《控制测量》PPT课件.ppt

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1、第六章 控制测量,6.1 控制测量概述6.2 平面控制网的定位与定向6.3 导线测量和导线计算6.4 交会定点的计算6.5 三四等水准测量6.6 用GPS测定点位,控制测量为建立测量控制网而进行的测量 工作 。 控制点具有准确可靠坐标（X，Y，H） 的基准点。 控制网 由控制点按一定规律构成的 几何图形。 作用：可控制全局；为减少误差积累； 可分组进行作业。,6.1 控制测量概述,控制测量的原则： 1、分级布网、逐级控制； （由高级到低级） 2、要有足够的精度； 3、要有足够的密度； 4、要有统一的规格。,内容：平面控制、高程控制。,一、平面控制测量,确定控制点平面位置的工作。,国家平面控制网

2、,城市平面控制网,小地区平面控制网,常规方法：三角测量（三角网、边角网）、 导线测量（导线网）,平面控制网：,国家控制网 一等三角锁,200Km,200Km,国家控制网二等连续网,7,93,由48000多个平面控制点组成的国家基本大地控制网作为全国城乡建设的地理信息基础,大地控制网西安原点,南海领域,原点标志,城市平面控制网： 二、三、四等网。 一、二级小三角网、小三边网。 一、二、三级导线网。 图根控制网（导线网、交会定点）。,城市导线网,小地区范围：面积在15km以内。 为大比例尺测图和工程建设而建立的 平面控制网。 一般采用小三角网或相应等级的 导线网。,包括：首级控制网、图根控制网,9

3、3,10,GNSS A级网,93,表中：a GNSS网基线向量的固定误差，b 比例误差系数；由此形成基线向量的弦长中误差：,表6-1 城市GNSS平面控制网的主要技术指标,二、高程控制测量,布设原则：由高级到低、从整体到局部。 国家高程控制网：一、二、三、四等。 城市高程控制网：二、三、四等。 小地区高程控制网：三、四等及图根水准。,各级高程控制网均采用水准测量、 高山地区可采用,三角高程测量。,国家高程控制网,确定直线与标准方向之间的水平角度称为直线定向。,一、直线定向,6.2 平面控制网的定位与定向,（一）标准方向的分类,1、真子午线方向,通过地球表面某点的真子午线的切线方向，称为该点的真

4、子午线方向。,真子午线的切线方向,P1,P2,真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。,陀螺仪GP1-2A,2磁子午线方向,磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下，磁针自由静止时其轴线所指的方向。,P北极 P磁北极,磁子午线方向可用罗盘仪测定。,DQL-1型森林罗盘仪,DQL-1B型森林罗盘仪,3坐标纵轴方向,我国采用高斯平面直角坐标系，6带或3带都以该带的中央子午线为坐标纵轴，因此取坐标纵轴方向作为标准方向。,高斯平面直角坐标系,二、直线方向的表示方法,1、方位角,1）方位角的定义,从直线起点的标准方向北端起，顺时针方向量至直线的水平夹角，称为该直线的方位角；其角值范围为0 360。

5、,1,2,标准方向北端,方位角,2,2,2,2,2,标准方向,真子午线方向,磁子午线方向,坐标纵轴方向,真方位角（A）,磁方位角（Am）,坐标方位角（ ）,2,磁北,真北,坐标北,Am,A,1,2）几种方位角之间的关系,2,磁北,真北,坐标北,Am,A,1,磁偏角真北方向与磁北方向之间的夹角；子午线收敛角真北方向与坐标北方向之间的夹角。,当磁北方向或坐标北方向偏于真北方向东侧时， 和为正；偏于西侧时， 和为负。,由于地面各点的真北（或磁北）方向互不平行，用真（磁）方位角表示直线方向会给方位角的推算带来不便，所以在一般测量工作中，常采用坐标方位角来表示直线方向。,3）正、反坐标方位角,直线1-2

