测量学 9-小地区控制测量(2)课件

测绘科学与工程学院8、小地区控制测量（2）测量学多媒体课件主要内容

总结

四、交会法测量

五、高程控制测量

六、GPS技术在控制测量中的应用四、交会法测量交会测量是加密控制点常用的方法,适用于山区或地形复杂地区控制测量BAPβα前方交会ABDaDbP测边交会ABαβC后方交会ABPαγ侧方交会四、交会法测量1、角度前方交会在已知控制点上设站观测水平角，根据已知点坐标和观测角值，计算待定点坐标。交会角：未知点至两相邻已知点方向间的夹角。四、交会法测量1、角度前方交会——余切公式A、B、P为逆时针编号时A、B、P为顺时针编号时余切公式推导(1)：四、交会法测量ABPαβ余切公式推导(2)：ABPαβ四、交会法测量四、交会法测量1、角度前方交会——检核方法

从三个已知点A、B、C上分别向未知点P进行角度观测，由两个三角形，分别解算得两组P点坐标。对图根测量，两组坐标较差限差（M为测图比例尺分母）ABPαβC四、交会法测量1、角度前方交会——注意事项①A、B、P逆时针与顺时针排列，计算公式不同②选择点时，应尽可能使交会角γ接近于90°，并保证30°≤γ≤150°③成果检核的问题四、交会法测量2、角度侧方交会在已知点A点、待定点P安置经纬仪观测水平角α,γ,（检查角θε

）。

先算出β=180°－(α＋γ)按余切公式计算点坐标ABPαβCγε四、交会法测量3、角度后方交会在待定点P安置经纬仪，观测水平角α,β,γ（和检查角θ）ABPα1β1Cγ1γ2β2α2四、交会法测量3、角度后方交会仿权公式：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、交会法测量3、角度后方交会注意事项：①危险圆的问题，避免使P点位于危险圆上。②α、β、γ与A、B、C的对应问题

检核：向四个已知点进行观测，测出水平角与检验角ε(D点为已知点)。ABPα1β1Cγ1γ2β2α2D四、交会法测量4、测边交会作业模式：用测距仪测边，由边长推算坐标ABPCSaSbScSb五、高程控制测量高程控制测量主要有水准测量和三角高程测量方法按用途可分为国家、城市和工程高程控制测量国家水准测量按精度可分为国家一、二、三、四等城市水准测量按精度分为二、三、四等以及用于地形测量的图根水准测量工程水准测量按精度分为二、三、四、五等以及用于地形测量的图根水准测量五、高程控制测量三角高程用于测定各等级平面控制点的高程。在城市和工程高程控制测量中，光电测距高程导线，采用对向观测，可以代替四等及四等以下水准测量。国家高程系统，现采用“1985国家高程基准”。城市和工程高程控制，凡有条件的都应采用国家高程系统。主要方法：水准测量国家高程控制：一等、二等水准地形测图和工程建设应用的控制：三等、四等水准等外水准测量：精度低于四等水准的水准测量在地形测量中，最基本的高程控制测量是四等水准测量和等外水准测量等外水准测量：图根水准测量：地形测图工程水准测量：工程应用五、高程控制测量

一、水准测量路线的布设

单一水准路线形式有：附合水准、支水准和闭合水准路线。从一个已知高程的水准点开始，沿一条路线进行水准测量，以测定其它若干水准点的高程，最后联测至另外一个已知高程水准点上，称为附合水准路线，图a。若最后没有联测到已知高程的水准点，则称之为支水准路线，图c。为了对成果进行检核，支水准路线必须进行往返观测或单程双转点观测。从一个已知高程的水准点开始，沿一条环形路线进行水准测量，测定沿线若干水准点的高程，最后又回到起始水准点上，即闭合水准路线，图b。五、高程控制测量水准网由若干条单一水准路线相互连接构成。单一路线相互连接的交点称为结点。在水准网中，如果只有一个已知高程的水准点，则称为独立水准网，图d；如果已知高程的水准点的数目多于一个，则称为附合水准网，图e。

五、高程控制测量二、水准测量的观测一、二等水准测量采用精密水准仪和铟瓦水准尺，用光学测微法读数，进行往返观测。三等水准测量采用中丝读数法，进行往返观测，当用光学测微法观测时，也可以用单程双转点法观测。四等水准测量采用中丝读数法，当水准路线为附合路线或闭合路线时，可只进行单程观测。

水准支线：往返测，单程双转法五、高程控制测量国家三、四等水准测量

三、四等水准测量在一测站上水准仪照准双面水准尺的顺序为：照准后视标尺黑面，进行视距丝、中丝读数；照准前视标尺黑面，视距丝读数、进行中丝；照准前视标尺红面，进行中丝读数；照准后视标尺红面，进行中丝读数；

