《控制测量》课程课件-绪论

授课人：覃

授课对象：工程测量专业学生

控制测量学课程介绍（教材、

学时、课程性质）

控制测量学第一讲绪论1.1控制测量学的基本任务和主要内容1.2控制测量的基准线和基准面1.3控制网的布设形式1.4

控制测量新技术补充内容

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。本讲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。并简要讲述建立控制网的基本方法和程序。绪论绪论[知识点]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；3．参考椭球与总地球椭球的概念与定义；4．建立控制网的基本方法与布网形式。1.1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）的水平位置和高程位置，建立控制网，这种测量工作称为控制测量。1.1控制测量学的基本任务和主要内容控制测量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位置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控制测量的基本任务

1在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网。2在施工阶段建立施工控制网。3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。控制测量学1为测绘地形图，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，建立合理的大地测量坐标系以及确定地球的形状、大小及重力场等参数。2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。控制测量的作用

研究建立和维持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面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

1.2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，包括海洋底部、高山高原在内的固体地球表面。难以用一个简洁的数学表达式描述出来，所以不适合于数学建模。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。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。铅垂线：重力方向线，铅垂线是测量外业工作的基准线。大地水准面：与平均海水面相吻合的水准面。1.2控制测量的基准面和基准线大地水准面大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。它是重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。

大地水准面大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距——大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。大地水准面大地水准面是大地测量基准之一确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来，使人们在确定空间几何位置的同时，还能获得海拔高度和地球引力场关系等重要信息。大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。全球大地水准面图

2.参考椭球与总地球椭球大地体：静止海水面向陆地延伸形成的封闭曲面所包围的地球实体。代表了地球的形状和大小。经过长期测量实践表明，大地体与一个以椭圆的短轴为旋转轴的旋转椭球的形状十分近似，所以测绘工作便取大小与大地体很接近的旋转椭球作为地球的参考形状和大小。2.参考椭球与总地球椭球我国目前采用的旋转椭球体的参数值为：长半径a=6378140m短半径b=6356755m扁率a=(a–b)/a=1/298.257由于旋转椭球的扁率很小，在测区面积不大，测量精度要求不高时，其近似值为6371Km。参考椭球面定义：与局部大地水准面吻合的旋转椭球面。参数：长半径a，扁率

起始子午面椭球的定位与定向：确定参考椭球与局部大地水准面的相对关系。我国的参考椭球1、1954北京坐标系椭球参数：克拉索夫斯基椭球，长半径a=6378245米，扁率

=1/298.3

定位：从前苏联远东控制网引入。2、1980西安坐标系椭球参数：IAG1967椭球，长半径a=6378137米，扁率

=1/298.257

定位：由我国的天文大地网数据。椭球定位：确定大地水准面与椭球面之间的相对关系以使椭球体与大地体间达到最好密合。大地原点：椭球定位中选取的相切点我国目前采用的是1975年“国际大地测量与地球物理联合会”推荐的椭球参数，称为“1980年国家大地坐标系”（简称80系），大地原点位于陕西省泾阳县永乐镇。2.参考椭球与总地球椭球大地原点3.垂线偏差和大地水准面差距

参考椭球和总地球椭球，其表面都不可能与大地水准面处处重合，因而在同一点上所作的这两个面的法线,即大地水准面的铅垂线与椭球面的法线也必然不重合（见后图）,两者之间的夹角u称为垂线偏差。u在子午线和卯酉线上的投影分量通常分别以和表示。大地水准面与椭球面在某一点上的高差称为大地水准面差距，用N表示。3.垂线偏差和大地水准面差距1.3控制网的布设形式1三角网1）网形如果测区较小，可以把测区所在的一部分椭球面近似看做平面，三角网中的观测量是网中的全部（或大部分）方向值。2）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。

3）工程测量中三角网起算数据的获得起算边长当测区内有三角网时，若其精度满足工程测量的要求，则可利用该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。

定向仪器。该仪器利用高速旋转的陀螺马达本身的动力学特性（定轴性、进动性）和地球自转的影响，来达到寻北的目的，它可以在地球南北纬75º范围内，不受地形、气候及外界磁场的影响，无论白天或夜间，都能快速地测出站点的真北来。对任何一目标均可测定陀螺方位角。其陀螺方位角一次测定中误差不大于±15"

标准方向1．真子午线方向：通过地球表面某点的真子午线的切线方向，称为该点的真子午线方向。真子午线方向可用天文测量方法测定。2．磁子午线方向：磁子午线方向是在地球磁场作用下，磁针在某点自由静止时其轴线所指的方向。磁子午线方向可用罗盘仪测定。3．坐标纵轴方向：在高斯平面直角坐标系中，坐标纵轴线方向就是地面点所在投影带的中央子午线方向。在同一投影带内，各点的坐标纵轴线方向是彼此平行的。方位角

测量工作中，常采用方位角表示直线的方向。从直线起点的标准方向北端起，顺时针方向量至该直线的水平夹角，称为该直线的方位角。方位角取值范围是0˚～360˚。因标准方向有真子午线方向、磁子午线方向和坐标纵轴方向之分，对应的方位角分别称为真方位角（用A表示）、磁方位角（用Am表示）和坐标方位角（用α表示）。三种方位角之间的关系

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。具有多于必要起算数据时，则这种网称为非独立网。又称为附合网。

导线网包括单一导线和导线网。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需要几个？导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。导线网

导线网与三角网相比，主要优点在于：1网中各点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。2导线网的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时改变。3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。导线网

边角网：指既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。

边角网和三边网GPS网

1.3.2高程控制网的布设形式国家高程控制网是用水准测量方法布设的，其布设原则与平面控制网布设原则相同。各等级水准路线一般都应构成闭合环线或附合于高级水准路线上。(1)一等水准路线是高程控制的骨干。(2)在一等网基础上布设的二等水准路线是高程控制的全面基础。(3)在一、二等水准网的基础上加密三、四等水准路线，直接为地形测量和工程建设提供必要的高程控制。1.4

控制测量新进展卫星定位技术已被广泛用于各种类型工程控制网。特别是随着大地水准面精化的深入开展，控制网从二维发展到三维，彻底改变了传统工程控制网的缺陷。我国新一代地心坐标系统的建立和维护。我国2000国家大地坐标系(CGCS2000)待国务院批准。补充内容大地测量学的地位和作用大地测量学在国民经济建设中和社会发展中发挥着基础先行性的重要保证作用。大地测量在防灾减灾及环境监测中的作用。大地测量在发展空间技术和国防建设中的作用。大地测量在当代地球科学中的地位。补充内容大地测量学的基本体系以研究建立国家大地控制网为中心内容的应用大地测量；以研究坐标系建立及地球椭球性质及投影数学变换的椭球大地测量；以研究测量天文经度，天文纬度，方位角的大地天文测量学；以研究重力场及测量方法的物理大地测量等。补充内容

大地测量