大地測量控制網的建立

1、第三章 大地測量控制網的建立,一、大地測量控制網概述二、國家平面控制網的建立三、國家高程控制網的建立四、國家GPS網的建立五、工程控制網的建立,一、大地測量控制網概述,1、基本任務：確定大地測量系統建立大地測量框架,2、國家大地控制網的作用：為地形測圖提供精密控制為研究地球形狀、大小和其它學科提供資料,二、國家平面控制網的建立,1、布設原則：分級布網，逐級控制應有足夠的精度應有足夠的密度應有有統一的規(guī)格,2、建

2、立方法,常規(guī)大地測量方法三角測量法（主）導線測量法三邊測量法邊角同測法天文測量法現代定位新技術,1、常規(guī)大地測量法 三角測量法 1)網形,2)坐標計算原理: 正弦定理3)三角網的元素:① 起算元素：已知的坐標、邊長和已知的方位角.② 觀測元素：三角網中觀測的所有方向(或角度)。③ 推算元素：由起算元素和觀測元素的平差值推算的三角網中其他邊長、坐標方位角和各點的坐標。 優(yōu)點：圖形簡單，結構強

3、，幾何條件多，便于檢核，網的精度較高。 缺點：易受障礙物的影響，布設困難，增加了建標費用；推算邊長精度不均勻，距起始邊越遠邊長精度越低。,導線測量法: 優(yōu)點：布設靈活，容易克服地形障礙；導線測量只要求相鄰兩點通視，故可降低覘標高度，造標費用少，且便于組織觀測；網內邊長直接測量，邊長精度均勻。 缺點：導線結構簡單，沒有三角網那樣多的檢核條件，不易發(fā)現粗差，可靠性不高。,三邊測量及邊角同測法

4、 邊角全測網的精度最高，相應工作量也較大。在建立高精度的專用控制網(如精密的形變監(jiān)測網)或不能選擇良好布設圖形的地區(qū)可采用此法而獲得較高的精度。,2、天文測量法 天文測量法是在地面點上架設儀器，通過觀測天體(主要是恒星)并記錄觀測瞬間的時刻，來確定地面點的地理位置，即天文經度、天文緯度和該點至另一點的天文方位角。 優(yōu)點：各點彼此獨立觀測，也勿需點間通視，測量誤差不會積累。 缺點：精

5、度不高，受天氣影響大。 用途：在每隔一定距離的三角點上觀測天文來推求大地方位角，控制水平角觀測誤差積累對推算方位角的影響。,3、現代定位新技術簡介 GPS測量 全球定位系統GPS(Global Positioning System)可為各位用戶提供精密的三維坐標、三維速度和時間信息。 GPS系統的應用領域相當廣泛，可以進行海、空和陸地的導航，導彈的制導，大地測量和工程測量的精密定位，時間

6、的傳遞和速度的測量等。,甚長基線干涉測量系統(VLBI) 甚長基線干涉測量系統(VLBI)是在甚長基線的兩端(相距幾千公里)，用射電望遠鏡，接收銀河系或銀河系以外的類星體發(fā)出的無線電輻射信號，通過信號對比，根據干涉原理，直接測定基線長度和方向的一種空間技術。 長度的相對精度10-6，可達0.001″，由于其定位的精度高，在研究地球的極移、地球自轉速率的短周期變化、地球固體潮、大地板塊運動的相對速率和方向中得到廣泛的應用。

7、,慣性測量系統(INS) 慣性測量是利用慣性力學基本原理，在相距較遠的兩點之間，對裝有慣性測量系統的運動載體(汽車或直升飛機)從一個已知點到另一個待定點的加速度，分別沿三個正交的坐標軸方向進行兩次積分，從而求定其運動載體在三個坐標軸方向的坐標增量，進而求出待定點的位置，它屬于相對定位，其相對精度為(1~2)·10-5，測定的平面位置中誤差為±25cm左右。 優(yōu)點：完全自主式，點間也不要求通視；全天

8、候，只取決于汽車能否開動、飛機能否飛行。 缺點：相對測量，精度不高。,3、布設方案,1）一等三角鎖——國家控制網的基礎和骨干 沿經緯線方向布設成縱橫交叉的網狀圖形；在交叉處設置起算邊；用拉普拉斯方位角；兩起算邊之間鎖長約200km，約由16~17個三角形組成，平均邊長山區(qū)約25km，平原約20km；測角中誤差小于±0.7″。,2）二等三角鎖（網）——國家三角網的全面基礎

