第二章工程控制网的布网理论

第二章工程控制网布设的理论工程控制网的平差方法与基准工程控制网的质量准则工程控制网的优化设计典型工程控制网现代地面测量技术的应用工程控制网的介绍1工程控制网的介绍分类作用特点建网步骤测量控制网的分类按范围和用途全球控制网国家控制网工程控制网国际组织在全球范围建立的大地测量参考框架，主要用于确定、研究地球的形状、大小及其运动变化，确定和研究地球的板块运动等作用：提供全国范围内的统一地理坐标系统；保证国家基本图的测绘和更新；满足大比例尺图测图的精度要求；为精密的确定地面点的位置提供已知点及其特定坐标系下的坐标工程项目的空间位置参考框架1工程控制网的介绍工程控制网的分类按用途测图控制网按网点性质按网形按施测方法按坐标系和基准按其他标准施工（测量）控制网变形监测网安装（测量）控制网一维网二维网三维网三角网导线网混合网方格网测角网测边网边角网GPS网附和网独立网经典自由网自由网首级网加密网特殊网专用网1工程控制网的介绍工程控制网的作用为各项测量工作提供位置基准控制测量误差积累为工程建设提供工程范围内统一的参考框架按用途测图控制网施工（测量）控制网变形监测网安装（测量）控制网1工程控制网的介绍工程控制网的特点（施工控制网）①控制的范围小、控制点密度大、精度要求高；与测图的区域比较起来，工程施工的地区总是比较小的1工程控制网的介绍在这样一个较小的范围内，各种建筑物的分布错综复杂，控制点稠密精度要求比较高点的分布不均匀，有时边长相差十分悬殊

②使用频繁

在施工过程中，控制点常直接用于放样。例如大坝，在不同的高度层上，都具有不同的形状、不同的尺寸以及不同的附属工程，往往对每一层都要进行放样工作。又如对于桥墩，也要随着它们的浇筑升高，经常地进行放样工作。③控制网的坐标系与施工坐标系一致应尽可能将建筑物的主要轴线作为控制网的一条边。工程控制网的特点（施工控制网）1工程控制网的介绍④受施工干扰大

现代工程的施工，常采用同时交叉作业的方法，这样就使得工地上各建筑物的施工高度有时相差十分悬殊，因而妨碍了控制点间的互相通视。施工机械(例如吊车、建筑材料运输机、混凝土搅拌器等)到处都有，施工人员来来往往，也成为阻挡视线的严重障碍。因此，施工控制点的位置应分布恰当，密度也应较大，以便在工作时可有所选择。工程控制网的特点（施工控制网）1工程控制网的介绍⑤控制网投影到特定的平面

为了使由控制点坐标反算的两点间长度与实地两点间长度之差尽量减小，施工控制网的长度不是投影到平均海水面上，而是指定的平面上。如工业场地施工控制网投影到厂区平均高程面上；桥梁施工控制网投影到桥墩顶平面上等，也有的工程要求将长度投影到放样精度最高的平面上。工程控制网的特点（施工控制网）1工程控制网的介绍⑥易于恢复和重测⑦有时分两级布网，次级网可能比首级网的精度高正因为各工程建筑物主轴线相互之间几何关系的要求，比之它们的细部相对于各自轴线的要求精度要低。因此，在布设施工控制网时，一般采用分级（2～3）布网，也即先建立布满整个工地的控制网，目的是放样各建筑物的主轴线。然后根据主轴线进行主要生产设备或厂房的细部放样，通常建立矩形控制网。次级网的精度可能比首级高，如工业建筑场地工程控制网的特点（施工控制网）1工程控制网的介绍工程控制网的建网步骤等级形式仪器规程构网踏勘标石标志观测内业成果1工程控制网的介绍工程控制网的基准约束网最小约束网无约束网多余的已知数据必要的已知数据无必要的已知数据通过网平差求解未知点坐标时所给出的已知数据，以便对网的位置、长度和方向进行约束，使平差时有唯一解网的基准不足，网平差时法方程系数矩阵将出现秩亏，这时需要某一特解网的基准过多，则存在基准之间是否相容的问题根据基准的情况，工程控制网的基准分为以下三种类型：2工程控制网的基准与平差方法2工程控制网的基准与平差方法测图控制网一般均采用国家坐标系统，构成非独立网施工控制网一般较多使用独立网，与国家网进行联测

