国家平面控制网的建立

第五章大地测量基本技术与方法——国家平面控制网的建立——大地测量仪器及精密角度测量——导线测量成果预处理——国家高程控制网的建立——精密水准仪精及密水准测量——重力测量（天文测量简介）——大地测量数据处理的数学模型上一讲应掌握的内容1、垂线偏差改正垂线偏差对水平方向的影响2、标高差改正由照准点高度而引起的改正3、截面差改正将法截弧方向化为大地线方向应加的改正111(sincos)tanuAA222212cossin22heHBAM22120.1089cossin2(km)hBAH2221121cossin212geSBAN22110.0000028cossin2(km)gBAS上一讲应掌握的内容4、空间边长（电磁波测距）归算至椭球面的改正32211221()(1)(1)24AAADHHHHSDDRRR为了保证S的计算精度不低于10-6级，当D＜10km时，高差h=（H2-H1）的精度必须达0.1m；当D＞10km时，其精度必达1m。大地高H本身可须达5m，而曲率半径RA达5km即可。上式的简化公式：2312211,()2242mmAAHhDSDDHHHDRR当范围不，可以用球代替椭球；球半径采用地球平均半径3222222124mDhHSDhRR上一讲应掌握的内容5、椭球面三角形的解算•当三角形的边长小于240km时，就可把椭球面三角形当球面三角形来解算。两者对应的边长相等，对应角之差小于0.001″•勒让德定理：对于较小的球面三角形，可用平面三角公式来解算，只需使三个平面角等于相应的球面角减去三分之一的球面角超，而边长保持不变。000sin3sin3sin3ABCabc6、球面角超的计算球面角超的计算球面角超的定义：（不能用来计算ε）sinsinsin222bcAacBabCF球面角超计算公式：2FRF为平面三角形面积：000,,333AABBCC化算平面角需要球面角超，而球面角超的计算又需要平面角，因此直接用球面角计算球面角超就带有误差。当边长不大于90km时，这种误差小于0.0005″，故可直接用球面角代替平面角计算球面角超ε2sin2abCR第五章Ⅰ国家平面控制网的建立——建立平面大地控制网的方法——建立国家平面大地控制网的基本原则——国家平面大地控制网的布设方案——利用现代测量技术建立国家大地测量控制网——国家平面大地控制网的布设一、建立国家平面大地控制网的方法（一）常规大地测量法1.三角测量法1)网形•三角测量的优点是：图形简单，结构强，几何条件多，便于检核，网的精度较高。•不足之处是：在平原地区或隐蔽地区易受障碍物的影响，布设困难，增加了建标费用；推算而得的边长精度不均匀，距起始边越远边长精度越低。1.三角测量法1)网形2)坐标计算原理:正弦定理3)三角网的元素:①起算元素：已知的坐标、边长和已知的方位角，也称起算数据。②观测元素：三角网中观测的所有方向(或角度)。③推算元素：由起算元素和观测元素的平差值推算的三角网中其他边长、坐标方位角和各点的坐标。2.导线测量法导线测量的优点：故布设灵活，在隐蔽地区容易克服地形障碍；导线测量只要求相邻两点通视，故可降低觇标高度，造标费用少，且便于组织观测；网内边长直接测量，边长精度均匀。导线测量的缺点：导线结构简单，没有三角网那样多的检核条件，有时不易发现观测中的粗差，可靠性不高。导线网导线网的形状由多边形或多结点组成，测定网的所有边长和角度。需要一个起始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形要求较低。3.三边测量及边角同测法三边网测定网的所有边长，推算控制点坐标。需要一个起始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形有要求，如三边网构成的三角形内角在30°~150°之间。边角网测定网的所有边长和角度，或部分边长与角度，推算控制点坐标。