控制测量学的基本概念.docx

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1、第1章绪论控制测量是科学研究、工程建设的基础性工作,其精发的高低出接决定着国家基准、工程项目的准确与否，控制测战工作在不同的阶段有着不同的工作内容与要求,应该根据国家控制网的等级、工程建设的进或，选择合适的方法。1.1 控制测量学的基本概念1.1.1 控制测量学的定义与分类“从整体到局部，先控制后碎部”是测fit工作的基本原则，其中，“控制”指的就是控制泅；丸控制测M是测绘工作中G为正要的环节之、在测绘工作，乃至塾个工程中都发挥着重要的作用。所谓控制测录，是指在一定区域内，按溯珏任务所要求的精度，测定一系列地面标志点（控制点）的水平位置或跖程.建立平面控制网或高程控制刈的测量工作.在进行控制测

2、盘工作时.猫要以数学、测量学、测m平差、大地测区学等学科为基础，共同为建立控制网、测定地面点位而服务，由此形成控制测法学。控制测班学是研究精确刈定和描绘地面控制点空间位置及其变化的学科.控制测域学是在大地测量学基本理论基础.以工程建设和社会发展与安全保证的测盘工作为主要服务对象而发展和形成的，为人类社会活动提供有用的空间信忠.因此，从本质上说，它是地域工程信息学科，是地球科学和测绘学中的一个正要分支，是工程建设测量中的然础学科，也是应用学科,在测星工程专业人才培养中占有重要的地位。控制测量按照工作用途分类可以分为大地捽制测Iit和工程控制测量两类：在一个或几个国家及至全球范围内布设足膨的大地控

3、制点，将这些大地控制点以一定的关系连接向成大地控制网，按照统一的规程、规范所诳行的控制测僦，称为大地控制测；匕为了某工程的设计、施工、运营管理等需要，在较小区域内布设足步的控制点,将控制点以一定的关系连接构成工程控制网,按照国家或部门旅布的规程、规箍所进行的控制测锻.称为工程控制测筮.控制测赧按照JS作内杵分类可以分为平面控制测Ht和高程控制刈疑两类：测定控制点平面位置.y的工作称为平面控制测量:；测定控制点裔程（用的工作称为高程控制测量，1.1.2 控制测量学的任务与作用从广义上来讲，控制测量学要为研究地球（或其他星体）的形状与大小提供基准与起算数据.而从狭义上来说.捽制测量主要为工程建设而

4、服务根据工程胞工的不同阶段发挥着不同的作用._控制测学一般的.一项工程从设计到竣工,可以分为勘察设计、工程施工和运营管理三个阶段,在不同阶段具有不同的特点，因此，在不同的阶段，工程控制测出行存不同的工作任务.1 .勘察设计阶段在工程的勘察设由阶段，设计人员需要获得施工区域及周边的大比例尺地形图，并以地形图为基础,进行工程所需要的地质勘察、区域规划和建筑物设计,并从地形图上获取设计所需要的各项数据,作为此阶段五要数据来源的大比例尺地形图，在测绘之前为了满足测图精度的要求.能要根据测区大小、地理位置、地物地貌的特点及地形图的比例尺建立相对应的图根控制网，以保图中任意碑制点的点位精度都符合要求以及各

5、图福之间能弗掂确拼接.2 .工程旅工阶段这一阶段的主要任务是将图纸上设计的建筑物、道路、设脩、管线等放样到实地中去.放样，即测设，是根据控制点数据和设计数据反算得到的方向、距离、商差等放样元素，在实地标记出建筑物的平面位置和拓程.放样包括平面位置放样和高程放样.由于工程建筑物形式第样，区域建筑物的设计位印和放样要求也不尽相同，例如，析梁施工要确保桥轴线方向的精度高于其他方向、地下工程的纵向精度要高于摘向精度.超海层建筑要使建筑物的主要粕设位置十分精确等，因此，为了保证施工放样的粉股和整体性，需要建立满足施工要求，特别是关键部位施工要求的具有必要精度的地工控制网.3 .运营管理阶段在工程胞工过程

