河北工程大学控制测量课程设计讲解.docx
《河北工程大学控制测量课程设计讲解.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《河北工程大学控制测量课程设计讲解.docx（26页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
河北工程大学控制测量课程设计讲解
控制测量课程设计
0前言
课程设计的主要目的，是通过学生亲自动手，把课本上的知识转化为实际的动手能力，加深学生对课本知识的认识和理解，加强学生的动手能力和动手意识以及提高学生的设计能力。
本次课程设计是针对下学期对紫山进行控制测量实习而做的。
本课程设计主要阐述测区基本情况、平面控制测量技术规范、高程控制测量技术规范，为下学期顺利地进行控制测量实习做好相应的知识储备和准备。
1测区概况
紫山，又名紫金山、马服山，系太行山余脉，面积约20平方公里，主峰海拔498.4米，是邯郸县的至高点，亦称邯郸第一山。
在邯郸人的心目中，紫山是一座圣洁的神山，同时又是中华马氏的祖源地。
1.1地理位置
紫山位于邯郸市邯郸县三陵乡陈窑村北100米处，距邯郸市内（以市博物馆为终点）20公里处，东径114°17′---114°22′，北纬36°40′—36°44′之间。
1.2地形条件
测区地处山区，位于紫山的东南角。
山的北面，座座山包似“群岫堆螺”；山的南面，丘岗起伏绵延数十里。
独特的地质、地貌和地理位置，造就紫山是一个适宜实习的好地方。
1.3人文现状
紫山的南边是陈窖村，北边是紫泉村，总人口达2300多人，耕地面积达2430亩。
但是由于近年大批农民涌入县城，使得县城人口集中，在各小街小巷也分布着很多居民，反而农村人口较少。
但由于农村地比较多，造成很多村只有十几户人家，比较荒凉。
如果进行测量实习，吃、住会比较困难。
1.4测区交通
从邯郸市区出发沿着309国道，到达211省道与国道交汇处再沿着211省道北上1.4公里达到测区。
测区地处山区与平原交接处，农村占很大比例，且大部分地区山路崎岖，通行不便。
现附两张区位图：
图1紫山测区相对于市区的位置
图2测区相对于紫泉村和陈窖村的位置
1.5测区气候
邯郸市位于河北省南部，属大陆性季风气候，年平均气温约为13℃，最低温度在1月，最高温度在7月，可达38℃。
实习时间在开始于2014年二月末三月初，温度较低，可能有降雪，这给测量实习带来了一定的困难。
2布网原则和所依据的技术规范
2.1布网原则和基本技术规范
面向各种工程建设服务的工程控制网所控制的面积比国家大地测量要小（一般都小于2000Km2，本测区范围为5Km2左右），这就决定了它的布网原则既有和国家控制网相同之处，也有它自身的特点，它的布设一般也应考虑一下原则：
2.1.1分级布网，逐级控制
对于布设紫山测区控制网，通常先布设精度要求最高的首级控制网，随后根据实际需要，再加密若干级较低精度的控制网。
本次实习是对工程测量的一个实践，而用于工程测量有其专用的控制网，往往分二级布设。
第一级作总体控制，第二级直接为工程测量而布设；用于变形监测或其他专门用途的控制网，通常无需分级，直接布设成高精度的控制网即可。
城市控制网或者工程GPS网按相邻点的平均距离和精度划分为二、三、四等和一、二级，在布网时可以逐级布设、越级布设或布设同级全面网。
2.1.2要有足够的精度
以工程测量控制网为例，一般要求最低一级控制网（四等网）的点位中误差能满足大比例尺1:
500的测图要求。
按图上±0.1mm的绘制精度计算，这相当于地面上的点位精度为±（0.1×500）=±5cm。
对于国家控制网而言，尽管观测精度很高，但是由于边长比工程测量控制网长得多，待定点与起始点相距甚远，因而点位中误差远远大于工程测量控制网。
各等级城市或工程GPS网的相邻点边长精度如下2-1式：
式中：
σ------标准差，mm；
a------固定误差，mm；
b------比例误差的系数，ppm；
d------相邻点间距离，km。
2.1.3要有足够的密度
无论是工程控制网或是专用控制网，都要求在测区内有足够多的控制点。
众所周知，控制点的密度通常是用控制网的平均边长来表示的。
《城市测量规范》中对于城市三角网平均边长及主要技术要求列于表2-1中。
表2-1边角组合网主要技术指标
等级
平均边长（km）
测角中误差（″）
起始边长相对中误差
最弱边边长
相对中误差
二等
三等
四等
一级小三角
二级小三角
9
5
2
1
0.5
≤±1.0
≤±1.8
≤±2.5
≤±5.0
≤±10.0
≤1/300000
≤1/200000（首级）
