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n控制测量概述控制测量概述n导线测量导线测量n交会测量交会测量n三角网测量三角网测量n高程控制测量高程控制测量n全全球球定定位位系系统统GPS在在控控制制测测量中的应用量中的应用第六章第六章控制测量控制测量 ControlSurvey nOverviewnTraversesurveynIntersectionnTriangulationnVerticalcontrolsurveynApplicationofGlobalPositioningSystem(GPS)incontrolsurvey6.1控控制制测测量量概概述述 Overview由由于于任任何何一一种种测测量量工工作作都都会会产产生生误误差差，所所以以必必须须采采取取一一定定的的程程序序和和方方法法，即即遵遵循循一一定定的的测测量量实实施施原原那那么么，以以防防止止误误差差的的积积累累。例例如如从从一一个个碎碎部部点点开开始始逐逐点点进进行行测测量量，最最后后虽虽然然也也能能得得到到欲欲测测点点的的坐坐标标，但但这这种种做做法法显显然然是是不不对对的的。因因为为前前一一点点的的测测量量误误差差，必必然然会会传传递递到到下下一一点点，这这样样积积累累起起来来，最最后后有有可可能能到到达达不不可可容容许许的的程程度度。因因此此，为为了了防防止止误误差差的的积积累累，提提高高测测量量精精度度，在在实实际际测测量量中中必必须须遵遵循循“从从整整体体到到局局部部，先先控控制制后后碎碎部部的的测测量量实实施施原原那那么么，即即先先在在测测区区内内建建立立控控制制网网，以控制网为根底，分别从各个控制点开始施测控制点附近的碎部点。以控制网为根底，分别从各个控制点开始施测控制点附近的碎部点。在在测测量量工工作作中中，首首先先在在测测区区内内选选择择一一些些具具有有控控制制意意义义的的点点，组组成成一一定定的的几几何何图图形形，形形成成测测区区的的骨骨架架，用用相相对对精精确确的的测测量量手手段段和和计计算算方方法法，在在统统一一坐坐标标系系中中，确确定定这这些些点点的的平平面面坐坐标标和和高高程程，然然后后以以它它为为根根底底来来测测定定其其它它地地面面点点的的点点位位或或进进行行施施工工放放样样，或或其其它它测测量量工工作作。其其中中，这这些些具具有有控控制制意意义义的的点点称称为为控控制制点点；由由控控制制点点组组成成的的几几何何图图形形称称为为控控制制网网；对对控控制制网网进进行行布布设设、观观测测、计计算算，确确定定控控制制点点位位置置的的工工作作称称为为控制测量。控制测量。通通过过控控制制测测量量可可以以确确定定地地球球的的形形状状和和大大小小；在在碎碎部部测测量量中中，专专门门为为地地形形测测图图而而布布设设的的控控制制网网称称为为图图根根控控制制网网，相相应应的的控控制制测测量量工工作作称称为为图图根根控控制制测测量量；专专门门为为工工程程施施工工而而布布设设的的控控制制网网称称之之为为施施工工控控制制网网，施施工工控控制制网网可可以以作作为为施施工工放放样样和和变变形形监监测测的的依依据据。由由此此可可见见，控控制制测测量量起起到到控控制制全全局局和和限限制制误误差差积积累累的的作作用用，为为各各项项具具体体测量工作和科学研究提供依据。测量工作和科学研究提供依据。控控制制测测量量分分为为平平面面控控制制测测量量和和高高程程控控制制测测量量。平平面面控控制制测测量量确确定定控控制制点点的的平平面面坐坐标标，高高程程控控制制测测量量确确定定控控制制点点的的高高程程。在在传传统统测测量量工工作作中中，平平面面控控制制与与高高程程控控制制网网通通常常分分别别单单独独布布设设；目目前前，有有时时候候也也将将两两种种控控制制网网合合起来布设成三维控制网。起来布设成三维控制网。一、平面控制测量一、平面控制测量在在传传统统测测量量工工作作中中，平平面面控控制制通通常常采采用用三三角角网网测测量量、导导线线测测量量和和交交会会测测量量等等常常规规方方法法建建立立。必必要要时时，还还要要进进行行天天文文测测量量。目目前前，全全球球定定位位系系统统GPSGlobalPositioningSystem已成为建立平面控制网的主要方法。已成为建立平面控制网的主要方法。1三角网测量三角网测量三三角角网网测测量量是是在在地地面面上上选选定定一一系系列列的的控控制制点点，构构成成相相互互连连接接的的假假设设干干个个三三角角形形，组组成成各各种种网网锁锁状状图图形形；通通过过观观测测三三角角形形的的内内角角或或和和边边长长，再再根根据据控控制制点点的的坐坐标标、起起始始边边的的边边长长和和坐坐标标方方位位角角，经经解解算算三三角角形形和和坐坐标标方方位位角角推推算算可可得得到到三三角角形形各各边边的的边边长长和和坐坐标标方方位位角角，进进而而由由直直角角坐坐标标正正算算公公式式计计算算待待定定点点的的平平面面坐坐标标。三三角角形形的的各各个个顶顶点点称称为为三三角角点点，各各三三角角形形连连成成网网状状的的称称为为三三角角网网图图6-1，联联成成锁锁状状的的称称为为三三角角锁锁图图6-2。按观测值的不同，三角网测量可分为三角测量、三边测量和边角测量。按观测值的不同，三角网测量可分为三角测量、三边测量和边角测量。2导线测量导线测量将将控控制制点点用用直直线线连连接接起起来来形形成成折折线线，称称为为导导线线，这这些些控控制制点点称称为为导导线线点点，点点间间的的折折线线边边称称为为导导线线边边，相相邻邻导导线线边边之之间间的的夹夹角角称称为为转转折折角角又又称称导导线线折折角角，导导线线角角。另另外外，与与坐坐标标方方位位角角的的导导线线边边称称为为定定向向边边相相连连接接的的转转折折角角，称称为为连连接接角角又又称称定定向向角角。