國家平面控制網(wǎng)的建立

主講教師：劉舜國家控制網(wǎng)的建立陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學院國家平面控制網(wǎng)的建立——建立平面大地控制網(wǎng)的方法——建立國家平面大地控制網(wǎng)的基本原則——國家平面大地控制網(wǎng)的布設方案——利用現(xiàn)代測量技術(shù)建立國家大地測量控制網(wǎng)——國家平面大地控制網(wǎng)的布設一、建立國家平面大地控制網(wǎng)的方法（一）常規(guī)大地測量法1.三角測量法1)網(wǎng)形三角測量的優(yōu)點是：圖形簡單，結(jié)構(gòu)強，幾何條件多，便于檢核，網(wǎng)的精度較高。不足之處是：在平原地區(qū)或隱蔽地區(qū)易受障礙物的影響，布設困難，增加了建標費用；推算而得的邊長精度不均勻，距起始邊越遠邊長精度越低。1.三角測量法1)網(wǎng)形2)坐標計算原理:正弦定理3)三角網(wǎng)的元素:①起算元素：已知的坐標、邊長和已知的方位角，也稱起算數(shù)據(jù)。②觀測元素：三角網(wǎng)中觀測的所有方向(或角度)。③推算元素：由起算元素和觀測元素的平差值推算的三角網(wǎng)中其他邊長、坐標方位角和各點的坐標。2.導線測量法導線測量的優(yōu)點：故布設靈活，在隱蔽地區(qū)容易克服地形障礙；導線測量只要求相鄰兩點通視，故可降低覘標高度，造標費用少，且便于組織觀測；網(wǎng)內(nèi)邊長直接測量，邊長精度均勻。導線測量的缺點：導線結(jié)構(gòu)簡單，沒有三角網(wǎng)那樣多的檢核條件，有時不易發(fā)現(xiàn)觀測中的粗差，可靠性不高。導線網(wǎng)

導線網(wǎng)的形狀由多邊形或多結(jié)點組成，測定網(wǎng)的所有邊長和角度。需要一個起始點坐標和起始方位角或已知兩點以上的坐標。對網(wǎng)形要求較低。

3.三邊測量及邊角同測法三邊網(wǎng)

測定網(wǎng)的所有邊長，推算控制點坐標。需要一個起始點坐標和起始方位角或已知兩點以上的坐標。對網(wǎng)形有要求，如三邊網(wǎng)構(gòu)成的三角形內(nèi)角在30°~150°之間。邊角網(wǎng)

測定網(wǎng)的所有邊長和角度，或部分邊長與角度，推算控制點坐標。需要一個起始點坐標和起始方位角或已知兩點以上的坐標。對網(wǎng)形要求較寬松。邊角全測網(wǎng)的精度最高，相應工作量也較大。故在建立高精度的專用控制網(wǎng)(如精密的形變監(jiān)測網(wǎng))或不能選擇良好布設圖形的地區(qū)可采用此法而獲得較高的精度。（二）天文測量法天文測量法是在地面點上架設儀器，通過觀測天體(主要是恒星)并記錄觀測瞬間的時刻，來確定地面點的地理位置，即天文經(jīng)度、天文緯度和該點至另一點的天文方位角。優(yōu)點：各點彼此獨立觀測，也勿需點間通視，測量誤差不會積累。缺點：精度不高，受天氣影響大。用途：在每隔一定距離的三角點上觀測天文來推求大地方位角，控制水平角觀測誤差積累對推算方位角的影響。（三）現(xiàn)代定位新技術(shù)簡介1、GPS測量全球定位系統(tǒng)是由一系列衛(wèi)星組成的，它們?nèi)旌虻靥峁└呔鹊氖澜绶秶亩ㄎ缓蛯Ш叫畔ⅰ蚀_地說，它是由24顆沿距地球20000多公里高度的軌道運行的GPS衛(wèi)星組成，不停地發(fā)送回精確的時間和它們的位置信息。GPS接收器同時收收4～12顆衛(wèi)星的信號，從而判斷地面上或接近地面的物體的位置，還有它們的移動速度和方向等。GPS接收機利用GPS衛(wèi)星發(fā)送的信號得知某時刻衛(wèi)星在太空中的位置，并根據(jù)無線電波傳送的時間信息來計算GPS接收機與它們間的距離，然后GPS接收機就可以用三角學原理算出自己的位置。GPS控制網(wǎng)異步環(huán)同步環(huán)同步環(huán)同步環(huán)同步環(huán)GPS控制網(wǎng)的形狀由多個邊連結(jié)的多邊形組成，測定構(gòu)網(wǎng)所需的GPS基線向量。需要幾臺接收機同步觀測。至少需要一個起始點的三維空間坐標。對網(wǎng)形沒有要求。（三）現(xiàn)代定位新技術(shù)簡介2.甚長基線干涉測量系統(tǒng)(VLBI)

