第二章工程控制網(wǎng)的布網(wǎng)理論

第二章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論工程控制網(wǎng)的平差方法與基準(zhǔn)工程控制網(wǎng)的質(zhì)量準(zhǔn)則工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)典型工程控制網(wǎng)現(xiàn)代地面測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用工程控制網(wǎng)的介紹1工程控制網(wǎng)的介紹分類作用特點(diǎn)建網(wǎng)步驟測(cè)量控制網(wǎng)的分類按范圍和用途全球控制網(wǎng)國(guó)家控制網(wǎng)工程控制網(wǎng)國(guó)際組織在全球范圍建立的大地測(cè)量參考框架，主要用于確定、研究地球的形狀、大小及其運(yùn)動(dòng)變化，確定和研究地球的板塊運(yùn)動(dòng)等作用：提供全國(guó)范圍內(nèi)的統(tǒng)一地理坐標(biāo)系統(tǒng)；保證國(guó)家基本圖的測(cè)繪和更新；滿足大比例尺圖測(cè)圖的精度要求；為精密的確定地面點(diǎn)的位置提供已知點(diǎn)及其特定坐標(biāo)系下的坐標(biāo)工程項(xiàng)目的空間位置參考框架1工程控制網(wǎng)的介紹工程控制網(wǎng)的分類按用途測(cè)圖控制網(wǎng)按網(wǎng)點(diǎn)性質(zhì)按網(wǎng)形按施測(cè)方法按坐標(biāo)系和基準(zhǔn)按其他標(biāo)準(zhǔn)施工（測(cè)量）控制網(wǎng)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)安裝（測(cè)量）控制網(wǎng)一維網(wǎng)二維網(wǎng)三維網(wǎng)三角網(wǎng)導(dǎo)線網(wǎng)混合網(wǎng)方格網(wǎng)測(cè)角網(wǎng)測(cè)邊網(wǎng)邊角網(wǎng)GPS網(wǎng)附和網(wǎng)獨(dú)立網(wǎng)經(jīng)典自由網(wǎng)自由網(wǎng)首級(jí)網(wǎng)加密網(wǎng)特殊網(wǎng)專用網(wǎng)1工程控制網(wǎng)的介紹工程控制網(wǎng)的作用為各項(xiàng)測(cè)量工作提供位置基準(zhǔn)控制測(cè)量誤差積累為工程建設(shè)提供工程范圍內(nèi)統(tǒng)一的參考框架按用途測(cè)圖控制網(wǎng)施工（測(cè)量）控制網(wǎng)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)安裝（測(cè)量）控制網(wǎng)1工程控制網(wǎng)的介紹工程控制網(wǎng)的特點(diǎn)（施工控制網(wǎng)）①控制的范圍小、控制點(diǎn)密度大、精度要求高；與測(cè)圖的區(qū)域比較起來(lái)，工程施工的地區(qū)總是比較小的1工程控制網(wǎng)的介紹在這樣一個(gè)較小的范圍內(nèi)，各種建筑物的分布錯(cuò)綜復(fù)雜，控制點(diǎn)稠密精度要求比較高點(diǎn)的分布不均勻，有時(shí)邊長(zhǎng)相差十分懸殊

②使用頻繁

在施工過(guò)程中，控制點(diǎn)常直接用于放樣。例如大壩，在不同的高度層上，都具有不同的形狀、不同的尺寸以及不同的附屬工程，往往對(duì)每一層都要進(jìn)行放樣工作。又如對(duì)于橋墩，也要隨著它們的澆筑升高，經(jīng)常地進(jìn)行放樣工作。③控制網(wǎng)的坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系一致應(yīng)盡可能將建筑物的主要軸線作為控制網(wǎng)的一條邊。工程控制網(wǎng)的特點(diǎn)（施工控制網(wǎng)）1工程控制網(wǎng)的介紹④受施工干擾大

