04第4章_工程测量控制网

2020/1/151工程测量学第四章工程测量控制网2020/1/152主要内容和重难点主要内容工程测量控制网的种类工程测量控制网的基准工程测量控制网的布设工程控制网的质量准则工程测量控制网的优化设计工程测量控制网的数据处理几种典型的工程测量控制网工程测量控制网点的埋设2020/1/153主要内容和重难点重点工程测量控制网的准则工程测量控制网的布设方法和步骤地面三角形网和GNSS网的布设要点工程测量控制网的数据处理软件及使用难点工程测量控制网布设理论方法的现代发展和网质量评价2020/1/1544.1概述测量控制网定义由地面上一系列点（称测量控制点）构成，控制点之间由边长、方向、高差或GNSS基线等观测量连接并构成网型，点的空间位置可通过已知点的坐标及点之间的连接按一定方法计算得到。测量控制网分类国家测量控制网城市测量控制网全球测量控制网工程测量控制网2020/1/155全球测量控制网：是由国际组织在全球范围建立的大地测量参考框架。主要用于确定、研究地球的形状、大小及变化，确定和研究地球的极移、章动和板块运动等。国家测量控制网：是由各国测绘部门建立全国范围内统一地理坐标系统下的大地测量参考框架，提供平面和高程基准。国家控制网采用逐级加密方式布设，其特点是控制面积大，控制点间距离较长，点位的选择主要考虑点的密度、稳定性和网的图形。2020/1/156城市测量控制网：是由城市测绘主管单位建立的城市坐标系统。一般来说，大多数大、中、小城市的城市坐标系统都与国家坐标系相同，其城市控制网与国家控制网相连接。对于一些特大城市，一般要建立独自的城市平面坐标系，其目的在于减小或控制投影改正。城市高程坐标系统在国家高程基准下建立。2020/1/157工程测量控制网：是工程项目的空间位置参考框架，是针对某项具体工程建设测图、施工或管理的需要，在一定区域内布设的平面和高程控制网。对于大型工程建设，其工程控制网要与国家测量控制网连接，采用与国家坐标系相同的地球参考椭球，但中央子午线、投影高程面与国家坐标系的不尽相同。对于一些具体工程可采用独立坐标系，不要求与国家或城市测量控制网连接。2020/1/1584.2工程测量控制网的种类一维网（或称水准网、高程网）、二维网（或称平面网）、三维网三角网、导线网、混合网、方格网测角网、测边网、边角网、GNSS网约束网、经典自由网、自由网网点性质工程测量控制网附合网、独立网首级网、加密网、特殊网、专用网（如隧道控制网、建筑方格网、桥梁控制网等）测图控制网、施工测量控制网、变形监测网、安装测量控制网网形施测方法基准坐标系其他标准用途2020/1/159定义：测图控制网是为测图服务的测量控制网，其作用主要在于保证图上内容精度均匀、相邻图幅正确拼接和控制测量误差的累积。测图平面控制网：测图平面控制网的精度应能满足1：500比例尺测图精度要求；网的控制范围应比测区大一些，网点应尽量均匀，密度视测图比例尺而定；大型工程的测图控制网应与国家控制网联测，可采用挂靠的方法；对于小型或局部工程，可将首级测图控制网布设成独立网。4.2.1测图控制网2020/1/1510测图高程控制网：通常采用水准测量或电磁波测距三角高程（可代替三、四等水准测量）的方法建立。使用中应注意：应控制视线长度，斜距不宜太长（如大于1km）；宜采用中间设站法，设站的前后距离大致相等。选取有利时间进行观测，有条件时可用两台仪器作对向观测，否则应往返观测竖直角，往返测的时间间隔应尽量短。应精确量测仪器高、觇标高。2020/1/15114.2.2施工测量控制网定义：为工程施工建设服务的测量控制网称为施工测量控制网，它的作用在于为施工放样、施工期的变形测量、施工监理测量和竣工测量等提供统一的坐标系和基准。施工平面控制网特点：精度要求较测图控制网高。根据工程规模，可多级或两级布网，有些工程的次级网可能比首级网的精度高。