水利水電工程測量(平面控制測量.ppt

第6講 小區(qū)域控制測量,控制測量的概念,1.目的與作用,為測圖或工程建設的測區(qū)建立統(tǒng)一的平面和高程控制網 控制誤差的積累 作為進行各種細部測量的基準,按內容分： 平面控制測量：只測定控制點平面位置的控制測量。 高程控制測量：只是測定控制點高程位置的控制測量。 按精度分：一等、二等、三等、四等；一級、二級、三級、四級。,按方法分：天文測量、常規(guī)測量(三角測量、導線測量、水準測量)、衛(wèi)星定位測量（GPS）。 按區(qū)域分：國家控制測量、城市控制測量、小區(qū)域工程控制測量、圖根控制網。,2、控制測量分類,控制點：對整個測區(qū)起控制作用的測量標志點。 控制網：由按一定規(guī)范布設，由一系列相互聯(lián)系的 控制點所構成的網狀幾何圖形。 圖根控制網：直接為測圖而建立的控制網。 圖根點：圖根控制網中的控制點。,3.有關名詞,一.控制測量的概念,控制測量：為建立控制網所進行的測量工作。,2.常規(guī)平面控制測量的等級關系,城市平面控制網的等級關系,一等三角鎖為全國平面控制網的基礎,3.各級平面控制網布置形式,二等連續(xù)網充填一等三角鎖，成為全國平面控制網 的骨干。,一等三角鎖,二等連續(xù)網,三等、四等三角網和導線網,根據測區(qū)的需要，在二 二等三角網的基礎上進行加密，基本圖形如下：,三角網或三邊網,導線網,二 導 線 測 量,導線：選定的控制點依序相連成折線形式，這樣的路線稱為導線。 導線網：數條導線縱橫交織組成網絡，稱為導線網。 導線點：導線或導線網中的各個轉折點稱為導線點。 導線測量法：測定導線各邊的邊長及轉折角，并化算到某一平面上，根據起始數據推算各邊的方位角及各點坐標，這種測量方法稱為導線測量法。,一、基本概念,1閉合導線：從某一已知點出發(fā)，順序連結各個未知點，最后又閉合到該已知點的導線叫閉合導線。如圖所示。,二、導線的布設形式,A,B,1,2,3,4,5,導線布設的形式可分為：閉合導線、附合導線、支導線三種形式。,2附合導線：從某一已知點出發(fā)，順序連接各個未知點，最后又附合到另一已知點的導線叫附合導線。如圖所示。,B,A,1,2,3,4,C,D,3支導線：從某一已知點出發(fā)，順序連接各個未知點，既不閉合又不附合的導線，稱為支導線。如圖所示：,A,B,1,2,注：閉合導線、附合導線均有嚴格的幾何條件供檢核，支導線沒有檢核條件，一般不宜采用。特殊情況最多只能支出兩點。,二.導線測量的外業(yè),二.導線測量的外業(yè),1.踏勘選點（選點） 2.導線邊長測量（測邊） 3.導線角度測量（測角） 4.導線連接測量（連測）,導線測量外業(yè)的準備工作,準備工作： 收集資料：測區(qū)舊地形圖、已知點(平面和高程控制 點)資料、測量規(guī)范； 儀器工具：所用儀器(包括儀器的檢驗和校正)、工 具、記錄手簿、材料。,1.踏勘選點及建立標志,(1).踏勘測區(qū) 實地了解測區(qū)地形； 了解已知點狀況。,(2).圖上(指原有舊圖)設計布網方案 導線網形、等級； 導線邊長、總長、點位密度等符合規(guī)范要求。,1.踏勘選點及建立標志,(3).實地選點(4).建立標志,(3).實地選點(考慮以下因素)：,3 視野開闊，便于測圖(重要)；,臨時性標志,大鐵釘,沙石路、瀝青、 磚石縫,臨時性標志圖,(5).繪制點位圖 在現(xiàn)場丈量23個攀距，便于以后尋找或確定點位。 用紅油漆標出攀距出發(fā)點，并寫點號與攀距尺寸。 