6、 ：点1是起点，点2是终点。,12 正坐标方位角；,21 反坐标方位角。,直线2-1：,所以一条直线的正、反坐标方位角互差180,2、 象限角,某直线的象限角是由直线起点的标准方向北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至该直线的锐角，用R表示。,（北）,（西）,y（东）,（南）,x,o,RO1,RO3,RO2,RO4,O1,O2,O3,O4,1,2,3,4,O1=RO1,O2=180 RO2,O3=180 RO3,O4=360 RO4,三、坐标方位角的推算,12已知，通过连测求得12边与23边的连接角为2 （右角）、 23边与34边的连接角为3（左角），现推算23、34。,1,2,3,4,x,x

7、,x,23,34,12,2,3,前进方向,1,2,3,4,x,x,23,12,2,21,前进方向,x,34,3,32,由图中分析可知：,推算坐标方位角的通用公式：,注意： 计算中，若前360，减360； 若前0，加360。,当角为左角时，取“”；若为右角时，取“”。,例题：已知12=46，2 、3及的角值均注于图上，试求其余各边坐标方位角。,23 =121802,解：,34 =231803 = 41720,360,（41720360）,= 5720,45=341804,0,（ 10360）,= 350,= 10050,= 4618012510,= 1005018013630,= 10,= 57

8、2018024720,导线测区内相邻控制点连成直线而 构成的连续折线。,导线边,导线测量在地面上按一定要求选定一系列的点依相邻次序连成折线，并测量各线段的边长和转折角，再根据起始数据确定各点平面位置的测量方法。,主要用于带状地区、隐蔽地区、城建区、 地下工程、公路、铁路等控制点的测量。,6.3导线测量和导线计算,一、导线的布设形式与等级,导线的布设形式：,附合导线、闭合导线、支导线。,钢尺量距各级导线的主要技术要求,注：表中n为测站数，M为测图比例尺的分母,二、 导线测量的外业工作,1.踏勘选点及建立标志,混凝土桩（永久性）,木桩（临时性）,点之记,2.导线边长测量,光电测距（测距仪、全站仪）

9、、钢尺量距,当导线跨越河流或其它障碍时，,可采用作辅助点间接求距离法。,改正内角,再计算FG边的边长：,时,3.导线转折角测量,一般采用J6经纬仪测回法测量，两个以上方向组成的角也可用方向法。,导线转折角有左角和右角之分。,当与高级控制点连测时，需进行连接测量。,N,B,A,3,2,1,5,4,三、 导线测量的内业计算,思路：,由水平角观测值，计算方位角；由方位角、边长D，计算坐标 增量X 、 Y；由坐标增量X 、 Y，计算X、Y。,（计算前认真检查外业记录，满足规范 限差要求后，才能进行内业计算）,1.坐标计算公式：,（1） 坐标正算（由、D，求 X、Y）,已知A（ ）， ， 求B点坐标 。

10、,注：计算出的 AB ，应根据X 、 Y的正负， 判断其所在的象限。,（2） 坐标反算（由X、Y，求、D， ）,已知A（ ）、B（ ）,求 。,2、附合导线的计算,如图，A、B、C、D是已知点，起始边的方位角 和终止边的方位角 为已知。外业观测资料为导线边距离和各转折角。,B,（1）计算角度闭合差：,如图：以右转折角为例 计算 。,一般公式：,同理：以左角计算,B,即：,（各级导线的限差见规范）,检核：,（2）闭合差分配（计算角度改正数） ：,式中：n 包括连接角在内的导线转折角数,（3）计算改正后的角度改：,计算检核条件：,（4）推算各边的坐标方位角： （用改正后的改）,计算出的 ， 否则，

11、需重算。,（5）计算坐标增量X、Y：,（6）计算坐标增量闭合差：,由于 的存在，使导线不能和CD连接，存在导线全长闭合差 ：,导线全长相对闭合差：,（7）分配闭合差 ：,检核条件：,（8）计算改正后的坐标增量：,检核条件：,（9）计算各导线点的坐标值：,依次计算各导线点坐标，最后推算出的终 点C的坐标，应和C点已知坐标相同。,如图，A、B、C、D是已知点，外业观测资料为导 线边距离和各转折角见图中标注。,205 36 48,290 40 54,202 47 08,167 21 56,175 31 25,214 09 33,1256 07 44,-13,-13,-13,-13,-13,-12,-

