第三章工程控制网布设的理论与方法

第三章工程控制网布设的理论与方法第三章工程控制网布设的理论与方法3.1工程控制网的作用和分类3.2工程控制网的基准3.3测图控制网3.4施工控制网3.5控制点的埋石与标志3.6控制测量内外业一体化3.1.1测量控制网的分类全球控制网国家控制网工程控制网3.1工程控制网的作用和分类由国际组织在全球范围内建立的大地测量参考框架，主要用于确定、研究地球的形状、大小及运动变化，确定和研究地球的板块运动等。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测图的精度要求提供已知点及在特定坐标系的坐标国家平面控制网是确定地貌地物平面位置的坐标体系，按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网。目前提供使用的国家平面控制网含三角点、导线点共154348个，构成1954北京坐标系统、1980西安坐标系两套系统。

国家高程控制网是确定地貌地物海拔高程的坐标系统，按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网。目前提供使用的1985国家高程系统共有水准点成果114041个，水准路线长度为416619．1公里。国家重力基本网是确定我国重力加速度数值的坐标体系。重力成果在研究地球形状、精确处理大地测量观测数据、发展空间技术、地球物理、地质勘探、地震、天文、计量和高能物理等方面有着广泛的应用。目前提供使用的2000国家重力基本网包括21个重力基准点和126个重力基本点。“2000国家GPS控制网”由国家测绘局布设的高精度GPSA、B级网,总参测绘局布设的GPS一、二级网，中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网组成。该控制网整合了上述三个大型的、有重要影响力的GPS观测网的成果，共2609个点。通过联合处理将其归于一个坐标参考框架，形成了紧密的联系体系，可满足现代测量技术对地心坐标的需求，同时为建立我国新一代的地心坐标系统打下了坚实的基础。3.1工程控制网的作用和分类3.1.2工程控制网的分类、作用和建网步骤按用途分：测图控制网施工（测量）控制网变形监测网安装（测量）控制网一、工程控制网的分类3.1工程控制网的作用和分类3.1.2工程控制网的分类、作用和建网步骤一、工程控制网的分类按网点性质分：一维网（或称水准网、高程网）二维网（或称平面网）三维网3.1工程控制网的作用和分类3.1.2工程控制网的分类、作用和建网步骤一、工程控制网的分类按网形分：三角网导线网混合网方格网3.1工程控制网的作用和分类3.1.2工程控制网的分类、作用和建网步骤一、工程控制网的分类按施测方法划分：测角网测边网边角网GPS网按坐标系和基准划分：附合网（约束网，具有多余的已知数据）独立网经典自由网（最小约束网，只有必要的已知数据）自由网（无约束网）3.1工程控制网的作用和分类3.1.2工程控制网的分类、作用和建网步骤一、工程控制网的分类按其他标准划分：首级网加密网特殊网专用网（如隧道控制网、建筑方格网、桥梁控制网等）3.1工程控制网的作用和分类3.1.2工程控制网的分类、作用和建网步骤一、工程控制网的分类3.1工程控制网的作用和分类3.1.2工程控制网的分类、作用和建网步骤一、工程控制网的分类二、工程控制网的作用为工程建设提供工程范围内统一的参考框架，为各项测量工作提供位置基准，满足工程建设不同阶段对测绘在质量、进度和费用等方面的要求。同时，工程控制网也具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。3.1工程控制网的作用和分类3.1.2工程控制网的分类、作用和建网步骤一、工程控制网的分类二、工程控制网的作用三、工程控制网的建网步骤收集已有资料确定控制网的等级确定布网形式测量仪器的选择操作规程（规范）选点、踏勘、建标、埋石外业观测内业数据处理是否满足规范提交报告观测方案NY仪器设备检校3.2工程控制网的基准（1）约束网：具有多余的已知数据。（2）最小约束网（经典自由网）：只有必要的已知数据。（3）无约束网（自由网）：无必要的已知数据。工程控制网的基准就是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，使网平差时有惟一解。工程控制网的基准可分为以下三种类型：测图控制网一般为约束网；施工控制网为最小约束网；变形监测网为无约束网或最小约束网；安装控制网为最小约束网或约束网。作用：控制测量误差的累积；保证图上内容的精度均匀；相邻图幅正确拼接。3.3测图控制网以利比亚城镇规划项目测图控制网为例以非洲利比亚巴拉克镇为例进行说明3.3测图控制网收集资料；发现问题；提出建议；确定控制网等级；仪器设备及人员；制定方案并实施；数据处理；提交成果报告。3.3测图控制网收集资料：2007年5月八个城镇的遥感照片，比例尺为1：5000或1：2500；1983年版部分规划图纸和2000年版的规划图纸；发现问题：八个城镇中的东部五个城镇（艾什可德、给弱尔、巴拉克、祖瓦叶、安嘎拉）属同一坐标系，而西部三个城镇（奥古尔德、瓦哲瑞克、满苏若）坐标系统不一致；1983年版规划图纸与2000版规划图纸相比，平面坐标系统和高程系统均不一致

