第6章小區(qū)域控制測(cè)量

第6章小區(qū)域控制測(cè)量學(xué)習(xí)目標(biāo)：了解平面和高程控制測(cè)量基本方法,等級(jí)、技術(shù)要求與基本工作；掌握導(dǎo)線測(cè)量的基本過程和方法；掌握交會(huì)法定位測(cè)量的原理。

6.1

控制測(cè)量的概述目的：提供控制基礎(chǔ)和起算基準(zhǔn)；實(shí)質(zhì)：測(cè)定具有較高精度的平面坐標(biāo)和高程的點(diǎn)位；控制測(cè)量的分類：

平面控制測(cè)量；高程控制測(cè)量。一、平面控制測(cè)量平面控制網(wǎng)控制點(diǎn)構(gòu)成的幾何圖形。平面控制測(cè)量其任務(wù)是在測(cè)區(qū)內(nèi)選定一批平面控制點(diǎn)，組成平面控制網(wǎng)，用精確的方法測(cè)量這些控制點(diǎn)的平面位置，并計(jì)算出它們的坐標(biāo)?？刂茰y(cè)量的作用限制測(cè)量誤差的傳播和積累，保證必要的測(cè)量精度，使分區(qū)的測(cè)圖能拼接成整體，整體設(shè)計(jì)的工程建筑物能分區(qū)施工放樣。1、國(guó)家平面控制網(wǎng)

國(guó)家平面控制網(wǎng)分為一、二、三、四等四個(gè)等級(jí)，一等精度最高，低一級(jí)控制網(wǎng)是在高一級(jí)控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立的。一等三角鎖二等連續(xù)網(wǎng)國(guó)家一、二等平面控制網(wǎng)布置形式一等三角網(wǎng)二等三角網(wǎng)2、小區(qū)域控制測(cè)量

在面積小于15km2范圍內(nèi)建立的控制網(wǎng)，稱為小地區(qū)控制網(wǎng)。

3、圖根控制網(wǎng)的建立

直接供地形測(cè)圖使用的控制點(diǎn)組合而成的控制網(wǎng)為圖根控制網(wǎng)。其建立方法可采用導(dǎo)線測(cè)量、小三角測(cè)量和交會(huì)定點(diǎn)等方法來建立。

常用方法有三角測(cè)量，導(dǎo)線測(cè)量和交會(huì)法。三角測(cè)量ABPαβ交會(huì)法二、高程控制測(cè)量概述

高程控制測(cè)量的任務(wù):

在測(cè)區(qū)布設(shè)一批高程控制點(diǎn)，即水準(zhǔn)點(diǎn)，用精確方法測(cè)定它們的高程，構(gòu)成高程控制網(wǎng)。高程控制測(cè)量的方法：水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量。高程基準(zhǔn)面:大地水準(zhǔn)面基準(zhǔn)點(diǎn)，即水準(zhǔn)原點(diǎn):青島水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.260m。6.2導(dǎo)線測(cè)量導(dǎo)線控制點(diǎn)連成的折線，控制點(diǎn)稱為導(dǎo)線點(diǎn)。導(dǎo)線測(cè)量在地面上選定一系列點(diǎn)連成折線，在點(diǎn)上設(shè)置測(cè)站，然后采用測(cè)邊、測(cè)角方式來測(cè)定這些點(diǎn)的水平位置的方法。ACDx123αAB導(dǎo)線測(cè)量xBαCD一、導(dǎo)線的類型：1.按照測(cè)量邊長(zhǎng)的方法不同，導(dǎo)線可以分為：

