1、第一部分控制測量基本知識控制測量的任務及作用控制測量基礎知識控制網布設的基本形式國家控制網的布設控制測量的工作流程控制測量實訓的一般要求工作項目一 控制測量基本知識【 本章提要】任務1任務2任務3任務4任務5任務6習題控制測量是研究精確測定和描繪地面控制點空間位置及其變化。本章主要介紹控制測量的任務和作用，控制網建立的基本方法、控制網布設的原則及基本流程。【重點】：控制測量的基本流程【難點】：控制網建立的基本方法【本章提要】任務1-1 控制測量的任務及作用 1、控制測量的概念：在一定區域內，按測量任務所要求的精度，測定一系列地面標志點（控制點）的水平位置和高程，建立控制網，這種測量工作稱為控制

2、測量。一、控制測量的任務與作用控制網的控制測量控制測量的分類按工作內容分按用途分平面控制測量高程控制測量大地控制測量工程控制測量測定控制點平面位置測定控制點高程全國范圍內,按國家統一頒布的法式、規范進行的控制測量為工程建設或地形圖測繪，在小區域內，在大地測量控制網的基礎上獨立建立2、控制測量分類：（1）大地控制測量的基本任務為地形測圖和大型工程測量提供基本控制；為研究地球形狀、大小和其他科學問題提供資料；為空間科學技術和軍事需要提供保障。3、控制測量任務：（2）工程控制測量的基本任務在設計階段建立用于測繪大比例尺地形圖的測圖控制網；在施工階段建立施工控制網；在工程竣工后的運營階段，建立以監視建

3、筑物變形為目的的變形觀測專用控制網。4、控制測量的作用控制網是進行各項測量工作的基礎；控制網具有控制全局的作用；控制網具有限制測量誤差的傳遞和積累的作用。一、控制測量的基準面和基準線1. 控制測量外業的基準面與基準線地球的自然表面有高山、丘陵、平原、海洋等起伏形態，海洋面積約占地表面的71%，陸地面積約占29%，是一個不規則曲面。任務1-2了解控制測量基礎知識水準面：處于靜止狀態的水面。水平面：與水準面相切的平面。水準面因其高度不同而有無數個。鉛垂線：重力方向線，鉛垂線是測量工作的基準線。地球上的任意一點，都同時受到兩個力的作用：地球自轉的離心力和地心引力，它們的合力稱為重力，重力的方向即為鉛

4、垂線方向（見圖1.2）。 O 懸掛點 G (b) O 離心力引 重 P 力 力 F G (a) 圖 1.2它稱為大地水準面。圖 1.1 大地水準面視頻2. 控制測量計算的基準面與基準線大地水準面：假設一個只受重力作用，無潮汐風浪影響，完全處在靜止平衡狀態的海水面擴展并延伸到大陸下面，從而形成一個處處與鉛垂線方向正交的包圍整個地球的閉合曲面，我們把果選擇一個適合本國情況的參考橢球，因而參考橢球有許多個。然而將各國的測量成果聯系起來進行國際間合作時，參考橢球的不同帶來了不便。因此，從全球著眼，必須尋求一個和整個大地體最為接近、密合最好的參考橢球，稱總地球橢球。WbaOa大地體：大地水準面所包圍的形

5、體 。經過長期測量實踐表明，大地體與一個以橢圓的短軸為旋轉軸的旋轉橢球的形狀十分近似，所以我們把形狀和大小與大地體相近，且兩者之間相對位置固定下來的旋轉橢球稱參考橢球。N世界各國總是根據本國的地面測量成S圖 1.3x3. 垂線偏差和大地水準面差距參考橢球和總地球橢球，其表面都不可能與大地水準面處處重合，因而在同一點上所作的這兩個面的法線,即大地水準面的鉛垂線與橢球面的法線也必然不會重合（見下圖）,兩者之間的夾角u稱為垂線偏差。u在子午線和卯酉線上的投影分量通常分別以x 和h 表示。大地水準面與橢球面在某一點上的高差稱為大地水準面差距，用N表示。返回本章 首頁圖 1.4二、控制測量坐標系 廣義的

6、控制測量坐標系分為天球坐標系和地球坐標系。天球坐標系主要研究天體和人造衛星的定位和運動；而地球坐標系主要用于研究地球上物體的定位與運動，是以旋轉橢球為參照體建立的坐標系統。狹義的控制測量坐標系統根據其原點位置的不同，分為參心坐標系和地心坐標系；從表現形式上又分為大地坐標系和空間直角坐標系。此外，在狹義的控制測量工作中，由于測區范圍較小或一些局部地區，其常用的坐標系一般還有獨立平面直角坐標系和高斯平面直角坐標系。具體如下：1、控制測量常用的坐標系參心坐標系是以參考橢球的幾何中心為原點的大地坐標系。它是在參考橢球內建立的O-XYZ坐標系，原點O為參考橢球的幾何中心；X軸與赤道面和首子午面的交線重合