≤1/120000（加密）
≤1/120000（首级）
≤1/80000（加密）
≤1/40000
≤1/20000
≤1/120000
≤1/80000
≤1/45000
≤1/20000
≤1/10000
城市或工程GPS网的主要技术要求见表2-2，相邻点最小距离应为平均距离的1/2~1/3，最大距离应为平均距离的2~3倍。
表2-2城市GNSS平面控制网的主要技术指标
等级
平均距离（km）
a（mm）
b（ppm）
最弱边相对中误差
二等
三等
四等
一级
二级
9
5
2
1
＜1
≤10
≤10
≤10
≤10
≤15
≤2
≤5
≤10
≤10
≤20
1/120000
1/80000
1/45000
1/20000
1/10000
注：
当边长小于200m时，边长中误差应小于20mm。
2.1.4要有统一的规格
虽然工程控制网一般是由不同的工测部门独立施测的，但为了能够互相利用和协调，也应制定统一的规范，以便大家共同遵照执行。
工程控制网的规范主要有《城市测量规范》、《工程测量规范》和《精密工程测量规范》等。
1997年建设部颁发了行业标准《全球定位系统城市测量技术规程》，作为建立城市或工程GPS控制网的技术标准。
2.2布网步骤
●在谷歌地球上展绘已知点；
●按上述对点位的基本要求，从已知点开始扩展；
●判断和检查点间的通视；
●利用平差易把谷歌地球上所选点的经纬度，进行高斯正算；
●估算控制网中各推算元素的精度；
●绘制误差椭圆；
●据测区的情况调查和图上设计结果，写出文字说明，并提交技术设计书。
2.3平面控制网布设技术规范
以《城市测量规范》为例，它对控制网测设的主要技术要求都有具体的规定，其中三角网的主要技术要求见表2-1，电磁波测距导线的主要技术要求列于表2-3。
表2-3电磁波测距导线测量法布设平面控制网主要技术指标
等级
闭合环或附和导线长度（km）
平均边长（m）
测距中误差（mm）
测角中误差（″）
导线全长相对闭合差
三等
四等
一级
二级
三级
15
10
3.6
2.4
1.5
3000
1600
300
200
120
≤±18
≤±18
≤±15
≤±15
≤±15
≤±1.5
≤±2.5
≤±5
≤±8
≤±12
≤1/60000
≤1/40000
≤1/14000
≤1/10000
≤1/6000
注：
电磁波测距导线分为五个等级，其中三等、四等导线与三、四等三角网精度相当。
3造标埋石
3.1造标过程
测量觇标的作用是供观测照准和升高仪器之用，它的建造质量直接影响观测精度。
另外每座觇标都要求保存一定的年限，以便布设低级网时使用，因而要求造得牢固、稳定端正。
建造觇标是一项细致而繁重的工作，其实用技术应在实际作业中学习和掌握。
下面就造标过程中应注意的问题，作一概略的介绍。
3.1.1实地标定橹柱
通常采用透明纸标定坑位法，此法简单可靠，且不受通视条件的限制。
具体作法：
取一张透明纸，在其中间部分任取一点O（如下图3），以O作为中心，每隔120°画方向线OA、OB、OC这就代表三脚标的三个橹柱方向（如为四脚标则每隔90°画一条方向线）。
考虑到橹柱的直径并保证视线距橹柱方向有一定的距离（国家规范中有规定），在三条方向线左右各划出10°的范围作为不通视区（图中的阴影部分）。
图3
首先在设计图上确定坑位方向。
即将透明纸的中心与选点图上欲建标的三角点重合，转动透明纸，使待测的三角点方向都落入通视区内，并选出最佳位置用量角器量出一个橹柱与某个能直接通视的邻点方向间的角度，此角度为56°30′。
实地标定坑位时，以该三角点定向。
用经纬仪测出已知角（56°30′）即得橹柱的方向，再转120°、240°便得到橹柱、的方向。
在标定的橹柱方向线上，量出三角点中心到橹柱坑中心的距离，就得到了橹柱基坑的位置。
3.1.2挖基坑及浇灌坑底水平层
基坑深度约lm左右，底层应用混凝土浇灌抹平，并用水准仪操平，以保证基坑底面在同一水平面上。
木质寻常标，可以不浇水平层，但要在基底填充石头砂子并夯实。
3.1.3检查照准圆筒是否竖直及各方向是否通视
觇标竖起后应检查照准圆筒是否竖直，可用经纬仪在相隔90°的两个方向上进行。
如不竖直，则要加以调整（为了调整的方便，标心柱先不要固定）。
如标架不端正，则要调整基坑底的高度，圆筒位置校正完毕后，再用仪器检查各方向的通视情况，确认无问题后，再填土夯实，使橹柱固定。
3.1.4觇标的整饰和编号
上述工作全部完成后，最后整饰一下觇标的外观，并在橹柱的适当位置整齐的写上三角点点名、等级、编号及建造年月等。
3.2标石的埋设
三角测量的标石中心是三角点的实际点位，通常所说的三角点坐标，就是指标石中心标志的坐标，所有三角测量的成果（坐标、距离、方位角）都是以标石中心为准的。