量距導(dǎo)線

視距導(dǎo)線

電磁波測(cè)距導(dǎo)線2.按導(dǎo)線的布設(shè)形式分為以下幾種：

閉合導(dǎo)線：

附合導(dǎo)線：

支導(dǎo)線：閉合導(dǎo)線：自某一已知點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過若干點(diǎn)的連續(xù)折線仍回至原來一點(diǎn)，形成一個(gè)閉合多邊形。附合導(dǎo)線：自某一高級(jí)控制點(diǎn)出發(fā)經(jīng)過若干點(diǎn)的連續(xù)折線附合到另一個(gè)高一級(jí)的控制點(diǎn)上的導(dǎo)線。支導(dǎo)線：從已知水準(zhǔn)點(diǎn)出發(fā)，經(jīng)過若干點(diǎn)，既不附合到另一水準(zhǔn)點(diǎn)，也不閉合到原水準(zhǔn)點(diǎn)。支導(dǎo)線支出點(diǎn)的個(gè)數(shù)不能超過2個(gè)。單結(jié)點(diǎn)導(dǎo)線（導(dǎo)線網(wǎng)）二、導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè)工作踏勘：了解測(cè)區(qū)范圍,地形及控制點(diǎn)情況,以便確定導(dǎo)線的形式和布置方案選點(diǎn)i.原則：①便于導(dǎo)線本身測(cè)量；②便于地形測(cè)量ii.注意事項(xiàng)①為便于測(cè)角、相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間必須通視良好；②為便于測(cè)距，應(yīng)考慮各種測(cè)距方法；③為便于測(cè)地形，導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)選在地勢(shì)高、視野開闊的地方；④導(dǎo)線邊大致相同，50m<S<400m⑤導(dǎo)線點(diǎn)不易被破壞。1、踏勘、選點(diǎn)及埋設(shè)標(biāo)志

埋設(shè)標(biāo)志

為了便于尋找，應(yīng)量出導(dǎo)線點(diǎn)與附近明顯地物的距離，繪出草圖，注明尺寸，該圖稱為“點(diǎn)之記”，如下圖（c)。2、導(dǎo)線角度的測(cè)量

可測(cè)左角，也可測(cè)右角，一般規(guī)定附合導(dǎo)線觀測(cè)左角，閉合導(dǎo)線測(cè)內(nèi)角。導(dǎo)線的等級(jí)不同，使用儀器類型不同，那么，測(cè)回?cái)?shù)也不同。左旋導(dǎo)線右旋導(dǎo)線ACDx123αABαCD前進(jìn)方向β左β右B3、導(dǎo)線邊長(zhǎng)的測(cè)量

鋼卷尺

用鋼尺丈量時(shí)，選用檢定過的30m或50m的鋼尺，導(dǎo)線邊長(zhǎng)應(yīng)往返丈量各一次，往返丈量相對(duì)誤差應(yīng)滿足限差要求。

光電測(cè)距儀或全站儀

用光電測(cè)距儀測(cè)量時(shí)，要同時(shí)觀測(cè)垂直角，供傾斜改正之用。視距法測(cè)量

精度較低，一般不采用。4、連接測(cè)量

導(dǎo)線與高級(jí)控制點(diǎn)進(jìn)行連接，以取得坐標(biāo)和坐標(biāo)方位角的起算數(shù)據(jù)，稱為連接測(cè)量。

A、B為已知點(diǎn)，2～5為新布設(shè)的導(dǎo)線點(diǎn)，連接測(cè)量就是觀測(cè)連接角β1。AB(1)β1234523415(500,500)xy三、導(dǎo)線測(cè)量的內(nèi)業(yè)工作內(nèi)業(yè)工作的任務(wù):

計(jì)算出各個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)，并檢驗(yàn)導(dǎo)線測(cè)量的精度是否符合要求。計(jì)算前，先檢查外業(yè)手薄，還要搜集或確定起始點(diǎn)坐標(biāo)和起始邊的坐標(biāo)方位角等起算數(shù)據(jù)。

1、坐標(biāo)正算

已知一點(diǎn)A的坐標(biāo),邊長(zhǎng)和坐標(biāo)方位角，求B點(diǎn)的坐標(biāo)，稱為坐標(biāo)正算問題.2、坐標(biāo)反算

已知兩點(diǎn)A、B的坐標(biāo)，求邊長(zhǎng)和坐標(biāo)方位角，稱為坐標(biāo)反算。

根據(jù)AB所在的象限，將方位角進(jìn)行一定的換算。A(XA,YA)B(XB,YB)DaAB△X△Y3、坐標(biāo)方位角的傳遞注意：若小于180°，則?。?80°；若大于180°，則?。?80°。AB1aABβ右23β左

前進(jìn)方向4、內(nèi)業(yè)計(jì)算

計(jì)算中出現(xiàn)兩種矛盾：角度閉合差觀測(cè)角的總和與導(dǎo)線幾何圖形的理論值不符；坐標(biāo)閉合差角度閉合差的計(jì)算與調(diào)整各邊坐標(biāo)方位角推算坐標(biāo)增量計(jì)算坐標(biāo)閉合差調(diào)整坐標(biāo)計(jì)算導(dǎo)線內(nèi)業(yè)計(jì)算的步驟：

