控制测量学课程设计汇编.docx
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控制测量学课程设计汇编
第一节新封矿区控制测量任务概况………………3
第二节测区状况和条件…………………………4
第三节坐标系统的选择和起始数据的确定………6
第四节平面控制网的布测………………………9
第五节高程控制网的布测………………………17
第六节加密控制网的布测………………………22
第一节新封矿区控制测量任务概况
一、任务来源
新封矿区经过地质详查证实，煤的埋藏量极为丰富，煤质优良，具有极大的工业价值。
为开发能源，支援国民经济建设，上级机关决定筹建并成立新封煤业集团（有限）公司。
2008年将首先开发北旨村井田（设计年产量为120万吨）；2012年以前将陆续建成六对竖井投入生产。
为适应矿山设计、井建施工和矿山生产的需要，必须建立满足大比例尺（1：
500）地形测图和矿山工程测量所需要的平面控制网和高程控制网。
根据新封煤业集团（有限）公司与新封工程勘察公司签订的协议，该项控制测量任务由新封工程勘察公司测量队承担。
二、任务要求
矿区中心位置为东经113°01′，，北纬34°20'。
处于高斯投影6°带第19带。
矿区西南边界的直角坐标X=3800公里和Y=19675公里：
东北边界的直角坐标为X=3820公里和Y=19695公里。
矿区面积为400平方公里。
根据统一规划主网、分区分期进行加密控制布网原则，此次控制测量的任务在于：
（1）建立新封矿区D级GPS控制网，作为矿区首级平面控制；
（2）建立新封矿区三等水准网，作为矿区首级高程控制；（3）设计北旨村井田（面积为25km2）的加密控制方案；（4）提出北旨村井田1：
1000比例尺地形测图的图根控制测设方案（不作详细设计）。
作业的技术依据为：
（1）《工程测量规范》，国家技术监督局、中华人民共和国建设部联合发布，1993年8月1日实施：
（2）《全球定位系统（GPS）测量规范》，国家测绘局发布，1992年10月1日实施。
三、完成时间
新封工程勘察公司测量队现有工程师一名、技术员五名、工人十名；5″级全站仪二台，2″级全站仪一台、S1，和S0.5型水准仪各一台。
届时若需用GPS接收机（4台），可向河南理工大学测绘学院租用。
全部任务要求在六个月内完成，今年年底以前提交控制测量成果。
为来年测绘北旨村井田l：
1000比例尺地形图和煤矿工程测量提供控制基础。
第二节测区状况和条件
一、已往完成的测量工作情况
1、1959年由国家测绘总局第x分局建立国家二等连续三角网，该二等网按照国家1958年大地测量法式布设。
经过平差计算其测角中误差为±1.0″，最弱边相对中误差为1：
250000。
矿区内有二等三角点三个，采用1954年北京坐标系，6°分带，中央子午线为111°。
目前，二等三角点的标石保存完好。
此次平差成果由河南省测绘局提供。
有关的三个二等三角点在1954年北京坐标系的坐标值列于下表。
点名
高斯平面直角坐标（m）
三角高程
（m）
x
y
玉寨山
嵩山岭
伏牛山
3817801.33
3822266.05
3802016.54
19677738.15
19687362.52
19684382.41
1512.43
1494.08
696.02
2、1990年由河南省测绘局建立国家二等水准网，于登封市西北公路交叉口东侧100米处埋设二等水准标石一座。
高程数据属于1985年国家高程基准，高程值为396.5721米。
3、1988年河南省测绘局曾航测该地区1：
50000地形图。
4、为地质勘探工作需要，河南省地质局测绘队曾在本地区测绘1：
5000比例尺地形图。
但是，为此而布设的控制网中大部分控制点遭受破坏，只有少数点位可加以利用。
