河南理工大学控制测量学设计大纲及指导书

《控制测量学》课程设计教学大纲一、课程类别：必修二、课程属性：专业三、适用专业和学时适用专业：测绘工程学时：1周四、实验教学大纲类别：自编五、本实验课的目的和任务：实验目的：1．通过实践，加强学生对该课程理论知识的理解和认识；2．掌握如何根据一个测区的实际情况布设该区平面（GPS网）、高程控制网；3．掌握水准网精度估算的方法；4．了解布设控制网时经费预算的方法；5.进行技术总结。设计任务：认真学习课程设计指导说明书；根据测区环境设计GPS网、高程控制网；对坐标系统作出选择，计算出投影面的位置，对经费作出预算；画出平面和高程控制网图并提交设计说明书；水准网的精度评定、设计存在的问题及处理方案、今后设计应注意的问题和建议等。六、本实验课教学的基本要求本实验要求学生必须完成大地测量学基础、测量平差、测量学等课程，通过课程设计，增强学生对理论知识的理解，掌握基本控制网的布设方法。七、本实验教学的方法和特点：本实验课具有很强的理论性实践性，但要求学生必须修完大地测量学基础后方可参加设计。由于本设计要求学生独立完成，采用教师指导，主要由学生完成设计的教学方法。八、实验项目及学时分配设计内容1．学习课程设计指导说明书和大纲。0.5天2．在设计图纸上完成网形设计1.5天3．完成各种计算（包括水准网精度估算、坐标系统的选择、经费预算等）1.5天4．撰写设计说明书。1.5天九、实验项目选择原则：根据教学大纲的要求十、实验成绩考核及标准：实习结束后，学生除要提交课程设计说明书外，还应提交1：50000设计用图，1：100000选点图以及加密控制网图。1．由指导教师每日对所指导的学生设计情况进行考核。10%2．对每名学生设计的控制网合理性进行考评。30%3.对每名学生设计中的计算是否正确进行考评。30%4．考察学生的经费预算是否合理。10%5.学生撰写的设计说明书的质量。20%综合上述五项内容，按优、良、中、及格、不及格评定每个学生的实习成绩。优秀：能很好地完成设计任务，达到大纲中规定的全部要求，设计说明书能对设计内容进行全面、系统的总结，各项计算结果正确，精度满足规范要求，设计方案很优化，经费预算合理，并能运用学过的理论知识对某些问题加以分析。设计态度端正，设计期间无违纪行为。良好：能较好地完成设计任务，达到大纲中规定的全部要求，各项计算结果正确，精度满足规范要求，设计方案较为合理，经费预算合理。设计说明书能对实习内容进行比较全面、系统的总结。设计态度端正，设计期间无违纪行为，。中等：能完成大部分设计任务，达到大纲中规定的主要要求，各项计算结果正确，精度满足规范要求，设计方案合理，但有一些不足之处，经费预算较为合理。设计说明书能对设计内容进行比较全面的总结。及格：完成了设计的主要任务，达到设计大纲中规定的基本要求，能完成设计说明书的编写，计算结果和内容基本正确，但不够完整、系统。设计方案基本合理，预算基本合理，设计态度基本端正，设计中虽有轻微违纪行为，但能深刻认识、及时纠正。不及格：凡具备下列条件者，均以不及格论。设计未达到大纲中规定的基本要求，设计说明书、计算成果抄袭别人、或马虎潦草、或内容有明显错误、或计算结果错误。未能完成设计说明书者；设计中有违纪行为，教育不改，或有严重违纪行为者。十一、本实验课教学所需的主要仪器设备：设计用图，计算机。课程设计指导说明书见附件。附件：《控制测量学》课程设计指导书第一节新封矿区控制测量任务概况一、任务来源新封矿区经过地质详查证实，煤的埋藏量极为丰富，煤质优良，具有极大的工业价值。为开发能源，支援国民经济建设，上级机关决定筹建并成立新封煤业集团（有限）公司。2008年将首先开发北旨村井田(设计年产量为120万吨)；2012年以前将陆续建成六对竖井投入生产。为适应矿山设计、井建施工和矿山生产的需要，必须建立满足大比例尺(1：500)地形测图和矿山工程测量所需要的平面控制网和高程控制网。根据新封煤业集团（有限）公司与新封工程勘察公司签订的协议，该项控制测量任务由新封工程勘察公司测量队承担。二、任务要求矿区中心位置为东经113°01′，，北纬34°20'。处于高斯投影6°带第19带。矿区西南边界的直角坐标X=3800公里和Y=19675公里：东北边界的直角坐标为X=3820公里和Y=19695公里。矿区面积为400平方公里。