第五章 大地測量基本技術(shù)與方法

1、Fundation of Geodesy1 第五章第五章 大地測量基本技術(shù)與方法大地測量基本技術(shù)與方法 Fundation of Geodesy2 5.1.1 建立國家平面大地控制網(wǎng)的方法建立國家平面大地控制網(wǎng)的方法 1 1、常規(guī)大地測量法、常規(guī)大地測量法 三角測量法三角測量法 1)1)網(wǎng)形網(wǎng)形 5.1 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) Fundation of Geodesy3 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 2)坐標(biāo)計算原理坐標(biāo)計算原理: 正弦定理正弦定理 3)三角網(wǎng)的元素三角網(wǎng)的元素: 起算元素：已知的坐標(biāo)、邊長和已知的方位角起算元素：已知的坐標(biāo)、邊長和已知的方位角. 觀測元素

2、：三角網(wǎng)中觀測的所有方向觀測元素：三角網(wǎng)中觀測的所有方向(或角度或角度)。 推算元素：由起算元素和觀測元素的平差值推算的三角推算元素：由起算元素和觀測元素的平差值推算的三角 網(wǎng)中其他邊長、坐標(biāo)方位角和各點(diǎn)的坐標(biāo)。網(wǎng)中其他邊長、坐標(biāo)方位角和各點(diǎn)的坐標(biāo)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：圖形簡單，結(jié)構(gòu)強(qiáng)，幾何條件多，便于檢核，圖形簡單，結(jié)構(gòu)強(qiáng)，幾何條件多，便于檢核， 網(wǎng)的精度較高。網(wǎng)的精度較高。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：易受障礙物的影響，布設(shè)困難，增加了建標(biāo)費(fèi)易受障礙物的影響，布設(shè)困難，增加了建標(biāo)費(fèi) 用；推算邊長精度不均勻，距起始邊越遠(yuǎn)邊長精度越低。用；推算邊長精度不均勻，距起始邊越遠(yuǎn)邊長精度越低。 Fundation of G

3、eodesy4 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) l導(dǎo)線測量法導(dǎo)線測量法: 優(yōu)點(diǎn)：布設(shè)靈活，容易克服地形障礙；導(dǎo)線測優(yōu)點(diǎn)：布設(shè)靈活，容易克服地形障礙；導(dǎo)線測 量只要求相鄰兩點(diǎn)通視，故可降低覘標(biāo)高度，造量只要求相鄰兩點(diǎn)通視，故可降低覘標(biāo)高度，造 標(biāo)費(fèi)用少，且便于組織觀測；網(wǎng)內(nèi)邊長直接測量，標(biāo)費(fèi)用少，且便于組織觀測；網(wǎng)內(nèi)邊長直接測量， 邊長精度均勻。邊長精度均勻。 缺點(diǎn)：導(dǎo)線結(jié)構(gòu)簡單，沒有三角網(wǎng)那樣多的檢缺點(diǎn)：導(dǎo)線結(jié)構(gòu)簡單，沒有三角網(wǎng)那樣多的檢 核條件，不易發(fā)現(xiàn)粗差，可靠性不高。核條件，不易發(fā)現(xiàn)粗差，可靠性不高。 Fundation of Geodesy5 三邊測量及邊角同測法三邊測量及邊角同

4、測法 邊角全測網(wǎng)的精度最高，相應(yīng)工作量也較邊角全測網(wǎng)的精度最高，相應(yīng)工作量也較 大。在建立高精度的專用控制網(wǎng)大。在建立高精度的專用控制網(wǎng)( (如精密的形如精密的形 變監(jiān)測網(wǎng)變監(jiān)測網(wǎng)) )或不能選擇良好布設(shè)圖形的地區(qū)可或不能選擇良好布設(shè)圖形的地區(qū)可 采用此法而獲得較高的精度。采用此法而獲得較高的精度。 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) Fundation of Geodesy6 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 2、天文測量法、天文測量法 天文測量法是在地面點(diǎn)上架設(shè)儀器，通過觀測天體天文測量法是在地面點(diǎn)上架設(shè)儀器，通過觀測天體(主主 要是恒星要是恒星)并記錄觀測瞬間的時刻，來確定地面點(diǎn)的

5、地理位并記錄觀測瞬間的時刻，來確定地面點(diǎn)的地理位 置，即天文經(jīng)度、天文緯度和該點(diǎn)至另一點(diǎn)的天文方位角。置，即天文經(jīng)度、天文緯度和該點(diǎn)至另一點(diǎn)的天文方位角。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：各點(diǎn)彼此獨(dú)立觀測，也勿需點(diǎn)間通視，測量誤各點(diǎn)彼此獨(dú)立觀測，也勿需點(diǎn)間通視，測量誤 差不會積累。差不會積累。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：精度不高，受天氣影響大。精度不高，受天氣影響大。 用途用途：在每隔一定距離的三角點(diǎn)上觀測天文來推求大：在每隔一定距離的三角點(diǎn)上觀測天文來推求大 地方位角，控制水平角觀測誤差積累對推算方位角的影響。地方位角，控制水平角觀測誤差積累對推算方位角的影響。 Fundation of Geodesy7 3、現(xiàn)代定位新技術(shù)

6、簡介、現(xiàn)代定位新技術(shù)簡介 GPS測量測量 全球定位系統(tǒng)全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning GPS(Global Positioning System)System)可為各位用戶提供精密的三維坐標(biāo)、三可為各位用戶提供精密的三維坐標(biāo)、三 維速度和時間信息。維速度和時間信息。 GPS系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，可以進(jìn)行海、系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，可以進(jìn)行海、 空和陸地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈的制導(dǎo)，大地測量和工程空和陸地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈的制導(dǎo)，大地測量和工程 測量的精密定位，時間的傳遞和速度的測量等。測量的精密定位，時間的傳遞和速度的測量等。 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) Fundatio

7、n of Geodesy8 甚長基線干涉測量系統(tǒng)甚長基線干涉測量系統(tǒng)(VLBI)(VLBI) 甚長基線干涉測量系統(tǒng)甚長基線干涉測量系統(tǒng)(VLBI)(VLBI)是在甚長基線的是在甚長基線的 兩端兩端( (相距幾千公里相距幾千公里) )，用射電望遠(yuǎn)鏡，接收銀河系，用射電望遠(yuǎn)鏡，接收銀河系 或銀河系以外的類星體發(fā)出的無線電輻射信號，通或銀河系以外的類星體發(fā)出的無線電輻射信號，通 過信號對比，根據(jù)干涉原理，直接測定基線長度和過信號對比，根據(jù)干涉原理，直接測定基線長度和 方向的一種空間技術(shù)。方向的一種空間技術(shù)。 長度的相對精度長度的相對精度1010-6 -6，可達(dá) ，可達(dá)0.0010.001，由于其定，

8、由于其定 位的精度高，在研究地球的極移、地球自轉(zhuǎn)速率的位的精度高，在研究地球的極移、地球自轉(zhuǎn)速率的 短周期變化、地球固體潮、大地板塊運(yùn)動的相對速短周期變化、地球固體潮、大地板塊運(yùn)動的相對速 率和方向中得到廣泛的應(yīng)用。率和方向中得到廣泛的應(yīng)用。 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) Fundation of Geodesy9 慣性測量系統(tǒng)慣性測量系統(tǒng)(INS) 慣性測量是利用慣性力學(xué)基本原理，在相距較慣性測量是利用慣性力學(xué)基本原理，在相距較 遠(yuǎn)的兩點(diǎn)之間，對裝有慣性測量系統(tǒng)的運(yùn)動載體遠(yuǎn)的兩點(diǎn)之間，對裝有慣性測量系統(tǒng)的運(yùn)動載體(汽汽 車或直升飛機(jī)車或直升飛機(jī))從一個已知點(diǎn)到另一個待定點(diǎn)的加速從一個

