第七章控制测量(共30页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上第七章 控制测量重点难点提示:本章的重点是:控制测量的作用、布网原则、形式和等级;导线布设形式,选点原则,坐标正算与坐标反算,导线坐标计算;小三角布网形式,选点原则,单三角锁近似平差与边长计算,前方交会,测边交会,三四等水准测量实施要点,三角高程测量原理与方法;全站仪的使用。难点是:外业控制点的选择,坐标方位角的计算和推算,三角测量的近似平差计算,跨河水准测量,全站仪的检测和应用。71 概述控制测量的作用是限制测量误差的传播和积累,保证必要的测量精度,使分区的测图能拼接成整体,整体设计的工程建筑物能分区施工放样。控制测量贯穿在工程建设的各阶段:在工程勘测的测图阶段,需
2、要进行控制测量;在工程施工阶段,要进行施工控制测量;在工程竣工后的营运阶段,为建筑物变形观测而需要进行的专用控制测量。控制测量分为平面控制测量和高程控制测量,平面控制测量确定控制点的平面位置(X、Y),高程控制测量确定控制点的高程(H)。平面控制网常规的布设方法有三角网、三边网和导线网。三角网是测定三角形的所有内角以及少量边,通过计算确定控制点的平面位置。三边网则是测定三角形的所有边长,各内角是通过计算求得。导线网是把控制点连成折线多边形,测定各边长和相邻边夹角,计算它们的相对平面位置。在全国范围内布设的平面控制网,称为国家平面控制网。国家平面控制网采用逐级控制、分级布设的原则,分一、二、三、
3、四等。主要由三角测量法布设,在西部困难地区采用导线测量法。 一等三角锁沿经线和纬线布设成纵横交叉的三角锁系,锁长200250公里,构成许多锁环。一等三角锁内由近于等边的三角形组成,边长为2030公里。二等三角测量如图7.1有两种布网形式,一种是由纵横交叉的两条二等基本锁将一等锁环划分成4个大致相等的部分,这4个空白部分用二等补充网填充,称纵横锁系布网方案。另一种是在一等锁环内布设全面二等三角网,称全面布网方案。二等基本锁的边长为2025公里,二等网的平均边长为13公里。一等锁的两端和二等网的中间,都要测定起算边长、天文经纬度和方位角。所以国家一、二等网合称为天文大地网。我国天文大地网于1951
4、年开始布设,1961年基本完成,1975年修补测工作全部结束,全网约有5万个大地点。在城市地区为满足大比例尺测图和城市建设施工的需要,布设城市平面控制网。城市平面控制网在国家控制网的控制下布设,按城市范围大小布设不同等级的平面控制网,分为二、三、四等三角网,一、二级及图根小三角网或三、四等,一、二、三级和图根导线网。城市三角测量和导线测量的主要技术要求如表7.1、表7.2所示。图7.1 国家一、二等三角网表7.1 城市三角测量的主要技术要求等 级平均边长/km测角中误差/起始边相对中误差最弱边边长相对中误差测回数三角形最大闭合差/DJ1DJ2DJ6二等911/1/123.5三等51.8首级1/
5、1/80000697四等22.5首级1/1/45000469一级小三角151/400001/200002615二级小三角0.5101/200001/100001230图根最大视距的1.7倍201/1000060注: 当最大测图比例尺为1:1000时,一二级小三角边长可适当放长,但最长不大于表中规定的2倍。 图根小三角方位角闭合差为,n位测站数表7.2 城市导线测量的主要技术要求等 级导线长度/km平均边长/km测角中误差/测距中误差(mm)测回数方位角闭合差/导线全长相对闭合差DJ1DJ2DJ6三等1531.5188121/60 000四等101.62.518461/40 000一级3.60.