現(xiàn)代工程的施工，常采用同時(shí)交叉作業(yè)的方法，這樣就使得工地上各建筑物的施工高度有時(shí)相差十分懸殊，因而妨礙了控制點(diǎn)間的互相通視。施工機(jī)械(例如吊車、建筑材料運(yùn)輸機(jī)、混凝土攪拌器等)到處都有，施工人員來(lái)來(lái)往往，也成為阻擋視線的嚴(yán)重障礙。因此，施工控制點(diǎn)的位置應(yīng)分布恰當(dāng)，密度也應(yīng)較大，以便在工作時(shí)可有所選擇。工程控制網(wǎng)的特點(diǎn)（施工控制網(wǎng)）1工程控制網(wǎng)的介紹⑤控制網(wǎng)投影到特定的平面

為了使由控制點(diǎn)坐標(biāo)反算的兩點(diǎn)間長(zhǎng)度與實(shí)地兩點(diǎn)間長(zhǎng)度之差盡量減小，施工控制網(wǎng)的長(zhǎng)度不是投影到平均海水面上，而是指定的平面上。如工業(yè)場(chǎng)地施工控制網(wǎng)投影到廠區(qū)平均高程面上；橋梁施工控制網(wǎng)投影到橋墩頂平面上等，也有的工程要求將長(zhǎng)度投影到放樣精度最高的平面上。工程控制網(wǎng)的特點(diǎn)（施工控制網(wǎng)）1工程控制網(wǎng)的介紹⑥易于恢復(fù)和重測(cè)⑦有時(shí)分兩級(jí)布網(wǎng)，次級(jí)網(wǎng)可能比首級(jí)網(wǎng)的精度高正因?yàn)楦鞴こ探ㄖ镏鬏S線相互之間幾何關(guān)系的要求，比之它們的細(xì)部相對(duì)于各自軸線的要求精度要低。因此，在布設(shè)施工控制網(wǎng)時(shí)，一般采用分級(jí)（2～3）布網(wǎng)，也即先建立布滿整個(gè)工地的控制網(wǎng)，目的是放樣各建筑物的主軸線。然后根據(jù)主軸線進(jìn)行主要生產(chǎn)設(shè)備或廠房的細(xì)部放樣，通常建立矩形控制網(wǎng)。次級(jí)網(wǎng)的精度可能比首級(jí)高，如工業(yè)建筑場(chǎng)地工程控制網(wǎng)的特點(diǎn)（施工控制網(wǎng)）1工程控制網(wǎng)的介紹工程控制網(wǎng)的建網(wǎng)步驟等級(jí)形式儀器規(guī)程構(gòu)網(wǎng)踏勘標(biāo)石標(biāo)志觀測(cè)內(nèi)業(yè)成果1工程控制網(wǎng)的介紹工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)約束網(wǎng)最小約束網(wǎng)無(wú)約束網(wǎng)多余的已知數(shù)據(jù)必要的已知數(shù)據(jù)無(wú)必要的已知數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)平差求解未知點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)所給出的已知數(shù)據(jù)，以便對(duì)網(wǎng)的位置、長(zhǎng)度和方向進(jìn)行約束，使平差時(shí)有唯一解網(wǎng)的基準(zhǔn)不足，網(wǎng)平差時(shí)法方程系數(shù)矩陣將出現(xiàn)秩虧，這時(shí)需要某一特解網(wǎng)的基準(zhǔn)過(guò)多，則存在基準(zhǔn)之間是否相容的問(wèn)題根據(jù)基準(zhǔn)的情況，工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)分為以下三種類型：2工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)與平差方法2工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)與平差方法測(cè)圖控制網(wǎng)一般均采用國(guó)家坐標(biāo)系統(tǒng)，構(gòu)成非獨(dú)立網(wǎng)施工控制網(wǎng)一般較多使用獨(dú)立網(wǎng)，與國(guó)家網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)測(cè)

工程控制網(wǎng)的平差方法基本平差最小約束網(wǎng)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)2工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)與平差方法工程控制網(wǎng)的平差方法絕對(duì)網(wǎng)相對(duì)網(wǎng)

