第7章小地区控制测量

第7章小地区控制测量7-1概述目的目的：提供控制基础和起算基准实质：测定具有较高精度的平面坐标和高程的点位测量工作必须遵循“从整体到局部，先控制后碎部”的原则。这里的“整体”是指控制测量，其含义为控制测量应按由高等级到低等级逐级加密进行，直至最低等级的图根控制测量，再在图根控制点上安置仪器进行碎部测量或测设工作。以防止误差的积累并加快测量作业的速度。。分类平面控制测量====国家平面控制测量：一、二、三、四等====测图与测设平面控制：导线，小三角高程控制测量====国家高程控制测量：一、二、三、四等====测图与测设高程控制：等外水准，三角高程控制测量包括平面控制测量和高程控制测量，称测定点位的(x,y)坐标为平面控制测量，测定点位的H坐标为高程控制测量。在全国范围内建立的控制网，称为国家控制网。它是全国各种比例尺测图的基本控制，也为研究地球的形状和大小，了解地壳水平形变和垂直形变的大小及趋势，为地震预测提供形变信息等服务。控制测量也可以用GPS仪器进行观测。国家控制网的概念为了统一全国各地区的测量工作，必须进行全国性的控制测量，以建立国家控制网，供整个国民经济规划和国防建设等使用。国家控制网分平面控制网和高程控制网。(一)国家平面控制网国家平面控制网主要是采用三角测量方法建立的，即在全国范围内将控制点组成一系列的三角形，通过测定所有三角形的内角，推算出各控制点的坐标。国家控制网也是按照“由高级到低级、由整体到局部”的原则布设的。国家平面控制网按其精度可分为一、二、三、四等四个等级。国家三角网的布设原则国家三角网：用三角测量方法建立的国家平面控制网1分级布网，逐级控制以高精度而稀疏的一等三角锁，尽可能沿经纬线方向纵横交叉地迅速布满全国，形成统一的骨干大地控制网，然后在一等锁环内逐级（或同时）布设二、三、四等三角网。在此基础上，可布设一、二级小三角或一、二、三级导线作为区域控制（或局部控制网）。2要有足够的精度3要有足够的密度4应有统一的规格国家三角锁、网的布设方案1一等三角锁国家大地控制网的骨干，主要作用是控制二等以下各级三角测量，并为研究地球形状和大小提供资料。尽可能沿经纬线方向布设成纵横锁，且交叉构成网状图形。平均边长：20-25km2二等三角锁、网国家三角网的全面基础，同时又是地形测图的基本控制。方案一：先在一等锁环内沿经纬线纵横交叉的二等基本锁，再在其控制下布设平均边长约为13km的二等补充网。方案二：以连续三角网的形式布设在一等锁环内，四周与一等锁衔接。（新方案）平均边长：13km（10-18）全国需布设6万个3三、四等三角网加密控制网，满足测图和工程建设的需要，采用插网或插点方法布设，也可以越级布网。三等网平均边长：8km四等网平均边长：2-6km国家三角锁、网的布设规格与精度要求等级平均边长（km）测角中误差(″)三角形最大闭合差″最弱边相对中误差一等网20-25±0.7±2.51：150000二等网13±1.0±3.51：150000三等网8±1.8±7.01：80000四等网2-6±2.5±9.01：40000国家精密导线网一等精密导线网：二等精密导线网：三、四等精密导线(二)国家高程控制网国家高程控制网—水准网国家水准网：按国家水准测量规范的技术要求建立起来的高程控制网。作用：全国范围内施测各种比例尺地形图的高程控制基础，以及一些科学研究如地壳垂直形变规律、各海洋平均海水面的高度变化，以及其他有关地质和地貌的研究等。我国的高程系统是以1956年由青岛验潮站测出的“黄海平均海水面”作为起算高程的基准面，并在青岛市内观象山设置了水准原点，该点的高程为72.289m。80年代初又重新测定水准原点的高程为72.260m。全国性高程控制测量是从青岛原点出发，用精密的水准测量方法国家高程控制网的建立，由高级到低级，从整体到局部：分成四个等级，逐级控制，逐级加密一等水准网：骨干，环线长1000-1500km二等水准网：基础，环线长500-750km精密水准测量三、四等水准网：为地形测图和工程建设服务。