土木工程测量之控制测量课件

主页,控 制 测 量,防灾科技学院,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,68,/68,第,7,章,控制测量,本章的重点：控制测量概述、导线测量的内外业、坐标正反算、全站仪的操作与使用。,难点：导线测量的内业计算,控制测量的概述,全站仪的操作与使用,本章主要内容,导线测量,7.1,控制测量的概述,一,.,控制测量的概念,1.,目的与作用,为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,2.,控制测量分类,按内容分：平面控制测量、高程控制测量,按精度分：一等、二等、三等、四等；一级、二级、,三级,按方法分：天文测量、常规测量,(,三角测量、导线测,量、水准测量,),、卫星定位测量,二,.,平面控制测量,建立平面控制网，测定各平面控制点的坐,标,X,、,Y,。,1.,一般概念,等级关系：分一等、二等、三等、四等，前一等,级作为以后各等的控制基准；小地区,内布置一级、二级、三级和图根控制。,布置形式：三角锁、三角网,(,三边网、边角网,),、,导线网、交会定点、,GPS,测量等。,布网原则：从整体到局部，由高级到低级，分级,布网，逐级控制。,2.,常规,平面控制,测量,的等级关系,城市平面控制网的等级关系,三角,(,三边,),网,城市导线,控制范围,二等,三等,三等,四等,四等,一级小三角,一级导线,二级小三角,二级导线,三级导线,城市基本控制,小地区首级控制,图根控制,图根导线,图根三角,一等三角锁为全国平面控制网的基础,3.,各级平面控制网布置形式,二等连续网充填一等三角锁，成为全国平面控制网的骨干。,一等三角锁,二等连续网,三等、四等三角网和导线网,根据测区的需要，在二,等三角网的基础上进行加密，基本图形如下：,图,7-3,三角网或三边网,图,7-4,导线网,4.,常规,平面控制,测量,的主要技术要求,城市三角测量的主要技术要求,城市三边网的主要技术要求,城市导线控制测量的主要技术要求,测图 附合导 平均边 测距相对 测 角 测回数,导线全 方位角比例尺 线长度 长,(,m),中误差 中误差,DJ,6,长相对 闭合差,(,km),(,mm) (,),闭合差,1:500 500 75,一般地区,1:1000 1000 110,1/3000,20 1 1/2000 60,n,1:2000 2000 180,图根导线的技术要求,三,.,高程控制测量,建立高程控制网，测定各控制点的高程,H,。,主要方法：,水准测量,另外方法：,三角高程测量、电子全站仪高程测量。,等级关系：,分一等、二等、三等、四等，前一等作,为以后各等的控制基准；地形测量时，,布设图根水准,(,也称等外水准,),。,布网原则：,从整体到局部，由高级到低级，分级,布网，逐级控制。,城市水准网主要技术要求,注：,R,为测段的长度；,L,为附合路线的长度，均以,km,为单位。,等级,每公里高,差中误差,(,mm),附合路线长度,(km),水准仪,级别,测段往返测高差不符值,(mm),附合路线或环线闭合差,(mm),二等,2,400,DS1,4, 4,三等,6,45,DS3,12,12,四等,10,15,DS3,20,20,等外,20,8,DS10,40,7.2,导线测量,一,.,导线测量概述,二,.,导线测量的外业,三,.,导线测量的内业计算,导线测量是平面控制测量中最常,用的方法。,导线测量概述,导线的已知点和新建点组成的若,干条直线,(,即导线边,),联结成一系,列折线或闭合多边形。,附合导线,闭合导线,单结点导线,闭合导线和附合导线也称为单导,线，结点导线和两个环以上的导,线称为导线网。,导线测量时，通常只需要前后两,点相互通视。,（一）单导线的布置形式,1.,闭合导线,2.,附合导线,3.,支导线,A,B,1,2,3,4,5,1.,闭合导线,已知数据,：,AB,，,X,B,，,Y,B,观测数据：连接角,B,；,导线转折角,0,，,1,，,5,；,导线各边长,D,B1,，,D,12,，,，,D,51,。,D,B1,D,12,D,23,D,34,D,45,D,51,B,0,1,2,3,4,5,(X,B,Y,B,),闭合导线图,A,、,B,为已知点，,1,、,2,、,3,、,4,、,5,为新建导线点。