第9章工程控制测量课件.ppt

第九章 工程控制测量91 控制测量概述92 导线测量93 施工控制测量简介（建筑基线与方格控制）9-1 控制测量概述一.基本术语 测量工作的基本原则之一“先控制，后碎部”。从程序来看，先建立控制网，然后再根据控制网进行碎部（又称细部）测量或测设。无论是测绘还是测设，都需以测区内部或附近的具有控制意义的基准点为依据来进行。水 有着准确可靠的平面坐标和高程值、具有控制意义的基准点，称为控制点。由若干个彼此有联系的控制点组成的网状图形叫控制网。建立和测定控制点并获得其坐标参数的工作过程，称为控制测量。控制测量分为平面控制测量和高程控制测量。平面控制测量：测定控制点的平面坐标（x，y）的工作过程。高程控制测量：测定控制点高程（H）的工作过程。平面控制测量和高程控制测量可以分开进行，也可以同时进行。高程控制测量包括水准测量和三角高程测量，在第四章已介绍。本章主要介绍平面控制测量。二.平面控制网的类型与等级 平面控制网的类型国家控制网、城市（厂矿）控制网和工程控制网。1.国家控制网：在全国范围内布设建立的控制网。由国家测绘局测绘大队用精密测量仪器和严密方法布建的，等级分为一、二、三、四等。测量工作的原则之一是“精度上从高级到低级”。国家网从一等到四等逐级进行控制，精度逐级降低，边长逐级缩短，密度逐级增大。国家一、二等控制网合称为天文大地网。我国天文大地网于1951年开始布设，1961年基本完成，1975年修补测工作全部结束，全网有4万8千多个大地控制点。2.城市（厂矿）控制网 国家控制网的密度较稀，难以满足城市或厂矿建设的需要，所以，在县级以上的城市和大、中型厂矿，一般需建立自己的平面控制网，称作城市平面控制网或（厂）矿区平面控制网。城市（厂矿）控制网通常须与国家控制网联结（或相联系），即以两个或两个以上的国家控制点作为起始点，在此基础上，根据城市规模、（厂）矿区大小以及经济建设工程对测量精度的要求，合理布设相应等级的平面控制网。城市（厂矿）平面控制网的等级最高为二等（省府以上的大城市或特大型矿山），一般为三等或四等，四等以下还可根据需要布设一级和二级小三角网。3.工程控制网：直接为某项建设工程（如水电站、公路、铁路、新建城镇、开发区以及较大规模的厂区等）专门布设的测量控制网。工程控制网应尽可能与国家网或城市网联结，连接确有困难时，也可建立独立的控制网。工程控制网的等级最高为三等，一般为四等或一、二、三级。在厂区或小城镇，还可布设“建筑方格网”。建筑方格网 三.平面控制网的形式与施测方法 平面控制网的形式有许多种。不同形式的控制网有不同的施测方法。1.三角网与三角测量 所有的控制点构成彼此相连的三角形网状，如下图。用经纬仪测量出网中所有三角形的内角。当已知两个点的坐标，或已知一个点的坐标和一条边的长度（用测距仪或钢尺测距）与方位角（用陀螺经纬仪测定），便可求算网中所有控制点的平面坐标（由正弦定理传递边长）。构建、测定三角网点的工作叫三角测量。AB 三角测量在过去（20世纪80年代以前）是平面控制测量的主要方法。过去已经建成、目前仍在使用的国家一、二、三、四等平面控制点基本上都是采用三角测量方法获得的。当时，高精度测边很难实现。三角测量的观测量主要是水平角，边长观测很少，距离传递误差较大；此外，三角网对相邻控制点之间的通视条件要求很高（多边形的中点须与多点通视），实地选点难度较大，一般只能位于高处（如山头或房顶），使用也不方便。在光电测距仪和全站仪已普遍应用的现代，城市控制测量和工程控制测量基本上不采用三角网。除了测角三角网之外，还有在此基础上发展起来的、形状与测角三角网相类似的测边（三角）网和边角组合网。与测角网一样，测边网和边角网目前也很少采用。2.导线网与导线测量 导线：由若干条直线连成的折线。布设控制点时，使点与点之间单线相连形成链状折线，测量出边长和角度之后便可逐点传递平面坐标。导线中的每一条直线叫导线边;相邻两直线之间的水平角叫做转折角;折线上的转折点叫导线点（控制点）。选择、测定导线点平面坐标的工作叫导线测量。