第1章緒論(控制測量)

控制測量學(xué)NSMP格林尼治天文臺LBHG歸算投影第一章緒論一.控制測量學(xué)的基本任務(wù)和主要內(nèi)容二.控制測量的基準面和基準線三.控制網(wǎng)的布設(shè)形式四.控制測量新技術(shù)的發(fā)展概況

控制測量學(xué)是研究精確測定和描繪地面控制點空間位置及其變化的學(xué)科。本章主要介紹控制測量的任務(wù)和作用，進行平面控制測量和高程控制測量時的基準面和基準線。并簡要講述了建立控制網(wǎng)的基方法和程序。[難點]：進行控制測量的基準面與基準線的定義與應(yīng)用本章提要

[知識點及學(xué)習(xí)要求]1．控制測量學(xué)的基本任務(wù)和作用；2．鉛垂線與大地水準面的概念；3．參考橢球與總橢球的概念；4．建立控制網(wǎng)的基本方法與布網(wǎng)形式。

1.1控制測量學(xué)的基本任務(wù)和主要內(nèi)容控制測量的概念：在一定區(qū)域內(nèi)，按測量任務(wù)所要求的精度，測定一系列地面標志點（控制點）的平面坐標和高程，建立控制網(wǎng)，這種測量工作稱為控制測量。控制測量的分類按工作內(nèi)容分平面控制測量高程控制測量測定控制點平面位置測定控制點高程按用途分大地控制測量工程控制測量全國范圍內(nèi),按國家統(tǒng)一頒布的方式、規(guī)范進行的控制測量為工程建設(shè)或地形圖測繪，在小區(qū)域內(nèi)，在大地測量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上獨立建立控制網(wǎng)的控制測量1.控制測量的任務(wù)與作用控制測量的基本任務(wù)

在設(shè)計階段建立用于測繪大比例尺地形圖的測圖控制網(wǎng)在施工階段建立施工控制網(wǎng)在工程竣工后的運營階段，建立以監(jiān)視建筑物變形為目的的變形觀測專用控制網(wǎng)在國民經(jīng)濟各項建設(shè)和社會發(fā)展中發(fā)揮著基礎(chǔ)性的重要保證作用地形圖是一切經(jīng)濟建設(shè)規(guī)劃和發(fā)展必需的基礎(chǔ)性資料。為測制地形圖，首先要布設(shè)全國范圍內(nèi)及局域性的大地測量控制網(wǎng)，為取得大地點的精確坐標，必須要建立合理的大地測量坐標系以及確定地球的形狀、大小及重力場參數(shù)?？刂茰y量學(xué)在防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測、評價與保護中發(fā)揮著特殊的作用控制測量在發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)中，在豐富和發(fā)展當代地球科學(xué)的有關(guān)研究中，以及在發(fā)展測繪工程事業(yè)中，它的地位和作用將顯得越來越重要?？刂茰y量的作用

研究建立和維持高科技水平的工程和國家水平控制網(wǎng)和精密水準網(wǎng)的原理和方法研究獲得高精度測量成果的精密儀器和科學(xué)的使用方法研究地球表面測量成果向橢球及平面的數(shù)學(xué)投影變換及有關(guān)問題的測量計算研究高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)及其聯(lián)合網(wǎng)的數(shù)學(xué)處理的理論和方法控制測量學(xué)的研究內(nèi)容

1.2控制測量的基準面和基準線

1.鉛垂線與大地水準面

地球的自然表面有高山、丘陵、平原、海洋等起伏形態(tài)，海洋面積約占地表面的71%，陸地面積約占29%，是一個不規(guī)則曲面。水準面：假設(shè)一個靜止不動的海水面延伸并穿過陸地，包圍整個地球，形成的一個閉合曲面。水平面：與水準面相切的平面。鉛垂線：重力方向線，地球上的任意一點，都同時受到兩個力的作用：地球自轉(zhuǎn)的離心力和地心引力，它們的合力稱為重力，重力的方向即為鉛垂線方向（見下圖）。是外業(yè)測量工作的基準面鉛垂線是外業(yè)測量工作的基準線假定海洋的水體，只受重力作用，無潮汐、風(fēng)浪影響，處于完全靜止和平衡狀態(tài)，將海洋的表面延伸到大陸的下面并處處保持著與垂線方向正交這一特點，也是一個水準面，稱這一特定的水準面為大地水準面。所包圍的形體稱大地體大地水準面的特點大地水準面是個特殊的水準面，具有水準面的特點。由于地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻及地殼有高低起伏，所以重力方向有局部變化，致使處處與重力方向垂直的大地水準面也就不規(guī)則，即無法用數(shù)學(xué)公式準確地表達出來，所以它不能作為大地測量計算的基準面。所以必須尋找一個與大地體相近的，且能用簡單的數(shù)學(xué)模型表示的規(guī)則形體代替——橢球。2、參考橢球與總地球橢球參考橢球：形狀和大小與大地體相近且兩者之間的相對位置確定的旋轉(zhuǎn)橢球。?參考橢球是各個國家或地區(qū)為了各自的大地測量工作的需要，而采用的只與該國家或該地區(qū)的大地水準面符合較好的地球橢球體，并用參考橢球面作為測量計算（即內(nèi)業(yè)工作）的基準面。與之相應(yīng)的法線為基準線?？偟厍驒E球：一個與整個大地體外形符合最好的地球橢球。也叫平均地球橢球。

