控制测量学ppt课件第十九讲.ppt

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1、1控制测量学控制测量学第六章第六章平面控制测量平面控制测量2控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分一、国家水平控制网一、国家水平控制网的布设原则和方案的布设原则和方案二、工程测量水平控制网二、工程测量水平控制网的布设原则和方案的布设原则和方案三、设计工程平面控制网的精度估算三、设计工程平面控制网的精度估算四四、工程水平控制网优化设计、工程水平控制网优化设计五五、导线、导线测量测量的精度估算的精度估算和分析和分析3控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分1 1 三角测量法三角测量法1）网形）网形 6.1.1 水平控制网的布设形式水平控制网的布设形式优点：图形简单、精度高、多余优

2、点：图形简单、精度高、多余观测量多、便于计算。观测量多、便于计算。缺点：布网困难大缺点：布网困难大6.1 国家水平控制网国家水平控制网的布设原则和方案的布设原则和方案4控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分6）起算数据和推算元素）起算数据和推算元素 已知边长已知边长 ，坐标方位角，坐标方位角 和坐标（和坐标（x，y），统称为起），统称为起算数据。三角点上观测的水平角（或方向）、三角形边长、坐算数据。三角点上观测的水平角（或方向）、三角形边长、坐标方位角和三角点的坐标统称为三角测量的推算元素。标方位角和三角点的坐标统称为三角测量的推算元素。2, 1s2, 16.1.1 水平控制网的布设

3、形式水平控制网的布设形式n 3）工程测量中三角网起算数据的获得n起算边长 利用国家三角网边长作为起算边长。n 可采用电磁波测距仪直接测量三角网某一边或某些边的边长作为起算边长。n起算坐标 利用国家三角网传递坐标。否则可在一个三角点上用天文测量方法测定其经纬度，再换算成高斯平面直角坐标，作为起算坐标。保密工程或小测区也可采用假设坐标系统。 起算方位角起算方位角 由已有网传递方位角。否则，可用天文测量方法测定某天文方位由已有网传递方位角。否则，可用天文测量方法测定某天文方位角再把它换算为角再把它换算为 起算方位角。在特殊情况下也可用陀螺经纬仪测定起算方位角。起算方位角。在特殊情况下也可用陀螺经纬仪

4、测定起算方位角。5控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分 独立网与非独立网独立网与非独立网 当三角网中只有必要的一套起算数据（例如一条起当三角网中只有必要的一套起算数据（例如一条起算边，一个起算方位角和一个起算点的坐标）时，这种网称为算边，一个起算方位角和一个起算点的坐标）时，这种网称为独立网独立网。如果。如果三角网中具有多于必要的一套起算数据时，则这种网称为三角网中具有多于必要的一套起算数据时，则这种网称为非独立网非独立网。（a）称为中点多边形，是三角网中常用的一种典型图形。）称为中点多边形，是三角网中常用的一种典型图形。（b）这种三角网的起算数据多于一套，属于非独立网，又称为附合

5、网。）这种三角网的起算数据多于一套，属于非独立网，又称为附合网。6.1.1 水平控制网的布设形式水平控制网的布设形式6控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分 导线网包括单一导线和具有一个或多个结点的导线网。网中导线网包括单一导线和具有一个或多个结点的导线网。网中的观测值是角度（或方向）和边长。独立导线网的起算数据是：的观测值是角度（或方向）和边长。独立导线网的起算数据是：一个起算点的坐标和一个方向的方位角。一个起算点的坐标和一个方向的方位角。 导线网与三角网相比，导线网与三角网相比，主要优点主要优点在于：在于：网中各点上的方向数较少，除结点外只有两个方向，因而受通网中各点上的方向数较

6、少，除结点外只有两个方向，因而受通视要求的限制较小，易于选点和降低觇标高度，甚至无须造标。视要求的限制较小，易于选点和降低觇标高度，甚至无须造标。导线网的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时改变。导线网的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时改变。网中的边长都是直接测定的，因此边长的精度较均匀。网中的边长都是直接测定的，因此边长的精度较均匀。 导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。 6.6.导线网导线网导线网的缺点主要是导线网的缺点主要是：导线网中的多余观测数较同样规模的三角网要少，有时不易发导线网中的多余观测数较同样规模的三角网要少