通过测量导线边长和转折角，再根据起算点及附合点的已知数据，可推算各边的坐标方位角，最后求出所有导线点的平面坐标。D 导线的形式有附合导线、闭合导线、支导线和导线网等四种，类似于水准路线。上图中包括了前三种形式的导线。导线网是由若干条附合导线和闭合导线构成的网状图形。导线网包括：一个节点的导线网、两个以上节点的导线网和两个以上闭合环所组成的导线网等，如下图所示。与水准路线不同的是：导线所传递的是平面坐标x、y（有时也与高程一起传递）；观测量为水平角和边长；起始点或附合点一般都是各由两个已知点所构成。跟三角网比较，导线网的主要优点是点间通视条件容易满足，布设灵活、方便。在林区和城市建成区，导线的优势尤为明显。导线测量是现代控制测量的主要形式。运用导线测量形式的前提条件是必须有光电测距仪或全站仪。3.GPS控制网 利用GPS定位技术建立的测量控制网。GPS定位的原理与方法在第七章已介绍。GPS测量的特点是速度快、精度高、全天候，无需考虑点与点之间的通视情况。但在建筑物内、地下、树下及狭窄的城区街道内不能使用。4.其它形式 除了三角测量、导线测量、GPS测量等主要控制测量方法之外，在某些场合下（如待测点数目较少时），还有一些其它方法可以运用，如：小三角锁、大地四边形、前方交会、后方交会等，详见教材95。有兴趣的同学可自学。下节主要介绍工程上用得最多的导线测量以及建筑施工控制测量的相关内容。92 导线测量 导线在现代地形控制和施工控制测量中极为常见。本节介绍导线测量的主要技术要求、导线测量的外业和内业计算工作（外业部分将教材中的91、92、93综合起来介绍，内业以简易计算为主）。一.导线控制测量的主要技术要求 不同等级的导线测量，其技术要求也有所不同，如教材P174表92所示。工程上用得最多的是四等和一、二级导线。P174表92所列的是工程测量规范中规定的相关指标。在土木工程测量中，多数情况下执行城市测量规范。城市测量规范中的导线测量主要技术要求见下页。城市测量规范中导线测量的主要技术要求导线长度（km）角度闭合差的容许值：w容2 m 请将该表与教材P174表92进行比较，并将不同之处（红圈内的数据）标注在教材的相应位置，分别注明工测规范和城测规范二.导线测量外业 导线测量的外业工作包括选点埋石和测角量边。（一）.选点埋石 选点埋石工作就是选择导线控制点的位置，并在所选位置埋设标石。选点分为图上选点和实地选点两个步骤。在进行实地选点之前，应到有关部门（国土或规划部门）收集测区原有的中小比例尺地形图、高一等级控制点的成果资料，然后在地形图上初步设计导线布设路线，最后按照设计方案到实地踏勘选点。现场踏勘选点时，应注意以下事项：相邻导线点之间应通视良好。点位应选在土质坚实处，便于埋石、保存和使用。视野应开阔，便于测绘周围的地物、地貌。边长须符合规范要求，且应大致相等；相邻边比不得小于1/3。密度足够，分布均匀，便于控制整个测区。导线点位选定后，在泥土地面上，先在点位上打一木桩，作为临时性标志；随后再埋设预制的固定标石或进行现场浇灌。标石的材料、尺寸及埋设形式视导线的等级和用途而异。与水准点标志不同的是，导线点标志的中心通常有一个“”字标记，以作对中之用。导线点埋好之后，根据需要可绘制“点之记”。在水泥或沥青路面上，可敲入顶上凿有十字纹的大钢钉作为导线点，旁边涂上红油漆以使标志明显。过去在三角测量中，控制点上还需架设钢标（三角标），如右上图所示。其上的圆筒作为照准目标，在下部的三角形橹柱下可架设经纬仪进行观测。因钢标在野外难以长期保存，且现代全站仪常用反光镜为目标，故现在已极少建立钢标。（二）.测角量边 选点埋石结束之后，一般需间隔几天，等到所埋标石基本稳固之后才能测角和量边。测角就是用经纬仪或全站仪观测导线上的所有转折角（水平角）。对附合导线一般同测左角或右角，如下图。除转折角之外，还需观测“连接角”（A、C）。而闭合导线则一般观测内角，同样需观测连接角（已知边与待测导线间的夹角）。AAB12345 测角方法多为“测回法”，所用仪器及测回数根据工程等级按相关规范确定。