6、中.工程建设破坏了地面和地下土体的原有状态,地面荷坡急剧增大.改变了地法的士力学性质，地柒及其周阳地层可能发生不均匀变化，进而引发建筑物的沉降、水平位移、惯斜等变形.如果变形值超过一定的限度或变形速率过快,就可能导致地基和建筑物失稳，影响工程的施工安全.当工程竣工后，在运昔管理阶段，由于建筑物内部荷我变化以及环境变化等诸多因素的影晌,地基及其周围地层也会发生一定的变化.加之建筑结构和材料的老化，工程建筑物也会发生一定的变形，如果变形超过一定的疑信，将影响工程的运营安全.因此,对于大型工程,应该定期地进行变形监测.由于工程变形监测的项目较多.监测点分布于建策物各个位置上，依靠一个或少数几个控制点

7、难以完成全郃监测工作,监测数据的准确性也难以保证，而且建筑物的变形量都I分做小。因此，需要建立能够满足各项变形监测工作要求的高精度变形监测控制网,并需要对控制网进行定期的笑测.以倘保变形监利结果的准确性。控制测献学不仅仅是各类工程建设中不可替代的一个环节，在其他方面，控制测敏学也发挥着重要的作用。首先，地形图是一切经济建设和城市规划发展所必需的基础性资料，为了测制地形图需要布设全国范围内或局域性的大地利班控制N因此,必须建立合理的大地冽族坐标系以及确定地球的形状、大小及JR力场等多数，其次，控制测最学在防灾、减灾、救灾及环境监测、评价与保护中发挥着特殊的作用.近年来地笈、洪水、泥石流、海喷等白

8、然突看频繁发生，给人们的生命财产造成了巨大损失。各类自然灾杏去面看来具彳i突发性和不确定性,但是.如果能蜂对自然灾害高发区或有吃患的区域进行长期不间断的监测便可以对大多数的自然灾害进行预报或便警.大大破少灾害发生时人员伤亡和财产榻央.无论何种监测手段与技术，都需要以高精度的控制网为M酬，才能展开相应的监测工作。另方IftI.在灾害发生后,灾情的评估、灾区的救援以及灾后的重建都需要以捽制因为基础获取相应的数据.最后，控制测J让在发展空间技术和国防建i殳中,在丰富和发悔当代地球科学的有关研究中,以及在发展测绘工程事业中，都将发挥者越来越重要的作用.1.2控制网的布设方法1.2.1 平面控制网的布设

9、方法平面控制网由于受到测区范明、精度要求、通视条件、植被状况等多种因素的影响，有多种布网方法可供选择，目附，平面控制网常用的布网方法主要有三角测城、林城测班、GNSS测量等.1 .三角测量I）网形如图I-I所示，在地面上选埋一系列点A、R尽阮保持相邻点之间通视,将它们按基本图形即三角形的形式连接起来，构成三角网，图中实t表示时向观测,虚城表示单向观溯,单线代表未知边，双线代表已知边.如果观测元素仅为水平角（或方向）.该网称为测角网:如果幼虎元素仅为边长,该网称为测边网:如果观测元素既有水平角（或方向）又行边长，该网称为边角网。边珀网的观测元素UJ为全部角度（或方向）和全部边长、全部角度（或方向

10、）和部分边长、全部边长和部分角度（或方向卜部分角度（或方向）和部分边长.2）坐标计算原理以图为例，在58/中,已如八点的平面坐标（的，以）、点A至点8的边氏另外坐标方位角先根据角度观测值推算三.角形各边的坐标方位角.然后根据正弦定理计算A/的边长:(1-1)(1-2)CCSin8SAI=1.sn以后，根据A点坐标、A1.边的边长和坐标方位角求解/点坐标;X，=x.，+SMCoSaA,力=）1+5SinaJ3）起算数据和推算元素为了得到所有三角点的坐标，必须已知三角网中某一点的起算坐标”.vj、某一起算边长Sb和某一边的坐标方位向u，它们统称为三角测地的起算数据或起算元素.在三角点上观测的水平角

11、(或方向)是三角测Sit的观测元素.由起算元索和观测元素的平差俏推口出的三角形边长、坐标方位角和三角点的坐标统称为三角冽价的推算元素“对于控制网的起算数据一般可通过以下方法茯得.(I)起算坐标。若测区附近有高等级控制点，则可联测已有的控制点传递坐标；若测区附近没有可利用的控制网点则可在一个三用点上用天文测Ift方法测定其经纬度.再换算成高斯平面宜角坐标作为起第坐标.对于小测区或保密工程,可后定其中一个控制点的坐标.即采用任来坐标系。(2)起算边长.当刈区内有高等级控制刈点时,若其精度满足项目的要求，则可利用已有网的边长作为起制边长：若已有网的边长精度不能满足刈依要求或无已知边长可利用.则可采用

