同濟土木工程測量第7章教案-小地區(qū)控制

同濟大學出版社制作覃輝第7章小地區(qū)控制測量§7.1控制測量概述測量工作必須遵循“從整體到局部，先控制后碎部”的原則。這里的“整體”是指控制測量(controlsurvey)，其含義為控制測量應按由高等級到低等級逐級加密進行，直至最低等級的圖根控制測量(mappingcontrolsurvey)，再在圖根控制點上安置儀器進行碎部測量或測設工作。控制測量包括平面控制測量和高程控制測量，稱測定點位的(x,y)坐標為平面控制測量，測定點位的H坐標為高程控制測量。在全國范圍內建立的控制網(wǎng)，稱為國家控制網(wǎng)。它是全國各種比例尺測圖的基本控制，也為研究地球的形狀和大小，了解地殼水平形變和垂直形變的大小及趨勢，為地震預測提供形變信息等服務。國家控制網(wǎng)是用精密測量儀器和方法依照《國家三角測量和精密導線測量規(guī)范》、《全球定位系統(tǒng)(GPS)測量規(guī)范》、《國家一、二等水準測量規(guī)范》及《國家三、四等水準測量規(guī)范》按一、二、三、四等四個等級、由高級到低級逐級加密點位建立的。(1)平面控制測量我國的國家平面控制網(wǎng)(horizontalcontrolnetwork)是采用逐級控制、分級布設的原則，分一、二、三、四等方法建立起來的。主要由三角測量(triangulation)法布設，在西部困難地區(qū)采用導線測量(traversesurvey)法。同濟大學出版社制作覃輝一等三角鎖沿經(jīng)線和緯線布設成縱橫交叉的三角鎖系，鎖長200～250公里，構成許多鎖環(huán)。一等三角鎖內由近于等邊的三角形組成，邊長為20～30公里。二等三角測量有兩種布網(wǎng)形式，一種是由縱橫交叉的兩條二等基本鎖將一等鎖環(huán)劃分成4個大致相等的部分，這4個空白部分用二等補充網(wǎng)填充，稱縱橫鎖系布網(wǎng)方案；另一種是在一等鎖環(huán)內布設全面二等三角網(wǎng)(triangulationnetwork)，稱全面布網(wǎng)方案。二等基本鎖的邊長為20～25公里，二等網(wǎng)的平均邊長為13公里。一等鎖的兩端和二等網(wǎng)的中間，都要測定起算邊長、天文經(jīng)緯度和方位角。國家一、二等網(wǎng)合稱為天文大地網(wǎng)(astro-geodeticnetwork)。我國天文大地網(wǎng)于1951年開始布設，1961年基本完成，1975年修補測工作全部結束，全網(wǎng)約有5萬個大地點。三、四等三角網(wǎng)為在二等三角網(wǎng)內的進一步加密。圖7-1為廣東省(含現(xiàn)在的海南省)的一等三角鎖(triangulationchain)和二等三角基本鎖的布設略圖。同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝城市或廠礦等地區(qū)，一般應在上述國家等級控制點的基礎上，根據(jù)測區(qū)的大小、城市規(guī)劃或施工測量的要求，布設不同等級的城市平面控制網(wǎng)，以供地形測圖和測設建、構筑物時使用。建立城市平面控制網(wǎng)可采用GPS測量、三角測量、各種形式邊角組合測量和導線測量方法。平面控制測量方法的選擇應因地制宜，既滿足當前需要，又兼顧今后發(fā)展，做到技術先進、經(jīng)濟合理、確保質量、長期適用?！冻鞘袦y量規(guī)范》規(guī)定的三角網(wǎng)、邊角組合網(wǎng)、導線網(wǎng)的主要技術要求見表7-1~表7-4。