7、，向東為正；Z軸與旋轉橢球的短軸重合，向北為正；Y軸與XZ 平面垂直構成右手系。“參心”意指參考橢球的中心。在測量中，為了處理觀測成果和傳算地面控制網的坐標，通常須選取一參考橢球面作為基本參考面，選一參考點作為大地測量的起算點，即大地原點，利用大地原點的天文觀測量來確定參考橢球在地球內部的位置和方向。1）參心坐標系地心坐標系是以地球質心為原點建立的坐標系。地心空間直角坐標系是在大地體內建立的O-XYZ坐標系，原點O設在大地體的質量中心，用相互垂直的X，Y，Z三個軸來表示；X軸與首子午面與赤道面的交線重合，向東為正；Z軸與地球旋轉軸重合，向北為正；Y軸與XZ平面垂直構成右手系。2）地心坐標系由于

8、不同時期采用的參考橢球不同（或其定位與定向不同），在我國歷史上出現的參心大地坐標系主要有1954北京坐標系、1980國家大地坐標、及和1980國家大地坐標系轉換時建立的新1954北京坐標系等三種。大地坐標系是以參考橢球面作為基準面，以起始子午線（即通過格林尼治天文臺的子午面）和赤道面作為在橢球面上確定某一點投影位置的兩個參考面。3）大地坐標系Geodetic CoordinateSystem地面上一點的大地坐標可表示為：P （ L， B ）B表示大地緯度，L表示大地經度。子 午 面：(Meridian Plane)通過橢球旋轉軸的平面；起始子午面：通過原格林尼治天文臺的子午面；子午線（圈 Me

9、ridian）：子午面與橢球面的交線；圖中NS為橢球的旋轉軸，N表示北極，S表示南極。圖 2.6(Equator Plane)通過橢球中心且與橢球旋轉軸正交的平面；(Equator)赤道面與橢球面相截所得曲線。(Geodetic Longitude)過地面上某點的子午面與起始子午面之間的夾角。(Geodetic Latitude)過地面某點的橢球面法線與赤道面的夾角。赤道面赤道大地經度大地緯度大地經度（L）和大地緯度（B）統稱為大地坐標。以橢球中心O為原點，起始子午面與赤道面交線為X軸，赤道面上與X軸正交的方向為Y軸，橢球體的旋轉軸為Z軸，指向符合右手規則。在該坐標系中，P點的點位用OP在這三

10、個坐標軸上的投影x，y，z表示,即P（x，y，z)，如圖2.6。4）空間直角坐標系Space RectangularSystem空間直角坐標系GP1XOKP2P0LP(X,Y,Z)ZXYZ圖2.6平面直角坐標的表示方法：X軸：縱軸，表示南北方向；Y軸：橫軸，表示東西方向；5）獨立平面直角坐標系當研究小范圍地面形狀和大小時，可用平面代替球面，此時可采用平面直角坐標系統。xO圖2.7P即P（X，Y），如圖2.7。Independent PlanRectangular System當測區范圍較小：可把地球表面的一部分當作平面看待，所測得地面點的位置或一系列點子所構成的圖形，可直接用相似而縮小的方法描

11、繪到平面上去。當測區范圍較大：就不能把地球很大一塊地表面當作平面看待，必須采用適當的投影方法來解決這個問題，即可采用高斯投影的方法。問題的提出6）高斯平面直角坐標系Gauss Plan RectangularCoordinate System橫圓柱描述法：把地球看作一個圓球，設想把一個平面卷成一個橫圓柱，把它套在圓球外面，使橫圓柱的中心軸線通過圓球的中心，把圓球面上一根子午線與橫圓柱相切，即這條子午線與橫圓柱重合。以此子午線為中心將其左右一定帶寬范圍內的球面用正形投影（即高斯投影）的方法投影至圓柱面上，如圖2.8。高斯投影的表達圖2.8視頻： 高斯投影1縱橫軸線：中央子午線和赤道面投影至橫圓柱

12、面上都是一條直線，且互相垂直，它們構成了平面直角坐標系統的縱橫軸，即x軸和y軸。投影分帶：為控制投影變形，這種投影方法把地球分成若干范圍不大的帶進行投影（如圖2.9），帶的寬度一般分為經差6 、3和1.5幾種，簡稱6帶、3帶和1.5帶，中心的子午線為中央子午線，其經度的計算方法如下：6帶:（6N-3） ；3帶（3N）N表示帶號。圖2.9 高斯投影分帶視頻2、我國常用的坐標系統我國常用的坐標系統有1954年北京坐標系、1980年西安大地坐標系（也稱1980國家大地坐標系）和2000國家大地坐標系，其中1954年北京坐標系和1980年西安大地坐標系均為參心坐標系，2000國家大地坐標系為地心坐標系

