精测网测量与数据处理【非常好的一份（专业）资料】

高速铁路 (客运专线 ) 精测网测量与数据处理 高程和平面控制的内、外业特点 高程控制测量 平面控制测量 方式方法、劳动强度、难易程度 第 I部分 高程控制 高程基准 高程控制测量 数据质量控制 成果分析 高程基准 水准面 自然静止的液体表面构成水准面 ,其在物理意义上属于一个重力位等位 （ 等势 ） 的表面 。 水准面是个物理面 。 高程基准 我国的大地水准面 我国大地水准面定义为通过黄海平均海水面的水准面 ， 其是我国高程测量的基准面 、 起算面 。 高程基准 绝对高程和相对高程 高程 、 高差； 绝对高程 （ 或海拔 ） 、 相对高程 (假定高程 )。 高程基准 水准原点 水准原点 1956 年在青岛设立水准原点 ， 全国其他所有等级高程控制点的绝对高程都是根据青岛水准原点 ， 按水准观测方法进行推算的 。 我国先后使用两个高程基准 1959公布 、 水准原点高程 72.289m、 “ 56黄海高程基准 ” 1987公布 、 水准原点高程 72.2604m、 “ 85国家高程基准 ” 高程基准 高铁（客运专线）的高程基准 客运专线无碴轨道铁路工程测量暂行规定 （ 以下简称 暂规 ） 第 1.0.4条规定 “ 客运专线无碴轨道铁路工程测量的高程系统采用 1985国家高程基准 。 个别地段无 1985国家高程基准的水准点时 ， 可引用其它高程系统或以独立高程起算 ， 但在全线高程测量贯通后 ， 应消除断高 ， 换算成1985 国家高程基准；当采用 1985国家高程基准有困难时 ，亦应换算成全线统一的高程系统 。 高程控制测量 高程测量的主要方法 水准测量 ：利用水准仪的水平视线来测量两点间的高差 ， 进行高程的推算 。 三角高程测量：通过测量两点间的平距 （ 斜距 ）和竖直角 ， 再利用三角函数获取两点间的高差 ，进行高程的推算 。 高程控制测量 我国国家高程控制网概要 我国国家水准控制网共进行三期建设； 国家一等水准网共布设 289条 ， 总长 93360km， 埋设固定水准标石 2万余座； 国 家 二 等 水 准 网 共 布 设 1139条路线 ， 总长136368km， 埋设固定水准标石 33000多座； 国家一 、 二等水准网分等级平差 。 一等网大陆整体平差 ， 二等网以一等水准点为控制进行平差 。 高程控制测量 高铁的高程控制测量 暂规 对高铁的高程控制测量作了具体规定： 1、 全线按国家二等水准测量精度要求施测 ， 建立水准基点控制网； 2、 在 CPIII平面控制网布点完成后 ， 按精密水准测量精度 （ 界于国家二 、 三等水准测量精度之间 ）要求施测 ， 进行 CPIII高程测量 。 高程控制测量 高铁的高程控制测量 暂规 对高铁的高程控制测量的规定 高程控制主要采用水准测量方法 ， 部分高程控制采用跨河水准测量方法 。 高程控制测量 高铁的高程控制测量 暂规 4.2.5对高铁的高程控制网基准作如下规定 :水准基点控制网应以国家一等水准点为起算数据 ， 采用固定数据平差和 1985 国家高程基准； CPIII控制点应附合于水准基点控制网上 ， 采用固定数据平差 。 暂规 4.4规定：水准基点应按二等水准测量要求往返施测 。 二等水准路线一般 150km 与国家一等水准点联测一次 ， 最长不应超过 400km 联测一次 。 暂规 4.5规定： CPIII控制点高程测量工作应在 CPIII平面测量完成后进行，起闭于二等水准基点。 数据质量控制 水准测量的实施 通常从一个水准点开始 ， 按照一定的水准路线引测出所需其它水准点的高程 。 测站 、 转点 、 测段 、 水准线路 。 往返观测 、 双仪器高观测 。 数据质量控制 水准基点 测量的实施 按国家水准测量规范和 暂规 规定： 1. 二等水准测量只能采用往返测方式； 2. 采用 DS1级以上精度的水准仪； 3. 同一测段的往返测应分别在上午与下午进行 ， 如气象条件稳定 ， 往返测可同在上午或下午进行 ， 但这种里程的总站数不应超过该区段 （ 线路 ） 总站数的 30%。 数据质量控制 CPIII高程 测量的实施 CPIII的高程测量采用精密水准测量方法 ， 是一种界于国家二等和三等水准测量之间的等级水准测量 。 按 暂规 精神 ， 在作业实施上按二等水准方法执行 ， 只是在具体的精度要求指标上较二等水准有一定降低 。 