6、3515241/14 000二级2.40.2815131/10 000三级1.50.121215121/6 000图根1.0M301/2000注: n为测站数,M位测图比例尺分母。 图根测角中误差为30,首级控制为30,方位角闭合差一般为,首级控制为。在小于10km2的范围内建立的控制网,称为小区域控制网。在这个范围内,水准面可视为水平面,不需要将测量成果归算到高斯平面上,而是采用直角坐标,直接在平面上计算坐标。在建立小区域平面控制网时,应尽量与已建立的国家或城市控制网连测,将国家或城市高级控制点的坐标作为小区域控制网的起算和校核数据。如果测区内或测区周围无高级控制点,或者是不便于联测时,也可
7、建立独立平面控制网。表7.3 GPS相对定位的精度指标测量分级常量误差a0 /mm比例误差系数b0 /mm/km相邻点距离/kmABCDE581010100.11510201002 0001525054021511020世纪80年代末,卫星全球定位系统(GPS)开始在我国用于建立平面控制网,目前已成为建立平面控制网的主要方法。应用GPS卫星定位技术建立的控制网称为GPS控制网,根据我国1992年颁布的GPS测量规范要求,GPS相对定位的精度,划分为A、B、C、D、E五级,如表7.3所列的标准。我国国家A级和B级GPS大地控制网分别由30个点和800个点构成。它们均匀地分布在中国大陆,平均边长相
8、应为650 km和150 km。它不仅在精度方面比已往的全国性大地控制网大体提高了两个量级,而且其3维坐标体系是建立在有严格动态定义的先进的国际公认的ITRF框架之内。这一高精度3维空间大地坐标系的建成将为我国21世纪前10年的经济和社会持续发展提供基础测绘保障。高程控制测量就是在测区布设高程控制点,即水准点,用精确方法测定它们的高程,构成高程控制网。高程控制测量的主要方法有:水准测量和三角高程测量。图7.2 国家一、二等水准路线布置示意图图7-2是各级水准路线布置示意图。国家高程控制网是用精密水准测量方法建立的,所以又称国家水准网。国家水准网的布设也是采用从整体到局部,由高级到低级,分级布设
9、逐级控制的原则。国家水准网分为4个等级。一等水准网是沿平缓的交通路线布设成周长约1 500km的环形路线。一等水准网是精度最高的高程控制网,它是国家高程控制的骨干,也是地学科研工作的主要依据。二等水准网是布设在一等水准环线内,形成周长为500750km的环线。它是国家高程控制网的全面基础。三、四等级水准网是直接为地形测图或工程建设提供高程控制点。三等水准一般布置成附合在高级点间的附合水准路线,长度不超过200km。四等水准均为附合在高级点间的附合水准路线,长度不超过80km。图7.2是国家一、二等水准路线布置示意图。城市高程控制网是用水准测量方法建立的,称为城市水准测量。按其精度要求:分为二、
10、三、四、五等水准和图根水准。根据测区的大小,各级水准均可首级控制。首级控制网应布设成环形路线,加密时宜布设成附合路线或结点网。水准测量主要技术要求见表7.4.在丘陵或山区,高程控制量测边可采用三角高程测量。光电测距三角高程测量现已用于(代替)四、五等水准测量。表7.4 水准测量主要技术要求等 级每公里高差中误差/mm路线长度/km水准仪的型号水准尺观测次数往返较差、附合或环线闭合差与已知点联测附合路线或环线平 地/mm山 地/mm二 等2因瓦往返各一次往返各一次三 等650因瓦往返各一次往一次双面往返各一次四 等1016双面往返各一次往一次五 等15单面往返各一次往一次图 根205往返各一次往
11、一次注: 结点之间或结点与高级点之间,其路线的长度、不应大于表中规定的0.7倍; L为往返测段,附合或环线的水准路线长度以km为单位;n为测站数。72 导线测量一、导线的布网形式导线是由若干条直线连成的折线,每条直线叫导线边,相邻两直线之间的水平角叫做转折角。测定了转折角和导线边长之后,即可根据已知坐标方位角和已知坐标算出各导线点的坐标。按照测区的条件和需要,导线可以布置成下列几种形式:1)附合导线 如图7.3所示,导线起始于一个已知控制点,而终止另一个已知控制点。控制点上可以有一条边或几条边是已知坐标方位角的边,也可以没有已知坐标方位角的边。 图7.3 附合导线 图7.4 闭合导线2)闭合导
12、线 如图7.4所示,由一个已知控制点出发,最后仍旧回到这一点,形成一个闭合多边形。在闭合导线的已知控制点上必须有一条边的坐标方位角是已知的。3)支导线 如图7.5所示,从一个已知控制点出发,既不符合到另一个控制点,也不回到原来的始点。由于支导线没有检核条件,故一般只限于地形测量的图根导线中采用。 图7.5 支导线图二、导线测量的外业观测导线测量的外业包括踏勘、选点、埋石、造标、测角、测边、测定方向。1踏勘、选点及埋设标志。踏勘是为了了解测区范围,地形及控制点情况,以便确定导线的形式和布置方案;选点应考虑便于导线测量、地形测量和施工放样。选点的原则为:1) 相邻导线点间必须通视良好;2) 等级导
