大地測量控制網(wǎng)的建立

1、第三章 大地測量控制網(wǎng)的建立,一、大地測量控制網(wǎng)概述二、國家平面控制網(wǎng)的建立三、國家高程控制網(wǎng)的建立四、國家GPS網(wǎng)的建立五、工程控制網(wǎng)的建立,一、大地測量控制網(wǎng)概述,1、基本任務(wù)：確定大地測量系統(tǒng)建立大地測量框架,2、國家大地控制網(wǎng)的作用：為地形測圖提供精密控制為研究地球形狀、大小和其它學(xué)科提供資料,二、國家平面控制網(wǎng)的建立,1、布設(shè)原則：分級布網(wǎng)，逐級控制應(yīng)有足夠的精度應(yīng)有足夠的密度應(yīng)有有統(tǒng)一的規(guī)格,2、建

2、立方法,常規(guī)大地測量方法三角測量法（主）導(dǎo)線測量法三邊測量法邊角同測法天文測量法現(xiàn)代定位新技術(shù),1、常規(guī)大地測量法 三角測量法 1)網(wǎng)形,2)坐標(biāo)計(jì)算原理: 正弦定理3)三角網(wǎng)的元素:① 起算元素：已知的坐標(biāo)、邊長和已知的方位角.② 觀測元素：三角網(wǎng)中觀測的所有方向(或角度)。③ 推算元素：由起算元素和觀測元素的平差值推算的三角網(wǎng)中其他邊長、坐標(biāo)方位角和各點(diǎn)的坐標(biāo)。 優(yōu)點(diǎn)：圖形簡單，結(jié)構(gòu)強(qiáng)

3、，幾何條件多，便于檢核，網(wǎng)的精度較高。 缺點(diǎn)：易受障礙物的影響，布設(shè)困難，增加了建標(biāo)費(fèi)用；推算邊長精度不均勻，距起始邊越遠(yuǎn)邊長精度越低。,導(dǎo)線測量法: 優(yōu)點(diǎn)：布設(shè)靈活，容易克服地形障礙；導(dǎo)線測量只要求相鄰兩點(diǎn)通視，故可降低覘標(biāo)高度，造標(biāo)費(fèi)用少，且便于組織觀測；網(wǎng)內(nèi)邊長直接測量，邊長精度均勻。 缺點(diǎn)：導(dǎo)線結(jié)構(gòu)簡單，沒有三角網(wǎng)那樣多的檢核條件，不易發(fā)現(xiàn)粗差，可靠性不高。,三邊測量及邊角同測法

4、 邊角全測網(wǎng)的精度最高，相應(yīng)工作量也較大。在建立高精度的專用控制網(wǎng)(如精密的形變監(jiān)測網(wǎng))或不能選擇良好布設(shè)圖形的地區(qū)可采用此法而獲得較高的精度。,2、天文測量法 天文測量法是在地面點(diǎn)上架設(shè)儀器，通過觀測天體(主要是恒星)并記錄觀測瞬間的時刻，來確定地面點(diǎn)的地理位置，即天文經(jīng)度、天文緯度和該點(diǎn)至另一點(diǎn)的天文方位角。 優(yōu)點(diǎn)：各點(diǎn)彼此獨(dú)立觀測，也勿需點(diǎn)間通視，測量誤差不會積累。 缺點(diǎn)：精

5、度不高，受天氣影響大。 用途：在每隔一定距離的三角點(diǎn)上觀測天文來推求大地方位角，控制水平角觀測誤差積累對推算方位角的影響。,3、現(xiàn)代定位新技術(shù)簡介 GPS測量 全球定位系統(tǒng)GPS(Global Positioning System)可為各位用戶提供精密的三維坐標(biāo)、三維速度和時間信息。 GPS系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，可以進(jìn)行海、空和陸地的導(dǎo)航，導(dǎo)彈的制導(dǎo)，大地測量和工程測量的精密定位，時間