導(dǎo)線內(nèi)業(yè)計(jì)算又根據(jù)導(dǎo)線布設(shè)形式的不同分為閉合導(dǎo)線內(nèi)業(yè)計(jì)算和附合導(dǎo)線內(nèi)業(yè)計(jì)算。（一）閉合導(dǎo)線的計(jì)算（1）角度閉合差的計(jì)算與調(diào)整335°24′00″108°27′18″84°10′18″135°49′11″90°07′01″121°27′02″12345x1＝500.00my1＝500.00m263.40m201.60m231.40m200.40m241.00mx式中，n為導(dǎo)線邊數(shù)或轉(zhuǎn)折角數(shù)。當(dāng)<=時(shí)，可進(jìn)行閉合差調(diào)整，否則返測(cè)。調(diào)整原則將以相反的符號(hào)平均分配到各觀測(cè)角上去。計(jì)算檢核：改正后的閉合導(dǎo)線內(nèi)角之和應(yīng)為（n－2）×180?，本例為540?。（2）各邊坐標(biāo)方位角推算

根據(jù)第一條邊的方位角和調(diào)整后的內(nèi)角（左角），推算其它各邊的方位角，其公式為：335°24′00″108°27′18″84°10′18″135°49′11″90°07′01″121°27′02″12345x1＝500.00my1＝500.00m263.40m201.60m231.40m200.40m241.00mx（3）坐標(biāo)增量計(jì)算及其閉合差調(diào)整34521?x12?x23?x34?x45?x51?y12?y23?y34?y45?y51(＋)(＋)(＋)(＋)(＋)(－)(－)(－)(－)(－)xyO34521xyO1′WDWyWx

導(dǎo)線全長(zhǎng)閉合差的分配原則：以相反符號(hào)按邊長(zhǎng)成正比分配到各增量中去?？v、橫坐標(biāo)增量改正數(shù)之和應(yīng)滿足下式：（4）坐標(biāo)計(jì)算

根據(jù)起點(diǎn)的已知坐標(biāo)及調(diào)整之后的坐標(biāo)增量，逐一推求。算完最后一點(diǎn)，還要再推算起點(diǎn)的坐標(biāo)，推算得出的坐標(biāo)應(yīng)等于已知坐標(biāo)。

（二）附合導(dǎo)線的計(jì)算

計(jì)算步驟與閉合導(dǎo)線完全相同，但計(jì)算方法中，唯有三項(xiàng)不同。

ACDx123αABαCD前進(jìn)方向B(1)角度閉合差的計(jì)算ACDx123αABαCD前進(jìn)方向B(2)坐標(biāo)閉合差的計(jì)算ACDx123αABαCD前進(jìn)方向B6.3定位測(cè)量方法之

交會(huì)定點(diǎn)測(cè)量導(dǎo)線測(cè)量：控制面積大，一般要求地勢(shì)平坦，需要測(cè)角，量邊。交會(huì)定點(diǎn)：適用于山區(qū)或地形復(fù)雜的地區(qū)，可分為：

前方交會(huì)側(cè)方交會(huì)后方交會(huì)測(cè)邊交會(huì)一、前方交會(huì)法作業(yè)方式：在已知點(diǎn)A、B上分別向新點(diǎn)P觀測(cè)水平角α和β，從而可以計(jì)算P點(diǎn)的坐標(biāo)。ABPαβ其公式為：

計(jì)算方法：按照導(dǎo)線計(jì)算方法，以AB為起始邊計(jì)算導(dǎo)線;檢核：從三個(gè)已知點(diǎn)A、B、C上分別向新點(diǎn)P進(jìn)行角度觀測(cè)，由兩個(gè)三角形分別解算P點(diǎn)的坐標(biāo)。ABPαβC要求與注意事項(xiàng):

