国家平面控制网建立的基本原理

3）三、四等三角网
目的：为了控制大比例尺地形测图和工程建设需要，在
一、二等锁网基础上，还需加密三、四等三角网。使大地点
的密度与测图比例尺相适应，以便作为图根测量的基础。
（1）三、四等插网
插（2）三、四等插点
三等网的平均边长为8km。由三角形闭合差计算的测角中 误差小于1.8″。
四等网的平均边长为2-6km。由三角形闭合差计算的测角 中误差小于2.5″.
5.1 国家平面大地控制网建立的基本原理
本节内容：
建立国家平面大地控制网方法； 建立国家平面大地控制网的基本原则； 国家平面大地控制网的布设方案； 大地控制网优化设计。
大地测量学的基本任务之一：
是在全国范围内建立高精度的大地测量控制网， 以精密确定地面点的位置。 地面点位置：坐标和高程。 控制网分为：平面控制网和高程控制网。
4）导线控制网
我国20世纪60年代青藏高原大部地区是采用导线法 布设稀疏的一、二等控制网的。
优点：布设灵活，推进迅速，易克服地形障碍等。 缺点：控制面积、检核条件以及控制方位角传算误差 时不如三角测量。
导线测量分为四个等级，一等沿主要交通干线布设， 二等导线布设在一等导线（或三角锁）环内；三、四 等是在一、二等导线网（或三角锁网）基础上进一步 加密。
优点：各点彼此独立观测，勿需点间通视，测量误差不会 积累。 缺点：精度不高，受天气影响大。 用途：在每隔一定距离的三角点上进行天文观测，以推求 大地方位角，控制水平角观测误差积累对推算方位角的影响。
3、现代定位新技术简介
1）GPS测量
全球定位系统 GPS(Global Positioning System)可为用户 提供精密的三维坐 标、三维速度和时 间信息。
GPS系统的应用领域相当广泛，可以进行海、空和 陆地的导航，导弹的制导，大地测量和工程测量的精 密定位，时间的传递和速度的测量等。
2）甚长基线干涉测量系统(VLBI)
甚长基线干涉测量 系统(VLBI)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， 直接测定基线长度和方 向的一种空间技术。
3、 国家平面大地控制网的布设
国家平面控制网布设包括以下工作：
技术设计，实地选点，建造觇标，标石埋设，外 业测量，平差计算等 。
1）技术设计
收集资料 ：测区地形、交通图、气象资料；已有大地测量成果；测区自 然、人文地理等。 实地踏勘 ：资料不足或缺乏了解，或发展变化等，需实地踏勘和调查。 图上设计 ：根据有关规范和技术要求，图上拟定控制点位置和网的图形 结构。 编写技术设计书 ：任务概述、测区概况、已有资料利用、实施方案、计 划安排和经费预作 为观测目标以及架设仪器的观测台。
觇标类型：
国家平面大地控制网
双锥标
寻常标
国家平面大地控制网
4）标石埋设
三角点的坐标，实际上指的就是标石中心的坐标。故标石 埋设和保存是一项重要工作。 标石：混凝土、花岗岩、青石或坚硬石料凿成。分盘式和 柱石两部分。 埋石结束，办理托管手续。
优点：完全自主式，点间也不要求通视；全天候， 只取决于汽车能否开动、飞机能否飞行。
缺点：相对测量，精度不高。
惯性导航
现代大地测量技术与方法特点是：
都是在一个全球的参考系中直接测定地面点的 三维坐标，从而建立一个三维大地控制网，解决 全球的大地测量问题，统一全球大地测量成果， 为国际间合作交流和资源共享提供有力条件。
2）二等三角锁、网布设方案