13、。另外隨著GPS定位技術在全球的廣泛應用，為了確定地面觀測站的位置，GPS衛星的瞬間位置也需換算到統一的WGS-84世界大地坐標系中。1）1954北京坐標系新中國成立以后，我國大地測量進入了全面發展時期，在全國范圍內開展全面的大地測量和測圖工作，迫切需要建立一個參心大地坐標系。由于當時受政治因素的影響，故我國采用了前蘇聯的克拉索夫斯基橢球參數，并與前蘇聯1942年坐標系進行聯測，通過計算建立了我國的大地坐標系，定名為“1954年北京坐標系”。1954年北京坐標系采用了原蘇聯的克拉索夫斯基橢球體，其參數是：長半軸6378245m；扁率=1/298.3；原點位于原蘇聯的普爾科沃。1954年北京坐標

14、系雖是原蘇聯1942年普爾科沃坐標系的延伸，但它們并不完全相同。因為該橢球的高程異常是以原蘇聯1955年大地水準面重新平差結果為起算數據，按我國天文水準路線推算而得，高程是以1956年青島驗潮站的黃海平均海水面為基準。自1954年北京坐標系建立以來，在該坐標系內完成了許多測繪工作，其成果得到了廣泛的應用。但是隨著測繪新理論、新技術的不斷發展，發現該坐標系的橢球參數有較大誤差、參考橢球面與我國大地水準面存在著自西向東明顯的、系統性的傾斜，幾何大地測量和物理大地測量應用的參考面不統一、定向不明確等缺點。為此，我國于1978年在西安召開了全國天文大地網整體平差會議，提出了建立屬于我國自己的大地坐標系

15、，即后來的1980西安坐標系。2）1980西安大地坐標系“1980西安大地坐標系”也稱為1980國家大地坐標系。該坐標系建立采用的地球橢球基本參數為1975年國際大地測量與地球物理聯合會第十六屆大會推薦的數據，即長半軸6378140m；重力場二階帶諧系數；地心引力常數；地球自轉角速度；根據以上參數得到80橢球的幾何參數為：；。該坐標系的大地原點設在我國中部的陜西省涇陽縣永樂鎮，位于西安市西北方向約60公里，故稱1980年西安坐標系，坐標原點稱為西安大地原點。橢球定位以我國范圍高程異常值平方和最小為原則求解參數。橢球的短軸平行于由地球質心指向我國地極原點 方向，起始大地子午面平行于格林尼治天文臺

16、子午面；長度基準與國際長度基準一致。3）2000國家大地坐標系 隨著社會的進步，國民經濟建設、國防建設和社會發展、科學研究等對國家大地坐標系提出了新的要求，迫切需要采用原點位于地球質量中心的坐標系統（以下簡稱地心坐標系）作為國家大地坐標系。采用地心坐標系，有利于采用現代空間技術對坐標系進行維護和快速更新，測定高精度大地控制點三維坐標，并提高測圖工作效率。經國務院批準，根據中華人民共和國測繪法，我國自2008年7月1日起啟用2000國家大地坐標系（簡稱2000坐標系）。2000國家大地坐標系是全球地心坐標系在我國的具體體現，其原點為包括海洋和大氣的整個地球的質量中心。2000國家大地坐標系采用的

17、地球橢球參數如下：長半軸 6378137m，扁率，地心引力常數 ，自轉角速度。 2000國家大地坐標系的建立，有利于我國航天、海洋、地震、氣象、水利、建設、規劃、地質調查、國土資源管理等領域的科學研究；有利于防災減災、公共應急與預警系統的建設和維護；將進一步促進遙感技術在我國的廣泛應用，發揮其在資源和生態環境動態監測方面的作用；比如汶川大地震發生后，以國內外遙感衛星等科學手段為抗震救災分析及救援提供了大量的基礎信息，顯示出科技抗震救災的威力，而這些遙感衛星資料都是基于地心坐標系。同時建立該坐標系也是保障交通運輸、航海等安全的需要；車載、船載實時定位獲取的精確三維坐標，能夠準確地反映其精確地理位

18、置，配以導航地圖，可以實時確定位置、選擇最佳路徑、避讓障礙，保障交通安全。4）WGS-84世界大地坐標系 在全球衛星定位系統中，衛星主要被作為位置已知的空間觀測目標。為了確定地面觀測站的位置，GPS衛星的瞬間位置也應換算到統一的地球坐標系中。因此，WGS-84世界大地坐標系是GPS測量所采用的坐標系。WGS-84坐標系采用的地球橢球，稱為WGS-84橢球，其參數為國際大地測量與地球物理聯合會第17屆大會的推薦值。其定義為：原點為地球質心；軸指向BIH1984.0定義的協議地極（CTP）；軸指向BIH1984.0定義的零子午面與CTP相應的赤道的交點；軸垂直于軸，構成右手坐標系。三、控制測量高程