这样的顺序简称为“后前前后”（黑、黑、红、红）。

无论何种顺序，视距丝和中丝的读数均应在水准管气泡居中时读取。或观测程序：后-后-前-前，黑-红-黑-红五、高程控制测量三、四等水准测量1、技术要求2、每测站的观测程序3、记录与计算三、四等水准测量1、技术要求测站技术要求

等级视线长度(m)前、后视距离差(m)前、后视距离累积差(m)红、黑面读数差(mm)红、黑面高差之差(mm)三等≤65≤3≤6≤2≤3四等≤5≤10≤3≤5等外≤100≤10≤50≤4≤6≤80（s3）≤100（s1）三、四等水准测量1、技术要求等级每公里高附合路水准仪往返测高附合路线或差中误差线长度级别差不符值环线闭合差

(mm)(km)(mm)(mm)三等

645S1或S3

12R±12L或4n四等1015S1或S3

20R±20L或6n等外208（4支线）S3或S10

40R±40L或12n注：R为测段的长度；L为附合路线的长度，均以km为单位成果要求三、四等水准测量2、每测站的观测程序后视(黑面)上丝读数，下丝读数，中丝读数前视(黑面)上丝读数，下丝读数，中丝读数前视(红面)中丝读数后视(红面)中丝读数后视尺前视尺三、四等水准测量2、每测站的观测程序（1）观测顺序：“后前前后（黑黑红红）”；或“后后前前（黑红黑红）”；一对尺子交替使用（2）读数：黑面“三丝法”（上、下、中丝）读数，

红面仅读中丝。

后视(黑面)上丝读数，下丝读数，中丝读数前视(黑面)上丝读数，下丝读数，中丝读数前视(红面)中丝读数后视(红面)中丝读数三、四等水准测量3、记录与计算每一测站，需要读取8

项数据，现场快速计算10项数据！三、四等水准测量3、记录与计算（1）视距=100×|上丝-下丝|（2）前后视距差di

=后视距-前视距

di要求：三等≤±3m,四等≤±5m（3）视距差累积值∑di=前站的视距差累积值∑di-1+本站的前后视距差di

∑di要求：三等≤±6m,四等≤±10m三、四等水准测量3、记录与计算（4）黑红面读数差=黑面中丝+K-红面中丝。（K=4787mm或4687mm）要求:三等≤±2mm,四等≤±3mm六、三四等水准测量3、记录与计算（5）黑面高差h黑=黑面后视中丝-黑面前视中丝（6）红面高差h红=红面后视中丝-红面前视中丝三、四等水准测量3、记录与计算（7）黑红面高差之差=h黑-（h红±0.100m）要求:三等≤±3mm,四等≤±5mm（8）高差中数=[h黑+（h红±0.100m）]/2三、四等水准测量3、记录与计算（9）水准路线总长L=∑后视距+∑前视距

三、四等水准测量3、记录与计算标尺读数黑面红面高差中数K+黑减红方向即尺号测站编号后距前距后尺前尺下丝上丝上丝下丝视距差d(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)后前后-前115711197138405510739036352396171-1037.437.6-0.2-0.2+1+0833+0932+0832.5后前后-前三、四等水准测量3、记录与计算标尺读数黑面红面高差中数K+黑减红方向即尺号测站编号后距前距后尺前尺下丝上丝上丝下丝视距差d(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)后前后-前221211747193420082196182167966621-1037.437.5-0.1-0.3+1-0074-0175-0074.5后前后-前三、四等水准测量3、记录与计算标尺读数黑面红面高差中数K+黑减红方向即尺号测站编号后距前距后尺前尺下丝上丝上丝下丝视距差d(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)后前后-前318662055167865546513-1037.537.7-0.2-0.5+1-0140-0041-0140.5后前后-前191417261539三、四等水准测量3、记录与计算标尺读数黑面红面高差中数K+黑减红方向即尺号测站编号后距前距后尺前尺下丝上丝上丝下丝视距差d(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)后前后-前419651700183220072141187467936519+1026.526.7-0.2-0.7-1-0175-0274-0174.5后前后-前六、三四等水准测量3、记录与计算标尺读数黑面红面高差中数K+黑减红方向即尺号测站编号后距前距后尺前尺下丝上丝上丝下丝视距差d(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)后前后-前500890020005400870124005047754842+1-16.97.4-0.5-1.20-0033+0067-0033.5后前后-前测站编号后尺下丝前尺下丝方向及尺号标尺读数