,2.,附合导线,A,B,1,2,3,4,C,D,已知数据,：,AB,X,B,Y,B,；,CD,X,C,Y,C,。,AB,、,CD,为已知边，点,1,、,2,、,3,、,4,为新建导线点。,AB,CD,(X,B,Y,B,),观测数据：连接角,B,、,C,；,导线转折角,1,2,3 ,4,；,导线各边长,DB1,，,D12,，,，,D4C,。,(X,C,Y,C,),B,C,1,2,3,4,附合导线图,D,B1,D,12,D,23,D,34,D,4C,3.,支导线,A,B,1,2,A,、,B,为已知边，点,1,、,2,为新建支导线点。,观测数据：,转折角,B,1,边长,D,B1,，,D,12,已知数据,：,AB,X,B,Y,B,AB,(X,B,Y,B,),B,1,D,B1,D,12,（二）导线测量的外业,1.,踏勘选点（选点）,2.,导线边长测量（测边）,3.,导线角度测量（测角）,4.,导线连接测量（连测）,导线测量外业的准备工作,准备工作：,收集资料：测区旧地形图、已知点,(,平面和程控制,点,),资料、测量规范；,仪器工具：所用仪器,(,包括仪器的检验和校正,),、工,具、记录手簿、材料。,1.,踏勘选点及建立标志,(1),、踏勘测区,实地了解测区地形；,了解已知点状况。,(2),、图上,(,指原有旧图,),设计布网方案,导线网形、等级；,导线边长、总长、点位密度等符合规范要求,。,(3).,实地选点,(,考虑以下因素,),：,(4).,建立标志,永久性标志,通视良好，便于测角；,地面平坦，便于量距,(,用测距仪不考虑,),；,视野开阔，便于测图,(,重要,),；,点位稳定，便于保存；,边长适当，足够密度；,便于安置仪器。,临时性标志,木桩,泥土地,大铁钉,沙石路、沥青、,砖石缝,凿刻,水泥地、岩石,红油漆标志,油漆不易剥落处,(5).,绘制点位图,在现场丈量,23,个攀距，便于以后寻找或确定点位。,用红油漆标出攀距出发点，并写点号与攀距尺寸。,画出攀距关系的平面示意图，作为控制点资料。,攀距交会角度要好。,电杆,房屋,道路,控制点,D5,12.36m,D5,8.75m,点 号,D5,桩 别 大铁钉,埋设日期,1999,年,5,月,20,日 备 注,导线点的点之记,大,庆,路,中 山 路,12.36,m,8.75,m,食品店,中西,18-1,D5,北,2.,导线边长测量,测定导线各边长,(,往返丈量,),。,精度要求：符合规范规定。,例：图根导线,测距方法：,钢尺量距,电磁波测距,3.,导线角度测量,观测导线各转折角、连接角。,DJ6,一个测回,(,图根导线,),。,边长较短时，采用光学对点,。,全部测左角，或全部测右角；闭合导线测内角。,4.,导线连接测量,导线定向,（包括连接角,和连接边测量）,A,B,1,2,3,4,5,（三）导线测量的内业计算,1.,附合导线的计算,2.,闭合导线的计算,3.,支导线计算,4.,无定向附合导线的特点,导线计算目的,：,计算各导线点的坐标。,要求：,合理分配测量误差，评定导线测量的精度。,导线测量的内业计算,思路：,由水平角观测值,，,计算方位角,；,由方位角,、,边长,D,，,计算坐标,增量,X,、,Y,；,由坐标增量,X,、,Y,，,计算,X,、,Y,。,（计算前认真检查外业记录，满足规范,限差要求后，才能进行内业计算,）,1,、坐标计算式：,（,1,）,坐标正算（由,、,D,，,求,X,、,Y,）,已知,A,（ ），,，,求,B,点坐标 。,O,y,x,A,B,注：计算出的,AB,，,应根据,X,、,Y,的正负，判断其所在的象限。,（,2,） 坐标反算（由,X,、,Y,，,求,、,D,，,）,已知,A,（ ）,、,B,（ ）,求,。,O,y,x,A,B,1,、附合导线的计算,如图，,A,、,B,、,C,、,D,是已知点，起始边的方位角 和终止边的方位角 为已知。外业观测资料为导线边距离和各转折角。,例,：,C,1,D,4,2,3,B,A,125.36m,98.76m,146.31m,116.44m,156.25m,前进方向,（,1,）计算角度闭合差：,+,）,B,D,4,2,3,1,C,A,如图：以右转折角为例,计算,。