第六章控制测量

1、n控制测量概述控制测量概述n导线测量导线测量n交会测量交会测量n三角网测量三角网测量n高程控制测量高程控制测量n全 球 定 位 系 统全 球 定 位 系 统（GPS）在控制）在控制测量中的应用测量中的应用第六章第六章 控制测量控制测量 Control Survey nOverviewnTraverse surveynIntersectionnTriangulation nVertical control surveynApplication of Global Positioning System (GPS) in control survey 6.1 控控 制制 测测 量量 概概 述述 Ov

2、erview 由于任何一种测量工作都会产生误差，所以必须采取一定的程序由于任何一种测量工作都会产生误差，所以必须采取一定的程序和方法，即遵循一定的测量实施原则，以防止误差的积累。例如从一和方法，即遵循一定的测量实施原则，以防止误差的积累。例如从一个碎部点开始逐点进行测量，最后虽然也能得到欲测点的坐标，但这个碎部点开始逐点进行测量，最后虽然也能得到欲测点的坐标，但这种做法显然是不对的。因为前一点的测量误差，必然会传递到下一点，种做法显然是不对的。因为前一点的测量误差，必然会传递到下一点，这样积累起来，最后有可能达到不可容许的程度。因此，为了防止误这样积累起来，最后有可能达到不可容许的程度。因此，

3、为了防止误差的积累，提高测量精度，在实际测量中必须遵循差的积累，提高测量精度，在实际测量中必须遵循“从整体到局部，从整体到局部，先控制后碎部先控制后碎部”的测量实施原则，即先在测区内建立控制网，以控制的测量实施原则，即先在测区内建立控制网，以控制网为基础，分别从各个控制点开始施测控制点附近的碎部点。网为基础，分别从各个控制点开始施测控制点附近的碎部点。 在测量工作中，首先在测区内选择一些具有控制意义的点，组成在测量工作中，首先在测区内选择一些具有控制意义的点，组成一定的几何图形，形成测区的骨架，用相对精确的测量手段和计算方一定的几何图形，形成测区的骨架，用相对精确的测量手段和计算方法，在统一坐

4、标系中，确定这些点的平面坐标和高程，然后以它为基法，在统一坐标系中，确定这些点的平面坐标和高程，然后以它为基础来测定其它地面点的点位或进行施工放样，或其它测量工作。其中，础来测定其它地面点的点位或进行施工放样，或其它测量工作。其中，这些具有控制意义的点称为控制点；由控制点组成的几何图形称为控这些具有控制意义的点称为控制点；由控制点组成的几何图形称为控制网；对控制网进行布设、观测、计算，确定控制点位置的工作称为制网；对控制网进行布设、观测、计算，确定控制点位置的工作称为控制测量。控制测量。(在整个测区范围内测定一些起控制作用的点的精确位在整个测区范围内测定一些起控制作用的点的精确位置置。) 通过

5、控制测量可以确定地球的形状和大小；在碎通过控制测量可以确定地球的形状和大小；在碎部测量中，专门为地形测图而布设的控制网称为图根控部测量中，专门为地形测图而布设的控制网称为图根控制网，相应的控制测量工作称为图根控制测量；专门为制网，相应的控制测量工作称为图根控制测量；专门为工程施工而布设的控制网称之为施工控制网，施工控制工程施工而布设的控制网称之为施工控制网，施工控制网可以作为施工放样和变形监测的依据。由此可见，控网可以作为施工放样和变形监测的依据。由此可见，控制测量起到控制全局和限制误差积累的作用，为各项具制测量起到控制全局和限制误差积累的作用，为各项具体测量工作和科学研究提供依据。体测量工作

6、和科学研究提供依据。 控制测量分为控制测量分为平面控制测量平面控制测量和和高程控制测量高程控制测量。平。平面控制测量确定控制点的平面坐标，高程控制测量确定面控制测量确定控制点的平面坐标，高程控制测量确定控制点的高程。在传统测量工作中，平面控制与高程控控制点的高程。在传统测量工作中，平面控制与高程控制网通常分别单独布设；目前，有时候也将两种控制网制网通常分别单独布设；目前，有时候也将两种控制网合起来布设成三维控制网。合起来布设成三维控制网。 一、平面控制测量一、平面控制测量 在传统测量工作中，平面控制通常采用三角网测量、导线测量和交会在传统测量工作中，平面控制通常采用三角网测量、导线测量和交会测

7、量等常规方法建立。必要时，还要进行天文测量。目前，全球定位系统测量等常规方法建立。必要时，还要进行天文测量。目前，全球定位系统GPS（Global Positioning System）已成为建立平面控制网的主要方法。）已成为建立平面控制网的主要方法。 1三角网测量三角网测量 三角网测量是在地面上选定一系列的控制点，构成相互连接的若干个三角网测量是在地面上选定一系列的控制点，构成相互连接的若干个三角形，组成各种网（锁）状图形；通过观测三角形的内角或（和）边长，三角形，组成各种网（锁）状图形；通过观测三角形的内角或（和）边长，再根据已知控制点的坐标、起始边的边长和坐标方位角，经解算三角形和再根据