畫出攀距關系的平面示意圖，作為控制點資料。 攀距交會角度要好。,(5).繪制點位圖,電桿,房屋,道路,控制點,點 號 D5 樁 別 大鐵釘 埋設日期 1999年5月20日 備 注,導線點的點位圖,導線點的點之記,2.導線邊長測量 測定導線各邊長(往返丈量)。,1 精度要求：符合規(guī)范規(guī)定。,2.導線邊長測量,例：圖根導線,3.導線角度測量 觀測導線各轉折角、連接角。,DJ6一個測回(圖根導線)。 邊長較短時，采用光學對點。,全部測左角，或全部測右角；閉合導線測內角。,4.導線連接測量 導線定向 （包括連接角 和連接邊測量）,三.導線測量的內業(yè)計算,三.導線測量的內業(yè)計算,1.附合導線的計算 2.閉合導線的計算 3.支導線計算 4.無定向附合導線的特點,導線計算目的：計算各導線點的坐標。 要求：合理分配測量誤差，評定導線測量的精度。,三、導線測量的內業(yè)計算,思路：,由水平角觀測值，計算方位角； 由方位角、邊長D，計算坐標 增量X 、 Y； 由坐標增量X 、 Y，計算X、Y。,（計算前認真檢查外業(yè)記錄，滿足規(guī)范 限差要求后，才能進行內業(yè)計算）,1、坐標計算公式：,（1） 坐標正算（由、D，求 X、Y）,已知A（ ）， ， 求B點坐標 。,注：計算出的 AB ，應根據X 、 Y的正負， 判斷其所在的象限。,（2） 坐標反算（由X、Y，求、D， ）,已知A（ ）、B（ ）,求 。,2、附合導線的計算,如圖，A、B、C、D是已知點，起始邊的 方位角 和終止邊的方位角 為已知。外業(yè)觀測資料為導線邊距離和各轉折角。,B,（1）計算角度閉合差：,如圖：以右轉折角為例 計算 。,一般公式：,同理：以左角計算,即：,（各級導線的限差見規(guī)范）,檢核：,（2）閉合差分配（計算角度改正數）：,式中：n 包括連接角在內的導線轉折角數,（3）計算改正后的角度改：,計算檢核條件：,（4）推算各邊的坐標方位角： （用改正后的改）,計算出的 ， 否則，需重算。,（5）計算坐標增量X、Y：,（6）計算坐標增量閉合差：,由于 的存在，使導線不能和CD連接，存在導線全長閉合差 ：,導線全長相對閉合差：,（7）分配閉合差 ：,檢核條件：,（8）計算改正后的坐標增量：,檢核條件：,（9）計算各導線點的坐標值：,依次計算各導線點坐標，最后推算出的終點C的坐標，應和C點已知坐標相同。,123 22 16,111 51 27,288 07 33,151 46 44,172 55 03,143 00 48,991 03 51,+02,+04,+02,+02,+02,+04,+16,123 22 18,111 51 31,288 07 37,151 46 46,172 55 05,143 00 50,991 04 07,108 12 33,51 34 51,343 26 22,91 33 59,63 20 45,56 15 50,19 16 40,112.311,76.500,108.584,150.443,97.404,545.242,-0.014 +69.791,-0.010 +73.327,-0.014 -2.968,-0.019 +67.489,-0.012 +54.095,+261.734,+0.010 +87.994,+0.007 -21.805,+0.010 +108.543,+0.015 +134.456,+0.009 +81.002,+390.19,+69.777,+73.317,-2.982,+67.470,+54.083,+88.004,-21.798,+108.553,+134.471,+81.001,+390.241,3923.008,5607.606,3992.785,5695.610,4066.102,5673.812,4063.120,5782.365,4130.590,5916.836,4184.673,5997.847,+261.665,3.