因此，对于中心标石的任何损坏或位移，都将使三角测量成果失去作用或在很大程度上降低其精度。
所以，中心标石埋设的质量，是衡量控制网质量的一项指标。
国家规范按三角网的等级及其地质条件将中心标石分成8种规格。
3、四等三角点的标石由两块组成（见下左图）。
下面一块叫盘石，上面一块叫柱石，盘石和柱石一般用钢筋混凝土预制，然后运到实地埋设。
预制时，应在柱石顶面印字注明埋设单位及时间。
标石也可用石料加工或用混凝土在现场浇制。
图3图4
盘石和柱石中央埋有中心标志（见上右图4）。
埋石时必须使盘石和柱石上的标志位于同一铅垂线上。
埋设标石一般在造标工作完成后随即进行。
埋设时，应使标石中心与觇标中心位于同一铅垂线上。
造标、埋石国家水准点标石的制作材料、规格和埋设要求，在《国家一、二等水准测量规范》（以下简称水准规范）中都有具体的规定和说明。
关于工程测量中常用的普通水准标石是由柱石和盘石两部分组成，标石可用混凝土浇制或用天然岩石制成。
水准标石上面嵌设有铜材或不锈钢金属标志。
埋设水准标石时，一定要将底部及周围的泥土夯实，标石埋设后，应绘制点之记，并办理托管手续。
4测量依据、原则
●平面采用1980年西安坐标系，高程采用1975年国家高程基准。
●《全球定位系统（GPS）测量规范》（GB/T18314—2001）。
●《城市测量规范》（CJJ8—99）。
●《1：
500、1：
1000、1：
2000地形图图式》。
●《三、四等水准测量规范》（GB12898-91）国家技术监督局颁布。
●《大比例尺地形图机助制图规范》（GB14912-94）国家技术监督局颁发。
●通过审批的本工程《技术设计书》。
5平面控制测量
5.1导线精度要求
导线控制网可布设成附合导线、闭合导线或导线网。
各等级导线测量的主要技术要求应符合表5-1的规定。
表5-1导线测量的各项技术指标
等级
测距相对中误差
测角中误差（″）
导线全长相对闭合差
方位角闭合差（″）
测回数
0.5″级仪器
1″级仪器
2″级仪器
6″级仪器
二等
1/250000
1
1/100000
±2.0
6
9
-
-
三等
1/150000
1.8
1/55000
±3.6
4
6
10
-
四等
1/80000
2.5
1/40000
±5
3
4
6
-
一级
1/40000
4
1/20000
±8
-
2
2
-
二级
1/15000
8
1/10000
±16
-
-
1
3
注：
表中n为测站数，D为测距边长，以千米计。
导线相邻边长不宜相差过大，相邻边长之比不宜小于1：
3。
5.2水平角观测
采用测回观测法，具体测量方法如下：
I安置仪器：
在O点安置仪器，A、B设置目标；
II盘左（正镜）观测：
①瞄A，读数a左=0°01′10″（假设值），记入测回法观测手簿；
②顺时针转动照准部，瞄B，读数b左=147°12′30″（假设值），记入测回法观测手簿；
③计算上半测回的角值：
β左=b左-a左=147°11′20″为上半测回值。
III倒转望远镜，盘右（倒镜）观测：
①瞄B，读数b右=327°12′55″，记入测回法观测手簿；
②逆时针转动照准部，瞄A，读数a右=180°01′50″，记入测回法观测手簿；
③计算下半测回角值：
β右=b右-a右=147°11'05"为下半测回值。
IV计算一测回的角值：
V限差要求
①两个半测回水平角之间的差距，通常为40秒（根据测量等级而定）；
②同一个方向所测的盘左和盘右的两个读数之间的差距（2C）和不同测回所测的2C互差。
5.3水平角观测要求
●各测回间应均匀配置度盘，采用全站仪或电子经纬仪时可不受此限制。
●观测应在通视良好、成像清晰稳定时进行。
●观测过程中，气泡中心位置偏离值不得超过一格；四等以上的水平角观测，当观测方向的垂直角超过±3º时，宜在测回间重新整置气泡位置。
有垂直轴补偿器的仪器可不受此限制。
水平角观测误差超限时，应在原度盘位置上重测，并应符合下列规定：
①同方向测回间2c互差超限时，应重测超限方向，并联测零方向。
②下半测回归零差或零方向的2c互差超限时，应立即重测该测回。
③测回中重测的方向数超过方向总数的1/3时，该测回数据作废并重测。
④测站中重测的方向测回数超过总测回数的1/3时，该测站全部成果作废并重测。
水平角观测结束后，导线环（段）的测角中误差应按公式5-3式计算：
式中：
m——导线环（段）测角中误差（″）；fβ——导线环（段）角度闭合差（″）；
N——导线环（段）个数；n——导线环（段）测站数。
5.4距离测量规定
距离测量的技术要求应符合表5-4的规定。