2020/1/1512控制点使用频繁，受施工干扰大，点的密度较大，需要作定期复测。为了便于坐标计算和施工放样，控制网的坐标系与施工坐标系一致。为了不作投影改正和便于放样，投影面与工程的平均高程面一致。2020/1/1513施工高程控制网：通常按两级布设，即布满整个施工场地的基本高程控制网与根据各施工阶段放样需要而布设的加密网。首级高程控制网通常采用三等水准测量建立，加密则用四等水准测量。加密网点一般为临时水准点，布设在建筑物近旁的不同高度上，开始作为沉陷观测点使用，当浇筑混凝土块的沉陷基本停止后，则作为临时水准点使用。施工平面控制网和高程控制网通常单独布设。对于位于平坦地区的工程如工业厂区，平面控制点通常兼作高程控制点。2020/1/1514定义：为工程的安全、健康而布设的控制网称为变形监测网。既要保证施工期的安全，也要保证工程运营管理期的健康。4.2.3变形监测网平面变形监测网主要特点：变形监测网由参考点、工作基点和目标点组成。变形监测网必须进行周期性观测。变形监测网的精度要求很高，最好选用当时技术条件所能达到的最高精度。2020/1/1515高程变形监测网：对于高程的变形监测，有许多特点是相似的。高程基准点需要采用一二等水准作周期观测。高程的变形监测大多采用水准测量方法进行。除精度、可靠性外，还要顾及变形监测网的灵敏度。变形监测网一般采用基于监测体的坐标系统，该坐标系统的坐标轴与监测体的主轴线平行（或垂直），变形可通过目标点的坐标变化来反映的。2020/1/1516定义：为大型设备构件的安装定位而布设的控制网称安装测量控制网，又称微型大地控制网或大型计量控制网，主要是平面网。安装测量控制网特点：一般在土建工程施工后期布设，多在室内，也是工程竣工后设备变形监测及调整的依据。安装测量控制网的范围小，精度可达到很高。4.2.4安装测量控制网2020/1/1517点位的选择要考虑设备的位置、数量、建筑物的形状、特定方向的精度要求等；点的密度和位置能满足设备构件的安装定位。一般是先在总平面图上设计一个理论图形，然后将其测设到实地上去。通常是一种微型边角网，边长较短，从几米至一百多米，整个网由形状相同、大小相等的基本图形组成。对于直线型的建筑物，可布设成直伸形网；对于环形地下建筑物可布设成由大地四边形构成或由测高三角形构成的环型网；对于大型无线电天线，可布设成辐射状网。2020/1/1518定义：工程控制网的基准就是网平差求解未知点坐标时所给出的已知点数据，对网的位置、大小和方向进行约束，使平差有唯一解。4.3工程测量控制网的基准具有多余的已知数据。只有必要的已知数据。最小约束网（经典自由网）约束网没有已知数据，全部网点都是未知点。自由网（无约束网）工程测量控制网的基准2020/1/1519维数网型观测值类型基准秩亏基准参数1高程网高差11个平移2平面网边长和方位角2X和Y方向的2个平移边长或边长和水平方向32个平移，1个绕Z轴的旋转水平方向42个平移，1个旋转，1个缩放3三维网水平方向和天顶角53个平移，1个旋转，1个缩放边长63个平移，3个绕X、Y、Z轴的旋转在d=6时再加一个比例尺未知数73个平移，3个旋转，1个缩放工程控制网观测值、基准秩亏和基准参数的关系2020/1/1520工程测量控制网的布设和建立步骤：根据精度要求确定控制网的等级。确定布网图形和测量仪器。图上选点、实地踏勘、构网和作方案设计，进行网的模拟计算。埋石造标。外业观测。内业数据处理和提交成果。4.4工程测量控制网的布设2020/1/15214.4工程测量控制网的布设22122确定控制网精度的方法设为放样后点位总误差，、分别为控制点误差所引起的误差和放样过程中引起的点位误差12k21)211(112222kk22131101设，则有2020/1/1522几个定义：a.导线：指将控制点用直线连接起来形成的折线。b.导线点：控制点称为导线点，分已知点和未知点。c.导线边：相邻两点之间的折线称导线边。d.