控制測量學(xué)課件

第一章緒論§1-1控制測量的任務(wù)和作用

一、控制測量的任務(wù)

⑴在設(shè)計階段，建立用於測繪各種大比例尺地形圖的測圖控制網(wǎng)。

⑵在施工階段，為工程建設(shè)建立施工控制網(wǎng)，作為放樣工程建築物的基礎(chǔ)，以滿足設(shè)計和施工的要求。

⑶在運營階段，建立以監(jiān)視建築物變形為目的的變形觀測專用控制網(wǎng)。

二、控制測量的作用

建立統(tǒng)一的坐標系，控制誤差的積累，便於開展各種測量工作。

三、控制測量的分類按性質(zhì)分為平面控制測量和高程控制測量；按精度分為一、二、三、四等；按測量方法分為天文測量、三角測量、導(dǎo)線測量、衛(wèi)星定位測量等。

控制測量是由平面控制測量和高程控制測量組成。平面控制測量是通過建立平面控制網(wǎng)，以確定地面點在參考橢球面上或某一投影平面上的位置；高程控制測量是通過建立高程控制網(wǎng)，以確定地面點的高程----地面點至某一基準面（大地水準面）的距離。

控制測量方法分為常規(guī)地面測量和GPS衛(wèi)星定位測量。

§1-2建立控制網(wǎng)的基本方法

1、水準控制網(wǎng)的佈設(shè)形式

⑴

三角網(wǎng)

在地面上，按一定的要求選定一系列的點（三角點），以三角形的圖形把它們連接起來，構(gòu)成地面上的三角網(wǎng)或鎖。以圖1-4為例，待定點3的座標可按下式計算：

(1-1)(1-2) (1-3) (1-4)

觀測量：方向或角度。起算數(shù)據(jù)：獨立網(wǎng)4個：或兩點座標。推算元素：座標，邊長，座標方位角。●在三角網(wǎng)中，只有一套必要的起算數(shù)據(jù)的三角網(wǎng)，稱為獨立網(wǎng)。

三角網(wǎng)的優(yōu)缺點

優(yōu)點：控制面積大，測角精度高，檢核角度觀測品質(zhì)的幾何條件多（易於發(fā)現(xiàn)觀測中的粗差），相鄰三角點間的相對點位誤差小。

缺點：易受障礙物影響；布網(wǎng)困難大；各邊的邊長和方位角的精度不均勻（除起始邊和起始方位角外，其餘各邊的邊長和方位角都是用水平角推算出來的，由於測角誤差的傳播，距離起始邊和起始方位角越遠，它們的精度就越低）⑵

導(dǎo)線網(wǎng)

在地面上，按一定的要求選定一系列的點（導(dǎo)線點），以折線的形式把它們連接起來，構(gòu)成導(dǎo)線。觀測量：方向（或角度）和邊長。起算數(shù)據(jù)：獨立導(dǎo)線網(wǎng)3個：x，y，α。推算元素：座標，邊長（平差值），座標方位角。導(dǎo)線網(wǎng)的優(yōu)缺點

優(yōu)點：呈單線佈設(shè)，座標傳遞迅速；佈設(shè)靈活（只需前後兩個相鄰導(dǎo)線點通視，易於越過地形、地物障礙）；各導(dǎo)線邊精度均勻（均直接測定）；導(dǎo)線縱向誤差?。▽?dǎo)線的縱向誤差完全由測距誤差產(chǎn)生的）。

缺點：控制面積小；檢核觀測成果品質(zhì)的幾何條件少（不易發(fā)現(xiàn)觀測中的粗差）；橫向誤差較大（導(dǎo)線的橫向誤差完全由測角誤差產(chǎn)生的）。導(dǎo)線網(wǎng)的適用範圍

適用範圍：障礙較多的平坦地區(qū)或隱蔽地區(qū)。我國的國家平面控制網(wǎng)是以三角測量為主，導(dǎo)線測量為輔的方法建立的。隨著測距儀向高精度、多功能、輕小型、自動化方向發(fā)展（全站儀），導(dǎo)線測量將會被更廣泛地採用。⑶

邊角網(wǎng)和三邊網(wǎng)

以往主要是通過三角測量（即觀測全部水準角）的方法來建立三角網(wǎng)。隨著電磁波測距儀測距精度及自動化程度的日益提高，不斷改進著測量的傳統(tǒng)方法。三邊網(wǎng)測量（觀測全部邊長）和邊角網(wǎng)測量得到了廣泛應(yīng)用，三角網(wǎng)也隨之?dāng)U展為三邊網(wǎng)和邊角網(wǎng)。尤其是邊角網(wǎng)，既測角又測邊，能有效地提高整個網(wǎng)形的結(jié)構(gòu)強度和點位精度，已成為目前最常用的布網(wǎng)形式（常用於變形觀測）。

2、高程控制網(wǎng)的佈設(shè)形式⑴

幾何水準測量幾何水準測量是建立國家高程控制網(wǎng)的主要方法它的基本原理是：利用水準儀的水準視線讀取垂直放置在水準儀前後兩地面點上的水準尺規(guī)之分劃線，求得兩地面點間的高差，進而逐點推算出地面點的高程

幾何水準測量的優(yōu)點是精度較高，如一等水準測量的每公里偶然中誤差不大於±0.45mm；測得的高程以似大地水準面為基準面，具有物理意義，能夠較好地為生產(chǎn)建設(shè)服務(wù)。2、高程控制網(wǎng)的佈設(shè)形式⑵

三角高程測量三角高程測量的基本原理是：測定地面上兩點間的距離和垂直角，依三角公式計算出兩點間的高差，進而求得地面點的高程。三角高程測量作業(yè)簡單，佈設(shè)靈活，不受地形條件的限制。其缺點是：由於大氣垂直折光的影響，垂直角觀測值含有較大的誤差，使得測定的高差精度較低。因此，三角高程測量雖然在高程控制中得到大量應(yīng)用，但必須有足夠數(shù)值量的水準點作為其高程起算點，才能滿足測繪國家基本比例尺地形圖對高程控制的精度要求。

隨著電磁波測距的完善與普及，電磁波測距三角高程測量和電磁波測距高程導(dǎo)線已經(jīng)得到了初步的應(yīng)用，其精度可以達到四等水準的要求。因家平面控制網(wǎng)和高程控制網(wǎng)雖是各自單獨建立的，建立方法也不相同，但它們之間存在密切的聯(lián)繫。首先，對於決定地面點的位置來說，兩控制網(wǎng)缺一不可，在計畫佈設(shè)平面控制網(wǎng)的同時，就要考慮佈設(shè)高程控制網(wǎng)問題。其次，水準網(wǎng)雖是單獨建立的，但在平原地區(qū)，一些平面控制點則直接與水準點重合。三角高程網(wǎng)則直接平面控制網(wǎng)重疊在一起，而且它需要平面控制網(wǎng)的邊長數(shù)據(jù)。3、衛(wèi)星定位測量

衛(wèi)星定位測量是利用衛(wèi)星定位接收機接收定位衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號，並通過一定的數(shù)據(jù)處理而獲得測站位置的測量方法。目前正在運行的衛(wèi)星定位系統(tǒng)有美國的GPS定位系統(tǒng)和俄羅斯的GLONASS定位系統(tǒng)。

正在開發(fā)的有歐洲空間局的伽利略系統(tǒng)，我國也參加該系統(tǒng)的投資與開發(fā)。此外，我國局部的衛(wèi)星定位系統(tǒng)“北斗雙星定位系統(tǒng)”也已投入使用。

全球定位系統(tǒng)(GPS)是美國軍方開發(fā)的全球性、全天候、連續(xù)的無線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，原為美國軍方服務(wù)，後部分功能向民用用戶開放。經(jīng)過多年的研究開發(fā)，GPS應(yīng)用於民用定位測量的技術(shù)不斷發(fā)展完善。在控制測量方面，GPS定位測量因其具有精度高、速度快、成本低的顯著優(yōu)點，已經(jīng)迅速成為控制測量、特別是平面控制測量的主要方法。而相應(yīng)地傳統(tǒng)控制測量方法則主要在GPS無法施展的地方和領(lǐng)域，以及作為GPS網(wǎng)的進一步加密，發(fā)揮著不可替代的作用。

全球定位系統(tǒng)(GPS)是美國軍方開發(fā)的全球性、全天候、連續(xù)的無線電衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，原為美國軍方服務(wù)，後部分功能向民用用戶開放。經(jīng)過多年的研究開發(fā)，GPS應(yīng)用於民用定位測量的技術(shù)不斷發(fā)展完善。在控制測量方面，GPS定位測量因其具有精度高、速度快、成本低的顯著優(yōu)點，已經(jīng)迅速成為控制測量、特別是平面控制測量的主要方法。而相應(yīng)地傳統(tǒng)控制測量方法則主要在GPS無法施展的地方和領(lǐng)域，以及作為GPS網(wǎng)的進一步加密，發(fā)揮著不可替代的作用。GPS衛(wèi)星定位技術(shù)的優(yōu)點：

