《鄭州大學工程測量第6章控制測量.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《鄭州大學工程測量第6章控制測量.ppt（48頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

鄭州大學土木工程學院宋建學,1,第六章小地區(qū)控制測量,宋建學教授鄭州大學土木工程學院施工教研室主任鄭州大學土木工程學院測量實驗室主任2008-1,鄭州大學土木工程學院宋建學,2,第6章小地區(qū)控制測量（4學時）內容：各級控制網(wǎng)的概念和原理，導線控制網(wǎng)的建立，三、四等水準測量程序，全站儀三角高程測量。理解：各級控制網(wǎng)的概念和原理熟悉：全站儀三角高程測量的方法掌握：導線測量的外業(yè)和內業(yè)，四等水準測量程序和數(shù)據(jù)處理方法。,鄭州大學土木工程學院宋建學,3,6.1概述,在工程測量中，為了限制誤差的傳播范圍，滿足測定和測設的精度要求，也為了使分區(qū)的測量能夠拼接成整體或使整體的工程能夠分區(qū)放樣，就必須遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則，先在測區(qū)內選定一些對整體測量具有控制作用的點（稱為控制點），并依此建立控制網(wǎng)。用較精密的儀器和方法測定各控制點的平面位置和高程，然后根據(jù)控制網(wǎng)進行碎部測定和測設。,鄭州大學土木工程學院宋建學,4,平面控制網(wǎng)示意圖,高程控制網(wǎng)示意圖,鄭州大學土木工程學院宋建學,5,水平角觀測是三角測量的關鍵性工作，除此之外，還要選擇一些三角形的邊作為起始邊，測量其長度和方位角。起始邊的長度過去用基線尺丈量，20世紀50年代后改用電磁波測距儀直接測量。起始邊的方位角用天文測量方法測定。從一個起始點和起始邊出發(fā)，利用觀測的角度值和邊長，逐一推算各邊的長度和方位角，再進一步推算各三角形頂點在大地坐標系中的水平位置。,建立國家平面控制網(wǎng)，主要采用三角測量的方法。三角測量(triangulationsurvey)就是在地面上布設一系列連續(xù)三角形，采用測角及量邊的方式測定各三角形頂點水平位置的方法，于1617年由荷蘭W.斯涅耳首創(chuàng)。,鄭州大學土木工程學院宋建學,6,三角測量的特點是測角工作量大，而量邊工作量小，適用于通視條件好但地形復雜，測距不便的環(huán)境。一等三角鎖是國家平面控制網(wǎng)的骨干。二等三角網(wǎng)布設于一等三角鎖環(huán)內，是國家平面控制網(wǎng)的全面基礎。三、四等三角網(wǎng)為二等三角網(wǎng)的進一步加密。,一等水準網(wǎng)是國家高程控制網(wǎng)的骨干。二等水準網(wǎng)布設于一等水準環(huán)內，是國家高程控制網(wǎng)的全面基礎。三、四等水準網(wǎng)為國家高程控制網(wǎng)的進一步加密。建立國家高程控制網(wǎng)，采用精密水準測量方法。,鄭州大學土木工程學院宋建學,7,6.2導線測量,6.2.1、導線網(wǎng),將測區(qū)內相鄰控制點連成折線從而構成的線路，稱為導線(traverse)。這些控制點，稱為導線點。導線測量就是依次測定各導線邊的長度和各轉折角值，根據(jù)起算數(shù)據(jù)，推算各邊的坐標方位角，從而求出各導線點的坐標。,用經(jīng)緯儀測量轉折角，用鋼尺測定邊長的導線，稱為經(jīng)緯儀導線，若用光電測距儀測定導線邊長，則稱為電磁波測距導線。不同類型的導線，其精度控制指標不同。,鄭州大學土木工程學院宋建學,8,（1）、閉合導線,起訖于同一已知點的導線，稱為閉合導線。導線從已知高級控制點B和已知方向AB出發(fā)，經(jīng)過1、2、3、4點，最后仍回到起點B，形成一閉合多邊形。構建閉合導線是因為它本身存在著嚴密的幾何條件，具有檢核功能。