第五章 大地测量的基本技术与方法(1)

[2] 网的图上设计 根据对上述资料进行分析的结果，按照有关规范的技术规定， 在中等比例尺图上确定控制点的位置和网的基本形式。 图上设计对点位的基本要求是： （1）从技术指标方面考虑 图形结构良好，边长适中，对于三角网传距角不小于30°；便 于扩展和加密低级网，点位要选在视野辽阔，展望良好的地方； 为减弱旁折光的影响，要求视线超越（或旁离）障碍物一定的距 离；点位要长期保存，宜选在土质坚硬，易于排水的高地上。 （2）从经济指标方面考虑 充分利用制高点和高建筑物等有利地形、地物，以便在不影响 观测精度的前提下，尽量降低觇标高度；充分利用旧点，以便节 省造标埋石费用，同时可避免在同一地方不同单位建造数座觇标 ，出现既浪费国家资财，又容易造成混乱的现象。
2. 导线测量：单导线，结点导线、导线网 导线网的形状由多边形组成，测定网的所有边长和角度。需要 一个其始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形没 有要求，但短边优先联测。
A B
F C D E
G
1）导线的元素 起算元素：已知点坐标(x0,y0)，已知方位角 观测元素：边长及角度 推算元素：方位角及坐标
GPS测量中，相邻点间弦长精度计算式为：
其中：σ —标准差， ㎜；a—固定误差，㎜；b—比例误差系数，ppm ；d—相邻点间距离，km。
3. 大地控制网应有一定的密度 国家三角网是测图的基本控制，故其密度应满足测图的要求。三角点 的密度，是指每幅图中包含有多少个控制点。
GPS网点的密度要求：
4. 大地控制网应有统一的技术规格和要求 按照国家制定的相关《测量规范》进行作业。
上海港GPS扩展网网图
2 甚长基线干涉测量（VLBI） 甚长基线干涉测量系统是在甚长基线的两端(相距几千公里)， 用射电望远镜，接收银河系或银河系以外的类星体发出的无线电辐 射信号，通过信号对比，根据干涉原理，直接确定基线长度和方向 的一种空间技术。长度的相对精度可优于10-6，对测定射电源的空 间位置，可达0.001”，由于其定位的精度高，可在研究地球的极移 、地球自转速率的短周期变化、地球固体潮、大地板块运动的相对 速率和方向中得到广泛的应用。
第五章 大地测量的基本技术 与方法(1)
一、国家平面大地控制网建立的基本原理
（一）建立国家平面控制网的基本方法 1.1 常规大地测量法 1 三角测量法：测角网、测边网、边角网 ＊测角网: 测定三个内角，推算控制点坐标。需要一个起始点坐标 ，一个起始边长、一个起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形有
4）我国天文大地网基本情况简介 我国疆域辽阔，地形复杂。除按上述方法布设大地网外，在特殊困 难地区采用了相应的方法，在青藏高原困难地区，采用相应精度的一 等精密导线代替一等三角锁；连接辽宁半岛和山东半岛的一等三角锁 ，布设了边长为113km的横跨渤海湾的大地四边形；卫星大地测量方 法联测了南海诸岛，使这些岛也纳入到统一的国家大地坐标系中。
② 技术设计的内容和方法 [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）。 （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。 对搜集到的上述资料进行分析，以确定网的布设形式，起始 数据如何获得，网的未来扩展等。 其次还应考虑网的坐标系投影带和投影面的选择。 此外还应考虑网的图形结构，旧有标志可否利用等问题。
2）坐标计算原理 根据起算元素（已知点坐标(x0,y0)，已知方位角）及观测元素 （边长及角度）的平差值，推算各导线边的方位角及各导线点 的坐标。 3）导线网的优缺点： 优点：布设灵活，受外界条件影响小，观测量少，费用相对较少 ，边长精度均匀。 缺点：结构简单，检核条件少，可靠性不高，控制面积不大
（三）国家平面大地控制网的布设方案