6、的傳遞和速度的測量等。,甚長基線干涉測量系統(tǒng)(VLBI) 甚長基線干涉測量系統(tǒng)(VLBI)是在甚長基線的兩端(相距幾千公里)，用射電望遠(yuǎn)鏡，接收銀河系或銀河系以外的類星體發(fā)出的無線電輻射信號，通過信號對比，根據(jù)干涉原理，直接測定基線長度和方向的一種空間技術(shù)。 長度的相對精度10-6，可達(dá)0.001″，由于其定位的精度高，在研究地球的極移、地球自轉(zhuǎn)速率的短周期變化、地球固體潮、大地板塊運(yùn)動的相對速率和方向中得到廣泛的應(yīng)用。

7、,慣性測量系統(tǒng)(INS) 慣性測量是利用慣性力學(xué)基本原理，在相距較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)之間，對裝有慣性測量系統(tǒng)的運(yùn)動載體(汽車或直升飛機(jī))從一個已知點(diǎn)到另一個待定點(diǎn)的加速度，分別沿三個正交的坐標(biāo)軸方向進(jìn)行兩次積分，從而求定其運(yùn)動載體在三個坐標(biāo)軸方向的坐標(biāo)增量，進(jìn)而求出待定點(diǎn)的位置，它屬于相對定位，其相對精度為(1~2)·10-5，測定的平面位置中誤差為±25cm左右。 優(yōu)點(diǎn)：完全自主式，點(diǎn)間也不要求通視；全天

8、候，只取決于汽車能否開動、飛機(jī)能否飛行。 缺點(diǎn)：相對測量，精度不高。,3、布設(shè)方案,1）一等三角鎖——國家控制網(wǎng)的基礎(chǔ)和骨干 沿經(jīng)緯線方向布設(shè)成縱橫交叉的網(wǎng)狀圖形；在交叉處設(shè)置起算邊；用拉普拉斯方位角；兩起算邊之間鎖長約200km，約由16~17個三角形組成，平均邊長山區(qū)約25km，平原約20km；測角中誤差小于±0.7″。,2）二等三角鎖（網(wǎng)）——國家三角網(wǎng)的全面基礎(chǔ)

9、 ——地形測圖的基本控制 布設(shè)方案： 20世紀(jì)60年代前：在一等鎖環(huán)內(nèi)，先沿經(jīng)緯線縱橫交叉布設(shè)二等基本鎖（平均邊長約15~20km，測角中誤差小于±1.2″），將一等鎖環(huán)分為大致相等的四個區(qū)域，然后在這四個區(qū)域中處再補(bǔ)充布設(shè)二等補(bǔ)充網(wǎng)（平均邊長約為13km，測角中誤差小于±2.5″）。 20世紀(jì)60年代后：二等網(wǎng)以全

10、面三角網(wǎng)的形式布設(shè)在一等鎖環(huán)內(nèi)，四周與一等鎖銜接。其平均邊長約為13km，測角中誤差小于±1.0″。,,,,,,3）三、四等三角網(wǎng) 為了測圖和各 種工程建設(shè)的需要，在一、二等三角網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用插網(wǎng)和插點(diǎn)的方法布設(shè)。三等網(wǎng)的平均邊長約為8 km，測角中誤差為±1.8″。四等網(wǎng)的平均邊長為約為2~6km，測角中誤差為±2.5″。,插網(wǎng)法,插點(diǎn)法,4 控制網(wǎng)的布設(shè) 包括以下工作

11、：技術(shù)設(shè)計(jì)，實(shí)地選點(diǎn)，建造覘標(biāo)，標(biāo)石埋設(shè)，外業(yè)測量，平差計(jì)算等 1）技術(shù)設(shè)計(jì) 收集資料 實(shí)地踏勘 圖上設(shè)計(jì) 編寫技術(shù)設(shè)計(jì)書 2）實(shí)地選點(diǎn)： 選點(diǎn)圖，點(diǎn)之記，選點(diǎn)工作技術(shù)總結(jié)。,3）建造覘標(biāo)(傳統(tǒng)大地測量法),尋常標(biāo),雙錐標(biāo),4）標(biāo)石埋設(shè) 大地點(diǎn)的坐標(biāo)，實(shí)際上指的就是標(biāo)石中心的坐標(biāo)。,三、

