第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.1工程控制網(wǎng)的作用和分類3.2工程控制網(wǎng)的基準3.3測圖控制網(wǎng)3.4施工控制網(wǎng)3.5控制點的埋石與標志3.6控制測量內(nèi)外業(yè)一體化3.1.1測量控制網(wǎng)的分類全球控制網(wǎng)國家控制網(wǎng)工程控制網(wǎng)3.1工程控制網(wǎng)的作用和分類由國際組織在全球范圍內(nèi)建立的大地測量參考框架，主要用于確定、研究地球的形狀、大小及運動變化，確定和研究地球的板塊運動等。提供全國范圍內(nèi)的統(tǒng)一地理坐標系統(tǒng)保證國家基本圖的測繪和更新滿足大比例尺測圖的精度要求提供已知點及在特定坐標系的坐標國家平面控制網(wǎng)是確定地貌地物平面位置的坐標體系，按控制等級和施測精度分為一、二、三、四等網(wǎng)。目前提供使用的國家平面控制網(wǎng)含三角點、導(dǎo)線點共154348個，構(gòu)成1954北京坐標系統(tǒng)、1980西安坐標系兩套系統(tǒng)。

國家高程控制網(wǎng)是確定地貌地物海拔高程的坐標系統(tǒng)，按控制等級和施測精度分為一、二、三、四等網(wǎng)。目前提供使用的1985國家高程系統(tǒng)共有水準點成果114041個，水準路線長度為416619．1公里。國家重力基本網(wǎng)是確定我國重力加速度數(shù)值的坐標體系。重力成果在研究地球形狀、精確處理大地測量觀測數(shù)據(jù)、發(fā)展空間技術(shù)、地球物理、地質(zhì)勘探、地震、天文、計量和高能物理等方面有著廣泛的應(yīng)用。目前提供使用的2000國家重力基本網(wǎng)包括21個重力基準點和126個重力基本點?！?000國家GPS控制網(wǎng)”由國家測繪局布設(shè)的高精度GPSA、B級網(wǎng),總參測繪局布設(shè)的GPS一、二級網(wǎng)，中國地震局、總參測繪局、中國科學(xué)院、國家測繪局共建的中國地殼運動觀測網(wǎng)組成。該控制網(wǎng)整合了上述三個大型的、有重要影響力的GPS觀測網(wǎng)的成果，共2609個點。通過聯(lián)合處理將其歸于一個坐標參考框架，形成了緊密的聯(lián)系體系，可滿足現(xiàn)代測量技術(shù)對地心坐標的需求，同時為建立我國新一代的地心坐標系統(tǒng)打下了堅實的基礎(chǔ)。3.1工程控制網(wǎng)的作用和分類3.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟按用途分：測圖控制網(wǎng)施工（測量）控制網(wǎng)變形監(jiān)測網(wǎng)安裝（測量）控制網(wǎng)一、工程控制網(wǎng)的分類3.1工程控制網(wǎng)的作用和分類3.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟一、工程控制網(wǎng)的分類按網(wǎng)點性質(zhì)分：一維網(wǎng)（或稱水準網(wǎng)、高程網(wǎng)）二維網(wǎng)（或稱平面網(wǎng)）三維網(wǎng)3.1工程控制網(wǎng)的作用和分類3.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟一、工程控制網(wǎng)的分類按網(wǎng)形分：三角網(wǎng)導(dǎo)線網(wǎng)混合網(wǎng)方格網(wǎng)3.1工程控制網(wǎng)的作用和分類3.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟一、工程控制網(wǎng)的分類按施測方法劃分：測角網(wǎng)測邊網(wǎng)邊角網(wǎng)GPS網(wǎng)按坐標系和基準劃分：附合網(wǎng)（約束網(wǎng)，具有多余的已知數(shù)據(jù)）獨立網(wǎng)經(jīng)典自由網(wǎng)（最小約束網(wǎng)，只有必要的已知數(shù)據(jù)）自由網(wǎng)（無約束網(wǎng)）3.1工程控制網(wǎng)的作用和分類3.