导线边长一般宜用光电测距仪或全站仪观测（若没有测距仪，也可用经过鉴定的钢尺丈量）。采用测距仪或全站仪时，量边和测角既可以分开进行，也可同时进行；而采用钢尺量距时，则只能与测角分开进行。导线等级较高（四等以上）时，需往返观测边长。三.导线测量的内业计算（以附合导线的简易计算为例）外业工作结束后，即进入内业阶段。导线测量内业计算的目的是计算各导线点的坐标。具体工作包括检查记录、计算并分配角度闭合差、推算方位角、计算坐标增量、调整坐标增量闭合差、计算导线点坐标等。1.检查外业记录、抄录成果数据 全面检查观测手簿，漏测需补测，测错或超限需重测。若外业观测数据符合要求，则绘制导线略图，将各项数据标注在略图上的相应位置。ABCD76o1230248o2924110o4242249o070689o1520236.335262.738250.490218.623AB=350o2318CD=44o10091232.角度闭合差的计算与调整 对于附合导线而言，两端都应有高精度的已知边，其方位角AB、CD为已知。有了导线转折角及连接角的观测值之后，从一条已知边（如AB）的方位角开始，可以推算出另一条已知边（如CD）的方位角，设为CD，CD与对应的已知值CD之差，便是角度闭合差（实为方位角闭合差），用w表示，即：w CD CD 终 终 方位角的推算方法在第五章中已经介绍。对于上图所示的附合导线，其终边CD的方位角推算过程及角度（方位角）闭合差的计算如下：ABCD76o1230248o2924110o4242249o070689o1520236.335262.738250.490218.623AB=350o2318CD=44o1009123 A1 AB76o1230 66o3548 12 1A248o2924 135o0512 23 21110o4242 65o4754 3C 32249o0706 134o5500 CD C389o1520 44o1020 w CD CD+11ABCD76o1230248o2924110o4242249o070689o1520236.335262.738250.490218.623AB=350o2318CD=44o1009123 对于闭合导线，全部内角之和的理论值为：理（n2）180o 闭合导线的角度闭合差计算式为：w 测理 测（n2）180o 若w之值超过规范规定值（图根导线角度闭合差的容许值为40），则需返工重测；若未超限，则反号平均分配，即对每个角度观测值加上改正数v，即 v w/n i i v 一般v取至整秒。若有剩余，则加在短边形成的转折角中（若凑整v时是“升”，则最小的改正数应加在长边构成的角度中）。3.推算各边的坐标方位角 根据起始边的已知坐标方位角始及改正后的转折角i推算各导线边的坐标方位角。推算方法：前视（未知）边的方位角等于后视（已知）边的方位角“加左角”或“减右角”。（注意前、后视方向的直线起点相同）为了检核，须推算终边（如CD）的方位角。（闭合导线须推回起始边）ABCD76o1230248o2924110o4242249o070689o1520236.335262.738250.490218.623AB=350o2318CD=44o10091234.计算坐标增量 根据导线边长（平距）观测值Sij和推算得到的各边坐标方位角ij按下式计算坐标增量：xij Sij cos ij yij Sij sin ij5.坐标增量闭合差的计算与调整 对于附合导线，各导线边坐标增量代数和的理论值应等于附合点（终点）与起算点（始点）的已知坐标之差。