⑴

選點靈活。GPS點之間不要求相互通視，對GPS網(wǎng)的幾何圖形也沒有嚴格的要求，因而使GPS點位的選擇更為靈活，可以自由佈設(shè)。

⑵

定位精度高。目前採用載波相位進行相對定位，精度

可達1ppm。

⑶

觀測速度快。目前，利用靜態(tài)定位方法，完成一條基線的相對定位所需要的，根據(jù)要觀測的精度不同，一般約為1～3小時。如果採用快速靜態(tài)相對定位技術(shù)，觀測時間可縮短到數(shù)分鐘。

⑷

功能齊全。GPS測量可同時測定測點的平面位置和高程，採用即時動態(tài)測量可進行施工放樣。

⑸

操作簡便。GPS測量的自動化程度很高，作業(yè)員在觀測是只需要安置和開啟、關(guān)閉儀器，量取天線高度，監(jiān)視儀器的工作狀態(tài)及採集環(huán)境的氣象數(shù)據(jù)，而其他如捕獲、跟蹤觀測衛(wèi)星和記錄觀測數(shù)據(jù)待一系列測量工作均由儀器自動完成。

⑹

全天候、全球性作業(yè)。由於GPS衛(wèi)星有24顆而且分佈合理，在地球任何地點、任何時間均可連續(xù)同步觀測到4項以上的衛(wèi)星，因此在任何地點，任何時間均可進行GPS測量。GPS測量一般不受天氣情況的影響。

GPS示意圖第一章

習(xí)題1、控制測量的任務(wù)是什麼？

(√)2、控制測量的作用是什麼？(√)3、建立平面控制網(wǎng)的常規(guī)地面測量方法有哪些?

(√)4、導(dǎo)線網(wǎng)的優(yōu)缺點是什麼？

(√)5、GPS衛(wèi)星定位技術(shù)有哪些優(yōu)點？

第二章平面控制網(wǎng)的佈設(shè)§2.1國家水準控制網(wǎng)的佈設(shè)原則和方案一、佈設(shè)原則

1、分級布網(wǎng)，逐級控制我國幅員遼闊，自然地理狀況複雜，如果以最高的精度、最大的密度，用一個等級的三角網(wǎng)或?qū)Ь€網(wǎng)佈滿全國，不僅造成時間和金錢的浪費，甚至是很難做到的，從而根本不可能保證各個地區(qū)的建設(shè)需要。因此，我國的國家平面控制網(wǎng)採取分級布網(wǎng)，逐級控制的原則。即控制點的密度是先疏後密，逐級加大；精度是先高後低，逐級遞降。

國家三角網(wǎng)和導(dǎo)線網(wǎng)分為一、二、三、四等四個等級。

2、應(yīng)有足夠的精度

國家三角網(wǎng)和導(dǎo)線網(wǎng)的精度必須滿足《國家三角測量和精密導(dǎo)線測量規(guī)範》的要求。國家水準控制網(wǎng)是控制測圖的基礎(chǔ)，它的精度必須保證測圖的實際需要。各種比例尺測圖規(guī)範規(guī)定：以國家大地點(包括三角點和導(dǎo)線點)為基礎(chǔ)加密的解析圖根點，相對於起算的大地點的點位中誤差，表現(xiàn)在圖上應(yīng)不超過±0.1mm，表現(xiàn)在實地上應(yīng)不超過±0.1Nmm(N為測圖比例尺分母)。

必須指出：圖根點的誤差不僅取決於其本身的測量，而且與起算的大地點點位中誤差有關(guān)。因此，通常規(guī)定，當(dāng)相鄰大地點的點位中誤差小於圖根點相對於起算的大地點的點位中誤差的1/3時，大地點的點位中誤差對測圖來說才可以忽略。或者說，只有當(dāng)大地點的精度相對圖根點來說較高時，大地點的點位中誤差才可以忽略。

若圖根點的精度按0.1Nmm，大地點的精度必須不大於0.03Nmm。

測圖比例尺

1/5萬

1/2.5萬

1/1萬

1/5千1/2千

圖根點相對於大地點的點位中誤差

±5.0m

±2.5m

±1.0m

±0.5m

±0.2m相鄰大地點點位中誤差

±1.7m

±0.83m

±0.33m±0.17m

±0.07m

按現(xiàn)行規(guī)範，國家三、四等三角點和導(dǎo)線點採用插網(wǎng)法和插點法佈設(shè)的三、四等三角點，其精度可以滿足控制1:2000測圖的要求。

3、保證必要的密度。

為了滿足控制測圖的需要，國家大地點（包括三角點或?qū)Ь€點）必須有足夠的密度。

以下是不同比例尺地圖對大地點的合理密度要求。

測圖比例尺1:5萬1:2.5萬1:1萬1:5千平均每幅圖的面積(km2)350-500100-12515-204-5平均每幅圖大地點個數(shù)3-42-30.5-14幅1個平均每個大地點控制面積(km2)1505020三角網(wǎng)平均邊長km1382-64、應(yīng)有統(tǒng)一的布網(wǎng)方案、精度指標和作業(yè)規(guī)格國家大地網(wǎng)規(guī)模巨大，為了加快建網(wǎng)速度，滿足各方面的需要，除了國家測繪部門外，水利、地質(zhì)、地震、工礦、交通、林業(yè)等單位都要承擔(dān)一部分國家大地網(wǎng)的施測工作。如果沒有統(tǒng)一的布網(wǎng)方案、精度指標和作業(yè)規(guī)格，就很難建成合乎要求的國家大地網(wǎng)，而且容易造成重複和浪費。國家測繪部門專門制訂的《國家三角測量和精密導(dǎo)線測量規(guī)範》，是佈設(shè)國家平面控制網(wǎng)的技術(shù)依據(jù)。二、佈設(shè)方案

1、一等三角鎖佈設(shè)方案

一等三角鎖是在國土範圍內(nèi)迅速建立統(tǒng)一坐標系統(tǒng)的精密骨幹。其主要作用是：控制二等以下大地點的加密和為研究地球形狀、大小提供資料。控制測圖不是其主要作用。因此，一等三角鎖著重考慮的是精度問題而不是密度問題。

一等三角鎖儘量沿經(jīng)緯線方向佈設(shè)，縱橫鎖系互相交叉形成鎖網(wǎng)(見圖2-1)

。鎖系交叉點間的部分稱為鎖段，鎖段長度規(guī)定為200km左右，並在交叉加測起始邊(精度不低於1/35萬)；鎖段圖形邊長山區(qū)25km左右，平原20km左右，單三形的任一角度不小於40°，根據(jù)三角形閉合差計算的測角中誤差不大於±0.7”。2、二等三角網(wǎng)佈設(shè)方案以連續(xù)三角網(wǎng)的形式在設(shè)在一等環(huán)繞的區(qū)域內(nèi)，它是加密三、四等的基礎(chǔ)，其平均邊長13km(10-18km)，網(wǎng)中最小角不得小於30°，測角中誤差不得大於±1.0″。與一等同屬於國家高級網(wǎng)?？蓾M足1:5萬測圖要求。二等三角網(wǎng)主要考慮精度問題，同時兼顧密度問題。3、三、四等三角網(wǎng)國家三、四等三角點是在二等三角網(wǎng)的基礎(chǔ)上進一步加密，作為圖根點測量的基礎(chǔ)。它的密度與測圖比例尺相適應(yīng)，這是三、四等三角點佈設(shè)的特點。三、四等三角網(wǎng)的佈設(shè)可分為插網(wǎng)和插點兩類。

⑴

插網(wǎng)法插網(wǎng)圖形有兩種類型：第一種是在高級三角網(wǎng)中插入三、四等點，相鄰三、四等三角點與高等三角點盡可能都連接起來構(gòu)成圖形，適應(yīng)於測圖比例尺較?。ū壤叻帜复?，如1:5萬），要求控制點密度不大的情況。見圖（a）。第二種是在稀疏的高等三角點間插入很多三、四等點，用短邊佈設(shè)成連續(xù)的三角網(wǎng)，這種網(wǎng)只附合於高級點而不直接與高級邊相接，適應(yīng)於大比例尺測圖（比例尺分母小，如1:5百），要求控制點密度較大的情況。見圖（b）

在高級三角網(wǎng)中插入三、四等點在稀疏的高等三角點間插入很多三、四等點

⑵插點法在高級三角網(wǎng)中插入一個或一個以上低等三角點構(gòu)成插點圖形，稱為插點法。下圖為三角形內(nèi)插一點和四邊形內(nèi)插兩點的典型圖形。

根據(jù)誤差理論和大量實踐證明：三角形內(nèi)插一點，插入點位於三角內(nèi)切圓圓心處精度最好。以角頂為圓心，以角頂至內(nèi)切圓圓心距離的一半為半徑所劃的圓弧為不允許插點區(qū)。⑶

