(同济大学测量学课件)第07章 控制测量

《测量学》同济大学测量与国土信息工程系第六章小地区控制测量第七章小地区控制测量学习要点◆控制测量概述◆平面控制网的定位和定向◆导线测量与导线计算◆交会定点的计算#控制测量概述控制测量概述一、控制测量的概念二、平面控制测量三、高程控制四、全球定位系统一、控制测量的概念1.目的与作用为测图或工程建设的测区建立统一的平面和高程控制网控制误差的积累作为进行各种细部测量的基准2.控制测量分类按内容分：平面控制测量、高程控制测量按精度分：一等、二等、三等、四等；一级、二级、三级按方法分：天文测量、常规测量(三角测量、导线测量、水准测量)、卫星定位测量小地区：不必考虑地球曲率对水平角和水平距离影响的范围。控制点：具有精确可靠平面坐标参数或高程参数的测量基准点。控制网：由控制点分布和测量方法决定所组成的图形或路线。3.有关名词控制测量：为建立控制网所进行的测量工作。§7-1控制测量的概念二、平面控制测量一、平面控制测量——建立平面控制网，测定各平面控制点的坐标X、Y。等级关系：布置形式：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)。小地区内布置一级、二级、三级和图根控制。见：图7-1一等三角锁；图7-2二等全面三角网；图7-3边角网和导线网；各级GPS控制网三角锁、三角网(三边网、边角网)、导线网、交会定点，等。1.平面控制测量的等级关系1.常规(传统)平面控制测量的等级关系城市平面控制网的等级关系三角(三边)网城市导线控制范围二等三等三等四等四等一级小三角一级导线二级小三角二级导线三级导线城市基本控制小地区首级控制图根控制图根导线图根三角2.一等三角锁二等连续网图7-11)一等三角锁为国家平面控制网的基础2.传统各级平面控制网布置形式2二等连续网充填一等三角锁成为国家平面控制网的骨干。测量并计算控制点x，y，H坐标——控制测量。测量并计算控制点x，y坐标——平面控制测量。测量并计算控制点H坐标——高程控制测量。由高级→低级，按一、二、三、四等布设。(1)平面控制测量国家平面控制网主要用三角测量法布设，西部困难地区采用导线测量法。一等三角锁沿经、纬线布设成纵横交叉的三角锁系，锁长200～250km，构成120个锁环；一等三角锁由近于等边的三角形组成，边长为20～30km。§7.1控制测量概述二等三角测量有两种布网形式，一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；二是在一等锁环内布设全面二等三角网的全面布网方案。二等基本锁边长20～25km，二等网的平均边长13km。一等锁两端和二等网中间，测定起算边长、天文经纬度和方位角。国家一、二等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。三、四等三角网为在二等三角网内进一步加密。青藏高原导线三、四等三角网和导线网三、四等三角网和导线网根据测区的需要，在二等三角网的基础上进行加密，基本图形如下：图7-3(a)三角网或三边网图7-3(b)导线网首级控制图根控制3)在一、二级小三角或一、二、三级导线下,布置图根控制网。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2.一等三角锁二等连续网1)A级GPS网为国家平面控制网的基础3.各级GPS控制网布置形式16202428323640444852EFGHIJKLM444546474849505152北京上海威海厦门三亚南宁武汉南京长春哈尔滨满洲里包头西安贵阳成都昆明下关拉萨安多安西西宁乌鲁木齐库尔勒喀什和田且末中国全球定位系统A级网格尔木广州2.一等三角锁二等连续网B、C级GPS网作为国家平面控制网的加密或城市首级控制网3.各级GPS控制网布置形式1101161111121131141181171201191091051081071061041031021013.图根导线的技术要求4.常规平面控制测量的主要技术要求（P162表7-1表7-1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±1.01/3000001/120000三等5±1.81/200000(首级)1/120000(加密)1/80000四等2±2.51/120000(首级)1/80000(加密)1/450003.图根导线的技术要求4.常规平面控制测量的主要技术要求（表7-1，表7-2，表7-3）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1:50050075一般地区1:100010001101/3000±2011/2000±60n1:20002000180表7-4三.高程控制测量二.高程控制测量——建立高程控制网，测定各控制点的高程H。：水准测量另外方法：三角高程测量、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)。：P163表7-52技术要求2主要方法2等级关系表7-5城市水准测量设计规格（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表7-6水准测量主要技术要求R4L4R12L12R20L40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±2400DD1±±三等±645DD3±±四等±1015DD3±±图根±208DD3±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。