9、已知點(diǎn)到另一個待定點(diǎn)的加速 度，分別沿三個正交的坐標(biāo)軸方向進(jìn)行兩次積分，度，分別沿三個正交的坐標(biāo)軸方向進(jìn)行兩次積分， 從而求定其運(yùn)動載體在三個坐標(biāo)軸方向的坐標(biāo)增量，從而求定其運(yùn)動載體在三個坐標(biāo)軸方向的坐標(biāo)增量， 進(jìn)而求出待定點(diǎn)的位置，它屬于相對定位，其相對進(jìn)而求出待定點(diǎn)的位置，它屬于相對定位，其相對 精度為精度為(12)1010-5 -5，測定的平面位置中誤差為 ，測定的平面位置中誤差為 25cm左右。左右。 優(yōu)點(diǎn)：完全自主式，點(diǎn)間也不要求通視；全天優(yōu)點(diǎn)：完全自主式，點(diǎn)間也不要求通視；全天 候，只取決于汽車能否開動、飛機(jī)能否飛行。候，只取決于汽車能否開動、飛機(jī)能否飛行。 缺點(diǎn)：相對測量，精度不

10、高。缺點(diǎn)：相對測量，精度不高。 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) Fundation of Geodesy10 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 5.1.2 建立國家平面大地控制網(wǎng)的基本原則建立國家平面大地控制網(wǎng)的基本原則 大地控制網(wǎng)應(yīng)分級布設(shè)、逐級控制大地控制網(wǎng)應(yīng)分級布設(shè)、逐級控制 大地控制網(wǎng)應(yīng)有足夠的精度大地控制網(wǎng)應(yīng)有足夠的精度 大地控制網(wǎng)應(yīng)有一定的密度大地控制網(wǎng)應(yīng)有一定的密度 大地控制網(wǎng)應(yīng)有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)格和要求大地控制網(wǎng)應(yīng)有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)格和要求 Fundation of Geodesy11 5.1.3 國家平面大地控制網(wǎng)的布設(shè)方案國家平面大地控制網(wǎng)的布設(shè)方案 1、 常規(guī)大地測量方

11、法布設(shè)國家三角網(wǎng)常規(guī)大地測量方法布設(shè)國家三角網(wǎng) 1）一等三角鎖系布設(shè)方案一等三角鎖系布設(shè)方案 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) Fundation of Geodesy12 2）二等三角鎖、網(wǎng)布設(shè)方案二等三角鎖、網(wǎng)布設(shè)方案 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) Fundation of Geodesy13 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 插網(wǎng)法插網(wǎng)法 3）三、四等三角網(wǎng)）三、四等三角網(wǎng) Fundation of Geodesy14 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 插點(diǎn)法插點(diǎn)法 Fundation of Geodesy15 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 4）我國天文大地網(wǎng)

12、基本情況簡介）我國天文大地網(wǎng)基本情況簡介 20世紀(jì)世紀(jì)50年代初，年代初，60年代末基本完成，先后共布設(shè)一年代末基本完成，先后共布設(shè)一 等三角鎖等三角鎖401條，一等三角點(diǎn)條，一等三角點(diǎn)6 182個，構(gòu)成個，構(gòu)成121個一等鎖個一等鎖 環(huán)，鎖系長達(dá)環(huán)，鎖系長達(dá)7.3萬萬km。一等導(dǎo)線點(diǎn)。一等導(dǎo)線點(diǎn)312個，構(gòu)成個，構(gòu)成10個導(dǎo)個導(dǎo) 線環(huán)，總長約線環(huán)，總長約1萬萬km。 1982年完成天文大地網(wǎng)的整體平差工作。網(wǎng)中包括一年完成天文大地網(wǎng)的整體平差工作。網(wǎng)中包括一 等三角鎖系，二等三角網(wǎng)，部分三等網(wǎng)，總共約有等三角鎖系，二等三角網(wǎng)，部分三等網(wǎng)，總共約有5萬個萬個 大地控制點(diǎn)，大地控制點(diǎn)，30萬個觀

13、測量的天文大地網(wǎng)。平差結(jié)果：萬個觀測量的天文大地網(wǎng)。平差結(jié)果： 網(wǎng)中離大地點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為網(wǎng)中離大地點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為0.9m，一等觀測，一等觀測 方向中誤差為方向中誤差為0.46。 Fundation of Geodesy16 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 2、現(xiàn)代技術(shù)建立國家大地測量控制網(wǎng)、現(xiàn)代技術(shù)建立國家大地測量控制網(wǎng) 一般可把一般可把GPS網(wǎng)分為兩大類：一類是全球或全國性的網(wǎng)分為兩大類：一類是全球或全國性的 高精度的高精度的GPS網(wǎng)網(wǎng)(A、B級網(wǎng)），另一類是區(qū)域性的級網(wǎng)），另一類是區(qū)域性的GPS網(wǎng)網(wǎng) （C、D、E級網(wǎng)）。級網(wǎng)）。 1）EPOCH 92中國中國GPS大會

14、戰(zhàn)大會戰(zhàn) 全網(wǎng)由全網(wǎng)由27個點(diǎn)組成，平均邊長個點(diǎn)組成，平均邊長800km，使用，使用4臺臺MINI- MAC2816、13臺臺Trimble 4000 SST和和17臺臺Ashtech MDX C/A雙頻接收機(jī)觀測，平差后在雙頻接收機(jī)觀測，平差后在ITRF 91地心參考框架地心參考框架 中的定位精度優(yōu)于中的定位精度優(yōu)于0.1m ，基線相對精度達(dá)到，基線相對精度達(dá)到10-8。 Fundation of Geodesy17 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 2） 96 GPS A級網(wǎng)級網(wǎng) 96 GPS A級網(wǎng)共包括級網(wǎng)共包括33個主站，個主站，23個副站，與個副站，與92 GPS A級網(wǎng)點(diǎn)重合

15、級網(wǎng)點(diǎn)重合21個。個。96 GPS A級網(wǎng)觀測時共使用級網(wǎng)觀測時共使用 了了53臺雙頻臺雙頻GPS接收機(jī)，其中接收機(jī)，其中14臺臺Astech MD12，17 臺臺Trimble 4000 SSE,8臺臺Leica 200,6臺臺Rogue 8000,8臺臺 Astech Z12。經(jīng)數(shù)據(jù)精處理后基線分量重復(fù)性水平方。經(jīng)數(shù)據(jù)精處理后基線分量重復(fù)性水平方 向優(yōu)于向優(yōu)于4mm+3ppm，垂直方向優(yōu)于，垂直方向優(yōu)于8mm+4ppm，地心，地心 坐標(biāo)分量重復(fù)性優(yōu)于坐標(biāo)分量重復(fù)性優(yōu)于2cm。全網(wǎng)整體平差后，在。全網(wǎng)整體平差后，在 ITRF93參考框架中的地心坐標(biāo)精度優(yōu)于參考框架中的地心坐標(biāo)精度優(yōu)于10cm

16、,基線相基線相 對精度達(dá)到對精度達(dá)到10-8. Fundation of Geodesy18 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 3）國家高精度）國家高精度GPS B級網(wǎng)級網(wǎng) 全網(wǎng)由全網(wǎng)由818個點(diǎn)組成，分布全國各地個點(diǎn)組成，分布全國各地(除臺灣省外除臺灣省外)。 東部點(diǎn)位較密，平均站間東部點(diǎn)位較密，平均站間5070km,中部地區(qū)平均站間中部地區(qū)平均站間 100km，西部地區(qū)平均站間距，西部地區(qū)平均站間距150km。外業(yè)自。外業(yè)自1991年年 至至1995年結(jié)束，主要使用年結(jié)束，主要使用Ashtech MD 12和和Trimble 4000 SSE儀器觀測。經(jīng)數(shù)據(jù)精處理后，點(diǎn)位中誤差相儀器觀