通通过过观观测测导导线线边边的的边边长长和和转转折折角角，根根据据起起算算数数据据经经计计算算而而获获得得导导线线点点的的平平面面坐坐标标，即即为为导导线线测测量量。导导线线测测量量布布设设简简单单、每每点点仅仅需需与与前前、后后两两点点通通视视，选选点点方方便便，特特别别是是在在隐隐蔽蔽地地区和建筑物多而通视困难的城市，应用起来方便灵活。区和建筑物多而通视困难的城市，应用起来方便灵活。3交会测量交会测量交交会会测测量量即即利利用用交交会会定定点点法法来来加加密密平平面面控控制制点点。通通过过观观测测水水平平角角确确定定交交会会点点平平面面位位置置的的称称为为测测角角交交会会；通通过过测测边边确确定定交交会会点点平平面面位位置置的的称称为为测测边边交交会会；通通过过边边长长和和水水平平角角同同测测来来确确定定交交会会点点平平面面位位置置的的称称为为边边角角交会。交会。4天文测量天文测量天天文文测测量量是是在在地地面面点点上上架架设设仪仪器器，通通过过观观测测天天体体如如恒恒星星、太太阳阳并并记记录录观观测测瞬瞬间间的的时时刻刻，来来确确定定地地面面点点的的天天文文经经度度、天天文文纬纬度度和和该该点点至至相相邻邻点点的的方方位位角角。天天文文经经度度的的观观测测结结果果，可可以以用用来来推推算算天天文文大大地地垂垂线线偏偏差差，用用于于将将地地面面上上的的观观测测值值归归算算到到天天文文椭椭球球面面上上。由由天天文文经经度度、天天文文纬纬度度和和方方位位角角的的观观测测成成果果，可可以以推推算算大大地地方方位位角角，用用来来控控制制地地面面大大地地网网中中方位误差的积累。方位误差的积累。5GPS测量测量GPS测测量量是是以以分分布布在在空空中中的的多多个个GPS卫卫星星为为观观测测目目标标来来确确定定地地面面点点三三维维坐坐标标的的定定位位方方法法。20世世纪纪80年年代代末末，全全球球卫卫星星定定位位系系统统GPS开开始始在在我我国国用用于于建建立立平平面面控控制制网网。目目前前，GPS已已成成为为建建立立平平面面控控制制网网的的主主要要方方法法。应应用用GPS定定位位技技术术建建立立的的控控制制网网称称为为GPS控控制制网网，按按其其精精度度分分为为A、B、C、D、E五五个个不不同同精精度度等等级级的的GPS控控制制网网。在在全全国国范范围围内内，已已建建立立了了国国家家GPSA级级网网27个个点点、B级级网网818个个点点，国国家家GPSA级网的分布如图级网的分布如图6-4所示。所示。在在全全国国范范围围内内布布设设的的平平面面控控制制网网，称称为为国国家家平平面面控控制制网网，我我国国原原有有国国家家平平面面控控制制网网主主要要按按三三角角网网方方法法布布设设，分分为为四四个个等等级级，其其中中一一等等三三角角网网精精度度最最高高，二二、三三、四四等等精精度度逐逐级级降降低低。一一等等三三角角网网由由沿沿经经线线、纬纬线线方方向向的的三三角角锁锁构构成成，并并在在锁锁段段交交叉叉处处测测定定起起始始边边，如如图图6-3所所示示，三三角角形形平平均均边边长长为为2025km。一一等等三三角角网网不不仅仅作作为为低低等等级级平平面面控控制制网网的的根根底底，还还为为研研究究地地球球形形状状和和大大小小提提供供重重要要的的科科学学资资料料；二二等等三三角角网网布布设设在在一一等等三三角角锁锁所所围围成成的的范范围围内内，构构成成全全面面三三角角网网，平平均均边边长长为为13km。二二等等三三角角网网是是扩扩展展低低等等平平面面控控制制网网的的根根底底；三三、四四等等三三角角网网的的布布设设采采用用插插网网和和插插点点的的方方法法，作作为为一一、二二等等三三角角网网的的进进一一步步加加密密，三三等等三三角角网网平平均均边边长长8km，四四等等三三角角网网平平均均边边长长26km。四四等等三三角角点点每每点点控控制制面面积积约约为为1520km2，可可以以满满足足1:10000和和1:5000比比例尺地形测图需要。例尺地形测图需要。在在城城市市地地区区，为为满满足足1:5001:2000比比例例尺尺地地形形测测图图和和城城市市建建设设施施工工放放样样的的需需要要，应应进进一一步步布布设设城城市市平平面面控控制制网网。城城市市平平面面控控制制网网在在国国家家控控制制网网的的控控制制下下布布设设，按按城城市市范范围围大大小小布布设设不不同同等等级级的的平平面面控控制制网网，分分为为二二、三三、四四等等三三角角网网或或三三、四四等等导导线线网网和和一一、二二级级小小三三角角网网或或一一、二二、三三级级导导线线网网。城城市市三三角角测测量量和和导导线线测测量量的的主主要要技技术术指指标标见表见表6-1和表和表6-2。在在小小于于10Km2的的范范围围内内建建立立的的控控制制网网，称称为为小小区区域域控控制制网网。在在这这个个范范围围内内，水水准准面面可可视视为为水水平平面面，采采用用平平面面直直角角坐坐标标系系，计计算算控控制制点点的的坐坐标标，不不需需将将测测量量成成果果归归算算到到高高斯斯平平面面上上。小小区区域域平平面面控控制制网网，应应尽尽可可能能与与国国家家控控制制网网或或城城市市控控制制网网联联测测，将将国国家家或或城城市市高高级级控控制制点点坐坐标标作作为为小小区区域域控控制制网网的的起起算算和和校校核核数数据据。如如果果测测区区内内或或测测区区附附近近无无高高级级控控制制点点，或或联联测测较较为为困困难难，也也可可建建立立独独立立平面控制网。平面控制网。二、高程控制测量二、高程控制测量高高程程控控制制主主要要通通过过水水准准测测量量方方法法建建立立，而而在在地地形形起起伏伏大大、直直接接利利用用水水准准测测量量较较困困难难的的地地区区建建立立低低精精度度的的高高程程控控制制网网，以以及及图图根根高高程程控控制制网网，可可采采用三角高程测量方法建立。用三角高程测量方法建立。在在全全国国范范围围内内采采用用水水准准测测量量方方法法建建立立的的高高程程控控制制网网，称称为为国国家家水水准准网网。