第6章小区域控制测量

第6章小区域控制测量学习目标：了解平面和高程控制测量基本方法,等级、技术要求与基本工作；掌握导线测量的基本过程和方法；掌握交会法定位测量的原理。

6.1

控制测量的概述目的：提供控制基础和起算基准；实质：测定具有较高精度的平面坐标和高程的点位；控制测量的分类：

平面控制测量；高程控制测量。一、平面控制测量平面控制网控制点构成的几何图形。平面控制测量其任务是在测区内选定一批平面控制点，组成平面控制网，用精确的方法测量这些控制点的平面位置，并计算出它们的坐标。控制测量的作用限制测量误差的传播和积累，保证必要的测量精度，使分区的测图能拼接成整体，整体设计的工程建筑物能分区施工放样。1、国家平面控制网

国家平面控制网分为一、二、三、四等四个等级，一等精度最高，低一级控制网是在高一级控制网的基础上建立的。一等三角锁二等连续网国家一、二等平面控制网布置形式一等三角网二等三角网2、小区域控制测量

在面积小于15km2范围内建立的控制网，称为小地区控制网。

3、图根控制网的建立

直接供地形测图使用的控制点组合而成的控制网为图根控制网。其建立方法可采用导线测量、小三角测量和交会定点等方法来建立。

常用方法有三角测量，导线测量和交会法。三角测量ABPαβ交会法二、高程控制测量概述

高程控制测量的任务:

在测区布设一批高程控制点，即水准点，用精确方法测定它们的高程，构成高程控制网。高程控制测量的方法：水准测量和三角高程测量。高程基准面:大地水准面基准点，即水准原点:青岛水准原点高程为72.260m。6.2导线测量导线控制点连成的折线，控制点称为导线点。导线测量在地面上选定一系列点连成折线，在点上设置测站，然后采用测边、测角方式来测定这些点的水平位置的方法。ACDx123αAB导线测量xBαCD一、导线的类型：1.按照测量边长的方法不同，导线可以分为：

量距导线

视距导线

电磁波测距导线2.按导线的布设形式分为以下几种：

闭合导线：

附合导线：

支导线：闭合导线：自某一已知点出发经过若干点的连续折线仍回至原来一点，形成一个闭合多边形。附合导线：自某一高级控制点出发经过若干点的连续折线附合到另一个高一级的控制点上的导线。支导线：从已知水准点出发，经过若干点，既不附合到另一水准点，也不闭合到原水准点。支导线支出点的个数不能超过2个。单结点导线（导线网）二、导线测量的外业工作踏勘：了解测区范围,地形及控制点情况,以便确定导线的形式和布置方案选点i.原则：①便于导线本身测量；②便于地形测量ii.注意事项①为便于测角、相邻导线点间必须通视良好；②为便于测距，应考虑各种测距方法；③为便于测地形，导线点应选在地势高、视野开阔的地方；④导线边大致相同，50m<S<400m⑤导线点不易被破坏。1、踏勘、选点及埋设标志

埋设标志

为了便于寻找，应量出导线点与附近明显地物的距离，绘出草图，注明尺寸，该图称为“点之记”，如下图（c)。2、导线角度的测量

可测左角，也可测右角，一般规定附合导线观测左角，闭合导线测内角。导线的等级不同，使用仪器类型不同，那么，测回数也不同。左旋导线右旋导线ACDx123αABαCD前进方向β左β右B3、导线边长的测量

钢卷尺

用钢尺丈量时，选用检定过的30m或50m的钢尺，导线边长应往返丈量各一次，往返丈量相对误差应满足限差要求。

光电测距仪或全站仪

用光电测距仪测量时，要同时观测垂直角，供倾斜改正之用。视距法测量

精度较低，一般不采用。4、连接测量

导线与高级控制点进行连接，以取得坐标和坐标方位角的起算数据，称为连接测量。

A、B为已知点，2～5为新布设的导线点，连接测量就是观测连接角β1。AB(1)β1234523415(500,500)xy三、导线测量的内业工作内业工作的任务:

