測量學(xué)-第7章.doc

第七章 小地區(qū)控制測量主要內(nèi)容7.1 控制測量概述 7.2 平面控制網(wǎng)的定向和定位 7.3 導(dǎo)線測量和導(dǎo)線計(jì)算7.4 交會定點(diǎn)的計(jì)算7.5 GPS簡介7.5 三、四等水準(zhǔn)測量及高程計(jì)算 7.1 控制測量概述 一、控制測量的概念 1、控制測量控制測量分類： 平面控制測量和高程控制測量控制網(wǎng)按用途分: 國家控制網(wǎng)、城市控制網(wǎng)及工程控制網(wǎng)控制測量的作用： 確定地面上一點(diǎn)的平面位置和高程位置(X,Y,H)(1)國家控制網(wǎng)：（在全國范圍內(nèi)建立的控制網(wǎng)） 作用：它是全國各種比例尺測圖和工程建設(shè)的基本控制;也為空間科學(xué)技術(shù)和軍事提供精確點(diǎn)位坐標(biāo)、距離、方位資料；為研究地球大小和形狀及地震預(yù)報(bào)等提供重要資料。 國家控制網(wǎng)布設(shè)的形式：平面控制網(wǎng)三角網(wǎng)： 線形鎖，中點(diǎn)多邊形，大地四邊精密導(dǎo)線網(wǎng)。 高程控制網(wǎng)布設(shè)形式： 水準(zhǔn)網(wǎng)。 建立方法：用精密儀器測角 三角網(wǎng) （無測距儀） 用精密儀器測角，測邊： 測邊網(wǎng) 邊角網(wǎng) （有測距儀） 用GPS 測量（全球定位系統(tǒng)觀測24顆衛(wèi)星）等級：分一，二，三，四等平面控制網(wǎng)，高程控制網(wǎng)一等是骨干：用J07儀器觀測，現(xiàn)在的儀器是 全球定位系統(tǒng)一等在天文坐標(biāo)基礎(chǔ)上布設(shè)， S05水準(zhǔn)儀二等在一等基礎(chǔ)上布設(shè)用J07 J1儀器 ，S1水準(zhǔn)儀，因瓦尺三等在二等基礎(chǔ)上布設(shè)用J1 J2經(jīng)緯儀 S1 水準(zhǔn)儀四等在三等基礎(chǔ)上布設(shè)用J2儀器 S3水準(zhǔn)儀雙面尺一 二等為國家科研提供資料，三 四等為城市各種工程服務(wù)城市控制網(wǎng) (低級受高級控制，逐級布網(wǎng)，分級控制) 作用：在城市或廠礦等地區(qū)中小區(qū)域內(nèi)建立城市 控制網(wǎng)為城市規(guī)劃，建設(shè)服務(wù)布設(shè)形式及建設(shè)方法 城市三角網(wǎng)，導(dǎo)線網(wǎng)，單一導(dǎo)線，圖根三角鎖網(wǎng)建立方法：測角，測邊。等級：小三角，城市一 二 三等導(dǎo)線，四等異域網(wǎng) 一 二 三等導(dǎo)線，四等是主干一 二 三加密小區(qū)域控制網(wǎng)（首級網(wǎng)圖根網(wǎng)）作用：為某種工程服務(wù)的提供點(diǎn)的坐標(biāo)，高程及地形圖。布設(shè)形式及建立方法：小三角測量，交會點(diǎn)，圖根測量等級：一級小三角（5）二級小三角（10） 圖根鎖（20） 一級導(dǎo)線（5）二級導(dǎo)線（8）三級導(dǎo)線（12） 圖根導(dǎo)線（20）獨(dú)立控制網(wǎng)（應(yīng)與國家控制網(wǎng)連測）。 作用：在各級導(dǎo)線基礎(chǔ)上加密測區(qū)無已知點(diǎn)，為特殊工程服務(wù)， 布設(shè)形式及建立方法：小三角，導(dǎo)線等級按規(guī)范。7.2 平面控制網(wǎng)的定位和定向一、地面點(diǎn)的坐標(biāo)和兩點(diǎn)間的坐標(biāo)增量 二、兩點(diǎn)間邊長和方位角 （一）邊長（水平距離） （二）方位角標(biāo)準(zhǔn)方向（三北方向） 真方位角 磁方位角 坐標(biāo)方位角 （三）坐標(biāo)方位角 (又稱方向角) 定義： 正反坐標(biāo)方位角的關(guān)系： 12= 21180（四）象限角以及象限角與坐標(biāo)方位角的換算關(guān)系1、象限角的定義2、象限角與坐標(biāo)方位角的換算關(guān)系第一象限：=R第二象限：=180-R第三象限：=180+R第四象限：=360-R三、坐標(biāo)的正算與反算 正算：x2=x1+x12 =x1 +D12cos12 y2=y1+y12 =Y1 +D12sin12 反算： 反算： 7.3 導(dǎo)線測量和導(dǎo)線計(jì)算一、導(dǎo)線測量概述1導(dǎo)線 將測區(qū)內(nèi)相鄰控制點(diǎn)連接成直線而構(gòu)成的折線稱為導(dǎo)線。