插點法和插網(wǎng)法比較

插點法

優(yōu)點：形狀多樣，佈設(shè)靈活；平差計算方便，可按點按圖形分開處理。

缺點：插點數(shù)量多、層次多時，高等點上觀測方向數(shù)明顯增加，給觀測工作造成麻煩；相鄰圖形中插入點如相距太近又不聯(lián)測時，這兩個點的相對點位中誤差較大；直接與高等網(wǎng)接邊時，邊長相差較大，影響觀測精度。

插網(wǎng)法第一種形式把插入點盡可能聯(lián)測，精度比插點法高，而且基本上消除了插點法中相鄰插入點不聯(lián)測時降低相對精度的缺點；成果計算必須整網(wǎng)平差；高等點上觀測方向過多和邊長不易縮短。第二種形式優(yōu)點較多：插入點不和高等邊構(gòu)成三角形，佈設(shè)靈活；插入點和高等點上觀測方向數(shù)都比較均勻；邊的長短容易按需要伸縮變通；網(wǎng)中央精度較高，邊沿部分較低一些（但可滿足要求）。

綜上所述，佈設(shè)三、四等三角點時，一般應(yīng)儘量採用插網(wǎng)法，如受地形限制，也可以採用插點法。4．國家三角網(wǎng)的佈設(shè)規(guī)格及精度

等級平均邊長（km）測角中誤差（″）三角形最大閉合差最弱邊相對中誤差一等20~25±0.7±2.51:15萬二等13±1.0±3.51:15萬三等8±1.8±7.01:8萬四等2~6±2.5±9.01:4萬我國的大地原點

“大地原點”亦稱“大地基準點”，即國家水準控制網(wǎng)中推算大地座標的起算點。建國初期，我國使用的大地測量座標系統(tǒng)是從前蘇聯(lián)測過來的，其座標原點是前蘇聯(lián)玻爾可夫天文臺。1975年我國開始組織人力，搜集分析了大量資料，並根據(jù)“原點”的要求，對鄭州、武漢、西安、蘭州等地的地形、地質(zhì)、大地構(gòu)造、天文、重力和大地測量等因素實地考察、綜合分析，最後將我國的大地原點，確定在陝西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)石際寺村境內(nèi)?！?.2工程水準控制網(wǎng)的佈設(shè)原則和方案

工程水準控制網(wǎng)可分為兩種:⑴

工程控制網(wǎng)：在工程規(guī)劃設(shè)計階段，為測繪大比例地形圖而建立的控制網(wǎng)。

⑵

施工控制網(wǎng)（專用控制網(wǎng)）：為工程建築物的施工放樣或變形觀測等專門用途而建立的控制網(wǎng)。一、工程控制網(wǎng)布網(wǎng)原則

1.要有足夠的精度對於控制大比例測圖或為施工放樣等專項用途建立的工程水準控制網(wǎng)，其控制點都要有足夠的精度，以滿足相應(yīng)的要求。

2.要有足夠的密度工程控制網(wǎng)的精度要求，依測圖比例尺而定。按0.1mm的製圖精度要求，則測圖比例尺愈大，控制點的精度要求愈高。

施工控制網(wǎng)的精度要求，隨工程專案的具體情況而定。

3.分級布網(wǎng)，逐級控制

《工程測量規(guī)範》規(guī)定，工程水準控制網(wǎng)的劃分依次為國家二、三、四等三角，一、二級小三角或一、二級導(dǎo)線以及圖根控制。通常先佈置精度最高的首級控制，然後根據(jù)測圖等實際需要，分階段進行加密。分級多少要依據(jù)測區(qū)範圍大小而定。

二、工程控制網(wǎng)的佈設(shè)方案

當(dāng)採用三角鎖、網(wǎng)佈設(shè)工程控制網(wǎng)時，工程測量規(guī)範規(guī)定的三角鎖、網(wǎng)的主要技術(shù)要求為：

等

級平

均邊長測

角中誤差起

算邊相對中誤差最

弱邊相對中誤差測回數(shù)三角形最大閉合差DJ6DJ2DJ1二等9km1.0"1:25萬1:12萬123.5"三等4.5km1.8"1:15萬(首級)1:12萬(加密)1:7萬967.0"四等2km2.5"1:10萬(首級)1:7萬(加密)1:4萬649.0"一級小三角1km5"1:4萬1:2萬6215.0"二級小三角0.5km10"1:2萬1:1萬2130.0"電磁波測距導(dǎo)線的主要技術(shù)參數(shù)等級附合導(dǎo)線長度(km)平均邊長（m）每邊測距中誤(mm)測角中誤(″)導(dǎo)線全長對閉合差三等153000181.51/60000四等101600182.51/40000一級3.63001551/14000二級2.42001581/10000三級1.512015121/6000

當(dāng)測區(qū)中有高級控制網(wǎng)(控制點)時，若其精度能滿足要求，可用插網(wǎng)、線性鎖或插點的的形式加密；否則，就將首級網(wǎng)佈設(shè)成獨立網(wǎng)。對首級網(wǎng)的加密，若首級網(wǎng)為二等三角網(wǎng)，可以越級佈設(shè)插網(wǎng)，即經(jīng)過一次加密，就使控制點的精度達到四等三角網(wǎng)的精度。四等三角網(wǎng)以下的加密方法，可用一、二等小三角加密，尤其是線形鎖。在通視條件差時可用一、二級導(dǎo)線加密。有了工程控制網(wǎng)，

為什麼還要建立施工控制網(wǎng)呢？

在勘測階段佈設(shè)的工程控制網(wǎng)是為測圖服務(wù)的，由於工程建築物的總體佈置尚未確定，其點位的分佈和密度均不能滿足施工放樣的要求，因此，在施工放樣時還必須建立施工控制網(wǎng)。

施工控制網(wǎng)的佈設(shè)，應(yīng)根據(jù)平面設(shè)計和施工地區(qū)的地形條件來確定。起伏較大的山區(qū)（如水利樞紐）及跨江（河）工程（如大橋），一般採用三角測量的方法建網(wǎng)；對地勢平坦、通視困難地區(qū)可而設(shè)導(dǎo)線網(wǎng)；對矩形建築物一般佈設(shè)建築方格網(wǎng)。施工控制網(wǎng)的主要任務(wù)

施工控制網(wǎng)的主要任務(wù)是放樣建築物的軸線。如大壩的軸線、大橋的軸線、曲線隧道的一條切線、工業(yè)場地的主要車間或主要生產(chǎn)設(shè)備的軸線等。所以在佈設(shè)施工控制網(wǎng)時，應(yīng)盡可能地將這些主要軸線包括在控制網(wǎng)內(nèi)，使其成為控制網(wǎng)的一條邊。

首級(基本)控制加密控制圖

根三等三角四等三角兩級圖根一級小三角兩級圖根四等三角一級小三角兩級圖根二級小三角兩級圖根小三角兩級圖根

佈設(shè)施工控制網(wǎng)時，一般採用兩級布網(wǎng)較合適。如工業(yè)場地：首級：廠區(qū)控制網(wǎng)，放樣各建築物的主要軸線。第二級：廠房控制網(wǎng)，放樣各建築物細部。工程測量平面控制加密層次

工程控制網(wǎng)中的高程控制網(wǎng)通常也分兩級佈設(shè)，即佈滿施工場區(qū)的基本高程控制網(wǎng)和根據(jù)各個施工階段放樣需要佈設(shè)加密網(wǎng)?；靖叱炭刂凭W(wǎng)用三等水準施測，加密高程控制網(wǎng)用四等水準施測。測圖時建立的高程控制網(wǎng)，在點位分佈和精度上一般也不能完全滿足施工時的需要。因此必須適當(dāng)加密。

在控制網(wǎng)，通常平面控制也兼作高程控制點。

幾個概念

兩級圖根：直接由高點級控制點發(fā)展的圖根點稱為一級圖根點，利用一級圖根點再發(fā)展的圖根點稱二級圖根。建築方格網(wǎng)：各邊組成矩形或正方形且與擬建的建築物、構(gòu)築物軸線平行的施工控制網(wǎng)。建築方格網(wǎng)主軸線：與主要建築物軸線平行，作為建築方格網(wǎng)定向及測設(shè)依據(jù)的軸線。

建築方格網(wǎng)軸線法：以建築方格網(wǎng)主軸線為依據(jù)確定其他方格網(wǎng)點的測量方法。

建築方格網(wǎng)長軸線：建築方格網(wǎng)主軸線中較長的一條軸線。

建築方格網(wǎng)短軸線：建築方格網(wǎng)主軸線中較短的一條軸線。

建築方格網(wǎng)布網(wǎng)法：採用三角測量、三邊測量或?qū)Ь€測量測設(shè)建築方格網(wǎng)軸線的測量方法。

方格網(wǎng)點：組成建築方格網(wǎng)的各方格頂點。

內(nèi)分點法：在兩個已知座標點的聯(lián)線上，通過測量距離或角度，確定直線上任一待定點座標的方法?！?.3平面控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計