19、基準及高程系統建立高程控制網的目的，是為測繪地形圖和工程建設提供必要的高程控制基礎，并為地球科學研究提供精確的高程資料。建立高程控制網的基本方法有水準測量、光電測距三角高程測量和GPS擬合高程測量三種。要確定地面點的高程，首先要建立統一的高程基準和高程系統。1、高程基準面及水準原點 建立統一的高程控制網，首先要選擇高程基準面和建立水準原點，以確定高程統一的起算基準面和起算點。 高程基準面就是地面點高程的統一起算面，由于大地水準面所形成的形體大地體，是與整個地球最為接近的形體，因此通常采用大地水準面作為高程基準面。大地水準面是海洋處于完全靜止的平衡狀態時的海水面延伸到大陸地面以下所形成的閉合曲面

20、。事實上，海洋受著潮汐、風浪的影響，永遠不會處于完全靜止的平衡狀態，總是存在著不斷的升降運動，但是可以在海洋近岸的一點處豎立水位標尺，成年累月地觀測海水面的水位升降，根據長期觀測的結果可以求出該點處海洋水面的平均位置。人們假定大地水準面就是通過這點處實測的平均海水面。1）高程基準面長期觀測海水面水位升降的工作稱為驗潮，進行這項工作的場所稱為驗潮站。根據各地的驗潮結果表明，不同地點平均海水面之間還存在著差異，因此，對于一個國家來說，只能根據一個驗潮站所求得的平均海水面作為全國高程的統一起算面高程基準面。驗潮與高程圖1-6 （1）1956黃海高程基準我國在1957年確定青島驗潮站為基本驗潮站,并以

21、該站 19501956年7年間的驗潮資料確定的黃海平均海水面作為我國的高程起算面，亦即作為全國水準高程的統一起算面，并命名為“1956年黃海高程系”。“1956年黃海高程系”的高程基準面的確立，對統一全國高程有其重要的歷史意義，對國防和經濟建設、科學研究等方面都起了重要的作用。但由于當時的條件限制，這個基準面定得還不夠完善。主要是7年的觀測資料太少，誤差較大。（2）1985國家高程基準由于1956黃海高程系計算采用的基準面所依據的青島驗潮站的資料系列（1950年1956年）較短等原因，中國測繪主管部門決定以青島驗潮站 19521979年間為期19年的驗潮資料為依據，重新計算確定了平均海水面，以

22、此作為新的高家高程基準面，稱為“1985國家高程基準”。 1985年國家高程基準已于1988年1月1日開始啟用，1956年黃海高程系同時廢止。為了長期、牢固地表示出高程基準面的位置，必須設立一個與驗潮站相聯系的穩固水準點，作為傳遞高程的起算點，這個水準點稱為水準原點。用精密水準測量方法將它與驗潮站的水準標尺進行聯測，以高程基準面為零推求水準原點的高程，以此高程作為全國各地推算高程的依據。我國的水準原點網建于青島附近。水準原點建在青島觀象山上，如圖1-7所示。在“1985國家高程基準”系統中，我國水準原點的高程為 72.2604m；而在“1956年黃海高程系”中，水準原點的高程為72.289m。

23、2）水準原點圖1-7 水準原點示意圖視頻 我國青島水準原點由于新布測的國家一等水準網點是以“1985國家高程基準”起算的，因此，以后凡進行各等級水準測量，盡可能與新布測的國家一等水準網點聯測，使用國家一等水準測量成果作為傳算高程的起算值，如不便于聯測時，可在“1956年黃海高程系”的高程值上改正一固定數值（-0.0286m），而得到以“1985國家高程基準”為準的高程值。在進行水準測量時，整平儀器使水準器的氣泡居中，這時儀器的水準管軸居于水平，而與水準管軸相平行的視準軸，就視為水平，也就是與儀器高度處的水準面相切。所以，從大范圍來看，水準測量實際上是沿著水準面進行的，如果假定不同高程的水準面是

24、相互平行的，那么水準測量所測定的兩點間的高差，應該是通過兩點的兩個水準面之間的差距。這種假定在較短距離內與實際相差不大，而在較長距離時，這種假定是不正確的。2、水準面不平行性1）水準面不平行性并以表示，則有 W = gh，式中： g為重力加速度；h為單位質點所處的高度。圖1-8 重力等位面g 在空間重力場中的任何物質都受到重力的作用而使其具有位能。對于水準面上的單位質點而言，它的位能大小與質點所處高度及該點重力加速度有關。我們把這種隨著位置和重力加速度大小而變化的位能稱為重力位能，具有重力位能相等的性質，因此A、B兩點所在水準面的位能差W應有下列關系： 我們知道，在同一水準面上各點的重力位能相

25、等，因此，水準面稱為重力等位面，或稱重力位水準面。如果將單位質點從一個水準面提高到相距的另一個水準面，其所做功就等于兩水準面的位能差，即 DW = g Dh。在圖1-8中，設h A 、h B 分別表示兩個非常接近的水準面在兩點的垂直距離，g A 、g B 為A、B兩點的重力加速度。由于水準面DW = gADh A = g BDh B 我們知道，在同一水準面上的不同點重力加速度g值是不同的，因此由上式可知，h A 與h B 必不相等，也就是說，任何兩鄰近的水準面之間的距離在不同的點上是不相等的，并且與作用在這些點上的重力g成反比。以上的分析可以得出結論：水準面相互間是不平行的。這種特性，稱為水準