選擇P點(diǎn)時(shí)，應(yīng)盡可能使交會(huì)角r接近于90°，并保證30°≤r≤150°。由A到P、由B到P能通視并且可以觀測(cè)。可以有靈活的多種布設(shè)形式。二、測(cè)邊交會(huì)作業(yè)模式：用測(cè)距儀，由邊長(zhǎng)推算坐標(biāo)。ABPCSaSbScSb三、后方交會(huì)法作業(yè)模式：將儀器安置在未知點(diǎn)P點(diǎn)向三個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)出水平角，然后進(jìn)行計(jì)算。ABPα1β1Cγ1γ2β2α2檢核：向四個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)出水平角與檢驗(yàn)角。ABPα1β1Cγ1γ2β2α2D后方交會(huì)的危險(xiǎn)圓：應(yīng)用條件：有四個(gè)高級(jí)控制點(diǎn)，且P點(diǎn)不在A、B、C三點(diǎn)所構(gòu)成的圓周上或該圓周的附近.APCBP四、側(cè)方交會(huì)法實(shí)質(zhì)：利用兩個(gè)高級(jí)控制點(diǎn)測(cè)定另一未知點(diǎn)的坐標(biāo)。作業(yè)模式：在一個(gè)已知點(diǎn)A和未知點(diǎn)P上安置儀器，觀測(cè)水平角∠A和∠P。AB（不宜架站）PαβCγε計(jì)算方法與特點(diǎn)：按前方交會(huì)的計(jì)算方式；一個(gè)已知點(diǎn)上不宜設(shè)站；在一個(gè)已知點(diǎn)和未知點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)。ABPαβCγε五、全站儀極坐標(biāo)法定位

輸入測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)、儀器高、目標(biāo)高和后視坐標(biāo)方位角后，直接測(cè)定目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。后視點(diǎn)

后視坐標(biāo)方位角可以通過后視點(diǎn)和測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)反算而得到。6.4

高程控制測(cè)量高程控制測(cè)量的方法水準(zhǔn)測(cè)量小地區(qū)高程控制的水準(zhǔn)測(cè)量，主要有三、四等水準(zhǔn)測(cè)量及圖根水準(zhǔn)測(cè)量。三角高程測(cè)量利用三角高程測(cè)量的原理布設(shè)高程控制網(wǎng)，適用于地形起伏較大的區(qū)域。一、國(guó)家高程控制網(wǎng)的建立方法一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)的建立一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)是國(guó)家高程控制的基礎(chǔ)，一般沿鐵路、公路或河流布設(shè)成閉合或附合的形式，用精密水準(zhǔn)測(cè)量的方法測(cè)定其高程。三、四等水準(zhǔn)網(wǎng)的建立三、四等水準(zhǔn)路線加密于一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)，作為地形測(cè)量和工程測(cè)量的高程控制，可布設(shè)成閉合或附合的形式。水準(zhǔn)點(diǎn)的布設(shè)在實(shí)地選線和選點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意使水準(zhǔn)路線避開土質(zhì)松軟地段，確定水準(zhǔn)點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)考慮到水準(zhǔn)標(biāo)石埋設(shè)后點(diǎn)位的穩(wěn)固安全，并能長(zhǎng)期保存，便于施測(cè)。水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在地質(zhì)上最為可靠的地點(diǎn)，避免設(shè)置在水灘、沼澤、沙土、滑坡和地下水位高的地區(qū)；埋設(shè)在鐵路、公路近旁時(shí)，一般要求離鐵路的距離應(yīng)大于50m，離公路的距離應(yīng)大于20m，應(yīng)盡量避免埋設(shè)在交通繁忙的岔道口；墻上水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)選在永久性的大型建筑物上。

二、四等水準(zhǔn)測(cè)量1、觀測(cè)方法每一測(cè)站上，首先安置儀器，調(diào)整圓水準(zhǔn)器使氣泡居中，分別瞄準(zhǔn)后、前視尺、估讀視距，使前后視距離差不超過2m。如超限，則需移動(dòng)前視尺或水準(zhǔn)儀，以滿足要求。然后按下列順序進(jìn)行觀測(cè)，并記于手簿中。讀取后視尺黑面讀數(shù)：下絲（1），上絲（2），中絲（3）讀取前視尺黑面讀數(shù)：下絲（4），上絲（5），中絲（6）讀取前視尺紅面讀數(shù)：中絲（7）

讀取后視尺紅面讀數(shù)：中絲（8）2、四等水準(zhǔn)測(cè)量的記錄和計(jì)算3、三、四等水準(zhǔn)測(cè)量的技術(shù)要求三、三角高程測(cè)量