12、國家高程控制網(wǎng)的建立,國家高程控制網(wǎng)的布設(shè)原則 目的和任務(wù)有兩個： 1)建立統(tǒng)一的高程控制網(wǎng)，為地形測圖和各項(xiàng)建設(shè)提供必要的高程控制基礎(chǔ)； 2)為地殼垂直運(yùn)動、平均海面傾斜及其變化和大地水準(zhǔn)面形狀等地球科學(xué)研究提供精確的高程數(shù)據(jù)。 從高到低、逐級控制 一等水準(zhǔn)測量是國家高程控制網(wǎng)的骨干，同時也為相關(guān)地球科學(xué)研究提供高程數(shù)據(jù)；二等水準(zhǔn)測量是國家高程控制網(wǎng)的全面基礎(chǔ)；三、四等水準(zhǔn)測量是直接為地形測圖和其他工

13、程建設(shè)提供高程控制點(diǎn)。,水準(zhǔn)點(diǎn)滿足一定的密度,水準(zhǔn)測量達(dá)到足夠的精度 各等級水準(zhǔn)測量的精度，是用每公里高差中數(shù)的偶然中誤差 和每公里高差中數(shù)的全中誤差來表示的。 一等水準(zhǔn)網(wǎng)應(yīng)定期復(fù)測,國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)方案及精度我國的水準(zhǔn)測量分為四等，各等級水準(zhǔn)測量路線必須自行閉合或閉合于高等級的水準(zhǔn)路線上，與其構(gòu)成環(huán)形或附合路線，以便控制水準(zhǔn)測量系統(tǒng)誤差的積累和便于在高等級的水準(zhǔn)環(huán)中布設(shè)低等級的水準(zhǔn)路線。一等閉合環(huán)線周長

14、，在平原和丘陵地區(qū)為1 000～1 500km，一般山區(qū)為2 000km左右。二等閉合環(huán)線周長，在平原地區(qū)為500～750km,山區(qū)一般不超過1 000km。三、四等水準(zhǔn)用于加密，根據(jù)高等級水準(zhǔn)環(huán)的大小和實(shí)際需要布設(shè)，其中環(huán)線周長、附合路線長度和結(jié)點(diǎn)間路線長度，三等水準(zhǔn)分別為200km、150km和70km；四等分別為100km、80km和30km。,每公里高差中數(shù)偶然中誤差：,每公里高差中數(shù)的全中誤差：,水準(zhǔn)路線的設(shè)計(jì)、選點(diǎn)和埋石

15、1、 技術(shù)設(shè)計(jì) 技術(shù)設(shè)計(jì)是根據(jù)任務(wù)要求和測區(qū)情況，在小比例尺地圖上，擬定最合理的水準(zhǔn)網(wǎng)或水準(zhǔn)路線的布設(shè)方案。 一等水準(zhǔn)路線應(yīng)沿路面坡度平緩、交通不太繁忙的交通路線布設(shè)，二等水準(zhǔn)路線盡量沿公路、大河及河流布設(shè)，沿線交通較為方便。 水準(zhǔn)路線應(yīng)避開土質(zhì)松軟的地段和磁場甚強(qiáng)的地段，并應(yīng)盡量避免通過大的河流、湖泊、沼澤與峽谷等障礙物。,2、 選 點(diǎn) 圖上設(shè)計(jì)完成后，須進(jìn)行實(shí)地選線，其目的在于

16、使設(shè)計(jì)方案能符合實(shí)際情況，以確定切實(shí)可行的水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)點(diǎn)的具體位置。選定水準(zhǔn)點(diǎn)時，必須能保證點(diǎn)位地基穩(wěn)定、安全僻靜，并利于標(biāo)石長期保存與觀測使用。水準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)盡可能選在路線附近的機(jī)關(guān)、學(xué)校、公園內(nèi)。不宜在易于淹沒和土質(zhì)松軟的地域埋設(shè)水準(zhǔn)標(biāo)石，也不宜在易受震動和地勢隱蔽而不易觀測的地方埋石。 水準(zhǔn)點(diǎn)點(diǎn)位選定后，應(yīng)填繪點(diǎn)之記，繪制水準(zhǔn)路線圖及結(jié)點(diǎn)接測圖。,3 、埋 石 按用途區(qū)分，水準(zhǔn)標(biāo)石有基巖水準(zhǔn)標(biāo)石、基本水準(zhǔn)標(biāo)石和普通水

