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1、第一章 緒論 2006-07版 控制測量學(xué)講稿 第一章 緒論 §1 控制測量的任務(wù)和作用 一 任務(wù) 在一定范圍地面上，通過建立水平和高程控制網(wǎng)，精確測定控制點的位置（X，Y和H）。 控制網(wǎng)可概略分為： ⒈為測繪各種大比例尺地形圖而建立的必要精度的控制網(wǎng)。 ⒉為工程建設(shè)施工階段而建立的必要精度的施工控制網(wǎng)。 ⒊為建筑物變形觀測而建立的變形觀測專用控制網(wǎng)。 二 作用 ⒈控制網(wǎng)是各項測量工作的基礎(chǔ) 測圖網(wǎng)——擴(kuò)展圖根、

2、測圖 施工網(wǎng)——構(gòu)筑物施工放樣 ⒉控制網(wǎng)具有控制全局的作用 測圖網(wǎng)——保證圖的精度及拼圖 施工網(wǎng)——保證構(gòu)筑物的相關(guān)位置 ⒊限制測量誤差的傳遞和積累 測圖網(wǎng)——保證圖的精度均勻 施工網(wǎng)——使構(gòu)筑物位置及相關(guān)位置有必要精度 三 控制測量學(xué)研究的內(nèi)容 ⒈研究建網(wǎng)并確定相應(yīng)的精度指標(biāo)； ⒉研究測邊、角、高的儀器； ⒊研究推算控制點點位的理論和方法。 水平控制網(wǎng)以三、四等、高程控制網(wǎng)以二、三等為本課程主要研究對象。 練習(xí)及作業(yè)：閱讀教材§1，P1,P2。 §2 測定控制點點位的方法 一 傳統(tǒng)的方法 平面控制

3、網(wǎng) ⒈天文觀測的方法：天文大地測量、實用天文學(xué) ⒉大地測量方法 元 素 布網(wǎng)形式 起算元素 觀測元素 推算元素 導(dǎo)線測量 x1，y1；T10 Si；βi Ti；xi，yi 三角測量 x1，y1；T10；S10 ∠ai，∠bi，∠ci Di；Ti；xi，yi 三邊測量 x1，y1；T10 Si ∠ai,∠bi,∠ci；Ti；xi，yi 邊角同測網(wǎng) x1，y1；T10 ∠ai,∠bi,∠ci；Si Ti； xi，yi 邊角網(wǎng) x1，y1；T10 ∠ai,∠bi,∠ci； Si（不全測） Ti；Si（未測部分）；xi，yi 高程控制網(wǎng)

4、 ⒈精密水準(zhǔn)測量 ⒉三角高程測量 二 控制測量的現(xiàn)代發(fā)展 ⒈計算機(jī)的應(yīng)用 改變了大量數(shù)據(jù)處理的繁重； 使相關(guān)數(shù)據(jù)處理成為可能，革命了計算方法； 可用電算進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計等。 ⒉大地測量儀器的發(fā)展 電磁波測距儀——小、輕、精、自動化、全能化； 電子經(jīng)緯儀——雙波長消除大氣折光對測角的影響； 電子全站儀—— “機(jī)車化”水準(zhǔn)測量——在固定坐位上進(jìn)行前后視讀數(shù)，數(shù)據(jù)自動記錄、處理，提供高差。 ⒊建網(wǎng)方法 ⑴航空攝影測量 目前可用大型電子計算機(jī)進(jìn)行大面積區(qū)域網(wǎng)平差，隨著精度的提高，可加密三、四等網(wǎng)，自動數(shù)據(jù)處理。 ⑵慣性測量——慣性系統(tǒng)（IPS） 慣性系統(tǒng)包括： ①慣性裝

5、置（北東下裝置）——兩個相互垂直的陀螺儀 ②三個加速計 ③計算機(jī)系統(tǒng)——記錄、計算、顯示、控制 ④對點器（車載） ⑤供電裝置及電源 可以直接給出： ①平面坐標(biāo)（精度±0.4～±0.5M,可望達(dá)0.1M） ②高程（精度±0.2M） ③方位角（精度±0.7″） ④垂線偏差（精度±0.5″） ⑤重力異常（±2MGal） 缺點： 設(shè)備笨重，價格昂貴，精度不均勻。 優(yōu)點： 全能、高效、快速，不收發(fā)信號，獨(dú)立完成工作，不受天候限制。 ⑶全球定位系統(tǒng)（GPS） 此系統(tǒng)計劃為18顆地球同步衛(wèi)星，分布在相隔經(jīng)度120o的三個空間平面內(nèi)，每個平面有6顆。在地球的任何地點都可以同時看