8、已知控制点的坐标、起始边的边长和坐标方位角，经解算三角形和坐标方位角推算可得到三角形各边的边长和坐标方位角，进而由直角坐标坐标方位角推算可得到三角形各边的边长和坐标方位角，进而由直角坐标正算公式计算待定点的平面坐标。三角形的各个顶点称为三角点，各三角正算公式计算待定点的平面坐标。三角形的各个顶点称为三角点，各三角形连成网状的称为三角网（图形连成网状的称为三角网（图6-1），联成锁状的称为三角锁（图），联成锁状的称为三角锁（图6-2）。）。按观测值的不同，三角网测量可分为三角测量、三边测量和边角测量。按观测值的不同，三角网测量可分为三角测量、三边测量和边角测量。 2导线测量导线测量 将控制点用直

9、线连接起来形成折线，称为导线将控制点用直线连接起来形成折线，称为导线，这些控制点称为导线，这些控制点称为导线点，点间的折线边称为导线边，相邻导线边之间的夹角称为转折角（又称点，点间的折线边称为导线边，相邻导线边之间的夹角称为转折角（又称导线折角，导线角）。另外，与坐标方位角已知的导线边（称为定向边）导线折角，导线角）。另外，与坐标方位角已知的导线边（称为定向边）相连接的转折角，称为连接角（又称定向角）。通过观测导线边的边长和相连接的转折角，称为连接角（又称定向角）。通过观测导线边的边长和转折角，根据起算数据经计算而获得导线点的平面坐标，即为导线测量。转折角，根据起算数据经计算而获得导线点的平面

10、坐标，即为导线测量。导线测量布设简单、每点仅需与前、后两点通视，选点方便，特别是在隐导线测量布设简单、每点仅需与前、后两点通视，选点方便，特别是在隐蔽地区和建筑物多而通视困难的城市，应用起来方便灵活。蔽地区和建筑物多而通视困难的城市，应用起来方便灵活。 3交会测量交会测量 交会测量即利用交会定点法来加密平面控制点。通过观测水平角确交会测量即利用交会定点法来加密平面控制点。通过观测水平角确定交会点平面位置的称为测角交会；通过测边确定交会点平面位置的称定交会点平面位置的称为测角交会；通过测边确定交会点平面位置的称为测边交会；通过边长和水平角同测来确定交会点平面位置的称为边角为测边交会；通过边长和水

11、平角同测来确定交会点平面位置的称为边角交会。交会。 4天文测量天文测量 天文测量是在地面点上架设仪器，通过观测天体（如恒星、太阳）天文测量是在地面点上架设仪器，通过观测天体（如恒星、太阳）并记录观测瞬间的时刻，来确定地面点的天文经度、天文纬度和该点至并记录观测瞬间的时刻，来确定地面点的天文经度、天文纬度和该点至相邻点的方位角。天文经度的观测结果，可以用来推算天文大地垂线偏相邻点的方位角。天文经度的观测结果，可以用来推算天文大地垂线偏差，用于将地面上的观测值归算到天文椭球面上。由天文经度、天文纬差，用于将地面上的观测值归算到天文椭球面上。由天文经度、天文纬度和方位角的观测成果，可以推算大地方位角

12、，用来控制地面大地网中度和方位角的观测成果，可以推算大地方位角，用来控制地面大地网中方位误差的积累。方位误差的积累。 5GPS测量测量 GPS测量是以分布在空中的多个测量是以分布在空中的多个GPS卫星为观测目标来确定地面点卫星为观测目标来确定地面点三维坐标的定位方法。三维坐标的定位方法。20世纪世纪80年代末，全球卫星定位系统（年代末，全球卫星定位系统（GPS）开始在我国用于建立平面控制网。目前，开始在我国用于建立平面控制网。目前， GPS已成为建立平面控制网已成为建立平面控制网的主要方法。应用的主要方法。应用GPS 定位技术建立的控制网称为定位技术建立的控制网称为GPS 控制网，按其控制网，

13、按其精度分为精度分为 A、B、C、D、E 五个不同精度等级的五个不同精度等级的GPS控制网。在全国范控制网。在全国范围内，已建立了国家（围内，已建立了国家（GPS）A级网级网27个点、个点、B级网级网818个点，国家个点，国家（GPS）A级网的分布如图级网的分布如图6-4所示。所示。 在全国范围内布设的平面控制网，称为国家平面控制网，我国原在全国范围内布设的平面控制网，称为国家平面控制网，我国原有国家平面控制网主要按三角网方法布设，分为有国家平面控制网主要按三角网方法布设，分为四个等级四个等级，其中一等，其中一等三角网精度最高，二、三、四等精度逐级降低。一等三角网由沿经线、三角网精度最高，二、