工程控制网的平差方法基本平差最小约束网变形监测网2工程控制网的基准与平差方法工程控制网的平差方法绝对网相对网

有部分点位于变形体外

网的全部点都位于变形体上

基本平差秩亏自由网平差、拟稳平差

工程控制网基准的建立方法固定基准，与已知系统联测。做法是：经联测得到一个点的坐标和一个方位角作为已知数据（最小约束网），长度基准由投影到工程投影面上的高精度测距边来确定。2工程控制网的基准与平差方法秩亏重心基准（秩亏自由网平差方法基准）。例如，对于平面监测网，位置基准是所有点近似坐标的平均值（监测网重心）；尺度基准是所有点到重心的边长的平均值；方位基准是所有点到重心的坐标方位角的平均值工程控制网基准的建立方法2工程控制网的基准与平差方法拟稳重心基准（拟稳平差方法基准）。例如，对于平面监测网，位置基准是拟稳点近似坐标的平均值（拟稳重心）；尺度基准是各拟稳点到拟稳重心的边长的平均值；方位基准是各拟稳点到拟稳重心的坐标方位角的平均值。工程控制网基准的建立方法2工程控制网的基准与平差方法监测网的位移向量：平差两期观测得到的坐标向量之差。平差基准的选择将影响各期的坐标向量的平差结果，进而影响到位移的计算结果。经典平差：假定的固定点的变化量秩亏自由网平差：网的重心的变化值拟稳平差：拟稳点的重心的变化值

2工程控制网的基准与平差方法参考点对点位位移影响示意图监测网真实位移情况秩亏自由网的平差情况经典平差情况在变形分析中，平差方法选择的关键在于了解平差方法中所定义的参考系是否与实际变形情况相符合。当网中存在固定点时，采用这些固定点作基准，应用经典平差；当网中某些点具有相对的稳定性，它们相互变动是随机的情况下，则用这些点作拟稳点，用拟稳平差；当监测网所有网点具有微小的随机变动时，选用秩亏自由网平差。因此，要合理地确定监测网的参考系，首先要确定的是监测网中哪些点是稳定的或相对稳定的点，哪些点是不稳定的点。2工程控制网的基准与平差方法3工程控制网的质量标准精度准则可靠性准则灵敏性准则费用准则总体精度局部精度多余观测分量内部可靠性外部可靠性4工程控制网的优化设计概念广义地说就是要在一定的人力、物力、财力的情况下设计出精度高、可靠性强、灵敏度最高(对监测网面言)、经费最省的控制网布设方案。具体说来，就是要根据实际的工程背景设计出最佳的网形，根据对控制网实际的质量要求设计出最佳的观测方案。

4工程控制网的优化设计分类（4类）分类含义零类设计（ZOD）基准设计Ⅰ类设计（FOD）图形设计Ⅱ类设计（SOD）观测精度设计Ⅲ类设计（THOD）已有网的改造工程位置本身与国家或地方坐标系有关：对部分网点有特殊要求的工程专用控制网：变形监测网对网点没有特殊要求，各网点具有同样重要性的局部工程控制网：增测新点和新观测元素以改善现有网一是部分点位的选择为最优点位选择二是观测计划和观测精度的变化及二者的相互影响。

4工程控制网的优化设计方法解析法机助法通过建立优化设计问题的数学模型，包括目标函数和约束条件，选择一种恰当的寻优算法．求出问题的严格最优解

将电子计算机的计算能力和判别能力同设计者的知识和经验结合起来，通过对一个凭经验拟定的初始设计方案，进行分析、计算，求出各项质量指标，并对设计方案进行不断地修改，直到设计者满意4工程控制网的优化设计方法解析法机助法优点：适应性广结果合理、可行计算模型简单缺点：机时一般较多最终结果是近似最优

优点:所需机时一般较少理论上比较严密最终结果是严格最优的缺点:数学模型比较复杂最终结果有时理想化①分析问题，结合设计要求，建立数学模型②选择求解方法，编程，求解③分析结果，作出评价程序：隧道（洞）工程控制网洞外GPS平面控制网5典型工程控制网洞内狭长导线网5典型工程控制网乐清湾高架桥，21对GPS施工控制点，4台接收机按快速静态相对定位作业模式进行观测。

5典型工程控制网公路勘测GPS首级平面控制网高邮市某公路

5典型工程控制网二等平面控制网示意图广东省惠州抽水蓄能电站5典型工程控制网珠江黄埔大桥S08标合同段独塔斜拉桥主塔施工控制网

5典型工程控制网三峡二期工程施工加密控制网5典型工程控制网5典型工程控制网变形监测网5典型工程控制网安装测量控制网5典型工程控制网6现代地面测量技术的应用卡子湾滑坡体监测点布置示意图基准点矿区地表移动观测站GPS控制网安徽国投新集刘庄矿业有限公司

6现代地面测量技术的应用测量机器人是电子全站仪内配置有动力驱动系统和CCD相机以及相应的目标识别软件和电机驱动软件，当测量机器人粗略照准目标后，通过按键输入测量命令，其C