需要一个起始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形要求较宽松。边角全测网的精度最高，相应工作量也较大。故在建立高精度的专用控制网(如精密的形变监测网)或不能选择良好布设图形的地区可采用此法而获得较高的精度。（二）天文测量法•天文测量法是在地面点上架设仪器，通过观测天体(主要是恒星)并记录观测瞬间的时刻，来确定地面点的地理位置，即天文经度、天文纬度和该点至另一点的天文方位角。•优点：各点彼此独立观测，也勿需点间通视，测量误差不会积累。•缺点：精度不高，受天气影响大。•用途：在每隔一定距离的三角点上观测天文来推求大地方位角，控制水平角观测误差积累对推算方位角的影响。（三）现代定位新技术简介1、GPS测量•全球定位系统是由一系列卫星组成的，它们全天候地提供高精度的世界范围的定位和导航信息。准确地说，它是由24颗沿距地球20000多公里高度的轨道运行的GPS卫星组成，不停地发送回精确的时间和它们的位置信息。GPS接收器同时收收4～12颗卫星的信号，从而判断地面上或接近地面的物体的位置，还有它们的移动速度和方向等。•GPS接收机利用GPS卫星发送的信号得知某时刻卫星在太空中的位置，并根据无线电波传送的时间信息来计算GPS接收机与它们间的距离，然后GPS接收机就可以用三角学原理算出自己的位置。GPS控制网异步环同步环同步环同步环同步环GPS控制网的形状由多个边连结的多边形组成，测定构网所需的GPS基线向量。需要几台接收机同步观测。至少需要一个起始点的三维空间坐标。对网形没有要求。（三）现代定位新技术简介2.甚长基线干涉测量系统(VLBI)甚长基线干涉测量系统是在甚长基线的两端(相距几千公里)，用射电望远镜，接收银河系或银河系以外的类星体发出的无线电辐射信号，通过信号对比，根据干涉原理，直接测定基线长度和方向的一种空间技术。长度的相对精度可优于10-6，对测定射电源的空间位置，可达0.001″，由于其定位的精度高，可在研究地球的极移、地球自转速率的短周期变化、地球固体潮、大地板块运动的相对速率和方向中得到广泛的应用。（三）现代定位新技术简介3.惯性测量系统(INS)惯性测量是利用惯性力学基本原理，在相距较远的两点之间，对装有惯性测量系统的运动载体(汽车或直升飞机)从一个已知点到另一个待定点的加速度，分别沿三个正交的坐标轴方向进行两次积分，从而求定其运动载体在三个坐标轴方向的坐标增量，进而求出待定点的位置，它属于相对定位，其相对精度为(1~2)·10-5，测定的平面位置中误差为±25cm左右。优点主要是：完全自主式，点间也不要求通视；全天候，只取决于汽车能否开动、飞机能否飞行。缺点主要是：相对测量，精度不高。二、建立国家平面大地控制网的基本原则•大地控制网应分级布设、逐级控制三角（导线）网：一等锁，二、三、四等网GPS网：A、B、C、D、E五级；A级为我国最高精度的坐标框架，B级相当一等•大地控制网应有足够的精度(M)首级图根点相对于起算三角点的点位误差，图上不超过±0.1mm；相邻国家三角点的点位误差小于1/3×0.1Nmm•大地控制网应有一定的密度•大地控制网应有统一的技术规格和要求《大地测量法式》、《国家三角测量和精密导线测量规范》《全球定位系统（GPS）测量规范》三、国家平面大地控制网的布设方案1.一等三角锁系布设方案2.二等三角锁、网布设方案3.三、四等三角网1)插网法3.三、四等三角网2)插点法4.我国天文大地网基本情况简介我国天文大地网从1951年至1975年共25年建成：•一等三角锁系：共有5206三角点，构成326个锁段，形成120个锁环，锁系长达7.5万km。•一等导线22条，全长约1.24万km，含426个导线点。•二等三角锁（网），共14149个点；•二等三角全面网，共19329个点。•二等导线48条，全长约6800万km，含400个导线点。•一、二等起始边：467条。•拉普拉斯方位角：458个。•用于推算垂线偏差的天文点：2218个。