精密水准测量：一等水准网，二等水准网等级仪器类型视距/m前后视距差视距累积差基辅分划读数差/mm基辅分划读数差/mm往返测高差不符值/mm一S05≤35≤0.5≤1.5≤0.3≤0.5≤2K1/2二S1S05≤50≤60≤1.0≤3.0≤0.5≤0.7≤4K1/2GPS技术GlobalPositioningSystem(GPS):全球定位系统优点：点间无须通视，全天候观测，数据实时处理GPS系统组成部分：空间GPS卫星地面监控系统用户接收机（三）、小地区控制测量在10km2范围内为地形测图或工程测量所建立的控制网称小区域控制网。在这个范围内，水准面可视为水平面，可采用独立平面直角坐标系计算控制点的坐标，而不需将测量成果归算到高斯平面上。小区域控制网应尽可能以国家控制网或城市控制网联测（城市控制网是指在城市地区建立的控制网，它属于区域控制网，它是国家控制网的发展和延伸），将国家或城市控制网的高级控制点作为小区域控制网的起算和校核数据。如果测区内或测区附近没有高级控制点，或联测较为困难，也可建立独立平面控制网。小区域控制网同样也包括平面控制网和高程控制网两种。平面控制网的建立主要采用导线测量和小三角测量，高程控制网的建立主要采用三、四等水准测量和三角高程测量。小区域平面控制网，应根据测区的大小分级建立测区首级控制网和图根控制网。直接为测图而建立的控制网称为图根控制网，其控制点称为图根点。图根点的密度应根据测图比例尺和地形条件而定。小区域高程控制网，也应根据测区的大小和工程要求采用分级建立。一般以国家或城市等级水准点为基础，在测区建立三、四等水准路线或水准网，再以三、四等水准点为基础，测定图根点高程。7-2导线测量将测区内相邻控制点连成直线而构成的折线，称为导线。这些控制点，称为导线点。导线测量就是依次测定各导线边的长度和各转折角值；根据起算数据，推算各边的坐标方位角，从而求出各导线点的坐标。用经纬仪测量转折角，用钢尺测定边长的导线，称为经纬仪导线；若用光电测距仪测定导线边长，则称为电磁波测距导线。一、导线布设形式导线测量是建立小地区平面控制网常用的一种方法，特别是地物分布较复杂的建筑区、视线障碍较多的隐蔽区和带状地区，多采用导线测量的方法。根据测区的不同情况和要求，导线可布设成下列三种形式：1．闭合导线起讫于同一已知点的导线，称为闭合导线。2．附合导线布设在两已知点间的导线，称为附合导线。3．支导线由一己知点和一已知边的方向出发，既不附合到另一已知点，又不回到原起始点的导线，称为支导线。导线布设规格与精度要求一级、二级、三级二、导线测量外业(一)导线的布设：首级网等级和加密层次直伸等边踏勘选点：土质坚硬通视条件良好埋设标石，填“点之记”，编号(二)测角导线的转折角分为左角和右角，在前进方向左侧的水平角称为左角，在右侧的水平角称为右角。图根导线的转折角一般用DJ６级光学经纬仪测一个测回，两个半测回之间的观测值的差数，不得超过40″。测角由已知点开始，沿导线前进方向逐点观测，一般观测左角。(三)量边导线边长使用检验过的30m或50m钢尺进行丈量，各边长应往返各丈量一次，往返测量的较差率，一般地区应不大于1/2000，在量距困难地区应不大于1/1000。如果较差率没有超限，则取往返测量成果的平均值。如果丈量的是斜距，还应换算为水平距离。导线边长也可用激光测距仪测定。(四)起始边方位角的测定与高级已知点连接的导线，因有已知边方位角，只需观测连接角便可以推算各边的方位角，然后推算各点的坐标。对于不与高级已知点相连接的闭合导线，则可用罗盘仪测定一条起始边的磁方位角，便可推算其他各边的方位角，并推算各点的坐标。(五)导线测量记录导线测量的外业记录有规定的表格。7-3导线计算经纬仪导线计算的目的是求得各导线点的坐标，并根据求得的各点坐标精确地绘制导线图。