總地球橢球應(yīng)滿足的三個條件：1）總質(zhì)量等于地球的總質(zhì)量，中心與地球的質(zhì)心重合，赤道平面與地球赤道面一致。2）旋轉(zhuǎn)角速度與地球的旋轉(zhuǎn)角速度相等。3）體積與大地體的體積相等。它的表面與大地水難面之間的差距的平方和為最小。*總地球橢球面是—個理想的、各國或地區(qū)統(tǒng)一的測量計算的基準面。

我國目前采用的旋轉(zhuǎn)橢球體的參數(shù)值為：長半徑a=6378140m短半徑b=6356755m扁率a=(a–b)/a=1/298.257由于旋轉(zhuǎn)橢球的扁率很小，在測區(qū)面積不大，測量精度要求不高時，其近似值為6371Km。3、垂線偏差和大地水準面差距大地水準面的鉛垂線與橢球面的法線之間的夾角稱為垂線偏差。在某一點上，大地水準面超出橢球面的高差稱為大地水準面差距。它們是標志大地水準面和橢球面之間的差異的量。測量計算時要進行歸化。高程系統(tǒng)1.4控制測量新技術(shù)的發(fā)展概況1、精密測角儀器的發(fā)展

50年代——垂直度盤自動歸零補償器、光學(xué)對中器的改進。

60年代——讀數(shù)的數(shù)字化與自動化（電子經(jīng)緯儀）；2、測距儀的發(fā)展

普通光源——激光測距儀

——紅外測距儀

全站型電子速測儀

測量機器人13、精密水準儀的發(fā)展平板玻璃測微器自動安平水準儀數(shù)字(電子)水準儀4、計算機在測量上的應(yīng)用用于控制測量的數(shù)據(jù)處理用于現(xiàn)代化數(shù)據(jù)采集測繪資料檔案管理信息系統(tǒng)的建立5、三維激光掃描系統(tǒng)

工作原理：

三維激光掃描儀向目標發(fā)射激光脈沖，依次掃描被測區(qū)域，快速獲得地面景觀的三維坐標和反射光強，利用軟件進行三維建模，生成地面景觀的三維圖象和可量測點陣數(shù)據(jù)，并可方便地轉(zhuǎn)化為多種輸出格式的圖形產(chǎn)品。1、體積小、重量輕，操作簡單、裝拆便利，具備良好的野外操作性能。

2、掃描范圍大、速度快、精度高。

3、快速建立三維景觀模型、圖形圖象數(shù)據(jù)一次獲取。

6、GPS（GlobalPositioningSystem)系統(tǒng)N=?10個點控制整個北京1.68萬平方公里7、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS系統(tǒng)）

慣性測量系統(tǒng)是根據(jù)慣性原理設(shè)計的測定地面點大地元素的裝置。主要由陀螺穩(wěn)定平臺、加速度計和微型數(shù)字處理計算機等組成。安裝在汽車或飛機上，能同時測定測站的經(jīng)緯度（λ，ψ）、高程、垂線偏差分量（ξ，η）和重力異常等六個大地元素。慣性測量是在慣性導(dǎo)航基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，出現(xiàn)于20世紀70年代初期。特點是不受天氣限制，不需要其他地面設(shè)施，不發(fā)射和接收任何信號，因而機動靈活，不怕干擾，作業(yè)隱蔽，能夠適時、迅速、準確地提供測量數(shù)據(jù)。缺點是價格昂貴、使用復(fù)雜、維修困難，必須在已知點間施測和已知點時間距離不能太長等。慣性測量系統(tǒng)通常用于大地測量、礦山測量、隧道測量和軍事測量等部門。

習(xí)題1．控制測量學(xué)的任務(wù)和主要研究內(nèi)容是什么?簡