工程測量-第2章工程控制網(wǎng)理論與方

2023/12/91工程測量學(xué)

第二章工程控制網(wǎng)理論與方法主要內(nèi)容2.1概述2.2工程測量坐標(biāo)系統(tǒng)2.3工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)2.4坐標(biāo)變換與基準(zhǔn)變換2.5工程控制網(wǎng)的建立2023/12/92本次課重點(diǎn)內(nèi)容：（1）工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟（2）施工平面控制網(wǎng)特點(diǎn)（3）常用坐標(biāo)系：空間直角坐標(biāo)系、空間大地坐標(biāo)系、平面直角坐標(biāo)系、地心大地坐標(biāo)系與地球參心坐標(biāo)系2023/12/932.1概述2.1.1測量控制網(wǎng)的分類2.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟2.1.3測圖控制網(wǎng)2.1.4施工控制網(wǎng)2.1.5變形監(jiān)測網(wǎng)2.1.6安裝測量控制網(wǎng)2023/12/94

測量控制網(wǎng)由位于地面的一系列控制點(diǎn)構(gòu)成，控制點(diǎn)的空間位置是通過已知點(diǎn)的坐標(biāo)及控制點(diǎn)之間的邊長（或空間基線）、方向（角度）或（和）高差等觀測量確定的。全球控制網(wǎng)：由國際組織在全球范圍建立的大地測量參考框架，主要用于確定、研究地球的形狀、大小及其運(yùn)動變化。及確定和研究地球板塊運(yùn)動等。2023/12/952.1.1測量控制網(wǎng)的分類2023/12/96國家控制網(wǎng)由各國測繪部門建立的區(qū)域性大地測量參考框架。提供全國范圍內(nèi)的統(tǒng)一地理坐標(biāo)系統(tǒng)；保證國家基本圖的測繪和更新；滿足大比例尺測圖的精度要求；為精密地確定地面點(diǎn)的位置提供已知點(diǎn)的及其特定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。工程控制網(wǎng)是工程項(xiàng)目的空間位置參考框架，是針對某項(xiàng)具體工程建設(shè)測圖、施工或管理的需要，在一定區(qū)域內(nèi)布設(shè)的平面和高程控制網(wǎng)。2.1.1測量控制網(wǎng)的分類2023/12/97一、分類按用途分：測圖控制網(wǎng)施工（測量）控制網(wǎng)變形監(jiān)測網(wǎng)安裝（測量）控制網(wǎng)2.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟2023/12/98按網(wǎng)點(diǎn)性質(zhì)分：一維網(wǎng)（或稱水準(zhǔn)網(wǎng)、高程網(wǎng)）二維網(wǎng)（或稱平面網(wǎng)）三維網(wǎng)按施測方法劃分：測角網(wǎng)測邊網(wǎng)邊角網(wǎng)GPS網(wǎng)2.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟按坐標(biāo)系和基準(zhǔn)分為附合網(wǎng)（約束網(wǎng)）獨(dú)立網(wǎng)經(jīng)典自由網(wǎng)自由網(wǎng)2023/12/992.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟2023/12/910按其他標(biāo)準(zhǔn)劃分：首級網(wǎng)加密網(wǎng)特殊網(wǎng)專用網(wǎng)（如隧道控制網(wǎng)、建筑方格網(wǎng)、橋梁控制網(wǎng)等）2.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟2023/12/911二、作用工程控制網(wǎng)也具有控制全局、提供基準(zhǔn)和控制測量誤差積累的作用。三、建網(wǎng)步驟遵循大地測量學(xué)的原理，要有坐標(biāo)系和基準(zhǔn)要構(gòu)成網(wǎng)要逐級布設(shè)等。2.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟步驟主要是：①確定控制網(wǎng)的等級；②確定布網(wǎng)形式；③確定測量儀器和操作規(guī)程（國家或行業(yè)規(guī)范）④在圖上選點(diǎn)構(gòu)網(wǎng)，到實(shí)地踏勘；⑤埋設(shè)標(biāo)石、標(biāo)志；⑥外業(yè)觀測；⑦內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理；⑧提交成果。2023/12/9122.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟2023/12/913作用：控制測量誤差的累積；保證圖上內(nèi)容的精度均勻；相鄰圖幅正確拼接。測圖控制網(wǎng)的精度是按測圖比例尺的大小確定的，通常應(yīng)使平面控制網(wǎng)能滿足1:500比例尺測圖精度要求。2.1.3測圖控制網(wǎng)2023/12/914測圖控制網(wǎng)的等級：二\三\四等三角網(wǎng)；一\二級小三角網(wǎng)；一\二\三級導(dǎo)線網(wǎng)；一\二級導(dǎo)線。GPS首級網(wǎng)@加密網(wǎng)盡量減少布網(wǎng)的層次，且一次性加密，便于控制起始數(shù)據(jù)誤差的影響，也使加密點(diǎn)精度趨于均勻；