一、技術(shù)設(shè)計的意義及其主要內(nèi)容工程測量工作者應(yīng)根據(jù)工程建設(shè)對控制網(wǎng)的精度要求，結(jié)合測區(qū)的具體情況進行技術(shù)設(shè)計—選擇最佳方案、適當(dāng)?shù)膬x器、編制作業(yè)計畫、解決作業(yè)生產(chǎn)的組織和測量成果驗收等一系列生產(chǎn)管理和技術(shù)管理問題。技術(shù)設(shè)計是控制測量的第一道工序，是一個決定性的環(huán)節(jié)，技術(shù)設(shè)計的優(yōu)劣，將對測量工作的全過程造成重大影響。技術(shù)設(shè)計就是要編制出技術(shù)設(shè)計書。它是制定作業(yè)計畫、指導(dǎo)生產(chǎn)的重要技術(shù)檔之一。

技術(shù)設(shè)計書一般包括下列主要內(nèi)容：

(1)作業(yè)的目的和任務(wù)範圍；

(2)測區(qū)的自然地理條件；

(3)測區(qū)已有的測量成果及其精度分析；

(4)測區(qū)實地調(diào)查和踏勘的結(jié)果(一般應(yīng)寫出測區(qū)調(diào)查報告)；

(5)最佳布網(wǎng)方案的論證；

(6)圖上設(shè)計結(jié)果及有關(guān)圖表；

(7)技術(shù)補充規(guī)定；

(8)業(yè)務(wù)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)部門的批示及審核意見。二、技術(shù)設(shè)計的程式和方法

㈠對點位的要求

(1)點位應(yīng)儘量選在展望良好，易於擴展的制高點上。

(2)邊長、角度和圖形結(jié)構(gòu)應(yīng)完全滿足《規(guī)範》的要求。

(3)要確保造標、觀測工作時的安全，中心標石能長期保存。

(4)應(yīng)使觀測視線避開產(chǎn)生水準折光的地形或地物，並使視線超越及旁離障礙物一定的距離。

㈡

收集、分析研究資料

在技術(shù)設(shè)計前，應(yīng)全面收集測區(qū)的各種有關(guān)資料，並進行認真的分析研究，使技術(shù)設(shè)計切實可行。

應(yīng)收集的資料有：

(1)測區(qū)的各種比例尺(尤其是大、中比例尺)地形圖、交通圖和行政區(qū)劃圖。

(2)已有的大地測量成果資料。平面控制網(wǎng)圖，水準路線圖，點之記，成果表和技術(shù)總結(jié)等。

(3)測區(qū)自然地理情況資料及少數(shù)民族的民俗。

如主要的集鎮(zhèn)、居民區(qū)、行政中心、民族、治安、交通運輸、物資供應(yīng)、地貌、植被、水系、土質(zhì)、凍土層和氣象等資料。

把收集來的資料中可靠、有用的資料進行整理，供實地調(diào)查和設(shè)計時參考利用。

對大地測量成果的分析應(yīng)注意以下幾點：

(1)施測時間、等級、執(zhí)行的規(guī)範或技術(shù)規(guī)定、使用的儀器、標石和覘標類型、施測單位以及計算和平差方法、成果的實際精度。

(2)成果的坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)。是否為國家統(tǒng)一的坐標系統(tǒng)或高程系統(tǒng)。

(3)成果中採用的投影面和投影帶。是否為統(tǒng)一、合用的投影面、投影帶。

(4)應(yīng)分清哪些成果可以作為起算數(shù)據(jù)，哪些成果可以直接利用作為控制，哪些成果不能採用等。

㈢

測區(qū)調(diào)查與踏勘

如果對測區(qū)情況缺乏必要的瞭解，此項工作就要在圖上設(shè)計之前進行。反之則可在圖上設(shè)計之後進行，這樣便於到實地檢查圖上設(shè)計的合理性和可行性，然後對圖上設(shè)計進行必要的修正。

此項工作的主要任務(wù)是：

⑴查找並查看已收集到的大地點的保存情況和完好程度，決定這些大地點是否可以利用。尤其對這些大地點的穩(wěn)定性作出正確判斷。

(2)全面瞭解、核對和補充測區(qū)的自然地理方面的情況，為圖上設(shè)計和編制作業(yè)計畫提供可靠、全面、系統(tǒng)的資料。

(3)如果此項工作在圖上設(shè)計之後進行，則應(yīng)對圖上設(shè)計的合理性和可行性進行實地調(diào)查和踏勘，以便對圖上設(shè)計提出切實可行的修改意見。

(4)為開展野外作業(yè)作必要的準備。如作業(yè)人員工作時的駐地、物質(zhì)供應(yīng)和交通運輸應(yīng)與當(dāng)?shù)剡M行聯(lián)繫和落實。

調(diào)查和踏勘結(jié)束後，應(yīng)根據(jù)任務(wù)，寫出測區(qū)調(diào)查報告，供技術(shù)設(shè)計和編制作業(yè)計畫使用與參考。

(四)圖上設(shè)計和最佳布網(wǎng)方案的論證與評估

圖上設(shè)計的任務(wù)是：根據(jù)工程設(shè)計意圖及其對控制網(wǎng)的精度要求，結(jié)合測區(qū)的情況，在地形圖上設(shè)計出圖形結(jié)構(gòu)較強、覘標高度較低的合理布網(wǎng)方案。

圖上設(shè)計在適當(dāng)比例尺地形圖上進行，一般在1:50000地形圖上進行；如果測區(qū)範圍較小，可在l:25000或更大比例尺的地形圖上進行。

圖上設(shè)計的主要程式和方法是：

(1)在選定的地形圖上標繪出已有的控制點、起算邊、水準點和水準路線，以及河流、交通線、圖幅線或測區(qū)範圍、重要的居民點或行政中心。標繪時不同等級的大地點一定要用不同的顏色標繪。

(2)根據(jù)技術(shù)規(guī)定和對點位的要求，由起算點(或起算邊)開始，先高等後低等，逐級逐點進行擴展和加密，直到設(shè)計出合理的控制網(wǎng)為止。如果需要布測新的起算邊，則應(yīng)首先設(shè)計出起算邊的位置。

(3)判斷和檢查點間的通視，並擬定最有利的覘標高度。

上述工作完成後，應(yīng)判斷和檢查每一條邊是否通視。如果地貌不復(fù)雜，設(shè)計者又有一定的讀圖能力，對較容易通視的邊，可直接對其通視情況作出判斷。有些不能直接判定其通視情況，就需借助一定的方法檢查其是否通視。檢查的方法是圖解法。

如圖2-10所示，設(shè)A、B為預(yù)選的三角點，C為AB方向上的障礙物，A、B、C三點的高程HA、HB

、HC可在地形圖上直接讀出。A、B點到C點的距離DAC、DBC

在圖上量取。取一張紙，繪出一條直線。在直線上依比例尺截取DAC、DBC，即在直線上標出A、B、C點。分別過A、B、C點作直線的垂線，並分別由A、C點起沿垂線依比例尺量取(HA-HB)、(HC-HB)，得出A’點和C’點，用直線連接A’和B。如果C’

在A’B的下方，說明A、B兩點間通視。C’點到A’B的距離為超障高度；當(dāng)點在上方時，則不通視；若點逼近，應(yīng)考慮球氣差影響。

(4)按照三角高程網(wǎng)對高程起算點密度的要求，設(shè)計各等級三角點(導(dǎo)線點)的水準聯(lián)測路線。

(5)估算設(shè)計出的平面控制網(wǎng)的最弱邊精度或點位精度。

(6)對圖上設(shè)計進行全面的檢查修正。檢查的內(nèi)容：各項設(shè)計是否正確、合理；設(shè)計項日是否齊全；數(shù)量、品質(zhì)(主要是精度)是否合乎要求。為了保證設(shè)計的品質(zhì)，最好設(shè)計出幾個方案，進行綜合性的評估，從中選出最適宜的設(shè)計方案。

(五)編寫技術(shù)設(shè)計書(或文字材料)

主要內(nèi)容有：設(shè)計的技術(shù)依據(jù)、目的、性質(zhì)和技術(shù)要求；測區(qū)所處的行政轄區(qū)及範圍；與測量作業(yè)有關(guān)的自然地理狀況；已有的大地測量成果的情況；各個設(shè)計專案的數(shù)量、品質(zhì)統(tǒng)計，如起算點、起算邊個數(shù)、各級三角點(導(dǎo)線點)、水準點個數(shù)、水準路線或水準聯(lián)測路線總長，各類覘標、標石數(shù)量，精度估算結(jié)果等；所需的儀器、器材、裝備和材料的數(shù)量；對野外測量作業(yè)的特殊技術(shù)要求等。

