《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)學生

控制測量學課程介紹（教材、

學時、課程性質(zhì)）

控制測量學第一講緒論1.1控制測量學的基本任務和主要內(nèi)容1.2控制測量的基準線和基準面1.3控制網(wǎng)的布設形式1.4

控制測量新技術(shù)補充內(nèi)容

控制測量學是研究精確測定和描繪地面控制點空間位置及其變化的學科。本講主要介紹控制測量的任務和作用，進行平面控制測量和高程控制測量時的基準面和基準線。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]1．控制測量學的基本任務和作用；2．鉛垂線與大地水準面的概念與定義；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控制測量學的基本任務和主要內(nèi)容控制測量的概念：在一定區(qū)域內(nèi)，按測量任務所要求的精度，測定一系列地面標志點（控制點）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控制測量學的基本任務和主要內(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平面位置測定控制點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)范進行的控制測量為工程建設或地形圖測繪，在小區(qū)域內(nèi)，在大地測量控制網(wǎng)的基礎上獨立建立控制網(wǎng)的控制測量控制測量的基本任務

1在設計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1為測繪地形圖，布設全國范圍內(nèi)及局域性的大地測量控制網(wǎng)，為取得大地點的精確坐標，建立合理的大地測量坐標系以及確定地球的形狀、大小及重力場等參數(shù)。2控制測量學在防災、減災、救災及環(huán)境監(jiān)測、評價與保護中發(fā)揮著特殊的作用。控制測量的作用

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)學投影變換及有關(guān)問題的測量計算。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)學處理的理論和方法?？刂茰y量學的研究內(nèi)容

1.2控制測量的基準面和基準線

1.鉛垂線與大地水準面地球的自然表面，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)學表達式描述出來，所以不適合于數(shù)學建模。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。水準面：假設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)工作的基準線。大地水準面：與平均海水面相吻合的水準面。1.2控制測量的基準面和基準線大地水準面大地水準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，即物體沿該面運動時，重力不做功（如水在這個面上是不會流動的）。大地水準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。

大地水準面大地水準面的確定是通過確定它與參考橢球面的間距——大地水準面差距（對于似大地水準面而言，則稱為高程異常）來實現(xiàn)的。大地水準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)濟建設中起著重要的作用。大地水準面大地水準面是大地測量基準之一確定大地水準面是國家基礎測繪中的一項重要工程。它將幾何大地測量與物理大地測量科學地結(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、地震學、地球物理學、地質(zhì)勘探、石油勘探等相關(guān)地球科學領(lǐng)域研究和應用具有重要作用。全球大地水準面圖

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面的相對關(guān)系。我國的參考橢球1、1954北京坐標系橢球參數(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)遠東控制網(wǎng)引入。2、1980西安坐標系橢球參數(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：確定大地水準面與橢球面之間的相對關(guān)系以使橢球體與大地體間達到最好密合。大地原點：橢球定位中選取的相切點我國目前采用的是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年國家大地坐標系”（簡稱80系），大地原點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3.垂線偏差和大地水準面差距

參考橢球和總地球橢球，其表面都不可能與大地水準面處處重合，因而在同一點上所作的這兩個面的法線,即大地水準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。大地水準面與橢球面在某一點上的高差稱為大地水準面差距，用N表示。3.垂線偏差和大地水準面差距1.3控制網(wǎng)的布設形式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的坐標,必須已知三角網(wǎng)中某邊長和某一邊的坐標方位角，統(tǒng)稱為起算數(shù)據(jù)。三角點上觀測的水平角（或方向）、三角形邊長、坐標方位角和三角點的坐標統(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。起算坐標當測區(qū)內(nèi)有三角網(wǎng)時，則由已有的三角網(wǎng)傳遞坐標。若測區(qū)附近無三角網(wǎng)成果可利用，則可在一個三角點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，作為起算坐標。保密工程或小測區(qū)也可采用假設坐標系統(tǒng)。

起算方位角當測區(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)的陀螺馬達本身的動力學特性（定軸性、進動性）和地球自轉(zhuǎn)的影響，來達到尋北的目的，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的真北來。對任何一目標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"

標準方向1．真子午線方向：通過地球表面某點的真子午線的切線方向，稱為該點的真子午線方向。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．坐標縱軸方向：在高斯平面直角坐標系中，坐標縱軸線方向就是地面點所在投影帶的中央子午線方向。在同一投影帶內(nèi)，各點的坐標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。從直線起點的標準方向北端起，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?。因標準方向有真子午線方向、磁子午線方向和坐標縱軸方向之分，對應的方位角分別稱為真方位角（用A表示）、磁方位角（用Am表示）和坐標方位角（用α表示）。三種方位角之間的關(guān)系

獨立網(wǎng)與非獨立網(wǎng)：當三角網(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的坐標）時，這種網(wǎng)稱為獨立網(wǎng)。具有多于必要起算數(shù)據(jù)時，則這種網(wǎng)稱為非獨立網(wǎng)。又稱為附合網(wǎng)。

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

導線網(wǎng)與三角網(wǎng)相比，主要優(yōu)點在于：1網(wǎng)中各點受通視要求的限制較小，易于選點和降低覘標高度，甚至無須造標。2導線網(wǎng)的圖形非常靈活，選點時可根據(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。導線網(wǎng)導線網(wǎng)的缺點主要是：導線網(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)的布設形式國家高程控制網(wǎng)是用水準測量方法布設的，其布設原則與平面控制網(wǎng)布設原則相同。各等級水準路線一般都應構(gòu)成閉合環(huán)線或附合于高級水準路線上。(1)一等水準路線是高程控制的骨干。(2)在一等網(wǎng)基礎上布設的二等水準路線是高程控制的全面基礎。(3)在一、二等水準網(wǎng)的基礎上加密三、四等水準路線，直接為地形測量和工程建設提供必要的高程控制。1.4

控制測量新進展衛(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系統(tǒng)的建立和維護。我國2000國家大地坐標系(CGCS2000)待國務院批準。補充內(nèi)容大地測量學的地位和作用大地測量學在國民經(jīng)濟建設中和社會發(fā)展中發(fā)揮著基礎先行性的重要保證作用。大地測量在防災減災及環(huán)境監(jiān)測中的作用。大地測量在發(fā)展空間技術(shù)和國防建設中的作用。大地測量在當代地球科學中的地位。補充內(nèi)容大地測量學的基本體系以研究建立國家大地控制網(wǎng)為中心內(nèi)容的應用大地測量；以研究坐標系建立及地球橢球性質(zhì)及投影數(shù)學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；以研究重力場及測量方法的物理大地測量等。補充內(nèi)容

大地測量