有部分點(diǎn)位于變形體外

網(wǎng)的全部點(diǎn)都位于變形體上

基本平差秩虧自由網(wǎng)平差、擬穩(wěn)平差

工程控制網(wǎng)基準(zhǔn)的建立方法固定基準(zhǔn)，與已知系統(tǒng)聯(lián)測(cè)。做法是：經(jīng)聯(lián)測(cè)得到一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和一個(gè)方位角作為已知數(shù)據(jù)（最小約束網(wǎng)），長(zhǎng)度基準(zhǔn)由投影到工程投影面上的高精度測(cè)距邊來(lái)確定。2工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)與平差方法秩虧重心基準(zhǔn)（秩虧自由網(wǎng)平差方法基準(zhǔn)）。例如，對(duì)于平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)，位置基準(zhǔn)是所有點(diǎn)近似坐標(biāo)的平均值（監(jiān)測(cè)網(wǎng)重心）；尺度基準(zhǔn)是所有點(diǎn)到重心的邊長(zhǎng)的平均值；方位基準(zhǔn)是所有點(diǎn)到重心的坐標(biāo)方位角的平均值工程控制網(wǎng)基準(zhǔn)的建立方法2工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)與平差方法擬穩(wěn)重心基準(zhǔn)（擬穩(wěn)平差方法基準(zhǔn)）。例如，對(duì)于平面監(jiān)測(cè)網(wǎng)，位置基準(zhǔn)是擬穩(wěn)點(diǎn)近似坐標(biāo)的平均值（擬穩(wěn)重心）；尺度基準(zhǔn)是各擬穩(wěn)點(diǎn)到擬穩(wěn)重心的邊長(zhǎng)的平均值；方位基準(zhǔn)是各擬穩(wěn)點(diǎn)到擬穩(wěn)重心的坐標(biāo)方位角的平均值。工程控制網(wǎng)基準(zhǔn)的建立方法2工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)與平差方法監(jiān)測(cè)網(wǎng)的位移向量：平差兩期觀測(cè)得到的坐標(biāo)向量之差。平差基準(zhǔn)的選擇將影響各期的坐標(biāo)向量的平差結(jié)果，進(jìn)而影響到位移的計(jì)算結(jié)果。經(jīng)典平差：假定的固定點(diǎn)的變化量秩虧自由網(wǎng)平差：網(wǎng)的重心的變化值擬穩(wěn)平差：擬穩(wěn)點(diǎn)的重心的變化值

2工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)與平差方法參考點(diǎn)對(duì)點(diǎn)位位移影響示意圖監(jiān)測(cè)網(wǎng)真實(shí)位移情況秩虧自由網(wǎng)的平差情況經(jīng)典平差情況在變形分析中，平差方法選擇的關(guān)鍵在于了解平差方法中所定義的參考系是否與實(shí)際變形情況相符合。當(dāng)網(wǎng)中存在固定點(diǎn)時(shí)，采用這些固定點(diǎn)作基準(zhǔn)，應(yīng)用經(jīng)典平差；當(dāng)網(wǎng)中某些點(diǎn)具有相對(duì)的穩(wěn)定性，它們相互變動(dòng)是隨機(jī)的情況下，則用這些點(diǎn)作擬穩(wěn)點(diǎn)，用擬穩(wěn)平差；當(dāng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)所有網(wǎng)點(diǎn)具有微小的隨機(jī)變動(dòng)時(shí)，選用秩虧自由網(wǎng)平差。因此，要合理地確定監(jiān)測(cè)網(wǎng)的參考系，首先要確定的是監(jiān)測(cè)網(wǎng)中哪些點(diǎn)是穩(wěn)定的或相對(duì)穩(wěn)定的點(diǎn)，哪些點(diǎn)是不穩(wěn)定的點(diǎn)。2工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)與平差方法3工程控制網(wǎng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)精度準(zhǔn)則可靠性準(zhǔn)則靈敏性準(zhǔn)則費(fèi)用準(zhǔn)則總體精度局部精度多余觀測(cè)分量?jī)?nèi)部可靠性外部可靠性4工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)概念廣義地說(shuō)就是要在一定的人力、物力、財(cái)力的情況下設(shè)計(jì)出精度高、可靠性強(qiáng)、靈敏度最高(對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)面言)、經(jīng)費(fèi)最省的控制網(wǎng)布設(shè)方案。具體說(shuō)來(lái)，就是要根據(jù)實(shí)際的工程背景設(shè)計(jì)出最佳的網(wǎng)形，根據(jù)對(duì)控制網(wǎng)實(shí)際的質(zhì)量要求設(shè)計(jì)出最佳的觀測(cè)方案。