12、高精度电俄波测距仪按照精密测距的方法直.按测量控制网中的一条边或几条边边长作为起算边长.(3)起驿方位角，当测区附近有高等税控制网点时，可由己有网点传递坐标方位角,若无已有成果可利用,可用天文溯让方法测定网中某一条边的天文方位角，再换算为坐标方位ft.特殊情况下也可用陀螺经纬仪测定陀螺方位角,再换算为起算坐标方位角.如果三角网中只有必要的一套起算元素(如一个点的坐标、一条边长、一个坐标方位角),则该网称为独立网：如果三角形网中有多于必要的一套起算元素，则该网称为非独立网。当三角形网中有多套起究元素时，应对已知点的相容性作适当的检杏.4)三边网和边角网三边网的网形结构与三角网相同.只是观测量不是

13、角度而是边长,三角形各内角是通过;.知形余弦定理计算而得到的.而边用网是指在三角网只测用的基础上加测部分或全部边长.三角网、三边网和边角网中.三角M早在17世纪即被采用.随后经过前人不断研究与改进，无论从理论上还是实践上都逐步形成一套较完善的控制测讨方法,称为“一角刈量”，出于这种方法主要使用经玮仪完成大量的野外观测工作,所以在电i波测距仪问世之前，三角网以其图形简单、网的精衣较高、有较多的检核条件.易于发现观测中的粗差、便于计竟等优点成为布设各级控制网的主要形式。然而，三角忖也存在蓿一定的缺点，例如在平原地区或隐蔽地区易受障碍物的影响，布网困难大，有时不得不建造较高的觇标，布网饮率低，平差计

14、算匚作量较大等,这些缺点在一定程度上制约着三角网的发展和应用.以!若电磁波测距仪的不断完善和普及，边角刈逐渐得到广泛的应用.由于完成一个测站上的边长观测通常要比方向观测容易，因而在仪器设备和测区通视条件都允许的怡况下，也可布设完全的测边刈.在.精慢要求较高的情况下.例如精密的变形监视测量.可布设部分测边、部分测角的控制网或拧边、角全测的控制网.2 .导妓测量如图1-2所示，将测区内相邻控制点连成直线而构成的折线称为导线.导线测量就玷依次测定各导践边的边长和转折角值，再根据起舞数据，推售各导设点的坐标，导规包括单导级和具有一个或多个节点的导戏网。导线网中的观测值是由度(或方向)和边长,若已知税网

15、的起算元素.即至少一个点的平面坐标(x)、与该点相连的一条边的边长和方位角，图1-2号战网便可根据起算元本和观测兀索进行平茏计算，获得各边的边长、坐标方位角和各点的平面坐标,并进行导线网的测房精度评定.导跳网起算元素的获取方法与三角网相同.同样的，如果导线网中只有必要的一套起徵兀本，则该网为独立导线网：如果导线网中的起算元素K于必要的一套,则该网为非独立导规网.当导线网中彳i把套起算元素时,应对己知点的相容性作适当的检查.导线网与三角网相比主要有以下优点：(I)导线网中各点上的方向数较少，除节点外，均只有两个观测方向,因此受通视要求的限制较小，易于选点和布网。(2导线网较为灵活，选点时可根据具

16、体情况随时改变,特别适合于障码物较多的平坦地区或隐献地区.(3)导我网中的边长都於直接测定的，因此边长的精度较为均匀，但是导践网也存在蓿定的狄点，例如，其结构简单、检核条件较少，有时不易发现观测中的粗差，因此其可痛性和精度均比三角网低。由于导线网是聚用单线方式推进的,因此其控制面积也不如三角网大.3 .GNSS测量GNSS的全称是全球导航卫星系统(G1.Oba1.NavigationSate1.1.iteSyStCm),它泛指所行的卫星导航系统.采用GNSS技术建立的平面控制网，称为GNSS网。网形的设计主要取决于接收机的数量和作业方式。如果只有两台接收机进行同步观测，则一次只能测定一条基线向瑜。如果能有三台接收机进行同步观测.则一般可以布设成如图1-3所