；3.3测图控制网提出建议：明确八镇所在地区采用的地球椭球投影分带转换方式，以及平面坐标系统和高程基准；明确八个城镇是否采用统一坐标和高程系统；如果要统一，必须提供2～3个已知测量控制点（北坐标X，东坐标Y，高程H）；根据1983年版巴拉克市地形图资料提供的25个控制点坐标，经实地踏勘，找到6个测量控制点，且点位状况良好

。建议使用这6个测量控制点作为已知点，建立统一坐标系，使得8个城镇平面和高程坐标系统与1983年版巴拉克测绘规划图纸一致。控制网等级：3.3测图控制网平面控制网的布设,可采用卫星定位测量控制网、导线及导线网、三角形网等形式。平面控制网精度等级的划分：卫星定位测量控制网依次为二、三、四等和一、二级，导线及导线网依次为三、四等和一、二、三级，三角形网依次为二、三、四等和一、二级。C.平面控制网的布设，应遵循下列原则：1．首级控制网的布设，应因地制宜，且适当考虑发展。当与国家坐标系统联测时，应同时考虑联测方案。2．首级控制网的等级，应根据工程规模、控制网的用途和精度要求合理选择。3．加密控制网，可越级布设或同等级扩展。D.平面控制网的坐标系统，应在满足测区内投影长度变形不大于2.5cm/km的要求下，作下列选择：1采用统一的高斯正形投影3°带平面直角坐标系统；2采用高斯正形投影3°带，投影面为测区抵偿高程面或测区平均高程面的平面直角坐标系统；或任意带，投影面为1985国家高程基准面平面直角坐标系统、3小测区或有特殊精度要求的控制网，可采用独立坐标系统；4在已有平面控制网的地区，可沿用原有的坐标系统；5厂区内可采用建筑坐标系统。3.3测图控制网卫星定位测量控制网的主要技术要求等级平均边长（km）固定误差A（mm）比例误差系数B（mm/km）约束点间的边长相对中误差约束平差后最弱边相对中误差二等9≤10≤2≤1/250000≤1/120000三等4.5≤10≤5≤1/150000≤1/70000四等2≤10≤10≤1/100000≤1/40000一级1≤10≤20≤1/40000≤1/20000二级0.5≤10≤40≤1/20000≤1/10000GPS控制测量作业的基本技术要求等级二等三等四等一级二级接收机类型双频双频或单频双频或单频双频或单频双频或单频仪器标称精度10mm+2ppm10mm+5ppm10mm+5ppm10mm+5ppm10mm+5ppm观测量载波相位载波相位载波相位载波相位载波相位卫星高度角（°）静态≥15≥15≥15≥15≥15快速静态———≥15≥15有效观测卫星数静态≥5≥5≥4≥4≥4快速静态———≥5≥5观测时段长度（min）静态30～9020～6015～4510～3010～30快速静态———10～1510～15数据采样间隔（s）静态10～3010～3010～3010～3010～30快速静态———5～155～15点位几何图形强度因子（PDOP）≤6≤6≤6≤8≤83.3测图控制网GPS控制测量作业，应满足下列要求：观测前，应对接收机进行预热和静置，同时应检查电池的容量、接收机的内存和可储存空间是否充足。天线安置的中误差不应大于2mm；天线高量取应精确至1mm。观测中，应避免在接收机近旁使用无线电通讯工具。作业同时，应做好测站记录，包括控制点点名、接收机序列号、仪器高、开关机时间等相关的测站信息。导线测量的主要技术要求注：1、表中n为测站数；2、当测区测图的最大比例尺为1：1000时，一、二、三级导线的平均边长及总长可适当放长，但最大长度不应大于表中规定长度的2倍；水平角方向观测法的技术要求等级仪器型号光学测微器两次重合读数之差（″）半测回归零差（″）一测回内2C互差（″）同一方向值各测回较差（″）四等及以上1″级仪器16962″级仪器38139一级及以下2″级仪器—1218126″级仪器—18—24注：1、全站仪、电子经纬仪水平角观测时不受光学测微器两次重合读数之差指标的限制；2、当观测方向的垂直角超过±3°的范围时，该方向2C互差可按相邻测回同方向进行比较，其值应满足表中一测回内2C互差的限值。3.3测图控制网观测的方向数多于6个时，可进行分组观测。分组观测应包括两个共同方向（其中一个为共同零方向）。其两组观测角之差，不应大于同等级测角中误差的2倍。分组观测的最后结果，应按等权分组观测进行测站平差；水平角的观测值应取各测回的平均数作为测站成果；三、四等导线的水平角观测，当测站只有二个方向时，应在观测总测回中以奇数测回的度盘位置观测导线前进方向的左角，以偶数测回的度盘位置观测导线前进方向的右角。左右角的测回数为总测回数的一半。但在观测右角时，应以左角起始方向为准变换度盘位置，也可用起始方向的度盘位置加上左角的概值在前进方向配置度盘。左角平均值与右角平均值之和与360°之差，不应大于本规范表中相应等级导线测角中误差的2倍；水平角观测过程中，气泡中心位置偏离整置中心不宜超过1格

