同濟(jì)土木工程測量第7章教案-小地區(qū)控制

同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝第7章小地區(qū)控制測量§7.1控制測量概述測量工作必須遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則。這里的“整體”是指控制測量(controlsurvey)，其含義為控制測量應(yīng)按由高等級到低等級逐級加密進(jìn)行，直至最低等級的圖根控制測量(mappingcontrolsurvey)，再在圖根控制點(diǎn)上安置儀器進(jìn)行碎部測量或測設(shè)工作?？刂茰y量包括平面控制測量和高程控制測量，稱測定點(diǎn)位的(x,y)坐標(biāo)為平面控制測量，測定點(diǎn)位的H坐標(biāo)為高程控制測量。在全國范圍內(nèi)建立的控制網(wǎng)，稱為國家控制網(wǎng)。它是全國各種比例尺測圖的基本控制，也為研究地球的形狀和大小，了解地殼水平形變和垂直形變的大小及趨勢，為地震預(yù)測提供形變信息等服務(wù)。國家控制網(wǎng)是用精密測量儀器和方法依照《國家三角測量和精密導(dǎo)線測量規(guī)范》、《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》、《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》及《國家三、四等水準(zhǔn)測量規(guī)范》按一、二、三、四等四個(gè)等級、由高級到低級逐級加密點(diǎn)位建立的。(1)平面控制測量我國的國家平面控制網(wǎng)(horizontalcontrolnetwork)是采用逐級控制、分級布設(shè)的原則，分一、二、三、四等方法建立起來的。主要由三角測量(triangulation)法布設(shè)，在西部困難地區(qū)采用導(dǎo)線測量(traversesurvey)法。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝一等三角鎖沿經(jīng)線和緯線布設(shè)成縱橫交叉的三角鎖系，鎖長200～250公里，構(gòu)成許多鎖環(huán)。一等三角鎖內(nèi)由近于等邊的三角形組成，邊長為20～30公里。二等三角測量有兩種布網(wǎng)形式，一種是由縱橫交叉的兩條二等基本鎖將一等鎖環(huán)劃分成4個(gè)大致相等的部分，這4個(gè)空白部分用二等補(bǔ)充網(wǎng)填充，稱縱橫鎖系布網(wǎng)方案；另一種是在一等鎖環(huán)內(nèi)布設(shè)全面二等三角網(wǎng)(triangulationnetwork)，稱全面布網(wǎng)方案。二等基本鎖的邊長為20～25公里，二等網(wǎng)的平均邊長為13公里。一等鎖的兩端和二等網(wǎng)的中間，都要測定起算邊長、天文經(jīng)緯度和方位角。國家一、二等網(wǎng)合稱為天文大地網(wǎng)(astro-geodeticnetwork)。我國天文大地網(wǎng)于1951年開始布設(shè)，1961年基本完成，1975年修補(bǔ)測工作全部結(jié)束，全網(wǎng)約有5萬個(gè)大地點(diǎn)。三、四等三角網(wǎng)為在二等三角網(wǎng)內(nèi)的進(jìn)一步加密。圖7-1為廣東省(含現(xiàn)在的海南省)的一等三角鎖(triangulationchain)和二等三角基本鎖的布設(shè)略圖。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝城市或廠礦等地區(qū)，一般應(yīng)在上述國家等級控制點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)測區(qū)的大小、城市規(guī)劃或施工測量的要求，布設(shè)不同等級的城市平面控制網(wǎng)，以供地形測圖和測設(shè)建、構(gòu)筑物時(shí)使用。建立城市平面控制網(wǎng)可采用GPS測量、三角測量、各種形式邊角組合測量和導(dǎo)線測量方法。平面控制測量方法的選擇應(yīng)因地制宜，既滿足當(dāng)前需要，又兼顧今后發(fā)展，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、確保質(zhì)量、長期適用?！冻鞘袦y量規(guī)范》規(guī)定的三角網(wǎng)、邊角組合網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)的主要技術(shù)要求見表7-1~表7-4。

