平面控制网的布设

第二章平面控制网的布设[本章提要]2.1平面控制网的布设原则和方案2.2平面控制网的技术设计2.3平面控制网的精度估算2.4平面控制网的选点、造标埋石[习题]2.1平面控制网的布设原则和布设方案2.1.1国家平面控制网的布设原则2.1.2国家平面控制网的布设方案2.1.3工程平面控制网的布设原则2.1.4工程平面控制网的布设方案2.1.1国家平面控制网的布设原则1.分级布网、逐级控制2.应有足够的精度3.应有足够的密度4.应有统一的规格2.1.2国家平面控制网布设方案4.国家三角锁、网的布设规格及其精度三角锁、网的布设规格及其精度见下表。表中所列推算元素的精度，是在最不利的情况下三角网应达到的最低精度。国家三角锁、网布设规格及其精度工测控制网可分为两种：一种是在各项工程建设的规划设计阶段，为测绘大比例尺地形图和房地产管理测量而建立的控制网，叫做测图控制网；另一种是为工程建筑物的施工放样或变形观测等专门用途而建立的控制网，我们称其为专用控制网。建立这两种控制网时亦应遵守下列布网原则。2.1.3工程平面控制网布设原则1.分级布网、逐级控制2.要有足够的精度3.要有足够的密度4.要有统一的规格1.导线网的布设方案2.1.4工程平面控制网布设方案电磁波测距导线的主要技术要求等级附合导线长度（km）平均边长（m）每边测距中误差（mm）测角中误差（″）导线全长相对闭合差三等四等一级二级三级15103.62.41.530001600300200120±18±18±15±15±15±1.5±2.5±5±8±121/600001/400001/140001/100001/6000电磁波测距导线共分5个等级，其中的三、四等导线与三、四等三角网属于同一个等级。这5个等级的导线均可作为某个测区的首级控制。2.GPS网的布设方案2.1.4工程平面控制网布设方案等级平均距离（km）a(mm)b(1×10-6)最弱边相对中误差二等9≤10≤21/120000三等5≤10≤51/80000四等2≤10≤101/45000一级1≤10≤101/20000二级＜1≤15≤201/10000GPS网的主要技术要求注：当边长小于200m时，边长中误差小于20mm。各等级GPS网相邻点间弦长精度式中σ——标准差（基线向量的弦长中误差mm）a——固定误差（mm）b——比例误差系数（1×10-6）d——相邻点间的距离（km）22bda＊4.边角网的布设方案＊5.测边网的布设方案2.1.4工程平面控制网布设方案现阶段主要采用GPS网结合电磁波测距导线网的布设方案。2.1.4工程平面控制网布设方案返回本节首页桥梁三角网对于桥轴线方向的精度要求应高于其他方向的精度，以利于提高桥墩放样的精度；隧道三角网则对垂直于直线隧道轴线方向的横向精度的要求高于其他方向的精度，以利于提高隧道贯通的精度；用于建设环形粒子加速器的专用控制网，其径向精度应高于其他方向的精度，以利于精确安装位于环形轨道上的磁块。专用控制网的布设特点专用控制网的用途非常明确，因此建网时应根据特定的要求进行控制网的技术设计。例如:2.2平面控制网的技术设计2.2.1技术设计的意义2.2.2技术设计的内容和方法2.2.1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。返回本节首页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。2.2.2技术设计的内容和方法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。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。2.2.2技术设计的内容和方法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，在中等比例尺图上以“下棋”的方法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，对于三角网求距角不小于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。（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。图上设计宜在中比例尺地形图（根据测区大小，选用1：25000～1：100000地形图）上进行，其方法和步骤如下：展绘已知点；按上述对点位的基本要求，从已知点开始扩展；判断和检查点间的通视；估算控制网中各推算元素的精度；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。2.2.2技术设计的内容和方法图上设计的方法及主要步骤3.编写技术设计书技术设计书应包括以下几方面的内容：（1）作业的目的及任务范围；（2）测区的自然、地理条件；（3）测区已有测量成果情况，标志保存情况，对已有成果的精度分析；（4）布网依据的规范，最佳方案的论证；（5）现场踏勘报告；（6）各种设计图表（包括人员组织、作业安排等）；（7）主管部门的审批意见。2.2.2技术设计的内容和方法2.3平面控制网的精度估算2.3.1精度估算的目的和方法2.3.2导线网的精度估算2.3.1精度估算的目的和方法精度估算的目的是推求控制网中边长、方位角或点位坐标等的中误差，它们都是观测量平差值的函数，统称为推算元素。