5、为适应城镇建设工作需要，省内不同单位曾于不同时间在该地区一些城镇测绘了局部的l：
1000比例尺地形图。
其中1998年施测的登封市地形图已被多个部门（城建、土地管理等）使用至今。
这些图纸资料均使用了1954年北京坐标系。
根据上述已经完成测量工作的情况，确定对原有成果的利用方案：
1）测区内的三个国家二等点，精度符合现行规范要求，标石保存完好，其坐标值可用作三等平面控制网的起始数据。
2）国家二等水准点可用作矿区三等水准网的起始点。
3）l：
50000比例尺地形图可作为此次图上设计和实地选点的依据。
二、作业区自然地理条件
l、地理概况
测区南北临山，山势较为陡峭。
测区中部因长期受风蚀作用而形成风化层和黄土复盖层，出现坡度不大的低山丘陵地带。
矿区南部有伏牛山横贯，山势不太陡峭。
测区最低高程为230米，北部山区高程达1500米，大部分地区平均高程为400米，颖河东西横贯矿区，但每年有半年以上时间枯涸。
矿区范围内70％为耕地，大部分为旱田。
本区隶属于河南省郑州市。
登封市为一座1990年建制的县级市，座落在本测区内，其余地区村庄遍布，多数民族为汉族，少数为回族，近年来，群众觉悟得到提高，社会风尚不断改观。
2、交通情况
为适应城乡建设和旅游事业的发展，正在兴修xx铁路支线，目前虽未通车但公路纵横，长途汽车直达郑州、洛阳、千顶山等地。
村与村之间尚有可通行汽车之大道，交通十分方便。
3、气候情况
矿区内全年平均雨量为950毫米，雨量集中于六、七、八三个月，全年平均气温为+15~C，七月份平均气温达32C，一月份平均气温为-2C，地冻线深度约0．1米。
全年平均风力为2-3级。
适宜于野外作业的时间为3-10月份。
每月平均作业时间利用率为20工天。
第三节坐标系统的选择和起始数据的确定
一、平面坐标系统的选择
我国现行三种坐标系统：
1980年国家大地坐标系、1954年北京坐标系和新1954年北京坐标系。
其中1980年国家大地坐标系的椭球参数选择合理、数值准确，是对全国天文大地网施行整体平差建立起来的、椭球面与大地水准面最为密合的一种坐标系统。
但是，考虑到本地区50年来的测绘历史和现状，为有利于已有测绘成果互为利用，此次矿区平面控制测量设计时，建议采用1954年北京坐标系。
二、投影面和投影带引起的长度变形分析
1954年北京坐标系选择的投影面是克拉索夫斯基椭球面，它与大地水准面的相关位置是1982年全国天文大地网整体平差所确定的；而投影带则依然选用了高斯投影6°分带和3°分带的传统方法。
上述国家统一的投影面和投影带所引起的长度变形是否适合本矿区的需用，应该作进一步分析。
为此，根据已知的测区中心位置（L=113°01′，B=34°20′）按公式
分别计算出测区中心在高斯投影6°带和3°带内的横坐标概值y（准确至3位有效数字即可）。
再由计算的y值和测区平均高程（Hm=400m）分别计算6°带和3°带的长度综合变形，并以
为原则确定适宜的投影面或投影带。
当6°带或3°带所引起的长度变形超过上列容许值时，应选择以“抵偿面”作投影面的局部坐标系。
此时按
确定出抵偿面高程面，并画图示意之。
经下述计算选择投影平面和独立的坐标系：
L”=114°-113°01′=59′=3540”
=180x3600/3.1415926
N=6371000mB=34°20′
由
得y=90291.10953m=0.9029110953百千米
由
=y2*S/2R2-Hm*S/R得
=3.764118608X10-5大于
=639.97m
H抵=Hm—
=—239.97m
三、起始数据的确定
抵偿面位置确定后，选择其中一个国家大地点（例如伏牛山二等三角点）作为测区的“原点”，保持它在3°带的国家统一坐标值（x0，y0）不变，而将其它国家大地点（玉寨山、嵩山岭）的已知坐标（x，y）换算到局部坐标系中去：