国国家家水水准准网网遵遵循循从从整整体体到到局局部部、由由高高级级到到低低级级、逐逐级级控控制制、逐逐级级加加密密的的原原那那么么分分四四个个等等级级布布设设，各各等等级级水水准准网网一一般般要要求求自自身身构构成成闭闭合合环环线线或或闭闭合合于于高高一一级级水水准准路路线线上上构构成成环环形形。国国家家一一、二二等等水水准准网网采采用用精精密密水水准准测测量量建建立立，是是研研究究地地球球形形状状和和大大小小、海海洋洋平平均均海海水水面面变变化化的的重重要要资资料料，同同时时根根据据重重复复测测量量的的结结果果，可可以以研研究究地地壳壳的的垂垂直直形形变变规规律律，是是地地震震预预报报的的重重要要数数据据。国国家家一一等等水水准准网网如如图图6-5所所示示。国国家家三三、四四等等水水准准网网直直接接为为地地形形测测图图和和工工程程建设提供高程控制点。建设提供高程控制点。在在国国家家水水准准测测量量的的根根底底上上，城城市市高高程程控控制制测测量量分分为为二二、三三、四四等等，根根据据城城市市范范围围的的大大小小，城城市市首首级级高高程程控控制制网网可可布布设设成成二二等等或或三三等等水水准准网网，用用三三等等或或四四等等水水准准网网作作进进一一步步加加密密，在在四四等等以以下下再再布布设设直直接接为为测测绘绘大大比比例例尺尺地地形形图用的图根水准网。城市各等级水准测量的主要技术要求如表图用的图根水准网。城市各等级水准测量的主要技术要求如表6-3所示。所示。在在小小区区域域范范围围内内建建立立高高程程控控制制网网，应应根根据据测测区区面面积积大大小小和和工工程程要要求求，采采用用分分级级建建立立的的方方法法。一一般般情情况况下下，是是以以国国家家或或城城市市等等级级水水准准点点为为根根底底，在在整整个个测测区区建建立立三三、四四等等水水准准网网或或水水准准路路线线，用用图图根根水水准准测测量量或或三三角角高高程程测测量量测定图根点的高程。测定图根点的高程。三、控制测量的一般作业步骤三、控制测量的一般作业步骤控控制制测测量量作作业业包包括括技技术术设设计计、实实地地选选点点、标标石石埋埋设设、观观测测和和平平差差计计算算等等主主要要步步骤骤。在在常常规规的的高高等等级级平平面面控控制制测测量量中中，当当某某些些方方向向受受到到地地形形条条件件限限制制不不能能使使相相邻邻控控制制点点间间直直接接通通视视时时，需需要要在在控控制制点点上上建建造造测测标标。采采用用GPS定定位位技技术建立平面控制网，由于不要求相邻控制点间通视，因此不需要建立测标。术建立平面控制网，由于不要求相邻控制点间通视，因此不需要建立测标。控控制制测测量量的的技技术术设设计计主主要要包包括括精精度度指指标标确确实实定定和和控控制制网网的的网网形形设设计计。在在实实际际工工作作中中，控控制制网网的的等等级级和和精精度度标标准准应应根根据据测测区区大大小小和和控控制制网网的的用用途途来来确确定定。当当测测区区范范围围较较大大时时，为为了了既既能能使使控控制制网网形形成成一一个个整整体体，又又能能相相互互独独立立地地进进行行工工作作，必必须须采采用用“从从整整体体到到局局部部，分分级级布布网网，逐逐级级控控制制的的布布网网程程序序。假假设设测测区区面面积积不不大大，也也可可布布设设同同级级全全面面网网。控控制制网网网网形形设设计计是是在在收收集集测测区区的的地地形形图图、已已有有控控制制点点成成果果及及测测区区的的人人文文、地地理理、气气象象、交交通通、电电力力等等等等资资料料的的根根底底上上，进进行行控控制制网网的的图图上上设设计计。首首先先在在地地形形图图上上标标出出已已有有的的控控制制点点和和测测区区范范围围，再再根根据据测测量量目目的的对对控控制制网网的的具具体体要要求求，结结合合地地形形条条件件在在图图上上设设计计出出控控制制网网的的形形式式和和选选定定控控制制点点的的位位置置，然然后后到到实实地地踏踏勘勘，判判明明图图上上标标定定的的点点是是否否与与实实地地相相符符，并并查查明明标标石石是是否否完完好好；查查看看预预选选的的路路线线和和控控制制点点点点位位是是否否适适宜宜，通通视视是是否否良良好好；如如有有必必要要再再作作适适当当的的调调整整并并在在图图上上标标明明。根根据据图图上上设设计计的的控控制制网网方方案案，到到实实地地选选点点，确确定定控控制制点点的的最最适适宜宜位位置置。控控制制点点点点位位一一般般应应满满足足：点点位位稳稳定定，等等级级控控制制点点应应能能长长期期保保存存；便便于于扩扩展展、加加密密和和观观测测。经经选选点点确确定定的的控控制制点点点点位位，要要进进行行标标石石埋埋设设，将将它它们们在在地地面面上上固固定定下下来来。控控制制点点的的测测量量成成果果以以标标石石中中心心的的标标志志为为准准，因因此此标标石石的的埋埋设设、保保存存至至关关重重要要。标标石石类类型型很很多多，按按控控制制网网种种类类、等等级级和和埋埋设设地地区区地地表表条条件件的的不不同同而而有有所所差差异异，图图6-6至至图图6-10是一些标石的埋设图。是一些标石的埋设图。控控制制网网中中控控制制点点的的坐坐标标或或高高程程是是由由起起算算数数据据和和观观测测数数据据经经平平差差计计算算得得到到的的。控控制制网网中中只只有有一一套套必必要要起起算算数数据据三三角角网网中中一一个个点点的的坐坐标标、一一条条边边的的边边长长和和一一边边的的坐坐标标方方位位角角；水水准准网网中中一一个个点点的的高高程程的的控控制制网网称称为为独独立立网网。如如果果控控制制网网中中多多于于一一套套必必要要起起算算数数据据，那那么么这这种种控控制制网网称称为为附附合合网网。控控制制网网中中的的观观测测数数据据按按控控制制网网的的种种类类不不同同而而不不同同，有有水水平平角角或或方方向向、边边长长、高高差差以以及及三三角角高高程程的的竖竖直直角角或或天天顶顶距距。