甚長基線干涉測量系統(tǒng)是在甚長基線的兩端(相距幾千公里)，用射電望遠鏡，接收銀河系或銀河系以外的類星體發(fā)出的無線電輻射信號，通過信號對比，根據(jù)干涉原理，直接測定基線長度和方向的一種空間技術(shù)。長度的相對精度可優(yōu)于10-6，對測定射電源的空間位置，可達0.001″，由于其定位的精度高，可在研究地球的極移、地球自轉(zhuǎn)速率的短周期變化、地球固體潮、大地板塊運動的相對速率和方向中得到廣泛的應用。（三）現(xiàn)代定位新技術(shù)簡介3.慣性測量系統(tǒng)(INS)

慣性測量是利用慣性力學基本原理，在相距較遠的兩點之間，對裝有慣性測量系統(tǒng)的運動載體(汽車或直升飛機)從一個已知點到另一個待定點的加速度，分別沿三個正交的坐標軸方向進行兩次積分，從而求定其運動載體在三個坐標軸方向的坐標增量，進而求出待定點的位置，它屬于相對定位，其相對精度為(1~2)·10-5，測定的平面位置中誤差為±25cm左右。

優(yōu)點主要是：完全自主式，點間也不要求通視；全天候，只取決于汽車能否開動、飛機能否飛行。缺點主要是：相對測量，精度不高。二、建立國家平面大地控制網(wǎng)的基本原則大地控制網(wǎng)應分級布設、逐級控制

三角（導線）網(wǎng)：一等鎖，二、三、四等網(wǎng)

GPS網(wǎng)：A、B、C、D、E五級；

A級為我國最高精度的坐標框架，B級相當一等大地控制網(wǎng)應有足夠的精度(M)

首級圖根點相對于起算三角點的點位誤差，圖上不超過±0.1mm；相鄰國家三角點的點位誤差小于1/3×0.1Nmm大地控制網(wǎng)應有一定的密度大地控制網(wǎng)應有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)格和要求

《大地測量法式》、《國家三角測量和精密導線測量規(guī)范》《全球定位系統(tǒng)（GPS）測量規(guī)范》三、國家平面大地控制網(wǎng)的布設方案

1.一等三角鎖系布設方案

2.二等三角鎖、網(wǎng)布設方案3.三、四等三角網(wǎng)1)插網(wǎng)法

3.三、四等三角網(wǎng)2)插點法

4.我國天文大地網(wǎng)基本情況簡介我國天文大地網(wǎng)從1951年至1975年共25年建成：一等三角鎖系：共有5206三角點，構(gòu)成326個鎖段，形成120個鎖環(huán)，鎖系長達7.5萬km。一等導線22條，全長約1.24萬km，含426個導線點。二等三角鎖（網(wǎng)），共14149個點；二等三角全面網(wǎng)，共19329個點。二等導線48條，全長約6800萬km，含400個導線點。一、二等起始邊：467條。拉普拉斯方位角：458個。用于推算垂線偏差的天文點：2218個。天文水準和天文重力水準路線：全長6.4萬km包括部分三等網(wǎng)，總共約有5萬個大地控制點，31萬個觀測量。四、利用現(xiàn)代測量技術(shù)建立國家大地測量控制網(wǎng)

一般可把GPS網(wǎng)分為兩大類：一類是全球或全國性的高精度的GPS網(wǎng)(A、B級網(wǎng)），另一類是區(qū)域性的GPS網(wǎng)（C、D、E級網(wǎng)）。

1.92中國GPS大會戰(zhàn)