同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝(2)高程控制測量高程控制測量的方法主要有水準(zhǔn)測量(leveling)三角高程測量(trigonometricleveling)。在全國領(lǐng)土范圍內(nèi)，由一系列按國家統(tǒng)一規(guī)范測定高程的水準(zhǔn)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)稱為國家水準(zhǔn)網(wǎng)。水準(zhǔn)點(diǎn)上設(shè)有固定標(biāo)志，以便長期保存，為國家各項(xiàng)建設(shè)和科學(xué)研究提供高程資料。國家水準(zhǔn)網(wǎng)按逐級控制、分級布設(shè)的原則分為一、二、三、四等，其中一、二等水準(zhǔn)測量稱為精密水準(zhǔn)測量(preciseleveling)。一等水準(zhǔn)是國家高程控制的骨干，沿地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定和坡度平緩的交通線布滿全國，構(gòu)成網(wǎng)狀。一等水準(zhǔn)路線全長為93000多公里，包括100個(gè)閉合環(huán)，環(huán)的周長為800~1500公里。二等水準(zhǔn)是國家高程控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)，一般沿鐵路、公路和河流布設(shè)。二等水準(zhǔn)環(huán)線布設(shè)在一等水準(zhǔn)環(huán)內(nèi)，每個(gè)環(huán)的周長為300~700公里，全長為137000多公里，包括822個(gè)閉合環(huán)。沿一、二等水準(zhǔn)路線還要進(jìn)行重力測量，提供重力改正數(shù)據(jù)。一、二等水準(zhǔn)環(huán)線要定期復(fù)測，檢查水準(zhǔn)點(diǎn)的高程變化供研究地殼垂直運(yùn)動(dòng)用。三、四等水準(zhǔn)直接為測制地形圖和各項(xiàng)工程建設(shè)用。三等環(huán)不超過300公里；四等水準(zhǔn)一般布設(shè)為附合在高等級水準(zhǔn)點(diǎn)上的附合路線，其長度不超過80公里。全國各地地面點(diǎn)的高程，不論是高山、平原及江河湖面的高程都是根據(jù)國家水準(zhǔn)網(wǎng)統(tǒng)一傳算的。圖7-2為廣東省(含現(xiàn)在的海南省)的一、二等水準(zhǔn)路線略圖。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝《城市測量規(guī)范》將城市水準(zhǔn)測量分為二、三、四等。城市首級高程控制網(wǎng)不應(yīng)低于三等水準(zhǔn)，視測區(qū)需要，各等級高程控制網(wǎng)均可作為首級高程控制，光電測距三角高程測量可代替四等水準(zhǔn)測量。二、三、四等及圖根水準(zhǔn)測量的主要技術(shù)要求列于表7-7?！?.2平面控制網(wǎng)的定向、定位與坐標(biāo)正反算在新布設(shè)的平面控制網(wǎng)中，至少需要已知一條邊的坐標(biāo)方位角才可以確定控制網(wǎng)的方向，簡稱定向(orientation)；至少需要已知一個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)才可以確定控制網(wǎng)的位置，簡稱定位。(1)地面任意兩點(diǎn)間的坐標(biāo)增量與坐標(biāo)方位角的關(guān)系1)由邊長的坐標(biāo)方位角和水平距離計(jì)算坐標(biāo)增量同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝§7.3導(dǎo)線測量(1)導(dǎo)線的布設(shè)將相鄰控制點(diǎn)連成直線而構(gòu)成的折線稱為導(dǎo)線(traverse)，控制點(diǎn)稱為導(dǎo)線點(diǎn)(traversepoint)。導(dǎo)線測量(traversesurvey)是依次測定導(dǎo)線邊的水平距離和兩相鄰導(dǎo)線邊的水平夾角，然后根據(jù)起算數(shù)據(jù)，推算各邊的坐標(biāo)方位角，最后求出導(dǎo)線點(diǎn)的平面坐標(biāo)。水平角使用經(jīng)緯儀測量，邊長可以使用光電測距儀測量，也可以使用鋼尺丈量。