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟一、工程控制網(wǎng)的分類按其他標準劃分：首級網(wǎng)加密網(wǎng)特殊網(wǎng)專用網(wǎng)（如隧道控制網(wǎng)、建筑方格網(wǎng)、橋梁控制網(wǎng)等）3.1工程控制網(wǎng)的作用和分類3.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟一、工程控制網(wǎng)的分類3.1工程控制網(wǎng)的作用和分類3.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟一、工程控制網(wǎng)的分類二、工程控制網(wǎng)的作用為工程建設(shè)提供工程范圍內(nèi)統(tǒng)一的參考框架，為各項測量工作提供位置基準，滿足工程建設(shè)不同階段對測繪在質(zhì)量、進度和費用等方面的要求。同時，工程控制網(wǎng)也具有控制全局、提供基準和控制測量誤差積累的作用。3.1工程控制網(wǎng)的作用和分類3.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟一、工程控制網(wǎng)的分類二、工程控制網(wǎng)的作用三、工程控制網(wǎng)的建網(wǎng)步驟收集已有資料確定控制網(wǎng)的等級確定布網(wǎng)形式測量儀器的選擇操作規(guī)程（規(guī)范）選點、踏勘、建標、埋石外業(yè)觀測內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理是否滿足規(guī)范提交報告觀測方案NY儀器設(shè)備檢校3.2工程控制網(wǎng)的基準（1）約束網(wǎng)：具有多余的已知數(shù)據(jù)。（2）最小約束網(wǎng)（經(jīng)典自由網(wǎng)）：只有必要的已知數(shù)據(jù)。（3）無約束網(wǎng)（自由網(wǎng)）：無必要的已知數(shù)據(jù)。工程控制網(wǎng)的基準就是通過網(wǎng)平差求解未知點坐標時所給出的已知數(shù)據(jù)，以便對網(wǎng)的位置、長度和方向進行約束，使網(wǎng)平差時有惟一解。工程控制網(wǎng)的基準可分為以下三種類型：測圖控制網(wǎng)一般為約束網(wǎng)；施工控制網(wǎng)為最小約束網(wǎng)；變形監(jiān)測網(wǎng)為無約束網(wǎng)或最小約束網(wǎng)；安裝控制網(wǎng)為最小約束網(wǎng)或約束網(wǎng)。作用：控制測量誤差的累積；保證圖上內(nèi)容的精度均勻；相鄰圖幅正確拼接。3.3測圖控制網(wǎng)以利比亞城鎮(zhèn)規(guī)劃項目測圖控制網(wǎng)為例以非洲利比亞巴拉克鎮(zhèn)為例進行說明3.3測圖控制網(wǎng)收集資料；發(fā)現(xiàn)問題；提出建議；確定控制網(wǎng)等級；儀器設(shè)備及人員；制定方案并實施；數(shù)據(jù)處理；提交成果報告。3.3測圖控制網(wǎng)收集資料：2007年5月八個城鎮(zhèn)的遙感照片，比例尺為1：5000或1：2500；1983年版部分規(guī)劃圖紙和2000年版的規(guī)劃圖紙；發(fā)現(xiàn)問題：八個城鎮(zhèn)中的東部五個城鎮(zhèn)（艾什可德、給弱爾、巴拉克、祖瓦葉、安嘎拉）屬同一坐標系，而西部三個城鎮(zhèn)（奧古爾德、瓦哲瑞克、滿蘇若）坐標系統(tǒng)不一致；1983年版規(guī)劃圖紙與2000版規(guī)劃圖紙相比，平面坐標系統(tǒng)和高程系統(tǒng)均不一致