1. 常规大地测量方法布设国家三角网 1）一等三角锁系布设方案 一等三角锁系是国家平面控制网的骨干，其作用是在全国范围内迅 速建立一个统一坐标系的框架，为控制二等及以下各级三角网的建立 并为研究地球的形状和大小提供资料。 基本上是沿经纬线方向构成纵横交叉网状，采用三角锁（大地四边 形或中点多边形），锁段长一般为200km 。平均边长山区一般为25km ，平原一般为20km，测角中误差应＜±0.7″，三角形内角应≥40°。 起始边相对中误差优于1：35万。
观测对象：河外类星体 观测仪器：射电望远镜 观测量：射电源到同步观测的射电望远镜的时间差 解算量：同步观测的射电望远镜之间的坐标差等
射电望远镜
射电源电磁波
射电望远镜
（二）建立国家平面大地控制网的基本原则
1. 大地控制网应从高到低，分级布设、逐级控制 三角网：分一、二、三、四级，低一级三角网是在上一级的基础 上加密而成。 GPS网：分A、B、C、D、E五级，其中B、C、D、E相当于常规大地 测量的一、二、三、四级。
另一种是在高等级点间插人很多低等点，用短边三角网附合在高 等级点上，不要求高等级点与低等级点构成三角形。如图54(b)所示 。此种方法适用于大比例尺测图，要求控制点密度较大的情况。
② 插点法：插点法是在高等级三角网的一个或两个三角形内 插入一个或两个低等级的新点。插点法的图形种类较多，如图 5.7(a)所示,括入A点的图形是三角形内插一点的典型图形。而 插入B、C两点的图形是三角形内外各插一点的典型图形。 三等网的平均边长为8km，测角中误差应≤±1.8″；四等 网平均边长为2～6km，测角中误差应≤±2.5。 采用插网法(或插点法)布设三、四等网时，因故未联测的相 邻点间的距离(例如图的AB两点间的边)有限制，三等应大于5km ，四等应大于2km，否则必须联测。因为不联测的边，边长较短 时则边长的相对中误差较大，不能满足进一步加密的需要。
1.2 天文测量法 1. 通过对天体（恒星）的观测，测定地面点的位置（天文经度、 天文纬度、天文方位角），进一步计算大地经度、大地纬度、大 地方位角。 2.简单、误差不会累积、定位精度不高，不是大地测量的主要方 法，但需每隔一定距离测一点的天文经度、天文纬度、至另一点 天文方位角，用来控制水平角测量误差的累积。 1.3 现代定位新技术 1. GPS测量：已普遍应用 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。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（其中1点为三维空间坐标）。对网形没有要求，但短边优先联 测。
（3）从安全生产方面考虑 点位离公路、铁路和其他建筑物以及高压电线等应有一定的 距离。 图上设计的方法及主要步骤 图上设计宜在中比例尺地形图（根据测区大小，选用1：25 000～1 ：100 000地形图）上进行，其方法和步骤如下： a 展绘已知点； b 按上述对点位的基本要求，从已知点开始扩展； c 判断和检查点间的通视； d 估算控制网中各推算元素的精度； e 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： 技术设计书的内容包括： 1) 任务概述：任务来源、任务要求、作业依据等； 2) 测区概况； 3) 已有成果、资料分析（质量及可利用性）； 4) 采用的坐标系及起始数据； 5) 布网方案的说明及论证，包括作业依据、方法、技术规定、质 量保证措施和要求； 6) 计划的安排及经费预算：包括选点、埋石、野外观测方案，时 间安排，经费预算； 7) 平差计算方案，预期成果精度； 8) 提交的资料； 9) 各种设计图表。
2）二等三角锁、网布设方案 二等三角网既是地形测图的基本控制，又是加密三、四等三角网( 点)的基础，它和一等角锁网同属国家高级控制点。 在一等三角锁环内先布设纵横交叉二等基本锁，然后在每部分中布 设二等补充网，或直接在一等锁环内布满二等网。 二等基本网平均边长为15～20km，测角中误差应＜±1.2″；二 等补充网平均边长为13km，测角中误差应＜±2.5″。