@GPS技術(shù)的優(yōu)勢，首級、加密GPS或者首級GPS，加密傳統(tǒng)方法；

2.1.3測圖控制網(wǎng)2023/12/915測圖控制網(wǎng)中的大比例尺高程控制網(wǎng)：方法：通常是水準(zhǔn)測量；等級：二\三\四級；精度：規(guī)范對不同等級有不同要求；三角高程代替水準(zhǔn)時(shí)注意：@斜距<=1km；@有利時(shí)間觀測，需往返測且往返時(shí)間短，兩臺儀器對測；@各控制點(diǎn)的高程觀測應(yīng)組成閉合環(huán)以增加平差條件；@角度、儀器及標(biāo)靶按規(guī)范觀測。

2.1.3測圖控制網(wǎng)2.1.4施工控制網(wǎng)2023/12/916平面控制網(wǎng)根據(jù)地形條件布設(shè)：三角、邊角網(wǎng)：

起伏較大或跨越江河的地區(qū)；導(dǎo)線網(wǎng)：

平坦但通視困難的地區(qū)；建筑方格網(wǎng):建筑物或工業(yè)場區(qū)多為規(guī)則矩形的地區(qū)；GPS網(wǎng)：主流布網(wǎng)形式；GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)相結(jié)合的混合網(wǎng):高精度的施工控制網(wǎng)?？刂频姆秶^小，控制點(diǎn)的密度較大，精度要求較高；范圍：點(diǎn)盡量控制整個(gè)區(qū)域，滿足放樣需要。大型水利樞紐工程<20km2,中小型<10km2,工業(yè)場地<1km2。精度高：點(diǎn)分布不均會導(dǎo)致邊長相差大；放樣建筑物的軸線，偏差限制嚴(yán)格。2)使用頻繁；穩(wěn)定性、使用方便性及點(diǎn)位在施工期間的保存3)受施工干擾大；施工控制網(wǎng)的布設(shè)是工程的一部分，考慮布置情況及施工程序、方法；點(diǎn)位分布及密度恰當(dāng)，施工總平面圖做點(diǎn)位標(biāo)記。2023/12/9172.1.4施工控制網(wǎng)--施工平面控制網(wǎng)特點(diǎn)2023/12/9184)控制網(wǎng)的坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系一致；施工坐標(biāo)系，就是以建筑物的主要軸線作為坐標(biāo)軸而建立起來的局部直角坐標(biāo)系。布網(wǎng)時(shí)盡量使用軸線作為控制網(wǎng)的一邊，施工控制網(wǎng)和測圖控制網(wǎng)關(guān)聯(lián)時(shí)需進(jìn)行坐標(biāo)換算。水利中的大壩；大橋橋軸線；隧道中心及切線；車間或設(shè)備的軸線等。5)投影面與工程的平均高程面一致；不是投影到平均海水平面或參考橢球所對應(yīng)的高斯平面上，而是投影到廠區(qū)平均的高程面上。投影到定線放樣精度最高的平面，保證設(shè)備、構(gòu)件的安裝精度；橋梁控制網(wǎng)要求化算到橋墩頂部的高程面上；隧道控制網(wǎng)應(yīng)投影至隧道平均高程上。2023/12/9196)有時(shí)分兩級布網(wǎng)，次級網(wǎng)可能比首級網(wǎng)的精度高。工程：各種建筑物、構(gòu)筑物、鐵路、公路、隧道等的綜合體。首先建立第一級控制網(wǎng)，放樣各建筑物的主軸線；其次根據(jù)各個(gè)工程項(xiàng)目放樣的具體要求建立第二級控制網(wǎng)。2.1.4施工控制網(wǎng)--施工平面控制網(wǎng)特點(diǎn)2023/12/920平坦地區(qū)：施工平面、高程控制點(diǎn)可以共享；起伏較大：施工平面、高程控制點(diǎn)單獨(dú)布設(shè)。首先布滿整個(gè)場地的基本高程控制網(wǎng)（三等）；其次根據(jù)各個(gè)施工階段的需要布置加密網(wǎng)（四等）。加密點(diǎn)一般為臨時(shí)水準(zhǔn)點(diǎn)。2.1.4施工控制網(wǎng)--施工高程控制網(wǎng)特點(diǎn)2023/12/921變形監(jiān)測網(wǎng)由參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)組成必要條件：

