《控制測量》課程課件-緒論

授課人：覃

授課對象：工程測量專業(yè)學(xué)生

控制測量學(xué)課程介紹（教材、

學(xué)時、課程性質(zhì)）

控制測量學(xué)第一講緒論1.1控制測量學(xué)的基本任務(wù)和主要內(nèi)容1.2控制測量的基準(zhǔn)線和基準(zhǔn)面1.3控制網(wǎng)的布設(shè)形式1.4

控制測量新技術(shù)補(bǔ)充內(nèi)容

控制測量學(xué)是研究精確測定和描繪地面控制點(diǎn)空間位置及其變化的學(xué)科。本講主要介紹控制測量的任務(wù)和作用，進(jìn)行平面控制測量和高程控制測量時的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。并簡要講述建立控制網(wǎng)的基本方法和程序。緒論緒論[知識點(diǎn)]1．控制測量學(xué)的基本任務(wù)和作用；2．鉛垂線與大地水準(zhǔn)面的概念與定義；3．參考橢球與總地球橢球的概念與定義；4．建立控制網(wǎng)的基本方法與布網(wǎng)形式。1.1控制測量學(xué)的基本任務(wù)和主要內(nèi)容控制測量的概念：在一定區(qū)域內(nèi)，按測量任務(wù)所要求的精度，測定一系列地面標(biāo)志點(diǎn)（控制點(diǎn)）的水平位置和高程位置，建立控制網(wǎng)，這種測量工作稱為控制測量。1.1控制測量學(xué)的基本任務(wù)和主要內(nèi)容控制測量分類按工作內(nèi)容分平面控制測量高程控制測量測定控制點(diǎn)平面位置測定控制點(diǎn)高程位置按用途分大地控制測量工程控制測量全國范圍內(nèi),按國家統(tǒng)一頒布的法式、規(guī)范進(jìn)行的控制測量為工程建設(shè)或地形圖測繪，在小區(qū)域內(nèi)，在大地測量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上獨(dú)立建立控制網(wǎng)的控制測量控制測量的基本任務(wù)

1在設(shè)計(jì)階段建立用于測繪大比例尺地形圖的測圖控制網(wǎng)。2在施工階段建立施工控制網(wǎng)。3在工程竣工后的運(yùn)營階段，建立以監(jiān)視建筑物變形為目的的變形觀測專用控制網(wǎng)?？刂茰y量學(xué)1為測繪地形圖，布設(shè)全國范圍內(nèi)及局域性的大地測量控制網(wǎng)，為取得大地點(diǎn)的精確坐標(biāo)，建立合理的大地測量坐標(biāo)系以及確定地球的形狀、大小及重力場等參數(shù)。2控制測量學(xué)在防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測、評價(jià)與保護(hù)中發(fā)揮著特殊的作用?？刂茰y量的作用

研究建立和維持工程和國家水平控制網(wǎng)和精密水準(zhǔn)網(wǎng)的原理和方法。研究獲得高精度測量成果的精密儀器和科學(xué)的使用方法。研究地球表面測量成果向橢球面及平面的數(shù)學(xué)投影變換及有關(guān)問題的測量計(jì)算。研究高精度和多類別的地面網(wǎng)、空間網(wǎng)及其聯(lián)合網(wǎng)的數(shù)學(xué)處理的理論和方法。控制測量學(xué)的研究內(nèi)容

1.2控制測量的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線

1.鉛垂線與大地水準(zhǔn)面地球的自然表面，包括海洋底部、高山高原在內(nèi)的固體地球表面。難以用一個簡潔的數(shù)學(xué)表達(dá)式描述出來，所以不適合于數(shù)學(xué)建模。海洋面積約占地表面的71%，陸地面積約占29%，是一個不規(guī)則曲面。水準(zhǔn)面：假設(shè)一個靜止不動的海水面延伸并穿過陸地，包圍整個地球，形成的一個閉合曲面。鉛垂線：重力方向線，鉛垂線是測量外業(yè)工作的基準(zhǔn)線。大地水準(zhǔn)面：與平均海水面相吻合的水準(zhǔn)面。1.2控制測量的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面是由靜止海水面并向大陸延伸所形成的不規(guī)則的封閉曲面。它是重力等位面，即物體沿該面運(yùn)動時，重力不做功（如水在這個面上是不會流動的）。大地水準(zhǔn)面是描述地球形狀的一個重要物理參考面，也是海拔高程系統(tǒng)的起算面。