14、三、四等精度逐级降低。一等三角网由沿经线、纬线方向的三角锁构成，并在锁段交叉处测定起始边，如图纬线方向的三角锁构成，并在锁段交叉处测定起始边，如图7-3所示，所示， 三角形平均边长为三角形平均边长为2025km。一等三角网不仅作为低等级平面控制。一等三角网不仅作为低等级平面控制网的基础，还为研究地球形状和大小提供重要的科学资料；二等三角网的基础，还为研究地球形状和大小提供重要的科学资料；二等三角网布设在一等三角锁所围成的范围内，构成全面三角网，平均边长为网布设在一等三角锁所围成的范围内，构成全面三角网，平均边长为13km。二等三角网是扩展低等平面控制网的基础；三、四等三角网。二等三角网是扩展低

15、等平面控制网的基础；三、四等三角网的布设采用插网和插点的方法，作为一、二等三角网的进一步加密，的布设采用插网和插点的方法，作为一、二等三角网的进一步加密，三等三角网平均边长三等三角网平均边长8km，四等三角网平均边长，四等三角网平均边长26km。 四等三角四等三角点每点控制面积约为点每点控制面积约为1520km2，可以满足，可以满足1:10 000和和1:5 000比比例尺地形测图需要。例尺地形测图需要。 在城市地区，为满足在城市地区，为满足1:5001:2 000比例尺地形测图和城市建比例尺地形测图和城市建设施工放样的需要，应进一步布设城市平面控制网。城市平面控制网设施工放样的需要，应进一步

16、布设城市平面控制网。城市平面控制网在国家控制网的控制下布设，按城市范围大小布设不同等级的平面控在国家控制网的控制下布设，按城市范围大小布设不同等级的平面控制网，分为二、三、四等三角网或三、四等导线网和一、二级小三角制网，分为二、三、四等三角网或三、四等导线网和一、二级小三角网或一、二、三级导线网。城市三角测量和导线测量的主要技术指标网或一、二、三级导线网。城市三角测量和导线测量的主要技术指标见表见表7-1和表和表7-2。 在小于在小于10Km2的范围内建立的控制网，称为的范围内建立的控制网，称为小区域控制网。在这个范围内，水准面可视为水小区域控制网。在这个范围内，水准面可视为水平面，采用平面直

17、角坐标系，计算控制点的坐标，平面，采用平面直角坐标系，计算控制点的坐标，不需将测量成果归算到高斯平面上。小区域平面不需将测量成果归算到高斯平面上。小区域平面控制网，应尽可能与国家控制网或城市控制网联控制网，应尽可能与国家控制网或城市控制网联测，将国家或城市高级控制点坐标作为小区域控测，将国家或城市高级控制点坐标作为小区域控制网的起算和校核数据。如果测区内或测区附近制网的起算和校核数据。如果测区内或测区附近无高级控制点，或联测较为困难，也可建立独立无高级控制点，或联测较为困难，也可建立独立平面控制网。平面控制网。 二、高程控制测量二、高程控制测量 高程控制主要通过水准测量方法建立，而在地形起伏大

18、、直接利用水准高程控制主要通过水准测量方法建立，而在地形起伏大、直接利用水准测量较困难的地区建立低精度的高程控制网，以及图根高程控制网，可采测量较困难的地区建立低精度的高程控制网，以及图根高程控制网，可采用三角高程测量方法建立。用三角高程测量方法建立。 在全国范围内采用水准测量方法建立的高程控制网，称为国家水准网。在全国范围内采用水准测量方法建立的高程控制网，称为国家水准网。国家水准网遵循从整体到局部、由高级到低级、逐级控制、逐级加密的原国家水准网遵循从整体到局部、由高级到低级、逐级控制、逐级加密的原则分四个等级布设，各等级水准网一般要求自身构成闭合环线或闭合于高则分四个等级布设，各等级水准网

19、一般要求自身构成闭合环线或闭合于高一级水准路线上构成环形。国家一、二等水准网采用精密水准测量建立，一级水准路线上构成环形。国家一、二等水准网采用精密水准测量建立，是研究地球形状和大小、海洋平均海水面变化的重要资料，同时根据重复是研究地球形状和大小、海洋平均海水面变化的重要资料，同时根据重复测量的结果，可以研究地壳的垂直形变规律，是地震预报的重要数据。国测量的结果，可以研究地壳的垂直形变规律，是地震预报的重要数据。国家一等水准网如图家一等水准网如图6-5所示。国家三、四等水准网直接为地形测图和工程所示。国家三、四等水准网直接为地形测图和工程建设提供高程控制点。建设提供高程控制点。在国家水准测量的

20、基础上，城市高程控制测量分为二、三、四等，根据城在国家水准测量的基础上，城市高程控制测量分为二、三、四等，根据城市范围的大小，城市首级高程控制网可布设成二等或三等水准网，用三等市范围的大小，城市首级高程控制网可布设成二等或三等水准网，用三等或四等水准网作进一步加密，在四等以下再布设直接为测绘大比例尺地形或四等水准网作进一步加密，在四等以下再布设直接为测绘大比例尺地形图用的图根水准网。城市各等级水准测量的主要技术要求如表图用的图根水准网。城市各等级水准测量的主要技术要求如表6-3所示。所示。在小区域范围内建立高程控制网，应根据测区面积大小和工程要求，采用在小区域范围内建立高程控制网，应根据测区面

