第2章水平控制网的技术设计

• 布设GPS网时，应尽量与原有地面控制网相重合，重合 点一般不少于3个，且分布均匀。同时应考虑与水准点 相重合 ，或在网中布设一定密度的水准联测点。 • GPS测量的特点是速度快、精度高、全天候，无需考虑 点与点之间的通视情况。 • 但是，在建筑物内、地下、树下及狭窄的城区街道内不 能使用。 • “GPS原理及应用”作为一门单独的专业课开设。
2. 导线网与导线测量 • 导线：由若干条直线连成的折线。
β
D
• 布设控制点时，使点与点之间单线相连形成链状折线， 测量出边长和角度之后便可逐点传递平面坐标。导线中 的每一条直线叫导线边，相邻两直线之间的水平角叫做 转折角，折线上的转折点叫导线点（控制点）。 • 选择、测定导线点平面坐标的工作叫导线测量。通过测 量导线边长和转折角，再根据起算点及附合点的已知数 据，可推算各边的坐标方位角，最后求出所有导线点的 平面坐标。
• 在A级网基础上，我国还建立了高精度的GPS B级网。 • B级网共有2500多个点，边长为50～150km不等，东部点位较密， 西部较稀。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。 • 除了GPS A、B级网之外，我国还建有一些全国性的GPS控制网， 如军测部门建立的“全国GPS一、二级网”，科研部门建立的 “中国地壳运动观测网络”等。
第二章水平控制网的技术设计21建立国家水平控制网的基本原理22建立工程水平控制网的基本原理25工程水平控制网技术设计26选点建标和埋石?根据类型的不同水平控制网分为国家水平控制网和工程水平控制网
第二章
§ 2－ 1 § 2－ 2 § 2－ 5 § 2－ 6
水平控制网的技术设计
建立国家水平控制网的基本原理 建立工程水平控制网的基本原理 工程水平控制网技术设计 选点、建标和埋石
三、布设方案 • 国家水平控制网采用三角网作为基本布网形式（仅青藏高原部分地 区采用电磁波测距导线）。 • 国家三角网的布设分三级进行：一等锁、二等锁（网）和三、四 等加密网。 1、一等三角锁布设方案 • 一等三角锁是国家大地控制网的骨架和基础，用以控制二等以下 锁、网。 （三角锁由一系列三角形连接而成，形似锁链，故名三角锁）
§2－1 建立国家水平控制网的基本原理
一、建立国家水平大地控制网的方法
（一）、水平（平面）控制网的布设形式 1. 三角网与三角测量 • 所有的控制点构成彼此相连的三角形网状，如下图。
•
用经纬仪测量出网中所有三角形的内角。当已知两 个点的坐标，或已知一个点的坐标和一条边的长度 （用测距仪或钢尺测距）与方位角（推算得到或用 陀螺经纬仪测定），便可求算网中所有控制点的平 面坐标（由正弦定理传递边长）。
3、边角网和三边网 • 形状与测角三角网相类似，也是由若干三角形连接而成。 • 既测角又测边时叫边角网，只测边不测角时叫三边网或 测边三角网。 • 与测角三角网一样，测边网和边角网目前也很少采用。 • 三角网、边角网和三边网统称为“三角形网”。
4. GPS控制网 • 利用GPS定位技术建立的测量控制网。 • GPS是通过接收和解译人造卫星所发射的电波信号来确 定测站点位置的测量定位系统，它是英文“Global Positioning System”(全球定位系统）的缩写。
平面基准——
全国天文大地网
全国天 文大地网 共包含三 角点、导 线点 48433个, 长度起始 边467条, 由此组成 了全国范 围的参考 框架,是 国家各部 门进行测 绘工作的 基础。
2）用现代方法（GPS测量）建立的大地控制网 • 用GPS技术建立起来的控制网叫GPS网。 • GPS网分为两大类：一类是全球或全国性的高精度的GPS网，一 般分A级和B级（相当于一等和二等）；另一类是区域性（省、 地、市）的GPS网，包括C、D、E三个级别。 • 我国从80年代中期开始应用GPS技术。1992年，国家测绘局、国 家地震局等十多个部门联合组织了“EPOCH92”中国GPS大会战， 建立了平均边长为800km、点位精度优于±0.1m的国家A级网， 全网共27个点，覆盖全国大部分地区。 • “EPOCH92”中国GPS大会战使我国进入了应用高精度GPS控制 网的“新纪元”。 • 1996年，我国对92A级网进行了改造，使控制点的数目增加到56 个，新增点主要位于西部地区。 • 改造后的GPS网叫做“96GPS A级网 ”。