17、測。經(jīng)數(shù)據(jù)精處理后，點(diǎn)位中誤差相 對于已知點(diǎn)在水平方向優(yōu)于對于已知點(diǎn)在水平方向優(yōu)于0.07m，高程方向優(yōu)于，高程方向優(yōu)于 0.16m，平均點(diǎn)位中誤差水平方向為，平均點(diǎn)位中誤差水平方向為0.02m，垂直方向，垂直方向 為為0.04m，基線相對精度達(dá)到，基線相對精度達(dá)到10-7。 Fundation of Geodesy19 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 4）全國）全國GPS一、二級網(wǎng)一、二級網(wǎng) 軍測部門建立，一級網(wǎng)由軍測部門建立，一級網(wǎng)由40余點(diǎn)組成，相鄰點(diǎn)間距平余點(diǎn)組成，相鄰點(diǎn)間距平 均為均為683km。自。自1991年年5月至月至1992年年4月進(jìn)行，使用月進(jìn)行，使用10臺臺 MIN

18、IMAC 2816接收機(jī)作業(yè)。網(wǎng)平差后點(diǎn)位中誤差，絕接收機(jī)作業(yè)。網(wǎng)平差后點(diǎn)位中誤差，絕 大多數(shù)點(diǎn)在大多數(shù)點(diǎn)在2cm以內(nèi)。二級網(wǎng)由以內(nèi)。二級網(wǎng)由500多個點(diǎn)組成，二級網(wǎng)多個點(diǎn)組成，二級網(wǎng) 是一級網(wǎng)的加密。是一級網(wǎng)的加密。 5）中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)）中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò) 地震局、總參測繪局、科學(xué)院和國家測繪局聯(lián)合建立，地震局、總參測繪局、科學(xué)院和國家測繪局聯(lián)合建立， 主要是服務(wù)于中長期地震預(yù)報，兼顧大地測量的目的，主要是服務(wù)于中長期地震預(yù)報，兼顧大地測量的目的， 該網(wǎng)絡(luò)是以該網(wǎng)絡(luò)是以GPS為主，以為主，以SLR和和VLBI以及重力測量為輔，以及重力測量為輔， 由三個層次的網(wǎng)絡(luò)組成，即由三個層次的網(wǎng)

19、絡(luò)組成，即25站連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)網(wǎng)、站連續(xù)運(yùn)行的基準(zhǔn)網(wǎng)、56 站定期復(fù)測的基本網(wǎng)和站定期復(fù)測的基本網(wǎng)和1000站復(fù)測頻率低的區(qū)域網(wǎng)。站復(fù)測頻率低的區(qū)域網(wǎng)。 Fundation of Geodesy20 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 3、 國家平面大地控制網(wǎng)的布設(shè)國家平面大地控制網(wǎng)的布設(shè) 包括以下工作：技術(shù)設(shè)計，實地選點(diǎn)，建造覘標(biāo)，包括以下工作：技術(shù)設(shè)計，實地選點(diǎn)，建造覘標(biāo)， 標(biāo)石埋設(shè)，外業(yè)測量，平差計算等標(biāo)石埋設(shè)，外業(yè)測量，平差計算等 1）技術(shù)設(shè)計）技術(shù)設(shè)計 收集資料收集資料 實地踏勘實地踏勘 圖上設(shè)計圖上設(shè)計 編寫技術(shù)設(shè)計書編寫技術(shù)設(shè)計書 2）實地選點(diǎn)：）實地選點(diǎn)： 選點(diǎn)圖，點(diǎn)之記，選

20、點(diǎn)工作技術(shù)總結(jié)。選點(diǎn)圖，點(diǎn)之記，選點(diǎn)工作技術(shù)總結(jié)。 Fundation of Geodesy21 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 3）建造覘標(biāo)）建造覘標(biāo)(傳統(tǒng)大地測量法傳統(tǒng)大地測量法) 尋常標(biāo)尋常標(biāo) 雙錐標(biāo)雙錐標(biāo) Fundation of Geodesy22 國家平面大地控制網(wǎng)國家平面大地控制網(wǎng) 4）標(biāo)石埋設(shè)）標(biāo)石埋設(shè) 大地點(diǎn)的坐標(biāo)，實際上指的就是標(biāo)石中心的坐標(biāo)。大地點(diǎn)的坐標(biāo)，實際上指的就是標(biāo)石中心的坐標(biāo)。 Fundation of Geodesy23 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 5.1.4 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計簡介大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計簡介 1、 概述概述 最優(yōu)化就是在相同的條件下

21、從所有可能方案中選擇最最優(yōu)化就是在相同的條件下從所有可能方案中選擇最 佳的一個。佳的一個。 2、控制網(wǎng)的設(shè)計目標(biāo)、控制網(wǎng)的設(shè)計目標(biāo) 控制網(wǎng)設(shè)計的目標(biāo)，指的是控制網(wǎng)應(yīng)達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，控制網(wǎng)設(shè)計的目標(biāo)，指的是控制網(wǎng)應(yīng)達(dá)到的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)， 它是設(shè)計的依據(jù)和目的，同時又是評定網(wǎng)的質(zhì)量的指標(biāo)。它是設(shè)計的依據(jù)和目的，同時又是評定網(wǎng)的質(zhì)量的指標(biāo)。 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)包括質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)包括精度標(biāo)準(zhǔn)、可靠性標(biāo)準(zhǔn)、費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)、可區(qū)分精度標(biāo)準(zhǔn)、可靠性標(biāo)準(zhǔn)、費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)、可區(qū)分 標(biāo)準(zhǔn)及靈敏度標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)及靈敏度標(biāo)準(zhǔn)等，其中常用的主要是前等，其中常用的主要是前3個標(biāo)準(zhǔn)。個標(biāo)準(zhǔn)。 Fundation of Geodesy24 1）精度標(biāo)準(zhǔn)精度標(biāo)準(zhǔn):

22、:方差方差- -協(xié)方差陣協(xié)方差陣DxxDxx 整體精度標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)整體精度標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)： N N最優(yōu)最優(yōu)，DxxDxx的范數(shù)的范數(shù)Dxx= min Dxx= min A A最優(yōu)最優(yōu)，tr(Dxx)= =tr(Dxx)= =1 1+2 2+r r= min= min D D最優(yōu)最優(yōu)，det(Dxx)= det(Dxx)= 1 12 2r r min min E E最優(yōu)最優(yōu)，max= minmax= min S S最優(yōu)最優(yōu)，max-min= min max-min= min 局部精度指標(biāo)：局部精度指標(biāo)：點(diǎn)位誤差橢圓，相對誤差橢圓，未知數(shù)點(diǎn)位誤差橢圓，相對誤差橢圓，未知數(shù) 某些函數(shù)的精度某些函數(shù)的精度 大地

