第五章 大地测量的基本技术与方法(1)

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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
[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。
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
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. 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。
（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。
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. 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
1）网形：大地四边形，中点多边形，三角锁及其组合网形。
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
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
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″。
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
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；