同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝(2)高程控制測量高程控制測量的方法主要有水準測量(leveling)三角高程測量(trigonometricleveling)。在全國領土范圍內，由一系列按國家統(tǒng)一規(guī)范測定高程的水準點構成的網(wǎng)稱為國家水準網(wǎng)。水準點上設有固定標志，以便長期保存，為國家各項建設和科學研究提供高程資料。國家水準網(wǎng)按逐級控制、分級布設的原則分為一、二、三、四等，其中一、二等水準測量稱為精密水準測量(preciseleveling)。一等水準是國家高程控制的骨干，沿地質構造穩(wěn)定和坡度平緩的交通線布滿全國，構成網(wǎng)狀。一等水準路線全長為93000多公里，包括100個閉合環(huán)，環(huán)的周長為800~1500公里。二等水準是國家高程控制網(wǎng)的全面基礎，一般沿鐵路、公路和河流布設。二等水準環(huán)線布設在一等水準環(huán)內，每個環(huán)的周長為300~700公里，全長為137000多公里，包括822個閉合環(huán)。沿一、二等水準路線還要進行重力測量，提供重力改正數(shù)據(jù)。一、二等水準環(huán)線要定期復測，檢查水準點的高程變化供研究地殼垂直運動用。三、四等水準直接為測制地形圖和各項工程建設用。三等環(huán)不超過300公里；四等水準一般布設為附合在高等級水準點上的附合路線，其長度不超過80公里。全國各地地面點的高程，不論是高山、平原及江河湖面的高程都是根據(jù)國家水準網(wǎng)統(tǒng)一傳算的。圖7-2為廣東省(含現(xiàn)在的海南省)的一、二等水準路線略圖。同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝《城市測量規(guī)范》將城市水準測量分為二、三、四等。城市首級高程控制網(wǎng)不應低于三等水準，視測區(qū)需要，各等級高程控制網(wǎng)均可作為首級高程控制，光電測距三角高程測量可代替四等水準測量。二、三、四等及圖根水準測量的主要技術要求列于表7-7?！?.2平面控制網(wǎng)的定向、定位與坐標正反算在新布設的平面控制網(wǎng)中，至少需要已知一條邊的坐標方位角才可以確定控制網(wǎng)的方向，簡稱定向(orientation)；至少需要已知一個點的平面坐標才可以確定控制網(wǎng)的位置，簡稱定位。(1)地面任意兩點間的坐標增量與坐標方位角的關系1)由邊長的坐標方位角和水平距離計算坐標增量同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝§7.3導線測量(1)導線的布設將相鄰控制點連成直線而構成的折線稱為導線(traverse)，控制點稱為導線點(traversepoint)。導線測量(traversesurvey)是依次測定導線邊的水平距離和兩相鄰導線邊的水平夾角，然后根據(jù)起算數(shù)據(jù)，推算各邊的坐標方位角，最后求出導線點的平面坐標。水平角使用經(jīng)緯儀測量，邊長可以使用光電測距儀測量，也可以使用鋼尺丈量。導線測量是建立小地區(qū)平面控制網(wǎng)常用的一種方法，在地物分布比較復雜的建筑區(qū)，視線障礙較多的隱蔽區(qū)和帶狀地區(qū)，多采用導線測量方法。導線的布設形式有閉合導線(closedtraverse)附合導線(connectingtraverse)支導線(opentraverse)三種。1)閉合導線起訖于同一已知點的導線，稱為閉合導線。它有3個檢核條件：一個多邊形內角和條件和兩個坐標增量條件。2)附合導線布設在兩個已知點之間的導線，稱為附合導線。它有3個檢核條件：一個坐標方位角條件和兩個坐標增量條件。同濟大學出版社制作覃輝3)支導線由一已知點C和一已知邊的方向CD出發(fā)，延伸出去的導線C、9、10稱為支導線。支導線只有必要的起算數(shù)據(jù)，沒有檢核條件，它只限于在圖根導線中使用，且支導線的點數(shù)一般不應超過3個。(2)導線測量外業(yè)導線測量外業(yè)工作包括：踏勘選點、建立標志、量邊、測角。