观观测测工工作作完完成成后后，应应对对观观测测数数据据进进行行检检核核，保保证证观观测测成成果果满满足足要要求求，然然后后进进行行平平差差计计算算。对对于于高高等等级级控控制制网网需需进进行行严严密密平平差差计计算算由由测测量量平平差差课课程程讲讲述述，而而低低等等级级的的控控制制网网例例如如图图根根控控制制网网允许采用近似平差计算。允许采用近似平差计算。控控制制测测量量作作业业应应遵遵循循的的测测量量标标准准有有?国国家家三三角角测测量量和和精精密密导导线线测测量量标标准准?、?国国家家一一、二二等等水水准准测测量量标标准准?、?国国家家三三、四四等等水水准准测测量量标标准准?、?城城市市测测量量标标准准?、?工工程程测测量量标标准准?以以及及?全全球球定定位位系系统统GPS测量标准测量标准?等。等。四、平面控制点坐标计算根底四、平面控制点坐标计算根底在在控控制制网网平平差差计计算算中中，必必须须进进行行坐坐标标方方位位角角的推算和平面坐标的正、反算。的推算和平面坐标的正、反算。1坐标方位角的推算坐标方位角的推算2平面直角坐标正、反算平面直角坐标正、反算一、导线的布设形式一、导线的布设形式导导线线可可被被布布设设成成单单一一导导线线和和导导线线网网。两两条条以以上上导导线线的的会会聚聚点点，称称为为导导线线的的结结点点。单单一一导导线线与与导导线线网网的的区区别别，在在于于导导线线网网具具有有结结点点，而而单单一一导线那么不具有结点。导线那么不具有结点。按按照照不不同同的的情情况况和和要要求求，单单一一导导线线可可被被布布设设为为附附合合导导线线、闭闭合合导导线线和和支导线。导线网可被布设为自由导线网和附合导线网。支导线。导线网可被布设为自由导线网和附合导线网。1.附合导线附合导线如如图图6-13a所所示示，导导线线起起始始于于一一个个控控制制点点而而终终止止于于另另一一个个控控制制点点。控控制制点点上上可可以以有有一一条条边边或或几几条条边边定定向向边边与与之之相相连连接接，也也可可以以没没有有定定向向边边与与之相连接。之相连接。2.闭合导线闭合导线如如图图6-13b所所示示，由由一一个个控控制制点点出出发发，最最终终又又回回到到这这一一点点，形形成成一一个个闭闭合合多多边边形形。在在闭闭合合导导线线的的控控制制点点上上至至少少应应有有一一条条定定向向边边与与之之相相连连接接。应应该该指指出出，由由于于闭闭合合导导线线是是一一种种可可靠靠性性极极差差的的控控制制网网图图形形，在在实实际际测测量量工作中应防止单独使用。工作中应防止单独使用。6.2 导 线 测 量 Traversesurvey 3.3.支导线支导线 如如图图6-13c6-13c所所示示，从从一一个个控控制制点点出出发发，既既不不附附合合于于另另一一个个控控制制点点，也也不不闭闭合合于于原原来来的的起起始始控控制制点点。由由于于支支导导线线缺缺乏乏检检核核条条件件,故故一一般般只只限于地形测量的图根导线中采用。限于地形测量的图根导线中采用。4.4.附合导线网附合导线网 如图如图6-13d6-13d所示，附合导线网具有一个以上控制点或具有附合条件。所示，附合导线网具有一个以上控制点或具有附合条件。5.5.自由导线网自由导线网 如如图图6 613e13e所所示示，自自由由导导线线网网仅仅有有一一个个控控制制点点和和一一个个起起始始方位角。方位角。导导线线网网中中只只含含有有一一个个结结点点的的导导线线网网，称称之之为为单单结结点点导导线线网网，多多于于一一个个结结点点的的导导线线网网，称称之之为为多多结结点点导导线线网网。导导线线节节是是组组成成导导线线网网的的根根本本单单元元，它它是是指指导导线线网网内内两两端端点点中中至至少少有有一一个个点点是是结结点点，另另一一点点是是结结点点或或点点的的一一段段导导线线。应应该该指指出出，与与闭闭合合导导线线类类似似，自自由由导导线线网网是是一一种种可可靠靠性性极极差差的的控控制制网网图图形形，在在实实际际测测量量工工作作中中应应防防止止单单独独使用。使用。二、导线的观测二、导线的观测导线的观测包括转折角和导线边的观测，以及导线点的高程测量。导线的观测包括转折角和导线边的观测，以及导线点的高程测量。1转折角的观测转折角的观测转转折折角角的的观观测测一一般般采采用用测测回回法法进进行行。当当导导线线点点上上应应观观测测的的方方向向数数多多于于二二个个时时，应应采采用用方方向向观观测测法法进进行行。各各测测回回间间应应按按规规定定进进行行水水平平度度盘盘配置。各等级导线测量水平角观测的技术要求见表配置。各等级导线测量水平角观测的技术要求见表6-2。在在进进行行国国家家等等级级导导线线转转折折角角观观测测时时，应应以以奇奇数数测测回回和和偶偶数数测测回回分分别别观观测测导导线线前前进进方方向向的的左左角角和和右右角角；左左角角和和右右角角分分别别取取中中数数后后，再再计计算算圆周角闭合差，值对于三、四等导线应分别不超过圆周角闭合差，值对于三、四等导线应分别不超过3.5和和5.0。在在进进行行一一、二二和和三三级级导导线线转转折折角角观观测测时时，一一般般应应观观测测导导线线前前进进方方向向的的左左角角。对对于于闭闭合合导导线线，假假设设按按逆逆时时针针方方向向进进行行观观测测，那那么么观观测测的的导导线线角角既既是是闭闭合合多多边边形形的的内内角角，又又是是导导线线前前进进方方向向的的左左角角。对对于于支支导导线线，应分别观测导线前进方向的左角和右角。以增加检核条件。应分别观测导线前进方向的左角和右角。以增加检核条件。当当观观测测短短边边之之间间的的转转折折角角时时，测测站站偏偏心心和和目目标标偏偏心心对对转转折折角角的的影影响响将将十十清清楚楚显显。因因此此，应应对对所所用用仪仪器器、觇觇牌牌和和光光学学对对中中器器进进行行严严格格检检校校，并且要特别仔细进行对中和精确照准。并且要特别仔细进行对中和精确照准。