控制测量设计指导书

《控制测量学》设计指导书河南城建学院测绘与城市空间信息系控制网技术设计指导书设计目的落实控制测量的教学实践环节；全面了解编制技术设计的要求，能够独立编写技术设计；保证布设的控制网既满足质量要求又做到经济合理；编制指导布设控制网的技术依据（指导生产的技术文件）。设计任务和要求平面控制网的技术设计；高程控制网的技术设计；严格遵守《规范》要求，精心设计，合理安排；编写具体的布网方案、作业方法、技术要求，选用标石类型、规格及现有成果的联测利用等规定和方法。选用统一的坐标系统和高程系统。技术设计的内容和步骤搜集和分析资料测区内各种比例尺的地形图、已有的控制测量成果、测区概况方面的资料、原有控制点完好情况、分析确定控制网的布设形式和图形结构、选择测区的坐标系、投影带和投影面、抵偿面或任意带坐标与国家统一坐标之间的换算。控制网的图上设计对上述资料进行分析，按有关技术规定，在1/2000～1/10000的图上，选择控制点及控制网的形式。图上设计对点位的基本要求：技术指标方面，控制网图形结构良好，控制点宜选在土质坚硬、易于排水的高地上，点间要互相通视，点位视野开阔，便于长期保存。为减少旁折光的影响，要求视线距离障碍物一定的距离。经济指标方面，充分利用控制点和建筑物等有利地形、地物，充分利用原有控制点，尽量减少建标埋石的费用。安全生产方面，点位离公路、铁路和其他建筑物及高压线等应有一定的距离。图上设计的方法和步骤：⑴展绘已知点；⑵按以上对点位的要求从已知点开始扩展；⑶从地形图上判断和检查点间通视情况；⑷按测角与测边精度匹配的原则，选择合适的平均边长（Ms/S=Mβ/ρ，Ms和Mβ为测边、测角的精度，ρ＝206265）；⑸估算控制网中各推算元素的精度；⑹选部分控制点同时作为水准点、估算水准网的精度（如用三角高程代替水准测量，则估算三角高程网的精度）；⑺根据测区情况调查和图上设计结果，写出文字说明，并拟定作业计划。技术设计书的编写技术设计书基本上分为以下几个方面：封面（××工程控制网技术设计/指导老师/设计单位/设计人员/设计日期）；目录（按实际内容顺序编写）内容。内容主要包括：⑴设计目的及任务范围；⑵测区的自然、地理条件；⑶测区已有测量成果、保存情况及精度分析；⑷设计依据的规范及最佳方案的论证；⑸精度估算及投影带和投影面的选择；⑹现场踏勘报告；⑺各种设计图表（人员安排、作业安排、经费预算）；⑻主管部门审批意见等。技术设计成绩评定设计结束，指导教师应根据学生在设计中所表现的意识和品质，完成实际任务的数量和质量，设计内容的先进性与合理性，独立工作能力的大小等内容，对学生的技术设计进行考评记分。考评成绩分为优、良、中、及格和不及格五个档次。1、考评的依据是：设计中的表现，出勤情况，对理论知识的掌握程度，实际作业技术的熟练程度，分析问题和解决问题的能力，完成任务的质量，所交成果资料，技术设计书的编写水平等。2、考查方式：在设计中了解学生操作情况，进行口试质疑、笔试或操作演示等。3、凡违反纪律、缺勤天数超过设计天数的三分之一、未交设计资料、伪造、抄袭他人设计者，均作不及格处理。在设计中表现突出，认真严谨、技术熟练，具有创新的分析、解决问题能力，而且设计书内容完整充分，准确地反映客观规律者，成绩为优。虽无创新能力，但工作认真，设计书编写详实完整者为良。工作一般，能完成设计任务、设计书质量稍逊于良者成绩为中。其余的能勉强完成设计任务者为及格。附：控制网技术设计书示例××工程控制网技术设计一、总述工学院测量系测绘工程专业××级实习队于××年××月经××省××局介绍，与××煤电集团洽商。决定承担该矿区控制网的施测任务。5月上旬开始控制网设计工作，由实习队指导教师×××执笔，并经集团公司、矿有关技术人员讨论编写了技术设计说明书。5月中旬造标埋石，下旬开始施测，7月上旬正式提交全部成果。××集团行政隶属××省××县，其地理位置为东经××°、北纬××°。××集团下分五个生产工区，在测区内，尚有地、县、乡属的几个小矿。据“矿区地质勘探最终报告”记载，本矿区已有50余年的开采史，老矿甚多，而测绘资料全无。解放后，于一九五六年曾施测过19.1平方公里的1∶5000地形图，并布设过一独立的四等三角锁。