控制测量技术课件.ppt
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1、控制测量技术主讲教师:梁建昌石家庄铁道大学第一部分第一部分 控制网技术设计控制网技术设计31.水平控制网的布设形式水平控制网的布设形式1.11.1水平控制网建立的基本原理水平控制网建立的基本原理1.2 1.2 三角测量三角测量1.2.1起算数据起算数据 起算边长:起算边长:利用国家三角网边长作为起算边长采用电磁波测距仪直接测量基线边长起算坐标起算坐标由已有的三角网传递坐标:天文测量方法测定假定坐标: 起算方位角起算方位角由已有网传递:天文测量方法测定:用陀螺经纬仪测定1.2.2独立网与非独立网独立网与非独立网1.2.3网形网形某大坝施工边角控制网1.31.3边角网和三边网边角网和三边网虎门大桥
2、 测边网1.41.4导线网导线网1.4.1起算数据起算数据 起算坐标起算坐标由已有的控制网传递坐标:天文测量方法测定假定坐标:起算方位角起算方位角由已有网传递:天文测量方法测定:用陀螺经纬仪测定1.4.2网形网形隧道洞内导线网秦岭2线洞内导线网东秦岭特长隧道出口段洞内控制某环形隧道导线网1.5 GPS1.5 GPS控制网控制网 至少需要一个起始点的三维空间坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。1.5.1起算数据起算数据 GPS控制网的形状由多边形组成,测定网中所有的GPS基线向量。 对网形没有要求,但短边优先联测。1.5.2网形网形隧道洞外GPS测量网图歌乐山GPS隧道控制网某大桥GPS控制网
3、某大型水利枢纽控制网2.工程测量水平控制网布设原则和布设方案工程测量水平控制网布设原则和布设方案2.12.1工程测量水平控制工程测量水平控制网的特点网的特点1 1)长度变形的要求)长度变形的要求 根据成图或工程要求确定变形要求。如城市测量规范根据成图或工程要求确定变形要求。如城市测量规范 要求要求2.5cm/km;2 2)根据变形要求选择根据变形要求选择合适的区域合适的区域坐标系坐标系 投影面高程、中央子午线经度;投影面高程、中央子午线经度;3 3)分级布网分级布网p 首级网首级网的测设以往用常规技术只能的测设以往用常规技术只能采用独立网采用独立网,现在己有现在己有可能将多个国家三维控制点作为
4、己知点;可能将多个国家三维控制点作为己知点;p 加密网采用附合网,附合在首级网上加密网采用附合网,附合在首级网上。起算数据精度较高时,采用起算数据精度较高时,采用附合网附合网有利。有利。起算数据精度较低时,采用独立网有利,否则会扭曲变起算数据精度较低时,采用独立网有利,否则会扭曲变形。形。4)传统网将)传统网将边长、方向和方位角等观测值先投影到边长、方向和方位角等观测值先投影到某一高程某一高程面上,再投影到高斯平面上面上,再投影到高斯平面上并按其上的并按其上的起始数据进行平差计算起始数据进行平差计算。GPS基线向量不一定基线向量不一定投影投影到高斯平面上到高斯平面上进行平差。进行平差。5)工程
5、控制网对相对点位误差)工程控制网对相对点位误差 有特定要求。有特定要求。 如桥梁,大坝须限制轴线的纵向位差,而地铁、隧如桥梁,大坝须限制轴线的纵向位差,而地铁、隧道须保证轴线的横向位差。道须保证轴线的横向位差。2.22.2工程控制网的分类工程控制网的分类1 1)测图控制网)测图控制网 特点:精度低,精度要求均匀特点:精度低,精度要求均匀2 2)施工控制网)施工控制网 特点:精度高,精度具有方向性,网形强度高。特点:精度高,精度具有方向性,网形强度高。3 3)变形观测专用控制网)变形观测专用控制网 特点:精度最高,强调点位稳定,系统误差不特点:精度最高,强调点位稳定,系统误差不敏感,网形强度低。
