坐标。要求：要求：评定导线测量的精度，合理分配测量误差。2021/9/182021/9/182424例例1：C1D423BA125.36m98.76m114.63m116.44m156.25m前进方向前进方向 如图，如图，A A、B B、C C、D D是已知点，外业观测资料为导是已知点，外业观测资料为导 线边距离和各转折角见图中标注。线边距离和各转折角见图中标注。2021/9/182021/9/182525205 36 48290 40 54202 47 08167 21 56175 31 25214 09 331256 07 44-13-13-13-13-13-12-77205 36 35290 40 42202 46 55167 21 43175 31 12214 09 201256 06 27236 44 28211 07 53100 27 1177 40 1690 18 3394 47 2160 38 01125.3698.71114.63116.44156.25641.44 +0.04-107.31 +0.03 -17.92+0.04+30.88+0.03 -0.63+0.05 -13.05-108.03 -0.02 -64.81 -0.02 +97.12 -0.02+141.29 -0.02+116.44 -0.03+155.70+445.74-107.27-17.89+30.92-0.60-13.00-64.83+97.10+141.27+116.42+155.67+445.63点点号号观测角观测角（右角）（右角）改改 正正 数数 改正角改正角 A1B234CD辅辅助助计计算算坐标坐标 方位角方位角 距离距离 D m点点号号A1B234CD增量计算值增量计算值改正后增量改正后增量坐标值坐标值x my mx my mx my m1536.86 837.541429.59 772.711411.70 869.811442.621011.081442.02 1127.501429.021283.17-107.842021/9/182021/9/182626例例2 2 闭合导线的计算闭合导线的计算北北214378.16m105.22m129.34m80.18m2021/9/182021/9/182727辅辅助助计计算算点点号号观测角观测角（左角）（左角）改改 正正 数数 改正角改正角 1234坐标坐标 方位角方位角 距离距离 D m点点号号1234增量计算值增量计算值改正后增量改正后增量坐标值坐标值x my mx my mx my m1212闭闭 合合 导导 线线 坐坐 标标 计计 算算 表表107 48 3089 36 3089 33 5053 18 43125 30 0073 00 20+13+13+12+12+50359 59 10107 48 4373 00 3289 34 0289 36 43360 00 00125 30 00306 19 15215 53 17105.2280.18129.3478.16392.90 -0.02 -61.10 -0.02 +47.90 -0.03 +76.61 -0.02 -63.32 +0.02 +85.66 +0.02 +64.30 +0.02-104.21 +0.01 -45.82+0.09-0.07+64.32+47.88+76.58-104.19-45.81-63.34-61.12+85.680.000.00585.68545.81563.34438.88650.00486.76500.00 500.00500.00500.002021/9/182021/9/182828#交会定点的计交会定点的计算算6-3交会定点的计算加密个别控制点的方法加密个别控制点的方法一一一一.前方交会的计算前方交会的计算前方交会的计算前方交会的计算ABP已知点：A(XA,YA)、B(XB,YB)待定点：P观测数据：、,(=180-)2021/9/182021/9/182929一、测角前方交会法 已知已知:A(Xa,Y:A(Xa,Ya a),B(X),B(Xb b,Y,Yb b)观测值：两个已知点处的水平角观测值：两个已知点处的水平角 和和。求求:P:P点的坐标点的坐标X XP P,Y,Yp p,方法一：先求距离方法一：先求距离D D1 1，D D2 2 PBA然后再按极坐标法计算P点的坐标DD1 1DD2 2DD0 02021/9/182021/9/183030计算坐标方位角计算坐标方位角 ：PBA计算坐标DD1 1DD2 22021/9/182021/9/183131将将 D D1 1，apap,D D2,2,bpbp,代入下式，整理后得：PBADD2 2DD1 1方法二方法二余切公式余切公式2021/9/182021/9/183232二、距离交会法（测边交会）已知已知:A(Xa,Y:A(Xa,Ya a),B(X),B(Xb b,Y,Yb b)观测值：两个已知点到待定点观测值：两个已知点到待定点P P的的距离距离D1D1和和D2D2，计算待定点坐标的，计算待定点坐标的方法如下方法如下:BA再按极坐标法计算P点的坐标先求ab，再求和 apPD1D2D02021/9/182021/9/183333二、距离交会法（测边交会）已知已知:A(Xa,Y:A(Xa,Ya a),B(X),B(Xb b,Y,Yb b)观测值：两个已知点到待定点观测值：两个已知点到待定点P P的的距离距离D1D1和和D2D2，计算待定点坐标的，计算待定点坐标的方法如下方法如下:BA再按极坐标法计算P点的坐标先求ab，再求和 apPD1D2D02021/9/182021/9/183434二、距离交会法（测边交会）已知已知:A(Xa,Y:A(Xa,Ya a),B(X),B(Xb b,Y,Yb b)观测值：两个已知点到待定点观测值：两个已知点到待定点P P的的距离距离D1D1和和D2D2，计算待定点坐标的，计算待定点坐标的方法如下方法如下:BA再按极坐标法计算P点的坐标先求ab，再求和 apPD1D2D02021/9/182021/9/183535四四.