第6章 控制测量.ppt
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1、第五章第六章,测量学第六章 控制测量,1,98,第六章 小地区控制测量,第六章 控制测量 学习要点 控制测量概述 平面控制网定位和定向 导线测量与导线计算 交会定点计算 GNSS基本概念和操作,2,98,6-1 控制测量概述,一、平面控制测量二、高程控制测量三、全球定位系统,3,98,为
2、测图或工程建设的测区建立统一的平面和高程控制网,控制误差的积累,作为进行各种细部测量的基准。,6-1 控制测量概述,一、平面控制测量,4,98,传统的平面控制测量方法有三角测量、边角测量和导线测量等,所建立的控制网为三角网、边角网和导线网。三角网是将控制点组成连续的三角形,观测所有三角形的水平内角以及至少一条三角边(基线)的长度,其余各边的长度均从基线开始按边角关系进行推算,然后计算各点的坐标;同时观测三角形内角和全部或若干边长的称为边角网。测定相邻控制点间边长,由此连成折线,并测定相邻折线间水平角,以计算控制点坐标的称为导线或导线网。,98,5,平面控制网从整体到局部分等级进行布设,称为“控
3、制网加密”。我国原有的国家平面控制网首先是一等天文大地锁网,在全国范围内大致沿经线和纬线方向布设,形成间距约200km的格网,三角形的平均边长约20km,在格网中部用平均边长约13km的二等全面网填充,,一等三角锁,二等全面网,6,98,由48000多个平面控制点组成的国家基本大地控制网作为全国城乡建设的地理信息基础,大地控制网西安原点,南海领域,原点标志,西安地处我国版图中心,98,7,城市和工程建设地区,在国家网的控制下布设二、三、四等网和一、二、三级网,其形式有边角网和导线网。,全球导航卫星定位系统(GNSS)技术的应用和普及,使我国从20世纪80年代开始,在利用原有大地控制网的基础上,
4、逐步用GNSS网代替了国家等级的平面控制网和城市各级平面控制网。其构网形式基本上仍为三角形网或多边形格网(闭合环或附合线路)。,98,8,GNSS A级网,我国国家级的GNSS大地控制网按其控制范围和精度分为A,B,C,D,E 5个等级。在全国范围内,已建立由20多个点组成的国家GNSS网的A级网。在其控制下,又有由800多个点组成国家GNSS网的B级网。,城市GNSS网一般用国家GNSS网作为起始数据,由若干个独立闭合环构成,或构成附合线路。某城市的三等GNSS网(首级)其网形与城市导线网相类似。,98,9,98,10,表中:a GNSS网基线向量的固定误差,b 比例误差系数;由此形成基线向
5、量的弦长中误差:,表6-1 城市GNSS平面控制网的主要技术指标,98,11,城市平面控制网也可以用电磁波测距导线网布设。按城市测量规范的规定,城市平面控制网用电磁波测距 导线方法布网的主要技术指标如表6-2所示。表6-2 城市电磁波测距导线网的主要技术指标,98,12,直接为城市大比例尺地形图测绘所用的导线网称为图根导线。城市测量规范对图根导线测量的主要技术指标如表6-3所示。图根控制点也可以用GNSS方法直接测定点位,或用交会定点等方法进行控制点的加密。 表6-3 图根电磁波测距图根导线的主要技术指标,测图比例尺,平均边长(m)
6、,导线全长(m),导线全长相对闭合差,1,角度测回(J6),方位角闭合差,二、高程控制测量,13,98,高程控制网的建立主要用水准测量方法,从高级到低级,逐步加密。 国家水准网分为一、二、三、四等,一、二等水准测量称为精密水准测量,作为全国各地的高程控制。三、四等水准网按各地区的测绘需要而布设。 城市水准网分为二、三、四等,根据城市的大小及所在地区国家水准点的分布情况,从某一等开始布设。在四等水准以下,再布设直接为测绘大比例尺地形图所用的图根水准网。 城市二、三、四等水准测量和图根水准测量的主要技术指标如表6-4和表6-5所示。,城市二、三、四等水准网的设计
7、规格应满足表6-4 的规定。城市二、三、四等水准测量和图根水准测量的主要技术指标如表6-5所示。,表6-4 城市水准测量设计规格(长度单位:km),14,98,98,15,表6-5 城市水准测量主要技术指标,注:表中R为测段长度,L为环线或附合线路长度,均以km为单位。电磁波测距三角高程测量和GNSS高程测量可代替四等水准测量。,98,16,三、全球导航卫星系统 全球定位系统(GPS)是“全球测时与测距导航定位系统”(navigation system with time and ranging global positioning syste
8、m)的简称,是美国于20世纪70年代开始研制的一种用卫星支持的无线电导航和定位系统。由于能独立、快速地确定地球表面空间任意点的点位,并且其相对定位精度较高,因此,从军事和导航的目的开始而迅速被扩展应用于大地测量领域。起先仅用于控制测量,目前已能推广应用于细部测量(地形测量和工程放样)。 GPS的空间系统由分布于6条绕地球运行轨道上的24颗卫星所组成,卫星离地面高度为20200km,这样的分布和运行,可以保证在全球各地在任何时刻用GPS接收机能观测到48颗高度角在15以上的卫星,使能据此进行定位和导航。,全球导航卫星系统运行示意图,17,98,6条绕地球运行轨道,24颗