根据统一规划主网、分区分期进行加密控制布网原则，此次控制测量的任务在于：(1)建立新封矿区D级GPS控制网，作为矿区首级平面控制；(2)建立新封矿区三等水准网，作为矿区首级高程控制；(3)设计北旨村井田(面积为25km2)的加密控制方案；(4)提出北旨村井田1：1000比例尺地形测图的图根控制测设方案(不作详细设计)。作业的技术依据为：(1)《工程测量规范》，国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布，1993年8月1日实施：(2)《全球定位系统(GPS)测量规范》，国家测绘局发布，1992年10月1日实施。三、完成时间新封工程勘察公司测量队现有工程师一名、技术员五名、工人十名；5″级全站仪二台，2″级全站仪一台、S1，和S0.5型水准仪各一台。届时若需用GPS接收机(4台)，可向河南理工大学测绘学院租用。全部任务要求在六个月内完成，今年年底以前提交控制测量成果。为来年测绘北旨村井田l：1000比例尺地形图和煤矿工程测量提供控制基础。第二节测区状况和条件一、已往完成的测量工作情况1、1959年由国家测绘总局第x分局建立国家二等连续三角网，该二等网按照国家1958年大地测量法式布设。经过平差计算其测角中误差为±1.0″，最弱边相对中误差为1：250000。矿区内有二等三角点三个，采用1954年北京坐标系，6°分带，中央子午线为111°。目前，二等三角点的标石保存完好。此次平差成果由河南省测绘局提供。有关的三个二等三角点在1954年北京坐标系的坐标值列于下表。点名高斯平面直角坐标（m）三角高程（m）xy玉寨山嵩山岭伏牛山3817801.333822266.053802016.5419677738.1519687362.5219684382.411512.431494.08696.022、1990年由河南省测绘局建立国家二等水准网，于登封市西北公路交叉口东侧100米处埋设二等水准标石一座。高程数据属于1985年国家高程基准，高程值为396.57213、1988年河南省测绘局曾航测该地区1：50000地形图。4、为地质勘探工作需要，河南省地质局测绘队曾在本地区测绘1：5000比例尺地形图。但是，为此而布设的控制网中大部分控制点遭受破坏，只有少数点位可加以利用。5、为适应城镇建设工作需要，省内不同单位曾于不同时间在该地区一些城镇测绘了局部的l：1000比例尺地形图。其中1998年施测的登封市地形图已被多个部门(城建、土地管理等)使用至今。这些图纸资料均使用了1954年北京坐标系。根据上述已经完成测量工作的情况，确定对原有成果的利用方案：1)测区内的三个国家二等点，精度符合现行规范要求，标石保存完好，其坐标值可用作三等平面控制网的起始数据。2)国家二等水准点可用作矿区三等水准网的起始点。3)l：50000比例尺地形图可作为此次图上设计和实地选点的依据。二、作业区自然地理条件l、地理概况测区南北临山，山势较为陡峭。测区中部因长期受风蚀作用而形成风化层和黄土复盖层，出现坡度不大的低山丘陵地带。矿区南部有伏牛山横贯，山势不太陡峭。测区最低高程为230米，北部山区高程达1500米，大部分地区平均高程为400米，颖河东西横贯矿区，但每年有半年以上时间枯涸。矿区范围内70％为耕地，大部分为旱田。本区隶属于河南省郑州市。登封市为一座1990年建制的县级市，座落在本测区内，其余地区村庄遍布，多数民族为汉族，少数为回族，近年来，群众觉悟得到提高，社会风尚不断改观。2、交通情况为适应城乡建设和旅游事业的发展，正在兴修xx铁路支线，目前虽未通车但公路纵横，长途汽车直达郑州、洛阳、千顶山等地。村与村之间尚有可通行汽车之大道，交通十分方便。3、气候情况矿区内全年平均雨量为950毫米，雨量集中于六、七、八三个月，全年平均气温为+15~C，七月份平均气温达32C，一月份平均气温为-2C，地冻线深度约0．1米。全年平均风力为2-3级。适宜于野外作业的时间为3-10月份。每月平均作业时间利用率为20工天。第三节坐标系统的选择和起始数据的确定内容提要一、平面坐标系统的选择我国现行三种坐标系统：1980年国家大地坐标系、1954年北京坐标系和新1954年北京坐标系。其中1980年国家大地坐标系的椭球参数选择合理、数值准确，是对全国天文大地网施行整体平差建立起来的、椭球面与大地水准面最为密合的一种坐标系统。