大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面的確定是通過確定它與參考橢球面的間距——大地水準(zhǔn)面差距（對于似大地水準(zhǔn)面而言，則稱為高程異常）來實(shí)現(xiàn)的。大地水準(zhǔn)面和海拔高程等參數(shù)和概念在客觀世界中無處不在，在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著重要的作用。大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面是大地測量基準(zhǔn)之一確定大地水準(zhǔn)面是國家基礎(chǔ)測繪中的一項(xiàng)重要工程。它將幾何大地測量與物理大地測量科學(xué)地結(jié)合起來，使人們在確定空間幾何位置的同時，還能獲得海拔高度和地球引力場關(guān)系等重要信息。大地水準(zhǔn)面的形狀反映了地球內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)、密度和分布等信息，對海洋學(xué)、地震學(xué)、地球物理學(xué)、地質(zhì)勘探、石油勘探等相關(guān)地球科學(xué)領(lǐng)域研究和應(yīng)用具有重要作用。全球大地水準(zhǔn)面圖

2.參考橢球與總地球橢球大地體：靜止海水面向陸地延伸形成的封閉曲面所包圍的地球?qū)嶓w。代表了地球的形狀和大小。經(jīng)過長期測量實(shí)踐表明，大地體與一個以橢圓的短軸為旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)橢球的形狀十分近似，所以測繪工作便取大小與大地體很接近的旋轉(zhuǎn)橢球作為地球的參考形狀和大小。2.參考橢球與總地球橢球我國目前采用的旋轉(zhuǎn)橢球體的參數(shù)值為：長半徑a=6378140m短半徑b=6356755m扁率a=(a–b)/a=1/298.257由于旋轉(zhuǎn)橢球的扁率很小，在測區(qū)面積不大，測量精度要求不高時，其近似值為6371Km。參考橢球面定義：與局部大地水準(zhǔn)面吻合的旋轉(zhuǎn)橢球面。參數(shù)：長半徑a，扁率

起始子午面橢球的定位與定向：確定參考橢球與局部大地水準(zhǔn)面的相對關(guān)系。我國的參考橢球1、1954北京坐標(biāo)系橢球參數(shù)：克拉索夫斯基橢球，長半徑a=6378245米，扁率

=1/298.3

定位：從前蘇聯(lián)遠(yuǎn)東控制網(wǎng)引入。2、1980西安坐標(biāo)系橢球參數(shù)：IAG1967橢球，長半徑a=6378137米，扁率

=1/298.257

定位：由我國的天文大地網(wǎng)數(shù)據(jù)。橢球定位：確定大地水準(zhǔn)面與橢球面之間的相對關(guān)系以使橢球體與大地體間達(dá)到最好密合。大地原點(diǎn)：橢球定位中選取的相切點(diǎn)我國目前采用的是1975年“國際大地測量與地球物理聯(lián)合會”推薦的橢球參數(shù)，稱為“1980年國家大地坐標(biāo)系”（簡稱80系），大地原點(diǎn)位于陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)。2.參考橢球與總地球橢球大地原點(diǎn)3.垂線偏差和大地水準(zhǔn)面差距