经过上述处理后的三个国家大地点坐标作为布设新封矿区平面控制网的起始数据。
此外，本测区已有一个国家二等水准点，其高程数值为1985年国家高程基准，可直接作为布设矿区高程控制网的起始数据。
以伏牛山二等三角点作为测区的“原点”
第四节平面控制网的布测
内容提要
一、平面控制网布设方法和布设原则
平面控制网可以采用三角测量、导线测量、GPS卫星定位等多种方法布设。
综观这些方法的优缺点和测区实际条件，应优先考虑选用GPS卫星定位法建立平面控制网。
布设GPS定位网时应注意以下事项：
（1）任务要求是建立三等平面控制网。
与其技术指标相适应的GPS定位网为D级网，不过为日后对控制网使用方便，相邻点距离最好不超过5km，平均取3km为宜。
（2）GPS卫星定位测得的是控制点在WGS-84空间直角坐标系中三维坐标，为将它们转换成选用的局部坐标系统，必须使新布设的GPS网与已有控制网建立可靠的联系。
此时至少应该联测2个已有起始点。
为了可靠地确定GPS网与原有网之间的转换参数，联测点数最好多于2个。
目前，测区内有3个国家大地点，且标石保存完好，其坐标值已用作矿区控制网起始数据。
因此，GPS卫星定位网必须联测这三个国家二等三角点。
（3）布网时还应考虑大约1／5的GPS点兼作矿区水准点，以便应用曲面拟合法拟合出测区的似大地水准面，内插出其它GPS点的高程异常并确定它们的正常高。
（4）GPS点应选在交通方便、地基稳固，利于点位保存和便于常规方法联测或加密时应用。
二、图上设计与实地选点
根据上述注意事项，按《规程》中对点位要求，在l：
50000地形图上由已知点开始，逐一选设点位。
并且由选设点位连成同步观测边（基线），进而拟定出同步网和异步网测量方案。
图上设计完成之后即应到实地落实点位，核实图上设计结果的可行性。
根据实地落实的点位绘出GPS网选点图（1：
100000）。
图上需画出测区范围、标明已知点位和新布设的点位的点名、以及由起始边和同步观测边构成的整体网形、水准路线、主要交通线、水系、城镇等。
该选点图应装订入设计说明书中。
点位选定后，按设计的埋石规格（图示）埋设中心标石。
（1）根据上述注意事项，按《规程》中对点位要求，在l：
50000地形图上由已知点开始，逐一选设点位。
并且由选设点位连成同步观测边（基线），进而拟定出同步网和异步网测量方案。
图上设计完成之后即应到实地落实点位，核实图上设计结果的可行性。
根据实地落实的点位绘出GPS网选点图（1：
100000）。
图上需画出测区范围、标明已知点位和新布设的点位的点名、以及由起始边和同步观测边构成的整体网形、水准路线、主要交通线、水系、城镇等。
该选点图应装订入设计说明书中。
（2）埋石：
软质地面上的需埋设标石，埋设规格见下图。
位于道路上的点位应布设在路边位置，且高出地面1cm，沥青路面上可打入规格为长20㎝、φ2.0㎝的钢钎作为标志，钢钎中心钻一直径为1.5mm的小孔作为标志中心；水泥路面上的点位应钻一深20㎝、直径5cm的圆孔，把测量标志用混凝土镶嵌进去，极困难地方可采用石刻标志，用钢凿凿一个边长为
20cm×20cm的方框，中间凿一小十字作为标志中心。
导线点埋设完毕后，均应在现场作较详细的点之记，并在点位附近明显且牢固的地物上用红漆做好标记（字体应规整美观），以便查找和利用。
埋设规格见下图：
三．观测
（1）本测区一级GPS网，拟利用4台双频GPS接收机进行快速静态观测，标称精度为5mm+0.5ppm×D。
架设双参考站，2台接收机为一组组成流动站同时观测，确保基线不存在支导线形式。
作业前应根据星历预报认真编制观测计划，要保证各条观测基线的模糊倍率因子在1.5以上。
观测要求见下表：
一级GPS网观测要求
卫星高度角（°）
≥15
有效观测卫星数
≥5
平均重复设站数
≥1.6
时段长度min
双频≥10，单频≥15
数据采样间隔s