23、控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 Fundation of Geodesy25 2）可靠性標(biāo)準(zhǔn)可靠性標(biāo)準(zhǔn) 網(wǎng)的可靠性，指控制網(wǎng)能夠發(fā)現(xiàn)觀測值中存在的粗差和網(wǎng)的可靠性，指控制網(wǎng)能夠發(fā)現(xiàn)觀測值中存在的粗差和 抵抗殘存粗差對平差結(jié)果的影響的能力。抵抗殘存粗差對平差結(jié)果的影響的能力。 B為設(shè)計矩陣為設(shè)計矩陣, , 多余觀測分量多余觀測分量. . 內(nèi)部可靠性：內(nèi)部可靠性：在顯著水平在顯著水平 下，以檢驗功效下，以檢驗功效 發(fā)現(xiàn)粗差發(fā)現(xiàn)粗差 的下界為的下界為 外部可靠性：外部可靠性： 不可發(fā)現(xiàn)的粗差對平差結(jié)果影響的大小。不可發(fā)現(xiàn)的粗差對平差結(jié)果影響的大小。 11 () T vv QPB B PBB ili

24、i rl 00 i i i r r 1 0 0 vv VQ PL() ivvi rQP i r 0 0 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 Fundation of Geodesy26 其中：其中： 為非中心化參數(shù)，為非中心化參數(shù)， 3）費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn) 最大原則：在費(fèi)用一定條件下，使控制網(wǎng)的精度和可最大原則：在費(fèi)用一定條件下，使控制網(wǎng)的精度和可 靠性最大或者能滿足一定限制下使精度最高。靠性最大或者能滿足一定限制下使精度最高。 最小原則：在使精度和可靠性指標(biāo)達(dá)到一定的條件下，最小原則：在使精度和可靠性指標(biāo)達(dá)到一定的條件下， 使費(fèi)用支出最小。使費(fèi)用支出最小。 0 000 0 05 0 804

25、13ff(,)( ., .). 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 Fundation of Geodesy27 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 3、 優(yōu)化設(shè)計的分類和方法優(yōu)化設(shè)計的分類和方法 1) 網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計可分為零、一、二、三類。網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計可分為零、一、二、三類。 零類設(shè)計零類設(shè)計(基準(zhǔn)設(shè)計基準(zhǔn)設(shè)計)。固定參數(shù)是。固定參數(shù)是B和和P，待求參數(shù)是，待求參數(shù)是 X和和Qxx。就是在控制網(wǎng)的網(wǎng)形和觀測值的先驗精度已定。就是在控制網(wǎng)的網(wǎng)形和觀測值的先驗精度已定 的情況下，選擇合適的起始數(shù)據(jù)，使網(wǎng)的精度最高。的情況下，選擇合適的起始數(shù)據(jù)，使網(wǎng)的精度最高。 一類設(shè)計一類設(shè)計(圖形設(shè)計圖形設(shè)

26、計)。固定參數(shù)是。固定參數(shù)是P和和Qxx，待定參數(shù)，待定參數(shù) 為為B。就是在觀測值先驗精度和未知參數(shù)的準(zhǔn)則矩陣已。就是在觀測值先驗精度和未知參數(shù)的準(zhǔn)則矩陣已 定的情況下，選擇最佳的點(diǎn)位布設(shè)和最合理的觀測值數(shù)定的情況下，選擇最佳的點(diǎn)位布設(shè)和最合理的觀測值數(shù) 目。通常，在傳統(tǒng)的大地網(wǎng)圖形設(shè)計中就是解決這個問目。通常，在傳統(tǒng)的大地網(wǎng)圖形設(shè)計中就是解決這個問 題。題。 Fundation of Geodesy28 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 二類設(shè)計二類設(shè)計(權(quán)設(shè)計權(quán)設(shè)計): 固定參數(shù)是固定參數(shù)是B，Qxx，待定參數(shù)，待定參數(shù) P在控制網(wǎng)的網(wǎng)形和網(wǎng)的精度要求已定的情況下，進(jìn)行在控制網(wǎng)的網(wǎng)形和

27、網(wǎng)的精度要求已定的情況下，進(jìn)行 觀測工作量的最佳分配觀測工作量的最佳分配(權(quán)分配權(quán)分配)，決定各觀測值的精度，決定各觀測值的精度 (權(quán)權(quán))，使各種觀測手段得到合理組合。，使各種觀測手段得到合理組合。 三類設(shè)計三類設(shè)計(加密設(shè)計加密設(shè)計): 固定參數(shù)是固定參數(shù)是Qxx和部分和部分B，P， 待定參數(shù)為部分待定參數(shù)為部分B和和P，是對現(xiàn)有網(wǎng)和現(xiàn)有設(shè)計進(jìn)行改，是對現(xiàn)有網(wǎng)和現(xiàn)有設(shè)計進(jìn)行改 進(jìn)，引入附加點(diǎn)或附加觀測值，導(dǎo)致點(diǎn)位增刪或移動，進(jìn)，引入附加點(diǎn)或附加觀測值，導(dǎo)致點(diǎn)位增刪或移動， 觀測值的增刪或精度改變。觀測值的增刪或精度改變。 Fundation of Geodesy29 大地控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計大地控

28、制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計 2）優(yōu)化設(shè)計的方法）優(yōu)化設(shè)計的方法 1)、解析法：、解析法：解析法具有計算機(jī)時較少，理論上較嚴(yán)解析法具有計算機(jī)時較少，理論上較嚴(yán) 密等優(yōu)點(diǎn)；但其數(shù)學(xué)模型難于構(gòu)造，具有最優(yōu)解有時不符密等優(yōu)點(diǎn)；但其數(shù)學(xué)模型難于構(gòu)造，具有最優(yōu)解有時不符 合實際或可行性差。合實際或可行性差。 2)、模擬法：、模擬法：模擬法是對經(jīng)驗設(shè)計的初步網(wǎng)形和觀測模擬法是對經(jīng)驗設(shè)計的初步網(wǎng)形和觀測 精度，模擬一組數(shù)據(jù)與觀測值輸入計算機(jī)，按間接精度，模擬一組數(shù)據(jù)與觀測值輸入計算機(jī)，按間接(參數(shù)參數(shù)) 平差，組成誤差方程和法方程，求逆而得到未知參數(shù)的協(xié)平差，組成誤差方程和法方程，求逆而得到未知參數(shù)的協(xié) 因數(shù)陣因數(shù)陣(或方

29、差協(xié)方差陣或方差協(xié)方差陣)，計算未知參數(shù)及其函數(shù)的精度，計算未知參數(shù)及其函數(shù)的精度， 估算成本，或進(jìn)一步計算可靠性等信息；與預(yù)定的精度、估算成本，或進(jìn)一步計算可靠性等信息；與預(yù)定的精度、 成本和可靠性要求等相比較；根據(jù)計算所提供的信息和設(shè)成本和可靠性要求等相比較；根據(jù)計算所提供的信息和設(shè) 計者的經(jīng)驗，對控制網(wǎng)的基準(zhǔn)、網(wǎng)形、觀測精度等進(jìn)行修計者的經(jīng)驗，對控制網(wǎng)的基準(zhǔn)、網(wǎng)形、觀測精度等進(jìn)行修 正。正。 Fundation of Geodesy30 5.2 國家高程控制網(wǎng)建立的基本原理國家高程控制網(wǎng)建立的基本原理 國家高程基準(zhǔn)國家高程基準(zhǔn) 高程基準(zhǔn)面高程基準(zhǔn)面 水準(zhǔn)原點(diǎn)水準(zhǔn)原點(diǎn) 1956年黃海高程系

30、統(tǒng)年黃海高程系統(tǒng):水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為水準(zhǔn)原點(diǎn)高程為72.289m 1985國家高程基準(zhǔn)國家高程基準(zhǔn):水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為水準(zhǔn)原點(diǎn)的高程為72.260米。米。 1987年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，于年經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，于1988年年1月正式啟用月正式啟用 國家高程控制網(wǎng)國家高程控制網(wǎng) Fundation of Geodesy31 5.2.15.2.1 國家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則國家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則 目的和任務(wù)有兩個：目的和任務(wù)有兩個： 1)1)建立統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)，為地形測圖和各項建設(shè)提供建立統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)，為地形測圖和各項建設(shè)提供 必要的高程控制基礎(chǔ)；必要的高程控制基礎(chǔ)； 2)2)為地殼垂直運(yùn)動、平均海面傾斜及其