2導(dǎo)線點(diǎn)，導(dǎo)線邊 構(gòu)成導(dǎo)線的各點(diǎn)稱導(dǎo)線點(diǎn)，折線邊稱為導(dǎo)線邊。3導(dǎo)線測量 測定各轉(zhuǎn)角，各邊，根據(jù)起算數(shù)據(jù)和一定的幾何關(guān)系推出各點(diǎn)的坐標(biāo)。4導(dǎo)線類型按使用儀器和量邊工具不同分為：鋼尺量距導(dǎo)線，視距導(dǎo)線，（羅盤導(dǎo)線，視差導(dǎo)線），電磁波測距導(dǎo)線5導(dǎo)線布設(shè)形式是根據(jù)測區(qū)的情況和精度要求而定。 1）閉合導(dǎo)線 2）附合導(dǎo)線 3）支導(dǎo)線 6導(dǎo)線等級劃分：見表所示二：導(dǎo)線的外業(yè)工作導(dǎo)線的測量的外業(yè)工作包括：踏勘選點(diǎn)及建立標(biāo)志，量邊，測角、連測 。1、踏勘選點(diǎn)及建立標(biāo)志選點(diǎn)要求：相鄰點(diǎn)間通視良好，地勢平坦，便于測角和量距；點(diǎn)位應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)硬外，便于保存和安置儀器；視野開闊，便于施測碎部；導(dǎo)線各邊的長度應(yīng)大致相等不能大于0.7倍，平均邊長見表 所示 全長也有要求；導(dǎo)線應(yīng)有足夠的密度，分布較均勻，便于控制整個(gè)地區(qū)。埋點(diǎn)要求： 臨時(shí)點(diǎn)：用木樁，樁上有釘做標(biāo)志永久點(diǎn)：鋼釘，混凝土，中間十字或中間夾鋼筋。導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)統(tǒng)一編號，繪點(diǎn)之記圖。如下圖：2、量邊： 1）鋼尺量邊。鋼尺進(jìn)行檢定。一、二、三級導(dǎo)線用精密方法丈量， （加入各項(xiàng)改正：尺長、溫度、傾斜改正）圖根導(dǎo)線用一般方法丈量。2）電磁波測距 依等級選定測距儀和測回?cái)?shù)。3、測角 1）測角要求 （測導(dǎo)線前進(jìn)方向的左角） J6儀器觀測一個(gè)測回，盤左、盤右測得角互差不大于40秒。 2）測角標(biāo)志類型 吊垂球線，覘牌（精密） 測釬 花桿（一般） 4、測連接角5、導(dǎo)線測量記錄（外業(yè)記錄）三.導(dǎo)線測量的內(nèi)業(yè)計(jì)算 1、導(dǎo)線測量計(jì)算步驟 繪制導(dǎo)線圖; 將觀測數(shù)據(jù)、起算數(shù)據(jù)填入表中； 角度閉合差計(jì)算與調(diào)整； 推算方位角； 計(jì)算坐標(biāo)增量及計(jì)算導(dǎo)線全長相對閉合差； 增量閉合差調(diào)整； 最后計(jì)算各導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)。2、導(dǎo)線坐標(biāo)計(jì)算的基本公式 ： 3、導(dǎo)線計(jì)算實(shí)例（附合導(dǎo)線） 已知B、C坐標(biāo)，AB、CD 坐標(biāo)方位角 計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)（1）導(dǎo)線各邊方向角的計(jì)算和角度閉合差的調(diào)整，當(dāng)轉(zhuǎn)折角取左角時(shí)：B至1的方向角 當(dāng)轉(zhuǎn)折角取右角時(shí)： 若計(jì)算所得的B1小于0，應(yīng)加360；若B1大于360，應(yīng)減360。 