纵横锁系布网方案示意图
一等三角锁
二等补充网
二等基本 锁
2）60年代以后，二等网以全面三角网的形式布设，即在一等锁环 内直接布设二等全面网。这种方案叫全面布网方案。 • 二等全面网中三角形平均边长为13km，测角中误差为±1.0‫。ײ‬跟 纵横锁系布网形式相比，全面网的精度显然更高些。
一等三角锁
二等全面 网
• 三角测量在过去（20世纪80年代以前）是平面控制测量 的主要方法。过去已经建成、目前仍在使用的国家一、 二、三、四等平面控制点基本上都是采用三角测量方法 获得的。当时，高精度测边很难实现。 • 三角测量的观测量主要是水平角，边长观测很少，距离 传递误差较大。 • 此外，三角网对相邻控制点之间的通视条件要求很高 （多边形的中点须与多点通视），实地选点难度较大， 一般只能位于高处（如山头或房顶），使用也不方便。 • 因此，在普遍应用全站仪和GPS定位技术的现代，城市 控制测量和工程控制测量基本上不采用三角网。
•三、四等网的平均边长分别为8km和4km，测角中误差分别±1.8‫ײ‬ 和±2.5 ‫。ײ‬
4、我国大地测量控制网基本情况简介 1）用常规方法（三角测量）建立的天文大地网 • 国家一、二等控制网合称为天文大地网。 • 我国天文大地网于1951年开始布设，60年代末基本完成，1975年 修补测工作全部结束。 • 全网有4万8千多个大地控制点。平差工作于1982年结束，一等网 方向观测中误差为±0.46‫(ײ‬相当于测角中误差为±0.65‫；）ײ‬离大 地原点最远点的点位中误差为±0.9m。整网平差采用两种方案独 立进行：一是条件联系数法（相当于带有未知数的条件平差）， 二是附有条件的间接平差。两种方案平差结果基本一致。 • 以下二图分别为全国一、二等测量控制网示意图和广东省(含现 在的海南省)的一等三角锁和二等基本三角锁的布设略图。
•GPS卫星
• 20200公里高度 • 6个轨道 • 24--27颗卫星
• 根据不同的用途，GPS网的基本形式有点连式、边连式、 网连式和边点混合连接四种。图2－4所示的是前两种形 式。
• 图中（a）、（b）为点连式，在两个基本图形（大地四 边形或三角形）之间有一个重复观测的公共点相连； （ c）、（d）为边连式，在两个基本图形之间有一条 重复观测的公共边相连。 •显然，边连式的精度优于点连式，但速度稍慢。
坐标计算：
s1.3 s1.2 sin B / sin C 1.3 1.2 A
x1.3 s1.3 cos1.3
y1.3 s1.3 sin 1.3
x3 x1 x1.3ห้องสมุดไป่ตู้
y3 y1 y1.3
• •
构建、测定三角网点的工作叫三角测量。 只有一套起算数据（两点，或一点加一边）的三角网 叫独立网；多于一套起算数据的叫非独立网，又称附 合网。
• 根据类型的不同，水平控制网分为国家水平控制网和工 程水平控制网。 • 国家水平控制网是在全国范围内布设建立的控制网，由 国家测绘局统一组织布建，等级分为一、二、三、四等。 • 国家一、二等控制网合称为天文大地网。国家控制网的 建立属于大地测量学的范畴。 • 国家控制网的密度较稀，难以满足各城市或厂矿建设的 需要。另一方面，在建立国家控制网时，投影面的选择 也不可能兼顾全国各地的具体地理条件。 • 所以，在地级以上的城市和大、中型厂矿，一般需建立 自己的平面控制网，即城市控制网或（厂）矿区控制网。 此外，还有直接为某项建设工程（如水电站、公路、铁 路、新建城镇以及较大规模的开发区等）专门布设的控 制网。此类控制网统称为工程控制网。