9、 ——地形測圖的基本控制 布設方案： 20世紀60年代前：在一等鎖環(huán)內，先沿經緯線縱橫交叉布設二等基本鎖（平均邊長約15~20km，測角中誤差小于±1.2″），將一等鎖環(huán)分為大致相等的四個區(qū)域，然后在這四個區(qū)域中處再補充布設二等補充網（平均邊長約為13km，測角中誤差小于±2.5″）。 20世紀60年代后：二等網以全

10、面三角網的形式布設在一等鎖環(huán)內，四周與一等鎖銜接。其平均邊長約為13km，測角中誤差小于±1.0″。,,,,,,3）三、四等三角網 為了測圖和各 種工程建設的需要，在一、二等三角網的基礎上，采用插網和插點的方法布設。三等網的平均邊長約為8 km，測角中誤差為±1.8″。四等網的平均邊長為約為2~6km，測角中誤差為±2.5″。,插網法,插點法,4 控制網的布設 包括以下工作

11、：技術設計，實地選點，建造覘標，標石埋設，外業(yè)測量，平差計算等 1）技術設計 收集資料 實地踏勘 圖上設計 編寫技術設計書 2）實地選點： 選點圖，點之記，選點工作技術總結。,3）建造覘標(傳統大地測量法),尋常標,雙錐標,4）標石埋設 大地點的坐標，實際上指的就是標石中心的坐標。,三、

12、國家高程控制網的建立,國家高程控制網的布設原則 目的和任務有兩個： 1)建立統一的高程控制網，為地形測圖和各項建設提供必要的高程控制基礎； 2)為地殼垂直運動、平均海面傾斜及其變化和大地水準面形狀等地球科學研究提供精確的高程數據。 從高到低、逐級控制 一等水準測量是國家高程控制網的骨干，同時也為相關地球科學研究提供高程數據；二等水準測量是國家高程控制網的全面基礎；三、四等水準測量是直接為地形測圖和其他工

13、程建設提供高程控制點。,水準點滿足一定的密度,水準測量達到足夠的精度 各等級水準測量的精度，是用每公里高差中數的偶然中誤差 和每公里高差中數的全中誤差來表示的。 一等水準網應定期復測,國家水準網的布設方案及精度我國的水準測量分為四等，各等級水準測量路線必須自行閉合或閉合于高等級的水準路線上，與其構成環(huán)形或附合路線，以便控制水準測量系統誤差的積累和便于在高等級的水準環(huán)中布設低等級的水準路線。一等閉合環(huán)線周長

14、，在平原和丘陵地區(qū)為1 000～1 500km，一般山區(qū)為2 000km左右。二等閉合環(huán)線周長，在平原地區(qū)為500～750km,山區(qū)一般不超過1 000km。三、四等水準用于加密，根據高等級水準環(huán)的大小和實際需要布設，其中環(huán)線周長、附合路線長度和結點間路線長度，三等水準分別為200km、150km和70km；四等分別為100km、80km和30km。,每公里高差中數偶然中誤差：,每公里高差中數的全中誤差：,水準路線的設計、選點和埋石

15、1、 技術設計 技術設計是根據任務要求和測區(qū)情況，在小比例尺地圖上，擬定最合理的水準網或水準路線的布設方案。 一等水準路線應沿路面坡度平緩、交通不太繁忙的交通路線布設，二等水準路線盡量沿公路、大河及河流布設，沿線交通較為方便。 水準路線應避開土質松軟的地段和磁場甚強的地段，并應盡量避免通過大的河流、湖泊、沼澤與峽谷等障礙物。,2、 選 點 圖上設計完成后，須進行實地選線，其目的在于

16、使設計方案能符合實際情況，以確定切實可行的水準路線和水準點的具體位置。選定水準點時，必須能保證點位地基穩(wěn)定、安全僻靜，并利于標石長期保存與觀測使用。水準點應盡可能選在路線附近的機關、學校、公園內。不宜在易于淹沒和土質松軟的地域埋設水準標石，也不宜在易受震動和地勢隱蔽而不易觀測的地方埋石。 水準點點位選定后，應填繪點之記，繪制水準路線圖及結點接測圖。,3 、埋 石 按用途區(qū)分，水準標石有基巖水準標石、基本水準標石和普通水

