控制测量学第一章 绪论

控制测量学NSMP格林尼治天文台LBHG归算投影2第一章绪论一.控制测量学的基本任务和主要内容二.控制测量的基准面和基准线三.控制网的布设形式四.控制测量新技术的发展概况3

控制测量学是研究精确测定和描绘地面控制点空间位置及其变化的学科。本章主要介绍控制测量的任务和作用，进行平面控制测量和高程控制测量时的基准面和基准线。并简要讲述了建立控制网的基方法和程序。[难点]：进行控制测量的基准面与基准线的定义与应用本章提要

[知识点及学习要求]1．控制测量学的基本任务和作用；2．铅垂线与大地水准面的概念与定义；3．参考椭球与总椭球的概念与定；4．建立控制网的地本方法与布网形式。

41.1控制测量学的基本任务和主要内容控制测量的概念：在一定区域内，按测量任务所要求的精度，测定一系列地面标志点（控制点）的平面坐标和高程，建立控制网，这种测量工作称为控制测量。控制测量的分类按工作内容分平面控制测量高程控制测量测定控制点平面位置测定控制点高程按用途分大地控制测量工程控制测量全国范围内,按国家统一颁布的法式、规范进行的控制测量为工程建设或地形图测绘，在小区域内，在大地测量控制网的基础上独立建立控制网的控制测量1.控制测量的任务与作用5控制测量的基本任务

在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网在施工阶段建立施工控制网在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建筑物变形为目的的变形观测专用控制网6在国民经济各项建设和社会发展中发挥着基础性的重要保证作用地形图是一切经济建设规划和发展必需的基础性资料。为测制地形图，首先要布设全国范围内及局域性的大地测量控制网，为取得大地点的精确坐标，必须要建立合理的大地测量坐标系以及确定地球的形状、大小及重力场参数。控制测量学在防灾、减灾、救灾及环境监测、评价与保护中发挥着特殊的作用控制测量在发展空间技术和国防建设中，在丰富和发展当代地球科学的有关研究中，以及在发展测绘工程事业中，它的地位和作用将显得越来越重要。控制测量的作用

7研究建立和维持高科技水平的工程和国家水平控制网和精密水准网的原理和方法研究获得高精度测量成果的精密仪器和科学的使用方法研究地球表面测量成果向椭球及平面的数学投影变换及有关问题的测量计算研究高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法控制测量学的研究内容

81.2控制测量的基准面和基准线

1.铅垂线与大地水准面

地球的自然表面有高山、丘陵、平原、海洋等起伏形态，海洋面积约占地表面的71%，陆地面积约占29%，是一个不规则曲面。9水准面：假设一个静止不动的海水面延伸并穿过陆地，包围整个地球，形成的一个闭合曲面。水平面：与水准面相切的平面。铅垂线：重力方向线，大地水准面：水准面因其高度不同而有无数个，其中与平均海水面相吻合的水准面。地球上的任意一点，都同时受到两个力的作用：地球自转的离心力和地心引力，它们的合力称为重力，重力的方向即为铅垂线方向（见下图）。是外业测量工作的基准面铅垂线是外业测量工作的基准线10大地水准面的特点大地水准面是个特殊的水准面，具有水准面的特点。由于地球内部质量分布不均匀及地壳有高低起伏，所以重力方向有局部变化，致使处处与重力方向垂直的大地水准面也就不规则，即无法用数学公式准确地表达出来，所以它不能作为大地测量计算的基准面。所以必须寻找一个与大地体相近的，且能用简单的数学模型表示的规则形体代替——椭球面。112、参考椭球与总地球椭球参考椭球：形状和大小与大地体相近且两者之间的相对位置确定的旋转椭球。►参考椭球是各个国家或地区为了各自的大地测量工作的需要，而采用的只与该国家或该地区的大地水准面符合较好的地球椭球体，并用参考椭球面作为测量计算（即内业工作）的基准面。与之相应的法线为基准线。总地球椭球：一个与整个大地体外形符合最好的地球椭球。也叫平均地球椭球。

12总地球椭球应满足的三个条件：1）总质量等于地球的总质量，中心与地球的质心重合，赤道平面与地球赤道面一致。2）旋转角速度与地球的旋转角速度相等。3）体积与大地体的体积相等。它的表面与大地水难面之间的差距的平方和为最小。*总地球椭球面是—个理想的、各国或地区统一的测量计算的基准面。

133、垂线偏差和大地水准面差距大地水准面的铅垂线与椭球面的法线之间的夹角称为垂线偏差。在某一点上，大地水准面超出椭球面的高差称为大地水准面差距。它们是标志大地水准面和椭球面之间的差异的量。测量计算时要进行归化。141.3控制网的布设形式1三角网1）网形

如右图,在地面上选定一系列点位1，2，…，使互相观测的两点通视，把它们按三角形的形式组合起来即构成三角网。如果测区较小，可以把测区所在的一部分椭球面近似看做平面，则该三角网即为平面上的三角网（右图）。三角网中的观测量是网中的全部（或大部分）方向值（有关方向值的观测方法见第三章），右图中每条实线表示对向观测的两个方向。根据方向值即可算出任意两个方向之间的夹角。1.3.1水平控制网的布设形式优点：图形简单、精度高、多余观测量多、便于计算。缺点：布网困难大152）起算数据和推算元素为了得到所有三角点的坐标,必须已知三角网中某边长和某一边的坐标方位角，统称为起算数据。三角点上观测的水平角（或方向）、三角形边长、坐标方位角和三角点的坐标统称为三角测量的推算元素。16