17、準(zhǔn)標(biāo)石三種類型。 各類水準(zhǔn)標(biāo)石的制作材料和埋設(shè)規(guī)格及其埋設(shè)方法等，在《國家一、二等水準(zhǔn)測量規(guī)范》都有具體的規(guī)定和說明。 水準(zhǔn)路線上的重力測量 因精密水準(zhǔn)測量成果需進(jìn)行重力異常改正，故在一、二等水準(zhǔn)路線沿線要進(jìn)行重力測量。,規(guī)范規(guī)定： 高程大于4 000m或水準(zhǔn)點(diǎn)間的平均高差為150～250m的地區(qū)，一、二等水準(zhǔn)路線上每個水準(zhǔn)點(diǎn)均應(yīng)測定重力。高差大于250m的測段，在地面傾斜變化處應(yīng)加測重力。 高程在1 50

18、0～4 000m或水準(zhǔn)點(diǎn)間的平均高差為50～150m的地區(qū)，一等水準(zhǔn)路線上重力點(diǎn)間平均距離應(yīng)小于11km；二等水準(zhǔn)路線上應(yīng)小于23km。 在我國西北、西南和東北邊境等有較大重力異常的地區(qū)，一等水準(zhǔn)路線上每個水準(zhǔn)點(diǎn)均應(yīng)測定重力。 在由青島水準(zhǔn)原點(diǎn)至國家大地原點(diǎn)的一等水準(zhǔn)路線上，應(yīng)逐點(diǎn)測定重力，以便精確求得大地原點(diǎn)的正常高。,我國國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)概況 我國國家水準(zhǔn)網(wǎng)的布設(shè)，按照布測目的、完成年代、采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和高程基準(zhǔn)等

19、，基本上可分為三期： 第一期主要是1976年以前完成的，以1956年黃海高程基準(zhǔn)起算的各等級水準(zhǔn)網(wǎng)； 第二期主要是1976年至1990年完成的，以“1985國家高程基準(zhǔn)”起算的國家一、二等水準(zhǔn)網(wǎng)； 第三期是1990年以后進(jìn)行的國家一等水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測和局部地區(qū)二等水準(zhǔn)網(wǎng)的復(fù)測，現(xiàn)已完成外業(yè)觀測和內(nèi)業(yè)平差計(jì)算工作，成果已提供使用。,用GPS技術(shù)建立的控制網(wǎng)就叫GPS網(wǎng)。GPS網(wǎng)分為A、B、C、D、E五個等級，其中A、B級網(wǎng)主要是指

20、全球或全國性的高精度的GPS網(wǎng)，C、D、E級網(wǎng)則主要指區(qū)域性的GPS網(wǎng)。,四、國家GPS網(wǎng)的建立,（1）全國GPS A、B級網(wǎng)： 1991年國際大地測量協(xié)會（IAG）決定在全球范圍內(nèi)建立一個IGS（國際GPS地球動力學(xué)服務(wù)）觀測網(wǎng)，并于1992年6-9月間實(shí)施了第一期會戰(zhàn)聯(lián)測，我國借此機(jī)會由多家單位合作，在全國范圍內(nèi)組織了一次盛況空前的“中國‘92 GPS會戰(zhàn)”，目的是在全國范圍內(nèi)確定精確的地心坐標(biāo)，建立起

21、我國新一代的地心參考框架及其與國家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)；以優(yōu)于 量級的相對精度確定站間基線向量，布設(shè)成國家高精度衛(wèi)星大地網(wǎng)的骨架，并奠定地殼運(yùn)動及地球動力學(xué)研究的基礎(chǔ)。 作為我國高精度坐標(biāo)框架的補(bǔ)充以及為滿足國家建設(shè)的需要，在國家A級網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立了國家 B級網(wǎng)（又稱國家高精度GPS網(wǎng)）。布測工作從1991年開始，經(jīng)過5年努力完成外業(yè)工作，內(nèi)業(yè)計(jì)算已基本完成，全網(wǎng)基本均勻布點(diǎn)，覆蓋全國，共布測730個點(diǎn)左右，總獨(dú)立基