13、线点应便于加密图根点,导线点应选在地势高、视野开阔便于碎步测量的地方;3)导线边长大致相同;4)密度适宜、点位均匀、土质坚硬、易于保存和寻找。图 7.6 导线点标志和点之记选好点后应直接在地上打入木桩。桩顶钉一小铁钉或划”+”作点的标志。必要时在木桩周围灌上混凝土(图7.6a)。如导线点需要长期保存,则应埋设混凝土桩或标石(图b)。埋桩后应统一进行编号。为了今后便于查找,应量出导线点至附近明显地物的距离。绘出草图,注明尺寸,称为点之记(图c)。2测角 可测左角,也可测右角,闭合导线测内角,精度要求见表7-2。3测边 传统导线边长可采用钢尺、测距仪(气象、倾斜改正)、视距法等方法。随着测绘技术的
14、发展,目前全站仪已成为距离测量的主要手段。4测定方向 测区内有国家高级控制点时,可与控制点连测推求方位,包括测定连测角和连测边;当联测有困难时,也可采用罗盘仪测磁方位或陀螺经纬仪测定方向。三、导线测量的内业计算1)坐标的正算和反算 如图7.7所示, 已知一点A的坐标、边长和坐标方位角,求B点的坐标、,称为坐标正算问题。由图可知 (7.1)图7.7 坐标正、反算 图7.8 坐标增量的正负 式中称为纵坐标增量和称为横坐标增量,是边长在坐标轴上的投影,即: (7.2)、的正负取决于、的符号,要根据的大小、所在象限来判别,如图7.8。按上式(7.1)又可写成 (7.3)如图7.7所示,设已知两点A、B
15、的坐标,求边长和坐标方位角,称为坐标反算。则可得 (7.4) (7.5)式中, 。由式(7.4)式求得的可在四个象限之内,它由和的正负符号确定,即:在第一象限时: 在第二象限时: 在第三象限时:在第四象限时:实际上,由图7.8可知, (象限角),根据R所在的象限,将象限角换算为方位角,也可得到同样结果。例 已知=1874.43m,=43579.64,=1666.52m,=43667.85m,求 解:由已知坐标得 =43667.85-43579.64=88.21m =1666.52-1874.43=-207.91m由上知:在第三象限,则:2)闭合导线的坐标计算 导线计算的目的为:是推算各导线点的
16、坐标。下面结合实例介绍闭合导线的计算方法。计算前必须按技术要求对观测成果进行检查和核算。然后将观测的内角,边长填入表7.5中的2、6栏,起始边方位角和起点坐标值填入5、11、12栏顶上格(带有双横线的值)。对于四等以下导线角值取至秒,边长和坐标取至mm,图根导线、边长和坐标取至cm,并绘出导线草图。在表内进行计算。 专心-专注-专业表7.5 闭合导线坐标计算表点号观测角/ 改正数/改正后的角值/ 坐标方位角/ 边长/m增量计算值(米)改正后的增量值(米)坐 标(米)/m/m/m/mx/my/m1234567891011121500.00500.00124 59 43105.22 -3-60.3
17、4 +2+86.20-60.37+86.222107 48 30+13107 48 43439.63586.2252 48 2680.18 -2+48.47 +2 +63.87+48.45 +63.89373 00 20+1273 00 32488.08650.11305 48 58129.34 -3+75.69 +2 -104.88+75.66 -104.86489 33 50+1289 34 02563.74545.25215 23 0078.16 -2 -63.72 +1 -45.26 -63.74 -45.25189 36 30+1389 36 43500.00500.00124 59
18、 432359 59 1050360 00 00392.90+0.1-0.070.000.00辅助 计 算 容许相对闭合差:导线略图 (1)度闭合差的计算与调整 n边形内角和的理论值。由于测角误差,使得实测内角和与理论值不符,其差称为角度闭合差,以表示,即 (7.6)其容许值容参照表7.2中”方位角闭合差”栏。当= 容时,可进行闭合差调整,将以相反的符号平均分配到各观测角去。其角度改正数为 (7.7)当不能整除时,则将余数凑整到测角的最小位分配到短边大角上去。改正后的角值为:+ (7.8)调整后的角值(填入表中4栏)必须满足:.否则表示计算有误。(2)各边坐标方位角推算 根据导线点编号,导线内
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