用左角推算方位角角度閉計(jì)算 CD 與CD 不等,差數(shù)為角度閉合差f角度正數(shù)分配計(jì)算：提示：觀測左角改正數(shù)分配與閉合差符號相反計(jì)算改正后的角值： 用改正后的角度推算各邊方位角算坐標(biāo)增量計(jì)算 計(jì)算各邊坐標(biāo)增量（3）坐標(biāo)增量閉合差的計(jì)算與調(diào)整 坐標(biāo)閉合差（4）計(jì)算各導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo) x1 =xB+xB1 (改正后增量) xc=x4+x4c 如不等于xc說明計(jì)算有誤。7.4 交會測量交會測量概念：用交會測量的方法來加密控制點(diǎn)滿足施工或測圖所需的控制點(diǎn)，稱為交會測量。交會測量分為測角交會，測邊交會兩類。 前方交會 如圖a所示 （分別在兩已知點(diǎn)上設(shè)站） 測角交會 側(cè)方交會 如圖b所示 （分別在一個(gè)已知點(diǎn)上和未知點(diǎn)上設(shè)站） 后方交會 如圖c所示 （只在未知點(diǎn)上設(shè)站） ABCPAPBPBA 一、前方交會 前方交會,圖形簡單,外業(yè)少,計(jì)算公式簡單,是常用加密控制點(diǎn)方法 P C AB11221、前方交會方法 如圖所示：前方交會就是在A B C已知點(diǎn)置儀器, P為待定點(diǎn)， 觀測1，1，2，2，. 2、計(jì)算公式 以A、P、B三角形為例說明計(jì)算P點(diǎn)公式： 由圖可知 按正弦定理有： 算P點(diǎn)的坐標(biāo)叫前方交會。(P點(diǎn)在實(shí)地選定)為了檢核觀觀測精度也可觀測、 。方向交會注意問題： 1、圖形與公式的對應(yīng)關(guān)系： 2、圖形的編號方法（逆時(shí)針方向）。3、交會角應(yīng)在30150之間 最好為90計(jì)算步驟： 1先繪制野外略圖，按公式推導(dǎo)的圖形編號。 2填制觀測資料，已知點(diǎn)坐標(biāo)。 3利用公式計(jì)算兩組坐標(biāo)。 4兩組坐標(biāo)較差，用D20.1M mm,M為測圖比例尺分母。 5取兩組坐標(biāo)值平均值作為最后結(jié)果。 兩組坐標(biāo)值的差值X=0.06m y=0.00m 則：D=O.06m, D容=20.1m=20.11000=200mm=0.2m,DD容成果合格。二、側(cè)方交會 如圖所示：在已知點(diǎn)A（或B）和未知點(diǎn)P上設(shè)站，測得 （或）、角。 提示：計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)時(shí) 先求出=180-（+）， 這樣就和前方交會的情形一致了， 于是可以利用前方交會的公式計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)。三 、 后方交會 1、計(jì)算公式在P點(diǎn)置儀器，觀測、角。后方交會計(jì)算方法很多介紹一種簡單、便于計(jì)算，(稱仿權(quán)計(jì)算公式)的方法，也稱后方交會坐標(biāo)計(jì)算的垂心公式：即取三個(gè)坐標(biāo)，垂心坐標(biāo)為未知點(diǎn)P坐標(biāo)并加權(quán)。注意：后方交會點(diǎn)不能選在已知點(diǎn)外接圓上叫危險(xiǎn)圓。四、測邊交會 1、交會方法:根據(jù)三角形的三邊長度，用余弦定理計(jì)算三角形的兩個(gè)內(nèi)角A和C，再按已知點(diǎn)A、B的坐標(biāo)及算得的水平角A、C，用前方交會公式計(jì)算待定點(diǎn)P的坐標(biāo)。AOBCPS1S2APCP兩組較差在20.1mm時(shí)取平均值為P點(diǎn)坐標(biāo)利用a、b邊計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)，取第三邊測量邊長C做為檢核。