2 2导线边长观测导线边长观测 导导线线边边长长可可采采用用电电磁磁波波测测距距仪仪测测量量，亦亦可可采采用用全全站站仪仪在在测测取取导导线线角角的的同同时时测测取取导导线线边边的的边边长长。导导线线边边长长应应对对向向观观测测，以以增增加加检检核核条条件件。电电磁磁波波测测距距仪仪测测量量的的通通常常是是斜斜距距，还还需需观观测测竖竖直直角角，用用以以将将倾倾斜斜距距离离改改化化为为水水平平距距离，必要时还应将其归算到椭球面上和高斯平面上。离，必要时还应将其归算到椭球面上和高斯平面上。3 3导线点的高程测量导线点的高程测量 导导线线点点的的高高程程测测量量可可采采用用水水准准测测量量或或三三角角高高程程测测量量进进行行。目目前前，大大多多采采用用电电磁磁波波测测距距三三角角高高程程测测量量进进行行对对向向观观测测来来确确定定导导线线点点的的高高程程，此此时时必必须须观测竖直角、量取仪器高和目标高。观测竖直角、量取仪器高和目标高。4 4三联脚架法导线观测三联脚架法导线观测 三三联联脚脚架架法法通通常常使使用用三三个个既既能能安安置置全全站站仪仪又又能能安安置置带带有有觇觇牌牌的的基基座座和和脚脚架，基座架，基座应应有通用的光学有通用的光学对对中器。如中器。如图图6-146-14所示所示。在在观观测测者者精精心心安安置置仪仪器器的的情情况况下下，三三联联脚脚架架法法可可以以减减弱弱仪仪器器和和目目标标对对中中误误差差对对测测角角和和测测距距的的影影响响，从从而而提提高高导导线线的的观观测测精精度度，减减少少了了坐坐标标传传递递误误差。差。三、导线测量的近似平差计算三、导线测量的近似平差计算导导线线测测量量的的目目的的是是获获得得各各导导线线点点的的平平面面直直角角坐坐标标。计计算算的的起起始始数数据据是是点点坐坐标标、坐坐标标方方位位角角，观观测测数数据据为为观观测测角角值值和和观观测测边边长长。通通常常情情况况下下，导导线线平平差差应应进进行行严严密密平平差差，但但对对于于二二级级及及其其以以下下等等级级的的图图根根导导线线允允许许对对以以单单一一导导线线、单单结结点点导导线线网网采采用用近近似似平平差差方方法法进进行行计计算算。导导线线近近似似平平差差的的根根本本思思路路是是将将角角度度误误差差和和边边长长误误差差分分别别进进行行平平差差处处理理，先先进进行行角角度度闭闭合合差差的的分分配配，在在此此根根底底上上再再进进行行坐坐标标闭闭合合差差的的分分配配，通通过过调调整整坐坐标标闭闭合合差，以到达处理角度的剩余误差和边长误差的目的。差，以到达处理角度的剩余误差和边长误差的目的。在在进进行行导导线线测测量量平平差差计计算算之之前前，首首先先要要按按照照标标准准要要求求对对外外业业观观测测成成果果进进行行检检查查和和验验算算，确确保保观观测测成成果果无无误误并并符符合合限限差差要要求求，然然后后对对边边长长进进行行加加常常数数改改正正、乘乘常常数数改改正正、气气象象改改正正和和倾倾斜斜改改正正改改正正方方法法见见第第五五章章，对对角角度度值值和和边边长长进进行行归归心心改改正正有有偏偏心心观观测测时时，以以消消除除系系统统误误差差的的影影响。响。四、导线测量错误的检查方法四、导线测量错误的检查方法在在导导线线计计算算中中，角角度度闭闭合合差差或或导导线线全全长长相相对对闭闭合合差差超超限限时时，很很可可能能是是转转折折角角或或导导线线边边观观测测值值含含有有粗粗差差，或或可可能能在在计计算算时时有有错错误误。测测角角错错误误将将表表现现为为角角度度闭闭合合差差超超限限，而而测测边边错错误误或或计计算算中中用用错错导导线线边边的的坐坐标标方方位位角角那么表现为导线全长相对闭合差的超限。那么表现为导线全长相对闭合差的超限。1角度闭合差超限，检查角度错误角度闭合差超限，检查角度错误如如图图6-21所所示示的的附附合合导导线线中中，假假设设转转折折角角中中含含有有粗粗差差，那那么么可可根根据据未未经经调调整整的的转转折折角角观观测测值值自自A向向B计计算算各各导导线线边边的的坐坐标标方方位位角角和和各各导导线线点点的的坐坐标标，并并同同样样自自B向向A推推算算之之。如如果果只只有有一一点点的的坐坐标标极极为为接接近近，而而其其余余各各点点坐坐标标均均有有较较大大的的差差数数，那那么么说说明明坐坐标标很很接接近近的的这这一一点点上上，其其测测角角有有错错误误。假假设设错错误误较较大大如如5以以上上，直直接接用用图图解解法法也也可可发发现现错错误误所所在在。即即先先自自A向向B用用量量角角器器和和比比例例直直尺尺按按角角度度和和边边长长画画导导线线，然然后后再再由由B向向A画画导线，那么两条导线相交的导线点上测角有错误。导线，那么两条导线相交的导线点上测角有错误。对对于于闭闭合合导导线线亦亦可可采采用用此此法法进进行行检检查查，不不过过不不是是从从两两点点对对向向检检查查，而而是是从从一一点点开开始始以以顺顺时时针针方方向向和和逆逆时时针针方方向向分分别别计计算算各各导导线线点点的的坐坐标标并并按按上述方法作对向检查。上述方法作对向检查。2导线全长相对闭合差超限，检查边长或坐标方位角错误 由于在角度闭合差未超限时才进行导线全长相对闭合差的计算，所以导线全长相对闭合差超限，可能是边长或坐标方位角错误所至。假设边长含有粗差，如图6-22中的de边上错了ee,那么闭合差BB将平行于该导线边。假设计算坐标增量时用错了ef的坐标方位角图6-23，那么闭合差BB将大致垂直于错误方向的导线边。为确定错误所在，就必须先确定全长闭合差的方向。由图6-22所示，导线全长闭合差BB的坐标方位角之正切为：根据上式求得 后，那么将其与各边的坐标方位角相比较，假设有与之相差90者，那么检查该坐标方位角有无用错或算错。假设有与之平行或大致平行的导线边，那么应检查该边长的计算。如果从手簿记录或计算中检查不出错误，那么应到现场检查相应的边长观测。上述导线测量错误检查方法，仅对只有一个错误存在时有效。