由國家測繪局、國家地震局、石油部、地礦部、煤炭部等部門共同施測。全網(wǎng)由27個點組成（其中有6個點有副站），平均邊長800km，使用4臺MINI-MAC2816、13臺Trimble4000SST和17臺AshtechMDXⅡC/A雙頻接收機觀測，平差后在ITRF91地心參考框架中的定位精度優(yōu)于0.1m

(ITRF—國際地球參考架)2.96GPSA級網(wǎng)96GPSA級網(wǎng)共包括33個主站，23個副站，與92GPSA級網(wǎng)點重合21個。96GPSA級網(wǎng)觀測時共使用了53臺雙頻GPS接收機。經(jīng)數(shù)據(jù)精處理后基線分量重復性水平方向優(yōu)于4mm+3ppm，垂直方向優(yōu)于8mm+4ppm，地心坐標分量重復性優(yōu)于2cm。全網(wǎng)整體平差后，在ITRF93參考框架中的地心坐標精度優(yōu)于0.1m,基線邊長的相對精度優(yōu)于1×10-8

3.國家高精度GPSB級網(wǎng)全網(wǎng)由818個點組成，分布全國各地(除臺灣省外)。東部點位較密，平均站間50～70km,中部地區(qū)平均站間100km，西部地區(qū)平均站間距150km。外業(yè)自1991年至1995年結(jié)束。經(jīng)數(shù)據(jù)精處理后，點位中誤差相對于已知點在水平方向優(yōu)于0.07m，高程方向優(yōu)于0.16m，平均點位中誤差水平方向為0.02m，垂直方向為0.04m，基線相對精度達到10-7。4.全國GPS一、二級網(wǎng)全國GPS一、二級網(wǎng)是軍測部門建立的，一級網(wǎng)由40余點組成，相鄰點間距平均為683km。外業(yè)觀測自1991年5月至1992年4月進行，使用10臺MINIMAC2816接收機作業(yè)。網(wǎng)平差后點位中誤差，絕大多數(shù)點在2cm以內(nèi)。二級網(wǎng)由500多個點組成，二級網(wǎng)是一級網(wǎng)的加密。5.中國地殼運動觀測網(wǎng)絡中國地殼運動觀測網(wǎng)絡是中國地震局、總參測繪局、中國科學院和國家測繪局聯(lián)合建立的，第一期于1999年10月觀測結(jié)束，主要是服務于中長期地震預報，兼顧大地測量的目的。該網(wǎng)絡是以GPS為主，輔以激光測衛(wèi)(SLR)以及甚長基線干涉測量(VLBI)以及重力測量的觀測網(wǎng)絡，它由三個層次的網(wǎng)絡組成，即25站連續(xù)運行的基準網(wǎng)、56站定期復測的基本網(wǎng)和1000站復測頻率低的區(qū)域網(wǎng)。五、國家平面大地控制網(wǎng)的布設包括以下工作：技術(shù)設計，實地選點，建造覘標，標石埋設，外業(yè)測量，平差計算等

1.技術(shù)設計1)收集資料2)實地踏勘3)圖上設計4)編寫技術(shù)設計書2.實地選點：選點圖，點之記，選點技術(shù)總結(jié)。

3.建造覘標

尋常標

雙錐標(鋼標)

微相位差照準圓筒4.標石埋設大地點的坐標，實際上指的就是標石中心的坐標。

點之記全國天文大地網(wǎng)的整體平差全國天文大地網(wǎng)整體平差于1982年全部完成。該網(wǎng)在1980年大地坐標系的參考橢球面上進行的，方向觀測值和邊長都歸算到參考橢球面上。在測定基線或有拉普拉斯方位角的方向觀測值誤差方程中，采用消去一個或兩個相應的未知數(shù)，以保持固定邊長及固定方位角平差后保持不變。按照完全獨立的兩種方案來進行平差計算：分區(qū)坐標參數(shù)平差法和條件聯(lián)系平差法。兩種平差結(jié)果幾乎完全一致(坐標最大差為±4.8cm)，網(wǎng)中離大地點最遠點的點位中誤差為±0.84m。全部網(wǎng)點平差后將大地經(jīng)緯度換算成的6°帶及3°帶的高斯平面直角坐標。還將化算為新54北