•天文水准和天文重力水准路线：全长6.4万km•包括部分三等网，总共约有5万个大地控制点，31万个观测量。四、利用现代测量技术建立国家大地测量控制网一般可把GPS网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度的GPS网(A、B级网），另一类是区域性的GPS网（C、D、E级网）。1.92中国GPS大会战由国家测绘局、国家地震局、石油部、地矿部、煤炭部等部门共同施测。全网由27个点组成（其中有6个点有副站），平均边长800km，使用4台MINI-MAC2816、13台Trimble4000SST和17台AshtechMDXⅡC/A双频接收机观测，平差后在ITRF91地心参考框架中的定位精度优于0.1m(ITRF—国际地球参考架)2.96GPSA级网96GPSA级网共包括33个主站，23个副站，与92GPSA级网点重合21个。96GPSA级网观测时共使用了53台双频GPS接收机。经数据精处理后基线分量重复性水平方向优于4mm+3ppm，垂直方向优于8mm+4ppm，地心坐标分量重复性优于2cm。全网整体平差后，在ITRF93参考框架中的地心坐标精度优于0.1m,基线边长的相对精度优于1×10-83.国家高精度GPSB级网全网由818个点组成，分布全国各地(除台湾省外)。东部点位较密，平均站间50～70km,中部地区平均站间100km，西部地区平均站间距150km。外业自1991年至1995年结束。经数据精处理后，点位中误差相对于已知点在水平方向优于0.07m，高程方向优于0.16m，平均点位中误差水平方向为0.02m，垂直方向为0.04m，基线相对精度达到10-7。4.全国GPS一、二级网全国GPS一、二级网是军测部门建立的，一级网由40余点组成，相邻点间距平均为683km。外业观测自1991年5月至1992年4月进行，使用10台MINIMAC2816接收机作业。网平差后点位中误差，绝大多数点在2cm以内。二级网由500多个点组成，二级网是一级网的加密。5.中国地壳运动观测网络中国地壳运动观测网络是中国地震局、总参测绘局、中国科学院和国家测绘局联合建立的，第一期于1999年10月观测结束，主要是服务于中长期地震预报，兼顾大地测量的目的。该网络是以GPS为主，辅以激光测卫(SLR)以及甚长基线干涉测量(VLBI)以及重力测量的观测网络，它由三个层次的网络组成，即25站连续运行的基准网、56站定期复测的基本网和1000站复测频率低的区域网。五、国家平面大地控制网的布设包括以下工作：技术设计，实地选点，建造觇标，标石埋设，外业测量，平差计算等1.技术设计1)收集资料2)实地踏勘3)图上设计4)编写技术设计书2.实地选点：选点图，点之记，选点技术总结。3.建造觇标寻常标双锥标(钢标)微相位差照准圆筒4.标石埋设大地点的坐标，实际上指的就是标石中心的坐标。点之记全国天文大地网的整体平差•全国天文大地网整体平差于1982年全部完成。该网在1980年大地坐标系的参考椭球面上进行的，方向观测值和边长都归算到参考椭球面上。在测定基线或有拉普拉斯方位角的方向观测值误差方程中，采用消去一个或两个相应的未知数，以保持固定边长及固定方位角平差后保持不变。按照完全独立的两种方案来进行平差计算：分区坐标参数平差法和条件联系平差法。两种平差结果几乎完全一致(坐标最大差为±4.8cm)，网中离大地点最远点的点位中误差为±0.84m。•全部网点平差后将大地经纬度换算成的6°带及3°带的高斯平面直角坐标。还将化算为新54北京坐标系的坐标。天文大地网同时存在三种坐标系的坐标值。结束•谢谢!不同比例尺地图对大地点的数量要求测图比例尺平均每幅图面积(km2)平均每幅图要求的三角点数每点控制的面积(km2)三角网的平均边长(km)相应的三角网等级1︰5万350～500315013二等1︰2.5万100～1252～3508三等1︰1万15～201202～6四等