6.3交交会会测测量量Intersection 交交会会测测量量是是加加密密控控制制点点常常用用的的方方法法，它它可可以以在在数数个个控控制制点点上上设设站站，分分别别向向待待定定点点观观测测方方向向或或距距离离，也也可可以以在在待待定定点点上上设设站站向向数数个个控控制制点点观观测测方方向向或或距距离离，而而后后计计算算待待定定点点的的坐坐标标。常常用用的的交交会会测测量量方方法法有有前前方交会、前方交会、测边交会和自由设站法。方交会、前方交会、测边交会和自由设站法。一、前方交会一、前方交会 前前方方交交会会即即在在控控制制点点上上设设站站观观测测水水平平角角，根根据据点点坐坐标标和和观观测测角角值值，计算待定点坐标的一种控制测量方法。计算待定点坐标的一种控制测量方法。二、前方交会二、前方交会仅仅在在待待定定点点设设站站，向向三三个个控控制制点点观观测测两两个个水水平平夹夹角角，从从而而计计算算待待定定点点的的坐标，称为前方交会。坐标，称为前方交会。三、测边交会三、测边交会在在交交会会测测量量中中，除除了了观观测测水水平平角角外外，也也可可测测量量边边长长交交会会定定点点，通通常常采采用用三三边边交交会会法法。如如图图6-30所所示示，A、B、C为为点点，P为为待待定定点点，A、B、C按按逆逆时时针排列，针排列，a、b、c为边长观测值。为边长观测值。四、自由设站四、自由设站自自由由设设站站法法是是在在待待定定控控制制点点上上设设站站，向向多多个个控控制制点点观观测测方方向向和和距距离离，并并按按间间接接平平差差方方法法计计算算待待定定点点坐坐标标的的一一种种控控制制测测量量方方法法。间间接接平平差差以以待待定定点点的的坐坐标标平平差差值值作作为为未未知知参参数数，根根据据方方向向观观测测值值和和边边长长观观测测值值建建立立方方向向误误差差方方程程式式和和边边长长误误差差方方程程式式，然然后后按按最最小小二二乘乘原原理理计计算算待待定定点点坐坐标标平平差值。差值。6.4三三角角网网测测量量Triangulation 三三角角网网是是以以三三角角形形为为根根本本图图形形构构成成的的测测量量控控制制网网，按按观观测测值值的的不不同同，三三角角网网测测量量分分为为三三角角测测量量、三三边边测测量量和和边边角角测测量量。三三角角测测量量观观测测各各三三角角形形内内角角和和少少数数边边长长称称为为基基线线，三三边边测测量量观观测测所所有有的的三三角角形形边边长长和和少少量量用用于于确确定定方方位位角角的的角角度度，而而边边角角测测量量是是在在三三角角测测量量中中多多测测一一些些边边或或在在三三边边测测量量中中多多测测一一些些角角度度或或观观测测三三角角网网中中的的所所有有角角度度和和边边长长。在在三三角角网网中中没没有有观观测测的的角角度度和和边边长长可可以以通通过过三三角角形形解解算算计计算算出出来来，实实际际作作业业中中，为为了了进进行行观观测测值值校校核核，提提高高图图形形强强度度，往往往往增增加加一一些些多多余余观测值。观测值。三三角角网网测测量量是是常常规规布布设设和和加加密密控控制制网网的的主主要要方方法法。在在电电磁磁波波测测距距仪仪普普及及之之前前，由由于于测测角角要要比比量量边边容容易易得得多多，因因而而三三角角测测量量是是建建立立平平面面控控制制网网的的最最根根本本方方法法。由由于于全全站站仪仪的的应应用用，目目前前三三角角网网测测量量以以边边角角测测量量较较为为实实用用。由由于于三三角角网网要要求求每每点点与与较较多多的的相相邻邻点点相相互互通通视视，所所以以在在通通视视困困难难的的地地区区通通常常需需要要建建造造较较高高的的觇觇标标。随随着着GPS技技术术在在控控制制测测量量中中的的普普遍遍应应用用，目目前前国国家家平平面面控控制制网网、城城市市平平面面控控制制网网、工工程程平平面面控控制制网网已已很很少少应应用用三三角角网网测测量量方方法法，只只是是在在小小范范围围内内采采用用三三角角网网测测量量方方法法布设和加密控制网。布设和加密控制网。三三角角网网测测量量的的实实施施有有两两种种扩扩展展形形式式：一一是是同同时时向向各各个个方方向向扩扩展展而而构构成成网网状状，称称为为三三角角网网见见图图6-1。它它的的优优点点在在于于点点位位分分布布均均匀匀，各各点点之之间间相相互互牵牵制制，图图形形强强度度较较高高，但但缺缺点点是是扩扩展展比比较较慢慢；二二是是向向某某一一方方向向推推进进而而构构成成锁锁状状，称称为为三三角角锁锁见见图图6-2。它它具具有有扩扩展展迅迅速速，能能通通过适中选择推进方向而避开困难地带的优点，但图形强度不如三角网。过适中选择推进方向而避开困难地带的优点，但图形强度不如三角网。根根据据点点的的数数量量和和位位置置，三三角角锁锁又又可可部部设设成成单单三三角角锁锁见见图图6-2a或或线线形形三三角角锁锁见见图图6-2b。二二者者的的区区别别在在于于：单单三三角角锁锁的的边边或基线边是三角形的某条边；而线形三角锁的边不是三角形的边。或基线边是三角形的某条边；而线形三角锁的边不是三角形的边。三三角角测测量量的的图图形形也也可可部部设设成成三三角角网网锁锁的的根根本本图图形形：单单三三角角形形、中心多边形、大地四边形和在固定角内插点的扇形网。中心多边形、大地四边形和在固定角内插点的扇形网。三三角角网网测测量量的的平平差差计计算算方方法法有有严严密密平平差差法法和和近近似似平平差差法法两两种种。国国家家等等级级的的三三角角网网锁锁的的平平差差计计算算应应采采用用严严密密平平差差法法，小小三三角角网网锁锁可采用近似平差法。可采用近似平差法。本节仅介绍单三角锁、中心多边形和大地四边形的近似平差方法。本节仅介绍单三角锁、中心多边形和大地四边形的近似平差方法。6.5 6.5 高高 程程 控控 制制 测测 量量Verticalcontrolsurvey 高高程程控控制制测测量量主主要要采采用用水水准准测测量量和和三三角角高高程程测测量量方方法法，测测定定各各等等级级水水准准点点和和平平面面控控制制点点的的高高程程。