26、面不平行性。由于重力加速度值是隨緯度的不同而變化的，在緯度較低的赤道處有較小的值，而在兩極處值較大，因此，水準面是相互不平行的、且為向兩極收斂的、接近橢圓形的曲面。水準面的不平行性，對水準測量將產生什么影響呢？2）水準面不平行性對水準測量的影響1-9 水準面不平行性的的影響我們知道，水準測量所測定的高程是由水準路線上各測站所得高差求和而得到的。 在圖1-9中，地面點B的高程可以按水準路線OAB各測站測得高差h 1 、h 2 之和求得，即H B=DhOAB測 即如果沿另一條水準路線ONB施測，則B點的高程應為水準路線各測站測得高差h 1 、h 2 之和，即H 測 B= Dh ONBhOAB ON

27、BB的結果隨測量所循水準路線的不同而有差異。如果將水準路線構成閉合環形OABNO，既然H測B H 測B，可見，即使水準測量完全沒有誤差，這個水準環形路線的閉合差也不為零。在閉合環形水準路線中，由于水準面不平行所產生的閉合差稱為理論閉合差。由于水準面的不平行性，使得兩固定點間的高差沿不同的測量路線所測得的結果不一致而產生多值性。為了使點的高程有唯一確定的數值，有必要合理地定義高程系統。H正 = Bgm 正高是一種唯一確定的數值，用來表示地面點的高程；但是地殼內部的平均重力加速度無法由實測求得，也無法將其精確計算出來；因此正高不可能精確求定。3、高程系統不同的高程基準面，對應著不同的高程系統。高程

28、系統主要有正高系統、正常高系統和大地高系統。1）正高系統 以大地水準面為高程基準面的高程系統。地面一點B的正高，就是該點沿鉛垂線至大地水準面的距離。B 1OABgdhBOAB m 2）正常高系統 嚴密的正高既然不能求出，大地水準面也就很難確定，故地面點至橢球面的高程仍然無法求得。這樣成果就不可能精確地歸算至橢球面上。為了克服這些缺點，必須進一步尋求更為合理的高程系統，這就是正常高系統。1gm g dhH常 B =式中：為由地面點沿垂線至似大地水準面之間的平均重力值，可以精確求得。可見，正常高是可以精確求得的；其數值也不隨水準路線而異，是唯一確定的。 按地面各點的正常高沿鉛垂線向下截取相應的點，

29、將許多這樣的點連成的一個連續曲面就稱為“似大地水準面”。似大地水準面嚴格說不是水準面，但接近于大地水準面。它們之間相差甚微，在平均海水面上為零，在平原地區只有幾個厘米，青藏高原最大達3mm；其差值可應用天文重力水準測量方法獲得。綜上所述，正常高系統是以似大地水準面為基準面的高程系統。地面上一點的正常高是指地面點沿鉛垂線方向到似大地水準面的垂直距離。由于正常高的數值與正高很接近，又能嚴格求得。因此，我國采用正常高系統作為計算高程的統一系統。 以參考橢球面為基準面的高程系統。大地高，地面點沿橢球面法線至橢球面的距離。GPS測量可得到地面點相對于 WGS-84橢球的高精度大地高程。3）大地高系統4）

30、各高程系統的聯系與區別區別：高程基準面不同；聯系： N = H H 正z = H H常圖1-10大地高、正高和正常高的關系任務1-3 國家控制網的布設在新中國成立初期，為了滿足我國國民經濟建設和國防建設的需要，在我國960萬平方公里的國土上，大部分領域布設了三角網，高原、荒漠、人煙稀少等特殊困難地區布設了較稀疏的精密導線網；此外，在上世紀七十年代中期，隨著現代空間技術的應用及我國國情的進一步需要，我國又在整個國土上分別布設了國家GPS定位網和國家精密水準網。從而完成了國家控制網的布設工作。（1）分級布網、逐級控制（2）應有足夠的精度（3）應有足夠的密度（4）應有統一的規格一、 國家平面控制網的

31、布設1、 國家三角網1） 布設原則（1）分級布網、逐級控制我國領土遼闊，地形復雜，不可能用最高精度和較大密度的控制網一次布滿全國。為了適時地保障國家經濟建設和國防建設用圖的需要，根據主次緩急而采用分級布網、逐級控制的原則是十分必要的。即先以精度高而稀疏的一等三角鎖盡可能沿經緯線方向縱橫交叉地迅速布滿全國，形成統一的骨干大地控制網，然后在一等鎖環內逐級（或同時）布設二、三、四等控制網；先完成的高等級的三角測量成果可以作為低一級三角測量的起算數據并對低一級的網起到控制作用，這是逐級控制的含義。（2）應有足夠的精度控制網的精度應根據需要和可能來確定。作為國家大地控制網骨干的一等控制網，應力求精度更高