,一般公式：,同理：以左角计算,即：,（各级导线的限差见规范）,检核：,（,2,）闭合差分配,（计算角度改正数）：,式中：,n ,包括连接角在内的导线转折角数,（,3,）计算改正后的角度,改,：,计算检核条件：,（,4,）,推算各边的坐标方位角,：,（,用改正后的,改,）,计算出的 ， 否则，需重算,。,（,5,）计算坐标增量,X,、,Y,：,（,6,）计算坐标增量闭合差：,由于 的存在，使导线不能和,CD,连接，存在导线全长闭合差 ：,导线全长相对闭合差：,（,7,）分配闭差,：,检核条件：,（,8,）计算改正后的坐标增量,：,检核条件：,（,9,）计算各导线点的坐标值：,依次计算各导线点坐标，最后推算出的终点,C,的坐标，应和,C,点已知坐标相同。,205 36 48,290 40 54,202 47 08,167 21 56,175 31 25,214 09 33,1256 07 44,-13,-13,-13,-13,-13,-12,-77,205 36 35,290 40 42,202 46 55,167 21 43,175 31 12,214 09 20,1256 06 25,236 44 28,211,07,53,100,27,11,77,40,16,90,18,33,94,47,21,60 38 01,125.36,98.71,146.31,116.44,156.25,641.44,-,107.31,-17.92,+,30.88,-0.63,-,13.05,-108.03,-,64.81,+97.12,+,141.29,+,116.44,+,155.70,+445.74,-107.27,-17.89,+30.92,-0.60,-13.00,-64.83,+97.10,+141.27,+116.42,+155.67,+445.63,点号,观测角,（右角）,改,正,数,改正角,A,1,B,2,3,4,C,D,辅助计算,坐标,方位角,距离,D,m,点号,A,1,B,2,3,4,C,D,增量计算值,改正后增量,坐标值,x,m,y,m,x,m,y,m,x,m,y,m,1536.86,837.54,1429.59,772.71,1411.70,869.81,1442.62,1011.08,1442.02,1127.50,1429.02,1283.17,-107.84,+0.04,+0.03,+0.03,+0.05,+0.04,-0.02,-0.02,-0.02,-0.02,-0.03,2,、闭合导线的计算,闭合导线的计算步骤与附合导线基本相同，需要强调以下两点：,(1),角度闭合差的计算,n,边形闭合导线内角和的理论值应为,：,（,2,）坐标增量闭合差的计算,根据闭合导线本身的特点,：,理论上,实际上,北,2,1,4,3,78.16m,105.22m,129.34m,80.18m,辅助计算,点号,观测角,（右角）,改,正,数,改正角,1,2,3,4,坐标,方位角,距离,D,m,点号,1,2,3,4,增量计算值,改正后增量,坐标值,x,m,y,m,x,m,y,m,x,m,y,m,1,2,1,2,闭 合 导 线 坐 标 计 算 表,107 48 30,89 36 30,89 33 50,53,18,43,125 30 00,73 00 20,+13,+13,+12,+12,+50,359,59,10,107,48,43,73,00,32,89,34,02,89,36,43,360,00,00,125,30,00,306,19,15,215,53,17,105.22,80.18,129.34,78.16,392.90,-,61.10,+,47.90,+,76.61,-,63.32,+,85.66,+,64.30,-,104.21,-,45.82,+0.09,-0.07,+64.32,+47.88,+76.58,-104.19,-45.81,-63.34,-61.12,+85.68,0.00,0.00,585.68,545.81,563.34,438.88,650.00,486.76,500.00,500.00,500.00,500.00,-0.01,-0.02,-0.02,-0.02,-0.03,-0.02,-0.02,-0.02,AB,(X,B,Y,B,),3,、支导线计算,A,B,1,2,B,1,S,B1,S,12,已知数据：,AB,XB,YB,A,、,B,为已知边，点,1,、,2,为新建支导线点。