導(dǎo)線測量是建立小地區(qū)平面控制網(wǎng)常用的一種方法，在地物分布比較復(fù)雜的建筑區(qū)，視線障礙較多的隱蔽區(qū)和帶狀地區(qū)，多采用導(dǎo)線測量方法。導(dǎo)線的布設(shè)形式有閉合導(dǎo)線(closedtraverse)附合導(dǎo)線(connectingtraverse)支導(dǎo)線(opentraverse)三種。1)閉合導(dǎo)線起訖于同一已知點(diǎn)的導(dǎo)線，稱為閉合導(dǎo)線。它有3個(gè)檢核條件：一個(gè)多邊形內(nèi)角和條件和兩個(gè)坐標(biāo)增量條件。2)附合導(dǎo)線布設(shè)在兩個(gè)已知點(diǎn)之間的導(dǎo)線，稱為附合導(dǎo)線。它有3個(gè)檢核條件：一個(gè)坐標(biāo)方位角條件和兩個(gè)坐標(biāo)增量條件。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝3)支導(dǎo)線由一已知點(diǎn)C和一已知邊的方向CD出發(fā)，延伸出去的導(dǎo)線C、9、10稱為支導(dǎo)線。支導(dǎo)線只有必要的起算數(shù)據(jù)，沒有檢核條件，它只限于在圖根導(dǎo)線中使用，且支導(dǎo)線的點(diǎn)數(shù)一般不應(yīng)超過3個(gè)。(2)導(dǎo)線測量外業(yè)導(dǎo)線測量外業(yè)工作包括：踏勘選點(diǎn)、建立標(biāo)志、量邊、測角。1)踏勘選點(diǎn)及建立標(biāo)志在踏勘選點(diǎn)之前，應(yīng)到有關(guān)部門收集測區(qū)原有的地形圖、高一等級控制點(diǎn)的成果資料，然后在地形圖上初步設(shè)計(jì)導(dǎo)線布設(shè)路線，最后按照設(shè)計(jì)方案到實(shí)地踏勘選點(diǎn)?，F(xiàn)場踏勘選點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意下列事項(xiàng)：①相鄰導(dǎo)線點(diǎn)間應(yīng)通視良好，以便于角度測量和距離測量。如采用鋼尺量距丈量導(dǎo)線邊長，則沿線地勢應(yīng)較平坦，沒有丈量的障礙物。②點(diǎn)位應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)并便于保存之處。③在點(diǎn)位上，視野應(yīng)開闊，便于測繪周圍的地物和地貌。④導(dǎo)線邊長應(yīng)按參照表7-3~表7-6的規(guī)定，最長不超過平均邊長的2倍，相鄰邊長盡量不使其長短相差懸殊。⑤導(dǎo)線應(yīng)均勻分布在測區(qū)，便于控制整個(gè)測區(qū)。導(dǎo)線點(diǎn)位選定后，在泥土地面上，要在點(diǎn)位上打一木樁，樁頂釘上一小釘，作為臨時(shí)性標(biāo)志；在碎石或?yàn)r青路面上，可以用頂上鑿有十字紋的大鐵釘代替木樁；在混凝土場地或路面上，可以用鋼鑿鑿一十字紋，再涂上紅油漆使標(biāo)志明顯。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝若導(dǎo)線點(diǎn)需要長期保存，則可以參照圖7-8埋設(shè)混凝土導(dǎo)線點(diǎn)標(biāo)石。導(dǎo)線點(diǎn)在地形圖上的表示符號見圖7-9，圖中的2.0表示符號正方形的長寬為2mm，1.6表示符號圓的直徑為1.6mm。導(dǎo)線點(diǎn)埋設(shè)后，為便于觀測時(shí)尋找?？梢栽邳c(diǎn)位附近房角或電線桿等明顯地物上用紅油漆標(biāo)明指示導(dǎo)線點(diǎn)的位置。應(yīng)為每一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)繪制一張點(diǎn)之記(descriptionofstation)。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝2)導(dǎo)線邊長測量圖根導(dǎo)線邊長可以使用檢定過的鋼尺丈量或檢定過的光電測距儀測量。鋼尺量距宜采用雙次丈量方法，其較差的相對誤差不應(yīng)大于1/3000。鋼尺的尺長改正數(shù)大于1/10000時(shí)，應(yīng)加尺長改正；量距時(shí)平均尺溫與檢定時(shí)溫度相差大于±10℃時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫度改正；尺面傾斜大于1.5%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行傾斜改正。