32、些才有利于為科學研究提供可靠的資料。為了保證國家控制網的精度，必須對起算數據和觀測元素的精度、網中圖形角度的大小等，提出適當的要求和規定。這些要求和規定均列于國家三角測量和精密導線測量規范（以下簡稱國家規范）中。（3）應有足夠的密度控制點的密度應該滿足測圖的要求，是指每幅圖中包含的三角點的數目，主要根據測圖方法及測圖比例尺的大小而定。比如，以平板測圖為例，密度要求的經驗數值見下表，表1-1中的數據主要是根據經驗得出的。表1-1：各種比例尺測圖時對平面控制點的密度要求等級二等三等四等三角網平均邊長13km8km26km每個三角點控制面積約150km2約50km2約20km2每幅圖要求點數3231

33、測圖比例尺1：50 0001：25 0001：10 000（4）應有統一的規格由于我國三角鎖網的規模巨大，必須有大量的測量單位和作業人員分區同時進行作業，為此，必須由國家制定統一的大地測量法式和作業規范國家三角測量和精密導線測量規范，作為建立全國統一技術規格的控制網的依據。2） 國家平面控制網布設方案根據國家平面控制網施測時的測繪技術水平，我國決定采取傳統的三角網作為水平控制網的基本形式，只是在青藏高原特殊困難的地區布設了一等電磁波測距導線。國家三角網的布設方案分為一、二、三、四等4個等級，現將國家三角網的布設方案及精度要求概略介紹如下。（1）一等三角鎖布設方案一等三角鎖是國家大地控制網的骨干

34、，其主要作用是控制二等以下各級三角測量，并為地球科學研究提供資料。一等三角鎖盡可能沿經緯線方向布設成縱橫交叉的網狀圖形，如下圖所示。圖 2.1一等鎖在起算邊兩端點上精密測定了天文經緯度和天文方位角，作為起算方位角，用來控制鎖、網中方位角誤差的積累。一等天文點測定的精度是：緯度測定中誤差m0.3 ，經度測定的中誤差m0.02 ，天文方位角測定的中誤差m0.5所以國家一等三角鎖系又稱為國家天文大地網 。一等鎖兩起算邊之間的鎖段長度一般為200km左右，鎖段內的三角形個數一般為1617個。角度觀測的精度，按一鎖段三角形閉合差計算所得的測角中誤差應小于 0.7 。一等鎖一般采用單三角鎖。根據地形條件，

35、也可組成大地四邊形或中點多邊形，但對于不能顯著提高精度的長對角線應盡量避免。一等鎖的平均邊長，山區一般約為25km，平原區一般約為20km。（2）二等三角鎖、網布設方案二等三角網是在一等鎖控制下布設的，它是國家三角網的全面基礎，同時又是地形測圖的基本控制。因此，必須兼顧精度和密度兩個方面的要求。20世紀60年代以前，我國二等三角網曾采用二等基本鎖和二等補充網的布置方案。即在一等鎖環內，先布設沿經緯線縱橫交叉的二等基本鎖（見圖2.2a），將一等鎖環分為大致相等的4個區域。二等基本鎖平均邊長為1520km；按三角形閉合差計算所得的測角中誤差小于士1.2。另在二等基本鎖交叉處測量基線，精度為1：20

36、0 000。二等三角鎖、網布設方案圖a 圖b在一等三角鎖和二等基本鎖控制下，布設平均邊長約為13km的二等補充網。按三角形閉合差計算所得的測角中誤差小于士2.5。20世紀60年代以來，二等網以全面三角網的形式布設在一等鎖環內，四周與一等鎖銜接，如圖2.2b所示。為了控制邊長和角度誤差的積累，以保證二等網的精度，在二等網中央處測定了起算邊及其兩端點的天文經緯度和方位角，測定的精度與一等點相同。當一等鎖環過大時，還在二等網的適當位置，酌情加測了起算邊。二等網的平均邊長為13km，由三角形閉合差計算所得的測角中誤差小于士1.0。由二等鎖和舊二等網的主要技術指標可見，這種網的精度，遠較二等全面網低。三

37、、四等三角網是在一、二等網控制下布設的，是為了加密控制點，以滿足測圖和工程建設的需要。三、四等點以高等級三角點為基礎，盡可能采用插網方法布設，但也采用了插點方法布設，或越級布網。即在二等網內直接插入四等全面網，而不經過三等網的加密。三等網的平均邊長為8km，四等網的邊長在26km范圍內變通。由三角形閉合差計算所得的測角中誤差，三等為1.8，四等為 2.5。三、四等插網的圖形結構如下圖所示，圖2.3（a）中的三、四等插網，邊長較長，與高級網接邊的圖形大部分為直接相接，適用于測圖比例尺較小，要求控制點密度不大的情況。圖2.3（b）中的三、四等插網，邊長較短，低級網只附合于高級點而不直接與高級邊相接