6、到6～8顆衛(wèi)星。在觀測時刻，衛(wèi)星的位置是已知的，通過解析，可以直接測得地面站的空間地心坐標(biāo)（X，Y，Z）或大地坐標(biāo)及高程（B，L，H）。目前，其精度已經(jīng)進(jìn)入厘米級。 （河北省97年通過年檢的226家測繪單位，擁有測量型GPS接收機(jī)已達(dá)88臺） 練習(xí)及作業(yè)： 1.閱讀：教材§1.4。 2.敘述大地測量方法及他們的起算、觀測、計算元素。 §3 國家控制網(wǎng)的基本概念 一 國家網(wǎng)的布設(shè)原則 ⒈分級布網(wǎng)，逐級控制 我國領(lǐng)土遼闊，不可能用高精度、大密度的三角網(wǎng)一次布滿全國。為保證用圖需要，根據(jù)主次緩急，采用分級布網(wǎng)，逐級控制的原則，先以高精度而稀疏的一等三角鎖，沿經(jīng)緯線方向迅速布滿全國

7、，形成骨干大地控制網(wǎng)，然后根據(jù)需要在一等鎖環(huán)內(nèi)逐級分級加密二、三、四等三角網(wǎng)。 我國國家控制網(wǎng)等級分為： 水平控制網(wǎng)：一、二、三、四等三角（導(dǎo)線）網(wǎng)。 高程控制網(wǎng)：一、二、三、四等水準(zhǔn)網(wǎng)。 ⒉要有足夠的精度 控制網(wǎng)的精度應(yīng)根據(jù)需要和可能來確定。一等三角鎖，作為國家大地控制網(wǎng)的骨干，力求精度更高些。二、三、四等三角網(wǎng)則基本上根據(jù)航測地形圖的需要和可能確定其精度。為此，國家網(wǎng)對起算數(shù)據(jù)、觀測元素等提出了適當(dāng)?shù)囊蠛鸵?guī)定（參見P17，表2-2）。 ⒊要有足夠的密度 控制點密度的大小，取決于成圖方法（航測成圖或平板測圖）和測圖比例尺。目前國家控制網(wǎng)的平均邊長是根據(jù)航測成圖方法制定的（參見

8、P17表2-2）。它是根據(jù)航測作業(yè)一個點控制的面積求得控制網(wǎng)的邊長（即密度）。例如國家二等、三等、四等控制，可分別滿足1/5萬，1/2.5萬，1/1萬航測成圖對點的密度的要求（參見P14，表2-1及表下的說明）。 平板測圖時，則根據(jù)規(guī)定的最大視距長度反求圖根網(wǎng)的邊長（密度）。例：城市測量規(guī)范規(guī)定：圖根鎖網(wǎng)的平均邊長不應(yīng)超過測圖最大視距的1.7倍。 ⒋要有統(tǒng)一的規(guī)格 我國領(lǐng)土廣闊，建網(wǎng)規(guī)模巨大，需要許多測繪單位分區(qū)同時作業(yè)，為此必須由國家制定統(tǒng)一的大地測量法式和作業(yè)規(guī)范，作為建立全國統(tǒng)一技術(shù)規(guī)格的三角鎖網(wǎng)的依據(jù)。 國家測繪總局1959年頒布了《大地測量法式》；1974年修訂了《國家三角測

9、量和精密導(dǎo)線測量規(guī)范》、《國家水準(zhǔn)測量規(guī)范》；1992年國家技術(shù)監(jiān)督局又制定了《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》、《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》等。這些作為法律性文件，是各單位作業(yè)的依據(jù)。 二 國家水平控制網(wǎng)的布設(shè)方案 ⒈一等三角鎖布設(shè)方案（參見P14～15） ⒉二等網(wǎng)布設(shè)方案 60年代以前： ⑴二等基本鎖（舊二鎖） ⑵二等補(bǔ)充網(wǎng)（舊二網(wǎng)） 60年代以后： 二等全面網(wǎng) （參見P15～16） ⒊三、四等三角網(wǎng)布設(shè)方案 在一、二等鎖網(wǎng)控制下的加密?？梢圆捎貌寰W(wǎng)形式、插點形式，也可以越級布設(shè)。例如在二等網(wǎng)內(nèi)直接插入四等全面網(wǎng)。 插網(wǎng)：網(wǎng)的強(qiáng)度好，工程費(fèi)用低，應(yīng)優(yōu)先采用。如：