10
（2）一级GPS网分别由一个或若干个独立观测环构成。
闭合环或附合路线中的边数不得多于10条，不允许出现支点或支线的形式。
可根据需要布设为若干个控制网。
（3）观测时应认真、仔细、正确填写测量手簿，天线高要两次量测，较差不得超过3mm，最后取中数使用，天线高记录不得划改
三、GPS卫星定位的数据采集
应扼要阐明以下工作要点：
1、接收机的机型选择和检验
2、准备工作
3、安置天线
4、数据采集注意事项
①GPS观测记录采用测绘单位统一印制的外业观测手簿进行记录，手簿用铅笔或签字笔填写，字迹应清晰工整不得潦草。
②观测过程中不记录气象元素，其它项目要认真填写，实事求是，严禁事后补记和涂改编造数据，确属笔误的用横线划掉后重写。
③外业原始记录手簿要保证测站点名、仪器号、天线号、天线高等有关信息的正确性。
④测站上所有规定作业项目经认真检查均符合要求，记录资料完整无缺，将点位盖好恢复原状后方可迁站。
⑤每一个观测时段的观测数据应及时下载,下载之后应立即将观测原始数据转换为RINEX格式文件，以检查原始数据下载是否正确。
下载软件使用接收机配备的工具软件。
数据下载过程中应监视数据传输时出现坏块的情况，完成数据下载后，应查阅提示信息，若未完全下载（<100%）,或出现坏块，应重新调整通信参数设置，并再次下载数据。
五、卫星定位数据处理
数据处理包括粗加工和预处理、基线向量解算、基线网平差（按三维约束平差进行）。
选用现有的数据处理软件由计算机自动完成。
六．外业观测基线质量检查
（1）基线解算采用武汉测绘科技大学Lip基线解算软件或随机基线解算软件、平差计算采用武汉测绘科技大学PowerADJ软件或随机平差计算软件。
（2）GPS控制网主要技术要求：
相邻点间弦长精度：
σ=±
式中：
σ—标准差（基线向量的弦长中误差mm）
a—固定误差≤10mm
b—比例误差系数≤（D级10ppm、E级20ppm）
d—相邻点间距离（km）
（3）三边同步环坐标分量相对闭合差≤
三边同步环环线全长相对闭合差≤
对于四站以上的同步观测时段，在处理完各边观测值后，应检查一切可能的三边同步环。
（4）复测基线的长度较差ds≤2
σ
（5）异步环坐标分量闭合差和环线全长相对闭合差
wx≤3
σ
wy≤3
σ
wz≤3
σ
w≤3
σ
式中w—环闭合差，w=
；
n—独立环中的边数。
七．卫星定位数据处理及网平差
数据处理包括粗加工和预处理、基线向量解算、基线网平差（按三维约束平差进行）。
选用现有的数据处理软件由计算机自动完成。
（1）三维无约束平差基线向量改正数绝对值
V△x≤3σ
V△y≤3σ
V△z≤3σ
（2）约束平差分别固定1个B级GPS控制点和5个C级GPS控制点的三维地心坐标和二维平面坐标进行三维约束平差和二维约束平差。
（3）约束平差基线向量改正数与无约束平差经粗差剔除后的同名基线向量改正数较差的绝对值应满足：
dV△x≤2σ
dV△y≤2σ
dV△z≤2σ
（4）网中最弱相邻点的相对点位中误差不大于±5cm。
八．补测与重测
（1）无论何种原因造成一个控制点不能与两条独立基线相连结，则该点上应补测或者重测不得少于一条独立基线。
（2）可以舍弃在复测基线边长较差、同步环闭合差、独立环闭合差检验中超限的基线，但应该保证舍弃基线后的独立环所含基线数，不得超过规程规定，当超过规定要求时，应重测该基线或有关的同步图形。
（3）由于点位不符合GPS测量要求而造成一个测站多次重测仍不能满足各项限差技术规定时，可按技术设计要求另增选新点进行重测。
九．图根导线平面控制测量
（1）图根控制点是地籍要素测量的依据，一级GPS控制点的基础上，一般以附合导线、支导线和光电测距极坐标的形式布设，支导线及引点总数不得超过图根点总数1/3。