22、線數(shù)2200多條，平均邊長在我國東部地區(qū)為50km，中部地區(qū)為 100km，西部地區(qū)為150km，經(jīng)整體平差后，點(diǎn)位地心坐標(biāo)精度達(dá)±0.1m，GPS基線邊長相對中誤差可達(dá) 2.0×10e-8，高程分量相對中誤差為3.0×10e-8。,（2）全國GPS一、二級網(wǎng)：由軍測部門建立，主要為軍事服務(wù)。 （3）中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)： “中國地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò) (CRUSTAL  MOVEMEN

23、T OBSERVATION NETWORK OF CHINA 縮寫為CMONOC)”是中國在1996—2000年第九個五年計(jì)劃期間實(shí)施的一項(xiàng)國家重大科學(xué)工程。是以全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)觀測技術(shù)為主，輔之已有的甚長基線射電干涉測量(VLBI)和人衛(wèi)測距(SLR)等空間技術(shù)，結(jié)合精密重力和精密水準(zhǔn)測量構(gòu)成的大范圍、高精度、高時空分辨率的地殼運(yùn)動觀測網(wǎng)絡(luò)。   網(wǎng)絡(luò)的科學(xué)目標(biāo)以地震預(yù)測預(yù)報為主，兼顧大地測

24、量和國防建設(shè)的需要，同時可服務(wù)于廣域差分GPS，氣象和星載干涉合成孔徑雷達(dá)等領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)是；高精度和高穩(wěn)定性的觀測技術(shù)、大信息量的獲取技術(shù)、快速準(zhǔn)實(shí)時的處理技術(shù)。 網(wǎng)絡(luò)由基準(zhǔn)網(wǎng)、基本網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸與分析處理系統(tǒng)四大部分組成?；鶞?zhǔn)網(wǎng)由25個GPS連續(xù)觀測站組成，具有絕對重力、相對重力、水準(zhǔn)等多種觀測手段，其中部分站具有包括VLBI和SLR等觀測技術(shù)手段，每個站配備衛(wèi)星通訊和有線通訊設(shè)備?；揪W(wǎng)由56個定期復(fù)

25、測的GPS站組成，西部大約兩年復(fù)測一次，東部大約四年一次。區(qū)域網(wǎng)由1000個不定期復(fù)測的GPS站組成，其中300個左右均勻布設(shè)，700個左右密集布設(shè)于斷裂帶及地震危險監(jiān)視區(qū)。數(shù)據(jù)傳輸與分析處理系統(tǒng)由一個數(shù)據(jù)中心和三個數(shù)據(jù)共享子系統(tǒng)組成，數(shù)據(jù)中心已建于國家防震減災(zāi)中心大樓中。 本科學(xué)工程由中國地震局牽頭，總參測繪局、中國科學(xué)院、國家測繪局共同承擔(dān)。國家靜態(tài)投資總額人民幣13500萬元,五、工程控制網(wǎng)的建立,工程測量控制網(wǎng)的分類測圖控制網(wǎng)

26、 施工控制網(wǎng) 變形觀測專用控制網(wǎng),工程水平控制網(wǎng)的布設(shè)原則和方案,布設(shè)原則：分級布網(wǎng)，逐級控制應(yīng)有足夠的精度應(yīng)有足夠的密度應(yīng)有有統(tǒng)一的規(guī)格城市測量規(guī)范工程測量規(guī)范精密工程測量規(guī)范全球定位系統(tǒng)城市測量技術(shù)規(guī)程,布設(shè)方案： 工程三角控制網(wǎng)的特點(diǎn)： a、平均邊長比國家三角網(wǎng)小的多。 b、三角網(wǎng)的等級多。 c、各等級控制網(wǎng)均可作為測區(qū)的首級控制網(wǎng)。