转折角：相邻两导线边之间的夹角称转折角。4.4.1导线的布设导线测量的实质：通过观测导线边和转折角，根据已知点的坐标计算未知点的平面坐标。2020/1/1523导线的分类按图形按等级闭合导线附合导线支导线三等导线四等导线一级导线二级导线三级导线图根导线导线的分类2020/1/1524导线的布设附合导线：指两端各有两个已知点，中间是未知点的导线。附合导线的优缺点：优点：简单、灵活、方便和应用广泛等优点，非常适合矿山巷道、地铁、隧道等地下工程和道路、水利、管线等线状工程，以及城市、森林等通视困难地区的控制测量。在GNSS技术广泛用于首级控制网情况下，适合用附合导线作加密控制。2020/1/1525缺点：附合导线的最大缺点是可靠性较差，不论有多少个未知导线点，其多余观测数都等于3。附合导线中的粗差不易被发现，粗差对平差结果的影响较大。严密平差的后验单位权中误差不能用来评定平差结果的精度。2020/1/1526附合导线的布设：附合导线应尽量布设成直伸形状，两相邻边长不宜相差过大，未知点点数不宜过多。改进的附合导线布设方案：沿附合导线在未知点附近增设新点(辅助点)，这些点可埋设也可不埋设标石，施测时，只在辅助点上安置棱镜，与导线一起观测而不需要设站；也可沿附合导线一侧或两侧布设辅助点，构成较坚强的网形。2020/1/1527边角网：指用地面测角测边仪器施测的、由三角形或多边形构成的三角形网和导线网，三角形网包括有重叠三角形的网。4.4.2边角网的布设单纯测角的三角形网已不再采用，单纯测边的三角形网也极少采用，一般都是布设成边角全测的三角形网。但是，按边角精度匹配和优化设计理论布设边全测、方向不全测的所谓不完全三角形网最好。2020/1/1528边角网都使用全站仪施测，有条件时，尽量用智能型测量机器人进行自动化观测。由于GNSS技术的应用，最长边将大大减小，已极少布设平均边长为8-13千米的边角网了。三角形网没有图形的限制，长短边可以相差很大，夹角也可以很小或接近180°。但在方向观测时，要注意长短边的调焦问题。导线网要有足够的闭合环和附合线路，一个多边形环的边不宜太多，如不宜超过6条。2020/1/1529GNSS网是最重要、最常用的网，是优先考虑的布网方案，特别是范围大、距离远、地面通视差的工程，都应首选GNSS网。4.4.3GNSS网的布设GNSS网也无图形的限制，长短边可以相差很大。点的布设主要是考虑工程需要、便于到达、易于保存、顶空条件好、多路径影响小以及电磁干扰小。在工程中，还需要考虑在将设站的网点上，至少有一个相邻点通视，以解决定向问题。GNSS网的施测应依据有关规范，对于特高精度的GNSS网，只要符合工程特点，满足工程需要，可以在规范的基础上提高一些。2020/1/15304.4.3GNSS网的布设2020/1/15314.4.3GNSS网的布设2020/1/1532工程中的水准网采用一、二、三、四等水准测量方法布设和施测，应统一到国家高程系，遵照相应的规范执行。4.4.4水准网的布设2020/1/1533精度准则网的总体精度4.5工程控制网的质量准则112212TTxxuTuussssss2020/1/1534qx1x1…qqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqqx1y1x1x2x1y2x1x3x1y3x1xpx1ypy1x1y1y1y1x2y1y2y1x3y1y3y1xpy1ypx2x1x2y1x2x2x2y2x2x3x2y3x2xpx2ypy2x1y2y1y2x2y2y2y2x3y2y3y2xpy2ypx3x1x3y1x3x2x3y2x3x3x3y3x3xpx3ypy3x1y3y1y3x2y3y2y3x3y3y3y3xpy3ypxpx1xpy1xpx2xpy2xpx3xpy3xpxpxpypypx1ypy1ypx2ypy2ypx3ypy3ypxpypyp…………………………………