10、 附和鎖 線形鎖 插點不得處于陰影位置。 因故未聯(lián)測的邊，三等應(yīng)大于5km，四等應(yīng)大于2km。 越級插網(wǎng)：閉合于高級網(wǎng)，邊長不與之相接。適用于測圖比例尺較大要求控制點密度大。 附和網(wǎng)：邊長與高級網(wǎng)直接相接。適用于測圖比例尺較小，要求控制點密度不大。 插點、插鎖： 國家三角鎖網(wǎng)的布設(shè)規(guī)格及其精度見P17，表2-2。

11、注意：一等三角鎖是國家大地控制網(wǎng)的骨干，其主要作用是控制二等以下各級三角網(wǎng)，并為研究地球形狀和大小提供資料；二等三角網(wǎng)是國家三角網(wǎng)的全面基礎(chǔ)，同時又是地形測圖的基本控制，因此兼顧精度和密度兩方面的要求；三、四等網(wǎng)直接滿足測圖和工程建設(shè)的需要，其精度和密度必須與測圖比例尺及工程需要相適應(yīng)。 三 國家高程網(wǎng)的布設(shè)方案 國家高程控制的任務(wù)是根據(jù)一個統(tǒng)一的高程系統(tǒng)，測定地面上一系列點位的精確高程。關(guān)于高程基準(zhǔn)與高程系統(tǒng)，在“高程控制測量”一章里講述。 國家水準(zhǔn)網(wǎng)是按國家水準(zhǔn)測量規(guī)范的技術(shù)要求建立起來的高程控制網(wǎng)，是全國范圍內(nèi)各種測量工作的高程控制基礎(chǔ)。其布設(shè)原則也是采用由高級到低級，從整體到局

12、部，逐級控制，逐級加密的原則。國家水準(zhǔn)分四個等級： ⒈一等水準(zhǔn)網(wǎng)是國家高程控制網(wǎng)的骨干，也是研究地殼和地面垂直運(yùn)動以及有關(guān)科學(xué)問題的主要依據(jù)。其布設(shè)應(yīng)按地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定，交通不太繁忙，路線坡度平緩的交通路線，并按地質(zhì)、地震等科學(xué)研究的需要布設(shè)成網(wǎng)狀。其規(guī)格和精度見下表。 ⒉二等水準(zhǔn)網(wǎng)布設(shè)在一等水準(zhǔn)環(huán)內(nèi)，其精度完全滿足施測地形圖的需要，是國家高程控制的全面基礎(chǔ)。二等水準(zhǔn)在一等水準(zhǔn)環(huán)內(nèi)沿公路、鐵路、河流布設(shè)成網(wǎng)環(huán)。其規(guī)格和精度見下表。 ⒊三、四等水準(zhǔn)測量直接提供測圖和各種工程建設(shè)所必需的高程控制點。三等水準(zhǔn)路線應(yīng)盡可能交叉構(gòu)成閉合環(huán)，也可布設(shè)成單獨(dú)的附合路線。四等則可以附合路線布設(shè)于高等水準(zhǔn)點之

13、間。其規(guī)格和精度見下表。 等 級 環(huán)線周長/km 附合路線長/km m⊿/mm mω/mm 一 等 平原、丘陵 1000～1500 —— ≤±0.5 ≤±1.0 山 地 2000 —— 二 等 500～750 —— ≤±1.0 ≤±2.0 三 等 300 200 ≤±3.0 ≤±6.0 四 等 —— 80 ≤±5.0 ≤±10.0 m⊿——每千米高差中數(shù)的偶然中誤差 mω——每千米高差中數(shù)的全中誤差 （計算方法見“高程控制測量”章） §4 工程控制網(wǎng)的基本概念 工程控制網(wǎng)：工測控制網(wǎng)——為規(guī)劃設(shè)計階段測大比例尺圖

14、建立 專用控制網(wǎng)：為施工放樣建立 為變形觀測建立 一 布網(wǎng)原則 ⒈分級布網(wǎng)，逐級加密 與國家網(wǎng)類似，先布設(shè)精度要求最高的首級控制網(wǎng)，然后進(jìn)行下一級加密。 對于工測網(wǎng) ①根據(jù)測區(qū)面積確定首級網(wǎng)的等級。例： 設(shè)三角網(wǎng)邊長為S，每三角點所控制面積為Q，則：Q=0.87S2 (見武測、同濟(jì)合編本1-4-1) 設(shè)一個中點多邊形（7個點）所控制面積為M，則：M=7Q=6.09S2 因工測邊長：S三等=5km；S四等=2km；S5″=1km； 則：M三等=152km2；M四等=24km2；M5″=6km2。 故測區(qū)面積6km2以下可用10″網(wǎng)做首級控制；25km2以下可用5″網(wǎng)

