《控制測(cè)量》課程課件-緒論

授課人：覃

授課對(duì)象：工程測(cè)量專(zhuān)業(yè)學(xué)生

控制測(cè)量學(xué)課程介紹（教材、

學(xué)時(shí)、課程性質(zhì)）

控制測(cè)量學(xué)第一講緒論1.1控制測(cè)量學(xué)的基本任務(wù)和主要內(nèi)容1.2控制測(cè)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(cè)量新技術(shù)補(bǔ)充內(nèi)容

控制測(cè)量學(xué)是研究精確測(cè)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(cè)量的任務(wù)和作用，進(jìn)行平面控制測(cè)量和高程控制測(cè)量時(shí)的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線。并簡(jiǎn)要講述建立控制網(wǎng)的基本方法和程序。緒論緒論[知識(shí)點(diǎn)]1．控制測(cè)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(cè)量學(xué)的基本任務(wù)和主要內(nèi)容控制測(cè)量的概念：在一定區(qū)域內(nèi)，按測(cè)量任務(wù)所要求的精度，測(cè)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(cè)量工作稱(chēng)為控制測(cè)量。1.1控制測(cè)量學(xué)的基本任務(wù)和主要內(nèi)容控制測(cè)量分類(lèi)按工作內(nèi)容分平面控制測(cè)量高程控制測(cè)量測(cè)定控制點(diǎn)平面位置測(cè)定控制點(diǎn)高程位置按用途分大地控制測(cè)量工程控制測(cè)量全國(guó)范圍內(nèi),按國(guó)家統(tǒng)一頒布的法式、規(guī)范進(jìn)行的控制測(cè)量為工程建設(shè)或地形圖測(cè)繪，在小區(qū)域內(nèi)，在大地測(cè)量控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上獨(dú)立建立控制網(wǎng)的控制測(cè)量控制測(cè)量的基本任務(wù)

1在設(shè)計(jì)階段建立用于測(cè)繪大比例尺地形圖的測(cè)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(yíng)階段，建立以監(jiān)視建筑物變形為目的的變形觀測(cè)專(zhuān)用控制網(wǎng)?？刂茰y(cè)量學(xué)1為測(cè)繪地形圖，布設(shè)全國(guó)范圍內(nèi)及局域性的大地測(cè)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(cè)量坐標(biāo)系以及確定地球的形狀、大小及重力場(chǎng)等參數(shù)。2控制測(cè)量學(xué)在防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)與保護(hù)中發(fā)揮著特殊的作用?？刂茰y(cè)量的作用

研究建立和維持工程和國(guó)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(cè)量成果的精密儀器和科學(xué)的使用方法。研究地球表面測(cè)量成果向橢球面及平面的數(shù)學(xué)投影變換及有關(guān)問(wèn)題的測(cè)量計(jì)算。研究高精度和多類(lèi)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?？刂茰y(cè)量學(xué)的研究?jī)?nèi)容

1.2控制測(cè)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(gè)簡(jiǎn)潔的數(shù)學(xué)表達(dá)式描述出來(lái)，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(gè)不規(guī)則曲面。水準(zhǔn)面：假設(shè)一個(gè)靜止不動(dòng)的海水面延伸并穿過(guò)陸地，包圍整個(gè)地球，形成的一個(gè)閉合曲面。鉛垂線：重力方向線，鉛垂線是測(cè)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(cè)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(dòng)時(shí)，重力不做功（如水在這個(gè)面上是不會(huì)流動(dòng)的）。大地水準(zhǔn)面是描述地球形狀的一個(gè)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(guò)確定它與參考橢球面的間距——大地水準(zhǔn)面差距（對(duì)于似大地水準(zhǔn)面而言，則稱(chēng)為高程異常）來(lái)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(wú)處不在，在國(guó)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(cè)量基準(zhǔn)之一確定大地水準(zhǔn)面是國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪中的一項(xiàng)重要工程。它將幾何大地測(cè)量與物理大地測(cè)量科學(xué)地結(jié)合起來(lái)，使人們?cè)诖_定空間幾何位置的同時(shí)，還能獲得海拔高度和地球引力場(chǎng)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(duì)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(guò)長(zhǎng)期測(cè)量實(shí)踐表明，大地體與一個(gè)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(cè)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(guó)目前采用的旋轉(zhuǎn)橢球體的參數(shù)值為：長(zhǎng)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(cè)區(qū)面積不大，測(cè)量精度要求不高時(shí)，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(zhǎng)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(duì)關(guān)系。我國(guó)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(zhǎng)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(zhǎng)半徑a=6378137米，扁率

=1/298.257

定位：由我國(guó)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(duì)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(guó)目前采用的是1975年“國(guó)際大地測(cè)量與地球物理聯(lián)合會(huì)”推薦的橢球參數(shù)，稱(chēng)為“1980年國(guó)家大地坐標(biāo)系”（簡(jiǎn)稱(chēng)80系），大地原點(diǎn)位于陜西省涇陽(yáng)縣永樂(lè)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(gè)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(jiàn)后圖）,兩者之間的夾角u稱(chēng)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(chēng)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(cè)區(qū)較小，可以把測(cè)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(cè)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(zhǎng)和某一邊的坐標(biāo)方位角，統(tǒng)稱(chēng)為起算數(shù)據(jù)。三角點(diǎn)上觀測(cè)的水平角（或方向）、三角形邊長(zhǎng)、坐標(biāo)方位角和三角點(diǎn)的坐標(biāo)統(tǒng)稱(chēng)為三角測(cè)量的推算元素。