,,導線測量是建立小地區(qū)平面控制網(wǎng)慣用的方法，特別適用于城市范圍內地物分布較復雜的建筑區(qū)、視線障礙較多的隱蔽區(qū)和帶狀地區(qū)等。根據(jù)測區(qū)的不同情況和要求，導線可布設成下列三種形式：,（1）、閉合導線;（2）、附合導線;（3）、支導線,鄭州大學土木工程學院宋建學,9,（2）、附合導線,布設在兩已知點間的導線，稱為附合導線。如圖所示，導線從一高級控制點A和已知方向BA出發(fā)，經(jīng)過1、2，3、4點，最后附合到另一已知高級控制點C和已知方向CD。此種布設形式，也具有檢核觀測成果的作用。,鄭州大學土木工程學院宋建學,10,（3）、支導線,由一已知點和一已知方向出發(fā)，既不能附合到另一已知點和方向，也不便回到起始點的導線稱為支導線。因支導線缺乏檢核條件，故其邊數(shù)不應超過4條。,用導線測量方法建立小地區(qū)平面控制網(wǎng)，通常分為一級導線、二級導線、三級導線和圖根導線等幾個等級。導線測量的主要技術要求見表,鄭州大學土木工程學院宋建學,11,6.2.2、導線測量外業(yè)工作,導線測量的外業(yè)工作包括：踏勘選點及建立標志，量邊，測角和連測等。,選點前，應調查搜集測區(qū)已有地形圖和高一級的控制點成果資料，把控制點展繪在地形圖上，然后在地形圖上擬定導線的布設方案，最后到野外去踏勘，實地核對，修改、落實點位和建立標志。如果測區(qū)沒有地形圖資料，則需詳細踏勘現(xiàn)場，根據(jù)已知控制點的分布、測區(qū)地形條件及測圖和施工需要等具體情況，合理選定導線點的位置。,（1）、踏勘選點及建立標志,鄭州大學土木工程學院宋建學,12,實地選點時，應注意下列幾點：,(a)、相鄰點間通視良好，地勢較平坦，便于測角和量距；(b)、點位應選在土質堅實處，便于保存標志和安置儀器；(c)、視野開闊，便于施測碎部；(d)、導線各邊的長度應大致相等，除特殊情形外，應不大于350m，平均邊長符合“主要技術要求表”的規(guī)定。(e)、導線點應有足夠密度，分布均勻，能控制整個測區(qū)。,導線點選定后，要在每一個點位上打一大木樁，其周圍澆灌一圈混凝土，樁頂釘一小釘，作為臨時性標志。若導線點需要保存較長時間，就要埋設混凝土樁，樁頂刻“十”字，作為永久性標志。導線點應統(tǒng)一編號。為了便于尋找，應量出導線點與附近固定而明顯的地物點的距離，繪一草圖，注明尺寸，稱為點之記（nodedescription）。,鄭州大學土木工程學院宋建學,13,（2）、量邊,導線邊長可用光電測距儀測定，測量時要同時觀測豎直角，供傾斜改正之用。若用鋼尺丈量，鋼尺必須經(jīng)過檢定。對于一、二、三級導線，應按鋼尺量距的精密方法進行丈量。對于圖根導線，可用一般方法往返丈量，當尺長改正數(shù)大于1/10000時，應加尺長改正；量距時平均尺溫與檢定時溫度相差10℃時，應進行溫度改正，尺面傾斜大于2%時，應進行傾斜改正。取其往返丈量的平均值作為成果，并要求較差率不大于1／4000。,（3）、測角,對于閉合導線，用測回法施測導線內角；對于附合導線，測量導線左折角。不同等級的導線的測角技術要求見有關表格。,鄭州大學土木工程學院宋建學,14,（4）、連測,導線與高級控制點連接，必須觀測連接角和連接邊，作為傳遞坐標方位角和坐標之用，此項工作稱為連測。如果附近無高級控制點，則應用儀器施測導線起始邊的方位角，并假定起始點的坐標作為起算數(shù)據(jù)。,參照第三、四章角度和距離測量的記錄格式，做好導線測量的外業(yè)記錄，并要妥善保存。,鄭州大學土木工程學院宋建學,15,6.2.3、導線測量的內業(yè)計算,導線測量內業(yè)計算的目的就是計算各導線點的坐標。,計算之前，應全面檢查導線測量外業(yè)記錄，數(shù)據(jù)是否齊全，有無記錯、算錯，成果是否符合精度要求，起算數(shù)據(jù)是否準確。然后繪制導線略圖，把各項數(shù)據(jù)注于圖上相應位置。,（1）、內業(yè)計算中數(shù)字取位的要求,內業(yè)計算中數(shù)字的取位，對于一級及以下的導線，角值取至秒，邊長及坐標均取至毫米(mm)。