导线计算分为以下五个步骤进行：①角度闭合差的计算和调整；vβ=-fβ/nβ‘=β+vβ②坐标方位角的推算；α前=α后+180°+β’左或α前=α后+180°-β‘右ABCD123③坐标增量的计算；Δx＝xi+1－xi＝lcosαΔy＝yi+1－yi＝lsinα④增量闭合差的计算和调整；fx=∑△x-理论值fy=∑△y-理论值计算fSK=fS/[D]vx=-(D/[D])*fxvy=-(D/[D])*fy计算改正后的Δx‘和Δy’⑤坐标计算xi+1＝xi+Δx’yi+1＝yi+Δy’一、闭合导线的计算1角度闭合差的计算和调整n边形内角之和：(n-2)·180°。由于测角误差的影响，使导线内角之和∑β不等于理论值，因而存在角度闭合差fβ：fβ＝∑β测-∑β理=∑β测-(n-2)·180°对于图根导线当fβ≤f容时，可将角度闭合差fβ以相反符号平均分配给各个观测角。fβ不能为n整除时，在有效数字位内允许凑整。(二)坐标方位角的推算各导线边的坐标方位角，是根据闭合导线起始边的坐标方位角和改正后的内角而推算的。根据坐标方位角的定义，它是从坐标轴北端开始顺时针旋转至某边的水平角。因此有相同端点的两条边，右侧边的坐标方位角就等于左侧边的坐标方位角加上两边之间的夹角，同一条边的正反方位角相差180°。即沿导线前进方向：α前=α后-180°+β左或α前=α后+180°-β右。上式中包含具相同端点两条边的方位角关系以及正反方位角的关系。(三)坐标增量的计算1计算坐标增量的公式2)坐标增量闭合差的计算与调整闭合导线纵、横坐标增量代数和的理论值应为零，实际上由于量边的误差和角度闭合差调整后的残余误差，往往不等于零，而产生纵坐标增量闭合差与横坐标增量闭合差，即导线全长闭合差为：坐标增量改正数计算：导线全长相对误差为：(四)坐标增量闭合差的调整调整原则：反号与边长成比例分配调整过程中根据情况取整，但必须保证调整后和为零(五)坐标的计算根据起始点的已知坐标和改正后的坐标增量，依次计算各点的坐标。。各点坐标推算二、附合导线计算附合导线计算角度闭合差和坐标增量闭合差的公式不同。(一)角度闭合差的计算与调整附合导线的角度闭合差为从一已知边方位角出发，使用观测角推算至另一条已知边，推算方位角与已知方位角之差。(二)坐标方位角的推算推算出的已知边的坐标方位角应与已知值相同，以此作为计算的检核。(三)坐标增量的计算根据导线各边的方位角和边长，计算各坐标增量，计算方法与闭合导线相同。(四)坐标增量闭合差的分配理论上的坐标增量之和∑Δx理、∑Δy理应分别等于两端已知点的纵横坐标之差，由于测角和量边都存在误差，计算出的纵横坐标增量的总和不能满足上述条件，而产生坐标增量闭合差。(五)坐标的计算根据导线一端的控制点的坐标，以及改正后的坐标增量，按照导线坐标计算的方法，逐点计算各导线点的坐标。计算实例123452243387511289134287291212506421502012点号观测角改正角值方位角边长△x△yxy计算改正计算改正18751122243300224.502891342179.383872912179.924125064272.4451502012107.611875112查找导线测量错误的方法在外业结束时，发现角度闭合差超限，如果仅仅测错一个角度，则可用下法查找测错的角度。若为闭合导线，可按边长和角度，用一定的比例尺绘出导线图，并在闭合差的中点作垂线。如果垂线通过或接近通过某导线点，则该点发生错误的可能性最大。若为附合导线，先将两个端点展绘在图上，则分别自导线的两个端点B、C按边长和角度绘出两条导线，在两条导线的交点处发生测角错误的可能性最大。7-4交会法和小三角测量地势平坦的常采用经纬仪导线建立测图控制点。在山区或地形复杂的地区往往采用经纬仪交会点来加密测图控制。经纬仪交会法按其布设形式的不同，可分为前方交会法、侧方交会法和后方交会法。一、前方交会法前方交会是采用