第5課-施工控制網(wǎng)的建立

第5課-施工控制網(wǎng)的建立第一頁，共30頁。5.0測(cè)量控制網(wǎng)概述按網(wǎng)形分：三角網(wǎng)導(dǎo)線網(wǎng)混合網(wǎng)方格網(wǎng)按施測(cè)方法分:測(cè)角網(wǎng)測(cè)邊網(wǎng)邊角網(wǎng)GPS網(wǎng)按坐標(biāo)系和基準(zhǔn)分：附合網(wǎng)(約束網(wǎng))獨(dú)立網(wǎng)經(jīng)典自由網(wǎng)自由網(wǎng)按其他標(biāo)準(zhǔn)劃分：首級(jí)網(wǎng)加密網(wǎng)特殊網(wǎng)專用網(wǎng)第二頁，共30頁。5.0測(cè)量控制網(wǎng)概述三、工程控制網(wǎng)依據(jù)工程控制網(wǎng)的用途，可將其分為：測(cè)圖控制網(wǎng)在工程施工前勘測(cè)設(shè)計(jì)階段建立，主要是為測(cè)繪地形圖服務(wù)。施工(測(cè)量)控制網(wǎng)為工程建筑物的施工放樣提供控制，其點(diǎn)位、密度以及精度取決于建設(shè)的性質(zhì)。變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)在施工及運(yùn)營期間，為監(jiān)測(cè)建筑工程對(duì)象的變形狀況而建立的控制網(wǎng)。安裝(測(cè)量)控制網(wǎng)通常是大型設(shè)備構(gòu)件安裝定位的依據(jù)，也是工程竣工后建筑物和設(shè)備變形觀測(cè)及設(shè)備調(diào)整的依據(jù)。第三頁，共30頁。5.0測(cè)量控制網(wǎng)概述四、工程控制網(wǎng)——施工控制網(wǎng)施工控制網(wǎng)的特點(diǎn)：①控制的范圍較小，控制點(diǎn)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(biāo)系與施工坐標(biāo)系一致；⑤投影面與工程的平均高程面一致；⑥有時(shí)分兩級(jí)布網(wǎng)，次級(jí)網(wǎng)可能比首級(jí)網(wǎng)的精度高。第四頁，共30頁。5.2國家高精度控制點(diǎn)的利用一、投影帶與投影面的選擇（一）投影變形分析控制測(cè)量中的投影帶和投影面的選擇，主要是解決長度變形問題，這種變形主要由兩種因素引起：實(shí)測(cè)邊長歸算到參考橢球面上的變形影響將參考橢球面上的邊長歸算到高斯投影面上的變形影響第五頁，共30頁。5.2國家高精度控制點(diǎn)的利用一、投影帶與投影面的選擇（一）投影變形分析1、實(shí)測(cè)邊長歸算到參考橢球面上的變形影響歸算邊高出參考橢球面的平均值歸算邊的長度歸算邊方向參考橢球法截弧的曲率半徑歸算邊長的相對(duì)變形為：負(fù)值表明將地面實(shí)量長度歸算到參考橢球面上，總是縮短的。第六頁，共30頁。5.2國家高精度控制點(diǎn)的利用一、投影帶與投影面的選擇（一）投影變形分析2、將參考橢球面上的邊長歸算到高斯投影面上的變形影響歸算邊兩端點(diǎn)橫坐標(biāo)平均值投影歸算邊長，參考橢球面平均曲率半徑投影邊的相對(duì)投影變形為：正值表明在橢球面上長度投影到高斯面上，總是增大的；隨著ym平方正比而增大，離中央子午線愈遠(yuǎn)，其變形愈大。第七頁，共30頁。5.2國家高精度控制點(diǎn)的利用一、投影帶與投影面的選擇（二）工程測(cè)量投影面和投影帶選擇的出發(fā)點(diǎn)一般情況下，為了滿足測(cè)量結(jié)果的一測(cè)多用，在滿足工程精度的前提下，工程中應(yīng)采用國家統(tǒng)一3°帶高斯平面直角坐標(biāo)系。第八頁，共30頁。5.2國家高精度控制點(diǎn)的利用一、投影帶與投影面的選擇（二）工程測(cè)量投影面和投影帶選擇的出發(fā)點(diǎn)當(dāng)邊長的兩次歸算投影改正不能滿足工程所需要求時(shí)，為保證工程測(cè)量結(jié)果的直接利用的計(jì)算方便，可采用任意帶的獨(dú)立高斯投影平面直角坐標(biāo)系，歸算測(cè)量結(jié)果的參考面可以自己選定?？刹捎靡韵氯N方法來實(shí)現(xiàn)：通過改變Hm從而選擇合適的高程參考面，將抵償由高程面的邊長歸算到參考橢球面上的投影改正，這種方法通常稱為抵償投影面的高斯正形投影。通過改變ym，從而對(duì)中央子午線作適當(dāng)移動(dòng)，來抵償分帶投影變形。通過既改變Hm，又改變ym，來共同抵償兩項(xiàng)歸算改正變形。第九頁，共30頁。5.2國家高精度控制點(diǎn)的利用二、工程平面坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇在工程控制測(cè)量時(shí)，根據(jù)施工所在的位置、施工范圍及施工各階段對(duì)投影誤差的要求，可采用以下幾種平面直角坐標(biāo)系：國家3°帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系抵償投影面的3°帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系任意帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系具有高程抵償面的任意帶高斯正形投影平面直角坐標(biāo)系假定平面直角坐標(biāo)第十頁，共30頁。5.2國家高精度控制點(diǎn)的利用三、不同平面坐標(biāo)系統(tǒng)間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