,鄭州大學土木工程學院宋建學,16,（2）、閉合導線坐標計算,現(xiàn)以下圖中的實測數(shù)據(jù)為例，說明閉合導線坐標計算的步驟。,【例題6.2.1】已知1點坐標為（831.584m，521.744m），坐標方位角α12=9214′30″，角度及邊長測量結果見圖。,,鄭州大學土木工程學院宋建學,17,(a)、準備工作,將校核過的外業(yè)觀測數(shù)據(jù)及起算數(shù)據(jù)填入“閉合導線坐標計算表”中，起算數(shù)據(jù)用雙下劃線標明。,(b)、角度閉合差的計算與調整,n邊形閉合導線內角和的理論值為,,由于觀測角不可避免地存在著誤差，導致產(chǎn)生角度閉合差,,各級導線角度閉合差的容許值見導線測量主要技術要求表。若角度閉合差超過限值，則說明所測角度不符合要求，應重新檢測角度。若fβ不超過限值，可將閉合差反符號平均分配到各觀測角中。改正后的內角和應與理論值相等。,鄭州大學土木工程學院宋建學,18,鄭州大學土木工程學院宋建學,19,(c)、推算各邊的坐標方位角,根據(jù)起始邊已知坐標方位角及改正后的導線轉折角，按下列公式推算其它各導線邊的坐標方位角,,閉合導線各邊坐標方位角的推算，從已知起始邊開始，逐邊進行，最后推算出起始邊坐標方位角，它應與原有的已知坐標方位角值相等，否則應重新檢查計算。,鄭州大學土木工程學院宋建學,20,(d)、坐標增量計算及其閉合差調整,(Ⅰ)、坐標增量的計算,如圖，設點1點坐標（x1，y2）、1—2邊的坐標方位角α12為已知；邊長D12也已測得，則點2的坐標為,,,,坐標增量計算,本例按上面公式計算，將結果填入“閉合導線坐標計算表”的對應位置。,鄭州大學土木工程學院宋建學,21,(Ⅱ)坐標增量的閉合差及其調整,對于閉合導線來說，其縱、橫坐標增量代數(shù)和的理論值應為零。實際上，由于量邊的誤差和角度閉合差調整后的殘余誤差，使得縱、橫坐標增量代數(shù)和不等于零，這就是縱、橫坐標增量的閉合差,由于fx和fy的存在，使得導線不能閉合，起點實際位置與推算位置之間的距離稱為導線全長閉合差，用下式計算,僅從fD的大小還不能顯示導線測量的精度，應當將fD與導線全長ΣD相比，以分子為1的分數(shù)來表示導線全長相對閉合差，即,鄭州大學土木工程學院宋建學,22,不同等級導線全長相對閉合差的容許值已列入表中。若K不超過限值，則說明符合精度要求，可以進行調整，即將fx和fy反其符號，按與邊長成正比分配到各邊的縱、橫坐標增量中去。以vxi、vyi分別表示第i邊的縱、橫坐標增量改正數(shù)，見下式：,改正后縱、橫坐標增量的代數(shù)和均應為零，即,利用上式可以作為計算校核的依據(jù)。,鄭州大學土木工程學院宋建學,23,（e）、導線點坐標計算,根據(jù)起點的已知坐標及改正后的增量值，可以依次用下式推算各導線點的坐標：,,,對于閉合導線，其起點和終點是同一個已知點，即導線的起算坐標與終致坐標應完全相等，這可以作為閉合導線校核的一個條件。,例題中的全部計算見“閉合導坐標計算表”。,鄭州大學土木工程學院宋建學,24,鄭州大學土木工程學院宋建學,25,（3）、附合導線坐標計算,根據(jù)起點的已知坐標及改正后的增量值，可以依次用下式推算各導線點的坐標：,（a）、角度閉合差的計算,設角度閉合差為fβ,,如每個導線轉折角的改正數(shù)為v，則有,當導線轉折角β為左角時，,,當導線轉折角β為右角時，,,式中，n為實測導線轉折角的個數(shù)。,鄭州大學土木工程學院宋建學,26,（b）、坐標增量閉合差的計算,按附合導線的要求，各邊坐標增量代數(shù)和應等于終、始兩點的已知坐標值之差，即,,,,則坐標增量閉合差按下式計算,附合導線的導線全長閉合差、全長相對閉合差和容許相對閉合差的計算，以及坐標測量閉合差的調整，與閉合導線相同。,鄭州大學土木工程學院宋建學,27,6.3三、四等水準測量,三、四等水準測量除用于國家高程控制網(wǎng)的加密外，還用于建立小地區(qū)首級高程控制網(wǎng)，以及建筑施工區(qū)內工程測量及變形觀測的基本控制。