3）工程測(cè)量中三角網(wǎng)起算數(shù)據(jù)的獲得起算邊長(zhǎng)當(dāng)測(cè)區(qū)內(nèi)有三角網(wǎng)時(shí)，若其精度滿(mǎn)足工程測(cè)量的要求，則可利用該三角網(wǎng)邊長(zhǎng)作為起算邊長(zhǎng)。若已有網(wǎng)邊長(zhǎng)精度不能滿(mǎn)足工程測(cè)量的要求（或無(wú)已知邊長(zhǎng)可利用）時(shí)，則可采用電磁波測(cè)距儀直接測(cè)量三角網(wǎng)某一邊或某些邊的邊長(zhǎng)作為起算邊長(zhǎng)。起算坐標(biāo)當(dāng)測(cè)區(qū)內(nèi)有三角網(wǎng)時(shí)，則由已有的三角網(wǎng)傳遞坐標(biāo)。若測(cè)區(qū)附近無(wú)三角網(wǎng)成果可利用，則可在一個(gè)三角點(diǎn)上用天文測(cè)量方法測(cè)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(cè)區(qū)也可采用假設(shè)坐標(biāo)系統(tǒng)。

起算方位角當(dāng)測(cè)區(qū)附近有控制網(wǎng)時(shí)，則可由已有網(wǎng)傳遞方位角。若無(wú)已有成果可利用時(shí)，可用天文測(cè)量方法測(cè)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(cè)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(dòng)力學(xué)特性（定軸性、進(jìn)動(dòng)性）和地球自轉(zhuǎn)的影響，來(lái)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(chǎng)的影響，無(wú)論白天或夜間，都能快速地測(cè)出站點(diǎn)的真北來(lái)。對(duì)任何一目標(biāo)均可測(cè)定陀螺方位角。其陀螺方位角一次測(cè)定中誤差不大于±15"

標(biāo)準(zhǔn)方向1．真子午線方向：通過(guò)地球表面某點(diǎn)的真子午線的切線方向，稱(chēng)為該點(diǎn)的真子午線方向。真子午線方向可用天文測(cè)量方法測(cè)定。2．磁子午線方向：磁子午線方向是在地球磁場(chǎng)作用下，磁針在某點(diǎn)自由靜止時(shí)其軸線所指的方向。磁子午線方向可用羅盤(pán)儀測(cè)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(cè)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(shí)針?lè)较蛄恐猎撝本€的水平夾角，稱(chēng)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(duì)應(yīng)的方位角分別稱(chēng)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(gè)起算方位角和一個(gè)起算點(diǎn)的坐標(biāo)）時(shí)，這種網(wǎng)稱(chēng)為獨(dú)立網(wǎng)。具有多于必要起算數(shù)據(jù)時(shí)，則這種網(wǎng)稱(chēng)為非獨(dú)立網(wǎng)。又稱(chēng)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(cè)值是角度（或方向）和邊長(zhǎng)。獨(dú)立導(dǎo)線網(wǎng)的起算數(shù)據(jù)需要幾個(gè)？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(wú)須造標(biāo)。2導(dǎo)線網(wǎng)的圖形非常靈活，選點(diǎn)時(shí)可根據(jù)具體情況隨時(shí)改變。3網(wǎng)中的邊長(zhǎng)都是直接測(cè)定的，因此邊長(zhǎng)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(cè)數(shù)較同樣規(guī)模的三角網(wǎng)要少，有時(shí)不易發(fā)現(xiàn)觀測(cè)值中的粗差，因而可靠性不高。導(dǎo)線網(wǎng)

邊角網(wǎng)：指既測(cè)角又測(cè)邊的以三角形為基本圖形的網(wǎng)。如果只測(cè)邊而不測(cè)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(guó)家高程控制網(wǎng)是用水準(zhǔn)測(cè)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(jí)水準(zhǔn)路線一般都應(yīng)構(gòu)成閉合環(huán)線或附合于高級(jí)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(cè)量和工程建設(shè)提供必要的高程控制。1.4

控制測(cè)量新進(jìn)展衛(wèi)星定位技術(shù)已被廣泛用于各種類(lèi)型工程控制網(wǎng)。特別是隨著大地水準(zhǔn)面精化的深入開(kāi)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(guó)新一代地心坐標(biāo)系統(tǒng)的建立和維護(hù)。我國(guó)2000國(guó)家大地坐標(biāo)系(CGCS2000)待國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)。補(bǔ)充內(nèi)容大地測(cè)量學(xué)的地位和作用大地測(cè)量學(xué)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中和社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著基礎(chǔ)先行性的重要保證作用。大地測(cè)量在防災(zāi)減災(zāi)及環(huán)境監(jiān)測(cè)中的作用。大地測(cè)量在發(fā)展空間技術(shù)和國(guó)防建設(shè)中的作用。大地測(cè)量在當(dāng)代地球科學(xué)中的地位。補(bǔ)充內(nèi)容大地測(cè)量學(xué)的基本體系以研究建立國(guó)家大地控制網(wǎng)為中心內(nèi)容的應(yīng)用大地測(cè)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(cè)量；以研究測(cè)量天文經(jīng)度，天文緯度，方位角的大地天文測(cè)量學(xué)；以研究重力場(chǎng)及測(cè)量方法的物理大地測(cè)量等。補(bǔ)充內(nèi)容

大地測(cè)量