(中丝)K+黑减红高差中数备考上丝上丝后距前距黑面红面视距差d∑d(1)(5)后(3)(8)(10)(2)(6)前(4)(7)(9)(12)(13)后-前(16)(17)(11)(14)(15)115710739后513846171011970363前605515239-1374376后-前+0833+0932+1+0832-0.2-0.2221212196后619346621017471821前520086796-1374375后-前-0074-0175+1-0074-0.1-0.3三（四）等水准测量观测手簿四、水准测量数据处理（1）按规范要求检查与核算外业观测成果，确保无误并符合限差要求。（2）经过各项改正计算，消除观测数据中的系统误差，包括水准标尺1m长度改正、对三等以上的观测高差加入正常位水准面不平行改正，从而得到消除系统误差后的观测高差。五、高程控制测量（3）对观测精度进行评定，包括计算附合路线闭合差、往返测不符值、计算每公里高差中数的偶然中误差和全程中误差。（4）以消除系统误差后的观测高差为观测数据，对水准路线或水准网进行近似平差计算，求出高差的平差值和各待定点平差后的高程值。（5）对平差后的高差和高程进行精度评定，计算出高差和高程的中误差。五、高程控制测量（一）单一水准路线的平差1、单一附合水准路线平差平差步骤：（1）求待定点最或然高程路线高程闭合差五、高程控制测量平差步骤：各测段高差改正数与水准路线长度或测站数成正比：检核：各待定点改正后高程值：总结：将水准路线的高程闭合差反号，按与水准路线（或测站数）成正比例分配到各测段的观测高差上，然后按改正后高差计算各水准点的高程。五、高程控制测量2、单一闭合水准路线平差可看作是首尾相连的附合水准路线，故平差计算与其相同。不同点：高程闭合差的计算五、高程控制测量3、往返测水准路线的平差各测段最或然高差，为相应测段往返测高差的算术平均值。故先计算往返测高差不符值，与相应限差比较。若不超限，取各测段往返测高差的算术平均值作为平差值。由平差值和已知点高程，推算各点坐标。五、高程控制测量六、GPS技术在控制测量中的应用

全球定位系统（GPS,GlobalPositioningSystem）是美国国防部研制的借助于分布在空中的多个GPS卫星确定地面点位置的一种新型定位系统。与常规方法相比，GPS定位技术建立控制网的特点是：自动化程度高、全天候、高精度、定位速度快、布点灵活和操作方便等。卫星授时与测距导航系统（NavigationbySatelliteTimingandRangingGlobalPositioningSystem，NAVSTARGPS），简称GPS。跟上时代步伐，享受休闲测量找控制点？？？

还不如这样测呢

！！！六、GPS技术在控制测量中的应用

GNSSGPSGLONASSGalileoCompass(北斗)GNSS：全球导航卫星定位系统GlobalNavigationSatelliteSystem全球性的位置和时间测定系统，包括一种或几种卫星星座、机载接收机和系统完备性监视系统。六、GPS技术在控制测量中的应用

六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS：全球定位系统(GlobalPositioningSystem)起始于1958年美国军方的一个项目，1964年投入使用20世纪70年代，美国陆海空三军联合研制了新一代卫星定位系统GPS,1973，建立新的卫星导航定位系统到1994年，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成1964，海军导航卫星系统（NavyNavigationSatelliteSystem，NNSS），世界上第一个卫星导航系统。轨道：高度约20200公里，分布在六条升交点互隔60度的轨道面上。六、GPS技术在控制测量中的应用

GLONASS：最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划俄罗斯1993年开始独自建立本国的全球卫星导航系统

至莫斯科时间2011年11月4日，该系统在轨卫星群已有28颗卫星预计将在2015年完全建成。届时，其定位和导航误差范围将从目前的5米至6米缩小为1米左右六、GPS技术在控制测量中的应用

GLONASS：

最早开发于苏联时期，后由俄罗斯继续该计划,1965，CICADA卫星导航系统，第一代卫星导航系统。1978，全球导航卫星系统GLONASS（GLObal

NAvigation

Satellite

System）。1982，开始发射导航卫星。1982-1987，共发射27颗实验卫星。由24颗卫星组成卫星星座（21颗工作和3颗在轨备用），均匀分布在3个轨道平面内。卫星高度19100km，轨道倾角64.8°,运行周期11时15分。六、GPS技术在控制测量中的应用

GALILEO计划：经3年探索论证，2002年3月，欧盟15国交通部长会议一致决定，启动“伽利略”导航卫星计划“伽利略”计划由分布在3个轨道上的30颗卫星组成

按照计划，2006年“伽利略”系统即可进行正式部署，2008年整个系统完工，正式为客户提供商业服务。目前仅仅发射了两颗试验卫星——解放军报（2009-04-16）第4版六、GPS技术在控制测量中的应用

由欧共体发起，完全民用，全开放，与GPS/GLONASS有机兼容。四大特点：自成独立体系；能与其他全球导航卫星系统兼容；具备先进性和竞争能力；公开进行国际合作。卫星星座由平均分布在三个轨道上的30颗卫星组成（27颗工作和3颗备用）中等高度轨道卫星（MEO）构成。轨道：卫星高度为24126公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。六、GPS技术在控制测量中的应用