可以由任意點(diǎn)構(gòu)成網(wǎng)，但至少有一個(gè)參考點(diǎn)、一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)或兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)；參考點(diǎn)在變形體外，是網(wǎng)的基準(zhǔn)，目標(biāo)點(diǎn)在變形體上，變形由目標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動來描述。布設(shè)網(wǎng)形：根據(jù)監(jiān)測的目的、變形體的形狀、環(huán)境及地形:一維網(wǎng)、二維網(wǎng)、三維網(wǎng)。監(jiān)測方法：三角網(wǎng)或邊角網(wǎng)、導(dǎo)線或?qū)Ь€網(wǎng)；GPS監(jiān)測網(wǎng)；GPS與地面測量網(wǎng)混合；三維激光掃描監(jiān)測等。2.1.5變形監(jiān)測網(wǎng)2023/12/922變形監(jiān)測網(wǎng)的坐標(biāo)系和基準(zhǔn)的選取原則變形體的范圍大且形狀不規(guī)則時(shí)，選擇已有的大地坐標(biāo)系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：得到已知的歸化和投影改正；監(jiān)測網(wǎng)便于檢查。與已有的大地網(wǎng)聯(lián)測或?qū)⒁延械目刂泣c(diǎn)作為參考點(diǎn)，便于坐標(biāo)系及基準(zhǔn)的確定。優(yōu)點(diǎn)：一維一個(gè)已知點(diǎn)，二、三維兩個(gè)已知點(diǎn)；精度要求高，聯(lián)測時(shí)采用無強(qiáng)制連接方法，即固定一個(gè)點(diǎn)，二三維再固定一個(gè)定向方向。）2.1.5變形監(jiān)測網(wǎng)2023/12/923三.對變形監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)作同時(shí)顧及精度、可靠性、靈敏度以及費(fèi)用進(jìn)行監(jiān)測網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；根據(jù)網(wǎng)點(diǎn)的布置、坐標(biāo)系、基準(zhǔn)及目標(biāo)點(diǎn)的精度要求，則網(wǎng)的精度得以確定。人機(jī)交互模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)方法或解析法確定優(yōu)化方案：增減觀測值修改測量方案改變觀測值精度等2.1.5變形監(jiān)測網(wǎng)2.1.5變形監(jiān)測網(wǎng)四.對變形監(jiān)測網(wǎng)都要進(jìn)行重復(fù)觀測每個(gè)周期觀測方案不變，消除周期觀測中的系統(tǒng)誤差；如中途改變方案（儀器、網(wǎng)形、精度等），則需在觀測周期同時(shí)采用兩種方案進(jìn)行觀測，以確定兩種方案間的差別，進(jìn)行周期觀測數(shù)據(jù)的處理。2023/12/9242.1.6安裝測量控制網(wǎng)2023/12/9252023/12/926作用：大型設(shè)備構(gòu)件安裝定位的依據(jù)；工程竣工后建筑物和設(shè)備變形觀測及設(shè)備調(diào)整的依據(jù)。條件：控制點(diǎn)的密度要能滿足設(shè)備構(gòu)件的安裝定位要求；點(diǎn)位的選擇要考慮設(shè)備的位置、數(shù)量、建筑物的形狀、特定方向的精度要求等2.1.6安裝測量控制網(wǎng)2.1.6安裝測量控制網(wǎng)2023/12/927特點(diǎn)：通常是一種微型邊角網(wǎng)，邊長從幾米至一百多米；整個(gè)網(wǎng)由形狀相同、大小相等的基本圖形組成；精度要求很高，其測量精度有時(shí)要達(dá)到計(jì)量級。2.1.6安裝測量控制網(wǎng)特例：直線型建筑物：直伸形網(wǎng)；環(huán)形地下建筑物：各類環(huán)形網(wǎng)；大型無線電天線：輻射狀控制網(wǎng)。2023/12/928典型工程控制網(wǎng)舉例