7、，有时不易发现观测值中的粗差，因而可靠性不高。现观测值中的粗差，因而可靠性不高。6.1.1 水平控制网的布设形式水平控制网的布设形式7控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分 3. 3. 边角网和三边网边角网和三边网 边角网是指测角又测边（或部分边长）的以三角形为基本边角网是指测角又测边（或部分边长）的以三角形为基本图形的网。如果只测边而不测角即为三边网。图形的网。如果只测边而不测角即为三边网。6.1.1 水平控制网的布设形式水平控制网的布设形式8控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分4. GPS控制网控制网 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

8、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。6.1.1 水平控制网的布设形式水平控制网的布设形式9控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分 国家三角网的精度应满足大比例尺测图的要求，即要求首级图根点相对于起算三角点的点位中误差，在图上不大于0.1mm，相对于地面点的点位中误差则不超过 0.1Nmm（N为比例尺分母）。相邻国家三角点的点位中误差小于1/3* 0.1Nmm。 4.应有统一的规格 6.1.6 建立国家水平大地控制网的原则建立国家水平大地控制网的原则10控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分6

9、.1.3 国家水平大地控制网布设方案n1）一等三角锁国家控制网的基础和骨干 沿经纬线方向布设成纵横交叉的网状图形；在交叉处设置起算边；用拉普拉斯方位角；两起算边之间锁长约600km，约由1617个三角形组成，平均边长山区约65km，平原约60km；测角中误差小于0.7。()sinAL 11控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分6）二等三角锁（网）国家三角网的全面基础地形测图的基本控制 布设方案： 60世纪60年代前：在一等锁环内，先沿经纬线纵横交叉布设二等基本锁（平均边长约1560km，测角中误差小于1.6），二等补充网（平均边长约为13km，测角中误差小于6.5）。 60世纪60年

10、代后：二等网以全面三角网的形式布设在一等锁环内，四周与一等锁衔接。其平均边长约为13km，测角中误差小于1.0。 6.1.3 国家水平大地控制网布设方案12控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分3）三、四等三角网 三等网的平均边长约为8 km，测角中误差为1.8。四等网的平均边长为约为66km，测角中误差为6.5。插网法插网法插点插点6.1.3 国家水平大地控制网布设方案13控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分4）国家三角锁（网）的布设规格及其精度6.1.3 国家水平大地控制网布设方案14控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分5、我国天文大地网基本情况简介： 1

11、）利用常规测量技术建立的国家大地测量控制网： 我国统一的国家大地控制网的布设工作开始于60世纪50年代初，60年代末基本完成，历时60多年。共布设一等三角锁401条，锁长7.3万km。一等导线点316个，导线环总长约1万km。1986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，311198个方向观测值，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。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

12、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。15控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分6）利用现代测量技术建立的国家大地测量控制网：（1）全国GPS A、B级网： 1996年6-9月我国由多家单位合作，在全国范围内组织了一次盛况空前的“中国96 GPS会战”，目的是在全国范围内确定精确的地心坐标，建立起我国新一代的地心参考框架及其与国家坐标系的转换参数； 从1991年开始，经过5年在国家A级网的基础上建立了国家 B级网（又称国家高精度GPS网）。全网基本均匀布点，覆盖全国，共布测730个点左右，总独立基线数6600多条，经整体平差后，点位地心坐标精

13、度达0.1m，GPS基线边长相对中误差可达 6.010e-8，高程分量相对中误差为3.010e-8。（6）全国GPS一、二级网：由军测部门建立，主要为军事服务。 （3）中国地壳运动观测网络： “中国地壳运动观测网络 是以全球卫星定位系统(GPS)观测技术为主，辅之已有的甚长基线射电干涉测量(VLBI)和人卫测距(SLR)等空间技术，结合精密重力和精密水准测量构成的大范围、高精度、高时空分辨率的地壳运动观测网络。 网络的科学目标以地震预测预报为主，本科学工程由中国地震局牵头，总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共同承担。国家静态投资总额人民币13500万元 16控制测量学控制测量学2022年6月6

14、日7时26分（4）6000国家国家GPS大地控制网大地控制网n“6000国家国家GPS控制网控制网”由国家测绘局布设的高精由国家测绘局布设的高精度度GPS A、B级网级网,总参测绘局布设的总参测绘局布设的GPS 一、二级一、二级网，中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家网，中国地震局、总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共建的中国地壳运动观测网组成。该控制网测绘局共建的中国地壳运动观测网组成。该控制网整合了上述三个大型的、有重要影响力的整合了上述三个大型的、有重要影响力的GPS观测观测网的成果，共网的成果，共6609个点。通过联合处理将其归于一个点。通过联合处理将其归于一个坐标参考框架，形成了