中国“北斗”卫星导航系统：六、GPS技术在控制测量中的应用

中国“北斗”卫星导航系统：六、GPS技术在控制测量中的应用

中国“北斗”卫星导航系统：北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星定位与通信系统（CNSS），是继美全球定位系统（GPS）和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力。六、GPS技术在控制测量中的应用

中国“北斗”卫星导航系统：截止2012年5月在轨卫星12颗，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns2012年9月11日，北斗（上海）位置综合服务平台和上海北斗导航及位置服务产品检测中心（筹）启动建设。2020年中国北斗系统将有能力参与全球竞争。中国“北斗”卫星导航系统由分别发射于2000.10.31、2000.12.21的“北斗一号”、“北斗二号”两颗卫星、控制站和接收机组成。标志着中国的第一代卫星导航定位系统（BD1）。2003年、2007年分别发射了北斗1C和1D卫星，北斗一号系统空中星座增至4颗卫星。北斗二号系统，由5颗同步静止轨道卫星（CEO）、30颗中轨卫星（MEO）及倾斜轨道同步卫星（IGSO）组成。六、GPS技术在控制测量中的应用

中国“北斗”卫星导航系统：六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS系统的组成：卫星星座地面监控用户设备六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS系统的组成——卫星、星座（一）空间部分1、GPS卫星主体呈圆柱形，两侧有太阳能帆板，能自动对日定向。装有微处理器、大容量存储器和4台原子钟。2、GPS卫星星座由21+3颗卫星组成，平均分布在6个轨道面内，轨道面倾角约55°，卫星平均高度20200km，运行周期11时58分。六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS系统的组成——地面监控包括5个卫星监测站、1个主控站和3个信息注入站。监测站注入站主控站六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS系统的组成——地面监控监测站：数据采集中心双频GPS接收机：连续观测卫星并监测其工作状态高精度原子钟：提供时间标准气象数据传感器：收集当地气象资料计算机：将上述资料处理、存储并传送给主控站六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS系统的组成——地面监控主控站：地面监控系统的调度指挥中心根据各监测站送来的资料，编制导航电文，送往注入站提供GPS系统的时间基准，送往注入站调度卫星（调整失轨卫星、启用备用卫星）。六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS系统的组成——地面监控注入站：向每颗GPS卫星输入导航电文及控制指令设备：天线、发射机和计算机在主控站控制下，将主控站推算和编制的导航电文和其他控制指令等注入相应卫星的存储系统六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS系统的组成——用户设备LeicaGPS接收机TrimbleGPS接收机泰雷斯（Thales）GPS接收机拓普康GPS接收机六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS系统的组成——用户设备六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS系统的组成——用户设备六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS卫星信号三种信号分量：载波（L1和L2）测距码（C/A码、P码或Y码）数据码（D码或导航电文）载波L1上调制有C/A码、P码（或Y码）和数据码（D码）L2载波上调制有P码（或Y码）和数据码（D码）六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS定位的基本原理站星间距离：同理可获得卫星2和3的ρ2、ρ3，以卫星为球心以站星间距离作半径，作3个球，则交点即用户所在位置：六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS定位的基本原理三角测量方法定位通过测量发射信号到达测站的时间来确定卫星至测站的距离为了测量时间，GPS需要精度非常高的时钟

GPS信号通过大气将有时间延迟得到了测站至卫星的距离，还需要卫星在空间的位置六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS定位的基本原理zyxPD1PD2PD3PD4S1S4S3S2Sn 卫星PD1 伪距x,y,z 测站坐标XSN;YSN;ZSN…已知卫星坐标XR;YR;ZR…测站坐标空间大地直角坐标XR

纬度（B）YR 经度（L）ZR

高程(h)dT 时间T转换解算观测方程 4个观测量 4个等式 4个参数六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS测量的误差源1）与卫星有关的误差卫星星历误差、卫星钟的钟误差、相对论效应2）与信号传播有关的误差

电离层折射、

对流层折射、多路径误差3）与接收机有关的偏差接收机钟的误差、天线相位中心位置偏差六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS控制网的布设形式目前GPS控制测量，基本上采用相对定位的测量方法需要多台GPS接收机在相同的时间段内同时连续跟踪相同的卫星组，实施同步观测。GPS观测同步图六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS控制网的布设形式GPS控制网通常可布设为：星形网、点连式网、边连式网、网连式网六、GPS技术在控制测量中的应用

GPS控制网的布设形式布网形式优点缺点星形网只需两台GPS接收机，作业简单，常用于快速静态定位和动态定位中

各基线之间不构成闭合图形，因此其不具有抗粗差的能力

点连式网相邻同步图形之间仅有一个公共点连接成的网，没有或仅有少量的异步图形闭合条件

抗粗