12、77,205 36 35,290 40 42,202 46 55,167 21 43,175 31 12,214 09 20,1256 06 25,236 44 28,211 07 53,100 27 11,77 40 16,90 18 33,94 47 21,60 38 01,125.36,98.71,114.63,116.44,156.25,641.44,+0.04-106.31,+0.03 -16.92,+0.04+30.88,+0.03 -0.63,+0.05 -13.05,-108.03,-0.02 -64.81,-0.02 +96.12,-0.02+141.29,-0.02+116

13、.44,-0.03+155.70,+445.74,-106.27,-16.89,+30.92,-0.60,-13.00,-64.83,+96.10,+141.27,+116.42,+155.67,+445.63,1536.86,836.54,1429.59,772.71,1411.70,869.81,1442.62,1011.08,1442.02,1126.50,1429.02,1283.17,-107.84,3.闭合导线的计算,闭合导线的计算步骤与附合导线基本相同，需要强调以下两点：,(1)角度闭合差的计算,n边形闭合导线内角和的理论值应为：,（2）坐标增量闭合差的计算,根据闭合导线本身的特

14、点：,理论上,实际上,辅助计算,点号,观测角（左角） ,改正数 ,改正角 ,1,2,3,4,坐标方位角 ,距离 D m,点号,1,2,3,4,增量计算值,改正后增量,坐标值,x m,y m,x m,y m,xm,ym,1,2,1,2,闭 合 导 线 坐 标 计 算 表,107 48 30,89 36 30,89 33 50,53 18 43,125 30 00,73 00 20,+13,+13,+12,+12,+50,359 59 10,107 48 43,73 00 32,89 34 02,89 36 43,360 00 00,125 30 00,306 19 15,215 53 17,10

15、5.22,80.18,129.34,78.16,392.90,-0.02 -61.10,-0.02 +47.90,-0.03 +76.61,-0.02 -63.32,+0.02 +85.66,+0.02 +64.30,+0.02-104.21,+0.01 -45.82,+0.09,-0.07,+64.32,+47.88,+76.58,-104.19,-45.81,-63.34,-61.12,+85.68,0.00,0.00,585.68,545.81,563.34,438.88,650.00,486.76,500.00,500.00,500.00,500.00,按 得152.265, 再按 和

16、 。此时该键功能是“D.MSD”）,得结果152.1554 （ ）。,计算器的使用,a.角度加减计算,例:求 的值。,输入26.4536后按 ,接着按 , 在输入125.3018后按 ;,DEG,+,DEG,2ndF,=,DEG,b.坐标正算,按 ,再按 ,显示数值61.52（约数，xAB）,再按 ,显示数值109.23（约数，yAB ）。,输入边长125.36后按 ,接着输入方位角60.3648，再按 和 ;,例：已知 ,求 。,a,DEG,b,2ndF,b,b,c.坐标反算,按 ,再按 , 显示数值83.04 （约数，DAB）；,输入xAB的值45.68后按 ,接着输入yAB的值69.35

17、,再按 b ;,例：已知求 、 。,a,2ndF,a,再按 显示数值56.6275906,接着按 和 （此时该键功能“D.MSD”），屏幕显示56.373932（即563739）,b,2ndF,DEG,对所得角值的处理原则是： 若显示值0，则该值即为所求的AB 。 若显示值0，则该值加上360后，才是所求的AB。,四、查找导线测量错误的方法,1、个别测角错误的检查,基本方法：通过按一定比例展绘导线来发现测 角错误点。,闭合导线,附合导线,D,A,D,2、个别边错误的检查,例：, 导线全长闭合差f 的坐标方位角,凡坐标方位角与 或 相接近的导线边，是可能发生量边错误的边。,五、城市图根导线测量的