三、四等水準點的高程應從附近的一、二等水準點引測。獨立測區(qū)可采用閉合水準路線。三、四等水準點應選在土質堅硬、便于長期保存和使用的地方，并應埋設水準標石(參閱有關規(guī)范條文)，亦可利用埋石的平面控制點作為水準點。,圖根水準測量是用于測定圖根點的高程，直接為工程測定和測設提供高程基準的。因為圖根測量的精度低于四等水準測量，故又稱為等外水準測量。,鄭州大學土木工程學院宋建學,28,鄭州大學土木工程學院宋建學,29,6.3.1、三、四等水準測量的施測方法,三、四等水準測量的觀測應在通視良好、成像清晰穩(wěn)定的情況下進行。下面介紹雙面尺法的觀測程序。,（1）每一測站的觀測順序,后視水準尺黑面，使圓水準器氣泡居中，讀取下、上絲讀數(shù)(1)和(2)，轉動微傾螺旋，使符合水準氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)(3)。,前視水準尺黑面，讀取下、上絲讀數(shù)(4)和(5)，轉動微傾螺旋，使符合水準氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)(6)。,鄭州大學土木工程學院宋建學,30,鄭州大學土木工程學院宋建學,31,前視水準尺紅面，轉動微傾螺旋，使符合水準氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)(7)；,后視水準尺紅面，轉動微傾螺旋，使符合水準氣泡居中，讀取中絲讀數(shù)(8)。以上(1)、(2)、……、(8)表示觀測與記錄的順序，這樣的觀測順序簡稱為“后一前一前一后”，其優(yōu)點是可以有效地減弱儀器下沉誤差的影響。四等水準測量每站觀測順序也可為“后一后一前一前”，以提高工作效率。,鄭州大學土木工程學院宋建學,32,(a)、視距計算,后視距離：(9)=〔(1)-(2)〕100,前視距離：(10)=〔(4)-(5)〕100,前、后視距差(11)=(9)-(10)，三等水準測量不得超過3m；四等水準測量不得超過5m。,前、后視距累積差(12)=上站之(12)+本站之(11)，三等水準測量不得超過6m；四等水準測量，不得超過10m。,鄭州大學土木工程學院宋建學,33,鄭州大學土木工程學院宋建學,34,(b)、同一水準尺紅、黑面中絲讀數(shù)的檢核,同一水準尺紅、黑面中絲讀數(shù)之差，應等于該尺紅、黑面的常數(shù)差K(4.687m或4.787m)。紅、黑面中絲讀數(shù)差按下式計算,(13)=(6)+K-(7)(14)=(3)+K-(8),(13)，(14)的大小，三等水準測量不得超過2mm；四等水準測量，不得超過3mm。,鄭州大學土木工程學院宋建學,35,(c)、計算黑面、紅面的高差(15)、(16),(15)=(3)-(6)(16)=(8)-(7),(17)=(15)-(16)0.100=(14)-(13)，可以用來檢核測量成果。三等水準測量(17)不得超過3mm；四等水準測量(17)不得超過5mm。,(d)、計算平均高差(18),,鄭州大學土木工程學院宋建學,36,（3）、每頁記錄的計算校核,（a）、高差部分,當測站數(shù)為偶數(shù)時,,當測站數(shù)為奇數(shù)時,鄭州大學土木工程學院宋建學,37,(b)、視距部分,后視距總和減前視距總和應等于末站視距累積差。即：,,校核無誤后，算出總視距,,（4）、成果計算計算方法參見第二章水準測量有關內容。,鄭州大學土木工程學院宋建學,38,6.4全站儀三角高程測量,三角高程測量原理,鄭州大學土木工程學院宋建學,39,（1）、單向觀測,,式中，—A、B兩點間的斜長；—棱鏡照準點的豎直角；C—地球曲率的影響值，；—大氣折光的影響值，；R—地球半徑；—折光曲線的曲率半徑。,,,,,鄭州大學土木工程學院宋建學,40,,,將以上各參數(shù)代入式中，得,,,,上式是單向觀測計算高差的基本公式。