15、紧密的联系体系，可满足个坐标参考框架，形成了紧密的联系体系，可满足现代测量技术对地心坐标的需求，同时为建立我国现代测量技术对地心坐标的需求，同时为建立我国新一代的地心坐标系统打下了坚实的基础。新一代的地心坐标系统打下了坚实的基础。17控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分6.2 工程测量水平控制网工程测量水平控制网的布设原则和方案6.2.1 工程控制网的分类： 1.测图控制网 6.施工控制网 3.变形观测专用控制网6.2.6 布设原则： 1 分级布网，逐级控制 6 应有足够的精度 3 应有足够的密度 4 应有有统一的规格 18控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分1.1.分

16、级布网、逐级控制分级布网、逐级控制 通常布设首级控制网，随后再加密若干级较低精度的控制网。 用于工程建筑物放样的专用控制网，往往分二级布设。 用于变形观测或其他专门用途的控制网，通常无须分级。 6.6.要有足够的精度要有足够的精度 以工测控制网为例，一般要求最低一级控制网（四等网）的点位中误差能满足大比例尺1:500的测图要求。相当于地面上的点位精度为0.1500=5（cm）。 对于国家控制网而言，尽管观测精度很高，但由于边长比工测控制网长得多，待定点与起始点相距较远，因而点位中误差远大于工测控制网。 6.2.1 工程测量水平控制网布设原则工程测量水平控制网布设原则19控制测量学控制测量学20

17、22年6月6日7时26分3.3.要有足够的密度要有足够的密度 城市测量规范中对于城市三角网平均边长的规定列于下表中。 等级等级平均边长（平均边长（kmkm）测角中误差（测角中误差（）起算边相对中误差起算边相对中误差最弱边相对中误差最弱边相对中误差二等二等9 91.01.01/300 0001/300 0001/160 0001/160 000三等三等5 51.81.81/600 000(1/600 000(首级）首级）1/160 000(1/160 000(加密）加密）1/80 0001/80 000四等四等6 66.56.51/160 0001/160 000（首级）（首级）1/80 000

18、(1/80 000(加密）加密）1/45 0001/45 000一级小三角一级小三角二级小三角二级小三角1 10.50.55 510101/40 0001/40 0001/60 0001/60 0001/60 0001/60 0001/10 0001/10 0006.2.1 工程测量水平控制网布设原则工程测量水平控制网布设原则4.4.要有统一的规格要有统一的规格 为了使不同的工测部门施测的控制网能够互相利用、互相协调，也应制定统一的规范，如现行的城市测量规范和工程测量规范。20控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分1.1.三角网的布设方案三角网的布设方案 工测三角网具有如下的特点：各

19、等级三角网平均边长较相应等级的国家网边长显著地缩短；三角网的等级较多；各等级控制网均可作为测区的首级控制。三、四等三角网起算边相对中误差，按首级网和加密网分别对待。6.2.2 工程测量水平控制网布设方案工程测量水平控制网布设方案等级等级平均边长（平均边长（kmkm）测角中误差（测角中误差（）起算边相对中误差起算边相对中误差最弱边相对中误差最弱边相对中误差二等二等9 91.01.01/300 0001/300 0001/160 0001/160 000三等三等5 51.81.81/600 000(1/600 000(首级）首级）1/160 000(1/160 000(加密）加密）1/80 000

20、1/80 000四等四等6 66.56.51/160 0001/160 000（首级）（首级）1/80 000(1/80 000(加密）加密）1/45 0001/45 000一级小三角一级小三角二级小三角二级小三角1 10.50.55 510101/40 0001/40 0001/60 0001/60 0001/60 0001/60 0001/10 0001/10 00021控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分6.导线网的布设方案 如下表。电磁波测距导线的主要技术要求 等级等级附合导线长附合导线长度度（kmkm）平均边长平均边长（m m）每边测距中误每边测距中误差差（mmmm）测角

21、中误差测角中误差（）导线全长相对导线全长相对闭合差闭合差三等三等四等四等一级一级二级二级三级三级15103.66.41.53 0001 60030060016018181515151.56.558161/60 0001/40 0001/14 0001/10 0001/6 000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。6.2.2工程测量水平控制网布设方案工程测量水平控制网布设方案22控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分srmms23控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分4任意边角网:加测部分边