27、 d、三、四等三角網(wǎng)起算邊相對中誤差，按首級網(wǎng)和加密網(wǎng)分別對待。?專用控制網(wǎng)的布設(shè)特點(diǎn)：,橋梁三角網(wǎng)對于橋軸線方向的精度要求應(yīng)高于其他方向的精度，以利于提高橋墩放樣的精度；隧道三角網(wǎng)則對垂直于直線隧道軸線方向的橫向精度的要求高于其他方向的精度，以利于提高隧道貫通的精度；用于建設(shè)環(huán)形粒子加速器的專用控制網(wǎng)，其徑向精度應(yīng)高于其他方向的精度，以利于精確安裝位于環(huán)形軌道上的磁塊。,城市或工程GPS網(wǎng)的主要技術(shù)要求(注：當(dāng)邊長小于2

28、00m時，邊長中誤差應(yīng)小于20mm。),1、 水準(zhǔn)測量建立工程高程控制網(wǎng) 水準(zhǔn)測量是建立工程高程控制網(wǎng)的主要方法。城市和工程建設(shè)的水準(zhǔn)測量的實(shí)施，和國家等級水準(zhǔn)測量相似，其主要步驟一般是：水準(zhǔn)網(wǎng)圖上設(shè)計(jì)、選點(diǎn)、標(biāo)石埋設(shè)、外業(yè)觀測、平差計(jì)算和成果表的編制等內(nèi)容。 2 、三角高程測量建立工程高程控制網(wǎng) 高程導(dǎo)線各邊的高差測定宜采用對向觀測。需檢查如下限差： ① 由兩個單方向算得的高程不符值；② 由對向觀測所求得的高

29、差較差； ③ 由對向觀測所求得的高差中數(shù)，計(jì)算閉合環(huán)線或附合路線的高程閉合差。,工程高程控制網(wǎng)布設(shè),工程控制網(wǎng)的觀測與概算,技術(shù)設(shè)計(jì)收集資料 實(shí)地踏勘 圖上設(shè)計(jì) 上交資料 實(shí)地選點(diǎn)：選點(diǎn)圖點(diǎn)之記選點(diǎn)工作技術(shù)總結(jié)。,工程控制網(wǎng)精度估算,1、精度估算的目的和方法目的：推求控制網(wǎng)中邊長、方位角或點(diǎn)位坐標(biāo)等的中誤差。它們都是觀測量平差值的函數(shù)，統(tǒng)稱為推算元素。方法：1）公式估算法：此法是針對某一類網(wǎng)形導(dǎo)出計(jì)算某種推算元素

30、（通常是最弱邊邊長中誤差）的普遍公式。其理論基礎(chǔ)是最小二乘法中的條件分組平差法（烏爾瑪耶夫分組平差法）。 2）程序估算法：根據(jù)控制網(wǎng)略圖，利用已有程序在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行計(jì)算。其理論基礎(chǔ)為間接平差法。,2、程序估算法,起算數(shù)據(jù)（坐標(biāo)）量取觀測數(shù)據(jù)或程序估算法,,誤差方程式A，單位權(quán)中誤差，定權(quán)陣P,,組法方程式N,,求協(xié)因數(shù)Q,,列權(quán)函數(shù)式，并估算其精度,造標(biāo)與埋石,外業(yè)觀測水平角觀測距離測量三角高

31、程測量,工程控制網(wǎng)概算,概算的目的：①系統(tǒng)檢查和評價外業(yè)觀測成果的質(zhì)量；②將地面觀測成果化算到高斯平面上，為平差做好數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作；③計(jì)算各控制點(diǎn)的資用坐標(biāo)，為其它急需提供未經(jīng)平差的控制測量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。,概算的過程和主要內(nèi)容,概算的主要工作,1、三角形近似邊長計(jì)算,近似邊長計(jì)算計(jì)算到0.1m,2、觀測值化算至標(biāo)石中心的計(jì)算,3、近似坐標(biāo)計(jì)算,目的：為計(jì)算方向改化和距離改正，需計(jì)算各三角點(diǎn)的近似坐標(biāo)。,4、方向改正計(jì)算,將兩點(diǎn)間投影