3)導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角測量導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角(traverseangle)是指在導(dǎo)線點(diǎn)上由相鄰導(dǎo)線邊構(gòu)成的水平角。導(dǎo)線轉(zhuǎn)折角分為左角和右角，在導(dǎo)線前進(jìn)方向左側(cè)的水平角稱為左角，右側(cè)的水平角稱為右角。如果觀測沒有誤差，在同一個(gè)導(dǎo)線點(diǎn)測得的左角與右角之和應(yīng)等于360°。圖根導(dǎo)線(mappingtraverse)的轉(zhuǎn)折角可以用DJ6經(jīng)緯儀測回法觀測一測回。(3)閉合導(dǎo)線測量內(nèi)業(yè)計(jì)算導(dǎo)線測量內(nèi)業(yè)計(jì)算的目的是計(jì)算各導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)。計(jì)算之前，應(yīng)全面檢查導(dǎo)線測量的外業(yè)記錄：數(shù)據(jù)是否齊全，有無遺漏、記錯(cuò)或算錯(cuò)，成果是否符合規(guī)范的要求。檢查無誤后，就可以繪制導(dǎo)線略圖，將已知數(shù)據(jù)和觀測成果標(biāo)注于圖上，如圖7-11所示。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝§7.4交會定點(diǎn)的計(jì)算交會定點(diǎn)(intersectionlocation)是通過測量交會點(diǎn)與周邊已知坐標(biāo)點(diǎn)所構(gòu)成三角形的水平角，來計(jì)算交會點(diǎn)的平面坐標(biāo)，它是加密小地區(qū)平面控制點(diǎn)的方法之一。按交會的圖形，交會定點(diǎn)可以分成前方交會(forwardintersection)側(cè)方交會(sideintersection)后方交會(resection)；按觀測值類型，交會定點(diǎn)可以分成測角交會(angularintersection)測邊交會(linearintersection)邊角交會(linear-angularintersection)。本節(jié)只介紹測角交會的坐標(biāo)計(jì)算方法，測邊交會和邊角交會的坐標(biāo)計(jì)算方法可由測角交會方法推出。主流全站儀的程序測量功能都帶有交會定點(diǎn)計(jì)算功能，只要按其要求觀測了水平角和邊長并輸入已知點(diǎn)的坐標(biāo)，就可以自動(dòng)計(jì)算出交會點(diǎn)的坐標(biāo)。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝(4)使用NTS-355進(jìn)行邊角后方交會測量使用邊角后方交會測量時(shí)，只需要對兩個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行觀測。設(shè)I10、I11點(diǎn)為已知控制點(diǎn)，且C點(diǎn)的坐標(biāo)也已知，可以使用NTS-355全站儀的后方交會功能測量C點(diǎn)的坐標(biāo)。首先在計(jì)算機(jī)中啟動(dòng)NTS320通訊軟件，并輸入I10、I11點(diǎn)的三維坐標(biāo)(也可以在儀器中直接輸入)，使用通訊電纜CE-203連接好全站儀和計(jì)算機(jī)，打開全站儀電源，然后將其上傳到NTS-355全站儀的文件QC中。在C點(diǎn)安置好全站儀，量取儀器高(假定為1.463m)，操作全站儀進(jìn)行邊角后方交會測定C點(diǎn)坐標(biāo)的操作步驟如下：同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝(4)使用NTS-355進(jìn)行邊角后方交會測量使用邊角后方交會測量時(shí)，只需要對兩個(gè)已知點(diǎn)進(jìn)行觀測。設(shè)I10、I11點(diǎn)為已知控制點(diǎn)，且C點(diǎn)的坐標(biāo)也已知，可以使用NTS-355全站儀的后方交會功能測量C點(diǎn)的坐標(biāo)。首先在計(jì)算機(jī)中啟動(dòng)NTS320通訊軟件，并輸入I10、I11點(diǎn)的三維坐標(biāo)(也可以在儀器中直接輸入)，使用通訊電纜CE-203連接好全站儀和計(jì)算機(jī)，打開全站儀電源，然后將其上傳到NTS-355全站儀的文件QC中。