9、GPS卫星,98,18,继美国的GPS之后,卫星全球定位系统近年又有俄罗斯的“全球导航卫星系统”(GLONASS),由欧盟主持的“伽利略卫星定位系统”(GALILEO)以及我国近年独立发展的“北斗星卫星导航系统”(BD)。接收机也已有能同时接收多种卫星定位系统的兼容接收机,例如:GPS/GLONASS兼容双频高精度接收机,GPS/GLONASS/GALILEO三系统接收机等。兼容接收机提高了定位可靠性和定位精度。 出现这些新情况以后,美国的“全球定位系统”(GPS)的名称已不能涵盖卫星定位的全部内容。故在测绘领域里已将卫星定位的名称改为:“全球导航卫星系统”(glob
10、al navigation satellite system),简称GNSS。例如GNSS控制网,GNSS高程测量等。,GNSS坐标系和定位原理,98,19,地面点A、B利用卫星定位,A、B点同步接收卫星信号,地心坐标系(空间三维直角坐标系),测定A、B点间三维坐标差X,Y,Z,GNSS确定地面相对点位的基本原理如上图所示,用GNSS接收机接收4颗(或4颗以上)GNSS卫星在运行轨道上发出的信号,以测定地面点至这几颗卫星的空间距离;由于卫星的空间瞬时位置可知,按距离交会的原理求得地面点的空间位置。 GNSS采用坐标系称为 WPS-84地心坐标系,它是以地球的质心(质
11、量中心)为坐标原点、X 轴和 Y 轴在地球赤道平面内、Z 轴与地球的自转轴相重合的空间三维直角坐标系。,98,20,例如,地面点A,B 两点的空间坐标:(xA,yA,zA),(xB,yB,zB)利用GNSS是进行相对定位,是将两台GNSS接收机分别安置于相距不远(一般为数百米至数十公里)的A,B 两点上,同时观测相同的GNSS卫星的信号(称为同步观测),形成信号电磁波相位差分观测值,能消除信号传递中多种误差的影响,从而获得较精确的两点间的GNSS基线向量 三维坐标差:,全球导航卫星系统的地面接收机,21,98,1.接收天线 2.信号处理器 4.接收天线和信号处理器5.可
12、伸缩标杆 6.控制器,98,22,苏州光学仪器厂 A20 GPS,GLOHASS接收机,野外用GNSS接收机测定地面点位,23,98,98,24,1.正反方向角,坐标方位角 简称“方位角”亦称“方向角”,在A点从X 轴正向顺时针转至B点的角度。正反坐标方位角的关系:,25,98,在平面直角坐标系中的运算,均采用坐标方位角,方位角与象限角的关系,方位角与象限角的关系:,第象限 = R,第象限 = 180 -|R| = 180 + R,第象限 = 180 + R,第象限 = 360 -|R| &nbs
13、p; = 360 + R,象限角R某方向线在四个象限内与X轴的夹角,按各个 象限内的坐标增 量计算象限角:,26,98, R = ( 0 90),在, 象限R为正,在, 象限R为负。,三.直角坐标与极坐标换算,二、直角坐标与极坐标的换算,在坐标系中表示两个点的关系:,极坐标表示: D12,12;,直角坐标表示:X12,Y12,27,98,直角坐标化为极坐标:,极坐标化为直角坐标:,98,28,在布设各等级的平面控制网时,必须至少取得网中一个已知点的坐标和该点至另一已知点连线的方位角,或网中两个已知点的坐标。因此,“一点坐标及一边方位角”或“两
14、点坐标”是平面控制网必要的“起始数据”。,在小地区内建立平面控制网时,一般应与该地区已有的国家控制网或城市控制网进行联测,以取得起始数据,才能进行平面控制网的定位和定向。,四、平面控制网的定位与定向,#导线测量和计算,6-3 导线测量和导线计算,一、导线网的布设二、导线测量外业工作三、导线测量内业计算,29,98,一、导线网的布设,支导线,30,98,已知点,待定点,根据导线的起始方位定向,分为: 单定向、双定向 和 无定向导线,98,31,两端有已知点的附合导线可分为单定向、双定向和无定向导线,支导线为单定向导线,闭合导线为双定向导线,随
15、定向的多少,导线计算有差别,二.导线测量的外业,二、导线测量外业工作,32,98,98,33,一.导线的布置形式,(二)导线边长测量,导线边长一般用电磁波测距仪或全站仪观测,同时观测垂直角将斜距化为平距。图根导线的边长也可以用经过检定的钢卷尺往返或两次丈量。,(三)导线转折角测量,导线的转折角是在导线点上由相邻两导线边构成的水平角。(导线的转折角分为左角和右角,在导线前进方向左侧的水平角称为左角,在右侧的称右角。),34,98,三.导线测量的内业计算,三、导线测量内业计算,目的:计算各导线点的坐标。要求:合理分配测量误差,并评定 导线测量的精度。,35,