布设目的：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。与一等同属国家高级控制 点。
二等补充网(旧二网1958）
二等全面网（新二网1958后）
二等三角锁简介：
旧二网：它在一等锁环内先布设 纵横交叉的二等基本锁，将一等 锁分为四部分，然后再在每个部 分中布设二等补充网(两级布设）；
2、大地测量学的基本理论（地球椭球基本的理论,高斯 投影的基本理论，大地坐标系统的建立与坐标系统的转 换等）；
3、大地测量基本技术与方法（经典的、现代的）；
4、大地控制网的建立（包括国家大地控制网、工程控制 网。形式有三角网、导线网、高程网、GPS网等）；
5、大地测量数据处理（概算与平差计算）。
第5章 大地测量基本技术与方法
5.1.2 建立国家平面大地控制网的基本原则
国家平面大地控制网布设原则：
应分级布设、逐级控制； 大地控制网应有足够的精度 ； 大地控制网应有一定的密度 ； 大地控制网应有统一的技术规格和要求。
1）应分级布设、逐级控制：
2）大地控制网应有足够的精度 :
表5-1 不同比例尺测图对相邻三角点相对点位精度的要求
5）我国天文大地网基本情况简介
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，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：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″。
本章内容：
1、国家平面大地控制网建立的基本原理； 2、国家高程控制网建立的基本； 3、工程测量控制网建立的基本原理； 4、大地测量仪器； 5、电磁波在大气中传播； 6、精密测角仪器； 7、精密电磁波测距方法； 8、精密水准测量方法； 9、天文测量、重力测量、GPS测量方法； 10、大地测量数据处理数学模型、数据库简介。
5.1.3 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
布设目的：是国家平面控制网的骨干，作用是控制二等
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。
一等三角锁简介：
它一般沿经纬线方向布设。锁 系两个相邻交叉处之间的三角锁 称为锁段，图中AB-CD，CD-GH， AB-EF，EF-GH等即为四个锁段。 锁段的长度一般在200km左右。 由互相连接的纵横锁段构成锁环。 三角锁段的平均边长为25km（山 区），20km（平原）左右。三角 形内角不小于400 ，由三角形闭 合差计算的测角中误差小于 0.7″。
大地测量学基础
——大地测量基本技术与方法
大地测量学的定义:
是在一定“时间-空间”参考系统中，测量和描绘 地球及其他行星体的一门学科。
大地测量学是通过在广大的地面上建立大地控制网， 精确测定大地控制网点的坐标；研究测定地球形状、 大小和地球重力场的理论、技术与方法的学科。
技术任务: 确立地球参考坐标系并建立大地控制网， 为地形测图和工程测量提供基础控制。 科学任务: 测定地球形状、大小和重力场，提供地球 的数学模型，为地球及其相关科学服务。
二等锁段的平均边 长为15-20km。由三角 形闭合差计算的测角 中误差小于1.2″；补 充网平均边长为13km ， 测角中误差小于2.5″.
新二网（全面网）：在一等 锁环内直接布满二等网 。
二等网的平均边长为 13km。补充网平均边长 为13km ，测角中误差 小于1.0″.