；一测回内2C互差或同一方向值各测回较差超限时，应重测超限方向，并联测零方向。说明：测距的主要技术要求≤四等及以上等级控制网的边长测量，应分别量取两端点观测始末的气象数据，计算时应取平均值。测量气象元素的温度计宜采用通风干湿温度计，气压表宜选用高原型空气盒气压表；读数前应将温度计悬挂在离开地面和人体1.5m以外的地方，读数精确至0.2℃；气压表应置平，指针不应滞阻，读数精确至50Pa。三角形网测量的主要技术要求三角形网中的角度宜全部观测，边长可根据需要选择观测或全部观测；观测的角度和边长均应作为三角形网中的观测量参与平差计算。3.3测图控制网高程控制测量精度等级的划分，依次为二、三、四、五等。各等级高程控制宜采用水准测量，四等及以下等级可采用电磁波测距三角高程测量，五等也可采用GPS拟合高程测量。首级高程控制网的等级，应根据工程规模、控制网的用途和精度要求合理选择。首级网应布设成环形网，加密网宜布设成附合路线或结点网。测区的高程系统，宜采用1985国家高程基准。在已有高程控制网的地区测量时，可沿用原有的高程系统；当小测区联测有困难时，也可采用假定高程系统。高程控制测量水准测量的主要技术要求3.3测图控制网利比亚城镇规划项目平面控制网采用GPS卫星定位测量，平面控制网精度按照四等规范要求进行施测，边连接的方式。按照83年巴拉克镇的控制点坐标作为已知控制点进行约束平差。卫星高度角≥15°，有效观测卫星数≥4颗，观测时段长度为30分钟，数据采样间隔10秒，点位几何图形强度因子PDOP≤6。高程控制网采用GPS拟合高程测量，平面控制点同时作为高程控制点。天线高应在观测前后各量测一次。3.3测图控制网仪器设备及人员：水平精度5mm+0.5ppm，静态双频垂直精度10mm+0.5ppm，静态接收机长时间观测的长基线水平精度3mm+0.5ppm，静态垂直精度6mm+0.5ppm，静态Leica1200双频接收机：1+2一套1+1一套3.3测图控制网3.3测图控制网3.3测图控制网3.3测图控制网3.3测图控制网工程概况；作业依据和已有测绘资料；坐标系的选择；仪器设备和软件；GPS网的设计和观测；外业数据处理及检核；平差计算；提交的资料及成果图表。3.3测图控制网1、GPS控制点点之记、成果表及网图一套2、平差计算报告一本3、GPS观测手簿8本4、技术总结二份5、相关仪器检测资料复印件一套