2023/12/9292023/12/930典型工程控制網(wǎng)舉例

洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)示意圖2023/12/931某大橋G

P

S首級平面控制網(wǎng)典型工程控制網(wǎng)舉例

某大型水利樞紐工程施工控制網(wǎng)2023/12/932某拱壩變形監(jiān)測網(wǎng)

2023/12/933高能離子加速器安裝測量控制網(wǎng)

2023/12/9342023/12/935大型正負(fù)電子對撞機(jī)

地面控制網(wǎng)典型工程控制網(wǎng)舉例

2.2工程測量坐標(biāo)系統(tǒng)2.2.1坐標(biāo)系的基本概念2.2.2幾種常用坐標(biāo)系2023/12/9362.2.1坐標(biāo)系的基本概念所謂坐標(biāo)系指的是描述空間位置的表達(dá)形式，即采用什么方法來表示空間位置。人們?yōu)榱嗣枋隹臻g位置，采用了多種方法，從而也產(chǎn)生了不同的坐標(biāo)系，如直角坐標(biāo)系、極坐標(biāo)系等。在測量中常用的坐標(biāo)系有以下幾種：（1）空間直角坐標(biāo)系（2）空間大地坐標(biāo)系（3）平面直角坐標(biāo)系（4）地心大地坐標(biāo)系與地球參心坐標(biāo)系2023/12/937(1)空間直角坐標(biāo)系原點(diǎn)位于參考橢球的中心Z軸指向參考橢球的北極X軸指向起始子午面與赤道的交點(diǎn)Y軸位于赤道面上且按右手系與X軸呈90°夾角。某點(diǎn)在空間中的坐標(biāo)可用該點(diǎn)在此坐標(biāo)標(biāo)系的各個(gè)坐標(biāo)軸上的投影來表示。2023/12/9382023/12/939(2)空間大地坐標(biāo)系緯度是空間的點(diǎn)與參考橢球面的法線與赤道面的夾角；經(jīng)度是空間中的點(diǎn)與參考橢球的自轉(zhuǎn)軸所在的面與參考橢球的起始子午面的夾角；大地高是空間點(diǎn)沿參考橢球的法線方向到參考橢球面的距離。2023/12/940(3)平面直角坐標(biāo)系投影變換的方法有很多，如橫軸墨卡托投影、UTM投影、蘭勃特投影等。在我國采用的是高斯-克呂格投影也稱為高斯投影。UTM投影和高斯投影都是橫軸墨卡托投影的特例，只是投影的個(gè)別參數(shù)不同而已。2023/12/941(3)平面直角坐標(biāo)系高斯投影是一種橫軸、橢圓柱面、等角投影。從幾何意義上講，是一種橫軸橢圓柱正切投影。高斯投影滿足以下兩個(gè)條件：①它是正形投影；②中央子午線投影后應(yīng)為x軸，且長度保持不變。2023/12/942（4）地心大地坐標(biāo)系與地球參心坐標(biāo)系經(jīng)典的大地定位采用的是地球參心坐標(biāo)系。參考橢球面為基準(zhǔn)參考面，參考點(diǎn)為大地測量的起算點(diǎn)（或稱為大地原點(diǎn)），并且利用大地原點(diǎn)的天文觀測量，來確定參考橢球在地球內(nèi)部的位置和方向。不過由此所選定的參考橢球的位置，其中心一般不會與地球質(zhì)心相重合。GPS定位使用的是地心大地坐標(biāo)系2023/12/9432.2.2幾種常用坐標(biāo)系（1）世界大地坐標(biāo)系WGS-84（2）1954年北京坐標(biāo)系（3）1980年西安大地坐標(biāo)系（4）CGCS2000國家大地坐標(biāo)系2023/12/944（1）世界大地坐標(biāo)系WGS-84WGS-84(WorldGeodicalSystem-84)坐標(biāo)系統(tǒng)由美國國防部制圖局建立，WGS-84坐標(biāo)系是目前GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)和歷書參數(shù)等都是基于此坐標(biāo)系統(tǒng)的。原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點(diǎn)Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系。2023/12/945（1）世界大地坐標(biāo)系WGS-842023/12/946a=6378137±2（m）；GM=3986005×108m3s-2±0.6×108m3s-2；C20=-484.16685×10-6±1.3×10-9；J2=108263×10-8ω=7292115×10-11rads-1±0.150×10-11rads-1f=0.003352810664（2）1954年北京坐標(biāo)系原蘇聯(lián)采用過的1942年普爾科夫坐標(biāo)系。參考橢球是克拉索夫斯基橢球。高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準(zhǔn)面重新平差的結(jié)果為起算值，按我國天文水準(zhǔn)路線推算.高程又是以1956年青島驗(yàn)潮站的黃海平均海水面為準(zhǔn)。2023/12/947（2）1954年北京坐標(biāo)系1954北京坐標(biāo)系存在缺點(diǎn)主要表現(xiàn)：①橢球參數(shù)差異較大，不包含J2②橢球定向不十分明確，參考橢球面與我國地勢差異較大③該坐標(biāo)系統(tǒng)的大地點(diǎn)坐標(biāo)是經(jīng)過局部分區(qū)平差得到的。2023/12/948（3）1980年西安大地坐標(biāo)系地球橢球參數(shù)的四個(gè)幾何和物理參數(shù)采用了IAG1975年的推薦值，橢球的短軸平行于地球的自轉(zhuǎn)軸（由地球質(zhì)心指向1968.0JYD地極原點(diǎn)方向）起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面橢球面同似大地水準(zhǔn)面在我國境內(nèi)符合最好高程系統(tǒng)以1956年黃海平均海水面為高程起算基準(zhǔn)2023/12/949（3）1980年西安大地坐標(biāo)系2023/12/950（4）CGCS2000國家大地坐標(biāo)系CGCS2000(ChinaGeodeticCoordinateSystem2000)是全球地心坐標(biāo)系在我國的具體體現(xiàn).