(六)上交資料

技術(shù)設(shè)計完成後上交下列資料：

(1)在地形圖上設(shè)計的控制網(wǎng)圖。

(2)適當(dāng)比例尺的計畫控制網(wǎng)圖。

(3)技術(shù)設(shè)計書(或其文字說明材料)?！?.4平面控制網(wǎng)精度估算

為各項工程建設(shè)而佈設(shè)的控制網(wǎng)，應(yīng)具有必要的精度，以滿足工程建沒對於測量的要求。因此在控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計階段，應(yīng)對所設(shè)計的控制網(wǎng)的精度進行估算，以確定足否能達到規(guī)定的要求。控制網(wǎng)中，各點上觀測的水準角(或方向)、邊長稱為觀測元素，經(jīng)平差計算所求得的點位座標以及邊長、方位角都是根據(jù)觀測元素的平差值等數(shù)據(jù)推算出來的，因而統(tǒng)稱其為推算元素。因此推算元素都是觀測元素平差值的函數(shù)。

精度估算主要是估算網(wǎng)中推算元素的精度。在控制網(wǎng)設(shè)計中，精度估算是一項重要內(nèi)容，設(shè)計網(wǎng)所能達到的精度則是控制網(wǎng)設(shè)計的一項重要指標。

本節(jié)主要講導(dǎo)線網(wǎng)的精度估算。一、精度估算的理論方法控制網(wǎng)精度估算的方法就是測量平差中控制網(wǎng)平差後的精度計算方法。精度估算與平差後的精度計算的不同點在於：平差採用實際觀測值，並用平差算得的單位權(quán)中誤差計算精度；而設(shè)計網(wǎng)的精度估算則是採用圖上量取的觀測元素的近似值和《規(guī)範》規(guī)定的測角中誤差來估算網(wǎng)中推算元素的精度?，F(xiàn)以廣泛使用座標平差法為例來敘述。

設(shè)有座標平差的法方程為：

為網(wǎng)中未知點座標向量(實際上是:)N為法方程係數(shù)陣，其逆矩陣記為此即未知數(shù)參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣。

(2-1)(2-2)

設(shè)有網(wǎng)中的推算元素z，如邊長、方位角、未知點座標x，y等，它們都可以表示成未知數(shù)平差值的函數(shù)，記作：(2-3)經(jīng)微分後有(2-4)式中:為偏導(dǎo)數(shù)值。上式可用矩陣式寫為(2-5)式中則有：而推算元素z的中誤差為

也可用條件平差的相應(yīng)模型來估算精度。一般用電腦估算控制網(wǎng)精度採用參數(shù)平差模型；而理論上分析單一附合導(dǎo)線的精度採用條件平差模型。(2-6)(2-7)二、導(dǎo)線點縱橫向中誤差和點位中誤差的概念

為了討論導(dǎo)線測量的精度，需要先介紹導(dǎo)線點縱橫向中誤差和平面控制網(wǎng)點位中誤差的概念。如圖2-9，實線表示一導(dǎo)線的真位置，O為導(dǎo)線起點，P為導(dǎo)線終點。為了說明問題和推導(dǎo)公式的方便，圖中加繪有坐標系，縱軸為導(dǎo)線閉合邊(導(dǎo)線起點O和終點P的連線)L的方向，橫軸為閉合邊的垂直方向。由於導(dǎo)線的轉(zhuǎn)折角和邊長的觀測都有誤差，由O起始，根據(jù)觀測值算得的導(dǎo)線位置為圖中的虛折線所示。終點P的計算位置出現(xiàn)在P′，其位移量為f。

設(shè)位移f在導(dǎo)線閉合邊方向上的投影為fx′，稱為導(dǎo)線的縱向誤差；在垂直於閉合邊上的投影為fy′，稱為導(dǎo)線的橫向誤差。在導(dǎo)線大體直伸的情況下，縱向誤差主要由測邊誤差引起，橫向誤差主要由測角誤差引起。f、fx′、fy′三者的關(guān)係為如果改用中誤差的符號，則有這裏MP稱做P點的點位中誤差，mx′和my′分別為P點在x′和y′方向的中誤差。由於這裏x′和y′分別為導(dǎo)線推進方向的縱向和橫向，習(xí)慣上常用t表示導(dǎo)線點的縱向中誤差，用u表示導(dǎo)線點的橫向中誤差。這樣，上式便寫成(2-8)在平面控制網(wǎng)中，點位中誤差的更一般定義是這裏，mx、my分別為P點在任意平面直角坐標系x方向和y方向的中誤差。很顯然，對於圖2-11中的兩個方向不同的平面直角坐標系，有

導(dǎo)線點的縱橫向中誤差t和u既能表達出點位中誤差的大小，又給人一種比較直觀的方向形象，因而在討論導(dǎo)線精度時，常以縱橫向中誤差t和u來作指標。(2-9)三、等邊直伸支導(dǎo)線的精度分析要用到的一組符號：

u------點位的橫向中誤差

t------點位的縱向中誤差

M------點位中誤差

D------端點下標

Z------中點下標

Q------起算數(shù)據(jù)誤差影響的下標

C------測量誤差影響的下標

對導(dǎo)線的精度分析應(yīng)從最簡單的支導(dǎo)線做起。圖2-12為一等邊直伸支導(dǎo)線。對於支導(dǎo)線，最前端的邊方位角精度最低，前方端點的點位精度最低。由於是直伸導(dǎo)線，故方位角誤差是由測角引起，點的縱向誤差由測邊誤差引起，點的橫向誤差由測角誤差引起。下麵給出支導(dǎo)線前端邊的方位角中誤差和前端點的縱橫向中誤差計算公式，式中的下標D表示端點或端邊。三、等邊直伸支導(dǎo)線的精度分析

對導(dǎo)線的精度分析應(yīng)從最簡單的支導(dǎo)線做起。圖2-12為一等邊直伸支導(dǎo)線。對於支導(dǎo)線，最前端的邊方位角精度最低，前方端點的點位精度最低。由於是直伸導(dǎo)線，故方位角誤差是由測角引起，點的縱向誤差由測邊誤差引起，點的橫向誤差由測角誤差引起。下麵給出支導(dǎo)線前端邊的方位角中誤差和前端點的縱橫向中誤差計算公式，式中的下標D表示端點或端邊。(1)支導(dǎo)線前端邊方位角中誤差(2)支導(dǎo)線前端點縱向中誤差(2-10)(2-11)

式中：mS為測邊偶然誤差；λ為測邊系統(tǒng)誤差；L為導(dǎo)線閉合邊長度，有L=nS，S為每邊邊長。(3)支導(dǎo)線前端點橫向中誤差(2-12)若不考慮起算數(shù)據(jù)誤差和測邊系統(tǒng)誤差，則分別有(2-13)四、等邊直伸附合導(dǎo)線的精度分析(一)附合導(dǎo)線平差後各邊方位角中誤差附合導(dǎo)線平差後各邊方位角中誤差用下式計算(2-14)用不同的n和i代入其運算式中，算得方位角誤差係數(shù)k，列入表2-6中，以便查看分析。導(dǎo)線邊號i導(dǎo)線邊數(shù)n46710121416123456789101112131415160.630.550.550.630.730.730.660.660.730.730.790.860.810.750.750.810.860.790.820.950.930.870.820.820.870.930.950.820.851.011.030.990.940.900.900.940.991.031.010.850.871.061.111.101.051.000.980.981.001.051.101.111.060.870.891.101.181.181.151.101.061.031.031.061.101.151.181.181.100.89平均0.590.710.800.880.951.021.09表2-6等邊直伸附合導(dǎo)線平差後各邊方位角誤差係數(shù)

從表中可以看出:(1)一般來說，平差後各邊方位角精度相差不大。如果說有最弱邊，則在大多數(shù)情況下(n=6～12)，靠兩端的第2條邊為方位角最弱邊。

(2)當(dāng)n≤10時，各邊方位角中誤差小於測角中誤差mβ；當(dāng)10＜n＜16時，可認為各邊方位角中誤差近似為測角中誤差mβ。

(3)減少轉(zhuǎn)折角數(shù)(在導(dǎo)線總長一定的情況下，相當(dāng)於增加平均邊長S)可縮小各邊平差後方位角中誤差。若令

，將式(2-16)寫成(二)等邊直伸附合導(dǎo)線平差後中點的縱向中誤差由於導(dǎo)線兩端點被強制附合在已知點上，測邊的系統(tǒng)誤差被較好地消除了，只剩下偶然誤差影響。在不考慮起算數(shù)據(jù)誤差的情況下，導(dǎo)線中第i+1點(依圖2-11的編號，為第i號邊的前方端點)的縱向中誤差為(2-15)(2-16)(2-17)用不同的n代入算得的kt值列於表2-7中。表2-7等邊直伸附合導(dǎo)線平差後中點縱向中誤差係數(shù)邊數(shù)n46810121416kt1.001.221.411.581.731.872.00由式(2-16)和表2-7可知，隨著導(dǎo)線的加長，即n的增大和邊長的增長(邊長增長，則mS亦會變大)，導(dǎo)線中點的縱向中誤差會變大。當(dāng)n=4時，中點縱向中誤差為1倍測邊中誤差，當(dāng)n為10、16時，分別為1.6倍和2倍測邊中誤差。(三)等邊直伸附合導(dǎo)線平差後中點的橫向中誤差等邊直伸附合導(dǎo)線的橫向中誤差來源於測角誤差。導(dǎo)線中第i+1點(i號邊的前方端點)的橫向中誤差為(2-18)