定義根據(jù)兩點(diǎn)間的水平距離或斜距離以及豎直角來求出兩點(diǎn)間的高差。三角高程測(cè)量又可分為經(jīng)緯儀三角高程測(cè)量和光電測(cè)距三角高程測(cè)量。優(yōu)缺點(diǎn)這種方法較之水準(zhǔn)測(cè)量靈活方便，但精度較低，主要用于山區(qū)的高程控制和平面控制點(diǎn)的高程測(cè)定。分類經(jīng)緯儀三角高程測(cè)量光電測(cè)距三角高程測(cè)量1、三角高程測(cè)量原理

三角高程測(cè)量是根據(jù)兩點(diǎn)間的水平距離和垂直角，計(jì)算兩點(diǎn)間的高差。ABivDhAB大地水準(zhǔn)面HAHBA、B兩點(diǎn)間的高差hAB為：B點(diǎn)的高程HB為：2、三角高程測(cè)量的對(duì)向觀測(cè)

三角高程測(cè)量一般應(yīng)進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)，亦稱直、反覘觀測(cè)。

三角高程測(cè)量對(duì)向觀測(cè)，所求得的高差較差不應(yīng)大于0.4D（m），其中D為水平距離，以km為單位。若符合要求，取兩次高差的平均值作為最終高差。

當(dāng)兩點(diǎn)距離大于300m時(shí)，應(yīng)考慮地球曲率及大氣折光對(duì)高差的合成影響，所加的改正數(shù)簡(jiǎn)稱為球氣差改正。3、三角高程測(cè)量的施測(cè)

將安置經(jīng)緯儀在測(cè)站A上，量?jī)x器高i和覘標(biāo)高v。用十字絲的中絲瞄準(zhǔn)B點(diǎn)覘標(biāo)頂端，盤左、盤右觀測(cè)，讀取豎直度盤讀數(shù)L和R，計(jì)算出垂直角α。將經(jīng)緯儀搬至B點(diǎn)，同法對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。

4、三角高程測(cè)量的計(jì)算所求點(diǎn)起算點(diǎn)覘法平距D/m垂直角α

Dtanα/m儀器高i/m覘標(biāo)高v/m高差h/m直反對(duì)向觀測(cè)的高差較差/m高差較差容許值/m平均高差/m起算點(diǎn)高程/m所求點(diǎn)高程/mBA5、三角高程控制測(cè)量

用三角高程測(cè)量方法測(cè)定平面控制點(diǎn)的高程時(shí)，可組成閉合或附合的三角高程路線。

用對(duì)向觀測(cè)所得高差平均值，計(jì)算閉合或附合路線的高差閉合差的容許值為：

式中：D-各邊的水平距離，km。

當(dāng)Wh不超過Whp時(shí)，按與邊長(zhǎng)成正比原則，將Wh反符號(hào)分配到個(gè)高差之中，然后用改正后的高差，從起算點(diǎn)推算各點(diǎn)高程。6.5全球定位系統(tǒng)（GPS）GPS衛(wèi)星星座（空間部分）地面監(jiān)控系統(tǒng)（地面控制部分）GPS信號(hào)接收機(jī)（用戶設(shè)備部分）。一、GPS系統(tǒng)的組成1、GPS衛(wèi)星分布圖2、地面監(jiān)控系統(tǒng)

GPS地面監(jiān)控系統(tǒng)四個(gè)監(jiān)控站、一個(gè)上行注入站和一個(gè)主控站。監(jiān)控站設(shè)有GPS用戶接收機(jī)、原子鐘、收集當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)的傳感器和進(jìn)行數(shù)據(jù)初步處理的計(jì)算機(jī)。監(jiān)控站的任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。主控站的任務(wù)是收集各監(jiān)控站對(duì)GPS衛(wèi)星的全部觀測(cè)數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算每顆GPS衛(wèi)星的軌道和衛(wèi)星鐘改正值。上行注入站的任務(wù)是在每顆衛(wèi)星運(yùn)行至上空時(shí)，把導(dǎo)航數(shù)據(jù)及主控站的指令注入到衛(wèi)星。

GPS技術(shù)源起于美國(guó)，所以目前全球衛(wèi)星主控站和上行注入站均設(shè)在美國(guó)的范登堡空軍基地。3、用戶設(shè)備

用戶設(shè)備部分主要由GPS接收機(jī)硬件和數(shù)據(jù)處理軟件組成。關(guān)于GPS接收機(jī)有多種分類方法，但對(duì)于大地測(cè)量應(yīng)用