计算出各个导线点的坐标，并检验导线测量的精度是否符合要求。计算前，先检查外业手薄，还要搜集或确定起始点坐标和起始边的坐标方位角等起算数据。

1、坐标正算

已知一点A的坐标,边长和坐标方位角，求B点的坐标，称为坐标正算问题.2、坐标反算

已知两点A、B的坐标，求边长和坐标方位角，称为坐标反算。

根据AB所在的象限，将方位角进行一定的换算。A(XA,YA)B(XB,YB)DaAB△X△Y3、坐标方位角的传递注意：若小于180°，则取＋180°；若大于180°，则取－180°。AB1aABβ右23β左

前进方向4、内业计算

计算中出现两种矛盾：角度闭合差观测角的总和与导线几何图形的理论值不符；坐标闭合差角度闭合差的计算与调整各边坐标方位角推算坐标增量计算坐标闭合差调整坐标计算导线内业计算的步骤：

导线内业计算又根据导线布设形式的不同分为闭合导线内业计算和附合导线内业计算。（一）闭合导线的计算（1）角度闭合差的计算与调整335°24′00″108°27′18″84°10′18″135°49′11″90°07′01″121°27′02″12345x1＝500.00my1＝500.00m263.40m201.60m231.40m200.40m241.00mx式中，n为导线边数或转折角数。当<=时，可进行闭合差调整，否则返测。调整原则将以相反的符号平均分配到各观测角上去。计算检核：改正后的闭合导线内角之和应为（n－2）×180˚，本例为540˚。（2）各边坐标方位角推算

根据第一条边的方位角和调整后的内角（左角），推算其它各边的方位角，其公式为：335°24′00″108°27′18″84°10′18″135°49′11″90°07′01″121°27′02″12345x1＝500.00my1＝500.00m263.40m201.60m231.40m200.40m241.00mx（3）坐标增量计算及其闭合差调整34521∆x12∆x23∆x34∆x45∆x51∆y12∆y23∆y34∆y45∆y51(＋)(＋)(＋)(＋)(＋)(－)(－)(－)(－)(－)xyO34521xyO1′WDWyWx

导线全长闭合差的分配原则：以相反符号按边长成正比分配到各增量中去。纵、横坐标增量改正数之和应满足下式：（4）坐标计算

根据起点的已知坐标及调整之后的坐标增量，逐一推求。算完最后一点，还要再推算起点的坐标，推算得出的坐标应等于已知坐标。

（二）附合导线的计算

计算步骤与闭合导线完全相同，但计算方法中，唯有三项不同。

ACDx123αABαCD前进方向B(1)角度闭合差的计算ACDx123αABαCD前进方向B(2)坐标闭合差的计算ACDx123αABαCD前进方向B6.3定位测量方法之

交会定点测量导线测量：控制面积大，一般要求地势平坦，需要测角，量边。交会定点：适用于山区或地形复杂的地区，可分为：

前方交会侧方交会后方交会测边交会一、前方交会法作业方式：在已知点A、B上分别向新点P观测水平角α和β，从而可以计算P点的坐标。ABPαβ其公式为：

计算方法：按照导线计算方法，以AB为起始边计算导线;检核：从三个已知点A、B、C上分别向新点P进行角度观测，由两个三角形分别解算P点的坐标。ABPαβC要求与注意事项:

选择P点时，应尽可能使交会角r接近于90°，并保证30°≤r≤150°。由A到P、由B到P能通视并且可以观测。可以有灵活的多种布设形式。二、测边交会作业模式：用测距仪，由边长推算坐标。ABPCSaSbScSb三、后方交会法作业模式：将仪器安置在未知点P点向三个已知点进行观测，测出水平角，然后进行计算。ABPα1β1Cγ1γ2β2α2检核：向四个已知点进行观测，测出水平角与检验角。ABPα1β1Cγ1γ2β2α2D后方交会的危险圆：应用条件：有四个高级控制点，且P点不在A、B、C三点所构成的圆周上或该圆周的附近.APCBP四、侧方交会法实质：利用两个高级控制点测定另一未知点的坐标。作业模式：在一个已知点A和未知点P上安置仪器，观测水平角∠A和∠P。AB（不宜架站）PαβCγε计算方法与特点：按前方交会的计算方式；一个已知点上不宜设站；在一个已知点和未知点上进行观测。ABPαβCγε五、全站仪极坐标法定位