；3.3測圖控制網(wǎng)提出建議：明確八鎮(zhèn)所在地區(qū)采用的地球橢球投影分帶轉(zhuǎn)換方式，以及平面坐標系統(tǒng)和高程基準；明確八個城鎮(zhèn)是否采用統(tǒng)一坐標和高程系統(tǒng)；如果要統(tǒng)一，必須提供2～3個已知測量控制點（北坐標X，東坐標Y，高程H）；根據(jù)1983年版巴拉克市地形圖資料提供的25個控制點坐標，經(jīng)實地踏勘，找到6個測量控制點，且點位狀況良好

。建議使用這6個測量控制點作為已知點，建立統(tǒng)一坐標系，使得8個城鎮(zhèn)平面和高程坐標系統(tǒng)與1983年版巴拉克測繪規(guī)劃圖紙一致?？刂凭W(wǎng)等級：3.3測圖控制網(wǎng)平面控制網(wǎng)的布設(shè),可采用衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)、導(dǎo)線及導(dǎo)線網(wǎng)、三角形網(wǎng)等形式。平面控制網(wǎng)精度等級的劃分：衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)依次為二、三、四等和一、二級，導(dǎo)線及導(dǎo)線網(wǎng)依次為三、四等和一、二、三級，三角形網(wǎng)依次為二、三、四等和一、二級。C.平面控制網(wǎng)的布設(shè)，應(yīng)遵循下列原則：1．首級控制網(wǎng)的布設(shè)，應(yīng)因地制宜，且適當(dāng)考慮發(fā)展。當(dāng)與國家坐標系統(tǒng)聯(lián)測時，應(yīng)同時考慮聯(lián)測方案。2．首級控制網(wǎng)的等級，應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、控制網(wǎng)的用途和精度要求合理選擇。3．加密控制網(wǎng)，可越級布設(shè)或同等級擴展。D.平面控制網(wǎng)的坐標系統(tǒng)，應(yīng)在滿足測區(qū)內(nèi)投影長度變形不大于2.5cm/km的要求下，作下列選擇：1采用統(tǒng)一的高斯正形投影3°帶平面直角坐標系統(tǒng)；2采用高斯正形投影3°帶，投影面為測區(qū)抵償高程面或測區(qū)平均高程面的平面直角坐標系統(tǒng)；或任意帶，投影面為1985國家高程基準面平面直角坐標系統(tǒng)、3小測區(qū)或有特殊精度要求的控制網(wǎng)，可采用獨立坐標系統(tǒng)；4在已有平面控制網(wǎng)的地區(qū)，可沿用原有的坐標系統(tǒng)；5廠區(qū)內(nèi)可采用建筑坐標系統(tǒng)。3.3測圖控制網(wǎng)衛(wèi)星定位測量控制網(wǎng)的主要技術(shù)要求等級平均邊長（km）固定誤差A(yù)（mm）比例誤差系數(shù)B（mm/km）約束點間的邊長相對中誤差約束平差后最弱邊相對中誤差二等9≤10≤2≤1/250000≤1/120000三等4.5≤10≤5≤1/150000≤1/70000四等2≤10≤10≤1/100000≤1/40000一級1≤10≤20≤1/40000≤1/20000二級0.5≤10≤40≤1/20000≤1/10000GPS控制測量作業(yè)的基本技術(shù)要求等級二等三等四等一級二級接收機類型雙頻雙頻或單頻雙頻或單頻雙頻或單頻雙頻或單頻儀器標稱精度10mm+2ppm10mm+5ppm10mm+5ppm10mm+5ppm10mm+5ppm觀測量載波相位載波相位載波相位載波相位載波相位衛(wèi)星高度角（°）靜態(tài)≥15≥15≥15≥15≥15快速靜態(tài)———≥15≥15有效觀測衛(wèi)星數(shù)靜態(tài)≥5≥5≥4≥4≥4快速靜態(tài)———≥5≥5觀測時段長度（min）靜態(tài)30～9020～6015～4510～3010～30快速靜態(tài)———10～1510～15數(shù)據(jù)采樣間隔（s）靜態(tài)10～3010～3010～3010～3010～30快速靜態(tài)———5～155～15點位幾何圖形強度因子（PDOP）≤6≤6≤6≤8≤83.3測圖控制網(wǎng)GPS控制測量作業(yè)，應(yīng)滿足下列要求：觀測前，應(yīng)對接收機進行預(yù)熱和靜置，同時應(yīng)檢查電池的容量、接收機的內(nèi)存和可儲存空間是否充足。天線安置的中誤差不應(yīng)大于2mm；天線高量取應(yīng)精確至1mm。觀測中，應(yīng)避免在接收機近旁使用無線電通訊工具。作業(yè)同時，應(yīng)做好測站記錄，包括控制點點名、接收機序列號、儀器高、開關(guān)機時間等相關(guān)的測站信息。導(dǎo)線測量的主要技術(shù)要求注：1、表中n為測站數(shù)；2、當(dāng)測區(qū)測圖的最大比例尺為1：1000時，一、二、三級導(dǎo)線的平均邊長及總長可適當(dāng)放長，但最大長度不應(yīng)大于表中規(guī)定長度的2倍；水平角方向觀測法的技術(shù)要求等級儀器型號光學(xué)測微器兩次重合讀數(shù)之差（″）半測回歸零差（″）一測回內(nèi)2C互差（″）同一方向值各測回較差（″）四等及以上1″級儀器16962″級儀器38139一級及以下2″級儀器—1218126″級儀器—18—24注：1、全站儀、電子經(jīng)緯儀水平角觀測時不受光學(xué)測微器兩次重合讀數(shù)之差指標的限制；2、當(dāng)觀測方向的垂直角超過±3°的范圍時，該方向2C互差可按相鄰測回同方向進行比較，其值應(yīng)滿足表中一測回內(nèi)2C互差的限值。3.3測圖控制網(wǎng)觀測的方向數(shù)多于6個時，可進行分組觀測。分組觀測應(yīng)包括兩個共同方向（其中一個為共同零方向）。其兩組觀測角之差，不應(yīng)大于同等級測角中誤差的2倍。分組觀測的最后結(jié)果，應(yīng)按等權(quán)分組觀測進行測站平差；水平角的觀測值應(yīng)取各測回的平均數(shù)作為測站成果；三、四等導(dǎo)線的水平角觀測，當(dāng)測站只有二個方向時，應(yīng)在觀測總測回中以奇數(shù)測回的度盤位置觀測導(dǎo)線前進方向的左角，以偶數(shù)測回的度盤位置觀測導(dǎo)線前進方向的右角。左右角的測回數(shù)為總測回數(shù)的一半。但在觀測右角時，應(yīng)以左角起始方向為準變換度盤位置，也可用起始方向的度盤位置加上左角的概值在前進方向配置度盤。左角平均值與右角平均值之和與360°之差，不應(yīng)大于本規(guī)范表中相應(yīng)等級導(dǎo)線測角中誤差的2倍；水平角觀測過程中，氣泡中心位置偏離整置中心不宜超過1格