參考橢球和總地球橢球，其表面都不可能與大地水準(zhǔn)面處處重合，因而在同一點(diǎn)上所作的這兩個面的法線,即大地水準(zhǔn)面的鉛垂線與橢球面的法線也必然不重合（見后圖）,兩者之間的夾角u稱為垂線偏差。u在子午線和卯酉線上的投影分量通常分別以和表示。大地水準(zhǔn)面與橢球面在某一點(diǎn)上的高差稱為大地水準(zhǔn)面差距，用N表示。3.垂線偏差和大地水準(zhǔn)面差距1.3控制網(wǎng)的布設(shè)形式1三角網(wǎng)1）網(wǎng)形如果測區(qū)較小，可以把測區(qū)所在的一部分橢球面近似看做平面，三角網(wǎng)中的觀測量是網(wǎng)中的全部（或大部分）方向值。2）起算數(shù)據(jù)和推算元素為了得到所有三角點(diǎn)的坐標(biāo),必須已知三角網(wǎng)中某邊長和某一邊的坐標(biāo)方位角，統(tǒng)稱為起算數(shù)據(jù)。三角點(diǎn)上觀測的水平角（或方向）、三角形邊長、坐標(biāo)方位角和三角點(diǎn)的坐標(biāo)統(tǒng)稱為三角測量的推算元素。

3）工程測量中三角網(wǎng)起算數(shù)據(jù)的獲得起算邊長當(dāng)測區(qū)內(nèi)有三角網(wǎng)時，若其精度滿足工程測量的要求，則可利用該三角網(wǎng)邊長作為起算邊長。若已有網(wǎng)邊長精度不能滿足工程測量的要求（或無已知邊長可利用）時，則可采用電磁波測距儀直接測量三角網(wǎng)某一邊或某些邊的邊長作為起算邊長。起算坐標(biāo)當(dāng)測區(qū)內(nèi)有三角網(wǎng)時，則由已有的三角網(wǎng)傳遞坐標(biāo)。若測區(qū)附近無三角網(wǎng)成果可利用，則可在一個三角點(diǎn)上用天文測量方法測定其經(jīng)緯度，再換算成高斯平面直角坐標(biāo)，作為起算坐標(biāo)。保密工程或小測區(qū)也可采用假設(shè)坐標(biāo)系統(tǒng)。

起算方位角當(dāng)測區(qū)附近有控制網(wǎng)時，則可由已有網(wǎng)傳遞方位角。若無已有成果可利用時，可用天文測量方法測定三角網(wǎng)某一邊的天文方位角再把它換算為起算方位角。在特殊情況下也可用陀螺經(jīng)緯儀測定起算方位角。

定向儀器。該儀器利用高速旋轉(zhuǎn)的陀螺馬達(dá)本身的動力學(xué)特性（定軸性、進(jìn)動性）和地球自轉(zhuǎn)的影響，來達(dá)到尋北的目的，它可以在地球南北緯75o范圍內(nèi)，不受地形、氣候及外界磁場的影響，無論白天或夜間，都能快速地測出站點(diǎn)的真北來。對任何一目標(biāo)均可測定陀螺方位角。其陀螺方位角一次測定中誤差不大于±15"

標(biāo)準(zhǔn)方向1．真子午線方向：通過地球表面某點(diǎn)的真子午線的切線方向，稱為該點(diǎn)的真子午線方向。真子午線方向可用天文測量方法測定。2．磁子午線方向：磁子午線方向是在地球磁場作用下，磁針在某點(diǎn)自由靜止時其軸線所指的方向。磁子午線方向可用羅盤儀測定。3．坐標(biāo)縱軸方向：在高斯平面直角坐標(biāo)系中，坐標(biāo)縱軸線方向就是地面點(diǎn)所在投影帶的中央子午線方向。在同一投影帶內(nèi)，各點(diǎn)的坐標(biāo)縱軸線方向是彼此平行的。方位角

測量工作中，常采用方位角表示直線的方向。從直線起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向北端起，順時針方向量至該直線的水平夾角，稱為該直線的方位角。方位角取值范圍是0?～360?。因標(biāo)準(zhǔn)方向有真子午線方向、磁子午線方向和坐標(biāo)縱軸方向之分，對應(yīng)的方位角分別稱為真方位角（用A表示）、磁方位角（用Am表示）和坐標(biāo)方位角（用α表示）。三種方位角之間的關(guān)系