开阔地区图根点也可以采用GPS-RTK方法施测，基站至流动站距离一般不超过3km；观测时流动站使用带有脚架的对中杆进行两次独立观测；两次观测坐标较差不大于2cm，高程较差不大于5cm。
相邻基站间应适当加测公测点进行检核，公测点较差平面坐标应小于3cm，高程应小于7cm。
二次测量成果和检核点成果取中数使用。
图根点的编号以街道为单位按阿拉伯数字顺序编排，点号前冠以字母T并加街道号表示，如3街道第25号图根点的编号为“T30025”。
（2）图根点可采用钢钉、水泥钉或木桩作为标志，适当埋设永久性标志，铺装路面的图根点可打入15×120mm钢桩，钢桩可作为埋石点，在必要时需埋设图根标石。
每幅图的埋石点数量（含基本控制点）不少于4个，且埋石点之间尽量互相通视。
当建筑物密度较大时应适当增加图根点数量，图根点数量应控制在100～400个/km2,以满足测图需要。
（3）图根点自一级控制点及以上精度指标的控制点作为起算点，分两级加密。
当一级图根导线满足密度要求时，可不进行二级图根导线测量。
图根导线测量的主要技术要求见表5。
图根导线的主要技术要求表5
等级
附合路线长度（km）
平均边长（m）
一测回内2C较差（″）
测回数
方位角闭合差（″）
导线全长
相对
闭合差
坐标
闭合差
（m）
一级
1.2
120
±18
1
2
±24
1/5000
0.22
二级
0.7
70
±24
1
±40
1/5000
0.22
注：
导线网结点间的长度为附合路线长度的0.7倍；n为测站数。
（4）因地形限制导线无法闭合时，可布设支导线，支导线测设一定要有检核条件，支导线首站要联测两个已知方向，不超过4条边，最大边长不要超过160米，总长不超过450米，边长要双向观测，角度左右角观测一测回，测站圆
周角闭合差不要超过±40″。
（5）局部困难地区，可采用全站仪极坐标法在一级导线点及更高精度的控制点以上直接测定图根点的平面坐标。
极坐标法施测的图根点最大距离一般不超过200m，不应另行发展，数量不能超过图根点总数的30%。
为保证点位的平面及高程精度，测站之间一般要有重合点检核，其检核点坐标、高程较差应在
倍图根点平面及高程中误差之内。
（6）导线观测边长要经仪器的加、乘常数改正和倾斜改正。
（7）图根点的高程可使用全站仪观测一测回的方法进行，仪器高和照准高量至1mm。
（8）图根导线可使用近似平差软件在微机上进行平差计算。
图根控制点成果表以街道为单位，统一装订成册。
（9）图根点平面坐标取位至1mm；高程取位至1mm。
第五节高程控制网的布测
内容提要
一、基础要求
根据本项目的任务要求，将建立三等水准网作为测区基本高程控制，因此，主要技术要求必须符合《规程》对三等水准网的相应规定，例如，水准点的密度、精度、水准路线长度等。
二、水准网的选线和埋石
水准网的选线和埋石要求
1、测区内只有一个高程起始点，因此，水准网必须布设成环形网。
2、水准路线尽量沿利于施测的公路、大路布设，水准点则应选在土质坚实、便于应用、利于保存的地点。
3、画图设计出水准标石的类型和埋设规格，尽量使GPS点兼作水准点。
选线：
（1）本测区以国家高等级水准点作为高程控制起算点，布设四等水准网，作为高程控制，以满足测区高程控制发展的需要。
（2）等外水准、测距高程导线，自四等水准联测点起发展不得超过2次。
（3）四等水准观测采用DSZ3以上型号的水准仪，中丝法读数，各测段测站为偶数。
作业前须对水准仪和水准尺进行检校。
（4）水准点示意图见图一（只对方案一）。
总测段距离经估算大致为41.4km。
（6）控制网也水准网的连测由相应水准点处采用三角测量的方法传递。
实施方法参考相关规范。
如右图所示：
埋石：
（1）各等级三角点均应建立永久性的测量标志。
（2）标石是三角点永久性的点位标志，标石中心应嵌入中心标志，中心标志代表三角点的中心位置。
（3）建造的觇标必须标形端正，标心和圆筒应与铅垂线平行，结构牢固；内架与基板结构密合；基面平整；内外架无接触。