21、积大小和工程要求，采用分级建立的方法。一般情况下，是以国家或城市等级水准点为基础，在整分级建立的方法。一般情况下，是以国家或城市等级水准点为基础，在整个测区建立三、四等水准网或水准路线，用图根水准测量或三角高程测量个测区建立三、四等水准网或水准路线，用图根水准测量或三角高程测量测定图根点的高程。测定图根点的高程。 三、控制测量的一般作业步骤三、控制测量的一般作业步骤 控制测量作业包括技术设计、实地选点、标石埋设、观测和平差计算等主控制测量作业包括技术设计、实地选点、标石埋设、观测和平差计算等主要步骤。在常规的高等级平面控制测量中，当某些方向受到地形条件限制不要步骤。在常规的高等级平面控制测量中

22、，当某些方向受到地形条件限制不能使相邻控制点间直接通视时，需要在控制点上建造测标。采用能使相邻控制点间直接通视时，需要在控制点上建造测标。采用GPS定位技定位技术建立平面控制网，由于不要求相邻控制点间通视，因此不需要建立测标。术建立平面控制网，由于不要求相邻控制点间通视，因此不需要建立测标。 控制测量的技术设计主要包括精度指标的确定和控制网的网形设计。在实控制测量的技术设计主要包括精度指标的确定和控制网的网形设计。在实际工作中，控制网的等级和精度标准应根据测区大小和控制网的用途来确定。际工作中，控制网的等级和精度标准应根据测区大小和控制网的用途来确定。当测区范围较大时，为了既能使控制网形成一个

23、整体，又能相互独立地进行当测区范围较大时，为了既能使控制网形成一个整体，又能相互独立地进行工作，必须采用工作，必须采用“从整体到局部，分级布网，逐级控制从整体到局部，分级布网，逐级控制”的布网程序。若测的布网程序。若测区面积不大，也可布设同级全面网。控制网网形设计是在收集测区的地形图、区面积不大，也可布设同级全面网。控制网网形设计是在收集测区的地形图、已有控制点成果及测区的人文、地理、气象、交通、电力等等资料的基础上，已有控制点成果及测区的人文、地理、气象、交通、电力等等资料的基础上，进行控制网的图上设计。首先在地形图上标出已有的控制点和测区范围，再进行控制网的图上设计。首先在地形图上标出已有

24、的控制点和测区范围，再根据测量目的对控制网的具体要求，结合地形条件在图上设计出控制网的形根据测量目的对控制网的具体要求，结合地形条件在图上设计出控制网的形式和选定控制点的位置，然后到实地踏勘，判明图上标定的已知点是否与实式和选定控制点的位置，然后到实地踏勘，判明图上标定的已知点是否与实地相符，并查明标石是否完好；查看预选的路线和控制点点位是否合适，通地相符，并查明标石是否完好；查看预选的路线和控制点点位是否合适，通视是否良好；如有必要再作适当的调整并在图上标明。根据图上设计的控制视是否良好；如有必要再作适当的调整并在图上标明。根据图上设计的控制网方案，到实地选点，确定控制点的最适宜位置。控制点

25、点位一般应满足：网方案，到实地选点，确定控制点的最适宜位置。控制点点位一般应满足：点位稳定，等级控制点应能长期保存；便于扩展、加密和观测。经选点确定点位稳定，等级控制点应能长期保存；便于扩展、加密和观测。经选点确定的控制点点位，要进行标石埋设，将它们在地面上固定下来。控制点的测量的控制点点位，要进行标石埋设，将它们在地面上固定下来。控制点的测量成果以标石中心的标志为准，因此标石的埋设、保存至关重要。标石类型很成果以标石中心的标志为准，因此标石的埋设、保存至关重要。标石类型很多，按控制网种类、等级和埋设地区地表条件的不同而有所差别，图多，按控制网种类、等级和埋设地区地表条件的不同而有所差别，图6

26、-6至至图图6-10是一些标石的埋设图。是一些标石的埋设图。 控制网中控制点的坐标或高程是由起算数据和观测数据经平差计控制网中控制点的坐标或高程是由起算数据和观测数据经平差计算得到的。控制网中只有一套必要起算数据（三角网中已知一个点算得到的。控制网中只有一套必要起算数据（三角网中已知一个点的坐标、一条边的边长和一边的坐标方位角；水准网中已知一个点的坐标、一条边的边长和一边的坐标方位角；水准网中已知一个点的高程）的控制网称为独立网。如果控制网中多于一套必要起算数的高程）的控制网称为独立网。如果控制网中多于一套必要起算数据，则这种控制网称为附合网。控制网中的观测数据按控制网的种据，则这种控制网称为

27、附合网。控制网中的观测数据按控制网的种类不同而不同，有水平角或方向、边长、高差以及三角高程的竖直类不同而不同，有水平角或方向、边长、高差以及三角高程的竖直角或天顶距。观测工作完成后，应对观测数据进行检核，保证观测角或天顶距。观测工作完成后，应对观测数据进行检核，保证观测成果满足要求，然后进行平差计算。对于高等级控制网需进行严密成果满足要求，然后进行平差计算。对于高等级控制网需进行严密平差计算（由测量平差课程讲述），而低等级的控制网（例如图根平差计算（由测量平差课程讲述），而低等级的控制网（例如图根控制网）允许采用近似平差计算。控制网）允许采用近似平差计算。 控制测量作业应遵循的测量规范有控制测