閉合導線的計算,閉合導線的計算步驟與附合導線基本相同，需要強調以下兩點：,(1)角度閉合差的計算,n邊形閉合導線內角和的理論值應為：,（2）坐標增量閉合差的計算,根據閉合導線本身的特點：,理論上,實際上,北,2,1,4,3,78.16m,105.22m,129.34m,80.18m,4.支導線計算,已知數據：AB,XB,YB,A、B為已知邊，點1、2為新建支導線點。,支導線沒有多余觀測值,因此不會產生閉合差,從而 無須進行任何改正。,3.支導線計算,由于支導線沒有多余觀測值,因此沒有檢核條件，無 法檢驗觀測值的差錯，施測與計算時必須十分小心。,觀測數據：轉折角B, 1 ；邊長SB1，S12。,支導線的計算步驟,支導線的計算步驟,交會測量,x,y,A(xA,yA),B(xB,yB),P(xP,yP),一、角度前方交會,O,DAB,x,x,A、B為坐標已知的控制點，P為待定點。在A、B點上安置經緯儀，觀測水平角、，根據A、B兩點的已知坐標和、角，通過計算可得出P點的坐標，這就是角度前方交會。,*,DAP,DBP,*,1角度前方交會的計算方法,（1）計算已知邊AB的邊長和方位角,根據A、B兩點坐標（xA，yA）、（xB，yB），按坐標反算公式計算兩點間邊長DAB和坐標方位角AB。,（2）計算待定邊AP、BP的邊長,按三角形正弦定律，得,*,*,（3）計算待定邊AP、BP的坐標方位角。,（4）計算待定點P的坐標。,由點A推算點P坐標,由點B推算點P坐標,*,適用于計算器計算的公式：,在應用上式時，要注意已知點和待定點必須按A、B、P逆時針方向編號，在A點觀測角編號為，在B點觀測角編號為。,*,2角度前方交會的觀測檢核,從三個已知點A、B、C分別向P點觀測水平角1、1、2、2，作兩組前方交會。,計算出P點的兩組坐標。,當兩組坐標較差符合規(guī)定要求時，取其平均值作為P點的最后坐標。,B,P,A,C,一般規(guī)范規(guī)定，兩組坐標較差e不大于兩倍比例尺精度，用公式表示為：,式中,M 測圖比例尺分母。,前方交會法坐標計算表,注：測圖比例尺分母M=1 000。,x,y,A,B,C,P,*,二、距離交會,A、B為已知控制點，P為待定點，測量了邊長DAP和DBP，根據A、B點的已知坐標及邊長DAP和DBP，通過計算求出P點坐標，這就是距離交會。,DBP,DAP,B(xB,yB),y,A(xA,yA),(xP,yP),O,x,P,1距離交會的計算方法,（1）計算已知邊的邊長和坐標方位角,根據已知點A、B的坐標，按坐標反算公式計算邊長DAB和坐標方位角AB。,DAP,DBP,P,x,y,O,A,B,（2）計算BAP和ABP,按三角形余弦定理，得,DAB,*,（3）計算待定邊AP、BP的坐標方位角。,*,（4）計算待定點P的坐標。,2距離交會的觀測檢核,從三個已知點A、B、C分別向P點測量三段水平距離DAP、DBP、DCP，作兩組距離交會。,計算出P點的兩組坐標。,當兩組坐標較差滿足下式要求時，取其平均值作為P點的最后坐標。,9.1 高程控制網概述 9.1.1 高程控制測量概述,高程控制測量：即精確測定控制點高程的工作。 