6、敏感,网形强度低。2.32.3工程控制网的布设原则工程控制网的布设原则1)分级布网、逐级控制)分级布网、逐级控制2)要有足够的精度)要有足够的精度3)要有足够的密度)要有足够的密度4)要有统一的规格)要有统一的规格 对于国家控制网而言,尽管观测精度很高,但由于边长比工测控制网长得多,待定点与起始点相距较远,因而点位中误差远大于工测控制网。 用于变形观测或其他专门用途的控制网,通常无须分级。2.42.4工程控制网的布设方案工程控制网的布设方案2.4.1三角网的布设方案三角网的布设方案l 工程控制网在高斯平面上。工程控制网在高斯平面上。l 大型三角网已完全被大型三角网已完全被GPSGPS所代替。所
7、代替。2.4.2导线网的布设方案导线网的布设方案电磁波测距导线的主要技术要求 等级平均距离(km)a (mm)b (110-6)最弱边相对中误差二等91021/120000三等51051/80000四等210101/45000一级110101/20000二级115201/10000GPS网的主要技术要求 注:当边长小于200m时,边长中误差小于20mm。各等级GPS网相邻点间弦长精度式中 标准差(基线向量的弦长中误差mm) a 固定误差(mm) b 比例误差系数(110-6) d 相邻点间的距离(km)22bda 当前主要采用GPS网结合电磁波测距导线网的布设方案。2.4.3 导线网的布设方案
8、导线网的布设方案1)专用控制网是为工程建筑物的施工放样或变形观测等专门用途而建立的。2)专用控制网的用途非常明确,建网时应根据特定的要求进行控制网的技术设计。例如:桥梁三角网:桥梁三角网:对桥轴线方向的精度要求应高于其他方向的精度,以利于提高桥墩放样的精度;隧道三角网隧道三角网:对垂直于直线隧道轴线方向的横向精度的要求高于其他方向的精度,以利于提高隧道贯通的精度.2.4.4专用控制网的布设特点专用控制网的布设特点 控制网优化,一般要体现控制网的下列质量标准控制网优化,一般要体现控制网的下列质量标准:(1)满足控制网的必要精度标准满足控制网的必要精度标准;(2)满足控制网有多的多余观测,以控制观
9、测值中粗差满足控制网有多的多余观测,以控制观测值中粗差影响的可靠性标准影响的可靠性标准;(3)满足控制网有充分控制观测值中系统误差影响的可满足控制网有充分控制观测值中系统误差影响的可测定性标准测定性标准;(4)变形监测网应满足监测出微小位移的灵敏度标准变形监测网应满足监测出微小位移的灵敏度标准;(5)造标及观测等应满足一定的费用标准。造标及观测等应满足一定的费用标准。总之,工程控制网优化设计的作用总之,工程控制网优化设计的作用,是使所求解的控制是使所求解的控制网的图形和观测纲要在网的图形和观测纲要在精度、可靠性、可测定性、灵敏精度、可靠性、可测定性、灵敏度及费用等方面度及费用等方面最优。最优。
10、3.工程控制网优化设计工程控制网优化设计3.13.1控制网优化的概念及任务控制网优化的概念及任务 精度准则精度准则 可靠性准则可靠性准则 灵敏度准则灵敏度准则 费用准则费用准则工程控制网工程控制网的质量准则的质量准则 首先利用控制网的完全观测图形首先利用控制网的完全观测图形,在一定的平均可靠率和精在一定的平均可靠率和精度约束下度约束下,解算最佳的观测图形解算最佳的观测图形,然后在此图形设计的基础上然后在此图形设计的基础上求解满足精度约束条件、费用最省的观测方案求解满足精度约束条件、费用最省的观测方案,这样这样,分两步分两步将控制网图形与观测纲要优化设计用解析法直接求解。将控制网图形与观测纲要优