16、98,导线测量计算为测量的基本工作之一必须很好地掌握,四.导线计算的基本公式,三、导线测量内业计算,1.推算各边方向角:,2.计算各边坐标增量,X=D cos Y=D sin,3.推算各点坐标 X前= X后+X Y前= Y后+Y,导线测量内业三种基本运算:,36,98,3.支导线,(一)支导线计算,已知数据:AB, XB, YB 或 XA, YA , XB, YB,A、B为已知边,点1、2为新布设支导线点。,观测数据:转折角 B, 1,边长 DB1,D12,37,98,计算数据:推算导线各边方位角、计算各
17、边坐标增量 推算各导线点坐标。,支导线的计算为导线的基本运算,98,38,98,39,支导线的计算步骤(三),计算各边坐标增量, X= D cos Y= D sin,40,98,XB1,YB1,Y12,X12,98,41,支导线的计算步骤(四),X前= X后+ X Y前= Y后+ Y,已知起始点B点坐标: X a= 664.200 m Y a= 213.300 m X b= 864.220 m Y b= 413.350 m,坐
18、标推算的公式:,导线计算应在设计的表格中进行,98,42,2,D23,T3,(以图 611中的支导线为例:),已知数据: 起始点坐标 XC= 282.292 YC= 744.320 起始方位角 DC =2094543,观测数据: DC1=127.747 C=1433312 D12=128.096 1=2841939 D23=125.614 2=2104015,(计算在以下表格中进行),支导线坐标计算表,98,43,209 &
19、nbsp;45 43,282.291 744.320,127.747128.096126.614,12 31 52 52111 12 37,-51.534 -116.891-100.777 79.073 -45.808 118.037,230.757 627.429129.980 706.502 84.172 824.539,33 12 19 &nbs
20、p; 39210 40 15,填入已知数据,填入角度边长观测值,推算待定边方位角,计算各边坐标增量,推算各待定点坐标,表6-10,44,98,利用EXCEL软件,设计支导线坐标计算表,表格的蓝色填充部分为应输入的已知数据及观测数据,输入完毕,EXCEL表即自动计算并输出,1.闭合导线,闭合导线的已知数据和观测值,闭合导线布设图,已知数据为:AB,XB,YB,A、B为已知点, 1、2、3、4、5 为新布设导线点,观测数据: 连接角B,线转折角0 ,1 , 5 导线各边长DB1,D12
21、, ,D5B,45,98,98,46,闭合导线的坐标增量闭合差,98,47,闭合导线各角度经闭合差调整后,和支导线计算一样,推算各边方位角,按方位角和边长计算各边坐标增量。,各边坐标增量之和的理论值:,上式不为零,则产生坐标增量闭合差:,导线全长闭合差:,闭合导线坐标增量闭合差的几何意义及其调整,98,48,坐标增量闭合差及全长闭合差的几何意义如图所示。即从起始点B开始用坐标增量推算各点坐标,最后回到B;B、B 不能重合而产生全长闭合差 f (为一向量),其方位角为:,导线测量精度以导线全长(D)相对闭合差衡量:,各等级导线测量规范有相对闭合差的限差规定,例如图根导线 < 1
22、/4000。在允许范围内,按边长为比例调整闭合差。,导线增量闭合差的调整和待定点坐标计算,98,49,如果导线相对闭合差在限差以内时,将导线坐标增量闭合差按照“反其符号,按各边长为比例分配”原则,对各边的坐标增量进行改正:,然后用改正后的坐标增量推算各待定点坐标:,98,50,T = <,f,D,1,4000,闭合导线坐标计算表,闭合导线坐标计算,51,98,2.附合导线,已知数据:XB, YB, AB,;,XC, YC, CD。,A、B、C、D为已知点, 1、2、3、4为新布设导线点。,观测数据:连接角
23、B 、C (与已知边连测的转折角) 导线转折角 1, 2, 3 , 4 导线边长 DB1, D12, D23 , D34 ,D4C,(三)附合导线计算,52,98,1.双定向附合导线计算(两端有已知方位角),1.附合导线的计算,8,计算步骤: 推算方位角闭合差 角度闭合差调整 计算各边坐标增量 坐标增量闭合差调整 推算各点坐标,1.双定向附合导
24、线的计算,53,98,附合导线的起始数据和角度、边长观测值,已知点A,B,C,D,待定点5,6,7,8,98,54,98,55,附合导线的坐标增量闭合差,98,56,由于导线两端为已知点,坐标增量之和可得到检核:,起点,终点,附合导线的坐标增量闭合差:,附合导线的全长闭合差、相对闭合差及其限差、以及坐标增量闭合差的分配方法均同闭合导线。,附合导线坐标计算表,1119 01 12,附合导线坐标计算,57,98,Fx,Fy,58,98,设计EXCEL表计算附合导线,湖色背景的单元格为已知和观测数据,1.附合导线的计算,A,B,5,6,7,C,AB,XB=1230.88,YB
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