當(dāng)用a、b邊算出P點(diǎn)的坐標(biāo)后由C、P點(diǎn) 的坐標(biāo)反算出PC 邊長PC邊的觀測值與其計(jì)算值的較差為：C=C算-C 當(dāng)C在限差之內(nèi)時(shí)，認(rèn)為成果合格 C20.1M（mm兩組較差在20.1mm時(shí)取平均值為P點(diǎn)坐標(biāo)利用a、b邊計(jì)算P點(diǎn)坐標(biāo)，取第三邊測量邊長C做為檢核。當(dāng)用a、b邊算出P點(diǎn)的坐標(biāo)后由C、P點(diǎn)的坐標(biāo)反算出PC 邊長PC邊的觀測值與其計(jì)算值的較差為：C=C算-C 當(dāng)C在限差之內(nèi)時(shí)，認(rèn)為成果合格 C20.1M（mm）7.5 全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)通稱GPS, 是NAVSTAR GPS的簡稱,全稱是:Navigation system with Time and Ranging Global Positioning System(全球測時(shí)與測距導(dǎo)航定位系統(tǒng)). 整個(gè)系統(tǒng)包括空間（衛(wèi)星），地面控制站和用戶（接收機(jī)）三部分?？臻g部分：有24顆衛(wèi)星分布在6個(gè)傾角為55的近似圓形軌道上，每個(gè)軌道有4顆衛(wèi)星。軌道距地面約2萬公里，繞地球一周需要12小時(shí)。這樣，在地球的任何地方、任何時(shí)刻都能接收到至少4顆衛(wèi)星發(fā)射的信號。衛(wèi)星軌道即每時(shí)刻的精確位置由地面監(jiān)控站測定，并通過衛(wèi)星用無線電波向地面發(fā)播；地面上用GPS接收機(jī)同時(shí)接收4顆以上衛(wèi)星信號，根據(jù)衛(wèi)星的精確位署以求得地面點(diǎn)位置。它能為用戶提供全球性、全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維坐標(biāo)、三向速度和時(shí)間信息。地面監(jiān)控系統(tǒng) 對于導(dǎo)航定位來說，GPS衛(wèi)星是一動(dòng)態(tài)已知點(diǎn)。衛(wèi)星的位置是依據(jù)衛(wèi)星發(fā)射的星歷描述衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)及其軌道的 的參數(shù)算得的。每顆GPS衛(wèi)星所播發(fā)的星歷，是由地面監(jiān)控系統(tǒng)提供的。衛(wèi)星上的各種設(shè)備是否正常 工作，以及衛(wèi)星是否一直沿著預(yù)定軌道運(yùn)行，都要由地面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和控制。地面監(jiān)控系統(tǒng) 另一重要作用是保持各顆衛(wèi)星處于同一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)GPS時(shí)間系統(tǒng)。這就需要地面站監(jiān)測 各顆衛(wèi)星的時(shí)間，求出鐘差。然后由地面注入站發(fā)給衛(wèi)星，衛(wèi)星再由導(dǎo)航電文發(fā)給用戶設(shè)備。 GPS工作衛(wèi)星的地面監(jiān)控系統(tǒng)包括一個(gè)主控站、三個(gè)注入站和五個(gè)監(jiān)測站。 GPS信號接收機(jī) GPS 信號接收機(jī)的任務(wù)是：能夠捕獲到按一定衛(wèi)星高度截止角所選擇的待測衛(wèi)星的信號， 并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行，對所接收到的GPS信號進(jìn)行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛(wèi)星 到接收機(jī)天線的傳播時(shí)間，解譯出GPS衛(wèi)星所發(fā)送的導(dǎo)航電文，實(shí)時(shí)地計(jì)算出測站的三維位置， 位置，甚至三維速度和時(shí)間。 