高程控制測量首先要在測區(qū)建立高程控制網，為了測繪地形圖或建筑物施工放樣以及進行科學研究工作而需要進行的高程測量，我國在全國范圍內建立一個統(tǒng)一的高程控制網，高程控制網由一系列的水準點構成，沿水準路線按一定的距離埋設固定的標志稱為水準點，水準點分為臨時性和永久性水準點，等級水準點埋設永久性標志，三、四等水準點埋設普通標石，普通水準點見圖9-1。 圖根水準點可根據需要埋設永久性或臨時性水準點，臨時性水準點埋設木樁或在水泥板或石頭上用紅油漆畫出臨時標志表示。,圖9-1 混凝土普通水準標石(單位：m),9.1.2 國家高程控制網,國家高程控制網分為一、二、三、四等四個等級。一、二等水準網是國家高程控制的基礎，一、二等水準路線一般沿著鐵路、公路進行布設，形成閉合水準網或附合水準網，用精密水準測量方法測定其高程；三、四等水準測量主要用于一、二等水準測量的加密，作為地形測量和工程測量的高程控制，布設閉合水準路線和附合水準路線。水準網見圖9-2，國家一、二等水準測量技術指標在此略。,圖9-2,9.1.3 圖根高程控制網 圖根控制測量：即測定圖根點的高程。 圖根高程控制網可以布設為水準網及三角高程網。 圖根水準測量按五等水準測量方法測定其高程。 五等水準測量技術指標見表9-1。,9.1.4 高程控制網的施測方法 三、四等高程控制網的施測方法一般采用水準測量方法，圖根高程網可采用水準測量方法或三角高程測量方法施測。 在水利水電工程施工測量和地形測量中，高程控制測量一般分為基本高程控制和加密高程控制，基本控制測量一般采用三、四等及以上等級水準測量，加密一般采用五等水準測量及三角高程測量。 本章主要介紹三、四等水準測量和三角高程測量。,表9-1 三、四和圖根水準測量技術要求,表9-1 三、四和五等水準測量技術要求,9.2 水準測量 9.2.1 三、四及圖根水準測量的技術指標 在水利水電工程測量中，除了建立必要的平面控制，還要建立首級高程控制和圖根高程控制,而小區(qū)域內的首級高程控制常采用三、四等及圖根水準測量。三、四等及圖根水準測量的具體技術要求見表6-6。,9.2.2 三、四等水準測量的觀測方法 三、四等水準測量采用的儀器和觀測方法相同，只是觀測限差要求不同。下面以四等水準測量為例，介紹其觀測方法和記錄方法。,9.2.2.1 測站觀測程序 在每一站上，首先安置儀器于前、后視點等距離處，調整圓水準器使氣泡居中，然后分別瞄準后、前視尺，估讀視距，使前、后視距離差不超過2m。如超限，則需移動前視尺或水準儀，以滿足要求。然后按下列順序進行觀測，并記錄于表9-2相應欄內： 照準后視尺黑面讀取下絲（1）、上絲（2）、中絲讀數（3）； 照準前視尺黑面讀取下絲（4）、上絲（5）、中絲讀數（6）； 照準前視尺紅面讀取中絲讀數（7）； 照準后視尺紅面讀取中絲讀數（8）； 在觀測中邊觀測邊記錄邊進行校核，各項計算符合表9-2中相應等級限差要求時才能搬站，否則應予重測。,三、 四等水準測量常用儀器為DS3型水準儀，標尺為紅、黑兩面水準木標尺。作業(yè)之前，要對水準儀和水準尺進行檢驗，詳細檢驗項目和指標要求可參閱國家三、四等水準測量規(guī)范。在作業(yè)中為抵消因水準尺磨損而造成的標尺零點差，要求每一水準測段的測站數應為偶數站。 三、四等水準測量轉點使用尺墊，轉點應選擇堅硬的地面上，尺墊要踩實。觀測應在標尺分劃線成像清晰穩(wěn)定時進行，若成像不好，應酌情縮短視線長度。 以上三、四等水準觀測程序可簡稱為“后、前、前、后”，在地質比較硬的條件下四等水準測量可以采用“后、后、前、前”的觀測程序。 