3. 国家平面大地控制网的布设 主要工作：技术设计，实地选点，建造觇标，标石埋设，距离测 量，角度测量，平差计算。 1）技术设计 ① 技术设计的意义 控制测量的技术设计是关系全局的重要环节，技术设计书是使 控制网的布设既满足质量要求又做到经济合理的重要保障，是指 导生产的重要技术文件。 技术设计是根据工程建设对控制网的精度要求，结合测区的具 体情况，选择最佳布网方案（控制点的位置和网的基本形式）、 选择适当的作业方法和仪器、编制作业计划，解决作业生产的组 织和测量成果验收等一系列生产管理和技术管理问题。
要求，如三角形内角在30°~ 150°之间。
＊测边网：测定网的所有边长，推算控制点坐标。需要一个起始点 坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标。对网形有要求，如三边网 构成的三角形内角在30°~ 150°之间。 ＊边角网：测定网的所有边长和角度，或部分边长与角度，推算控 制点坐标。需要一个其始点坐标和起始方位角或已知两点以上的坐标 。对网形没有要求，但短边优先
3）三、四等三角网布设方案 为了控制大比例尺测图和工程建设需要。在一、二等锁网的基础 上，还需布设三、四等三角网。使其大地点的密度与测图比例尺相 适应，以便作为图根测量的基础。三、四等三角点的布设尽可能采 用插网的方法，也可采用插点法布设。 ① 插网法：所谓插网法就是在高等级三角网内，以高级点为基 础，布设次一等级的连续三角网，连续三角网的边长根据测图比 例尺对密度的要求而定，可按两种形式布设：一种是在高级网中( 双线表示)插人三、四等点，相邻三、四等点与高级点间联结起来 构成连续的三角网，如图54(a)所示。这适用于测图比例尺小。要 求控制点密度不大的情况；
2. 利用现代测量技术建立国家大地测量控制网 1）92中国GPS大会战 是一次全国性的精密GPS定位会战，完成了92GPS A级网的布设， 是国家高精密卫星大地网的骨架。建立了我国新一代地心参考框架。 2）96GPS A级网 对92 GPS A级网的改造，尽量增埋了新点。 3）国家高精度GPS B级网 在国家GPS A级网的控制下建立的，共有818个点。 4) 全国GPS一、二级网:军测部门建立 5) 中国地壳运动观测网络
2. 大地控制网应有足够的精度。 国家三角网的精度，应能满足大比例尺测图的要求。在测图中 ，要求首级图根点相对于起算三角点的点位误差，在图上应不 超过±0.1mm，相对于地面点的点位误差则不超过 ±0.1Nmm(N 为测图比例尺分母)。 为使国家三角点的误差对图点的影响可以忽略不计，应使相邻国 家三角点的点位误差小于(1/3) ×0.1Nmm。
1）网形：大地四边形，中点多边形，三角锁及其组合网形。
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中点多边形
大地四边形
三角锁
2）坐标计算原理 利用已知起算点坐标(x0,y0)，已知方位角，已知边长和观测元素 (角度，边长)的平差值，推算各边边长及方位角，然后计算坐标。
3）三角网的元素： ① 起算元素：已知坐标、边长、方位角 ② 观测元素： 测角网：所有观测的方向(角度) 测边网：所有观测的边长 边角网：所有观测的角度和边长 ③ 推算元素：利用已知元素和观测元素推的边长，方位角、坐 标。 4）优缺点： 优点：图形简单，结构强，几何条件多，便于检核，精度高。 缺点：易受外界影响，布设困难，费用相对较高，推算边离起 算边越远精度越低
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，历时20多年。共布设一等三角锁401条，一等三 角点6182个，构成121个一等锁环，锁长7.3万km。一等导线点312个 ，构成10个导线环，导线环总长约1万km。1982年完成了天文大地网 整体平差，网中包括一等三角锁系，二等三角网，部分三等网，共 48433个大地控制点，500条起始边和近1000个正反起始方位角的 311198的方向观测值，1404条导线测距观测值。平差结果表明：网中 离大地原点最远点的点位中误差为±0.9m，一等方向中误差为±0.46 秒。采用条件联系数法和附有条件的间接观测平差法两种方案独立进 行平差，两种方案平差后所得结果基本一致，坐标最大差为4.8cm。 这充分说明我国天文大地网的精度较高，结果可靠。