,鄭州大學土木工程學院宋建學,41,（2）、對向觀測,對向觀測是將全站儀置于A點觀測B點，測取高差；再將儀器置于B點觀測A點，測取高差；然后取兩高差絕對值的中數(shù)作為觀測結果。由式(I)可知，由A點觀測B的高差為：,,由B點觀測A的高差為,式中：SAB,αAB,iA,vB—全站儀在A點時測得的斜長、豎直角、儀器高和棱鏡高；SBA,αBA,iB,vA—全站儀在B點時測得的斜長、豎直角、儀器高和棱鏡高。,鄭州大學土木工程學院宋建學,42,由于對向觀測一般是在相同的大氣條件下進行的，故可近似認為地球曲率及大氣折光改正系數(shù)e在兩式是中相同的，即eAB=eBA，于是可以近似取,將往、返高差取平均得,,上式是對向觀測計算高差的基本公式。從式中可以看出，對向觀測可以消除地球曲率和大氣折光的影響，因此，精確的三角高程測量應采用對向觀測。,鄭州大學土木工程學院宋建學,43,6.4.2、大氣折光系數(shù),提高三角高程測量精度的最大障礙是大氣折光問題。由于大氣折光受所在地區(qū)的高程、地形條件、氣象、季節(jié)、時間、地面覆蓋物以及光線離地面高度等等諸多因素的影響，要精確確定光線經(jīng)過時的折光系數(shù)是難以做到的。因此，工程測量中，通常是根據(jù)所在地區(qū)的觀測條件取一個平均的K值來計算高差。目前的研究資料表明，K值在晴朗的白天取0.13~0.15；陰天白天和夜間取0.16~0.20；晴朗的夜間取0.26~0.30為宜。由于大氣折光對三角高程測量的精度影響極大，因此對精密高程測量來說，一方面應實地測出適合該地區(qū)情況的K值；另一方面，在實際測量中應采取適當?shù)氖y方案，如對向觀測、選擇有利時間段觀測、以短視線傳遞高程等。,鄭州大學土木工程學院宋建學,44,6.4.3、誤差分析,全站儀三角高程測量誤差來源主要有以下四個方面。（1）、測距誤差的影響全站儀測距中誤差mD對高差的影響與豎直角α的大小有關，但理論計算和實踐表明，這種影響通常很小。,常用的全站儀測距精度不低于（5+5ppm．s）mm，由于測距精度很高，因此測距誤差對高程測量的影響很小。,鄭州大學土木工程學院宋建學,45,（2）、測角誤差的影響,測角誤差包括觀測誤差、儀器誤差及外界條件影響。目前全站儀豎盤指標設有自動歸零補償裝置，從而提高了測角精度。分析表明，豎直角觀測中誤差mα對高差的影響隨邊長的增長而增大，這項影響比測距誤差的影響要大得多。為了減小這項影響，一是邊長不要太長，一般不能超過1km；二是增加豎直角的測回數(shù)，提高測角精度，使mα在2″之內。對于相當于J2級的全站儀，一測回方向中誤差為2″，則一測回豎直角的中誤差亦為2″。若觀測豎直角2測回，可使mα在1.5″之內，因而適當增加測回數(shù)可以減少測角誤差對高差的影響。,鄭州大學土木工程學院宋建學,46,（3）、大氣折光的影響,大氣折光影響主要決定于空氣的密度。空氣密度在一日內從早到晚不停地變化著。一般認為早、晚變化較大，中午比較穩(wěn)定，陰天與夜間空氣的密度亦較穩(wěn)定，所以折光系數(shù)是個變數(shù)，通常采用其平均值來計算大氣折光的影響，故計算中采用的系數(shù)值是有誤差的。當全站儀采用對向觀測而且又在盡可能短的時間完成，則大氣折光系數(shù)的變化是相當小的。這種情況下，對向觀測可以大幅度削弱大氣折光的影響。但實際上無論采用何種措施，大氣折光系數(shù)不可能完全一樣。,鄭州大學土木工程學院宋建學,47,（4）、量高誤差,儀器高i一般容易精確測量，而目標高v在有些情況下不易測量，而量高誤差對高程的影響是直接的。作業(yè)時量儀器高i和棱鏡高v各兩次并精確到1mm，然后取平均值，可以使mi=mv=2mm。對于單向半測回觀測，一般多采用桿棱鏡，讀取桿棱鏡高本身就有2mm的誤差，而立桿棱鏡時桿身傾斜是常有的。假設棱鏡桿傾斜3，棱鏡桿的高度為2m，將會使棱鏡的實際高比量得的高減小3mm，這項誤差將直接進入高差測量結果中。,鄭州大學土木工程學院宋建學,48,本章結束,