按按用用途途可可分分为为国国家家高高程程控控制制测测量量、城城市市高高程程控控制制测测量量和和工工程程高高程程控控制制测测量量。国国家家水水准准测测量量按按精精度度可可分分为为国国家家一一、二二、三三、四四等等，城城市市水水准准测测量量按按精精度度分分为为二二、三三、四四等等以以及及用用于于地地形形测测量量的的图图根根水水准准测测量量。工工程程水水准准测测量量按按精精度度分分为为二二、三三、四四、五五等等以以及及用用于于地地形形测测量量的的图图根根水水准准测测量量。三三角角高高程程用用于于测测定定各各等等级级平平面面控控制制点点的的高高程程。在在城城市市和和工工程程高高程程控控制制测测量量中中，光光电电测测距距高高程程导导线线，采用对向观测或中间设站观测，可以代替四等及四等以下水准测量。采用对向观测或中间设站观测，可以代替四等及四等以下水准测量。国国家家高高程程系系统统，现现采采用用“1985“1985国国家家高高程程基基准准。城城市市和和工工程程高高程程控制，凡有条件的都应采用国家高程系统。控制，凡有条件的都应采用国家高程系统。一、水准测量路线的布设一、水准测量路线的布设水水准准测测量量路路线线的的布布设设分分为为单单一一水水准准路路线线和和水水准准网网。单单一一水水准准路路线线的的形形式式有有三三种种，即即附附合合水水准准路路线线、支支水水准准路路线线和和闭闭合合水水准准路路线线。如如果果是是从从一一个个高高程程的的水水准准点点开开始始，沿沿一一条条路路线线进进行行水水准准测测量量，以以测测定定其其它它假假设设干干水水准准点点的的高高程程，最最后后联联测测至至另另外外一一个个高高程程的的水水准准点点上上，称称为为附附合合水水准准路路线线图图635a。如如果果最最后后没没有有联联测测到到高高程程的的水水准准点点，那那么么称称之之为为支支水水准准路路线线图图636c。为为了了对对水水准准测测量量成成果果进进行行检检核核，支支水水准准路路线线必必须须进进行行往往返返观观测测或或单单程程双双转转点点观观测测。从从一一个个高高程程的的水水准准点点开开始始，沿沿一一条条环环形形路路线线进进行行水水准准测测量量，测测定定沿沿线线假假设设干干水水准准点点的的高高程程，最最后后又又回回到到起起始始水水准准点点上上，称称之之为闭合水准路线图为闭合水准路线图635b。水水准准网网由由假假设设干干条条单单一一水水准准路路线线相相互互连连接接构构成成。单单一一路路线线相相互互连连接接的的交交点点称称为为结结点点。在在水水准准网网中中，如如果果只只有有一一个个高高程程的的水水准准点点，那那么么称称为为独独立立水水准准网网图图635d；如如果果高高程程的的水水准准点点的的数数目目多多于于一一个个，那那么么称称为为附附合合水水准网图准网图635e。二、水准测量的观测二、水准测量的观测 一一、二二等等水水准准测测量量采采用用精精密密水水准准仪仪和和因因瓦瓦水水准准尺尺，用用光光学学测测微微法法读读数数，进进行行往往返返观观测测。三三、等等水水准准测测量量采采用用中中丝丝读读数数法法，进进行行往往返返观观测测，当当用用光光学学测测微微法法观观测测时时，也也可可以以用用单单程程双双转转点点法法观观测测。四四等等水水准准测测量量采采用用中中丝丝读读数数法法，当当水水准准路路线线为为附附合合路路线线或或闭闭合合路路线线时时，可可只只进进行行单单程程观观测。测。三、跨河水准测量三、跨河水准测量凡凡跨跨越越江江河河、洼洼地地、山山谷谷等等障障碍碍地地段段的的水水准准测测量量，统统称称为为跨跨河河水水准准测测量量。由由于于跨跨江江河河、洼洼地地、山山谷谷等等障障碍碍物物的的视视线线较较长长，使使观观测测时时前前、后后视视线线不不能能相相等等，仪仪器器i角角误误差差的的影影响响随随着着视视线线长长度度的的增增长长而而增增长长，跨跨越越障障碍碍物物的的视视线线大大大大加加长长，必必然然使使大大气气垂垂直直折折光光的的影影响响增增大大，这这种种影影响响随随着着地地面面覆覆盖盖物物、水水面面情情况况和和视视线线高高度度等等因因素素的的不不同同而而不不同同，同同时时还还随随空空气气温温度度的的变变化化而而变变化化；视视线线长长度度的的增增大大，水水准准标标尺尺上上的的分分划划在在望望远远镜镜中中所所成成的的像像就就显显得得非非常常小小，甚甚至至无无法法辩辩认认，因因而而也也就就难难以以精精确确照照准准水水准准标标尺尺分分划划和和无无法法读读数数。基基于于上上述述原原因因，水水准准测测量量标标准准规规定定：当当一一、二二等等水水准准路路线线跨跨越越江江河河、峡峡谷谷、湖湖泊泊、洼洼地地等等障障碍碍物物的的视视线线长长度度在在100m以以内内时时，可可用用一一般般观观测测方方法法进进行行施施测测，但但在在测测站站上上应应变变换换一一次次仪仪器器高高，观观测测两两次次的的高高差差之之差差应应不不超超过过1.5mm，取取用用两两次次观观测测高高差差的的中中数数。假假设设视视线线长长度度超超过过100m时时，那那么么应应根根据据视视线线长长度度和和仪仪器器设设备备情情况况，选选用用特特殊殊的的方方法法进行观测。进行观测。四、水准测量数据处理四、水准测量数据处理水水准准测测量量数数据据处处理理的的目目的的是是为为了了检检查查外外业业观观测测成成果果的的质质量量，消消除除观观测测数数据据中中的的系系统统误误差差，对对偶偶然然误误差差进进行行平平差差处处理理，以以及及对对观观测测成成果果和和平平差差结结果果进进行精度评定。通常按以下步骤进行：行精度评定。通常按以下步骤进行：1首首先先按按照照标标准准要要求求对对外外业业观观测测成成果果进进行行检检查查与与核核算算，确确保保无无误误并并符符合限差要求。合限差要求。2经经过过各各项项改改正正计计算算，消消除除观观测测数数据据中中的的系系统统误误差差。