“本坐標(biāo)系”“他坐標(biāo)系”——他坐標(biāo)系的原點(diǎn)在本坐標(biāo)系下的坐標(biāo)——他坐標(biāo)系的主軸在本坐標(biāo)系下的方位角第十一頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)三、工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和建立方法1、工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)及其類型工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)就是通過網(wǎng)平差求解未知點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)所給出的已知數(shù)據(jù)，以對(duì)網(wǎng)的位置、長度和方向進(jìn)行約束，使網(wǎng)平差時(shí)有唯一解。根據(jù)基準(zhǔn)的情況，工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)可分為：約束網(wǎng)：具有多余的已知數(shù)據(jù)最小約束網(wǎng)(經(jīng)典自由網(wǎng))：只有必要的已知數(shù)據(jù)無約束網(wǎng)(自由網(wǎng))：無必要的已知數(shù)據(jù)。秩虧網(wǎng)：少于最小約束條件(沒有足夠的必要已知數(shù)據(jù))第十二頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)三、工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和建立方法1、工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)及其類型

工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)與網(wǎng)的用途分類有關(guān)。一般情況下：測(cè)圖控制網(wǎng)為約束網(wǎng)；施工控制網(wǎng)為最小約束網(wǎng)；變形監(jiān)測(cè)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)。第十三頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)三、工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和建立方法2、一、二、三維網(wǎng)的基準(zhǔn)情況對(duì)于一維網(wǎng)(水準(zhǔn)網(wǎng)或高程網(wǎng))：網(wǎng)中只有一個(gè)點(diǎn)的高程已知，為最小約束網(wǎng)；網(wǎng)中有兩個(gè)以上點(diǎn)(含兩個(gè))的高程已知，則為約束網(wǎng)；網(wǎng)中沒有一個(gè)點(diǎn)的高程是已知的，稱自由網(wǎng)(無約束網(wǎng))。第十四頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)三、工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和建立方法2、一、二、三維網(wǎng)的基準(zhǔn)情況對(duì)于二維網(wǎng)(平面網(wǎng))，若為測(cè)角網(wǎng)，則：網(wǎng)中只有兩個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)已知，為最小約束網(wǎng)；網(wǎng)中有兩個(gè)以上點(diǎn)(含兩個(gè))的坐標(biāo)已知，則為約束網(wǎng)；網(wǎng)中沒有一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)是已知的，則為自由網(wǎng)(無約束網(wǎng))。第十五頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)三、工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和建立方法2、一、二、三維網(wǎng)的基準(zhǔn)情況對(duì)于二維網(wǎng)(平面網(wǎng))，若為測(cè)邊網(wǎng)或邊角網(wǎng)。