觇标的圆筒中心、回光台中心、标石中心应位于同一铅垂线上，其最大偏离以标石中心的铅垂线为准，不得超过0.1m。
（4）应在橹柱的适当位置用色漆注明三角点的点名、等级、建造单位、建造年月；无外架的墩标，则用红漆写在仪器墩向南的侧面上。
（5）造标埋石时要将点之记的点位说明，标石断面图的相关高度和有关数据填注清楚。
标石采用四等三角点标石。
标石材料：
三角点标石应用混凝土灌制，或用相同规格的花岗石、青石等坚硬石料代替。
标石埋设要求：
（1）、盐碱地区埋设混凝土标石，须加涂沥青，以防腐蚀。
（2）、在泥土松软、地下水位较高的地区或沼泽地区埋设标石时，除应尽量选择好埋石地点以外，应在盘石下边浇灌混凝土底层。
（3）、埋石时，须使各层标石的标志中心严格在同一铅垂线上，其偏差不大于3mm。
并用钢尺量取各层标石面间的垂直距离，填记于点之记的标石断面图中，结果取至厘米。
三、精度估算
对所设计的水准网，必须估算其最弱点的高程位置中误差，为此，可采用直观、简捷的等权代替法。
估算结果，水准网最弱点高程位置中误差不应超过3cm。
否则，应更改设计方案。
1）为减少粗差对高程拟合的结果产生的影响，高程拟合应选择多个拟合方案进行。
对各方案拟合结果进行比较分析后，剔除影响拟合精度的粗差，选择最佳拟合结果作为最终成果。
以高程拟合法求得的GPS控制点的高程中误差应不超过±5cm。
（2）由于高程拟合时在固定点范围内的拟合精度要高于外推拟合，高程拟合时尽量多采用控制网外围的高程固定点，控制网的中间也至少要有2个高程固定点，高程固定点在控制网中要均匀分布固定点不应少于8个。
（3）为减少粗差对高程拟合的结果产生的影响，高程拟合应选择多个拟合方案进行。
对各方案拟合结果进行比较分析后，剔除影响拟合精度的粗差，选择最佳拟合结果作为最终成果，并将比较分析结果写入技术总结中。
对所设计的水准网，必须估算其最弱点的高程位置中误差，为此，可采用直观、简捷的等权代替法。
估算结果，水准网最弱点高程位置中误差不应超过3cm。
否则，应更改设计方案。
四、水准观测
（1）使用仪器
四等水准测量使用DS3型水准仪、3米双面木质水准标尺或NS03型电子水准仪、条形码铟瓦水准标尺单程观测。
（2）仪器检验
水准仪、水准标尺均应按GB12898—91《国家三、四等水准测量规范》中5.2.2的检验项目检验，并进行记录和整理，检验合格的仪器和标尺方能投入使用。
普通光学水准仪、水准标尺在省内法定的仪器鉴定机构检定即可。
电子水准仪和配套的水准标尺要在国家专业检定机构进行检定。
（3）观测记录
使用DS3型水准仪观测时，采用RD-EB1电子手簿或PDA记录，也可采用人工记录；读数方法为中丝法和直读视距，观测时每天要进行一次i角检验，并有记录可查。
水准测量前，应按照规范和仪器使用说明书的要求设定好观测限差。
采用单程观测，测站观测顺序为“后后前前”，每一测段的测站数均应为偶数。
电子水准仪程序软件的测站观测各项限差要与规范一致；观测数据自动存入电子水准仪内存；电子水准仪自动记录的原始数据传输到微机并自动形成外业观测文件后通过打印机输出，原始数据要保留。
手工记簿要求字迹清晰、美观、正规，严禁连环涂改和就字改字，手簿不允许出现空页、空格现象。
原始记录应分项签名，并记录时间及气象信息，重测及返工的测段应注明原因。
（4）水准观测的主要限差要求见下表。
四等水准观测的主要技术要求
仪器类型
视距
前后视距差
每站的前后视距累积差
DS3
≤96m
≤5.0m
≤10.0m
DS1、DS05
≤120m
视线高度
基辅分划差
基辅分划所测高差的差
检测间歇点所测高差的差
三丝能读数
3.0mm
5.0mm
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