数据质量控制 单一测站水准测量的检核 视线高度的要求、视距、视距差的要求、仪器标准： 数据质量控制 单一测站水准测量的检核 测站观测限差 数据质量控制 一条水准线路测量的检核 积累视距差的要求； 观测时间的要求； 测段往返测高差较差要求； 水准线路的高差闭合差要求。 数据质量控制 水准测量总体质量检核 每公里水准测量的偶然中误差； 每公里水准测量的全中误差。 数据质量控制 M和 Mw 符合规定 ， 表明沿线路的水准测量精度是合格的；如不符要求 ， 应对超限路线重测 。 经检查 ， 各项技术指标均合格的整网或分段的水准观测数据才可以进行内业的平差数据计算 。 复测成果分析 为了保证控制点提供的高程基准的正确性 ， 在工程建设的过程中 ， 经常需要对已有高程控制点进行复测和检测 ， 确保高程控制点的稳定 。 复测和检测在进行平差数据处理时 ， 引入的高程基准应与原成果一致 。 常用的复测和检测成果分析方法有两种：高差比对和高程比对 。 复测成果分析 高差比对用以比较分析相同高程点之间的高差 ，可以反映出地表相对高程变化； 高程比对用以比较分析相同高程点的高程 ， 可以反映出地表整体的高程变化 。 无论那种比对方式 ， 只有在比对差异超出相应等级水准测量精度的限差指标时 ， 才能说这种高差或变化是显著的 ， 并考虑更新高程成果 。 否则 ，应沿用原高程成果 。 复测成果分析 复测 、 检测与成果取舍：较差 （ 闭合差 ） 限制原则 、 成果最新原则 、 平均性原则 、 端点外推原则 。 测段复测与原测时间超过了三个月 ， 且复测高差与原测高差之差超过检测限差时 ， 须进行测段两端点可靠性的检测 。 检测测段长度小于 1km 时，按 1km 计算。 高程比对分析与增补点成果应用 复测成果分析 实际水准测量中使用高精度仪器进行低等级水准观测时 ， 如果计算得到的每公里 水准测量的偶然中误差 没有达到仪器应有的标称精度 ， 则应怀疑仪器的工作状况不正常 ， 即使总体上水准等级的精度指标满足了 ， 对水准观测的数据应该慎重使用 。 因为 ， 一台工作不正常的仪器 ， 提供的观测数据是不可靠的 。 复测成果分析 按规定提交技术总结 按规定上交资料 技术设计书 、 水准线路图 、 仪器检定报告副本 、 技术总结 、成果 （ 验收 ） 报告 、 观测数据和手薄 。 成果报告包括 点号 、 距离 、 往返测高差 、 往返测不符值 、限差 、 复测高差和原高差的成果比较 。 第 II部分 平面控制 位置基准与坐标系 平面控制测量 数据质量控制 数据平差与成果分析 位置基准与坐标系 参考椭球 水准面是个物理面 ， 不是数学面； 长期测量实践研究表明：地球形状极近似于一个两极稍扁的旋转随球 ， 即一个椭圆绕其短轴旋转而成的形体 。 旋转椭球面是可以用较简单的数学公式准确地表达出来 。 因而测量工作中就是用这样一个规则的曲面代替大地水准面作为测量计算的基准面 。 位置基准与坐标系 参考椭球 用来代表地球形状的旋转椭球称为大地椭球 ； 大地椭球的形态和大小由两个元素确定：长半径 a”和短半径 b”， 或由一个半径和扁率来决定 。 扁率 a”表示椭球的扁平程度 。 位置基准与坐标系 参考椭球 仅仅确定大地椭球的形态 ， 还不足以准确表述地表点位的相对和绝对关系 ， 还需要确定大地椭球和地球真实形体之间的相对位臵关系 （ 椭球定位和定向 ） 。 位置基准与坐标系 参考椭球 具有确定参数 ， 经过定位和定向 ， 同全球或某一地区大地水准面最佳拟合的地球椭球叫做参考椭球 。 目前世界上采用的参考椭球有很多个 。 位置基准与坐标系 坐标系 所谓坐标系 ， 包含两方面的内容：一是在把大地水准面上的测量成果化算到椭球体面上的计算工作中 ， 所采用的椭球的大小形状；二是椭球体与大地水准面的相关位臵不同 ， 对同一点的地理坐标所计算的结果将有不同的值 。 因此 ， 选定了一个参考椭球 ， 就确定了一个坐标系 。 位置基准与坐标系 坐标系 （ 空间 ） 以参考椭球为基准的坐标系叫做参心坐标系 。 参心坐标系分为空间直角坐标系和大地坐标系 ， 它们都与地球体固连 ， 又称为地固坐标系 。 以地心为原点的地固坐标系则称地心地固坐标系 ， 主要用于描述地面点的相对位臵 。 空间直角坐标用 （ x, y, z） 表示 ， 大地坐标用 （ B, L, H） 表示 ， 它们之间可以方便的相互转换 。 位置基准与坐标系 坐标系 （ 空间 ） 大地坐标系一点的位臵用纬度 B、 经度 L和大地高H表示 。 