網(wǎng)中只有一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)和一條邊的方位角已知，則為最小約束網(wǎng)；若多于最小約束條件(如兩個(gè)以上點(diǎn)(含兩個(gè))的坐標(biāo)已知)，則為約束網(wǎng)；若少于最小約束條件為秩虧網(wǎng)；如果網(wǎng)中沒有一個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)是已知的，稱自由網(wǎng)(無約束網(wǎng))。第十六頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)三、工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和建立方法2、一、二、三維網(wǎng)的基準(zhǔn)情況對(duì)于三維網(wǎng)，最小約束條件為：網(wǎng)中有兩個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)已知，另一條邊的方位角已知(為了控制整個(gè)網(wǎng)繞兩個(gè)已知點(diǎn)的連線旋轉(zhuǎn))；也可以是：網(wǎng)中有一個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)已知，已知一條邊長(對(duì)于邊角網(wǎng)，該條件不需要)，已知一條邊的方位角，已知兩條邊的高度角。凡多于最小約束條件，如有三個(gè)以上點(diǎn)(含三個(gè))的坐標(biāo)已知，則稱為約束網(wǎng)；少于最小約束條件則為秩虧網(wǎng)；無已知坐標(biāo)、方位角和高度角則為自由網(wǎng)(無約束網(wǎng))。第十七頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)三、工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和建立方法3、基準(zhǔn)秩虧和基準(zhǔn)參數(shù)若將全部網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)作為未知數(shù)，則表現(xiàn)為觀測(cè)值和坐標(biāo)值之間的聯(lián)系不固定，這將產(chǎn)生平差線性模型的圖形矩陣A的列虧，法方程矩陣N將出現(xiàn)秩虧。由于是沒有固定基準(zhǔn)所引起，故又稱為基準(zhǔn)秩虧?；鶞?zhǔn)秩虧數(shù)與網(wǎng)的維數(shù)和觀測(cè)值類型有關(guān)?；鶞?zhǔn)參數(shù)表示一個(gè)網(wǎng)在保持內(nèi)部幾何形狀不變的條件下所作的變換，這些變換是消除基準(zhǔn)秩虧的方法。第十八頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)三、工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和建立方法3、基準(zhǔn)秩虧和基準(zhǔn)參數(shù)第十九頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)四、控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)工程控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，就是在一定的觀測(cè)條件下要控制網(wǎng)有較高的質(zhì)量。為衡量網(wǎng)的質(zhì)量，現(xiàn)代測(cè)量中提出了若干條標(biāo)準(zhǔn)：精度：描述誤差分布離散程度的一種度量；可靠性：發(fā)現(xiàn)和抵抗模型誤差的能力大小的一種度量；靈敏度：監(jiān)測(cè)網(wǎng)發(fā)現(xiàn)某一變形的能力大小的一種度量；經(jīng)濟(jì)性：建網(wǎng)費(fèi)用。第二十頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)四.1、精度標(biāo)準(zhǔn)——準(zhǔn)則矩陣所謂準(zhǔn)則矩陣是指人工事先構(gòu)造的、用上述各種標(biāo)準(zhǔn)來衡量都有“較好”效果的、理想化的協(xié)因數(shù)矩陣Qx。準(zhǔn)則矩陣不是控制網(wǎng)質(zhì)量度量的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)，而是衡量控制網(wǎng)設(shè)計(jì)方案好壞的一個(gè)準(zhǔn)則。第二十一頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)四.2、可靠性標(biāo)準(zhǔn)——概念可靠性的概念是荷蘭Barrda教授(1968)針對(duì)觀測(cè)值數(shù)據(jù)中的粗差提出來的。