附成果图表

附表1同步环组成及其闭合差（同步环.txt）

附表2异步环组成及其闭合差（异步环.txt）

附表3WGS-84坐标系自由网平差报告（84Free.prt）

附表4北京54坐标系约束网平差报告（543DLock.prt）

附表5测区布点及观测顺概况图（bmp文件）

附表6测区GPS测量基线网图（bmp文件）3.3测图控制网3.4施工控制网三角网边角网导线网建筑方格网GPS网GPS网与地面网相结合的混合网3.4施工控制网特点：1)控制的范围较小，控制点的密度较大，精度要求较高；2)使用频繁；3)受施工干扰大；4)控制网的坐标系与施工坐标系一致；5)投影面与工程的平均高程面一致；6)有时分两级布网，次级网可能比首级网的精度高。南京地铁二号线苜蓿园车站方格网南京地铁二号线苜蓿园车站方格网桥梁施工控制网仪器：LeicaTC1800型全站仪测角为1″测距±（2+2ppmD）mm。LeicaNA3003型电子水平仪及配套的铟瓦水准尺每km偶然中误差为±0.4mm规范：首级平面控制网采用边角网的作业方案，方向观测法观测6测回，两岸四等导线水平角观测4测回；平距进行往返测量，加入气象改正，取其平均值。同岸高程控制测量采用三等水准测量观测；跨河段高程测量采用光电测距三角高程，观测高差中加入了大气折光和地球曲率的改正。沿线路方向依设计埋设的桩位顺序用7台双频GPS接收机依次在CPI级GPS桩位架设仪器同步观测，采用网结构形式拓展联测各个既有桩位并形成整体观测网。因西秦岭隧道属特长隧道，进、出口之间距离超过28公里，为保证基线的观测质量，在隧道中部设计一对GPS桩CP011(设计院原设)、GZ（复测时设）纳入复测主网观测以缩短基线长度。采用大地四边形坚强网形结构施测。仪器使用天宝GPS5800与徕卡Leica1230共7台双频机。测量采用2000国家大地坐标系椭球参数：长半轴a=6378137,偏率α=1/298.257222101；中央子午线：105°48′00″,投影面正常高:700m，大地高:660m,高程异常－40m，内业计算与设计院提供的CPI级GPS控制点成果保持系统基准一致。3.4控制点的埋石与标志标石是指采用挖坑埋设预制截头椎体混凝土标，或通过钻深孔就地浇注钢筋混凝土标，或通过钻孔深埋与基岩相连的钢管标等方法和设置控制点的设施。标志是在标石或其他稳固载体上精确表示控制点位置的设施。标石上一定有标志，但标志不一定设在标石上，标志也包括照准标志。平面控制点标志及标石的埋设规格高程控制点标志及标石的埋设规格3.4控制点的埋石与标志3.4.1平面控制点标志及标石的埋设规格二、三、四等平面控制标志可采用磁质或金属等材料制作，其规格如图所示。一、二级平面控制点，三级导线点、埋石图根点等平面控制点标志可采用φ14～φ20mm、长度为30cm～40cm的普通钢筋制作，钢筋顶端应锯“+”字标记，距底端约5cm处应弯成勾状。3.4控制点的埋石与标志3.4.1平面控制点标志及标石的埋设规格3.4控制点的埋石与标志3.4.1平面控制点标志及标石的埋设规格3.4控制点的埋石与标志3.4.2高程控制点标志及标石的埋设规格3.4控制点的埋石与标志3.4.2高程控制点标志及标石的埋设规格3.4控制点的埋石与标志3.4.2