原點(diǎn)為包括海洋和大氣的整個(gè)地球質(zhì)量中心Z軸指向BIHI1984.0定義的CTP.X軸為IERS參考子午面與通過原點(diǎn)且同Z軸正交的赤道面的交線.Y軸與X、Z軸構(gòu)成右手地心地固直角坐標(biāo)系.

2023/12/951（4）CGCS2000國家大地坐標(biāo)系2023/12/952樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識。12月-2312月-23Saturday,December9,2023人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。16:57:4316:57:4316:5712/9/20234:57:43PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2316:57:4316:57Dec-2309-Dec-23加強(qiáng)交通建設(shè)管理，確保工程建設(shè)質(zhì)量。16:57:4316:57:4316:57Saturday,December9,2023安全在于心細(xì)，事故出在麻痹。12月-2312月-2316:57:4316:57:43December9,2023踏實(shí)肯干，努力奮斗。2023年12月9日4:57下午12月-2312月-23追求至善憑技術(shù)開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務(wù)樹立形象。09十二月20234:57:43下午16:57:4312月-23嚴(yán)格把控質(zhì)量關(guān)，讓生產(chǎn)更加有保障。十二月234:57下午12月-2316:57December9,2023作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)記得牢，駕輕就熟除煩惱。2023/12/916:57:4316:57:4309December2023好的事情馬上就會到來，一切都是最好的安排。4:57:43下午4:57下午16:57:4312月-23專注今天，好好努力，剩下的交給時(shí)間。12月-2312月-2316:5716:57:4316:57:43Dec-23牢記安全之責(zé)，善謀安全之策，力務(wù)安全之實(shí)。2023/12/916:57:43Saturday,December9,2023相信相信得力量。12月-232023/12/916:57:4312月-23謝謝大家！生活中的辛苦阻撓不了