输入测站点坐标、仪器高、目标高和后视坐标方位角后，直接测定目标点的三维坐标。后视点

后视坐标方位角可以通过后视点和测站点的坐标反算而得到。6.4

高程控制测量高程控制测量的方法水准测量小地区高程控制的水准测量，主要有三、四等水准测量及图根水准测量。三角高程测量利用三角高程测量的原理布设高程控制网，适用于地形起伏较大的区域。一、国家高程控制网的建立方法一、二等水准网的建立一、二等水准网是国家高程控制的基础，一般沿铁路、公路或河流布设成闭合或附合的形式，用精密水准测量的方法测定其高程。三、四等水准网的建立三、四等水准路线加密于一、二等水准网内，作为地形测量和工程测量的高程控制，可布设成闭合或附合的形式。水准点的布设在实地选线和选点时，应注意使水准路线避开土质松软地段，确定水准点位置时，应考虑到水准标石埋设后点位的稳固安全，并能长期保存，便于施测。水准点应设置在地质上最为可靠的地点，避免设置在水滩、沼泽、沙土、滑坡和地下水位高的地区；埋设在铁路、公路近旁时，一般要求离铁路的距离应大于50m，离公路的距离应大于20m，应尽量避免埋设在交通繁忙的岔道口；墙上水准点应选在永久性的大型建筑物上。

二、四等水准测量1、观测方法每一测站上，首先安置仪器，调整圆水准器使气泡居中，分别瞄准后、前视尺、估读视距，使前后视距离差不超过2m。如超限，则需移动前视尺或水准仪，以满足要求。然后按下列顺序进行观测，并记于手簿中。读取后视尺黑面读数：下丝（1），上丝（2），中丝（3）读取前视尺黑面读数：下丝（4），上丝（5），中丝（6）读取前视尺红面读数：中丝（7）

读取后视尺红面读数：中丝（8）2、四等水准测量的记录和计算3、三、四等水准测量的技术要求三、三角高程测量

定义根据两点间的水平距离或斜距离以及竖直角来求出两点间的高差。三角高程测量又可分为经纬仪三角高程测量和光电测距三角高程测量。优缺点这种方法较之水准测量灵活方便，但精度较低，主要用于山区的高程控制和平面控制点的高程测定。分类经纬仪三角高程测量光电测距三角高程测量1、三角高程测量原理

三角高程测量是根据两点间的水平距离和垂直角，计算两点间的高差。ABivDhAB大地水准面HAHBA、B两点间的高差hAB为：B点的高程HB为：2、三角高程测量的对向观测

三角高程测量一般应进行对向观测，亦称直、反觇观测。

三角高程测量对向观测，所求得的高差较差不应大于0.4D（m），其中D为水平距离，以km为单位。若符合要求，取两次高差的平均值作为最终高差。

当两点距离大于300m时，应考虑地球曲率及大气折光对高差的合成影响，所加的改正数简称为球气差改正。3、三角高程测量的施测

将安置经纬仪在测站A上，量仪器高i和觇标高v。用十字丝的中丝瞄准B点觇标顶端，盘左、盘右观测，读取竖直度盘读数L和R，计算出垂直角α。将经纬仪搬至B点，同法对A点进行观测。

4、三角高程测量的计算所求点起算点觇法平距D/m垂直角α

Dtanα/m仪器高i/m觇标高v/m高差h/m直反对向观测的高差较差/m高差较差容许值/m平均高差/m起算点高程/m所求点高程/mBA5、三角高程控制测量

用三角高程测量方法测定平面控制点的高程时，可组成闭合或附合的三角高程路线。

用对向观测所得高差平均值，计算闭合或附合路线的高差闭合差的容许值为：

式中：D-各边的水平距离，km。

当Wh不超过Whp时，按与边长成正比原则，将Wh反符号分配到个高差之中，然后用改正后的高差，从起算点推算各点高程。6.5全球定位系统（GPS）GPS卫星星座（空间部分）地面监控系统（地面控制部分）GPS信号接收机（用户设备部分）。一、GPS系统的组成1、GPS卫星分布图2、地面监控系统

GPS地面监控系统四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。监控站的任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。主控站的任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，并利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。上行注入站的任务是在每颗卫星运行至上空时，把导航数据及主控站的指令注入到卫星。

GPS技术源起于美国，所以目前全球卫星主控站和上行注入站均设在美国的范登堡空军基地。3、用户设备

用户设备部分主要由GPS接收机硬件和数据处理软件组成。关于GPS接收机有多种分类方法，但对于大地测量应用