由于存在量边误差和测角误差，按误差传播定律，坐标增量的计算值也必定含有误差，因此实际的各边坐标增量代数和并不等于终、始点已知坐标之差，其较差即为坐标增量闭合差，分别用wx和wy表示：wx xij（x终x始）（x始 x ij）x终 wy yij（y终y始）（y始 yij）y终 从始点（A）出发，用含有误差的坐标增量逐点推算导线点坐标，最后推算得到的终点（C）的坐标值必定与该点的已知坐标不一致，使附合导线未能“真正附合”，存在一个缺口，这个缺口叫做“导线全长闭合差”，用wS表示：ABCD76o1230248o2924110o4242249o070689o1520123C导线全长闭合差 对于闭合导线，各边坐标增量代数和的理论值为零，即（x终 x始）0，（y终 y始）0故：wx x ij，wy y ij 闭合导线也存在“导线全长闭合差”，如下图：导线全长闭合差 wS与导线全长S之比，叫做导线全长相对闭合差，通常用分子为1的分数表示：相对闭合差K是衡量导线测量精度高低的指标之一，须符合测量规范规定要求（表92）。如果超限，必须重测；不超限则进行坐标增量闭合差的分配，将wx和wy反号，按与边长成正比分配给各边的坐标增量：计算坐标增量改正数时应进行以下检核：vxwx；vywy6.计算各导线点的坐标 根据起始点（A）的已知坐标和经过改正之后的坐标增量，按下式计算各导线点的坐标：xjxi xij yjyi yij 为了检核坐标计算的正确性，最后还需推算终点（C）的坐标。若推算值与已知值一致，说明计算无误，导线内业计算工作便告结束，否则，须重算。闭合导线可以看作“附合点即起始点”的特殊附合导线，计算过程与附合导线简易计算完全相同。支导线的简易计算按3、4、6步进行。导线的严密平差方法和工程小三角测量计算的内容，有兴趣者请自学。附合导线示意图附合导线算例附合导线计算表36=40 9893施工控制测量简介（教材第六节 建筑基线与方格控制）三角网、导线网、GPS网等基本控制网点大多数情况下是为测绘地形图而测设的，一般而言，在密度、位置等方面不能满足建筑施工对于测量控制点的要求。即使建筑施工地点原来已有部分基本控制点，在平整场地工程中也可能大多被破坏。因此，大、中型建筑施工场地通常需要建立专门的控制网，即施工控制网。施工控制网多采用建筑基线或建筑方格网。一.建筑基线 建筑基线是指平行或垂直于建筑物主要轴线的控制点连线。形状有三点直线型、三点直角型、四点丁字型和五点十字型等。建筑基线控制点的三维坐标可以作为散点单独测定，也可以构成闭合或附合导线进行测定。二.建筑方格网 建筑方格网是指平行或垂直于建筑物主要轴线的、纵横交错的方格状控制网。一般为正方形或矩形。先定主轴点后扩展方格点。即主轴线点通常在附近的控制点上用极坐标法测定；辅轴线点（方格点）则以主轴线点作为控制点，按直角坐标法或极坐标法测定。测设结束后，三个主轴线点必须在一条直线上。当三点间的夹角与180o之差超过5时，应进行调整。方法是在中点o测出夹角，按下式计算偏值后移动各点：调整时，将定出的主轴线点A、o、B分别沿直线 AoB的垂线方向移动相同的偏距（方向不一致）。调整后用混凝土桩固定。D1D2ABOD3AOB三.施工坐标系（）如果建筑方格网的主轴线与测量坐标系的纵、横坐标轴平行或垂直，则放样建筑物各角点时可采用直角坐标法进行，非常方便。一般主轴线与测量坐标轴不平行或不垂直，所以，在建筑设计与施工部门，为了工作上的方便，常采用一种独立的坐标系统，称为施工坐标系或建筑坐标系。施工坐标系的纵轴为A，横轴为B，故又叫做AB坐标系。A、B两个方向与待建建筑物的主要轴线或主要道路方向平行或垂直。A、B坐标系 通常将施工坐标系的原点设在总平面图的西南角，使所有建筑物角点的设计坐标均为正值。这样一来，某栋建筑物的长度和宽度便与其角点的纵、横坐标增量相对应，一目了然，放样时很容易求得放样数据，操作起来很方便。施工坐标系原点O在测量坐标系中的坐标以及A轴的坐标方位角之值一般由设计部门给出。A、B坐标系 施工坐标系与测量坐标系的转换 设xp、yp分别表示p点在测量坐标系中的坐标；Ap、Bp分别表示p点在施工坐标系中的坐标，则两者换算公式如下：式中，x o、y o分别为施工坐标系原点O在测量坐标系中的纵、横坐标；为A轴在测量坐标系中的坐标方位角。xpA、B坐标系pypApBpxp 作业三：P11412 P1672，9，10；P2071，14；附加题：假设某测区的ym为20560000m，Hm为781m。试求抵偿面高程和抵偿椭球的半径，并以2000m的边长为例验算抵偿的有效性。（取R6371km）