獨(dú)立網(wǎng)與非獨(dú)立網(wǎng)：當(dāng)三角網(wǎng)中只有必要的一套起算數(shù)據(jù)（例如一條起算邊，一個起算方位角和一個起算點(diǎn)的坐標(biāo)）時，這種網(wǎng)稱為獨(dú)立網(wǎng)。具有多于必要起算數(shù)據(jù)時，則這種網(wǎng)稱為非獨(dú)立網(wǎng)。又稱為附合網(wǎng)。

導(dǎo)線網(wǎng)包括單一導(dǎo)線和導(dǎo)線網(wǎng)。網(wǎng)中的觀測值是角度（或方向）和邊長。獨(dú)立導(dǎo)線網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)需要幾個？導(dǎo)線網(wǎng)特別適合于障礙物較多的平坦地區(qū)或隱蔽地區(qū)。導(dǎo)線網(wǎng)

導(dǎo)線網(wǎng)與三角網(wǎng)相比，主要優(yōu)點(diǎn)在于：1網(wǎng)中各點(diǎn)受通視要求的限制較小，易于選點(diǎn)和降低覘標(biāo)高度，甚至無須造標(biāo)。2導(dǎo)線網(wǎng)的圖形非常靈活，選點(diǎn)時可根據(jù)具體情況隨時改變。3網(wǎng)中的邊長都是直接測定的，因此邊長的精度較均勻。導(dǎo)線網(wǎng)導(dǎo)線網(wǎng)的缺點(diǎn)主要是：導(dǎo)線網(wǎng)中的多余觀測數(shù)較同樣規(guī)模的三角網(wǎng)要少，有時不易發(fā)現(xiàn)觀測值中的粗差，因而可靠性不高。導(dǎo)線網(wǎng)

邊角網(wǎng)：指既測角又測邊的以三角形為基本圖形的網(wǎng)。如果只測邊而不測角即為三邊網(wǎng)。

邊角網(wǎng)和三邊網(wǎng)GPS網(wǎng)

1.3.2高程控制網(wǎng)的布設(shè)形式國家高程控制網(wǎng)是用水準(zhǔn)測量方法布設(shè)的，其布設(shè)原則與平面控制網(wǎng)布設(shè)原則相同。各等級水準(zhǔn)路線一般都應(yīng)構(gòu)成閉合環(huán)線或附合于高級水準(zhǔn)路線上。(1)一等水準(zhǔn)路線是高程控制的骨干。(2)在一等網(wǎng)基礎(chǔ)上布設(shè)的二等水準(zhǔn)路線是高程控制的全面基礎(chǔ)。(3)在一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上加密三、四等水準(zhǔn)路線，直接為地形測量和工程建設(shè)提供必要的高程控制。1.4

控制測量新進(jìn)展衛(wèi)星定位技術(shù)已被廣泛用于各種類型工程控制網(wǎng)。特別是隨著大地水準(zhǔn)面精化的深入開展，控制網(wǎng)從二維發(fā)展到三維，徹底改變了傳統(tǒng)工程控制網(wǎng)的缺陷。我國新一代地心坐標(biāo)系統(tǒng)的建立和維護(hù)。我國2000國家大地坐標(biāo)系(CGCS2000)待國務(wù)院批準(zhǔn)。補(bǔ)充內(nèi)容大地測量學(xué)的地位和作用大地測量學(xué)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中和社會發(fā)展中發(fā)揮著基礎(chǔ)先行性的重要保證作用。大地測量在防災(zāi)減災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測中的作用。大地測量在發(fā)展空間技術(shù)和國防建設(shè)中的作用。大地測量在當(dāng)代地球科學(xué)中的地位。補(bǔ)充內(nèi)容大地測量學(xué)的基本體系以研究建立國家大地控制網(wǎng)為中心內(nèi)容的應(yīng)用大地測量；以研究坐標(biāo)系建立及地球橢球性質(zhì)及投影數(shù)學(xué)變換的橢球大地測量；以研究測量天文經(jīng)度，天文緯度，方位角的大地天文測量學(xué)；以研究重力場及測量方法的物理大地測量等。補(bǔ)充內(nèi)容

大地測量