28、量作业应遵循的测量规范有国家三角测量和精密导线国家三角测量和精密导线测量规范测量规范、国家一、二等水准测量规范国家一、二等水准测量规范、国家三、四等水国家三、四等水准测量规范准测量规范、城市测量规范城市测量规范、工程测量规范工程测量规范以及以及全球全球定位系统（定位系统（GPS）测量规范）测量规范等。等。 四、平面控制点坐标计算基础四、平面控制点坐标计算基础 在控制网平差计算中，必须进行坐标方位在控制网平差计算中，必须进行坐标方位角的推算和平面坐标的正、反算。角的推算和平面坐标的正、反算。1坐标方位角的推算坐标方位角的推算 2平面直角坐标正、反算平面直角坐标正、反算 一、导线的布设形式一、导线

29、的布设形式 导线：导线：相邻控制点连成直线而形成的折线。相邻控制点连成直线而形成的折线。 控制点（导线点）、直线（导线边）、夹角（转折角）控制点（导线点）、直线（导线边）、夹角（转折角） 导线可被布设成单一导线和导线网。两条以上导线的汇聚点，称为导导线可被布设成单一导线和导线网。两条以上导线的汇聚点，称为导线的结点。单一导线与导线网的区别，在于导线网具有结点，而单一导线的结点。单一导线与导线网的区别，在于导线网具有结点，而单一导线则不具有结点。线则不具有结点。 按照不同的情况和要求，按照不同的情况和要求， 单一导线可被布设为附合导线、闭合导线和单一导线可被布设为附合导线、闭合导线和支导线。导线

30、网可被布设为自由导线网和附合导线网。支导线。导线网可被布设为自由导线网和附合导线网。 1.附合导线附合导线 如图如图7-13a所示，导线起始于一个已知控制点而终止于另一个已知控制所示，导线起始于一个已知控制点而终止于另一个已知控制点。已知控制点上可以有一条边或几条边定向边与之相连接，也可以没点。已知控制点上可以有一条边或几条边定向边与之相连接，也可以没有定向边与之相连接。有定向边与之相连接。 2. 2.闭合导线闭合导线 如图如图7-13b所示，由一个已知控制点出发，最终又回到这一点，形成一所示，由一个已知控制点出发，最终又回到这一点，形成一个闭合多边形。在闭合导线的已知控制点上至少应有一条定向

31、边与之相个闭合多边形。在闭合导线的已知控制点上至少应有一条定向边与之相连接。应该指出，由于闭合导线是一种可靠性极差的控制网图形，在实连接。应该指出，由于闭合导线是一种可靠性极差的控制网图形，在实际测量工作中应避免单独使用。际测量工作中应避免单独使用。6.2 导 线 测 量 Traverse survey 3. 3.支导线支导线 如图如图7-13c7-13c所示，从一个已知控制点出发，既不附合于另一个所示，从一个已知控制点出发，既不附合于另一个已知控制点，也不闭合于原来的起始控制点。由于支导线缺乏检核已知控制点，也不闭合于原来的起始控制点。由于支导线缺乏检核条件条件, ,故一般只限于地形测量的图

32、根导线中采用。故一般只限于地形测量的图根导线中采用。 4. 4.附合导线网附合导线网 如图如图7-13d7-13d所示，附合导线网具有一个以上已知控制点或具有附合所示，附合导线网具有一个以上已知控制点或具有附合条件。条件。 5. 5.自由导线网自由导线网 如图如图7 713e13e所示，自由导线网仅有一个已知控制点和一个起始所示，自由导线网仅有一个已知控制点和一个起始方位角。方位角。 导线网中只含有一个结点的导线网，称之为导线网中只含有一个结点的导线网，称之为单结点导线网单结点导线网，多，多于一个结点的导线网，称之为于一个结点的导线网，称之为多结点导线网多结点导线网。导线节是组成导线网。导线节

33、是组成导线网的基本单元，它是指导线网内两端点中至少有一个点是结点，另一的基本单元，它是指导线网内两端点中至少有一个点是结点，另一点是结点或已知点的一段导线。应该指出，与闭合导线类似，自由点是结点或已知点的一段导线。应该指出，与闭合导线类似，自由导线网是一种可靠性极差的控制网图形，在实际测量工作中应避免导线网是一种可靠性极差的控制网图形，在实际测量工作中应避免单独使用。单独使用。 6.5 6.5 高高 程程 控控 制制 测测 量量 Vertical control survey 高程控制测量主要采用水准测量和三角高程测量方法，测定各等级高程控制测量主要采用水准测量和三角高程测量方法，测定各等级水