其其中中包包括括水水准准标标尺尺1m长长度度的的改改正正和和对对三三等等以以上上的的观观测测高高差差参参加加正正常常位位水水准准面面不不平平行行改改正正，从而计算出消除系统误差后的观测高差。从而计算出消除系统误差后的观测高差。3对对观观测测精精度度进进行行评评定定，其其中中包包括括计计算算附附合合路路线线闭闭合合差差、往往返返测测不不符符值、进而计算每公里高差中数的偶然中误差和全中误差。值、进而计算每公里高差中数的偶然中误差和全中误差。4以以消消除除系系统统误误差差后后的的观观测测高高差差为为观观测测数数据据，对对水水准准路路线线或或水水准准网网进进行平差计算，求出高差的平差值和各待定点平差后的高程值。行平差计算，求出高差的平差值和各待定点平差后的高程值。5对平差后的高差和高程进行精度评定，计算出高差和高程的中误差。对平差后的高差和高程进行精度评定，计算出高差和高程的中误差。水水准准网网平平差差的的根根本本方方法法有有以以最最小小二二乘乘原原理理为为根根底底的的条条件件平平差差法法、间间接接平平差差法法见见3.6和和单单一一水水准准路路线线平平差差法法、单单结结点点水水准准网网平平差差法法、等等权权代代替替水准网平差法等适宜手工解算的平差方法。水准网平差法等适宜手工解算的平差方法。五、三角高程测量的应用五、三角高程测量的应用三三角角高高程程测测量量一一般般是是在在平平面面控控制制网网的的根根底底上上布布设设，分分为为独独立立交交会会高高程程点点、附附合合或或闭闭合合三三角角高高程程路路线线和和三三角角高高程程网网，用用于于测测定定平平面面控控制制点点的的高高程程，其其高高程程计计算算方方法法与与相相应应的的水水准准网网的的计计算算方方法法根根本本相相同同，所所不不同同的的是是其其定定权权方法不同。方法不同。三角高程单向观测边的高差的权为：三角高程单向观测边的高差的权为：而双向观测边的高差的权为：而双向观测边的高差的权为：式中，式中，S为边长，以千米为单位，为边长，以千米为单位，C为常数。为常数。6.6全球定位系统全球定位系统GPS在控制测量中的应用在控制测量中的应用ApplicationofGlobalPositioningSystem(GPS)incontrolsurvey全全球球定定位位系系统统GPS,GPS,Global Global Positioning Positioning SystemSystem是是美美国国国国防防部部研研制制的的借借助助于于分分布布在在空空中中的的多多个个GPSGPS卫卫星星确确定定地地面面点点位位置置的的一一种种新新型型定定位位系系统统。与与常常规规方方法法相相比比，GPSGPS定定位位技技术术建建立立控控制制网网的的特特点点是是：自自动动化化程程度度高高、全全天天候候、高高精精度度、定定位位速速度度快快、布布点点灵灵活活和和操操作作方方便便等等。本本节节简简要要介介绍绍GPSGPS定定位位技技术术在在控制测量中的应用。控制测量中的应用。一、一、GPS系统的组成系统的组成GPS系系统统由由三三局局部部组组成成，即即空空中中GPS卫卫星星星星座座、地地面面监监控控局局部部和和用用户户设备局部设备局部GPS接收机。接收机。1.GPS卫星星座卫星星座GPS卫卫星星星星座座由由24颗颗卫卫星星构构成成，其其中中21颗颗工工作作卫卫星星，3颗颗备备用用卫卫星星，24颗颗卫卫星星均均匀匀分分布布在在6个个轨轨道道面面上上如如图图6-41所所示示，轨轨道道面面倾倾角角为为55，各各轨轨道道面面之之间间相相距距60，轨轨道道平平均均高高度度20210km，卫卫星星运运行行周周期期为为11小小时时58分分恒恒星星时时。上上述述GPS卫卫星星的的空空间间配配置置，保保证证了了在在地地球球上上任任何何地地点点、任任何何时时刻刻至至少少均均能能同同时时观观测测到到4颗颗GPS卫卫星星，以以满满足足精精密密导导航航与与定定位位的的需需要要。每每颗颗GPS卫卫星星上上装装备备有有4台台高高精精度度原原子子钟钟，它它为为GPS定定位位提提供供高精度的时间标准，另外还携带无线电信号收发机和微处理机等设备。高精度的时间标准，另外还携带无线电信号收发机和微处理机等设备。GPSGPS卫卫星星信信号号有有两两种种调调制制波波组组成成，一一种种调调制制波波组组合合了了卫卫星星导导航航电电文文、L1L1载载波波和和两两种种测测距距码码C/AC/A码码和和P P码码，另另一一种种调调制制波波组组合合了了卫卫星星导导航航电电文文、L2L2载载波波和和一一种种测测距距码码P P码码。卫卫星星导导航航电电文文是是用用户户用用来来导导航航与与定定位位的的根根底底数数据据，其其内内容容包包括括：卫卫星星星星历历、时时间间信信息息和和时时钟钟改改正正、电电离离层层时时延延改改正正、卫卫星星工工作作状状态态信信息息等等。作作为为测测量量信信号号的的载载波波是是一一种种周周期期性性的的余余弦弦波波，根根据据波波长长不不同同，分分为为载载波波L1L1波波长长为为1919和和载载波波L2L2波波长长为为2424。C/AC/A码码用用于于粗粗略略测测距距和和捕捕获获GPSGPS卫卫星星信信号号，故故被被称称为为粗粗码码，C/AC/A码码的的周周期期为为1ms1ms，一一个个周周期期中中含含有有10231023个个码码元元，码码元元宽宽度度为为293.1m293.1m，相相应应的的测测距距误误差差可可达达29.329.32.9m2.9m。作作为为一一种种公公开开码码，C/AC/A码码只只调调制制在在L1L1载载波波上上，不不能能精精确确地地消消除除电电离离层层延延迟迟误误差差。P P码码用用于于精精密密测测距距，周周期期为为7 7天天，每每个个周周期期中中含含有有约约6.26.2万万亿亿个个码码元元，每每个个码码元元宽宽度度约约为为29.3m29.3m，相相应应的的测测距距误误差差约约为为2.932.930.29m0.29
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