由上式可知，等邊直伸附合導(dǎo)線的橫向中誤差正比於測角中誤差mβ和導(dǎo)線閉合邊長L，且隨轉(zhuǎn)折角個數(shù)(n+1)的增多而增大。經(jīng)精簡的最弱點中點的橫向中誤差為若令將式2-18寫成(2-19)在進行導(dǎo)線設(shè)計時，一般要求導(dǎo)線最弱點(中點)的縱橫向中誤差大體相當(dāng)，即要求用不同的n代入算得的ku值列於表2-8中。邊數(shù)n46810121416ku0.791.331.962.653.414.235.10(2-20)同除以S後得：(2-21)M為設(shè)計要求的最弱點位中誤差

起始方位角誤差對中點產(chǎn)生的橫向誤差可以這樣來理解：當(dāng)從導(dǎo)線一端推算中點座標時，產(chǎn)生的橫向誤差為式(2-21)說明測邊相對誤差與測角誤差要有一定的比例關(guān)係。當(dāng)導(dǎo)線總長一定時，再確定平均邊長S，進而確定邊數(shù)n，則由表2-7和表2-8可查出kt、ku的值，這時便可依實際情況根據(jù)上式確定測邊、測角的精度mS和mβ了。五、考慮起算數(shù)據(jù)誤差後附合導(dǎo)線中點的點位誤差考慮兩已知點間有邊長誤差，兩起算方位角有誤差的情況。(2-22)(一)兩已知點間起算邊長誤差對導(dǎo)線中點縱向誤差的影響(二)起算方位角誤差對導(dǎo)線中點橫向誤差的影響

而中點點位的平差值可以看做是從兩端分別推算再取平均的結(jié)果。因而起始方位角誤差對導(dǎo)線中點引起的橫向誤差為(2-23)(三)考慮起算數(shù)據(jù)誤差後的附合導(dǎo)線中點的點位誤差(2-24)六、關(guān)於單一導(dǎo)線的精度和佈設(shè)的幾點結(jié)論

(1)支導(dǎo)線的精度遠低於附合導(dǎo)線，且無幾何檢核，所以導(dǎo)線應(yīng)佈設(shè)成附合導(dǎo)線。

(2)對於基本直伸的導(dǎo)線，導(dǎo)線點的縱向誤差主要由測邊引起，橫向誤差主要由測角引起。

(3)導(dǎo)線中最弱點的縱橫向誤差都與導(dǎo)線總長L成正比，因而導(dǎo)線不可佈設(shè)得過長。各《規(guī)範》對導(dǎo)線長度都有限制。

(4)導(dǎo)線點的橫向誤差與轉(zhuǎn)折角個數(shù)(為n+1)有關(guān)。當(dāng)導(dǎo)線總長一定時，利用增加平均邊長、佈設(shè)成直伸導(dǎo)線等措施，以減少轉(zhuǎn)折角個數(shù)，有利於提高點位精度。各《規(guī)範》也強調(diào)，導(dǎo)線應(yīng)儘量佈設(shè)成直伸形狀。當(dāng)導(dǎo)線非直伸時，縱向誤差和橫向誤差均受測邊、測角誤差的的影響，測邊系統(tǒng)誤差在平差中只會部分被消除，對平差後的點位仍有影響。對於基本直伸的導(dǎo)線，前述的結(jié)論是基本成立的。七、用模擬平差法估算設(shè)計網(wǎng)的精度

前面的討論基本上是對單一導(dǎo)線精度的偏於定性的分析。工程實踐中佈設(shè)的導(dǎo)線網(wǎng)常常比單一附合導(dǎo)線複雜，特別是若將導(dǎo)線網(wǎng)作為測區(qū)首級控制，則常佈設(shè)成閉合格網(wǎng)形，這時網(wǎng)的精度估算就不是簡單的事情了。在生產(chǎn)中常用的方法是，利用模擬觀測值，用平差程式或平面控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計程式估算設(shè)計網(wǎng)的精度。這類程式大都採用座標平差法。這裏給出用模擬平差法估算設(shè)計網(wǎng)精度的方法步驟如下：

(1)在設(shè)計圖上量取各未知點的近似座標x，y，與起算數(shù)據(jù)一起反算出一套網(wǎng)中將要觀測的邊長、角度(水準方向)的模擬觀測值。

(2)利用這套模擬觀測值用平差程式(或?qū)ｉT的平面控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計程式)模擬平差。

(3)當(dāng)計算進行到求出法方程係數(shù)陣的逆(也就是未知參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣)之後，即可轉(zhuǎn)入精度評定計算。在精度評定時，利用設(shè)計(或規(guī)範規(guī)定的)單位權(quán)中誤差計算推算元素的精度。在一般情況下，單位權(quán)中誤差是方向或角度觀測中誤差。一般來說，平面控制網(wǎng)平差程式(或控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計程式)可以給出未知點的座標協(xié)因數(shù)陣和點位精度及點位誤差橢圓。有的能給出相對點位誤差和相對點位誤差橢圓，以及未知邊方位角中誤差。

設(shè)計者可根據(jù)精度估算結(jié)果，修改設(shè)計方案，並重新計算，直到設(shè)計網(wǎng)實際可行，並滿足精度要求。§2.5平面控制點的選點、建標和埋石

一、實地選點技術(shù)設(shè)計的圖上設(shè)計是在室內(nèi)進行的圖上選點，不一定完全符合野外的實際情況，只有在實地選點時才能將點位最後確定下來。選點時主要使用的工具有望遠鏡、小平板、花桿、通訊工具和清除障礙的工具等。並攜帶設(shè)計好的網(wǎng)圖和有用的地形圖。

平面控制網(wǎng)的點位應(yīng)滿足以下一些要求和需要：相鄰點之間應(yīng)通視良好，視線高於或旁離障礙物應(yīng)有一定的距離；二等不宜小於1.5m；三、四等及一、二級小三角以能保證成像清晰、便於觀測為原則；國家等級導(dǎo)線應(yīng)不小於1.5m；工程三、四等導(dǎo)線應(yīng)不小於1m；一、二、三級導(dǎo)線不宜小於0.5m。

點位應(yīng)選在土質(zhì)堅實、展望良好、易於擴展的地點，便於尋找、造標埋石和觀測，並能長期保存。城市裏也可將點選在堅固穩(wěn)定的建築物頂面上。測距邊點位的選擇應(yīng)考慮電磁波測距的需要，點位的選擇應(yīng)考慮使測線沿途氣象環(huán)境大致相同，以使測線兩端採集的氣象元素值能代表整個測線上的氣象值，保證電磁波測距的精度。測線不宜通過煙囪、散熱塔、高溫廠房等發(fā)熱體的上空，也應(yīng)儘量避免在湖泊、河流、溝穀的上空通過。若測距邊兩端點的高差將用三角高程方法測定，則高差不宜太大，應(yīng)滿足下式：

選點完成後應(yīng)提供下列資料：⑴

選點圖；

⑵

點之記；⑶

三角點一覽表。表中應(yīng)填寫點名、等級、至鄰點的概略方向和邊長，建議建造的覘標類型及高度、對造埋和觀測工作的意見。二、球氣差和有利覘標高的確定

1.地球彎曲差

2．大氣垂直折光差

由於地表面的大氣總的分佈趨勢是上稀下密，在野外用望遠鏡觀測時，光線通過這樣的大氣時，必然產(chǎn)生連續(xù)性的向地面一側(cè)的偏折，使得光線的路徑為如圖2-13中的弧線AB"

。即觀測者A的視線不是直線AB'

，而是弧線AB"

，視線偏折的距離B'

B"

，這就是大氣垂直折光差，簡稱氣差。

2．大氣垂直折光差

若用表示氣差大小，R'表示視線的曲率半徑，用推導(dǎo)球差類似的方法可得到

由於氣差的影響，B點的目標不必要升高至B'，只需升高至B"就行了，即氣差有利於降低覘標的高度。

（2-5-3）3．球氣差聯(lián)合影響

式中：k稱作大氣垂直折光係數(shù)，其值與測線上的大氣狀態(tài)有關(guān)，在0.07～0.16間變動。在確定標高計算中k值可取0.11。R為測區(qū)地球曲率半徑，S為兩點間的距離。實際工作中往往是兩端同時架標，所以是兩端分別計算至中間障礙物的球氣差影響V1

，

V2

，然後再用適當(dāng)?shù)姆椒ù_定標高。球差和氣差的聯(lián)合影響稱球氣差，常用V表示令，則有球氣差計算式

如圖，A、B為選定的三角點點位。由於A、B視線方向上存在障礙物C，再加上球氣差的影響，則A、B間互不通視?，F(xiàn)在用解析法來確定A點和B點上建造覘標的高度。㈡覘標高的確定