18、特点 及注意事项,图根控制点 直接用于测绘地形图的控制点。,图根控制测量 测定图根点平面位置和高 程的工作。,由于城市街区道路较多，所以图根控制 宜采用导线测量，在高级控制点基础上 进一步加密。,图根支导线测量时，用DJ6经纬仪对左、右折角各测一测回，并应满足 ，边长往返丈量，K1/3000.,图根支导线平均边长及边数,利用电磁波测距仪和电子全站仪，采用极 坐标法布设图根点。其中测角的方向较差不应超过30，边长应遵循下表规定。,电磁波测距仪极坐标法边长,小三角测量 在测区内布设边长较短的小三角网，观测所有三角形的各内角，丈量12条边的长度（基线），用近似方法对角度进行调整，不考虑地球曲率，应用

19、正弦定理计算各三角形的边长，再根据已知边的坐标方位角和已知点坐标推算各三角点坐标。 主要用于丘陵地区或山区的测图控制和施工控制测量等。,一、小三角网的布设形式,A,F,小三角测量各级主要技术指标,注：n为传递方位角的测站数；当测区最大测图比例尺为1：1000时，一、二级小三角的边长可适当放长，但最长不应超过上角规定的两倍。,二、小三角网的外业工作,1.踏勘选点及建立标志,2.基线测量,3.水平角测量,交会定点用来加密控制点的方法，分为测角交会和距离交会两类。,A,A,B,C,A,B,一、前方交会,1.基本公式（余切公式）,当A、B、P逆时针编号时：,当A、B、P顺时针编号时：,2、计算实例,为

20、了提高精度，通常在三个已知点上进行观测，得到P点的两组坐标，其点位较差为：,二、后方交会,1.基本公式（仿权公式）,式中：,注意事项：,1）、必须分别与A、B、C的按上图所示关系对应，这三个角可按方向观测法获得，其总和应等于360。2）A、B、C为三个已知点构成的三角形内角，其值根据三条已知边的方位角计算。3）如出现上图（b）的情况，计算时、均以负值代入计算。4）P点不能位于或接近三个已知点的外接圆上，否则P点坐标为不定解或计算精度低。,三 、距离交会,1.基本公式,1）计算直线AB的坐标方位角：,2）计算A、B间的水平距离：,3）利用余弦定理计算A:,4）求AP边的坐标方位角：,5）P点的坐

21、标为：,小地区控制测量一般采用三四等水准测量和三角高程测量。,一 三、四等水准测量,用于国家高程控制网加密、建立小地区首级高程控制。布设形式： 附合水准路线、结点网的形式； 闭合水准路线形式；支水准路线。,6.5 三四等水准测量,三、四等水准的主要技术要求,等级,水准仪 型号,视线长度,m,前后视距差m,前后视距累积差m,视线离地面最低高度m,基本分划、辅助分划（黑红面）读数差mm,基本分划、辅助分划（黑红面）高差之差mm,等级,水准仪 型号,水准尺,线路长度,km,与已知点联测,附合成 环线,观测次数,每千米高差中误差mm,往返较差、附合或环线闭合差,平地mm,山地mm,三,四,五,图根,D

22、S1,DS3,DS3,DS10,DS3,因瓦,双面,双面,单面,单面,50,16,5,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往返各一次,往一次,往一次,往一次,往一次,6,10,15,20,三,四,五,图根,DS1,DS3,DS3,DS10,DS3,100,75,100,100,100,3,5,大致相等,6,10,0.3,0.2,2.0,3.0,1.0,5.0,3.0,1.5,L为往返测段、附合或环绕的水准路线长度（单位为km）,n为测站数。,三四等水准测量的观测和记录方法,1）双面尺法,后视黑面，读取下、上、中丝读数，记入（1）（2）（3）中；前视黑面，读取下、上、中丝