后方交会计算后方交会计算在待定点P观测三个已知点的水平方向值Ra、Rb、Rc(用以计算夹角、)，计算待定点P的坐标。BCAP(XB,YB)(XC,YC)(XA,YA)2021/9/182021/9/183636后方交会的后方交会的图形编号图形编号后方交会的图形ABCP PA PC PB 匀质三角形的重心非匀质三角形的重心2021/9/182021/9/183737后方交会计算重后方交会计算重心公式心公式后方交会计算方法之一重心公式：RaRbRcA、B、C由A、B、C坐标反算得。ABCP2021/9/182021/9/183838后方交会的后方交会的图形编号图形编号后方交会的图形编号(三种情况)ABCP ABCP ABCP2021/9/182021/9/183939二二.后方交会后方交会计算计算当A、B、C、P处于共圆(也称危险圆)时，无法确定P点坐标。BCAP2021/9/182021/9/184040#三、四等水三、四等水准测量及高准测量及高程计算程计算6-4 三、四等水准测量及高程计算三、四等水准测量及高程计算 三、四等水准测量一般用于建立小地区测图以及 一般工程建设场地的高程首级控制。一一.三、四等水准测量及其技术要求三、四等水准测量及其技术要求 三、四等水准点的高程应从附近的一、二等水 准点引测；如在独立地区，可采用闭合水准路 线；三、四等水准点一般须长期保存，点位要建立 在稳固处。三、四等水准测量可用D3水准仪进行2021/9/182021/9/184141三、四等水准测三、四等水准测量的技术要求量的技术要求三、四等水准测量的技术要求 三、四等水准测量测站技术要求 等 级视线长度(m)前、后视 距离差(m)前、后视 距离累积差(m)红、黑面 读 数 差(mm)红、黑面 高差之差(mm)三 等 65 3 6 2 3四 等 80 5 10 3 5 三、四等水准测量主要技术要求 等级 每公里高 附合路 水准仪 测段往返测 附合路线或 差中误差 线长度 级别 高差不符值 环线闭合差 (mm)(km)(mm)(mm)三等 6 45 DS3 12R 12L 四等 10 15 DS3 20R 20L注：R为测段的长度；L为附合路线的长度，均以km为单位。2021/9/182021/9/184242二二二二.三三三三.四等水四等水四等水四等水准测量作业准测量作业准测量作业准测量作业方法方法方法方法二二.三三.四等水准测量作业方法四等水准测量作业方法1.1.采用双面尺法作采用双面尺法作测测站站检检核核 2.2.每站每站观测观测次序：次序：后后视视(黑面黑面)上上丝读丝读数，下数，下丝读丝读数，中数，中丝读丝读数数 前前视视(黑面黑面)上上丝读丝读数，下数，下丝读丝读数，中数，中丝读丝读数数 前前视视(红红面面)中中丝读丝读数数 后后视视(红红面面)中中丝读丝读数数后视尺前视尺（三、四等水准观测手薄（三、四等水准观测手薄 见见P116）2021/9/182021/9/184343三三三三.三、四等三、四等三、四等三、四等水准测量成水准测量成水准测量成水准测量成果整理果整理果整理果整理三三.三、四等水准测量成果整理三、四等水准测量成果整理附合水准路线、闭合水准路线的计算方法 与图根(等外)水准路线相同。结点水准路线、水准网的平差计算，要考 虑“权”。2021/9/182021/9/1844441.1.三角高程测量原理三角高程测量原理6.5三角高程测量D：为：为A、B两点间的平距两点间的平距a：为观测：为观测M点的竖直角点的竖直角iA：为：为A点仪器高点仪器高vB：为：为B点目标高点目标高2021/9/182021/9/1845452.2.地球曲率和大气折光对高差的影响地球曲率和大气折光对高差的影响 设地球曲率影响的设地球曲率影响的改正，称球差改正改正，称球差改正c，其值从第其值从第1 1章可知：章可知：式中式中:R为地球曲率半径为地球曲率半径 D为两点间水平距为两点间水平距由于大气折光造成瞄准目标光线为曲线，从图中可看出：由于大气折光造成瞄准目标光线为曲线，从图中可看出：2021/9/182021/9/184646球差改正与气差改正后在一起称为两差改正球差改正与气差改正后在一起称为两差改正f f式中式中K为大气垂直折光系数，它随气温、气压、日照、地为大气垂直折光系数，它随气温、气压、日照、地面情况而改变，一般取平均值面情况而改变，一般取平均值K=0.14。大气折光影响的改正，称为气差改正大气折光影响的改正，称为气差改正，恒为负值。气恒为负值。气差改正的公式为差改正的公式为2021/9/182021/9/184747 两点间距离较远时，三角高程测量计算公式为：两点间距离较远时，三角高程测量计算公式为：三三角角高高程程测测量量一一般般采采用用往往返返观观测测，又又称称对对向向观观测测，取取往往返返平平均均值可以消除两差的影响。因为值可以消除两差的影响。因为由由1站观测站观测2点：点：h h12=Dtan1+i1-v2+f f由由2站观测站观测1点：点：h h21=Dtan2+i2-v1+f f从上面公式看出两差从上面公式看出两差f f自动消除了。自动消除了。返往返取平均得：返往返取平均得：2021/9/182021/9/184848