3）工程测量中三角网起算数据的获得

在工程测量中，三角网起算数据可由下列方法求得：起算边长当测区内有国家三角网（或其他单位施测的三角网）时，若其精度满足工程测量的要求，则可利用国家三角网边长作为起算边长。若已有网边长精度不能满足工程测量的要求（或无已知边长可利用）时，则可采用电磁波测距仪直接测量三角网某一边或某些边的边长作为起算边长。起算坐标当测区内有国家三角网（或其他单位施测的三角网）时，则由已有的三角网传递坐标。若测区附近无三角网成果可利用，则可在一个三角点上用天文测量方法测定其经纬度，再换算成高斯平面直角坐标，作为起算坐标。保密工程或小测区也可采用假设坐标系统。

起算方位角当测区附近有控制网时，则可由已有网传递方位角。若无已有成果可利用时，可用天文测量方法测定三角网某一边的天文方位角再把它换算为起算方位角。在特殊情况下也可用陀螺经纬仪测定起算方位角。17

独立网与非独立网当三角网中只有必要的一套起算数据（例如一条起算边，一个起算方位角和一个起算点的坐标）时，这种网称为独立网。下图中各网都是独立网，其中（a）称为中点多边形，是三角网中常用的一种典型图形。如果三角网中具有多于必要的一套起算数据时，则这种网称为非独立网。例如下图为相邻两三角形中插入两点的典型图形。ABC和D都是高级三角点，其坐标、两点间的边长和坐标方位角都是已知的。因此，这种三角网的起算数据多于一套，属于非独立网，又称为附合网。图中的P、Q为待定点。18

导线网包括单一导线和具有一个或多个结点的导线网。网中的观测值是角度（或方向）和边长。独立导线网的起算数据是：一个起算点的坐标和一个方向的方位角。

导线网与三角网相比，主要优点在于：网中各点上的方向数较少，除结点外只有两个方向，因而受通视要求的限制较小，易于选点和降低觇标高度，甚至无须造标。导线网的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时改变。网中的边长都是直接测定的，因此边长的精度较均匀。

导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。

2.导线网导线网的缺点主要是：导线网中的多余观测数较同样规模的三角网要少，有时不易发现观测值中的粗差，因而可靠性不高。19

3.边角网和三边网

边角网是指测角又测边的以三角形为基本图形的网。如果只测边而不测角即为三边网。

204.GPS网

我国的许多大、中城市勘测院及工程测量单位开始用GPS布设控制网。211.3.2高程控制网的布设形式

一等水准网二等水准网三等水准网四等水准网加密原则:由高级到低级、从整体到局部，逐级控制、逐级加密。分一二三四等。

我国国家水准网布设情况

第一期，

1976年以前完成，以1956年黄海高程系统为基准。

第二期，

1976年至1990年完成，以1985年国家高程基准为基准的一二等网。

1990年后进行的国家一等水准网的复测和局部地区二等水准测量。

22231.4控制测量新技术的发展概况1、精密测角仪器的发展

50年代——垂直度盘自动归零补偿器、光学对中器的改进。

60年代——读数的数字化与自动化（电子经纬仪）；2、测距仪的发展

普通光源——激光测距仪

——红外测距仪全站型电子速测仪测量机器人243、精密水准仪的发展平板玻璃测微器自动安平水准仪数字(电子)水准仪254、计算机在测量上的应用用于控制测量的数据处理用于现代化数据采集测绘资料档案管理信息系统的建立265、三维激光扫描系统

工作原理：

三维激光扫描仪向目标发射激光脉冲，依次扫描被测区域，快速获得地面景观的三维坐标和反射光强，利用软件进行三维建模，生成地面景观的三维图象和可量测点阵数据，并可方便地转化为多种输出格式的图形产品。1、体积小、重量轻，操作简单、装拆便利，具备良好的野外操作性能。

2、扫描范围大、速度快、精度高。

3、快速建立三维景观模型、图形图象数据一次获取。

276、GPS（GlobalPositioningSystem)系统N=?10个点控制整个北京1.68万平方公里28297、惯性导航系统（INS系统）

惯性测量系统是根据惯性原理设计的测定地面点大地元素的装置。主要由陀螺稳定平台、加速度计和微型数字处理计算机等组成。安装在汽车或飞机上，能同时测定测站的经纬度（λ，ψ）、高程、垂线偏差分量（ξ，η）和重力异常等六个大地元素。惯性测量是在惯性导航基础上发展起来的，出现于20世纪70年代初期。特点是不受天气限制，不需要其他地面设施，不发射和接收任何信号，因而机动灵活，不怕干扰，作业隐蔽，能够适时、迅速、准确地提供测量数据。缺点是价格昂贵、使用复杂、维修困难，必须在已知点间施测和已知点时间距离不能太长等。惯性测量系统通常用于大地测量、矿山测量、隧道测量和军事测量等部门。

30习题1．控制测量包括哪些主要内容?它应遵循怎样的作业程序?2．控制测量学的任务和主要研究内容是什么?简述其在国民经济建设中的地位。3．野外测量的基准面、基准线各是什么?测量计算的基准面、基准线各是什么?为什么野外作业和内业计算要采取不