,支导线没有多余观测值,因此不会产生闭合差,从而,无须进行任何改正。,由于,支导线没有多余观测值,因此没有检核条件，无,法检验观测值的差错，施测与计算时必须十分小心,。,观测数据：,转折角,B, 1,；,边长,SB1,，,S12,。,支导线的计算步骤,A,B,1,2,AB,(X,B,Y,B,),B,1,S,B1,S,12,(1).,推算各边方向角,前,=,后,+,(,左,),-180,(2).,计算各边坐标增量,X=S,cos,Y=S,sin,(3).,推算各点坐标,X,前,=,X,后,+,X,Y,前,=,Y,后,+,Y,3.5,全站仪及其使用,全站型电子速测仪简称全站仪，它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。由于只需一次安置，仪器便可以完成测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”。,南方,NTS,全站仪,TOPCON GTS,全站仪,L,eica,全站仪,单棱镜、三棱镜反射器,全站仪特点,拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式存储已知点和观测点的点号、编码、三维坐标；,实现全站仪与计算机的数据通讯；,高精度全站仪测角达,0.5,秒级，测距精度达,(0.1mm+0.1PPM),；,与计算机联合组成的智能观测系统能实现全自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机器人。,仪器中心标志,光学对中器,整平脚螺旋,圆水准器,显示屏,物镜,粗瞄器,管水准器,底板,一、南方,NTS,全站仪的构造及功能说明,全站仪的构造,数据通讯接口,目镜,望远镜把手,对中器,水平微动,水平制动,垂直制动螺旋,键盘,垂直微动螺旋,基座锁定钮,电池锁紧杆,电池,（二）全站仪的操作面板及操作键功能,坐标测量（ 左移键,),菜单键 （ 右移键,),退出键,角度测量（,上移键,),电源开关,距离测量（,下移键,),星键,数字键盘,F1-F4,1,、,操作键,键盘符号：,按键,名 称,功 能,ANG,角度测量键,进入角度测量模式,距离测量键,进入距离测量模式,坐标测量键,进入坐标测量模式,MENU,菜单键,进入菜单模式,ESC,退出键,返回上一级状态或返回测量模式,POWER,电源开关键,电源开关,F1- F4,软键（功能键）,对应于显示的软键信息,0- 9,数字键,输入数字和字母、小数点、负号,星键,进入星键模式,2,、,功能键,（,1,）角度测量模式,（三个界面菜单）,V,：,901020,HR,：,1220930,置零 锁定 置盘,P1,页数,软键,显示符号,功 能,第,1,页,（,P1,）,F1,置零,水平角置为,000,F2,锁定,水平角读数锁定,F3,置盘,通过键盘输入数字设置水平角,F4,P1,显示第,2,页软键功能,第,2,页,（,P2,）,F1,倾斜,设置倾斜改正开或关，若选择开则显示倾斜改正,F2,-,-,F3,V%,垂直角与百分比坡度的切换,F4,P2,显示第,3,页软键功能,第,3,页,（,P3,）,F1,H-,蜂鸣,仪器转动至水平角,090180270,是否蜂鸣的设置,F2,R/L,水平角右,/,左计数方向的转换,F3,竖角,垂直角显示格式（高度角,/,天顶距）的切换,F4,P3,显示第,1,页软键功能,倾斜,- V% P2,H-,蜂鸣,R/L,竖角,P3,F1 F2 F3 F4,F1 F2 F3 F4,（,2,）距离测量模式,（两个界面菜单）,HR,：,1220930,HD* r OK?,- - ,是, ,否,二、南方,NTS,全站仪的操作与说明,（二）距离测量,在进行距离测量前通常需要确认大气改正的设置和棱镜常数的设置，再进行距离测量。,确认处于测角模式,操作过程,操作,显示,照准棱镜中心,照准,按 键，距离测量开始，测量完毕，屏幕自动显示测量结果。