但是，考虑到本地区50年来的测绘历史和现状，为有利于已有测绘成果互为利用，此次矿区平面控制测量设计时，建议采用1954年北京坐标系。二、投影面和投影带引起的长度变形分析1954年北京坐标系选择的投影面是克拉索夫斯基椭球面，它与大地水准面的相关位置是1982年全国天文大地网整体平差所确定的；而投影带则依然选用了高斯投影6°分带和3°分带的传统方法。上述国家统一的投影面和投影带所引起的长度变形是否适合本矿区的需用，应该作进一步分析。为此，根据已知的测区中心位置(L=113°01′，B=34°20′)按公式分别计算出测区中心在高斯投影6°带和3°带内的横坐标概值y(准确至3位有效数字即可)。再由计算的y值和测区平均高程(Hm=400m)分别计算6°带和3°带的长度综合变形，并以为原则确定适宜的投影面或投影带。当6°带或3°带所引起的长度变形超过上列容许值时，应选择以“抵偿面”作投影面的局部坐标系。此时按确定出抵偿面高程面，并画图示意之。三、起始数据的确定抵偿面位置确定后，选择其中一个国家大地点(例如伏牛山二等三角点)作为测区的“原点”，保持它在3°带的国家统一坐标值(x0，y0)不变，而将其它国家大地点（玉寨山、嵩山岭）的已知坐标（x，y）换算到局部坐标系中去：经过上述处理后的三个国家大地点坐标作为布设新封矿区平面控制网的起始数据。此外，本测区已有一个国家二等水准点，其高程数值为1985年国家高程基准，可直接作为布设矿区高程控制网的起始数据。第四节平面控制网的布测内容提要一、平面控制网布设方法和布设原则平面控制网可以采用三角测量、导线测量、GPS卫星定位等多种方法布设。综观这些方法的优缺点和测区实际条件，应优先考虑选用GPS卫星定位法建立平面控制网。布设GPS定位网时应注意以下事项：(1)任务要求是建立三等平面控制网。与其技术指标相适应的GPS定位网为D级网，不过为日后对控制网使用方便，相邻点距离最好不超过5km，平均取3km(2)GPS卫星定位测得的是控制点在WGS-84空间直角坐标系中三维坐标，为将它们转换成选用的局部坐标系统，必须使新布设的GPS网与已有控制网建立可靠的联系。此时至少应该联测2个已有起始点。为了可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数，联测点数最好多于2个。目前，测区内有3个国家大地点，且标石保存完好，其坐标值已用作矿区控制网起始数据。因此，GPS卫星定位网必须联测这三个国家二等三角点。(3)布网时还应考虑大约1／5的GPS点兼作矿区水准点，以便应用曲面拟合法拟合出测区的似大地水准面，内插出其它GPS点的高程异常并确定它们的正常高。(4)GPS点应选在交通方便、地基稳固，利于点位保存和便于常规方法联测或加密时应用。二、图上设计与实地选点根据上述注意事项，按《规程》中对点位要求，在l：50000地形图上由已知点开始，逐一选设点位。并且由选设点位连成同步观测边(基线)，进而拟定出同步网和异步网测量方案。图上设计完成之后即应到实地落实点位，核实图上设计结果的可行性。根据实地落实的点位绘出GPS网选点图(1：100000)。图上需画出测区范围、标明已知点位和新布设的点位的点名、以及由起始边和同步观测边构成的整体网形、水准路线、主要交通线、水系、城镇等。该选点图应装订入设计说明书中。点位选定后，按设计的埋石规格(图示)埋设中心标石。三、GPS卫星定位的数据采集应扼要阐明以下工作要点：1、接收机的机型选择和检验2、准备工作3、安置天线4、数据采集注意事项四、卫星定位数据处理数据处理包括粗加工和预处理、基线向量解算、基线网平差(按三维约束平差进行)。选用现有的数据处理软件由计算机自动完成。第五节高程控制网的布测内容提要一、基础要求根据本项目的任务要求，将建立三等水准网作为测区基本高程控制，因此，主要技术要求必须符合《规程》对三等水准网的相应规定，例如，水准点的密度、精度、水准路线长度等。二、水准网的选线和埋石1、测区内只有一个高程起始点，因此，水准网必须布设成环形网。2、水准路线尽量沿利于施测的公路、大路布设，水准点则应选在土质坚实、便于应用、利于保存的地点。3、画图设计出水准标石的类型和埋设规格，尽量使GPS点兼作水准点。三、精度估算对所设计的水准网，必须估算其最弱点的高程位置中误差，为此，可采用直观、简捷的等权代替法。估算结果，水准网最弱点