31、變化和大地水準(zhǔn)為地殼垂直運(yùn)動、平均海面傾斜及其變化和大地水準(zhǔn) 面形狀等地球科學(xué)研究提供精確的高程數(shù)據(jù)。面形狀等地球科學(xué)研究提供精確的高程數(shù)據(jù)。 從高到低、逐級控制從高到低、逐級控制 一等水準(zhǔn)測量是國家高程控制網(wǎng)的骨干，同時也為相一等水準(zhǔn)測量是國家高程控制網(wǎng)的骨干，同時也為相 關(guān)地球科學(xué)研究提供高程數(shù)據(jù)；二等水準(zhǔn)測量是國家高程關(guān)地球科學(xué)研究提供高程數(shù)據(jù)；二等水準(zhǔn)測量是國家高程 控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)；三、四等水準(zhǔn)測量是直接為地形測圖控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)；三、四等水準(zhǔn)測量是直接為地形測圖 和其他工程建設(shè)提供高程控制點(diǎn)和其他工程建設(shè)提供高程控制點(diǎn)。 國家高程控制網(wǎng)國家高程控制網(wǎng) Fundation of Ge

32、odesy32 水準(zhǔn)點(diǎn)滿足一定的密度水準(zhǔn)點(diǎn)滿足一定的密度 水 準(zhǔn) 標(biāo) 石 類型 間距（km） 布設(shè)具體要求 一 般 地區(qū) 經(jīng) 濟(jì) 發(fā) 達(dá) 地區(qū) 荒 漠 地區(qū) 基 巖 水 準(zhǔn) 標(biāo)石 500 只設(shè)于一等水準(zhǔn)路線上，大城市和斷 裂帶附近應(yīng)增設(shè)，基巖較深地區(qū)可適 當(dāng)放寬，每?。ㄊ?、自治區(qū)）至少兩 座。 基 本 水 準(zhǔn) 標(biāo)石 4020-3060 設(shè)于一二等水準(zhǔn)路線上及交叉處，大、 中城市兩側(cè)及縣城附近。盡量設(shè)置在 堅固巖層上。 普 通 水 準(zhǔn) 標(biāo)石 4-82-410 設(shè)于各等級水準(zhǔn)路線上，以及山區(qū)水 準(zhǔn)路線高程變換點(diǎn)附近，長度超過 300米的遂道，跨河水準(zhǔn)測量的兩岸 標(biāo)尺附近。 國家高程控制網(wǎng)國家高程控

33、制網(wǎng) Fundation of Geodesy33 水準(zhǔn)測量達(dá)到足夠的精度水準(zhǔn)測量達(dá)到足夠的精度 各等級水準(zhǔn)測量的精度，是用每公里高差中數(shù)的偶 然中誤差 和每公里高差中數(shù)的全中誤差來表示的。 一等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期復(fù)測一等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期復(fù)測 水 準(zhǔn) 測 量等級 一等二等三等四等 M的限 值 0.45 mm 1.0 mm 3.0m m 5.0m m MW的限 值 1.0 mm 2.0 mm 6.0m m 10.0 mm Fundation of Geodesy34 5.2 國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)方案及精度國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)方案及精度 我國的水準(zhǔn)測量分為四等，各等級水準(zhǔn)測量路線必須自行閉我國的水準(zhǔn)測量分為四等，各

34、等級水準(zhǔn)測量路線必須自行閉 合或閉合于高等級的水準(zhǔn)路線上，與其構(gòu)成環(huán)形或附合路線，合或閉合于高等級的水準(zhǔn)路線上，與其構(gòu)成環(huán)形或附合路線， 以便控制水準(zhǔn)測量系統(tǒng)誤差的積累和便于在高等級的水準(zhǔn)環(huán)以便控制水準(zhǔn)測量系統(tǒng)誤差的積累和便于在高等級的水準(zhǔn)環(huán) 中布設(shè)低等級的水準(zhǔn)路線。中布設(shè)低等級的水準(zhǔn)路線。 一等閉合環(huán)線周長，在平原和丘陵地區(qū)為一等閉合環(huán)線周長，在平原和丘陵地區(qū)為1 0001 500km， 一般山區(qū)為一般山區(qū)為2 000km左右。左右。 二等閉合環(huán)線周長，在平原地區(qū)為二等閉合環(huán)線周長，在平原地區(qū)為500750km,山區(qū)一般不山區(qū)一般不 超過超過1 000km。 三、四等水準(zhǔn)用于加密，根據(jù)高等級

35、水準(zhǔn)環(huán)的大小和實際需三、四等水準(zhǔn)用于加密，根據(jù)高等級水準(zhǔn)環(huán)的大小和實際需 要布設(shè)，其中環(huán)線周長、附合路線長度和結(jié)點(diǎn)間路線長度，要布設(shè)，其中環(huán)線周長、附合路線長度和結(jié)點(diǎn)間路線長度， 三等水準(zhǔn)分別為三等水準(zhǔn)分別為200km、150km和和70km；四等分別為；四等分別為100km、 80km和和30km。 國家高程控制網(wǎng)國家高程控制網(wǎng) Fundation of Geodesy35 )4/(/nRM NFWWM W / 水 準(zhǔn) 測 量等級 一等二等三等四等 M 的 限 值 0.451.03.05.0m m M W的限 值 1.02.06.010.0m m 國家高程控制網(wǎng)國家高程控制網(wǎng) 每公里高差中數(shù)

36、偶然中誤差：每公里高差中數(shù)偶然中誤差： 每公里高差中數(shù)的全中誤差：每公里高差中數(shù)的全中誤差： Fundation of Geodesy36 國家高程控制網(wǎng)國家高程控制網(wǎng) 5.2.3 水準(zhǔn)路線的設(shè)計、選點(diǎn)和埋石水準(zhǔn)路線的設(shè)計、選點(diǎn)和埋石 1、 技術(shù)設(shè)計技術(shù)設(shè)計 技術(shù)設(shè)計是根據(jù)任務(wù)要求和測區(qū)情況，在小比例技術(shù)設(shè)計是根據(jù)任務(wù)要求和測區(qū)情況，在小比例 尺地圖上，擬定最合理的水準(zhǔn)網(wǎng)或水準(zhǔn)路線的布設(shè)方尺地圖上，擬定最合理的水準(zhǔn)網(wǎng)或水準(zhǔn)路線的布設(shè)方 案。案。 一等水準(zhǔn)路線應(yīng)沿路面坡度平緩、交通不太繁忙一等水準(zhǔn)路線應(yīng)沿路面坡度平緩、交通不太繁忙 的交通路線布設(shè)，二等水準(zhǔn)路線盡量沿公路、大河及的交通路線布設(shè)，二

37、等水準(zhǔn)路線盡量沿公路、大河及 河流布設(shè)，沿線交通較為方便。河流布設(shè)，沿線交通較為方便。 水準(zhǔn)路線應(yīng)避開土質(zhì)松軟的地段和磁場甚強(qiáng)的地水準(zhǔn)路線應(yīng)避開土質(zhì)松軟的地段和磁場甚強(qiáng)的地 段，并應(yīng)盡量避免通過大的河流、湖泊、沼澤與峽谷段，并應(yīng)盡量避免通過大的河流、湖泊、沼澤與峽谷 等障礙物。等障礙物。 Fundation of Geodesy37 2 2、 選選 點(diǎn)點(diǎn) 圖上設(shè)計完成后，須進(jìn)行實地選線，其目的在于使設(shè)圖上設(shè)計完成后，須進(jìn)行實地選線，其目的在于使設(shè) 計方案能符合實際情況，以確定切實可行的水準(zhǔn)路線和水計方案能符合實際情況，以確定切實可行的水準(zhǔn)路線和水 準(zhǔn)點(diǎn)的具體位置。選定水準(zhǔn)點(diǎn)時，必須能保證點(diǎn)位地