5. 其它形式 • 除了三角测量、导线测量、 GPS测量等主要控制测量方 法之外，还有一些其它方法可以运用，如：线形锁、大 地四边形、前方交会、侧方交会、后方交会等传统方法， 甚长基线干涉测量（VLBI，精度10-6）和惯性测量系统 （INS，精度1-2×10-5）等现代定位技术。 （二）、高程控制网的布设形式 1、水准测量 • 等级有一、二、三、四等。路线布设形式以环形水准网 为主，三、四等可布设闭合、附合水准路线。 2、电磁波测距三角高程测量（EDM测高） • 对向观测时，可代替四等甚至三等水准；路线形式同样 分闭合、附合及EDM测高网。 EDM测高主要用在山区。 3、GPS测高 • 似大地水准面精化之后，可代替四等甚至三等水准。
2～6
3、应有足够的密度 • 控制点的密度与用途有关。一般等级越低，密度越大。 • 国家一、二、三、四等网的平均边长分别为20～25公里、13公里、 8公里、4公里。 • （国家网的平均边长比工程网略大。工程二、三、四等网的平均 边长分别为9公里、5公里、2公里）
4、须统一规格 • 任务大、时间长、作业单位多，故须统一规格要求。 • 严格执行《国家三角测量和精密导线测量规范》。
2、二等三角锁、网布设方案 • 二等三角锁、网以一等锁为框架进行布设。布设方法有以下两种： 1）60年代以前，采用二等基本锁加二等补充网的方法。 • 在一等锁环内，先布设纵横交叉的二等基本锁，将一等锁环分成 大致相等的四个区域，然后在每个区域布设二等补充网。这种布 网方案叫纵横锁系布网方案。 • 二等基本锁中的三角形平均边长为15～20km，测角中误差为 ±1.2‫；ײ‬二等补充网中三角形平均边长为13km，测角中误差为 ±2.5‫。ײ‬
3、三、四等三角网布设方案 • 三、四等三角网在一、二等控制网的基础上布设，边长短、密度 大，以满足测图和施工需要。 • 三、四等三角网一般以“插网”方式布设，即以若干个高等级点 为框架，在其间布设加密网，如下图所示。 • 布设加密网时，可逐级加密，也可越级加密。
• 当所需加密点较少时，也可采用插点的形式。
二、布设原则
• 国家水平控制网的布建是一项十分庞大的工程（历时20多年）， 因此必须遵循一定的原则。 1、分级布设、逐级控制 • 测量工作的原则之一是“精度上从高级到低级”。 • 国家网从一等到四等逐级进行控制，精度逐级降低，边长逐级缩 短，密度逐级增大。 2、应有足够的精度 • 等级不同，精度不同。各等级观测成果必须达到《国家三角测量 和精密导线测量规范》中规定的精度指标。主要内容见下表。
§2－2 建立工程水平控制网的基本原理
• 一等三角锁大致沿经线和纬线布设成纵横交叉的三角锁系，锁段 长200～250km，构成许多锁环。 • 锁段由近于等边的单三角形组成。三角形边长为20～25km（平 原、山区不同），测角中误差小于±0.7‫。ײ‬ • 在锁段的交叉处均设置一条起算边。 • 起算边的长度用基线测量的方法测定（铟钢尺丈量）；在两端测 定天文经纬度和天文方位角，观测精度非常高。经、纬度及天文 方位角的测定中误差分别为±0.02 ‫ 、 ײ‬±0.3 ‫ײ‬和±0.5 ‫ײ‬
• 工程水平控制网通常须与国家控制网联结（或相联系）， 即以两个或两个以上的国家控制点作为起算点。工程水 平控制网的最高等级为二等。 • 工程水平控制网根据用途不同又可分为测图控制网和专 用（施工、监测）控制网。 • 工程水平控制网的建立属于控制测量学的范畴。 • 本章先介绍国家水平控制网和工程水平控制网的布设方 案和原则，然后介绍工程水平控制网技术设计书的编制 以及选点、埋石方法。 • 教材第三、四节的内容将在课程设计中介绍。
• 导线的形式：附合导线、闭合导线、支导线和导线网。
• 导线网是由若干条附合导线和闭合导线构成的网状图形。 • 导线网包括：一个节点的导线网、两个以上节点的导线 网和两个以上闭合环所组成的导线网等，如下图所示。
• 跟三角网比较，导线网的主要优点是点间通视条件容易 满足，布设灵活、方便。在林区和城市建成区，导线的 优势尤为明显。导线测量是现代控制测量的主要形式。 • 运用导线测量形式的前提条件是必须有光电测距仪或全 站仪。