34、准点和平面控制点的高程。按用途可分为国家高程控制测量、城市水准点和平面控制点的高程。按用途可分为国家高程控制测量、城市高程控制测量和工程高程控制测量。国家水准测量按精度可分为国家高程控制测量和工程高程控制测量。国家水准测量按精度可分为国家一、二、三、四等，城市水准测量按精度分为二、三、四等以及用于一、二、三、四等，城市水准测量按精度分为二、三、四等以及用于地形测量的图根水准测量。工程水准测量按精度分为二、三、四、五地形测量的图根水准测量。工程水准测量按精度分为二、三、四、五等以及用于地形测量的图根水准测量。三角高程用于测定各等级平面等以及用于地形测量的图根水准测量。三角高程用于测定各等级平面控

35、制点的高程。在城市和工程高程控制测量中，光电测距高程导线，控制点的高程。在城市和工程高程控制测量中，光电测距高程导线，采用对向观测或中间设站观测，可以代替四等及四等以下水准测量。采用对向观测或中间设站观测，可以代替四等及四等以下水准测量。 国家高程系统，现采用国家高程系统，现采用“19851985国家高程基准国家高程基准”。城市和工程高程。城市和工程高程控制，凡有条件的都应采用国家高程系统。控制，凡有条件的都应采用国家高程系统。 一、水准测量路线的布设一、水准测量路线的布设 水准测量路线的布设分为单一水准路线和水准网。单一水准路线的形式水准测量路线的布设分为单一水准路线和水准网。单一水准路线的

36、形式有三种，即附合水准路线、支水准路线和闭合水准路线。如果是从一个有三种，即附合水准路线、支水准路线和闭合水准路线。如果是从一个已知高程的水准点开始，沿一条路线进行水准测量，以测定其它若干水已知高程的水准点开始，沿一条路线进行水准测量，以测定其它若干水准点的高程，最后联测至另外一个已知高程的水准点上，称为附合水准准点的高程，最后联测至另外一个已知高程的水准点上，称为附合水准路线（图路线（图6 635a35a）。如果最后没有联测到已知高程的水准点，则称之为）。如果最后没有联测到已知高程的水准点，则称之为支水准路线（图支水准路线（图6 636c36c）。为了对水准测量成果进行检核，支水准路线）。为

37、了对水准测量成果进行检核，支水准路线必须进行往返观测或单程双转点观测。从一个已知高程的水准点开始，必须进行往返观测或单程双转点观测。从一个已知高程的水准点开始，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线若干水准点的高程，最后又回沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线若干水准点的高程，最后又回到起始水准点上，称之为闭合水准路线（图到起始水准点上，称之为闭合水准路线（图6 635b35b）。）。水准网由若干条单一水准路线相互连接构成。单一路线相互连接的交点水准网由若干条单一水准路线相互连接构成。单一路线相互连接的交点称为结点。在水准网中，如果只有一个已知高程的水准点，则称为独立称为结点。在水准网中，如果只

38、有一个已知高程的水准点，则称为独立水准网（图水准网（图6 635d35d）；如果已知高程的水准点的数目多于一个，则称为）；如果已知高程的水准点的数目多于一个，则称为附合水准网（图附合水准网（图6 635e35e）。）。 二、水准测量的观测二、水准测量的观测 一、二等水准测量采用精密水准仪和因瓦水准尺，用光学测微法读一、二等水准测量采用精密水准仪和因瓦水准尺，用光学测微法读数，进行往返观测。三、等水准测量采用中丝读数法，进行往返观测，数，进行往返观测。三、等水准测量采用中丝读数法，进行往返观测，当用光学测微法观测时，也可以用单程双转点法观测。四等水准测量采当用光学测微法观测时，也可以用单程双转点

39、法观测。四等水准测量采用中丝读数法，当水准路线为附合路线或闭合路线时，可只进行单程观用中丝读数法，当水准路线为附合路线或闭合路线时，可只进行单程观测。测。 三、跨河水准测量三、跨河水准测量 凡跨越江河、洼地、山谷等障碍地段的水准测量，统称为跨河水准凡跨越江河、洼地、山谷等障碍地段的水准测量，统称为跨河水准测量。由于跨江河、洼地、山谷等障碍物的视线较长，使观测时前、后测量。由于跨江河、洼地、山谷等障碍物的视线较长，使观测时前、后视线不能相等，仪器视线不能相等，仪器i角误差的影响随着视线长度的增长而增长，跨越障角误差的影响随着视线长度的增长而增长，跨越障碍物的视线大大加长，必然使大气垂直折光的影响

40、增大，这种影响随着碍物的视线大大加长，必然使大气垂直折光的影响增大，这种影响随着地面覆盖物、水面情况和视线高度等因素的不同而不同，同时还随空气地面覆盖物、水面情况和视线高度等因素的不同而不同，同时还随空气温度的变化而变化；视线长度的增大，水准标尺上的分划在望远镜中所温度的变化而变化；视线长度的增大，水准标尺上的分划在望远镜中所成的像就显得非常小，甚至无法辩认，因而也就难以精确照准水准标尺成的像就显得非常小，甚至无法辩认，因而也就难以精确照准水准标尺分划和无法读数。基于上述原因，水准测量规范规定：当一、二等水准分划和无法读数。基于上述原因，水准测量规范规定：当一、二等水准路线跨越江河、峡谷、湖泊