11、化设计用解析法直接求解。 在各个阶段的优化设计上不必强求同时满足精度、可靠性在各个阶段的优化设计上不必强求同时满足精度、可靠性和费用指标和费用指标,而最后的优化设计结果中达到这三指标便可。而最后的优化设计结果中达到这三指标便可。 网的优化设计是一个迭代求解过程,它包括以下内容: 提出设计任务; 制定设计方案; 进行方案评价; 进行方案优化。根据作业过程施工控制网的优化设计分四个阶段:根据作业过程施工控制网的优化设计分四个阶段: 零类设计:零类设计:控制网参考系或基准的设计问题控制网参考系或基准的设计问题 包括数据处理的方法和坐标系的选择包括数据处理的方法和坐标系的选择,不同用途的不同用途的控制
12、网选择不同的数据处理方法。控制网选择不同的数据处理方法。 一类设计:一类设计:控制网的网形设计问题控制网的网形设计问题, 在预定测量精度的前提下在预定测量精度的前提下,确定最佳的点位概略坐确定最佳的点位概略坐标和联系方式。标和联系方式。 控制点的设计位置控制点的设计位置,主要受工程的需要及地形和设主要受工程的需要及地形和设备条件的制约备条件的制约,有些因素目前还很难用数学的方式表有些因素目前还很难用数学的方式表示。而控制网的图形示。而控制网的图形(即控制点之间的联系方式即控制点之间的联系方式)对网对网的图形强度影响较大的图形强度影响较大,它是一类设计的主要研究内容。它是一类设计的主要研究内容。
13、3.23.2控制控制网优化网优化的的四个阶段四个阶段二类设计:二类设计:控制网在图形固定的前提下控制网在图形固定的前提下,寻求最佳的寻求最佳的精度配置。精度配置。 是控制网优化设计的热点问题。是控制网优化设计的热点问题。 三类设计:三类设计:对已有控制网的改善对已有控制网的改善 一般要包含零类、一类和二类设计。一般要包含零类、一类和二类设计。37( 1)上级下达的任务和要求;(2)国家统一制定的规范,上级有关的技术指示或补充规定;(3)测区内已有的成果、成图资料及其技术总结或质量情况等资料;(4)测区的勘选资料;(5)测绘工作的作业定额和材料、装备情况。4.14.1编写技术设计书的依据编写技术
14、设计书的依据4.编写技术设计书编写技术设计书1)工程名称及任务来源2)设计的目的和作业区的范围;3)测区的自然地理概况;4)已有资料的来源及分析、利用论证(测区已有测量成果情况,标志保存情况,对已有成果的精度分析);5)坐标系统的选择及处理方法的论证,起始数据的配置和处理。6)控制网布设方案阐述,其中包括: 首级网的等级和布网方式,以及本次控制网在精度和密度方面对日后布设加密网的保证。 控制网(点)精度估算的简要过程及结果。4.24.2技术设计书的内容技术设计书的内容 从经济上、技术上、精度上对两个以上布网方案进行对比论证,从中确定一个最优方案。 填写精度统计表。 各工序的工作量。7)技术依据
15、及作业方法。内容主要包括: 工程执行的规范及施测细则; 觇标及标石图并注明规格,材料及埋设方法(绘出示意图); 仪器的选择及检验项目要求; 观测方法及各项限差; 平差方法。8)工作量综合计算及人员组织、工作进程计划表;9)需用的主要仪器设备(包括名称、型号和标称精度)、材料及经费预算。10)工程项目完成后应提交的资料清单。11)主管部门的审批意见。41(1)了解任务的目的和要求(2)收集、分析鉴定有关资料(3)图上设计 将已有的各种等级的控制点,用不同的符号和颜色准确标出,同时标出制高点、地貌骨干地性线、测区范围和分幅图廓线等; 拟定点的密度和构网图形,从已知点开始首先考虑和起始边的联接图形,
