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1、第二章 水平控制网的技术设计,2.1 国家平面控制网的布设原则和方案 2.1.1布设原则 分级布设、逐级控制 应有足够的精度 应有一定的密度 应有统一的技术规格和要求,各种比例尺航测成图时对平面控制点的密度要求,2.1.2布设方案,1.一等三角锁系布设方案,2.1.2布设方案(续),2.二等三角锁、网布设方案,2.1.2布设方案(续),3.三、四等三角网 1)插网法,2.1.2布设方案(续),2)插点法,2.1.2布设方案(续),4.我国天文大地网基本情况简介 我国统一的国家大地控制网的布设工作开始于20世纪50年代初，60年代末基本完成，先后共布设一等三角锁401条，一等三角点6 182个，
2、构成121个一等锁环，锁系长达7.3万km。一等导线点312个，构成10个导线环，总长约1万km。1982年完成了全国天文大地网的整体平差工作。网中包括一等三角锁系，二等三角网，部分三等网，总共约有5万个大地控制点，30万个观测量的天文大地网。平差结果表明：网中离大地点最远点的点位中误差为0.9m，一等观测方向中误差为0.46。,2.1.2布设方案(续),利用现代测量技术建立国家大地测量控制网 一般可把GPS网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度的GPS网(A、B级网），另一类是区域性的GPS网（C、D、E级网）。 1.EPOCH 92中国GPS大会战 全网由27个点组成，平均边长800km
3、，使用4台MINI-MAC2816、13台Trimble 4000 SST和17台Ashtech MDX C/A双频接收机观测，平差后在ITRF 91地心参考框架中的定位精度优于0.1m,2.1.2布设方案(续),2. 96 GPS A级网 96 GPS A级网共包括33个主站，23个副站，与92 GPS A级网点重合21个。96 GPS A级网观测时共使用了53台双频GPS接收机，其中14台Astech MD12，17台Trimble 4000 SSE,8台Leica 200,6台Rogue 8000,8台Astech Z12。经数据精处理后基线分量重复性水平方向优于4mm+3ppm，垂直方
4、向优于8mm+4ppm，地心坐标分量重复性优于2cm。全网整体平差后，在ITRF93参考框架中的地心坐标精度优于10cm,2.1.2布设方案(续),3.国家高精度GPS B级网 全网由818个点组成，分布全国各地(除台湾省外)。东部点位较密，平均站间5070km,中部地区平均站间100km，西部地区平均站间距150km。外业自1991年至1995年结束，主要使用Ashtech MD 12和Trimble 4000 SSE仪器观测。经数据精处理后，点位中误差相对于已知点在水平方向优于0.07m，高程方向优于0.16m，平均点位中误差水平方向为0.02m，垂直方向为0.04m，基线相对精度达到10
5、-7。,2.1.2布设方案(续),4.全国GPS一、二级网 全国GPS一、二级网是军测部门建立的，一级网由40余点组成，相邻点间距平均为683km。外业观测自1991年5月至1992年4月进行，使用10台MINIMAC 2816接收机作业。网平差后点位中误差，绝大多数点在2cm以内。二级网由500多个点组成，二级网是一级网的加密。 5.中国地壳运动观测网络,2.1.2布设方案(续),5.中国地壳运动观测网络 中国地壳运动观测网络是中国地震局、总参测绘局、中国科学院和国家测绘局联合建立的，主要是服务于中长期地震预报，兼顾大地测量的目的。该网络是以GPS为主，辅以SLR和VLBI以及重力测量的观测
6、网络，它由三个层次的网络组成，即25站连续运行的基准网、56站定期复测的基本网和1 000站复测频率低的区域网。,2.2 工程控制网的布设原则和方案,2.2. 1布设原则 如1.1所述，工测控制网可分为两种：一种是在各项工程建设的规划设计阶段，为测绘大比例尺地形图和房地产管理测量而建立的控制网，叫做测图控制网；另一种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控制网，我们称其为专用控制网。建立这两种控制网时亦应遵守下列布网原则。,1.分级布网、逐级控制,对于工测控制网，通常先布设精度要求最高的首级控制网，随后根据测图需要，测区面积的大小再加密若干级较低精度的控制网。用于工程建筑物放样的
7、专用控制网，往往分二级布设。第一级作总体控制，第二级直接为建筑物放样而布设；用于变形观测或其他专门用途的控制网，通常无须分级。,2.要有足够的精度,以工测控制网为例，一般要求最低一级控制网（四等网）的点位中误差能满足大比例尺1：500的测图要求。按图上0.1mm的绘制精度计算，这相当于地面上的点位精度为0. 1500=5(cm)。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。,3.要有足够的密度,不论是工测控制网或专用控制网，都要求在测区内有足够多的控制点。如前所述，控制点的密度通常是用边长来表示的。城市测量规范中对
8、于城市三角网平均边长的规定列于表2-3中。,4.要有统一的规格,为了使不同的工测部门施测的控制网能够互相利用、互相协调，也应制定统一的规范，如现行的城市测量规范和工程测量规范。,城市或工程GPS网的主要技术要求(注：当边长小于200m时，边长中误差应小于20mm。),2.2.2布设方案,工测控制网同相应等级的国家网比较，平均边长显著地缩短。 布设工测控制网时，应尽量与国家控制网联测。这样可使工测控制网纳入到国家坐标系中，以便于各有关部门互相利用资料，而不造成重复测量和浪费。 在布设专用控制网时，则要根据专用控制网的特殊用途和要求进行控制网的技术设计。,工测三角网具有如下的特点：,各等级三角网平
9、均边长较相应等级的国家网边长显著地缩短； 三角网的等级较多； 各等级控制网均可作为测区的首级控制。 三、四等三角网起算边相对中误差，按首级网和加密网分别对待。 对加密网而言，则要求上一级网最弱边的精度应能作为下一级网的起算边，这样有利于分级布网、逐级控制，而且也有利于采用测区内已有的国家网或其他单位已建成的控制网作为起算数据。 以上这些特点主要是考虑到工测控制网应满足最大比例尺1：500测图的要求而提出的。,2.2.3专用控制网的布设特点,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。 例如：桥梁三角网对于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；
10、隧道三角网则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； 用于建设环形粒子加速器的专用控制网，其径向精度应高于其他方向的精度，以利于精确安装位于环形轨道上的磁块。,2. 3三角锁推算元素的精度估算,控制测量工作的第一阶段就是控制网的设计阶段。论述控制网的精度是否能满足需要是技术设计报告的主要内容之一。 2.3.1精度估算的目的和方法 精度估算的目的是推求控制网中边长、方位角或点位坐标等的中误差，它们都是观测量平差值的函数，统称为推算元素。估算的方法有两种。,1.公式估算法,2.程序估算法,2.3.2三角锁推算边长的精度估算,2.三角形的最有利形状,3.