在C點(diǎn)安置好全站儀，量取儀器高后，即可操作儀器測量?！?.5三、四等水準(zhǔn)測量小地區(qū)一般以三等或四等水準(zhǔn)網(wǎng)作為首級高程控制，地形測量時(shí)再用圖根水準(zhǔn)測量或三角高程測量進(jìn)行加密。三、四等水準(zhǔn)點(diǎn)的高程應(yīng)從附近的一、二等水準(zhǔn)點(diǎn)引測，布設(shè)成附合或閉合水準(zhǔn)路線，其點(diǎn)位應(yīng)選在土質(zhì)堅(jiān)硬、便于長期保存和使用的地方，并應(yīng)埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石。也可以利用埋設(shè)了標(biāo)石的平面控制點(diǎn)作為水準(zhǔn)點(diǎn)，埋設(shè)的水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)繪制點(diǎn)之記。在第2章的2.3節(jié)中介紹了圖根水準(zhǔn)測量的方法，本節(jié)介紹三、四等水準(zhǔn)測量的方法。(1)三、四等水準(zhǔn)測量的技術(shù)要求三、四等水準(zhǔn)測量所用儀器及主要技術(shù)要求見表7-7，每站觀測的技術(shù)要求見表7-11。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝(2)三、四等水準(zhǔn)測量的方法三、四等水準(zhǔn)測量觀測應(yīng)在通視良好、望遠(yuǎn)鏡成像清晰及穩(wěn)定的情況下進(jìn)行。下面介紹雙面尺法的觀測程序。1)一站觀測順序①在測站上安置水準(zhǔn)儀，使圓水準(zhǔn)氣泡居中，后視水準(zhǔn)尺黑面，用上、下視距絲讀數(shù)，記入表7-12中(1)、(2)位置；旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使管水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(3)位置。②前視水準(zhǔn)尺黑面，用上、下視距絲讀數(shù)，記入表7-12中(4)、(5)位置；旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使管水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(6)位置。③前視水準(zhǔn)尺紅面，旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使管水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(7)位置。④后視水準(zhǔn)尺紅面，旋轉(zhuǎn)微傾螺旋，使管水準(zhǔn)氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(8)位置。以上觀測順序簡稱為后、前、前、后。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝2)一站計(jì)算與檢核①視距計(jì)算與檢核根據(jù)前、后視的上、下絲讀數(shù)計(jì)算前、后視的視距(9)和(10)：后視距離(9)={(1)-(2)}÷10前視距離(10)={(4)-(5)}÷10計(jì)算前、后視距差(11)：(11)=(9)-(10)對于三等水準(zhǔn)，(11)不超過3m，對于四等水準(zhǔn)，(11)不超過5m。計(jì)算前、后視視距累積差(12)：(12)=上站(12)+本站(11)對于三等水準(zhǔn)，(12)不超過6m，對于四等水準(zhǔn)，(12)不超過10m。②水準(zhǔn)尺讀數(shù)檢核同一水準(zhǔn)尺黑面與紅面讀數(shù)差的檢核：(13)=(6)+K-(7)(14)=(3)+K-(8)K為雙面水準(zhǔn)尺的紅面分劃與黑面分劃的零點(diǎn)差(本例，106尺的K=4787mm，107尺的K=4687mm)。對于三等水準(zhǔn)，(13)、(14)不超過2mm，對于四等水準(zhǔn)，(13)、(14)不超過3mm。同濟(jì)大學(xué)出版社制作覃輝③高差計(jì)算與檢核按前、后視水準(zhǔn)尺紅、黑面中絲讀數(shù)分別計(jì)算一站高差：黑面高差(15)={(3)-(6)}÷1000紅面高差(16)={(8)-(7)}÷1000紅黑面高差之差