L4R20L4R4R12R12表7-5城市水准测量设计规格（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表7-6水准测量主要技术要求R4L4R12L12R20L40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±2400DD1±±三等±645DD3±±四等±1015DD3±±图根±208DD3±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。L4R20L4R4R12R12四、GPD技术简要三、全球定位系统(GPS)1.系统基本构成三大部分：空间卫星座地面监控用户设备GPD图示空间卫星座24颗卫星发射信号卫星轨道、时间数据及辅助资料信息用户设备接收设备接收卫星信号地面监控中央控制系统时间同步跟踪卫星定位三、全球定位系统(GPS)24颗卫星分布在6个轨道上,运行周期12小时。测定3D位置和钟差必需有4颗星。单点伪距位置精度5~100米。静态相对定位，位置精度几毫米。3、GPD定位测量的特点3、GPS定位测量的特点相邻测站之间不必通视，布网灵活；定位精度高，差分距离相对误差约为1~10ppm；全天候观测，不受天气影响；观测、记录、计算高度自动化；实时定位的优越性，广泛应用于众多领域。室内、地下及地面空间不够开阔地带，不能接收到卫星信号，观测受到限制。2、GPD定位原理(1)(2)2、GPD定位原理(1)测边后方交会0-XYZ为空间三维坐标系统；A(xa,ya,za)、B(xb,yb,zb)为待定点；D1，D2，D3，D4为空间已知点(卫星)，坐标分别为x1y1z1,x2y2z2,x3y3z3，x4y4z4。如果测定了A、B点与各卫星的距离Di，就可以计算A、B点的三维坐标。(2)采用同步观测，能获得两点间高精度的差分观测值：abababzzzyyyxxx（7-1-1）GPD定位原理(3)(3).通过与测区原有大地控制网的联测，求得GPD坐标与大地坐标之间的转换参数，从而求得观测点的测量坐标GPD定位方法测量中地位4、GPS技术在测量中的地位1)GPS定位点之间无须通视；4)已基本取代常规的大地控制测量方法，使经典的等级控制测量技术基本淘汰。2)有利于长距离、大跨距的测量定位，如控制测量以及海岛、海峡的联系测量。3)测量方便。GPS测量GPS测量#平面控制网的定位和定向§7-2平面控制网的定位和定向一.方位角的定义二.坐标方位角三.直角坐标与极坐标换算四.导线计算的基本公式一.方位角定义一.方位角的定义方位角——从标准方向起，顺时针量到直线所成的夹角。从0—360。简称：方向角地面同一直线，由于起始的标准方向不同，其方位角的名称和数值也不同。标准方向方位角名称测定方法真北方向(真子午线方向)真方位角A天文方法测定磁北方向(磁子午线方向)磁方位角Am罗盘仪测定坐标纵轴(中央子午线方向)坐标方位角a计算而得标准方向OPPO真北A磁北Am坐标纵轴a1.正反方向角二.坐标方位角XYABaABaBAaABaBA=aAB±180例1已知aCD=78°20′24″，aJK=326°12′30″，求aDC，aKJ：解：aDC=258°20′24″aKJ=146°12′30″1.正反方向角2.方向角与象限角的关系2.方向角与象限角的关系ⅠⅡⅢⅣ0XY(2).方向角与象限角的关系(表7-9)第Ⅰ象限a=R第Ⅱ象限a=180°-|R|=180°+R第Ⅲ象限a=180+R第Ⅳ象限a=360-|R|=360+RP1R1a1P2R2a2P3R3a3P4R4a4(1).象限角——直线与X轴的夹角，R=0~90。xyarctgR2.方向角与象限角的关系2.方向角与象限角的关系ⅠⅡⅢⅣ0XY(2).方向角与象限角的关系(表7-9)第Ⅰ象限a=R第Ⅱ象限a=180-R第Ⅲ象限a=180+R第Ⅳ象限a=360-RP1R1a1P2R2a2P3R3a3P4R4a4(1).象限角——直线与X轴的夹角，R=0~90。xyarctgR三.直角坐标与极坐标换算三.直角坐标与极坐标的换算D12a1212Xy0X12Y122.已知两点的极坐标关系，求它们的直角坐标关系(坐标正算)：X12=D12cosa12Y12=D12sina12(7-2-3)3.已知两点的直角坐标关系，求它们的极坐标关系(坐标反算)：121211221221212xytgyxDa(7-2-5)(7-2-6)1.在坐标系中表示两个点的关系：极坐标表示：D12，a12；直角坐标表示：X12，Y12(X12=X2-X1，Y12=Y2-Y1)四.导线计算的基本公式四.导线计算的基本公式1.推算各边方向角：右后前aa1802.计算各边坐标增量X=DcosaY=Dsina3.推算各点坐标X前=X后+XY前=Y后+Y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：D1D2D3AB123B123aAB(CB,UB)C1U1aB1(X1,Y1)C2U2(X2,Y2)a12a23C3U3(X3,Y3)abbbyxa,,:已知#导线测量和计算§7-3导线测量与导线计算一.导线的布置形式二.导线测量外业三.导线坐标计算一.导线的布置形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线，结点导线和两个环以上的导线称为导线网。一.导线的布置形式AB12支导线二.导线测量的外业二.导线测量的外业主要工作：选点：在现场选定控制点位置，建立标志。测距：测量各导线边（新边）的距离。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。一.导线的布置形式（一）踏勘