16、随着拟定新、旧网的联测计划和各控制点的构网图形; 必要时需进行通视估计计算; 图上网形拟定后,即进行精度估算;4.34.3编写技术设计的步骤和方法编写技术设计的步骤和方法42(4)图上设计结束后,应到测区进行实地选点;(5)网形结构若有变动,要再一次进行精度估算;(6)选定测区投影带和投影面;(7)根据拟定的布设方案,精度估算结果,选择适宜的作业方法等;(8)编制出合理的工程进度表,以保证按质、按量、按期完成任务。(9)方案最终确定后,编写技术设计说明书。已有成果资料的采用要考虑:已有成果资料的采用要考虑:平面控制网平面控制网原有起始数据的来源、坐标系、等级、质量情况;投影带和投影面的选择,是
17、否满足工程测量需要;网的图形结构是否良好,埋石质量如何;成果中是否存在较严重的系统误差影响;平差方法是否合理;精度评定是否正确,精度是否满足应用要求。44高程控制网高程控制网原有高程成果的高程系统、等级、质量等;布网的图形及其点位密度;标石类型、浇灌、埋设质量;线路的闭合差,每公里高差中数的偶然中误差和全中误差;平差方法是否适当,观测成果取舍是否合理;起算水准点是否经检测,检测结果是否合乎规定;水准仪水准标尺是否进行过检验,仪器检验项目是否齐全。455.1 实地选点实地选点5.1.1选点步骤选点步骤1)先到已知点上,判明该点与相邻已知点在图上和实地上的相对位置关系,然后检查该点的标石觇标的完好
18、情况。2)按已知方向标定测板的方位,用罗盘仪测出磁北方向,并按设计图检查各方向的通视情况。3)依照设计图到实地上去选定其它点的点位,并在小平板上画出方向线,用交会法确定预选点的点位。这样逐点推进,直到全部点位在实地上都选定为止。5.控制网的选点与埋石控制网的选点与埋石461)选点图。图上应注明点名和点号,并绘出交通干线、主要河流和居民地点等。2)控制点位置说明。填写点的位置说明,是为了日后寻找点位及时用的方便。3)文字说明。包括:任务要求,测区概况,已有测量成果及精度情况,设计的技术依据,旧点的利用情况等。5.1.2选点后应交资料选点后应交资料475.2.1中心标石的类型中心标石的类型 标石分
19、盘石和柱石两个独立体。柱石和盘石的顶部中央均嵌一个标志,此标志的中心就是埋石的中心。(1)一般地区的标石 在非流沙、非岩石地区,三,四等控制点的标石由盘石和柱石组成。 I、II级控制点,一般只埋设标石。 (2)岩石地区的标石 岩石地区埋设控制点的标石,是在岩石上凿坑,然后在坑中浇灌混凝土并嵌入标志。5.2 标石的埋设标石的埋设 48三四等平面控制点埋设规格岩石地区各等平面控制点标石埋设图岩石地区各等平面控制点标石埋设图495.2.2中心标石的埋设中心标石的埋设(1)坑底要填砂石,并夯实、整平。然后埋下盘石和柱石,随后,将周围的新土夯实,以防标石倾斜和位移。(2)各层标石(包括盘石和柱石)的标志
20、中心,应在同一铅垂线上,最大偏差不应超过3mm。(3)在泥土松软地区埋设标石时,应在盘石下面浇灌混凝土底层。(4)标石埋好后应整饰外围。第二部分第二部分 常用测量坐标系常用测量坐标系一、坐标系统一、坐标系统(一)基本概念(一)基本概念1 1、大地基准、大地基准 大地基准是建立国家大地坐标系统和推算国家大地控制网中大地基准是建立国家大地坐标系统和推算国家大地控制网中各点大地坐标的基本依据各点大地坐标的基本依据(考椭球的大小、形状及其定位、定考椭球的大小、形状及其定位、定向参数向参数),包括一组大地测量参数和一组起算数据。,包括一组大地测量参数和一组起算数据。 建立大地基准就是求定旋转椭球的参数及
21、其定向建立大地基准就是求定旋转椭球的参数及其定向(椭球旋转椭球旋转轴平行于地球的旋转轴起始子午面平行于地球的起始子午面轴平行于地球的旋转轴起始子午面平行于地球的起始子午面)和定位和定位(旋转椭转中心与地球中心的相对关系旋转椭转中心与地球中心的相对关系)。2 2、大地测量参考系统、大地测量参考系统 坐标参考系统:坐标参考系统:天球坐标系和地球坐标系。天球坐标系和地球坐标系。 天球坐标系天球坐标系用于研究天体和人造卫星的定位与运动。用于研究天体和人造卫星的定位与运动。 地球坐标系地球坐标系用于研究地球上物体的定位与运动,是以旋转椭用于研究地球上物体的定位与运动,是以旋转椭球为参照体建立的坐标系统,