；一測回內(nèi)2C互差或同一方向值各測回較差超限時，應(yīng)重測超限方向，并聯(lián)測零方向。說明：測距的主要技術(shù)要求≤四等及以上等級控制網(wǎng)的邊長測量，應(yīng)分別量取兩端點觀測始末的氣象數(shù)據(jù)，計算時應(yīng)取平均值。測量氣象元素的溫度計宜采用通風(fēng)干濕溫度計，氣壓表宜選用高原型空氣盒氣壓表；讀數(shù)前應(yīng)將溫度計懸掛在離開地面和人體1.5m以外的地方，讀數(shù)精確至0.2℃；氣壓表應(yīng)置平，指針不應(yīng)滯阻，讀數(shù)精確至50Pa。三角形網(wǎng)測量的主要技術(shù)要求三角形網(wǎng)中的角度宜全部觀測，邊長可根據(jù)需要選擇觀測或全部觀測；觀測的角度和邊長均應(yīng)作為三角形網(wǎng)中的觀測量參與平差計算。3.3測圖控制網(wǎng)高程控制測量精度等級的劃分，依次為二、三、四、五等。各等級高程控制宜采用水準測量，四等及以下等級可采用電磁波測距三角高程測量，五等也可采用GPS擬合高程測量。首級高程控制網(wǎng)的等級，應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模、控制網(wǎng)的用途和精度要求合理選擇。首級網(wǎng)應(yīng)布設(shè)成環(huán)形網(wǎng)，加密網(wǎng)宜布設(shè)成附合路線或結(jié)點網(wǎng)。測區(qū)的高程系統(tǒng)，宜采用1985國家高程基準。在已有高程控制網(wǎng)的地區(qū)測量時，可沿用原有的高程系統(tǒng)；當(dāng)小測區(qū)聯(lián)測有困難時，也可采用假定高程系統(tǒng)。高程控制測量水準測量的主要技術(shù)要求3.3測圖控制網(wǎng)利比亞城鎮(zhèn)規(guī)劃項目平面控制網(wǎng)采用GPS衛(wèi)星定位測量，平面控制網(wǎng)精度按照四等規(guī)范要求進行施測，邊連接的方式。按照83年巴拉克鎮(zhèn)的控制點坐標作為已知控制點進行約束平差。衛(wèi)星高度角≥15°，有效觀測衛(wèi)星數(shù)≥4顆，觀測時段長度為30分鐘，數(shù)據(jù)采樣間隔10秒，點位幾何圖形強度因子PDOP≤6。高程控制網(wǎng)采用GPS擬合高程測量，平面控制點同時作為高程控制點。天線高應(yīng)在觀測前后各量測一次。3.3測圖控制網(wǎng)儀器設(shè)備及人員：水平精度5mm+0.5ppm，靜態(tài)雙頻垂直精度10mm+0.5ppm，靜態(tài)接收機長時間觀測的長基線水平精度3mm+0.5ppm，靜態(tài)垂直精度6mm+0.5ppm，靜態(tài)Leica1200雙頻接收機：1+2一套1+1一套3.3測圖控制網(wǎng)3.3測圖控制網(wǎng)3.3測圖控制網(wǎng)3.3測圖控制網(wǎng)3.3測圖控制網(wǎng)工程概況；作業(yè)依據(jù)和已有測繪資料；坐標系的選擇；儀器設(shè)備和軟件；GPS網(wǎng)的設(shè)計和觀測；外業(yè)數(shù)據(jù)處理及檢核；平差計算；提交的資料及成果圖表。3.3測圖控制網(wǎng)1、GPS控制點點之記、成果表及網(wǎng)圖一套2、平差計算報告一本3、GPS觀測手簿8本4、技術(shù)總結(jié)二份5、相關(guān)儀器檢測資料復(fù)印件一套