表5-4距离测量技术要求
等级
使用测距仪精度等级
每边测回数
一测回读数较差限值（mm）
测回间较差限值
（mm）
往测
返测
二等
Ⅰ
4
4
2
3
Ⅱ
5
7
三等
Ⅰ
2
2
2
3
Ⅱ
4
4
5
7
四等
Ⅰ
2
2
2
3
Ⅱ
5
7
Ⅲ
4
4
10
15
一级及以下
Ⅰ
2
2
2
3
Ⅱ
5
7
Ⅲ
10
15
Ⅳ
4
4
20
30
注：
①一测回是指仪器照准目标一次、读数2～4次的过程。
②距离往返观测平距较差应小于2mD。
③测距边的斜距应进行气象改正和仪器常数改正。
5.5内业计算中数字取位
内业计算中数字取位应符合表5-5的规定。
表5-5内业计算中数字取位要求
等级
观测方向值及各项改正数（″）
边长观测值及各项改正数（m）
边长与坐标（m）
方位角（″）
二等
0.01
0.0001
0.0001
0.01
三、四等，一级
0.1
0.001
0.001
0.1
二级
1
0.001
0.001
1
5.6使用的仪器
使用的仪器全站仪（测角2″，测边2mm+3ppm）
全站仪，即全站型电子测距仪（ElectronicTotalStation），是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。
因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。
广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。
5.6.1全站仪简介
全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角测距仪器，与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。
电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。
全站仪与光学经纬仪区别在于度盘读数及显示系统，电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用（编码盘）或两个相同的光栅度盘和读数传感器进行角度测量的。
根据测角精度可分为0.5″，1″，2″，3″，5″，10″等几个等级。
5.6.2全站仪使用方法
I水平角测量
①按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。
②设置A方向的水平度盘读数为0°00′00〃。
③照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。
II距离测量
①设置棱镜常数
测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。
②设置大气改正值或气温、气压值
光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15℃和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。
实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。
③量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
④距离测量
照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。
全站仪的测距模式有精测模式、跟踪模式、粗测模式三种。
精测模式是最常用的测距模式，测量时间约2.5S，最小显示单位1mm；跟踪模式，常用于跟踪移动目标或放样时连续测距，最小显示一般为1cm，每次测距时间约0.3S；粗测模式，测量时间约0.7S，最小显示单位1cm或1mm。
在距离测量或坐标测量时，可按测距模式（MODE）键选择不同的测距模式。
应注意，有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高，显示的高差值是全站仪横轴中心与棱镜中心的高差。
III坐标测量
①设定测站点的三维坐标。
②设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。
当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。
③设置棱镜常数。
④设置大气改正值或气温、气压值。