一九六三年××煤田地质局修测、重测、增测了11.1平方公里1∶5000地形图。至今二十多年来，矿区生产有很大发展，而原三角点多在采空区上方，并已有明显的移动。随着矿区范围的不断扩大，工程设施的不断增多，“三下”采矿重大课题的提出，原有控制网的精度、密度已远远不能满足实际生产的要求，因此，目前重建矿区统一的控制网，显得非常必要。（一）测区概况根据矿山当前生产及今后之发展远景，由煤电集团公司、矿和实习队三方有关技术人员初步商定，经矿长、主任工程师同意，圈定控制网范围内，东起×××，南达×××，西近×××，北至×××。控制面积按ns2（n=19为三角点数；S为平均边长：2.3公里）估算为100余平方公里，按0.85，实算为89.2平方公里。测区地理属低山丘陵区，北高南低，测区内最高海拔近320米，最大比高约为80米，地势起伏不大，山头多种有稀疏松树，尚未成材，通视条件良好。测区属大陆性气候，五到月为雨季，七月至十月旱季。年最高气温不超过39℃，冬季下雪时间颇短，冻土深度一般为5厘米测区交通极为便利，有铁路和公路穿越矿区。测区内居民点较多，人口多为汉族，亦有少量回族，工农关系尚好。（二）作业依据：根据矿区范围之大小、工程建设之需要以及矿区大比例尺测图的精度。确定矿区首级平面控制网（主网）的等级为四等网。为顾及今后“三下”采矿对高程的要求，确定矿区首级高程控制为三等。为便于矿山能及时使用，在首级平面、高程控制网的基础上，在矿属五个主要生产工区，适当用5″级加密网，布设近井点，用四等水准加密高程控制点。矿区首级平面、高程控制分别按国家测绘总局一九七四年颁布的“国家三角测量和精密导线测量规范”和“国家水准测量规范”执行。矿区平面、高程加密网按国家测绘总局一九七九年颁发的“地形测量规范”执行。（三）起算数据之来源：平面控制网之起算坐标和坐标方位角采用矿区东部的国家一等基线网两端点：基北和基南联测至矿区，起算边长由光电测距仪直接测定。高程控制网由二等水准点（×××线）×—××—13。×—××—15起算。高程坐标采用正常高高程系统，为一九五六年黄海高程系统。平面坐标系统为一九五四年北京坐标系，平差计算投影到30带高斯平面上进行。二、平面控制网（一）测区原有平面控制成果分析测区东部正处于国家一等三角锁“××—××”、“××—××”的交会处，布设有一等基线网。基线两端点：基北位于五工区东部约500米之稻田中，基南位于××县东南约3公里，基线网的一次扩大点××位于测区内，该网由总参测绘局于一九五六年施测，一九五六年平差。施测时，基南、基北均设有近30米的双层钢标，因年久失修，保管欠妥，基北钢标于一九七九年到塌，基南钢标内架尚好，外架因下部部分横梁、拉材被盗，今已摇摇欲坠，急待修复，但两端点标石仍保存完好。一次扩大点×××，原设有3米之寻常标，但经实地踏勘询问，发现标架早坏，上部标石已破坏。后至省测绘局调查，该点系埋设三层标石，今下部尚有混凝土结块，因受工具限制，当时未能全部挖开验实。测区南端还有长江流域规划办公室于一九五三年至一九六○年施测的Ⅳ等点姚家岭，经实地踏勘，标石已毁。在矿属的一、二、三、四生产工区范围内，于一九五六年由××测绘大队第×分队为施测1∶5000地形图曾布设的一独立四等三角锁。该锁平面坐标由天文点×××起算，天文观测用T2仪器，4个星对，用60°等高方法观测两组确定其概略经纬度，其测定精度为mλ=±0.98，mφ=±0.01。起算方位角（×××—×××）用北极星任意时角法测定其天文方位角，其精度为m=±0.61。锁之两端布设二条基线，用三条钢质线尺同时丈量，计算中加入了倾斜改正，重力变化改正及悬链线不对称改正、投影改正。基线网用T2仪器观测12测回，两扩大边之相对中误差分别为1∶37.4万、1/8万；方向中误差分别为：±0.55、±1.93，三角锁共有15个三角点，用T2仪器观测9测回。平差后测角中误差为±1.51，最弱边（×××—×××）之相对中误差为1/10.8万。一九六二年××煤田地质局×××队进行补充勘探时，为增测、重测部分1/5000地形图，是在上述三角锁的基础上，局部进行加密，以满足测图需要。上述有关独立四等三角锁的资料均系由地质报告中摘取。