1.公式估算法2.程序估算法目的方法可以看出：①平差后各边方位角的精度最大仅相差约0.3〞（当=16时）；②对于=12～16的导线，各边的的平均值近似等于测角中误差；③方位角精度的最强边当10时在导线中间，当10时在导线两端；④方位角精度的最弱边大约在距两端点1/5～1/4导线全长的边上，如下图所示。nnmnnm3）附合导线平差后中点的纵向中误差222222,214141LnmLnmtssZC4）附合导线平差后中点的横向中误差)1(192)42)(2(2,nnnnnsmuZC因导线全长为，所以上式还可写成Lns)1(192)42)(2(2,nnnnnLmuZC1.等边直伸导线的精度分析5）起始数据误差对附合导线平差后中点点位的影响起始数据误差对平差后的附合导线中点的纵、横误差也有影响，边长的误差对端点纵向中误差的影响为，则它对导线中点纵向误差产生的影响为ABZQmt21,至于起始方位角误差对中点产生的横向误差可以这样来理解：当从导线一端推算中点坐标时，产生的横向误差为mL222,LmuZQ而中点点位的平差值可以看做是从两端分别推算再取平均的结果。因而起始方位角误差对导线中点引起的横向误差为1.等边直伸导线的精度分析ABm附合导线平差后中点的点位中误差应为2,2,2,2,ZQZQZCZCZututM6）附合导线端点纵横向中误差与中点纵横向中误差的比例关系442124222,,nnnnuuZCDCZQDQZQDQZCDCZCDCuuttuutt,,,,,,,,4242返回本节首页1.等边直伸导线的精度分析计算支导线终点点位误差的公式35.1222222nLmLnmMs上式略去了起始数据误差的影响，其中。由此式可见若不考虑起始数据误差，则在一定测量精度和边长的情况下，支导线终点点位误差与导线全长有关。这种关系如用图解表示可以看得更清楚。以城市四等电磁波测距导线为例。设导线测量的精度为导线边长分别为500、1000、1500和2000m，导线总长为1～l0km，代入上式计算支导线终点点位误差M。,105mm126Dms,10265.2ms2.导线网的精度估算sLn将所得结果以L为横坐标，以为M纵坐标作图，如下图所示。由图可知，这些曲线都近似于直线，因此，在一定的测量精度与平均边长情况下，导线终点点位误差M大致与导线长度L成正比。设以长度L0为的导线终点点位误差M0作为单位权中误差，则长度为Li的导线终点点位的权Pi及其中误差Mi可按下列近似公式计算iiiiPMLMLLMM100002.导线网的精度估算式中，。所以式中，Li′是导线长Li以L0为单位时的长度。由上式可知，如果已知线路的权Pi，则可求出相应的单一线路长度Li′；反之如果已知线路长度Li′，则可求出相应的权Pi。现以下图所示的一级导线网为例，说明如何运用以上公式估算网中结点和最弱点的点位精度。图中A,B,C为已知点，N为结点。各线路长度如图所示。试估计结点N和最弱点W的点位中误差（不顾及起始数据误差影响）。0LLLii或iiPL121iiLP2.导线网的精度估算为了估计导线网中任意点的点位中误差，需设法将网化成单一导线，然后按加权平均的原理计算待估点的权，再设法求出单位权中误差，最后即可求出待估点的中误差。设以lkm长的一级导线的端点点位中误差为单位权中误差，则上图中各段线路的等权线路L′即为已知的线路长，所以4.1ANL1.1BNL0.1CNL相应的权为51.012ANANLP83.012BNBNLP00.112CNCNLP从线路BN和CN都可求得N点的坐标，如取其加权平均作为N点的坐标，则此坐标的权为83.100.183.0CNBNBCNPPP这个权值相应的虚拟等权线路长为)km(74.083.111BCNBCNPL2.导线网的精度估算这就相当于把BN，CN两条线路合并成一条等权的线路，其长度为LBCN′=0.74km,如55页图（b）中虚线所示。现在原导线网已成为一条单一导线A-BC，其等权线路长为)km(14.274.04.1BCNANBCALLL对于A-BC这条单一导线而言，其最弱点W应在导线中点，即距两端为处。现在来求N点和W点的权。N点的坐标可看做是从AN和BCN两条线路推算结果的加权平均，则N点的权为34.274.014.11112222BCNANBCNANNLLPPPW是导线的中点，其权应为线路AW的权的2倍，即75.107.1121222AWWLPkm07.12BCAL2.导线网的精度估算再来计算单位权中误差即长为lkm的一级导线端点的点位中误差。设导线的平均边长为s=200m，测距精度为Ms=±12mm，，，；则1000000/25m52001000nmm)(4035.15)105(212526221kmM于是结点M和最弱点N的点位中误差为)mm(2634.21401km1NNPMM)mm(3075.11401km1WWPMM2.导线网的精度估算用同样的方法可以估算多结点的导线网的精度。但是这种方法不能解决全部导线网的精度估算问题，例如带有闭合环的导线网等图形。对于其中几类特殊的网形，有人提出过其他的一些估算方法，然而要估算任意导线网的精度，如今只能用电子计算机进行。对于某些典型的导线网，人们已用上述等权代替法以及其他的一些方法进行了研究，其结论可作为设计导线网时的参考。2.导线网的精度估算返回本节首页在进行导线网的初步设计时，若某一级单导线的规定容许长度为L，