23、读数，记入（4）（5）（6）中；,黑面尺,红面尺,2）单面尺法,按变动仪器高法进行检核。观测顺序为“后前变动仪器高前后”，变高前按三丝读数，以后按中丝读数。,前视红面，读取中丝读数，记入（7）；后视红面，读取中丝读数，记入（8）。,测站计算和检核,1）双面尺法计算和检核,视距计算 前、后视距差：三等水准测量，不得超过3m，四等水准测量，不得超过5m。 前、后视距累积差：三等水准测量，不得超过6m，四等水准测量，不得超过10m。,计算黑面、红面的高差 三等水准测量，不得超过3mm，四等水准测量，不得超过5mm。式内0.100为单、双号两根水准尺红面零点注记之差，以米(m)为单位。 计算平均高差,

24、同一水准尺红、黑面中丝读数的检核 同一水准尺红、黑面中丝读数之差，应等于该尺红、黑面的常数差K(4.687或4.787)， 三等水准测量，不得超过2mm，四等水准测量，不得超过3mm。,测站编号,点号,后尺,前尺,上丝,下丝,上丝,下丝,后视距,前视距,视距差d(m),d(m),方向及尺号,水准尺读数 （ mm）,黑面,红面,K+黑-红（ mm）,平均高差（m）,备注,K为尺常数：K5=4787K6=4687,三、四等水准测量记录（双面尺法）,（1）,（4）,（2）,（5）,（9）,（10）,（11）,（12）,后,前,后-前,（3）,（6）,（8）,（7）,（15）,（16）,（14）,（1

25、3）,（17）,（18）,1,2,BM.1-TP.1,TP.1-TP.2,1536,0947,58.9,+0.1,1954,1373,58.1,-0.2,1030,0442,58.8,+0.1,1276,0694,58.3,-0.1,后5,前6,后-前,后6,前5,后-前,1242,0736,+506,6030,5422,+608,1664,0985,+0.679,6350,5773,+0.577,-1,+1,-2,+0.5070,+1,-1,+2,+0.6780,每页校核：,（9）=116.0 （10）=116.1,=-0.1=2站（12）, （3）+（8） =15.286 （6）+（7）

26、= 12.916,=+2.37,（15）+（16） = +2.37,（18）= +1.185 2（18）= +2.37,总视距（9）+ （10） = 234.1m,2）单面尺法的计算校核,四等水准测量记录、计算表（变更仪器高法）,测站编号,1,后尺,前尺,下丝,上丝,下丝,上丝,后视距,前视距,视距差d(m),d(m),水准尺读数 （ m）,后视,前视,高 差,+,-,平均高差,备注,（1）,（4）,（2）,（5）,（3）,（6）,（9）,（10）,（11）,（12）,（8）,（7）,（15）,（14）,（13）,1.681,1.307,1.494,0.849,0.473,0.661,0.54

27、1,1.372,36.4,36.6,-0.2,-0.2,0.831,0.833,+0.832（5）,二、三角高程测量,三角高程测量原理,A、B两点间的高差：,若用测距仪测得斜距：,直觇 A-B、反觇 B-A 对向观测,测距仪三角高程测量的主要技术要求,三角高程测量的观测与计算,电磁波测距三角高程（四等、五等）、经纬仪三角高程； 可布设三角高程网或高程导线，也可布置为闭合或附合的高程路线。,一、 GPS系统的构成,GPS,空间部分,GPS空间系统,21+3颗GPS星座载波L1:频率1575.42MHz载波L2:频率1226.60MHz,地面控制部分,GPS,一个主控站、三个注入站和五个监测站,GPS,用户设备部分,按用途分：导航型、测地型、授时型按载波频率分：单频接收机、双频接收机,北京博飞GPS接收机,轻巧的主机,二、GPS定位的基本原理,卫星（xs,ys,zs）与接收机（x,y,z）之间的距离 建立的关系式为：,实际上因接收机钟差改正 是未知数，接收机必须同 时至少测定四颗卫星的距离 才能解算出接收机的三维坐标。,基本原理： 空间距离后方交会,定位原理和方法：1、伪距定位（精度较低） 测量GPS卫星的伪噪声码从卫星到达用户接收机天线的传播时间，进而计算出距离。2、载波相位定位（精度较高） 测定来自GPS卫星的载波信号和接收机产生的同频参考信号之间的相位差。,GPS控制网,