38、基穩(wěn)準(zhǔn)點(diǎn)的具體位置。選定水準(zhǔn)點(diǎn)時，必須能保證點(diǎn)位地基穩(wěn) 定、安全僻靜，并利于標(biāo)石長期保存與觀測使用。水準(zhǔn)點(diǎn)定、安全僻靜，并利于標(biāo)石長期保存與觀測使用。水準(zhǔn)點(diǎn) 應(yīng)盡可能選在路線附近的機(jī)關(guān)、學(xué)校、公園內(nèi)。不宜在易應(yīng)盡可能選在路線附近的機(jī)關(guān)、學(xué)校、公園內(nèi)。不宜在易 于淹沒和土質(zhì)松軟的地域埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石，也不宜在易受震于淹沒和土質(zhì)松軟的地域埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石，也不宜在易受震 動和地勢隱蔽而不易觀測的地方埋石。動和地勢隱蔽而不易觀測的地方埋石。 水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位選定后，應(yīng)填繪點(diǎn)之記，繪制水準(zhǔn)路線圖水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位選定后，應(yīng)填繪點(diǎn)之記，繪制水準(zhǔn)路線圖 及結(jié)點(diǎn)接測圖。及結(jié)點(diǎn)接測圖。 國家高程控制網(wǎng)國家高程控制網(wǎng) Fundati

39、on of Geodesy38 3 、埋埋 石石 按用途區(qū)分，水準(zhǔn)標(biāo)石有基巖水準(zhǔn)標(biāo)石、基本水準(zhǔn)按用途區(qū)分，水準(zhǔn)標(biāo)石有基巖水準(zhǔn)標(biāo)石、基本水準(zhǔn) 標(biāo)石和普通水準(zhǔn)標(biāo)石三種類型。標(biāo)石和普通水準(zhǔn)標(biāo)石三種類型。 各類水準(zhǔn)標(biāo)石的制作材料和埋設(shè)規(guī)格及其埋設(shè)方法各類水準(zhǔn)標(biāo)石的制作材料和埋設(shè)規(guī)格及其埋設(shè)方法 等，在等，在國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范都有具體的規(guī)定都有具體的規(guī)定 和說明。和說明。 5.2.4 水準(zhǔn)路線上的重力測量水準(zhǔn)路線上的重力測量 因精密水準(zhǔn)測量成果需進(jìn)行重力異常改正，故在一、因精密水準(zhǔn)測量成果需進(jìn)行重力異常改正，故在一、 二等水準(zhǔn)路線沿線要進(jìn)行重力測量。二等水準(zhǔn)路線沿線要進(jìn)行重

40、力測量。 國家高程控制網(wǎng)國家高程控制網(wǎng) Fundation of Geodesy39 規(guī)范規(guī)定規(guī)范規(guī)定： 高程大于高程大于4 000m4 000m或水準(zhǔn)點(diǎn)間的平均高差為或水準(zhǔn)點(diǎn)間的平均高差為150150250m250m 的地區(qū)，一、二等水準(zhǔn)路線上每個水準(zhǔn)點(diǎn)均應(yīng)測定重力。的地區(qū)，一、二等水準(zhǔn)路線上每個水準(zhǔn)點(diǎn)均應(yīng)測定重力。 高差大于高差大于250m250m的測段，在地面傾斜變化處應(yīng)加測重力。的測段，在地面傾斜變化處應(yīng)加測重力。 高程在高程在1 5001 5004 000m4 000m或水準(zhǔn)點(diǎn)間的平均高差為或水準(zhǔn)點(diǎn)間的平均高差為5050 150m150m的地區(qū)，一等水準(zhǔn)路線上重力點(diǎn)間平均距離應(yīng)小于的

41、地區(qū)，一等水準(zhǔn)路線上重力點(diǎn)間平均距離應(yīng)小于 11km11km；二等水準(zhǔn)路線上應(yīng)小于；二等水準(zhǔn)路線上應(yīng)小于23km23km。 在我國西北、西南和東北邊境等有較大重力異常的地在我國西北、西南和東北邊境等有較大重力異常的地 區(qū)，一等水準(zhǔn)路線上每個水準(zhǔn)點(diǎn)均應(yīng)測定重力。區(qū)，一等水準(zhǔn)路線上每個水準(zhǔn)點(diǎn)均應(yīng)測定重力。 在由青島水準(zhǔn)原點(diǎn)至國家大地原點(diǎn)的一等水準(zhǔn)路線上，在由青島水準(zhǔn)原點(diǎn)至國家大地原點(diǎn)的一等水準(zhǔn)路線上， 應(yīng)逐點(diǎn)測定重力，以便精確求得大地原點(diǎn)的正常高。應(yīng)逐點(diǎn)測定重力，以便精確求得大地原點(diǎn)的正常高。 國家高程控制網(wǎng)國家高程控制網(wǎng) Fundation of Geodesy40 5.2.5 我國國家水準(zhǔn)網(wǎng)的

42、布設(shè)概況我國國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)概況 我國國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)，按照布測目的、完成年代、我國國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)，按照布測目的、完成年代、 采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)等，基本上可分為三期：采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)等，基本上可分為三期： 第一期主要是第一期主要是1976年以前完成的，以年以前完成的，以1956年黃海高程年黃海高程 基準(zhǔn)起算的各等級水準(zhǔn)網(wǎng)；基準(zhǔn)起算的各等級水準(zhǔn)網(wǎng)； 第二期主要是第二期主要是1976年至年至1990年完成的，以年完成的，以“1985國家國家 高程基準(zhǔn)高程基準(zhǔn)”起算的國家一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)；起算的國家一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)； 第三期是第三期是1990年以后進(jìn)行的國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測和年以后進(jìn)行的國家

43、一等水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測和 局部地區(qū)二等水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測，現(xiàn)已完成外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)平局部地區(qū)二等水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測，現(xiàn)已完成外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)平 差計算工作，成果已提供使用。差計算工作，成果已提供使用。 國家高程控制網(wǎng)國家高程控制網(wǎng) Fundation of Geodesy41 工程測量控制網(wǎng)工程測量控制網(wǎng) 5.3.1 工程測量控制網(wǎng)的分類工程測量控制網(wǎng)的分類 測圖控制網(wǎng) 施工控制網(wǎng) 變形觀測專用控制網(wǎng) 5.3.2 工程平面控制網(wǎng)的布設(shè)原則工程平面控制網(wǎng)的布設(shè)原則 分級布網(wǎng)，逐級控制 要有足夠的精度 要有足夠的密度 要有統(tǒng)一的規(guī)格 Fundation of Geodesy42 城市或工程GPS網(wǎng)的主要技術(shù)要求(注：當(dāng)

44、邊長小于 200m時，邊長中誤差應(yīng)小于20mm。) 等級平均距離 （km） a(mm)B(ppm)最弱邊相對中誤 差 二等91021/120000 三等51051/80000 四等210101/45000 一級110101/20000 二級115201/10000 工程測量控制網(wǎng)工程測量控制網(wǎng) Fundation of Geodesy43 以城市測量規(guī)范為例，它對控制網(wǎng)測設(shè)的主要 技術(shù)要求都有具體的規(guī)定，其中電磁波測距導(dǎo)線的主要 技術(shù)要求為： 等 級 閉合環(huán)或附 合導(dǎo)線長度 (km) 平 均 邊 長(m) 測距中誤 差(mm) 測 角 中 誤 差() 導(dǎo) 線 全 長 相 對 閉 合 差差 三