4工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分類（4類）分類含義零類設(shè)計(jì)（ZOD）基準(zhǔn)設(shè)計(jì)Ⅰ類設(shè)計(jì)（FOD）圖形設(shè)計(jì)Ⅱ類設(shè)計(jì)（SOD）觀測(cè)精度設(shè)計(jì)Ⅲ類設(shè)計(jì)（THOD）已有網(wǎng)的改造工程位置本身與國(guó)家或地方坐標(biāo)系有關(guān)：對(duì)部分網(wǎng)點(diǎn)有特殊要求的工程專用控制網(wǎng)：變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)對(duì)網(wǎng)點(diǎn)沒(méi)有特殊要求，各網(wǎng)點(diǎn)具有同樣重要性的局部工程控制網(wǎng)：增測(cè)新點(diǎn)和新觀測(cè)元素以改善現(xiàn)有網(wǎng)一是部分點(diǎn)位的選擇為最優(yōu)點(diǎn)位選擇二是觀測(cè)計(jì)劃和觀測(cè)精度的變化及二者的相互影響。

4工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法解析法機(jī)助法通過(guò)建立優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型，包括目標(biāo)函數(shù)和約束條件，選擇一種恰當(dāng)?shù)膶?yōu)算法．求出問(wèn)題的嚴(yán)格最優(yōu)解

將電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和判別能力同設(shè)計(jì)者的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)對(duì)一個(gè)憑經(jīng)驗(yàn)擬定的初始設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行分析、計(jì)算，求出各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行不斷地修改，直到設(shè)計(jì)者滿意4工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法解析法機(jī)助法優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)性廣結(jié)果合理、可行計(jì)算模型簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：機(jī)時(shí)一般較多最終結(jié)果是近似最優(yōu)

優(yōu)點(diǎn):所需機(jī)時(shí)一般較少理論上比較嚴(yán)密最終結(jié)果是嚴(yán)格最優(yōu)的缺點(diǎn):數(shù)學(xué)模型比較復(fù)雜最終結(jié)果有時(shí)理想化①分析問(wèn)題，結(jié)合設(shè)計(jì)要求，建立數(shù)學(xué)模型②選擇求解方法，編程，求解③分析結(jié)果，作出評(píng)價(jià)程序：隧道（洞）工程控制網(wǎng)洞外GPS平面控制網(wǎng)5典型工程控制網(wǎng)洞內(nèi)狹長(zhǎng)導(dǎo)線網(wǎng)5典型工程控制網(wǎng)樂(lè)清灣高架橋，21對(duì)GPS施工控制點(diǎn)，4臺(tái)接收機(jī)按快速靜態(tài)相對(duì)定位作業(yè)模式進(jìn)行觀測(cè)。

5典型工程控制網(wǎng)公路勘測(cè)GPS首級(jí)平面控制網(wǎng)高郵市某公路

5典型工程控制網(wǎng)二等平面控制網(wǎng)示意圖廣東省惠州抽水蓄能電站5典型工程控制網(wǎng)珠江黃埔大橋S08標(biāo)合同段獨(dú)塔斜拉橋主塔施工控制網(wǎng)

5典型工程控制網(wǎng)三峽二期工程施工加密控制網(wǎng)5典型工程控制網(wǎng)5典型工程控制網(wǎng)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)5典型工程控制網(wǎng)安裝測(cè)量控制網(wǎng)5典型工程控制網(wǎng)6現(xiàn)代地面測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用卡子灣滑坡體監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置示意圖基準(zhǔn)點(diǎn)礦區(qū)地表移動(dòng)觀測(cè)站GPS控制網(wǎng)安徽國(guó)投新集劉莊礦業(yè)有限公司

6現(xiàn)代地面測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用測(cè)量機(jī)器人是電子全站儀內(nèi)配置有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和CCD相機(jī)以及相應(yīng)的目標(biāo)識(shí)別軟件和電機(jī)驅(qū)動(dòng)軟件，當(dāng)測(cè)量機(jī)器人粗略照準(zhǔn)目標(biāo)后，通過(guò)按鍵輸入測(cè)量命令，其C