由于资料中存在着最弱边的精度高于起算边的精度之错误（五七年、六五年两次地质报告中均同），至今时隔二十余年，单位多次变改，资料几经周折，无法详查。现省煤田地质勘探公司××队仅有点之坐标。经实地踏勘，目前尚有6点三角标石保存完好。×××标石虽存，但标志已破坏，不能使用。且上述各点多在采空区上方，部分点位已有明显移动。在踏勘选点时，发现尚有一些来源不明的标石，如埋设有标记为N-104字样的标石一座，因时间关系，未能予以详细调查。综上所述，为了便于使矿区现有之测绘资料统一于国家系统，在设计时顾及到尽量利用原有而且标石完好的老点，是完全必要的，特别是有些老点虽然位于采空区上方，但现已开采多年，且日逐稳定，因而利用这些老点也是可行的。（二）选点、选标、埋石工作根据本矿生产工区主要集中于西部这一特点，矿区控制网布设为西部有二排中点多边形三角锁。在进行实地踏勘选点时，采用多组平行作业。由于测区内地势起伏不大，东南部多为海拔270米左右的小山丘，小山丘多建有茶场，新建的职工宿舍有的高达三层，因而使原设计方案不得不予以实地变动、修改。如原设计的三角点“×××”与三角点“×××”方向因青年茶场、光华茶场三层楼职工宿舍所挡而无法通视，造成三角形无法传递过来。若建造高标，显然极不经济，因而只好放弃。而该点点位只好改选在××寨独立山包上。测区东部，起算点基北，地势低，联测需通过××县城，因而于实地经多方案比较，将×××、×××等点变动为××百货店四楼平台、×××、×××、×××等处。选点精度详见附表一。三角点选点精度统计表表一三角网等级三角点点数图形个数边长（KM）最小之求距角最弱边图形权倒数新点旧点单三角形大地四边形中点多边形最大最小平均Ⅳ1360064.11.62.329°7.2根据矿方要求在×××、×××、×××、×××、×××、×××建造6米钢标共6座。钢标由实习队提供图纸，矿机修厂加工，于实地整架安装。其余各点均采用直径为5厘米、高为3米之木质花杆作照准目标。对于边长较大，背景较差的×××、×××、×××三点，花杆上套以高为0.8米，直径为0.15米的照准园筒，用红纸表糊作为照准目标。基北点位埋设较深，观测时，晚稻正处扬花季节，竖立之三米花杆仅高出禾苗1米多，视线遮光影响很大，而且背景很差。因此，基北花杆采用下部安装平板脚架，用垂球对点，在脚架上竖立花杆，用两层钢丝拉紧（花杆顶部仍套住圆筒），多方向用垂球线检查花杆的对中和铅直，以达到提高基北照准圆筒的高度，效果亦较为理想。本网利用旧有标石之点位有：×××、×××、×××、×××、×××、×××等。其余各点均埋设规格为15×30×65的一层柱石。（三）起始边测量：本网依矿方要求，布设了三条基线，用BJC-1型激光测距仪直接测定。作业前，对仪器经过鉴定，在两条基线边上进行比测，确定仪器常数。仪器所用晶振用E323A校准至标准值，频率误差小于±1×10-7。空盒气压计和通风干湿温度计分别与水银气压计及一级温度计对比并校正好。仪器于测前、测后皆与××××基线进行比对，测前与测后所测基线与原基线长度相比，分别相差±2毫米±0.5毫米。起始边观测均选择早晚前后大气状态比较稳定时间进行，每边观测四测回，观测质量良好。起始边观测精度鉴定表表二测距边名称一测回观测中误差平均值中误差边长相对中误差×××—×××±5.9mm±3.0mm1/780000×××—×××±8.6mm±4.3mm1/480000×××—×××±3.4mm±1.7mm1/920000×××—×××±2.3mm±1.2mm1/1640000（四）外业观测工作外业观测按国家规范执行。作业前，对参加作业的9台J2级光学经纬仪（T2一台、010三台、苏光J2型五台）之照准部旋转是否正确、光学测微器行差的大小、垂直微动螺旋使用之正确性、照准部旋转时仪器底座位移而产生的系统差大小、以及水平轴不垂直于垂直轴之差值大小等五项都进行了检验测定，其结果证明仪器性能良好。作业时，水平角观测9测回。连接方位点基南的水平角联测单独进行，仍观测9测回，垂直角均用三丝法观测2测回。各项限差均符合规范要求。根据教学要求，每一同学均参加了作业，每一三角点均有两套以上成果，故在观测手簿中有的虽完全符合要求而未予采用的均全部划掉。