45、等 153000181.51/60000 四 等 101600182.51/40000 一 級 3.63001551/14000 二 級 2.42001581/10000 三 級 1.512015121/6000 工程測量控制網(wǎng)工程測量控制網(wǎng) Fundation of Geodesy44 工測控制網(wǎng)同相應(yīng)等級的國家網(wǎng)比較，平均邊長顯著工測控制網(wǎng)同相應(yīng)等級的國家網(wǎng)比較，平均邊長顯著 地縮短。地縮短。 布設(shè)工測控制網(wǎng)時，應(yīng)盡量與國家控制網(wǎng)聯(lián)測。這樣布設(shè)工測控制網(wǎng)時，應(yīng)盡量與國家控制網(wǎng)聯(lián)測。這樣 可使工測控制網(wǎng)納入到國家坐標(biāo)系中，以便于各有關(guān)可使工測控制網(wǎng)納入到國家坐標(biāo)系中，以便于各有關(guān) 部門互相利

46、用資料，而不造成重復(fù)測量和浪費(fèi)。部門互相利用資料，而不造成重復(fù)測量和浪費(fèi)。 在布設(shè)專用控制網(wǎng)時，則要根據(jù)專用控制網(wǎng)的特殊用在布設(shè)專用控制網(wǎng)時，則要根據(jù)專用控制網(wǎng)的特殊用 途和要求進(jìn)行控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計。途和要求進(jìn)行控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計。 工程測量控制網(wǎng)工程測量控制網(wǎng) Fundation of Geodesy45 1、 水準(zhǔn)測量建立工程高程控制網(wǎng)水準(zhǔn)測量建立工程高程控制網(wǎng) 水準(zhǔn)測量是建立工程高程控制網(wǎng)的主要方法。城市 和工程建設(shè)的水準(zhǔn)測量的實施，和國家等級水準(zhǔn)測量相 似，其主要步驟一般是：水準(zhǔn)網(wǎng)圖上設(shè)計、選點(diǎn)、標(biāo)石 埋設(shè)、外業(yè)觀測、平差計算和成果表的編制等內(nèi)容。 2 2 、三角高程測量建立工程高程控制

47、網(wǎng)、三角高程測量建立工程高程控制網(wǎng) 高程導(dǎo)線各邊的高差測定宜采用對向觀測。需檢查 如下限差： 由兩個單方向算得的高程不符值； 由對向觀測所求得的高差較差； 由對向觀測所求得的高差中數(shù)，計算閉合環(huán)線或附合 路線的高程閉合差。 工程測量控制網(wǎng)工程測量控制網(wǎng) Fundation of Geodesy46 5.6 精密角度測量方法精密角度測量方法 精密角度測量儀器介紹：精密角度測量儀器介紹： 1.精密光學(xué)經(jīng)緯儀的主要特點(diǎn)精密光學(xué)經(jīng)緯儀的主要特點(diǎn) 角度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備度盤及其讀數(shù)系統(tǒng)由光學(xué)玻璃組成，水 平度盤和垂直度盤有讀數(shù)顯微鏡和光學(xué)測微器，并實現(xiàn)雙面 (對徑)讀數(shù)。 目標(biāo)照準(zhǔn)設(shè)備望遠(yuǎn)鏡均為消色差的或經(jīng)過消色

48、差校正。 一般給出目標(biāo)的倒像，但現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡大多數(shù)給出目標(biāo)的正像； 一般制動及微動螺旋分離設(shè)置。 設(shè)有強(qiáng)制歸心機(jī)構(gòu)，精密光學(xué)對點(diǎn)器，經(jīng)緯儀有垂直度盤 指標(biāo)自動歸零補(bǔ)償器，從而提高了儀器精度和測量效率。 經(jīng)緯儀由優(yōu)質(zhì)有機(jī)材料和合金制造。 Fundation of Geodesy47 1垂直水準(zhǔn)器觀測棱鏡； 2垂直度盤照明反光鏡； 3望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦螺旋； 4十字絲校正螺旋； 5垂直度盤水準(zhǔn)器微動螺旋； 6望遠(yuǎn)鏡目鏡； 7照準(zhǔn)部制動螺旋； 8儀器裝箱扣壓垛； 9水平度盤照明反光鏡； 10望遠(yuǎn)鏡制動螺旋； 11十字絲照明轉(zhuǎn)輪； 12測微螺旋； 13換像螺旋； 14望遠(yuǎn)鏡微動螺旋； 15照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器； 16測

49、微器讀數(shù)目鏡； 17照準(zhǔn)部微動螺旋； 18水平度盤變位螺旋的護(hù)蓋； 19腳螺旋調(diào)節(jié)螺絲； 20腳螺旋； 21基座底板 Fundation of Geodesy48 2.精密電子經(jīng)緯儀的主要特點(diǎn)精密電子經(jīng)緯儀的主要特點(diǎn) 1)1)角度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備：角度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備： 采用編碼度盤及編碼測微器的絕對式 采用光柵度盤并利用莫爾干涉條紋測量技術(shù)的增量式。 2)2)微處理器，主要功能：微處理器，主要功能： 控制和檢核各種測量程序； 實現(xiàn)電子測角，并計算豎軸傾斜引起的水平角及豎直角 的改正。 實現(xiàn)電子測距和計算，對所測距離進(jìn)行地球曲率和氣象 改正，并進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理如水平距離、高差及坐標(biāo) 增量的計算等。 將觀測值

50、及計算結(jié)果顯示在顯示器上或自動記錄在電子 手簿上或存儲器內(nèi)。 Fundation of Geodesy49 Fundation of Geodesy50 3) 豎軸傾斜自動測量和改正系統(tǒng)是供儀器自動整平及整 平剩余誤差對水平盤讀數(shù)和豎盤讀數(shù)的自動改正。 4)現(xiàn)代電子經(jīng)緯儀具有自動觀測功能(帶有馬達(dá)伺服裝置 和CCD攝像鏡頭，能夠自動搜索目標(biāo)、精密照準(zhǔn)、按程 序進(jìn)行測量和記錄)。 Fundation of Geodesy51 5.6.1 精密測角的誤差來源及影響精密測角的誤差來源及影響 1、外界條件的影響外界條件的影響 p大氣層密度的變化對目標(biāo)成像穩(wěn)定性的影響 早晨太陽升起時，目標(biāo)成像也僅有輕微

51、的波動； 日出以后，有一段時間，大約13h，成像較穩(wěn)定； 1215 h，成像波動較大； 日落前有一段成像穩(wěn)定而有利于觀測的時間； 夜間大氣層一般是平衡的。 Fundation of Geodesy52 q水平折光的影響 光線通過密度不均勻的空氣介質(zhì)時，經(jīng)過連續(xù)折射后形 成一條曲線，并向密度大的一方彎曲，當(dāng)來自目標(biāo)B的光 線進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡時，望遠(yuǎn)鏡所照準(zhǔn)的方向為這條曲線在望 遠(yuǎn)鏡A處的切線方向，弦線與切線交角，稱為微分折光。 微分折光可以分解為縱向和 水平兩個分量，由于大氣溫 度的梯度主要發(fā)生在垂直面 內(nèi)，所以微分折光的縱向分 量是微分折光的主要部分。 微分折光的水平分量影響著 視線的水平方向。 F