表9-2 四等水準記錄表,表9-2 四等水準記錄表,校核計算,(9)：205.8 (10)=205.0 末站(12)=+0.8 總距離L=410.8,(3)=4.548 (8)=23.493 (18)=一0.0220 (6)=4.568 (7)=23.517 (15)=一0.020 (16)=一0.024 N(17)=+4 (15)+(16)/2=一0.022,校核計算,1.視距部分 后視距離(9)=(下絲讀數(1)一上絲讀數(2)100； 前視距離(10)=(下絲讀數(4)一上絲讀數(5)100； 后、前視距差(11)=后視距離(9)一前視距離(10)； 后、前視距累積差(12)=本站視距差(11)+上站視距累積差(12)。 2.高差部分 前視標尺黑、紅面讀數差(13)=K2+(6)一(7)，其絕對值不應超過3mm。 后視標尺黑、紅面讀數差(14)=K1+(3)一(8)，其絕對值不應超過3mm。 K1、K2分別為后、前兩水準尺的黑、紅面的起點差，亦稱尺常數，尺常數為4.687m和4.787m。 黑面高差(15)=(3)一(6)。 紅面高差(16)=(8)一(7)。 黑、紅面高差之差(17)=(15)-(16)01=(14)-(13)，其絕對值應小于5mm。,式中(16)01m是由于兩根水準尺紅面有起點差，二者相差01m，取“+”或“-”號應視紅面常數來確定，當后視尺常數K是4.687時，則紅面高差比黑面高差小，則應加上01m ，反之，則應減去01m ，計算見表9-2 。 高差中數(18)= (15)+(16)0.1/2 ，作為該測站所測的高差。 表9-2中括號內的數字表示觀測與計算檢核順序。當整個水準路線測量完畢，還應逐頁檢核計算有無錯誤，檢核的方法是： 先計算(3)、(6)、(8)、(7)、(9)、(10)、(15)、(16)、(18)，然后用下式校核： (9)-(10)=末站(12)。 (15)+(16)01/2=(18)測站為奇數。 (15)+(16)/2=(18)測站為偶數。 水準路線總長度L=(9)+(10)。,3. 四等水準觀測應注意的事項 a.觀測時，必須用測傘遮蔽陽光，遷站時應一手抱住儀器一手抱住腳架，不準把儀器扛在肩上。 b.儀器若架設在較為松軟的地方觀測時，必須踩實腳架腿，以減小儀器下沉引起的誤差。 c.遷站時，只能將儀器和后視尺向前移動，本站的前視尺的尺墊不動，作為下一測站的后視尺。 d.除線路轉彎處，每一測站上儀器和前后視水準尺應盡量在一條直線上。,四等水準高程的計算 四等水準高程的計算方法與第二章所講的普通水準計算方法相同，只是閉合差的限差為20 mm，若滿足要求，進行高差閉合差的調整，計算各水準點的高程，反之，應進行重測。圖9-3為一附合四等水準路線，已知高程和觀測數據注記在圖上，其計算過程和結果見表9-3。,圖9-3 四等附合水準路線,表9-3 四等水準高程計算表,9.2.3 圖根水準測量 圖根水準測量，其技術指標見表91。仍然采用雙面水準尺施測，觀測程序采用后-后-前-前的觀測方法，記錄計算與四等水準基本相同，只是觀測限差和精度要求較低。 若采用單面水準尺施測時，在測站上，應用不同儀器高測出兩個高差，其互差不得超過6mm，當符合限差要求后，取平均值作為最后觀測結果。其高程計算方法同四等水準測量計算。,9.3 三角高程測量 三角高程測量是高程測量的一種方法。它是根據兩點間的水平距離和豎直角，計算兩點間的高差，推求待定點的高程。三角高程可采用閉合、附合路線的形式，或布設成幾個方向交會的獨立高程點。圖根經緯儀三角高程測量技術要求見表9-4和9-5。,表9-4 豎直角觀測的技術要求和記錄計算取位規(guī)定,豎直角的觀測遵守下列規(guī)定： （1）豎直角觀測宜在目標清晰、大氣穩(wěn)定時進行。 （2）一個測回的觀測應先正鏡依次觀測各有關方向，再倒鏡按相反次序完成各方向的觀測。在特殊情況下，可連續(xù)觀測可個方向的所有測回。 （3）同一方向各測回觀測必須照準同一部位，并在手簿上以圖示記載說明。 （4）一個測站觀測工作前（或后），應用鋼尺量取儀器高覘標高兩次，其較差不得大于1cm 。取用中數。 三角高程線中同一邊直、反覘高差不符值、全線閉合差及交會點高程較差應不超過表9-5的規(guī)定。,表9-5 豎直角觀測的技術要求和記錄計算取位規(guī)定,9.3.1 三角高程測量原理 如圖9-4所示，在A點架設經緯儀，B點豎立標桿，照準目標高為V時，測出的豎直角為，量出儀器高為i。設A、B兩點間的水平距離為D。由圖94可知 hAB+V=Dtg+I hAB =Dtg+i-V 令h= Dtg 則上式可寫成 hAB = h+i-V 如果A點的高程已知，設其為HA，則B點的高程為 HB=HA+hAB=HA+ h +i-V,圖9-4,（9-2）,9.3.2 球氣差影響及改正方法 公式(9-2)適用于A、B兩點距離較近(小于300m)，此時水準面可近似看成平面，視線視為直線。當地面兩點間的距離D大于300m時，就要考慮地球曲率及觀測視線受大氣垂直折光的影響。地球曲率對高差的影響稱為地球曲率差，簡稱球差。大氣折光引起視線成弧線的差異，稱為氣差。 如圖9-5，MM為大氣折光的影響，稱為氣差，EF為地球曲率的影響，稱為球差，由圖9-5可得 hAB +V+MM=h+i+EF 令f=EF-MM，稱為球氣差，整理上式得 hA=h+i-V+f （9-3）,h= Dtg,圖9-5 球氣差對三角高程的影響,式(9-3)即為受球氣差影響的三角高程計算高差的公式。f為球氣差的聯(lián)合影響。球差的影響為EF=D2/2R，但氣差的影響較為復雜，它與氣溫、氣壓、地面坡度和植被等因素均有關。在我國境內一般認為氣差是球差的1/7，即MM= D2/14R，所以球氣差，的計算式為,（9-4）,式中D地面兩點間的水平距離，100m； R地球平均半徑，取6371krn； F球氣差，cm。 若將式(9-4)中，取不同的D值時，球氣差f的數值列于表9-5中，用時可直接查。,表9-5 球氣差查取表,由上表可知，當兩點水平距離D300m時，才考慮其影響。,9.3.3 三角高程測量控制網的一般施測方法 三角高程控制的一般施測方法采用直覘和反覘的施測方法。如圖9-5所示，在已知點A安置經緯儀，觀測待定點B，用三角高程計算公式求待定點的高程HB，稱為直覘。在待定點B安置經緯儀，觀測已知高程點A，計算待定點B的高程HB，稱為反覘。用直反覘觀測，待定點B的高程計算公式分別為： HB = HA - hBA =HA -（DtgBA+iB-VA+f）,HB = HA + hAB =HA +DtgAB+iA-VB+f,在一條邊上只進行直覘或反覘觀測，稱為單向觀測；在同一條邊上，既進行直覘又進行反覘觀測，稱為對向觀測。為了檢核和消除球氣差的影響，一般采用對向觀測的方法進行，若不符值滿足表94中的限差規(guī)定，取對向觀測高差的平均值作為最后結果。,圖9-5,9.3.4 三角高程導線測量 1.三角高程導線布設形式為附合高程導線、閉合高程導線，見圖9-6所示。 A點和E點高程已知，可以選擇一條從A-B-C-D-E的附合高程導線。若只有A點高程已知，則選擇A-B-D-E-C-A的閉合高程導線。,圖9-6 小三角鎖,2.三角高程外業(yè)實施方法 采用直、反覘的觀測方法分別按表9-7的要求進行觀測所有的豎直角。圖9-6為小三角鎖，需要測量各點