GPS與常規(guī)控制測量相比，優(yōu)點(diǎn)： （1）布網(wǎng)靈活，點(diǎn)與點(diǎn)之間可不通視；（2）精度高，其兩點(diǎn)的距離相對精度約為110ppm（1/10000001/100000）；（3）全天候觀測；（4）自動(dòng)化程度高； （5）花費(fèi)少。GPS定位原理： 采用的坐標(biāo)系為WGS-84地心坐標(biāo)系（如右圖）。 按定位方式，GPS定位分為單點(diǎn)定位和相對定位（差分定位）。 單點(diǎn)定位就是根據(jù)一臺接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定接收機(jī)位置的方式，它只能采用偽距觀測量，可用于車船等的概略導(dǎo)航定位。 相對定位（差分定位）是根據(jù)兩臺以上接收機(jī)的觀測數(shù)據(jù)來確定觀測點(diǎn)之間的相對位置的方法，它既可采用偽距觀測量也可采用相位觀測量，大地測量或工程測量均應(yīng)采用相位觀測值進(jìn)行相對定位。 按接受機(jī)運(yùn)動(dòng)方式，GPS定位分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。 靜態(tài)定位是接受機(jī)天線在跟蹤GPS衛(wèi)星過程中固定不變，動(dòng)態(tài)定位主要測定動(dòng)態(tài)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡。7.6 高程測量一、三、四等水準(zhǔn)測量 (一)、三、四等水準(zhǔn)測量技術(shù)基本要求要求 ： 儀器；水準(zhǔn)尺；視線長度；前后視距差；視線高；黑紅面尺數(shù)差。（二）三、四等水準(zhǔn)測量的方法 1、測站觀測程序 照準(zhǔn)后視標(biāo)尺黑面，按下、上、中絲讀數(shù)； 照準(zhǔn)前視標(biāo)尺黑面，按下、上、中絲讀數(shù)； 照準(zhǔn)前視標(biāo)尺紅面，按中絲讀數(shù)； 照準(zhǔn)后視標(biāo)尺紅面，按中絲讀數(shù)。 這樣的順序簡稱為“后前前后”（黑、黑、紅、紅）。 四等水準(zhǔn)測量每站觀測順序也可為 后-后-前-前（黑、紅、黑、紅）。 提示：無論何種順序，視距絲和中絲讀數(shù)均應(yīng)在儀器精平時(shí)讀數(shù)。四等水準(zhǔn)測量，如果采用單面尺觀測，則可按變更儀器高法進(jìn)行，觀測順序?yàn)椋汉?前-變儀器高-前-后，變更儀器高前按三絲讀數(shù)，以后則按中絲讀數(shù)，2、計(jì)算與較核 將觀測數(shù)據(jù)（1）、（2）、（8）按表形式記錄。 （1）視距計(jì)算 后視距離（9）=100（1）-（2） 前視距離（10）=100（4）-（5） 前視視距差值（11）=（9）-（10） 視距差累積值（12）=前站（12）+本站 （11） （2）高差計(jì)算 先進(jìn)行同一標(biāo)尺紅、黑讀數(shù)較核，后進(jìn)行高差計(jì)算。 前視黑、紅讀數(shù)差： （13）=K106+（6）-（7） 后視黑、紅讀數(shù)差：（14）=K105+（3）-（8） (13)、(14)應(yīng)等于零，不符值應(yīng)滿足表的要求。否則應(yīng)重新觀測 黑面高差：（15）=（3）-（6） 紅面高差：（16）=（8）-（7） 紅、黑面高差之差：（17）=（15）- （16）0.100 計(jì)算較核：（17）=（14）-（13）（3） 計(jì)算的校核 高差部分按頁分別計(jì)算后視紅、黑面高差之和與前視讀數(shù)綜合之差，他應(yīng)等于紅、黑面高差之和。 對于測站數(shù)為偶數(shù)時(shí)：（3）+（8）- （6）+（7）= （15）+（16）= 2(18) 對于測站數(shù)為奇數(shù)時(shí)：（3）+（8）-（6）+（7）= （1