點名xyA34276.19442895.681B34245.89743007.399AxyB

式中a為視線離開障礙物的高度，V1，V2為A，B兩三角點的球氣差，△H1=HC-HA，△H2=HC-HB。

式中S1，S2為選定三角點A、B視線上障礙物到A、B的距離。三、覘標建造

經(jīng)過選點確定了的三角點的點位，要埋設(shè)帶有中心標誌的標石，將它們固定下來，以便長期保存。當(dāng)相鄰點不能在地面上直接通視時，應(yīng)建造覘標作為相鄰各點觀測的目標及本點觀測的儀器臺。應(yīng)該說明的是，由於現(xiàn)時很多平面控制網(wǎng)已採用導(dǎo)線網(wǎng)的形式，此外，GPS已用於控制網(wǎng)的佈設(shè)，所以如今已很少有造標的需要，特別是雙錐標，更少使用。故以下對造標和埋石工作僅作概略介紹。

1、測量覘標的類型

覘標分為尋常標和高標兩大類。尋常標：無內(nèi)架的覘標。根據(jù)材料不同又分為木尋常標、鋼尋常標和墩標。儀器安置在腳架上，腳架直接架在地面進行觀測。高標：有內(nèi)架的覘標。雙錐標：內(nèi)外架分離的三腳或四腳木標或鋼標。由於內(nèi)外架分別形成兩個錐形，故稱為雙錐標。

屋頂觀測臺：在利用高建築物設(shè)置三角點時，宜在穩(wěn)定的建築物頂面上建造1.2m高的固定觀測臺。

2、微相位差照準圓筒

無論上述何種覘標，其頂部都要裝上照準圓筒，作為觀測時的照準目標。目前廣泛採用的是微相位差照準圓筒。它由上、下兩塊圓板(木板或薄鋼板)及一些輻射形木片組成，圓筒全部塗上無光黑漆。

微相位差照準圓筒

採用這種微相位差照準圓筒作照準標誌時，無論陽光從哪個方向射來，整個圓筒均呈黑色。若用實體目標，在陽光照射下會出現(xiàn)陰陽面，使遠處經(jīng)緯儀瞄準它時產(chǎn)生偏差。當(dāng)背景明亮?xí)r，十字絲會偏向目標的陰暗部分；背景暗淡，十字絲會偏向目標的光亮部分。這種目標的陰陽面引起的測角誤差叫相位差。微相位差照準圓筒可以基本上消除相位差。照準圓筒通過標心柱固定在覘標上。標心柱漆成紅白相間的顏色，像花桿一樣，以便於從遠處尋找，也可供觀測低等控制網(wǎng)時(邊很短)作為照準目標使用。準照圓筒的大小，要與三角網(wǎng)的邊長相適應(yīng)。經(jīng)驗表明，目標成像約占望遠鏡十字絲雙絲寬度的1/2～2/3左右較利於照準。由於一般光學(xué)經(jīng)緯儀十字絲的雙絲寬度約為30"～40"，所以目標寬度宜為20"～30"左右。

設(shè)三角網(wǎng)的平均邊長為s，若目標成像占十字絲寬度的1/2，雙絲寬度為40'’，則照準圓筒的直徑d應(yīng)為當(dāng)三角網(wǎng)的平均邊長s=4km時圓筒的高度宜為其直徑的2～3倍。3、覘標的建造

測量覘標的作用是供觀測照準和升高儀器之用，它的建造品質(zhì)直接影響觀測精度。每座覘標都要求保存一定的年限，以便佈設(shè)低級網(wǎng)時使用，因而要求造得牢固、穩(wěn)定端正。下麵就造標過程中應(yīng)注意的問題，作一概略的介紹。通常採用透明紙標定坑位法，它簡單可靠，且不受通視條件的限制。

具體作法：取一張透明紙，在其中間部分任取一點O，以O(shè)作為中心，每隔120°畫方向線OA、OB、OC，這就代表三腳標的三個櫓柱方向(如為四腳標則每隔90°畫一條方向線)。考慮到櫓柱的直徑並保證視線距櫓柱方向有一定的距離，在三條方向線左右各劃出10°的範圍作為不通視區(qū)(圖中的陰影部分)。

首先在設(shè)計圖上確定坑位方向。

即將透明紙的中心O與選點圖上欲建標的三角點重合，轉(zhuǎn)動透明紙，使待測的三角點方向都落入通視區(qū)內(nèi)，並選出最佳位置用量角器量出一個櫓柱(如A，見下圖)與某個能直接通視的鄰點方向(如龍山)間的角度，此角度為56°30′。

實地標定坑位時，以該三角點(龍山)定向。用經(jīng)緯儀測出已知角(56°30′)即得櫓柱A的方向，再轉(zhuǎn)120°、240°便得到櫓柱B、C的方向。在標定的櫓柱方向線上，量出三角點中心到櫓柱坑中心的距離，就得到了櫓柱基坑的位置。

2)挖基坑及澆灌坑底水準層基坑深度約1m左右，底層應(yīng)用混凝土澆灌抹平，並用水準儀操平，以保證基坑底面在同一水平面上。木質(zhì)尋常標，可以不澆水平層，但要在基底填充石頭砂子並夯實。

3)檢查照準圓筒是否豎直及各方向是否通視

覘標豎起後應(yīng)檢查照準圓筒是否豎直，可用經(jīng)緯儀在相隔90。的兩個方向上進行。如不豎直，則要加以調(diào)整(為了調(diào)整的方便，標心柱先不要固定)。如標架不端正，則要調(diào)整基坑底的高度，圓筒位置校正完畢後，再用儀器檢查各方向的通視情況，確認無問題後，再填土夯實，使櫓柱固定。

4)覘標的整飾和編號上述工作全部完成後，最後整飾一下覘標的外觀，並在櫓柱的適當(dāng)位置整齊的寫上三角點點名、等級、編號及建造年月等。4、中心標石的埋設(shè)

三角測量的標石中心是三角點的實際點位，通常所說的三角點座標，就是指標石中心標誌的座標，所有三角測量的成果(座標、距離、方位角)都是以標石中心為準的。因此，對於中心標石的任何損壞或位移，都將使三角測量成果失去作用或在很大程度上降低其精度。所以，中心標石埋設(shè)的品質(zhì)，是衡量控制網(wǎng)品質(zhì)的一項指標。為了長期保存三角測量的成果，就必須埋設(shè)穩(wěn)定、堅固和耐久的中心標石，同時要廣泛宣傳保護測量標誌的重要意義。國家規(guī)範按三角網(wǎng)的等級及其地質(zhì)條件將中心標石分成8種規(guī)格。

三、四等三角點的標石由兩塊組成。下麵一塊叫磐石，上面一塊叫柱石，磐石和柱石一般用鋼筋混凝土預(yù)製，然後運到實地埋設(shè)。預(yù)製時，應(yīng)在柱石頂面印字注明埋設(shè)單位及時間。標石也可用石料加工或用混凝土在現(xiàn)場澆制。

磐石和柱石中央埋有中心標誌。埋石時必須使磐石和柱石上的標誌位於同一鉛垂線上。埋設(shè)標石一般在造標工作完成後隨即進行。埋石工作全部完成後，要到三角點所在地的鄉(xiāng)人民政府辦理三角點的託管手續(xù)。第二章

習(xí)題1、國家水準控制網(wǎng)的佈設(shè)原則是什麼？(√)

2、工程控制網(wǎng)布網(wǎng)原則是什麼？3、有了工程控制網(wǎng)，為什麼還要建立施工控制網(wǎng)呢？(√)

4、施工控制網(wǎng)的主要任務(wù)是什麼？5、圖上設(shè)計的任務(wù)是什麼?6、對圖上設(shè)計進行全面檢查的內(nèi)容是什麼？7、技術(shù)設(shè)計完成後上交哪些資料？8、進行圖上設(shè)計時，一般選用哪種比例尺地形圖？9、精度估算與平差後的精度計算有什麼不同？(√)

10、對於等邊直伸型導(dǎo)線，導(dǎo)線點縱橫向誤差產(chǎn)生的主要原因是什麼？11、為什麼《規(guī)範》對導(dǎo)線長度都有限制？(√)

12、實地選點工作結(jié)束後，應(yīng)上交哪些資料？13、照準標誌的直徑如何選定？為什麼？

確定控制點的點位，要進行大量的角度(水準角和垂直角)測量。本章將介紹經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)，儀器誤差及其消除或減弱的措施，精密光學(xué)經(jīng)緯儀的檢驗與校正方法以及經(jīng)緯儀的使用方法。

望遠鏡：由物鏡中心與十字絲中心的連線形成視準軸，在照準目標時精確瞄準目標。照準部水準器：用來顯示垂直軸的垂直狀態(tài)，以形成水平面和垂直面。垂直軸：作為儀器的旋轉(zhuǎn)軸，測定角度時應(yīng)與測站垂線方向一致§3.1經(jīng)緯儀的結(jié)構(gòu)特點一、經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)