22、分为大地坐标系和空间直角坐标球为参照体建立的坐标系统,分为大地坐标系和空间直角坐标系两种形式。系两种形式。以大地水准面为参照面的高程系统称为正高,以似大地水准面为参照面的高程系统称为正常高。正常高正常及正高正与大地高有如下关系: H=H正常+ H=H正+N 3 3、高程参考系统、高程参考系统4.4.大地测量参考框架大地测量参考框架大地测量参考框架大地测量参考框架是大地测量参考系统的具体实现,是通是大地测量参考系统的具体实现,是通过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网(点)所构建的,过大地测量手段确定的固定在地面上的控制网(点)所构建的,分为分为坐标参考框架、高程参坐标参考框架、高程参 考框架
23、、重力参考框架考框架、重力参考框架。 国家平面控制网国家平面控制网是全国进行测量工作的平面位置的参考框是全国进行测量工作的平面位置的参考框架,国家平面控制网是按控制等级和施测精度分为一、二、三、架,国家平面控制网是按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网。目前提供使用的国家平面控四等网。目前提供使用的国家平面控制网含三角点、导线点共制网含三角点、导线点共154348154348个。个。国家高程控制网国家高程控制网是全国进行测量工作的高程参考框架,按是全国进行测量工作的高程参考框架,按控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网,目前提供使用控制等级和施测精度分为一、二、三、四等网,目前提供使用的
24、的19851985国家高程系统共有水准点成果国家高程系统共有水准点成果114041114041个,水准路线长度个,水准路线长度为为41661914166191公里公里 。 国家重力基本网是确定我国重力加速度数值的参考框架,目国家重力基本网是确定我国重力加速度数值的参考框架,目前提供使用的前提供使用的2000国家重力基本网包括国家重力基本网包括21个重力基准点和个重力基准点和126个重力基本点个重力基本点 。 “2000国家国家GPS控制网控制网”由国家测绘局布设的高精度由国家测绘局布设的高精度GPS A、B级网,总参布设的级网,总参布设的GPS 一、二级网,地震局、总参测绘局、一、二级网,地震
25、局、总参测绘局、科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网组成,该控科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网组成,该控制网整合了上述三个大型的有重要影响力的制网整合了上述三个大型的有重要影响力的GPS观测网的成观测网的成果,共果,共2609个点,通过联合处理将其归于一个坐标参考框架,个点,通过联合处理将其归于一个坐标参考框架,可满足现代测量技术对地心坐标的需求,是我国新一代的地可满足现代测量技术对地心坐标的需求,是我国新一代的地心坐标系统的基础框架。心坐标系统的基础框架。 平面直角坐标系 大地坐标坐标系 空间直角系 与地球固结在一起的坐标系(地球坐标系) 不与地球固结在一起的坐标系(天球坐标
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