22、的三角网或加测部分方向的三边网加测直接连接最弱点和已知点的导线线路即可加测直接连接最弱点和已知点的导线线路即可1) 测角网加测部分边长测角网加测部分边长: 24控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分2）测边网加测部分角度）测边网加测部分角度: 加测的角度宜位于连接最弱点和已知点的最近的导线线路上加测的角度宜位于连接最弱点和已知点的最近的导线线路上25控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分结论：独立网在网形一定的情况下：点位误差同观测量的种类和它们在网中的分布有关，此外还同边、方向观测权的匹配有关；网的纵向误差主要由测边的误差引起，而横向误差主要由测角的误差引起。26控制测量

23、学控制测量学2022年6月6日7时26分6.4工程平面控制网优化设计n工程控制网优化设计的作用工程控制网优化设计的作用,是使所求解的控制网的是使所求解的控制网的图形和观测纲要在图形和观测纲要在高精度、高可靠性及低成本意义意义上为最优。上为最优。 6.4.1 控制网优化的概念及任务控制网优化的概念及任务27控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分n根据作业的过程,通常将施工控制网的优化设计划分为四个阶段,即:零类设计、一类设计、二类设计和三类设计。 零类设计是控制网参考系或基准的设计问题,它包括数据处理的方法和坐标系的选择,不同用途的控制网选择不同的数据处理方法。 一类设计是控制网的网形

24、设计问题,是在预定测量精度的前提下,确定最佳的点位概略坐标和联系方式。控制点的设计位置,主要受工程的需要及地形和设备条件的制约,有些因素目前还很难用数学的方式表示。而控制网的图形(即控制点之间的联系方式)对网的图形强度影响较大,它是一类设计的主要研究内容。 二类设计是控制网在图形固定的前提下,寻求最佳的精度配置,它是控制网优化设计的热点问题。 三类设计则是对已有控制网的改善,它一般要包含零类、一类和二类设计。28控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分 工程控制网的优化设计一般分为四类，各类设计的含义列于工程控制网的优化设计一般分为四类，各类设计的含义列于下表：上述分类只是从概念上去理

25、解，网的设计不一定完全下表：上述分类只是从概念上去理解，网的设计不一定完全按此思路，常常是几类设计同步进行。按此思路，常常是几类设计同步进行。lAxV29控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分 精度准则 可靠性准则 灵敏度准则 费用准则6.4.2工程控制网的质量准则工程控制网的质量准则 30控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分总体精度准则总体精度准则1 精度准则精度准则31控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分n方差准则（方差准则（A准则）准则）nD准则准则nE准则准则32控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分n定义：定义：n控制网发现（或探测）观测值

26、粗差的能力（称内部可靠性）控制网发现（或探测）观测值粗差的能力（称内部可靠性）和抵抗观测值粗差对平差结果影响的能力（称外部可靠和抵抗观测值粗差对平差结果影响的能力（称外部可靠性）。性）。n提高实现质量的办法提高实现质量的办法 n对网进行第二次独立观测（复测）对网进行第二次独立观测（复测）n布网时事先考虑用独立的附加观测值来控制网的结构（较布网时事先考虑用独立的附加观测值来控制网的结构（较常用）常用）2 可靠性准则可靠性准则33控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分n内部可靠性的特点：内部可靠性的特点：n1 1）0 ri10 ri1n2 2）观测值的内部可靠性与其精度成反比。）观测值的

27、内部可靠性与其精度成反比。n 对于一个确定的网和设计方案，观测值的精度愈高，对于一个确定的网和设计方案，观测值的精度愈高，则其可靠性愈低，愈不可靠；观测值的精度愈低，愈可靠。则其可靠性愈低，愈不可靠；观测值的精度愈低，愈可靠。n3 3）多余观测数愈大，网的可靠性愈高，建网费用也愈高。）多余观测数愈大，网的可靠性愈高，建网费用也愈高。n4 4）对于独立网来说，观测值的内部可靠性是与基准的位）对于独立网来说，观测值的内部可靠性是与基准的位置无关的不变量。置无关的不变量。n5 5）一个好的控制网，观测值的多余观测分量应大于）一个好的控制网，观测值的多余观测分量应大于0.30.3。2 可靠性准则可靠性