測(cè)量控制網(wǎng)的可靠性是指控制網(wǎng)探測(cè)觀測(cè)值粗差和抵抗殘存粗差對(duì)平差成果影響的能力，它分為內(nèi)部可靠性和外部可靠性。內(nèi)部可靠性是指控制網(wǎng)通過平差和統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)粗差的能力

外部可靠性是指抵抗殘存粗差對(duì)平差結(jié)果影響的能力第二十二頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)四.2、可靠性標(biāo)準(zhǔn)——多余觀測(cè)分量由于內(nèi)、外部可靠性均與ri有關(guān)，當(dāng)顯著水平α和檢驗(yàn)功效β0一定時(shí)，它們完全隨ri的變化而變化。因此，ri可以作為評(píng)價(jià)內(nèi)、外部可靠性的公共指標(biāo)，即：式中，ri為矩陣（QVVP）主對(duì)角線上的元素，稱為控制網(wǎng)的多余觀測(cè)分量。多余觀測(cè)分量與多余觀測(cè)數(shù)有下列關(guān)系：第二十三頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)四.2、可靠性標(biāo)準(zhǔn)——多余觀測(cè)分量性質(zhì)1：ri越小，該觀測(cè)值在網(wǎng)中的地位越高；該觀測(cè)值的粗差也越難被發(fā)現(xiàn)。ri=0時(shí)，該觀測(cè)值不可缺少，否則產(chǎn)生形虧；即使有大的粗差或錯(cuò)誤也無法發(fā)現(xiàn)；ri越大，該觀測(cè)值在網(wǎng)中的地位越低；且該觀測(cè)值存在較小的粗差也能發(fā)現(xiàn)。ri=1時(shí)，該觀測(cè)值完全成為多余，即使刪除了，其網(wǎng)平差結(jié)果也不變；且觀測(cè)值的粗差能完全確定。第二十四頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)四.2、可靠性標(biāo)準(zhǔn)——多余觀測(cè)分量性質(zhì)2：觀測(cè)值的內(nèi)部可靠性與觀測(cè)值的精度成反比。觀測(cè)值的精度越高，則相應(yīng)的ri越?。挥^測(cè)值的精度越低，其ri越大。性質(zhì)3：對(duì)于確定觀測(cè)精度情況下，多余觀測(cè)數(shù)r越大，則觀測(cè)值的ri也越大，而且建網(wǎng)費(fèi)用將隨r的增大而增加。第二十五頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)五、控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的分類控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)一般分為四類（四方面內(nèi)容）：零類設(shè)計(jì)（基準(zhǔn)設(shè)計(jì)）一類設(shè)計(jì)（圖形設(shè)計(jì)）二類設(shè)計(jì)（觀測(cè)精度<權(quán)>設(shè)計(jì)）三類設(shè)計(jì)（已有網(wǎng)的改進(jìn)）第二十六頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)五、控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的分類

零類設(shè)計(jì)為基準(zhǔn)(起始數(shù)據(jù))的設(shè)計(jì)，是在控制網(wǎng)圖形和觀測(cè)值的先驗(yàn)精度已定的情況下，選擇起始數(shù)據(jù)使網(wǎng)的精度達(dá)到最高。一類設(shè)計(jì)：為控制網(wǎng)網(wǎng)形的設(shè)計(jì)，在控制網(wǎng)成果的精度要求及觀測(cè)手段可能達(dá)到的精度已定的情況下，優(yōu)化設(shè)計(jì)控制網(wǎng)圖形，即確定點(diǎn)位的最佳布設(shè)和采用最佳的觀測(cè)方案。二類設(shè)計(jì)：為觀測(cè)值權(quán)的設(shè)計(jì)，在控制網(wǎng)的圖形和網(wǎng)的精度要求已定的情況下，設(shè)計(jì)觀測(cè)值的精度。三類設(shè)計(jì)：為控制網(wǎng)改進(jìn)的設(shè)計(jì)，用增刪部分觀測(cè)值和改變部分觀測(cè)值的權(quán)，以及增刪及移動(dòng)點(diǎn)位來改善控制網(wǎng)成果的精度。第二十七頁，共30頁。5.3施工控制網(wǎng)的設(shè)計(jì)五、控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的分類這四類的設(shè)計(jì)內(nèi)容，還可以用參數(shù)法平差的函數(shù)模型與隨機(jī)模型來解釋，設(shè)：X——未知參數(shù)，平面網(wǎng)點(diǎn)的坐標(biāo)或高程網(wǎng)點(diǎn)的高程；QXX——未知參數(shù)的協(xié)因數(shù)陣。A——控制網(wǎng)的網(wǎng)形；P——觀測(cè)值的先驗(yàn)精度