1)踏勘選點及建立標志在踏勘選點之前，應到有關部門收集測區(qū)原有的地形圖、高一等級控制點的成果資料，然后在地形圖上初步設計導線布設路線，最后按照設計方案到實地踏勘選點?，F(xiàn)場踏勘選點時，應注意下列事項：①相鄰導線點間應通視良好，以便于角度測量和距離測量。如采用鋼尺量距丈量導線邊長，則沿線地勢應較平坦，沒有丈量的障礙物。②點位應選在土質堅實并便于保存之處。③在點位上，視野應開闊，便于測繪周圍的地物和地貌。④導線邊長應按參照表7-3~表7-6的規(guī)定，最長不超過平均邊長的2倍，相鄰邊長盡量不使其長短相差懸殊。⑤導線應均勻分布在測區(qū)，便于控制整個測區(qū)。導線點位選定后，在泥土地面上，要在點位上打一木樁，樁頂釘上一小釘，作為臨時性標志；在碎石或瀝青路面上，可以用頂上鑿有十字紋的大鐵釘代替木樁；在混凝土場地或路面上，可以用鋼鑿鑿一十字紋，再涂上紅油漆使標志明顯。同濟大學出版社制作覃輝若導線點需要長期保存，則可以參照圖7-8埋設混凝土導線點標石。導線點在地形圖上的表示符號見圖7-9，圖中的2.0表示符號正方形的長寬為2mm，1.6表示符號圓的直徑為1.6mm。導線點埋設后，為便于觀測時尋找?？梢栽邳c位附近房角或電線桿等明顯地物上用紅油漆標明指示導線點的位置。應為每一個導線點繪制一張點之記(descriptionofstation)。同濟大學出版社制作覃輝2)導線邊長測量圖根導線邊長可以使用檢定過的鋼尺丈量或檢定過的光電測距儀測量。鋼尺量距宜采用雙次丈量方法，其較差的相對誤差不應大于1/3000。鋼尺的尺長改正數(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大于±10℃時，應進行溫度改正；尺面傾斜大于1.5%時，應進行傾斜改正。3)導線轉折角測量導線轉折角(traverseangle)是指在導線點上由相鄰導線邊構成的水平角。導線轉折角分為左角和右角，在導線前進方向左側的水平角稱為左角，右側的水平角稱為右角。如果觀測沒有誤差，在同一個導線點測得的左角與右角之和應等于360°。圖根導線(mappingtraverse)的轉折角可以用DJ6經(jīng)緯儀測回法觀測一測回。(3)閉合導線測量內業(yè)計算導線測量內業(yè)計算的目的是計算各導線點的坐標。計算之前，應全面檢查導線測量的外業(yè)記錄：數(shù)據(jù)是否齊全，有無遺漏、記錯或算錯，成果是否符合規(guī)范的要求。檢查無誤后，就可以繪制導線略圖，將已知數(shù)據(jù)和觀測成果標注于圖上，如圖7-11所示。同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝§7.4交會定點的計算交會定點(intersectionlocation)是通過測量交會點與周邊已知坐標點所構成三角形的水平角，來計算交會點的平面坐標，它是加密小地區(qū)平面控制點的方法之一。按交會的圖形，交會定點可以分成前方交會(forwardintersection)側方交會(sideintersection)后方交會(resection)；按觀測值類型，交會定點可以分成測角交會(angularintersection)測邊交會(linearintersection)邊角交會(linear-angularintersection)。本節(jié)只介紹測角交會的坐標計算方法，測邊交會和邊角交會的坐標計算方法可由測角交會方法推出。主流全站儀的程序測量功能都帶有交會定點計算功能，只要按其要求觀測了水平角和邊長并輸入已知點的坐標，就可以自動計算出交會點的坐標。同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝同濟大學出版社制作覃輝(4)使用NTS-355進行邊角后方交會測量使用邊角后方交會測量時，只需要對兩個已知點進行觀測。設I10、I11點為已知控制點，且C點的坐標也已知，可以使用NTS-355全站儀的后方交會功能測量C點的坐標。