28、准则34控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分n 对变形监测网，定义为在给显著水平和检验对变形监测网，定义为在给显著水平和检验功效下，周期平差结果统计检验时，能发现位移功效下，周期平差结果统计检验时，能发现位移向量的下界值。灵敏度是一个相对概念，即对于向量的下界值。灵敏度是一个相对概念，即对于不同的变形向量具有不同的下界值。不同的变形向量具有不同的下界值。3 灵敏度准则灵敏度准则35控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分n控制网的费用一般包括用于设计、造标埋石、交通运输、仪器设控制网的费用一般包括用于设计、造标埋石、交通运输、仪器设备购置、观测、计算、检查等各项费用。备购置

29、、观测、计算、检查等各项费用。n网的设计有两个原则：网的设计有两个原则：最大原则（费用一定，网的质量最好）最大原则（费用一定，网的质量最好）最小原则（质量满足要求，费用最小）最小原则（质量满足要求，费用最小）n控制网的费用标准一般可用下式表示控制网的费用标准一般可用下式表示n S=CPS=CPn式中式中C C称为费用系数称为费用系数, ,它是目前优化设计中最难确定的参数它是目前优化设计中最难确定的参数, ,。P P为为观测值的权，较难确定。观测值的权，较难确定。n据统计，网的测量费用对于网的计算费用相比，后者不到据统计，网的测量费用对于网的计算费用相比，后者不到8 8。通过优化设计，增加微不足

30、道的设计计算费用，可显著降低测量通过优化设计，增加微不足道的设计计算费用，可显著降低测量费用。费用。n不难理解，精度愈高，观测值的权愈大，则建网费用愈高；同样，不难理解，精度愈高，观测值的权愈大，则建网费用愈高；同样，多余观测数愈多，网的可靠性提高，也要以增加费用为代价。多余观测数愈多，网的可靠性提高，也要以增加费用为代价。4费用准则费用准则36控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分 控制网最终的优化结果,是各个阶段优化设计的总和。因此,在各个阶段的优化设计上不必强求同时满足精度、可靠性和费用指标,而最后的优化设计结果中达到这三指标便可。37控制测量学控制测量学2022年6月6日7时

31、26分n网的优化设计是一个迭代求解过程网的优化设计是一个迭代求解过程, ,它包括以下内容：它包括以下内容：n提出设计任务；提出设计任务；n制定设计方案；制定设计方案；n进行方案评价；进行方案评价；n进行方案优化。进行方案优化。n网的优化设计方法有两种：网的优化设计方法有两种：n解析法：通过数学方程用最优化方法求解。解析法：通过数学方程用最优化方法求解。n模拟法：模拟法：根据经验和准则，通过计算比较、修改，得到最优方根据经验和准则，通过计算比较、修改，得到最优方案。案。6.4.3优化设计的方法优化设计的方法 38控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分n 模拟法优化设计过程：模拟法优化设

32、计过程：n设计网形、实地踏勘；设计网形、实地踏勘；n定初始方案，模拟观测值，网平差；定初始方案，模拟观测值，网平差；n观测修改；观测修改；n再作模拟计算，重复进行，直到满意。再作模拟计算，重复进行，直到满意。n人机交互方式进行。人机交互方式进行。6.4.3优化设计的方法优化设计的方法 39控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分n 基于可靠性的模拟优化设计法基于可靠性的模拟优化设计法 n要点和步骤：要点和步骤： n1）网的初始方案应对所有可能观测的边和方）网的初始方案应对所有可能观测的边和方 向进行全测，向进行全测，是一个是一个 “肥网肥网”或或“密网密网”。n2）观测值之间的精度相差

33、不要太大，边角间的精度应基本）观测值之间的精度相差不要太大，边角间的精度应基本匹配。匹配。 n3）观测精度应选取仪器所能达到的最高精度，使优化时有）观测精度应选取仪器所能达到的最高精度，使优化时有降低的余地。降低的余地。n4）模拟初始观测方案，进行平差计算，对精度、可靠性乃）模拟初始观测方案，进行平差计算，对精度、可靠性乃至灵敏度计算结果进行分析：观测精度是否合理，是否需至灵敏度计算结果进行分析：观测精度是否合理，是否需作调整，基于观测值内部可靠性指标按从作调整，基于观测值内部可靠性指标按从“肥肥”到到“瘦瘦”，从从“密密”到到“疏疏”的策略进行网的优化设计。的策略进行网的优化设计。nGPS网也可看作是全边角网，故模拟法优化设计方法同样可网也可看作是全边角网，故模拟法优化设计方法同样可以用于以用于GPS网。网。6.4.3优化设计的方法优化设计的方法 40控制测量学控制测量学2022年6月6日7时26分