水準軸：作為望遠鏡俯仰的轉(zhuǎn)軸，以便照準不同高度的目標。

水準度盤：用來在水平面上度量水準角度，應(yīng)與水平面平行。

垂直度盤：用來度量垂直角。測微器：用來精確讀取度盤讀數(shù)。照準部：上述部件除水準度盤外，合稱為經(jīng)緯儀的照準部。照準部可以繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。基座：儀器的基座、水準度盤、垂直軸套和調(diào)節(jié)儀器的腳螺旋合稱為基座。二、經(jīng)緯儀主要部件之間的相互關(guān)係

1、垂直軸與照準部水準器軸正交。2、垂直軸與水準度盤正交且通過其中心。3、水準軸與垂直軸正交，視準軸與水準軸正交。4、水準軸與垂直度盤正交且通過其中心。經(jīng)緯儀的上述關(guān)係，簡稱為三軸兩盤之間的關(guān)係。橫軸豎軸圓水準軸豎直度盤水準管軸水準度盤視準軸§3.2精密光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造及使用方法

使用經(jīng)緯儀進行角度觀測時最重要的環(huán)節(jié)是：儀器整平、照準和讀數(shù)。圍繞這三個環(huán)節(jié)，對精密光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造及使用方法介紹如下：

一、水準器測角時必須使經(jīng)緯儀的垂直軸與測站的鉛垂線一致，才能正確進行角度測量。要滿足這一要求，必須借助安裝在儀器照準部的水準器。

1、水準軸與水準器軸水準器軸：就是過水準器零點O，水準管內(nèi)壁圓弧的切線?？赏ㄟ^水準器的校正螺旋，使照準部的水準器軸與儀器的垂直軸正交。

由於重力的作用，管內(nèi)氣泡永遠居於管內(nèi)最高位置，過這點作圓弧的切線，此切線總是水準的，我們稱此切線為水準軸。由此可知，使水準軸與水準器軸重合，即將氣泡最高點O′與水準器的分劃中心O重合，這時經(jīng)緯儀的垂直軸與測站的鉛垂線重合，這個過程稱為整置儀器水準。水準軸：過水準器水準泡最高點O′的切線。

2、整置儀器水準利用基座上三個腳螺旋使照準部水準管氣泡居中，使垂直軸和測站鉛垂線方向一致，水準度盤平行於測站水平面。

整平時，先轉(zhuǎn)動照準部，使照準部水準管與任一對腳螺旋的連線平行，兩手同時向內(nèi)或外轉(zhuǎn)動這兩個腳螺旋，使水準管氣泡居中。將照準部旋轉(zhuǎn)90°，轉(zhuǎn)動第三個腳螺旋，使水準管氣泡居中，按以上步驟反復(fù)進行，直到照準部轉(zhuǎn)至任意位置氣泡皆居中為止。

氣泡居中，A、B等高ABC氣泡居中，C與A、B等高ABC整置儀器水準示意圖整置儀器水準示意圖3、水準器的靈敏度當(dāng)水準器傾斜時，水準管內(nèi)的氣泡會隨之移動，不同的水準器，雖然傾斜的角度完全相同，但氣泡移動量不會完全相同。這是因為不同的水準器，它們的靈敏度不同。水準器的靈敏度由水準器的格值來衡量。水準器的格值，是指當(dāng)水準氣泡移動一格時，水準軸所變動的角度，也就是水準管上的一格所對的圓心角。水準器的格值越小，靈敏度就越高。對J2儀器而言，

由於水準軸與垂直軸正交，若氣泡偏聽偏離水準器分劃零點n格，當(dāng)水準器的格值為已知時，就可以按下式計算出儀器的垂直軸傾斜的角度：二、望遠鏡

1、望遠鏡的作用：

⑴

將不同距離的遠方目標通過成像，放大視角，以便更清晰地看到目標。⑵

用望遠鏡的視準軸精確地瞄準目標，以確定目標的視線方向。

3、望遠鏡的十字絲單絲用來精確瞄準較粗的目標（平分）雙絲用來精確瞄準較細的目標（卡在中央）2、消除視差：

望遠鏡由物鏡、目鏡、十字絲板和調(diào)焦透鏡組成。物鏡和目鏡起放大目標像的作用，十字絲與物鏡光心構(gòu)視準軸供瞄準目標用，調(diào)焦透鏡用來調(diào)整目標成像的位置，起消除視差的作用。

三、光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)方法（對徑讀數(shù)）㈠

水準角的讀數(shù)方法

J2光學(xué)經(jīng)緯儀對徑讀數(shù)的規(guī)則：旋進測微手輪，使度盤正倒像精確重合。

1、讀度，找具備下列三個條件的分劃線：正倒像相差180度；正像在左，倒像在右；正倒像的對徑（度）分劃相距最近。以正像的（度）分劃線為準讀度數(shù)。

2、讀分的十位數(shù)，將正倒像相應(yīng)的分劃線間所夾的格數(shù)乘以度盤分劃的一半（J2為10分），就是十位分數(shù)。

3、在測微器（盤）讀取分的個位數(shù)及秒數(shù)。

讀數(shù)為63°26′36.3″讀數(shù)為63°57′36.2″

讀數(shù)為63°37′36.2″水準角測量之2C值：

2C=盤左讀數(shù)-盤右讀數(shù)±180°方向觀測的各項限差規(guī)定觀測等級經(jīng)緯儀讀數(shù)差半測回歸零差一測回內(nèi)2C互差同一方向值各測回互差四等四等以下J2J638181330924五等五等以下J2J63121818301224㈡

垂直角的讀數(shù)方法及指標差的計算1、垂直角的讀數(shù)方法與水準角的讀數(shù)方法相同。2、垂直角和指標差的計算

盤左：盤右：取盤左、盤右讀數(shù)的中數(shù)，即得垂直角的計算公式：

實際上，讀數(shù)指標的位置不可能完全正確，即當(dāng)指示水準器氣泡居中時，讀數(shù)指標與水準視線總有一夾角i，我們稱之為指標差。存在指標差時，盤左和盤右位置，望遠鏡視準軸在垂直度盤的讀數(shù)不受其影響，分別為L、R，此時垂直角正確的讀數(shù)為：

盤左：盤右：

取盤左、盤右讀數(shù)的中數(shù)，即得垂直角的計算公式：

從上式可以看出：用盤左盤右觀測求得的垂直角，消除了指標差的影響。取盤左盤右讀數(shù)的差可得：移項後得：

§3-3經(jīng)緯儀的幾項調(diào)校

儀器的設(shè)計和製造不論如何精細，各主要部件之間的關(guān)係也不可能完全滿足理論要求。另一方面，在儀器使用過程中，由於震動、磨損和溫度變化的影響，也會改變各部件之間的正確關(guān)係。在使用儀器之前，應(yīng)對儀器進行檢驗和校正。

一、各主要螺旋的檢查與調(diào)整

將儀器取出，安置在腳架上，按《規(guī)範》要求對儀器進行一般性檢視，然後對儀器的各主要螺旋進行檢查和調(diào)整。（一）腳螺旋的檢視與調(diào)整

檢查三個腳螺旋鬆緊是否適度。腳螺旋過松，儀器基座穩(wěn)定性差，儀器照準部旋轉(zhuǎn)時，可能使基座產(chǎn)生位移和偏轉(zhuǎn)，給水平角觀測結(jié)果帶來系統(tǒng)誤差；過緊，腳螺旋轉(zhuǎn)動困難?？赊D(zhuǎn)動腳螺旋上的小調(diào)整螺旋調(diào)整腳螺旋鬆緊至合適為止。此外，還要確保腳架上的螺絲是固緊的，否則腳架鬆動會給觀測帶來影響。（二）微動螺旋的檢視與調(diào)整

確保微動螺旋處於中間位置。微動螺旋(包括水準微動螺旋、垂直微動螺旋、指標水準器微動螺旋)是與彈簧共同起作用的。在使用微動螺旋的過程中，若微動螺旋旋入過多，使彈簧過分壓縮，彈力過強；若旋入過少，彈簧過分伸張，彈力不足。這兩種情況下，都容易產(chǎn)生“後效”作用，給觀測帶來誤差影響。對於舊儀器，若彈簧的彈力不足，應(yīng)及時修理。二、照準部水準器軸與垂直軸正交的檢校

使經(jīng)緯儀的垂直軸與測站鉛垂線一致，是獲得垂直照準面和水準切面(水平面)，從而測得水準角和垂直角的基本前提條件。

使經(jīng)緯儀的垂直軸與測站鉛垂線一致的過程，叫做整平儀器。整平儀器是借助於照準部水準器進行的。由於外界溫度變化及震動等原因，二者的正交常不能保持。所以，觀測前應(yīng)進行二者正交的檢查和校正。檢查和校正應(yīng)在整平儀器後進行。㈠

整平儀器及照準部水準器軸與垂直軸正交的檢查

(1)轉(zhuǎn)動照準部，使照準部水準器與任意兩個腳螺旋的連線平行(設(shè)這兩個腳螺旋分別為A、B，另一個腳螺旋為C)