首先在計算機中啟動NTS320通訊軟件，并輸入I10、I11點的三維坐標(也可以在儀器中直接輸入)，使用通訊電纜CE-203連接好全站儀和計算機，打開全站儀電源，然后將其上傳到NTS-355全站儀的文件QC中。在C點安置好全站儀，量取儀器高(假定為1.463m)，操作全站儀進行邊角后方交會測定C點坐標的操作步驟如下：同濟大學出版社制作覃輝(4)使用NTS-355進行邊角后方交會測量使用邊角后方交會測量時，只需要對兩個已知點進行觀測。設I10、I11點為已知控制點，且C點的坐標也已知，可以使用NTS-355全站儀的后方交會功能測量C點的坐標。首先在計算機中啟動NTS320通訊軟件，并輸入I10、I11點的三維坐標(也可以在儀器中直接輸入)，使用通訊電纜CE-203連接好全站儀和計算機，打開全站儀電源，然后將其上傳到NTS-355全站儀的文件QC中。在C點安置好全站儀，量取儀器高后，即可操作儀器測量。§7.5三、四等水準測量小地區(qū)一般以三等或四等水準網(wǎng)作為首級高程控制，地形測量時再用圖根水準測量或三角高程測量進行加密。三、四等水準點的高程應從附近的一、二等水準點引測，布設成附合或閉合水準路線，其點位應選在土質堅硬、便于長期保存和使用的地方，并應埋設水準標石。也可以利用埋設了標石的平面控制點作為水準點，埋設的水準點應繪制點之記。在第2章的2.3節(jié)中介紹了圖根水準測量的方法，本節(jié)介紹三、四等水準測量的方法。(1)三、四等水準測量的技術要求三、四等水準測量所用儀器及主要技術要求見表7-7，每站觀測的技術要求見表7-11。同濟大學出版社制作覃輝(2)三、四等水準測量的方法三、四等水準測量觀測應在通視良好、望遠鏡成像清晰及穩(wěn)定的情況下進行。下面介紹雙面尺法的觀測程序。1)一站觀測順序①在測站上安置水準儀，使圓水準氣泡居中，后視水準尺黑面，用上、下視距絲讀數(shù)，記入表7-12中(1)、(2)位置；旋轉微傾螺旋，使管水準氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(3)位置。②前視水準尺黑面，用上、下視距絲讀數(shù)，記入表7-12中(4)、(5)位置；旋轉微傾螺旋，使管水準氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(6)位置。③前視水準尺紅面，旋轉微傾螺旋，使管水準氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(7)位置。④后視水準尺紅面，旋轉微傾螺旋，使管水準氣泡居中，用中絲讀數(shù)，記入表7-12中(8)位置。以上觀測順序簡稱為后、前、前、后。同濟大學出版社制作覃輝2)一站計算與檢核①視距計算與檢核根據(jù)前、后視的上、下絲讀數(shù)計算前、后視的視距(9)和(10)：后視距離(9)={(1)-(2)}÷10前視距離(10)={(4)-(5)}÷10計算前、后視距差(11)：(11)=(9)-(10)對于三等水準，(11)不超過3m，對于四等水準，(11)不超過5m。計算前、后視視距累積差(12)：(12)=上站(12)+本站(11)對于三等水準，(12)不超過6m，對于四等水準，(12)不超過10m。②水準尺讀數(shù)檢核同一水準尺黑面與紅面讀數(shù)差的檢核：(13)=(6)+K-(7)(14)=(3)+K-(8)K為雙面水準尺的紅面分劃與黑面分劃的零點差(本例，106尺的K=4787mm，107尺的K=4687mm)。對于三等水準，(13)、(14)不超過2mm，對于四等水準，(13)、(14)不超過3mm。同濟大學出版社制作覃輝③高差計算與檢核按前、后視水準尺紅、黑面中絲讀數(shù)分別計算一站高差：黑面高差(15)={(3)-(6)}÷1000紅面高差(16)={(8)-(7)}÷1000紅黑面高差之差