,V,：,901020,HR,：,1703020,H-,蜂鸣,R/L,竖角,P3,HR,：,1703020,HD* 235.343m,VD,：,36.551m,测量 模式,S/A P1,HR,：,1703020,HD* r m,VD,：,m,测量 模式,S/A P1,（三）坐标测量,通过输入仪器高和棱镜高后测量坐标时，可直接测定未知点的坐标。,要设置测站点坐标值。,要设置仪器高和目标高。,要设置后视，并通过测量来确定后视方位角,方可测量坐标。,未知点的坐标由下面公式计算并显示出来：,测站点坐标：（,N0,，,E0,，,Z0,） 相对于仪器中心点的棱镜中心坐标： （,n,，,e,，,z,）,仪器高：仪高 未知点坐标：（,N1,，,E1,，,Z1,）,棱镜高：镜高 高差：,Z,（,VD,）,N1=N0+n,E1=E0+e,Z1=Z0+,仪高,+Z-,镜高,仪器中心坐标（,N0,，,E0,，,Z0+,仪器高）,操作过程,操作,显示,设置已知点,A,的方向角,设置方向角,照准目标,B,按,键,照准棱镜,按,F1 (,测量,),键，开始测量,F1,在测站点的坐标未输入的情况下，（,0,，,0,，,0,）作为缺省的测站点坐标,当仪器高未输入时，仪器高以,0,计算；当棱镜高未输入时，棱镜高以,0,计算,V,：,1220930,HR,：,900930,置零 锁定 置盘,P1,N,：, m,E,：,m,Z,：,m,测量 模式,S/A P1,N* 286.245 m,E,：,76.233 m,Z,：,14.568 m,测量 模式,S/A P1,三、全站仪的功能,1,、对边测量,如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距,(HD),、,斜距,(S),、,高差,(V),和坡度（,%,）。对边测量可以连续进行。,V,S,HD,%,2,、悬高测量,如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高,h1,，,瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度,H,H,h,1,h,2,3,、三维坐标测量,如图，将全站仪安置在已知点,A,，,棱镜设置在待定点,P,，,输入,A,点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点,B,并输入,B,点坐标（后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准,P,点处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定,P,的三维坐,标。,A,P,B,4,、放样测量,将要测设的角度和边长（或坐标值）输入全站仪，在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样值之差，根据显示的偏离值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的点位。有的电子全站仪还可通过图形显示出棱镜上下左右前后的移动方向。,三、使用的注意事项与保养,1,、日光下测量应避免将物镜直接瞄准太阳。若在太阳下作业应安装滤光器。,2,、避免在高温和低温下存放仪器，亦应避免温度骤变（使用时气温变化除外）。,3,、仪器不使用时，应将其装入箱内，置于干燥处，注意防震、防尘和防潮。,4,、若仪器工作处的温度与存放处的温度差异太大，应先将仪器留在箱内，直至它适应环境温度后再使用仪器。,5,、仪器长期不使用时，应将仪器上的电池卸下分开存放。电池应每月充电一次。,6,、仪器运输应将仪器装于箱内进行，运输时应小心避免挤压、碰撞和剧烈震动，长途运输最好在箱子周围使用软垫,。,7,、仪器安装至三脚架或拆卸时，要一只手先握住仪器，以防仪器跌落。,8,、外露光学件需要清洁时，应用脱脂棉或镜头纸轻轻擦净，切不可用其它物品擦拭。,9,、仪器使用完毕后，用绒布或毛刷清除仪器表面灰尘。仪器被雨水淋湿后，切勿通电开机，应用干净软布擦干并在通风处放一段时间。,10,、作业前应仔细全面检查仪器，确信仪器各项指标、功能、电源、初始设置和改正参数均符合要求时再进行作业。,11,、即使发现仪器功能异常，非专业维修人员不可擅自拆开仪器，以免发生不必要的损坏。,