17、準標石三種類型。 各類水準標石的制作材料和埋設規(guī)格及其埋設方法等，在《國家一、二等水準測量規(guī)范》都有具體的規(guī)定和說明。 水準路線上的重力測量 因精密水準測量成果需進行重力異常改正，故在一、二等水準路線沿線要進行重力測量。,規(guī)范規(guī)定： 高程大于4 000m或水準點間的平均高差為150～250m的地區(qū)，一、二等水準路線上每個水準點均應測定重力。高差大于250m的測段，在地面傾斜變化處應加測重力。 高程在1 50

18、0～4 000m或水準點間的平均高差為50～150m的地區(qū)，一等水準路線上重力點間平均距離應小于11km；二等水準路線上應小于23km。 在我國西北、西南和東北邊境等有較大重力異常的地區(qū)，一等水準路線上每個水準點均應測定重力。 在由青島水準原點至國家大地原點的一等水準路線上，應逐點測定重力，以便精確求得大地原點的正常高。,我國國家水準網的布設概況 我國國家水準網的布設，按照布測目的、完成年代、采用技術標準和高程基準等

19、，基本上可分為三期： 第一期主要是1976年以前完成的，以1956年黃海高程基準起算的各等級水準網； 第二期主要是1976年至1990年完成的，以“1985國家高程基準”起算的國家一、二等水準網； 第三期是1990年以后進行的國家一等水準網的復測和局部地區(qū)二等水準網的復測，現已完成外業(yè)觀測和內業(yè)平差計算工作，成果已提供使用。,用GPS技術建立的控制網就叫GPS網。GPS網分為A、B、C、D、E五個等級，其中A、B級網主要是指

20、全球或全國性的高精度的GPS網，C、D、E級網則主要指區(qū)域性的GPS網。,四、國家GPS網的建立,（1）全國GPS A、B級網： 1991年國際大地測量協會（IAG）決定在全球范圍內建立一個IGS（國際GPS地球動力學服務）觀測網，并于1992年6-9月間實施了第一期會戰(zhàn)聯測，我國借此機會由多家單位合作，在全國范圍內組織了一次盛況空前的“中國‘92 GPS會戰(zhàn)”，目的是在全國范圍內確定精確的地心坐標，建立起

21、我國新一代的地心參考框架及其與國家坐標系的轉換參數；以優(yōu)于 量級的相對精度確定站間基線向量，布設成國家高精度衛(wèi)星大地網的骨架，并奠定地殼運動及地球動力學研究的基礎。 作為我國高精度坐標框架的補充以及為滿足國家建設的需要，在國家A級網的基礎上建立了國家 B級網（又稱國家高精度GPS網）。布測工作從1991年開始，經過5年努力完成外業(yè)工作，內業(yè)計算已基本完成，全網基本均勻布點，覆蓋全國，共布測730個點左右，總獨立基

22、線數2200多條，平均邊長在我國東部地區(qū)為50km，中部地區(qū)為 100km，西部地區(qū)為150km，經整體平差后，點位地心坐標精度達±0.1m，GPS基線邊長相對中誤差可達 2.0×10e-8，高程分量相對中誤差為3.0×10e-8。,（2）全國GPS一、二級網：由軍測部門建立，主要為軍事服務。 （3）中國地殼運動觀測網絡： “中國地殼運動觀測網絡 (CRUSTAL  MOVEMEN

23、T OBSERVATION NETWORK OF CHINA 縮寫為CMONOC)”是中國在1996—2000年第九個五年計劃期間實施的一項國家重大科學工程。是以全球衛(wèi)星定位系統(GPS)觀測技術為主，輔之已有的甚長基線射電干涉測量(VLBI)和人衛(wèi)測距(SLR)等空間技術，結合精密重力和精密水準測量構成的大范圍、高精度、高時空分辨率的地殼運動觀測網絡。   網絡的科學目標以地震預測預報為主，兼顧大地測

24、量和國防建設的需要，同時可服務于廣域差分GPS，氣象和星載干涉合成孔徑雷達等領域。網絡的關鍵技術是；高精度和高穩(wěn)定性的觀測技術、大信息量的獲取技術、快速準實時的處理技術。 網絡由基準網、基本網、區(qū)域網和數據傳輸與分析處理系統四大部分組成?；鶞示W由25個GPS連續(xù)觀測站組成，具有絕對重力、相對重力、水準等多種觀測手段，其中部分站具有包括VLBI和SLR等觀測技術手段，每個站配備衛(wèi)星通訊和有線通訊設備。基本網由56個定期復