41、、洼地等障碍物的视线长度在路线跨越江河、峡谷、湖泊、洼地等障碍物的视线长度在100m以内时，以内时，可用一般观测方法进行施测，但在测站上应变换一次仪器高，观测两次可用一般观测方法进行施测，但在测站上应变换一次仪器高，观测两次的高差之差应不超过的高差之差应不超过1.5mm，取用两次观测高差的中数。若视线长度超，取用两次观测高差的中数。若视线长度超过过100m时，则应根据视线长度和仪器设备情况，选用特殊的方法进行时，则应根据视线长度和仪器设备情况，选用特殊的方法进行观测。观测。 四、水准测量数据处理四、水准测量数据处理水准测量数据处理的目的是为了检查外业观测成果的质量，消除观测数据水准测量数据处理

42、的目的是为了检查外业观测成果的质量，消除观测数据中的系统误差，对偶然误差进行平差处理，以及对观测成果和平差结果进中的系统误差，对偶然误差进行平差处理，以及对观测成果和平差结果进行精度评定。通常按下列步骤进行：行精度评定。通常按下列步骤进行：（1）首先按照规范要求对外业观测成果进行检查与核算，确保无误并符）首先按照规范要求对外业观测成果进行检查与核算，确保无误并符合限差要求。合限差要求。（2）经过各项改正计算，消除观测数据中的系统误差。其中包括水准标）经过各项改正计算，消除观测数据中的系统误差。其中包括水准标尺尺1m长度的改正和对三等以上的观测高差加入正常位水准面不平行改正，长度的改正和对三等以

43、上的观测高差加入正常位水准面不平行改正，从而计算出消除系统误差后的观测高差。从而计算出消除系统误差后的观测高差。（3）对观测精度进行评定，其中包括计算附合路线闭合差、往返测不符）对观测精度进行评定，其中包括计算附合路线闭合差、往返测不符值、进而计算每公里高差中数的偶然中误差和全中误差。值、进而计算每公里高差中数的偶然中误差和全中误差。（4）以消除系统误差后的观测高差为观测数据，对水准路线或水准网进）以消除系统误差后的观测高差为观测数据，对水准路线或水准网进行平差计算，求出高差的平差值和各待定点平差后的高程值。行平差计算，求出高差的平差值和各待定点平差后的高程值。（5）对平差后的高差和高程进行精

44、度评定，计算出高差和高程的中误差。）对平差后的高差和高程进行精度评定，计算出高差和高程的中误差。 水准网平差的基本方法有以最小二乘原理为基础的条件平差法、间接平水准网平差的基本方法有以最小二乘原理为基础的条件平差法、间接平差法（见差法（见3.6）和单一水准路线平差法、单结点水准网平差法、等权代）和单一水准路线平差法、单结点水准网平差法、等权代替水准网平差法等适宜手工解算的平差方法。替水准网平差法等适宜手工解算的平差方法。五、三角高程测量的应用五、三角高程测量的应用 三角高程测量一般是在平面控制网的基础上布设，分为独立交会高三角高程测量一般是在平面控制网的基础上布设，分为独立交会高程点、附合或闭

45、合三角高程路线和三角高程网，用于测定平面控制点的程点、附合或闭合三角高程路线和三角高程网，用于测定平面控制点的高程，其高程计算方法与相应的水准网的计算方法基本相同，所不同的高程，其高程计算方法与相应的水准网的计算方法基本相同，所不同的是其定权方法不同。是其定权方法不同。 三角高程单向观测边的高差的权为：三角高程单向观测边的高差的权为：而双向观测边的高差的权为：而双向观测边的高差的权为：式中，式中，S为边长，以千米为单位，为边长，以千米为单位，C为常数。为常数。 22SCP 2SCP 6.6 全球定位系统（全球定位系统（GPS）在控制测量中的应用）在控制测量中的应用 Application of

46、 Global Positioning System (GPS) in control survey全球定位系统（全球定位系统（GPS, Global Positioning SystemGPS, Global Positioning System）是美国）是美国国防部研制的借助于分布在空中的多个国防部研制的借助于分布在空中的多个GPSGPS卫星确定地面点卫星确定地面点位置的一种新型定位系统。与常规方法相比，位置的一种新型定位系统。与常规方法相比，GPSGPS定位技术定位技术建立控制网的特点是：自动化程度高、全天候、高精度、定建立控制网的特点是：自动化程度高、全天候、高精度、定位速度快、布点灵

47、活和操作方便等。本节简要介绍位速度快、布点灵活和操作方便等。本节简要介绍GPSGPS定位定位技术在控制测量中的应用。技术在控制测量中的应用。 一、一、GPS系统的组成系统的组成 GPSGPS系统由三部分组成，即空中系统由三部分组成，即空中GPSGPS卫星星座、地面监控部分和用户卫星星座、地面监控部分和用户设备部分（设备部分（GPSGPS接收机）。接收机）。 1. GPS1. GPS卫星星座卫星星座 GPSGPS卫星星座由卫星星座由2424颗卫星构成，其中颗卫星构成，其中2121颗工作卫星，颗工作卫星，3 3颗备用卫星，颗备用卫星，2424颗卫星均匀分布在颗卫星均匀分布在6 6个轨道面上（如图个