52、undation of Geodesy53 q照準(zhǔn)目標(biāo)的相位差 Fundation of Geodesy54 q溫度變化對視準(zhǔn)軸的影響 假定在一個測回的短時間觀測過程中，空氣溫度的變 化與時間成比例，那么可以采用按時間對稱排列的觀 測程序來削弱這種誤差對觀測結(jié)果的影響。 q外界條件對覘標(biāo)內(nèi)架穩(wěn)定性的影響 假定在一測回的觀測過程中，覘標(biāo)內(nèi)架或三腳架的扭 轉(zhuǎn)是勻速發(fā)生的，因此采用按時間對稱排列的觀測程 序也可以減弱這種誤差對水平角的影響。 Fundation of Geodesy55 2.2.儀器誤差的影響儀器誤差的影響 水平度盤位移的影響 照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)不正確的影響 照準(zhǔn)部水平微動螺旋作用不正確的影

53、響 垂直微動螺旋作用不正確的影響 3.3.照準(zhǔn)和讀數(shù)誤差的影響照準(zhǔn)和讀數(shù)誤差的影響 照準(zhǔn)誤差受外界因素的影響較大,與照準(zhǔn)目標(biāo)的形狀和清晰 度密切相關(guān)。 Fundation of Geodesy56 5.6.2 精密測角的一般原則精密測角的一般原則 觀測應(yīng)在目標(biāo)成像清晰、穩(wěn)定的有利于觀測的時間進(jìn)行， 以提高照準(zhǔn)精度和減小旁折光的影響。 觀測前應(yīng)認(rèn)真調(diào)好焦距，消除視差。在一測回的觀測過程 中不得重新調(diào)焦，以免引起視準(zhǔn)軸的變動。 各測回的起始方向應(yīng)均勻地分配在水平度盤和測微分劃尺 的不同位置上，以消除或減弱度盤分劃線和測微分劃尺的 分劃誤差的影響。 在上、下半測回之間倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，以消除和減弱視準(zhǔn)軸誤

54、 差、水平軸傾斜誤差等影響，同時可以由盤左、盤右讀數(shù) 之差求得兩倍視準(zhǔn)誤差2 c ，借以檢核觀測質(zhì)量。 Fundation of Geodesy57 上、下半測回照準(zhǔn)目標(biāo)的次序應(yīng)相反，并使觀測每一目 標(biāo)的操作時間大致相同，即在一測回的觀測過程中，應(yīng) 按與時間對稱排列的觀測程序，其目的在于消除或減弱 與時間成比例均勻變化的誤差影響，如覘標(biāo)內(nèi)架或三腳 架的扭轉(zhuǎn)等。 為了克服或減弱在操作儀器的過程中帶動水平度盤位移 的誤差，要求每半測回開始觀測前，照準(zhǔn)部按規(guī)定的轉(zhuǎn) 動方向先預(yù)轉(zhuǎn)12周。 使用照準(zhǔn)部微動螺旋和測微螺旋時，其最后旋轉(zhuǎn)方向均 應(yīng)為旋進(jìn)。 為了減弱垂直軸傾斜誤差的影響，觀測過程中應(yīng)保持照 準(zhǔn)

55、部水準(zhǔn)器氣泡居中。 Fundation of Geodesy58 5.7 精密的電磁波測距精密的電磁波測距 方法方法 本節(jié)的主要內(nèi)容: 1) 了解相位法與脈沖法測距的基本原理 2) 了解測距儀采用間接測尺頻率測距的基本原理 3) 掌握儀器檢驗的幾種方法以及相關(guān)計算 4) 熟練掌握測距成果的歸算 5) 掌握測距誤差來源以及精度估算方法與基本思想 1 電磁波測距儀的分類 按載波和光源來分:光電測距儀(光波為載波) 微波測距儀(無線電波為載波) Fundation of Geodesy59 電磁波測距儀的分類和分級電磁波測距儀的分類和分級 測距原理：相位式測距儀（固定頻率、可變頻率）、脈 沖式測距儀

56、 測程：長(十10km以上)、中(數(shù)公里至10km)、短(3km) 載波源：紅外、激光、微波 載波數(shù)：單頻、雙頻 反射目標(biāo)：合作目標(biāo)、漫反射目標(biāo) 精度：高精度、一般精度、低精度 重要指標(biāo)：精度、測程 Fundation of Geodesy60 5.7.1 電磁波測距基本電磁波測距基本 原理原理 1.電磁波測距基本原理公式 2.相位式測距原理公式 ctD 2 1 f t 2 )(22NNN )()( 2 )( 2 NNuNNNN f c D 是整周未知數(shù) （稱為“電子尺”） N u 2 Fundation of Geodesy61 5.7.2 N值解算的一般值解算的一般 原理原理 1.可變頻率

57、法 1 1 2 1 2 1 f c NND 1 1 )( 2 1 )( 2 1 n n f c nNnND 11 1 ff nf N n Fundation of Geodesy62 2.固定頻率法 為解決擴(kuò)大測程和提高精度的矛盾，既得到距離的 單值解，同時具有高精度和遠(yuǎn)測程，相位式測距儀一般 采用一組測尺共同測距，即用精測頻率測定余長以保證 精度，設(shè)置多級頻率(粗測頻率)來解算 N (通常稱為多級 固定頻率測距儀)而保證測程，從而解決“多值性”問題。 測尺頻 率 15MHz1.5MHz150kHz15kHz1.5kHz 測尺長 度 精 度 10m 1cm 100m 10cm 1km 1m 1

58、0km 10m 100km 100m Fundation of Geodesy63 5.7.3 距離觀測值的改距離觀測值的改 正正 1.氣象改正氣象改正 Dn 這是電磁波測距的重要改正，因為電磁波在大氣中 傳輸時受氣象條件的影響很大。此項改正的實質(zhì)是大氣 折射率對距離的改正。因折射率與氣壓、氣溫、濕度有 關(guān)，因此習(xí)慣上我們稱為氣象改正。 測距儀的調(diào)制頻率是根據(jù)測距儀選定的參考大氣條件 設(shè)計的，設(shè)與參考大氣條件相應(yīng)的折射率為，故儀器測 算出來的距離為： 實際距離為： 0 0 0 2 n ct D n n D n ct D 0 0 0 2 Fundation of Geodesy64 單一波長的光

59、，巴雷爾-西爾色散公式： A=2 876.0410;B=16.28810；C=0.13610;n為在溫 度0，氣壓760 mmHg，濕度0%，含0.03%CO的標(biāo)準(zhǔn)大氣 壓條件下的折射率。 0 1 0n n n n1 0 1 1 0 DD n n )1)(1 0 0nn DD（ )( 0 00nn DDD)( 0 0nnn DD 42 1 CB An Fundation of Geodesy65 群折射率為 一般大氣條件下光的折射率 例如 DI20 測距儀的紅外波長=0.835m，參考大氣條 件15oC,760mmHg: d dn nng 53 42 CB d dn 42 53 1 CB An

60、g 8 10 1 51. 5 7601 1 1 t eP t n n g 0 6 10) 16.273 02.1591.105 2 .282(D t eP Dn Fundation of Geodesy66 2.儀器加常數(shù)改正和乘常數(shù)改正儀器加常數(shù)改正和乘常數(shù)改正 1)儀器加常數(shù)改正儀器加常數(shù)改正 因測距儀、反光鏡的安置中心與測距中心不一致而產(chǎn)生 的距離改正，稱儀器加常數(shù)改正,包括測距儀加常數(shù)和反光鏡 加常數(shù)。在測距儀的調(diào)試時，常通過電子線路補(bǔ)償，使其為 0，但實際上不可能嚴(yán)格為零，即存在剩余值，故有時又稱為 剩余加常數(shù)。當(dāng)多次或用多種方法測定并確認(rèn)儀器存在明顯 的加常數(shù)時，應(yīng)在測距成果中加入