⑤量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
⑥照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。
注：
本次控制测量实习采用的是2″全站仪。
本次实习水平角观测值记录手簿见附表1。
6高程控制测量
6.1三、四等水准测量
I观测方法
①三等水准测量采用中丝读数法进行往返测。
当使用有光学测微器的水准仪和线条式因瓦水准标尺观测时，也可进行单程双转点观测。
②四等水准测量采用中丝读数法进行单程观测。
支线必须往返测或单程双转点观测。
II设置测站要求
三、四等水准测量采用尺台作转点尺承。
观测应在标尺分划线成像清晰稳定时进行，若成像欠佳，应酌情缩短视线长度。
测站的视线长度、视线高度等按表6-1规定执行。
表6-1
等
级
视线长度
前后视距差（m）
每站的前后
视距累积差（m）
视线高度（m）
仪器类型
视距
三等
DS3
≤75
≤2.0
≤5.0
三丝能读数
DS1，DS05
≤100
四等
DS3
≤100
≤3.0
≤10.0
三丝能读数
DS1,DS05
≤150
注：
本次紫山控制测量实习采用的仪器是DS1自动安平水准仪。
III测站观测程序和方法
①三等水准测量每测站照准标尺分划顺序为：
1）后视标尺黑面（基本分划）；
2）前视标尺黑面（基本分划）；
3）前视标尺红面（辅助分划）；
4）后视标尺红面（辅助分划）。
②四等水准测量每测站照准标尺分划顺序为：
1）后视标尺黑面（基本分划）；
2）后视标尺红面（辅助分划）；
3）前视标尺黑面（基本分划）；
4）前视标尺红面（辅助分划）。
③一测站的操作程序：
1）首先整置仪器竖轴至垂直位置（望远镜绕竖轴旋转时，水准气泡两端分离不大于1cm）；
2）远镜对准后视尺黑面，用倾斜螺旋导水准气泡准确居中，按视距丝和中丝精确读定标尺读数（四等观测可不读上、下丝读数，直接读距离）；
3）照准前视尺黑面，按2）款操作；
4）照准前视尺红面，按2）款操作，此时只读中丝读数；
5）照准后视尺红面，按4）款操作。
使用单排分划的因瓦标尺观测时，对单排分划进行两次照准读数，代替基辅分划读数。
④自动安平水准仪的操作程序与气泡式水准仪相同。
每测站观测前，首先将概略整平水准气泡导至中央，然后按规定顺序照准标尺进行读数。
转镜水准仪的操作程序，应按规定顺序照准标尺，而将黑面和红面分划的观测分别在两个镜位（或摆位）进行。
⑤三、四等水准测量，采用单程双转点法观测时，在每一转点处，安置左右相距0.5m的两个尺台，相应于左右两条水准路线。
每一测站按规定的方法和操作程序，首先完成右路线的观测，而后进行左路线的观测。
IV间歇与检测
①观测间歇时，最好在水准点上结束。
否则，应选择两个坚稳可靠、光滑突出、便于放置标尺的固定点，作为间歇点。
间歇后，应进行检测，检测结果符合限差要求，即可由此起测。
如无固定点可选择，则间歇前应对最后两测站的转点处打入带有帽钉的木桩作为间歇点。
间歇后进行检测，比较任意两转点间歇前后所测高差，若符合限差要求，即可由此起测。
否则，则须从前一水准点起测。
②检测成果应保留，但计算高差时不采用。
V读数位数与测站观测限差
①读数取位按表6-2规定执行。
表6-2
等级
中丝读数法（mm）
光学测微法（mm）
视距丝
中丝
视距丝
平分丝
三等
1
1
1
0.1
四等
1
1
1
1
②测站观测限差按表6-3规定执行。
表6-3
等级
观测
方法
基、辅分划
（黑红面）
读数的差（mm）
基辅分划
（黑红面）
所测高差
的差（mm）
单程双转点法观测时，左右路线转点差（mm）
检测间歇点高差的差（mm）
三等
中丝
读数法
2.0
3.0
——
3.0
光学
测微法
1.0
1.5
1.5
四等
中丝
读数法
3.0
5.0
4.0
5.0
测站观测误差超限，在本站发现后可立即重测，若迁站后才发现，则应从水准点或间歇点（须经检测符合限差）起始，重新观测。
VI观测中应遵守的事项
①观测时，须用白色测伞遮蔽阳光；迁站时，应罩以白色仪器罩。
②对具有倾斜螺旋的水准仪，观测前应测出倾斜螺旋的置平零点，并作标记，随着气温变化，应随时调整零点位置。
对于自动安平水准仪的圆水准器，观测前须严格置平。
③在连续各测站上安置水准仪的三脚架时，应使其中两脚架与水准路线的方向平行，而第三脚轮换置于路线方向的左侧与右侧。
④除路线转弯处外，每一测站上仪器与前后标尺的三个位置，应接近一条直线。
⑤同一测站上观测时，一般不得两次调焦。
仅当视线长度小于10m，且前后视距差小于1m时，可在观测前后标尺时调整焦距。
⑥每一测段的往测和返测，其站数均应为偶数。
由往测转
升级会员 