经线和纬线是地球表面上两组正交 （ 相交为 90 度 ） 的曲线 ， 这两组正交的曲线构成的坐标 ， 也称为地理坐标系 。 点沿法线至椭球面的距离为大地高 ， 若点在椭球面上 ， H=0。 位置基准与坐标系 坐标系 （ 空间 ） 空间直角坐标系以椭球中心 O为原点 ， 起始子午面与赤道面交线为 X轴 ， 在赤道面上与 X轴正交的方向为 Y轴 ， 椭球体的旋转轴为 Z轴 ， 构成右手坐标系 O-XYZ。 地球北极是地心地固坐标系的基准指向点 ， 地球北极的变动将引起坐标轴方向的变化 。 位置基准与坐标系 坐标系 （ 基准与框架 ） 地心地固坐标系是建立在一定的大地基准上的 ，用于表达地球表面空间位臵及其相对关系的数学参照系 。 这里谈到的大地基准是指能够最佳拟合地球形状的地球椭球的参数及椭球定位和定向 。具体的坐标参考框架是上述大地基准的一个物理实现 ， 它通过一系列高精度控制点的空间直角坐标或大地坐标来确定 。 位置基准与坐标系 坐标系 （ 基准与框架 ） 不同的坐标框架的建立可以是因为参考椭球形态选用不相同 ， 也可以是参考椭球的定向 、 定位不相同 。 我国的两种坐标系统的框架相对固定 。GPS定位系统采用的坐标框架有周期的更新 ， 但参考椭球参数没有变化 ， 只有定向上的细微变化 ，除非高精度的全球定位分析 ， 一般定位情况下对各坐标框架不做区别而是笼统地称为 WGS-84坐标框架 。 位置基准与坐标系 坐标系 （ 基准与框架 ） 不同的坐标框架之间可以通过转换参数实现其内坐标系的变换 。 任意一个坐标系都是在一定的坐标框架下 ， 通过一定的方式 （ 空间三维 、 大地坐标 、 高斯平面坐标 ） 来描述点位的绝对和相对位臵的 。 方式的不同 ， 决定了坐标系的种类不同 。 位置基准与坐标系 坐标系 （ 基准与框架 ） 高速铁路平面精密控制网涉及使用的坐标有： 1. 我国 54北京坐标系； 2. 我国 80西安坐标系； 3. 全球 IGS坐标系 （ 框架 IGS97、 IGS00、 IGS05， 其是用 GPS观测手段来对 ITRF97、 ITRF2000、 ITRF2005的一个实现或者确定 ） ； 4. 正在推广的国家 2000坐标系 。 位置基准与坐标系 坐标系 （ 平面 ） 测量上的计算和绘图 ， 要求最好在平面上进行 ，因而需要平面坐标投影 。 高斯投影实现了一种空间坐标到平面直角坐标的转换 ， 具有十分重要的应用意义 。 位置基准与坐标系 高斯投影的特点 中央经线和赤道为互相垂直的直线； 中央经线投影长度变形比等于 1， 即没有长度变形 ， 其余经线长度比均大于 1， 长度变形为正；在同一条经线上 ， 长度变形随纬度的降低而增大 ， 在赤道处为最大；在同一条纬线上 ， 长度变形随经差的增加而增大 ， 且增大速度较快； 面积变形也是距中央经线愈远 ， 变形愈大； 高斯投影后角度没有变形 。 位置基准与坐标系 高斯投影分带 为了保证地图的精度，采用分带投影方法，即将投影范围的东西界加以限制，使其变形不超过一定的限度，这样把许多带结合起来，可成为整个区域的投影。 我国的高铁平面精测网对投影长度变形有严格控制，要求最大变形比不超过 10mm/km。尽管可以通过细分投影带，或者抬高投影面高程的方式来限制投影长度变形比，但是，在平面直角坐标的使用过程中，这种方法将增加了大量的坐标换带计算工作。 位置基准与坐标系 高斯投影通用坐标 规定以中央经线为 X 轴 ， 赤道为 Y 轴 ， 两轴的交点为坐标原点 。 X坐标值在赤道以北为正 ， 以南为负； Y坐标值在中央经线以东为正 ， 以西为负 。 我国在北半球 ， X坐标皆为正值 。 为了避免 Y坐标出现负值 ， 将各带的坐标纵轴加一个常数 （ 100公里 -加常数 ） 。 又由于采用了分带方法 ， 某一坐标值 （ x， y） 在每一投影带中均有一个 ， 不能确切表示该点的位臵 。 因此 ， 在 Y值前需冠以带号 ， 这样的坐标称为通用坐标 。 位置基准与坐标系 坐标转换 （ 同一坐标系 ） 空间 空间直角坐标 大地坐标 空间与平面 高斯投影正 、 反算 平面 高斯换带计算 位置基准与坐标系 坐标转换 （ 同一坐标系 ） 空间直角坐标 大地坐标 位置基准与坐标系 坐标转换 （ 同一坐标系 ） 高斯投影正 、 反算 公式的形式复杂 ， 但早已实现程序模块化 ， 在众多测量程序中可方便互换 。 只要选定椭球形状参数 、 投影带宽和投影采用的中央子午线经度 ， 就可以计