全网重测数为×方向测回，占总方向测回数×%，远低于规范限差。设有钢标之三角点，均进行了归心投影，归心元素之测定均采用三方向图解法，投影质量均符合要求。三角高程网由Ⅳ等水准点联测至×××和×××作为高程起算点。三角网外业观测结果质量统计表表三三角网名称三角形个数三角形闭合差条件式自由项0″1″1″2″2″2.5″2.5″3.5″3.55″5″7″基线条件极条件计算值允许值计算值允许值×××矿四等网23771530±1″360.9132.790.1028.926.4928.9025.5727.471.4721.3311.4924.120.2423.960.8423.07三角高程网观测精度统计表表四网名及等级地质特征边长三角形个数三角形高差闭合差分布一公里高差中误差（mm）几何水准点之高差闭合差最大最小平均00.10.10.20.20.3边数计算值(cm)允许值（cm）Ⅳ丘陵4.121.592.28232210±1.84-326（五）平差计算平面三角网采用分组平差法进行。共有条件式37个，其中图形条件23个，圆周条件，极条件各6个，基线条件2个。为满足教学要求，学生都独立进行计算。平差后，测角中误差为±1.46″，最弱边（×××~×××）权倒数为（以对数第六位为单位）7.21，相对中误差为1/106000。三角高程网采用多边形平差法进行。平差前对各对向观测边进行了验算。全网共23个条件式，平差后一公里的单位权中误差为：×××m。三角形平差后质量鉴定表表五等级观测角度改正数平差后测角中误差权倒数相对中误差边名备注0″1″1″2″2″3″3″4″4″W最大值Ⅳ4619400-2.31.467.211/106000×××—×××最弱边1.141/220000×××—×××三、三四等水准测量（一）测区原有高程控制情况：测区及其附近有“××至××”（××线）二等水准点四个（×—××——64、×—××—13、×—××—14、×—××—15），系××省水利厅于一九五七年施测，属黄海高程系统。经实地踏勘，发现×—××—14、×—××64两点标石已毁，×—××—13水准点原处旱地，现已改为水田，标石完好，×—××—15埋设在屋前，保存完好。一九五六年××测绘大队第×分队在布设独立四等三角锁之同时，曾敷设过四等水准环形线两条，因无点之记，无法寻取。仅了解到矿区附近×××有“××地质局4024”（二）水准网布设情况在二等水准点“×××—13”和“×—××—15”之间沿××公路布设一条三等水准附合路线，由二工区至四工区布设一条三等水准支线，三等水准路线全长14.2公里，共埋设三等水准标石7座。一工区、发电厂布设四等水准支线各一条，二、三、四工区布设四等附合线一条，并将“××地质局4024”四等水准点联测，以便了解在本区两高程系统之关系，五工区布设四等闭合环，四等水准线全长25.3公里，共埋设Ⅳ等水准标石8个。三、四等水准标石采用30×40×40厘米（三）外业观测三、四等水准测量均采用DS3型水准仪配合区格式木质水准标尺进行观测。作业前对水准标尺进行了标尺的垂直性、零点差和红黑面常数差的测定，作业前后对水准仪均进行了水准轴与视准轴不平行性的测定和检校。三等水准测量采用中丝读数法进行往返或双向观测，四等支线采用单向往返观测，四等闭合环，符合线均采用单程观测。（四）平差计算计算水准点概略高程时，取水准路线各测段之往返或双程观测值之平均值作为最终观测值，并加入了水准标尺一米间隔真长之改正及路线闭合差改正，鉴于测区水准路线不长，纬差甚小（约1″左右），海拔不高，正常水准面不平行的改正完全可以忽略不计，故未加入。三四等水准测量精度统计表表六路线名称等级路线总长度一测段最大测站数一测段往返最大不符值或闭合环不符值（mm）平差后一公里观测中误差（mm）实测值允许值Ⅲ等线14.238+14.3±19.7±2.1Ⅳ等符合线8.928-24.059.7±8.1Ⅳ等闭合线12.432+2.0±70.4±1.3Ⅳ等支线4.020+10.6±26.0±3.5四、5″级加密网为满足矿山工程之需要和局部地区1/2000地形测图的要求，在五个生产矿区、矿部，在四等网的基础上用5″级小三角点精密导线进行加密。一工区采用大地四边形，二、四工区、矿部采用线形