38、，適用于大比例尺測圖，要求控制點密度較大的情況。（3）三、四等三角網布設方案(a) (b) 三、四等三角網布設方案圖 2.372 三、四等三角點也可采用插點的形式加密，其圖形結構如下圖（a）所示。其中，插入A點的圖形叫做三角形內插一點的典型圖形；插入B、C 兩點的圖形叫做三角形內外各插一點的典型圖形。插點的典型圖形很多，這里不一一介紹。 (a) (b)用插點方法加密三角點時，每一插點至少應由三個方向測定，且各方向均雙向觀測。同時要注意待定點的點位，因為點位對精度影響很大。規定插點點位在高級三角形內切圓心的附近，不得位于以三角形各頂點為圓心，角頂至內切圓心距離一半為半徑所作圓的圓弧范圍之內（圖2

39、.4（b）的斜線部分）。（4）國家三角鎖、網的布設規格及其精度國家三角鎖、網的布設規格及其精度見下表。表中所列推算元素的精度，是在最不利的情況下三角網應達到的最低精度。表1-2 國家三角鎖、網布設規格及其精度2、國家一、二等精密導線網電磁波測距技術的發展，克服了直接丈量邊長的不便，導線也就成為國家高級網布設形式之一。特別是在高原、荒漠、人煙稀少等特殊困難地區布設稀疏的平面控制網，采用精密導線測量方法，比三角測量方法更為經濟而迅速。國家一等導線一般沿交通路線布設，縱橫交叉構成較大的導線環，幾個導線環連成導線網，如圖1-16所示。導線網應與三角鎖連接，構成整體的大地控制網。二等導線布設于一等導線（

40、一等鎖）環內，每條導線兩端均應閉合于一等導線點（三角點）上。各條二等導線也互相交叉，構成二等導線網。一等導線環的周長一般為1000km2000km，二等導線環的周長一般為500km1000km；一、二等導線的邊長可在10km30km內變通。為了控制導線邊的方位角誤差和減小導線點的橫向誤差，在所有一、二等導線交叉處以及一、二等導線每隔100km150km測定導線邊兩端點的天文經緯度和天文方位角，以求定該邊的起始方位角。 導線節 天文點三等導線點四等導線點一等導線點二等導線點導線節導線段3、國家GPS定位網的布測我國全球定位系統（GPS）測量規范將GPS衛星定位網依其精度劃分為A、B、C、D、E等

41、不同級別。其中A、B級為國家GPS控制網，C、D、E級為測圖及工程GPS控制網。隨著現代空間技術的發展應用，我國自1988年引進GPS定位技術，在短短的3年時間內，測定了700多個定位點，定位精度已達到國際先進水平。1）國家GPS A級網1992年，在我國測繪規劃中心的組織協調和多家測繪單位的共同參與下，我國利用國際全球定位系統動力學服務IGS92會戰的機會，實施完成了一次全國性的精密GPS定位，建立國家A級GPS控制網。目的是在全國范圍內確定精確的地心坐標，建立起我國新一代的地心參考框架及其與國家坐標系的轉換參數，以優于10-7量級的相對精度確定站間基線向量網，布設成國家A級網，如圖1-13

42、所示。國家GPS控制網2）國家GPS B級網在國家A級網的控制下，我國大約用了5年的時間，又建立了國家GPS B級網。全網由818個點組成，分布全國各地（除臺灣地區外）。東部點位較密，平均站間50km70km，中部地區平均站間100km，西部地區平均站間距離150km。外業自1991年開始，至1995年結束，經數據精數據后，點位中誤差相對于已知點在水平方向優于0.07m，高程方向優于0.16m，平均點位中誤差水平方向為0.02m，垂直方向為0.04m，基線相對精度達到10-7。國家A、B級網已成為我國現代大地測量和基礎測繪的基本框架，并以其特有的高精度對我國常規天文大地網進行了全面改善和加強。

43、通過求定A、B級GPS網與天文大地網之間的轉換參數，建立起了地心參考框架與我國國家坐標之間的數學轉換關系，從而使國家大地點的服務應用領域更寬廣。利用A、B級GPS網高精度的三維大地坐標，并結合高精度水準聯測，大大提高了我國大地水準面確定的精度，特別是克服了我國西部大地水準面存在較大系統誤差的缺陷。二、國家高程控制網的布設國家高程控制網是國家大地控制網的組成部分。一個控制點只有具有準確的平面位置，又具有準確的高程，才能發揮它的全面控制作用。所以，建立國家高程控制網如同建立國家平面控制網一樣，具有重要意義。國家高程控制網的任務，一方面作為全國性的地形測圖和工程測量的高程控制基礎；另一方面為研究地殼