25、測的GPS站組成，西部大約兩年復測一次，東部大約四年一次。區(qū)域網由1000個不定期復測的GPS站組成，其中300個左右均勻布設，700個左右密集布設于斷裂帶及地震危險監(jiān)視區(qū)。數據傳輸與分析處理系統由一個數據中心和三個數據共享子系統組成，數據中心已建于國家防震減災中心大樓中。 本科學工程由中國地震局牽頭，總參測繪局、中國科學院、國家測繪局共同承擔。國家靜態(tài)投資總額人民幣13500萬元,五、工程控制網的建立,工程測量控制網的分類測圖控制網

26、 施工控制網 變形觀測專用控制網,工程水平控制網的布設原則和方案,布設原則：分級布網，逐級控制應有足夠的精度應有足夠的密度應有有統一的規(guī)格城市測量規(guī)范工程測量規(guī)范精密工程測量規(guī)范全球定位系統城市測量技術規(guī)程,布設方案： 工程三角控制網的特點： a、平均邊長比國家三角網小的多。 b、三角網的等級多。 c、各等級控制網均可作為測區(qū)的首級控制網。

27、 d、三、四等三角網起算邊相對中誤差，按首級網和加密網分別對待。?專用控制網的布設特點：,橋梁三角網對于橋軸線方向的精度要求應高于其他方向的精度，以利于提高橋墩放樣的精度；隧道三角網則對垂直于直線隧道軸線方向的橫向精度的要求高于其他方向的精度，以利于提高隧道貫通的精度；用于建設環(huán)形粒子加速器的專用控制網，其徑向精度應高于其他方向的精度，以利于精確安裝位于環(huán)形軌道上的磁塊。,城市或工程GPS網的主要技術要求(注：當邊長小于2

28、00m時，邊長中誤差應小于20mm。),1、 水準測量建立工程高程控制網 水準測量是建立工程高程控制網的主要方法。城市和工程建設的水準測量的實施，和國家等級水準測量相似，其主要步驟一般是：水準網圖上設計、選點、標石埋設、外業(yè)觀測、平差計算和成果表的編制等內容。 2 、三角高程測量建立工程高程控制網 高程導線各邊的高差測定宜采用對向觀測。需檢查如下限差： ① 由兩個單方向算得的高程不符值；② 由對向觀測所求得的高

29、差較差； ③ 由對向觀測所求得的高差中數，計算閉合環(huán)線或附合路線的高程閉合差。,工程高程控制網布設,工程控制網的觀測與概算,技術設計收集資料 實地踏勘 圖上設計 上交資料 實地選點：選點圖點之記選點工作技術總結。,工程控制網精度估算,1、精度估算的目的和方法目的：推求控制網中邊長、方位角或點位坐標等的中誤差。它們都是觀測量平差值的函數，統稱為推算元素。方法：1）公式估算法：此法是針對某一類網形導出計算某種推算元素

30、（通常是最弱邊邊長中誤差）的普遍公式。其理論基礎是最小二乘法中的條件分組平差法（烏爾瑪耶夫分組平差法）。 2）程序估算法：根據控制網略圖，利用已有程序在計算機上進行計算。其理論基礎為間接平差法。,2、程序估算法,起算數據（坐標）量取觀測數據或程序估算法,,誤差方程式A，單位權中誤差，定權陣P,,組法方程式N,,求協因數Q,,列權函數式，并估算其精度,造標與埋石,外業(yè)觀測水平角觀測距離測量三角高

31、程測量,工程控制網概算,概算的目的：①系統檢查和評價外業(yè)觀測成果的質量；②將地面觀測成果化算到高斯平面上，為平差做好數據準備工作；③計算各控制點的資用坐標，為其它急需提供未經平差的控制測量基礎數據。,概算的過程和主要內容,概算的主要工作,1、三角形近似邊長計算,近似邊長計算計算到0.1m,2、觀測值化算至標石中心的計算,3、近似坐標計算,目的：為計算方向改化和距離改正，需計算各三角點的近似坐標。,4、方向改正計算,將兩點間投影