11、三角形锁中推算边长的中误差,3.三角形锁中推算边长的中误差,4.大地四边形和中点多边形推算边长的中误差,5.混合锁段图形权倒数的计算,6.两端有起算边的三角形单锁最弱传距边边长的中误差,2.4导线网的精度估算,1.附合导线经角度闭合差分配后的端点中误差,2.附合导线平差后的各边方位角中误差,6.附合导线端点纵横向中误差与中点纵横向中误差的比例关系,2.4.3单一附合导线的点位误差椭圆,2.5任意边角网的点位误差的概念,2.三边网,3.边角网,4.任意边角网,结论：,(1)在网形一定的情况下，独立网的点位误差同观测量的种类和它们在网中的分布有关。此外还同边、方向观测权的合理匹配有关。 (2)网的
12、纵向误差主要由测边的误差引起，而横向误差则主要由测角的误差引起。为了减少纵向误差，应加测边长；同样，为了减少横向误差，则应加测角度。,2.6工程水平控制网优化设计概述,2.3中已经提到，在控制网的技术设计中，首先考虑的是精度指标，其次是网的费用指标，这是传统的技术设计方法。称这种方法为“规范化设计”。 2.6.1 控制网的质量指标 在控制网的设计阶段，质量标准是设计的依据和目的，同时又是评定网的质量的指标。 质量标准包括精度标准、可靠性标准、费用标准、可区分标准及灵敏度标准等。其中常用的主要是前3个标准。,一、纯量精度标准,一、纯量精度标准,一、纯量精度标准,一、纯量精度标准,2.可靠性标准,
13、3.费用标准,2.6.2优化设计的分类和方法,2.优化设计的方法,1)解析法：解析法具有计算机时较少，理论上较严密等优点；但其数学模型难于构造，具有最优解有时不符合实际或可行性差。 2)模拟法：模拟法是对经验设计的初步网形和观测精度，模拟一组数据与观测值输入计算机，按间接(参数)平差，组成误差方程和法方程，求逆而得到未知参数的协因数阵(或方差协方差阵)，计算未知参数及其函数的精度，估算成本，或进一步计算可靠性等信息；与预定的精度、成本和可靠性要求等相比较；根据计算所提供的信息和设计者的经验，对控制网的基准、网形、观测精度等进行修正。,2.6.3工程控制网机助法优化设计举例,2.7工程水平控制网
14、技术设计书的编制,2.7.1技术设计的内容和步骤 1.搜集和分析资料 （1）测区内各种比例尺的地形图。 （2）已有的控制测量成果（包括全部有关技术文件、图表、手簿等等）。特别应注意是否有几个单位施测的成果，如果有，则应了解各套成果间的坐标系、高程系统是否统一以及如何换算等问题。 （3）有关测区的气象、地质等情况，以供建标、埋石、安排作业时间等方面的参考。 （4）现场踏勘了解已有控制标志的保存完好情况。 （5）调查测区的行政区划、交通便利情况和物资供应情况。若在少数民族地区，则应了解民族风俗、习惯。,（IV）估算控制网中各推算元素的精度。 （V）拟定水准联测路线。水准联测的目的在于获得三角点高程的起算数据，并控制三角高程测量推算高程的误差累积。 （VI）据测区的情况调查和图上设计结果，写出文字说明，并拟定作业计划。 3.编写技术设计书 技术设计书应包括以下几方面的内容： （1）作业的目的及任务范围； （2）测区的自然、地理条件； （3）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； （4）布网依据的规范，最佳方案的论证； （5）现场踏勘报告； （6）各种设计图表（包括人员组织、作业安排等）； （7）主管部门的审批意见。,3.建造觇标 寻常标 双锥标,4.标石埋设 大地点的坐标，实际上指的就是标石中心的坐标。,