为保证精度，需在网 中间加测起始边，其测 定精度要求同一等点。
2）导线测量法：
优点：布设灵活，容易克服地形障碍；导线测量只要求相邻 两点通视，故可降低觇标高度，造标费用少，且便于组织观 测；网内边长直接测量，边长精度均匀。 缺点：导线结构简单，没有三角网那样多的检核条件，不 易发现粗差，可靠性不高。 控制面积不如三角网大。 适用于地形困难，交通不便的地区。
3
每个三角点控制面 积/km2
150
三角网平均边 长/km
13
等级 二等
1:2.5万
2~3
50
8
三等
1:1万
1
20
2~6
四等
4）大地控制网应有统一的技术规格和要求：
制定统一的布设方案和作业规范，作为建立全国大地控制 网依据；
《大地测量法式》（1958）、《一、二、三、四等三角 测量细则》（1959）、《国家三角测量和精密导线测量规 范》（1974）、《全球定位系统（GPS)测量规范》 （1992）等。
2）实地选点 按照实地情况检查和落实图上设计，修改其中不
恰当或不完善的部分。
选点结束后提交以下资料：
选点图； 点之记； 选点工作技术总结（旧点利用、选点数量和质量、建标类 型及数量、对工作的建议等）。
3）建造觇标(传统大地测量法)
点位选好后，需要埋设带有中心标志的标石固定在 地面，以便长期保存。
1、常规大地测量法
1）三角测量法； 2）导线测量法； 3）三边测量及边角同测法。
1）三角测量法：
1、网形：三角形网状。 2、坐标计算原理：正弦原理、 坐标正反算。 3、三角网元素：起算元素、 观测元素、推算元素。
优点：图形简单，结构强，几何条件多，便于检核，网的 精度较高。 缺点：易受障碍物的影响，布设困难，增加了建标费用； 推算边长精度不均匀，距起始边越远边长精度越低。
国家大地控制网作用：
1、为地形测图提供精密控制。 限制测图误差积累，保证成图精度。 统一坐标系统，保证相邻图幅拼接。 提供点位的平面坐标，保证平面测图。
2、为研究地球形状、大小和其他科学问题提供资料。 3、为国防建设和空间技术提供资料 。
5.1.1 建立国家平面大地控制网的方法
三种方法：常规大地测量法、天文测量法、现代定位新技 术。
2、利用现代测量技术建立国家大地测量控制网
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）。
我国建立的几个全国性的GPS网如下：
1）EPOCH 92中国GPS大会战 （92A级网）； 2） 96 GPS A级网； 3）国家高精度GPS B级网； 4）全国GPS一、二级网 ； 5）中国地壳运动观测网络 。
测图比例尺
图根点对三角点的 点位中误差(m） 相邻三角点点位中
误差（m）
1：5万 5.0 1.7
1：2.5万 2.5 0.83
1：1万 1.0 0.33
1：5 千 0.5 0.17
1：2 千 0.2 0.07
3）大地控制网应有一定的密度 :
表5-2 对三角点的密度要求
测图比例尺 1:5万
每幅图要 求点数
大地测量学与普通测量学的区别:
大地测量学是在广大的地面上建立大地控制网，研 究测定地球形状、大小和地球重力场的理论、技术与 方法的学科。 普通测量学是研究地球表面较小区域内测绘工作的 基本理论、方法和应用的学科（测定点位、测绘地形 图、施工测量）。
大地测量学重点研究的内容如下：
1、大地测量基础知识（基准面和基准线，坐标系统和时 间系统，地球重力场等）；
5.1.4 大地控制网优化设计简介
最优化设计：就是根据施测部门的具体条件，考虑 各种因素，从控制网的几种可能的布设方案中选出一 条最优方案的工作，称为控制网的优化设计。
控制网设计的目标：指的是控制网应达到的质量标 准，它是设计的依据和目的，同时又是评定网的质量 的指标。
长度的相对 精度10-6，空间 位置可达 0.001″，由于 其定位的精度高， 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）惯性测量系统(INS)
惯性测量是利用惯性力学基本原理，在相距较远的 两点之间，对装有惯性测量系统的运动载体(汽车或直 升飞机)从一个已知点到另一个待定点的加速度，分别 沿三个正交的坐标轴方向进行两次积分，从而求定其 运动载体在三个坐标轴方向的坐标增量，进而求出待 定点的位置，它属于相对定位。
3）三边测量及边角同测法：
1
D2
D3
优点：边角同测网的精度最高。 缺点：相应工作量也较大。 在建立高精度的专用控制网(如精密的形变监测网)或不能选 择良好布设图形的地区可采用此法而获得较高的精度。
2、天文测量法
天文测量法：是在地面点上架设仪器，通过观测 天体(主要是恒星)并记录观测瞬间的时刻，来确定 地面点的地理位置，即天文经度、天文纬度和该点 至另一点的天文方位角。