15、做首級控制；150km2以下可用四等網(wǎng)做首級控制等。（首級網(wǎng)的選擇還要考慮測區(qū)具體情況及網(wǎng)的使用） ②根據(jù)測圖方法和比例尺決定基本圖根的邊長。如平板測圖基本圖根網(wǎng)的邊長不能大于最大視距的1.7倍。 ③根據(jù)首級網(wǎng)和基本圖根的邊長決定加密的層次。 對于專用控制網(wǎng) 用于施工放樣的往往分為二級布設(shè)，在工程測量課程中有詳細(xì)論述；用于變形測量的，通常不分級。但通常需要特殊的方法和較高的精度，在變形測量課程中有詳細(xì)論述。 ⒉要有足夠的精度 工測控制網(wǎng)的精度隨測圖比例尺而定。按0.1mm的制圖精度要求，控制點點位誤差為0.1Nmm（N為測圖比例尺分母）?？梢姕y圖比例尺越大，控制點的精度要求越高。為

16、精密放樣和變形觀測服務(wù)的專用控制網(wǎng)，點位精度則要求更高。因此，工程控制網(wǎng)的點位精度往往比國家網(wǎng)的精度要求高得多。 ⒊要有足夠的密度 大比例尺圖以及工程施工，要求點的密度大，故工程控制網(wǎng)的精度比國家網(wǎng)的密度要大的多，即同等級的控制網(wǎng)，工程控制網(wǎng)邊長要短得多。 ⒋要有統(tǒng)一的規(guī)格 為使不同部門的網(wǎng)能夠相互利用、協(xié)調(diào)，同時也為了保證網(wǎng)的質(zhì)量和工程安全，各行業(yè)均制定了統(tǒng)一的測量法式及建網(wǎng)規(guī)格，如中華人民共和國城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護(hù)部制定的《城市測量規(guī)范》；國家技術(shù)監(jiān)督局制定的《工程測量規(guī)范》等。 二 工程控制網(wǎng)的布設(shè)方案 參見P20表2-3及下表： 電磁波測距導(dǎo)線的主要技術(shù)要求 《工程測量規(guī)范》

17、GB50026-93 等 級 附合導(dǎo)線長度 /km 平均邊長 /m 每邊測距中誤差 /mm 測角中誤差 /″ 導(dǎo)線全長 相對閉合差 三 等 14 3000 20 1.8 ≤1/55000 四 等 9 1500 18 2.5 ≤1/35000 一 級 4 500 15 5 ≤1/15000 二 級 2.4 250 15 8 ≤1/10000 三 級 1.2 100 15 12 ≤1/5000 對比國家網(wǎng)（P17，表2-2），可知工測網(wǎng)有如下特點： ⒈控制網(wǎng)的等級多； ⒉邊長比同等級國家網(wǎng)邊長短； ⒊各等級的

18、控制網(wǎng)均可作為測區(qū)的首級控制； ⒋三、四等三角網(wǎng)起算邊的相對中誤差按首級網(wǎng)和加密網(wǎng)分別對待。 工程控制網(wǎng)中的電磁波測距導(dǎo)線五個等級，可分別附合于工測三角網(wǎng)五個等級的三角點上，它們是配套使用的。 三 專用控制網(wǎng)的布設(shè) 專用控制網(wǎng)的布設(shè)是為專門用途而建立的，必須根據(jù)使用特點，按特定要求進(jìn)行技術(shù)設(shè)計。專用控制網(wǎng)的布設(shè)在工程測量中有專門的介紹。 練習(xí)及作業(yè) ⒈閱讀教材P13,§2.1；P19,§2.2。 ⒉思考：工測網(wǎng)是如何確定首級網(wǎng)的等級和加密方案的？舉例。 ⒊閱讀教材P218,§5.1,§5.2。 ⒋簡答：①國家水平控制網(wǎng)的布網(wǎng)原則。 ②工測控制網(wǎng)的特點。 ⒌默記：①國家水平控制網(wǎng)的分級、布設(shè)規(guī)格及精度。 ②工測網(wǎng)的分級、布設(shè)規(guī)格及精度。 ③國家水準(zhǔn)網(wǎng)的分級、布設(shè)方案。 6