附成果圖表

附表1同步環(huán)組成及其閉合差（同步環(huán).txt）

附表2異步環(huán)組成及其閉合差（異步環(huán).txt）

附表3WGS-84坐標系自由網(wǎng)平差報告（84Free.prt）

附表4北京54坐標系約束網(wǎng)平差報告（543DLock.prt）

附表5測區(qū)布點及觀測順概況圖（bmp文件）

附表6測區(qū)GPS測量基線網(wǎng)圖（bmp文件）3.3測圖控制網(wǎng)3.4施工控制網(wǎng)三角網(wǎng)邊角網(wǎng)導(dǎo)線網(wǎng)建筑方格網(wǎng)GPS網(wǎng)GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)相結(jié)合的混合網(wǎng)3.4施工控制網(wǎng)特點：1)控制的范圍較小，控制點的密度較大，精度要求較高；2)使用頻繁；3)受施工干擾大；4)控制網(wǎng)的坐標系與施工坐標系一致；5)投影面與工程的平均高程面一致；6)有時分兩級布網(wǎng)，次級網(wǎng)可能比首級網(wǎng)的精度高。南京地鐵二號線苜蓿園車站方格網(wǎng)南京地鐵二號線苜蓿園車站方格網(wǎng)橋梁施工控制網(wǎng)儀器：LeicaTC1800型全站儀測角為1″測距±（2+2ppmD）mm。LeicaNA3003型電子水平儀及配套的銦瓦水準尺每km偶然中誤差為±0.4mm規(guī)范：首級平面控制網(wǎng)采用邊角網(wǎng)的作業(yè)方案，方向觀測法觀測6測回，兩岸四等導(dǎo)線水平角觀測4測回；平距進行往返測量，加入氣象改正，取其平均值。同岸高程控制測量采用三等水準測量觀測；跨河段高程測量采用光電測距三角高程，觀測高差中加入了大氣折光和地球曲率的改正。沿線路方向依設(shè)計埋設(shè)的樁位順序用7臺雙頻GPS接收機依次在CPI級GPS樁位架設(shè)儀器同步觀測，采用網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式拓展聯(lián)測各個既有樁位并形成整體觀測網(wǎng)。因西秦嶺隧道屬特長隧道，進、出口之間距離超過28公里，為保證基線的觀測質(zhì)量，在隧道中部設(shè)計一對GPS樁CP011(設(shè)計院原設(shè))、GZ（復(fù)測時設(shè)）納入復(fù)測主網(wǎng)觀測以縮短基線長度。采用大地四邊形堅強網(wǎng)形結(jié)構(gòu)施測。儀器使用天寶GPS5800與徠卡Leica1230共7臺雙頻機。測量采用2000國家大地坐標系橢球參數(shù)：長半軸a=6378137,偏率α=1/298.257222101；中央子午線：105°48′00″,投影面正常高:700m，大地高:660m,高程異常－40m，內(nèi)業(yè)計算與設(shè)計院提供的CPI級GPS控制點成果保持系統(tǒng)基準一致。3.4控制點的埋石與標志標石是指采用挖坑埋設(shè)預(yù)制截頭椎體混凝土標，或通過鉆深孔就地澆注鋼筋混凝土標，或通過鉆孔深埋與基巖相連的鋼管標等方法和設(shè)置控制點的設(shè)施。標志是在標石或其他穩(wěn)固載體上精確表示控制點位置的設(shè)施。標石上一定有標志，但標志不一定設(shè)在標石上，標志也包括照準標志。平面控制點標志及標石的埋設(shè)規(guī)格高程控制點標志及標石的埋設(shè)規(guī)格3.4控制點的埋石與標志3.4.1平面控制點標志及標石的埋設(shè)規(guī)格二、三、四等平面控制標志可采用磁質(zhì)或金屬等材料制作，其規(guī)格如圖所示。一、二級平面控制點，三級導(dǎo)線點、埋石圖根點等平面控制點標志可采用φ14～φ20mm、長度為30cm～40cm的普通鋼筋制作，鋼筋頂端應(yīng)鋸“+”字標記，距底端約5cm處應(yīng)彎成勾狀。3.4控制點的埋石與標志3.4.1平面控制點標志及標石的埋設(shè)規(guī)格3.4控制點的埋石與標志3.4.1平面控制點標志及標石的埋設(shè)規(guī)格3.4控制點的埋石與標志3.4.2高程控制點標志及標石的埋設(shè)規(guī)格3.4控制點的埋石與標志3.4.2高程控制點標志及標石的埋設(shè)規(guī)格3.4控制點的埋石與標志3.4.2