48、轨道面上（如图6-416-41所示），轨道面倾角为所示），轨道面倾角为5555，各轨道面之间相距各轨道面之间相距6060，轨道平均高度，轨道平均高度20200km20200km，卫星运行周期为，卫星运行周期为1111小时小时5858分恒星时。上述分恒星时。上述GPSGPS卫星的空间配置，保证了在地球上任何地点、任何卫星的空间配置，保证了在地球上任何地点、任何时刻至少均能同时观测到时刻至少均能同时观测到4 4颗颗GPSGPS卫星，以满足精密导航与定位的需要。卫星，以满足精密导航与定位的需要。每颗每颗GPSGPS卫星上装备有卫星上装备有4 4台高精度原子钟，它为台高精度原子钟，它为GPSGPS定位

49、提供高精度的时间定位提供高精度的时间标准，另外还携带无线电信号收发机和微处理机等设备。标准，另外还携带无线电信号收发机和微处理机等设备。 GPS GPS卫星信号有两种调制波组成，一种调制波组合了卫星导航卫星信号有两种调制波组成，一种调制波组合了卫星导航电文、电文、L L1 1载波和两种测距码（载波和两种测距码（C/AC/A码和码和P P码），另一种调制波组合了码），另一种调制波组合了卫星导航电文、卫星导航电文、L L2 2载波和一种测距码（载波和一种测距码（P P码）。卫星导航电文是用码）。卫星导航电文是用户用来导航与定位的基础数据，其内容包括：卫星星历、时间信息户用来导航与定位的基础数据，其

50、内容包括：卫星星历、时间信息和时钟改正、电离层时延改正、卫星工作状态信息等。作为测量信和时钟改正、电离层时延改正、卫星工作状态信息等。作为测量信号的载波是一种周期性的余弦波，根据波长不同，分为载波号的载波是一种周期性的余弦波，根据波长不同，分为载波L L1 1（波（波长为长为1919）和载波）和载波L L2 2（波长为（波长为2424）。）。C/AC/A码用于粗略测距和捕获码用于粗略测距和捕获GPSGPS卫星信号，故被称为粗码，卫星信号，故被称为粗码，C/AC/A码的周期为码的周期为1ms1ms，一个周期中含，一个周期中含有有10231023个码元，码元宽度为个码元，码元宽度为293.1m29

51、3.1m，相应的测距误差可达，相应的测距误差可达29.329.32.9m2.9m。作为一种公开码，。作为一种公开码，C/AC/A码只调制在码只调制在L L1 1载波上，不能精确地消载波上，不能精确地消除电离层延迟误差。除电离层延迟误差。P P码用于精密测距，周期为码用于精密测距，周期为7 7天，每个周期中含天，每个周期中含有约有约6.26.2万亿个码元，每个码元宽度约为万亿个码元，每个码元宽度约为29.3m29.3m，相应的测距误差约，相应的测距误差约为为2.932.930.29m0.29m。P P码同时调制在码同时调制在L L1 1和和L L2 2载波上，可以消除电离层延载波上，可以消除电离

52、层延迟误差，但迟误差，但P P码是保密码，只提供给特许用户使用。码是保密码，只提供给特许用户使用。 2. 2. 地面监控部分地面监控部分 GPSGPS系统的地面监控部分主要有分布在全球的系统的地面监控部分主要有分布在全球的9 9个地面站组成，其中个地面站组成，其中包括卫星监测站、主控站和信息注入站。监控站包括卫星监测站、主控站和信息注入站。监控站5 5个，在主控站的直个，在主控站的直接控制下对接控制下对GPSGPS卫星进行连续观测和收集有关的气象数据，进行初步卫星进行连续观测和收集有关的气象数据，进行初步处理并储存和传送到主控站，用以确定卫星的精密轨道。主控站处理并储存和传送到主控站，用以确定

53、卫星的精密轨道。主控站1 1个，个，协调和管理所有地面监控系统的工作，并推算各卫星的星历、钟差和协调和管理所有地面监控系统的工作，并推算各卫星的星历、钟差和大气延迟修正参数并将这些数据和管理指令送至注入站。注入站大气延迟修正参数并将这些数据和管理指令送至注入站。注入站3 3个，个，在主控站的控制下，将主控站传来的数据和指令注入到相应卫星的存在主控站的控制下，将主控站传来的数据和指令注入到相应卫星的存储器，并监测注入信息的正确性。储器，并监测注入信息的正确性。 整个地面监控部分除主控站外均无人值守。各站间通过现代通信系整个地面监控部分除主控站外均无人值守。各站间通过现代通信系统联系，在原子钟、计算机的驱动和精确控制下，各项工作实现了高统联系，在原子钟、计算机的驱动和精确控制下，各项工作实现了高度自动化和标准化。度自动化和标准化。 3. GPS3. GPS用户接收机用户接收机 GPSGPS接收机包括接收机主机、天线和电源，其主要功能是接收接收机包括接收机主机、天线和电源，其主要功能是接收GPSGPS卫星