44、垂直運動、平均海水面變化等科學技術問題提供精確的高程資料。為此國家高程控制網必須借助于高精度的幾何水準測量的方法建立，所以國家高程控制網也稱為國家水準網。1、國家水準網概述國家水準網是全國范圍內施測各種比例尺地形圖和各類工程建設的高程控制基礎，并為地球科學研究，如研究地殼垂直形變的規律，各海洋平均海水面的高程變化，以及其他有關地質和地貌的研究等提供精確的高程資料。國家水準網的布設和國家平面控制網的布設一樣，如果在全國范圍內用極高精度的水準測量一次布設相當稠密的高程控制點，不僅在經濟上浪費，時間上也不允許。所以建立國家水準網必須采用由高級到低級、從整體到局部逐級控制、逐級加密的原則。同時各級水準

45、測量也要采用相同的高程系統，做到精度一致、密度均勻。為了滿足地形測圖、工程建設和地球科學研究對高精度高程資料的需求，水準網的布設要有足夠的精度和密度。國家水準測量規范規定了各等級水準測量精度和密度指標。國家水準網分4個等級布設，一、二等水準路線是國家的精密高程控制網，三、四等水準測量直接提供地形測圖和各種工程建設所必須的高程控制點。一等水準網是國家高程控制網的骨干，其主要目的是實現國家高程基準的高精度傳遞。同時也是研究地殼和地面垂直運動以及有關科學問題的主要依據。每隔1520年沿相同的路線重復觀測一次，每次復測執行時間不超過5年。我國一等水準網沿地質構造穩定和坡度平緩的交通線布滿全國，構成網狀

46、。一等水準路線全長為9.3萬多公里，由289條路線組成，其中284條路線構成100個閉合環；環線周長根據不同地形的地區，一般在1 000km2 000km之間（在我國東部地區應不超過1600km，西部地區不超過2 000km）。共計埋設各類標石近2萬余座；全國一等水準網布設略圖如圖1-14所示。2、國家水準網的布設方案在一等水準環內布設的二等水準網是國家高程控制的全面基礎，其路線一般沿鐵路、公路和河流布設。我國已有1138條二等水準測量路線，總長為13.7萬公里，構成822個二等環；各水準路線的環線周長根據不同地形的地區在500km750km之間。一、二等水準測量統稱為精密水準測量。三、四等水

47、準測量直接提供地形測圖和各種工程建設所必須的高程控制點。三等水準測量路線一般可根據需要在高級水準網內加密，布設附合路線，并盡可能互相交叉，構成閉合環。單獨的附合路線長度應不超過200km；環線周長應不超過300km。四等水準測量路線一般以附合路線布設于高級水準點之間，附合路線的長度應不超過80km。任務1-4 工程控制網的布設一、布設原則工測控制網可分為兩種：一種是在各項工程建設的規劃設計階段，為測繪大比例尺地形圖和房地產管理測量而建立的控制網，叫做測圖控制網；另一種是為工程建筑物的施工放樣或變形觀測等專門用途而建立的控制網，我們稱其為專用控制網。建立這兩種控制網時亦應遵守下列布網原則。1)分

48、級布網、逐級控制； 2)要有足夠的精度3)要有足夠的密度；4)要有統一的規格1、分級布網、逐級控制對于工測控制網，通常先布設精度要求最高的首級控制網，隨后根據測圖需要，測區面積的大小再加密若干級較低精度的控制網。用于工程建筑物放樣的專用控制網，往往分二級布設。第一級作總體控制，第二級直接為建筑物放樣而布設；用于變形觀測或其他專門用途的控制網，通常無須分級。2、要有足夠的精度以工測控制網為例，一般要求最低一級控制網（四等網）的點位中誤差能滿足大比例尺1:500的測圖要求。按圖上0.lmm的繪制精度計算，這相當于地面上的點位精度為0.1500=5（cm）。對于國家控制網而言，盡管觀測精度很高，但由

49、于邊長比工測控制網長得多，待定點與起始點相距較遠，因而點位中誤差遠大于工測控制網。3、要有足夠的密度不論是工測控制網或專用控制網，都要求在測區內有足夠多的控制點。如前所述，控制點的密度通常是用邊長來表示的。城市測量規范中對于城市三角網平均邊長的規定列于表1-3中。表1-3：三角網的主要技術要求1/20 0001/10 0001/40 0001/20 00051010.5一級小三角二級小三角1/120 0001/80 0001/45 0001/300 0001/200 000(首級）1/120 000(加密）1/120 000（首級）1/80 000(加密）1.01.82.5952二等三等四等最

50、弱邊相對中誤差平均邊長（km）測角中誤差（） 起算邊相對中誤差等級4、要有統一的規格為了使不同的工測部門施測的控制網能夠互相利用、互相協調，也應制定統一的規范，如現行的城市測量規范和工程測量規范。工程平面控制網在布設時，應考慮下列因素：布設首級控制網的，應因地制宜，且適當考慮發展；當與國家坐標系統聯測時，應同時考慮聯測方案。首級控制網的等級，應根據工程規模、控制網的用途和精度要求合理確定。加密控制網，可越級布設或同等級擴展。平面控制網的坐標系統，應在滿足測區內投影長度變形不大于25cmkm 的要求下，作下列選擇：采用統一的高斯投影3帶平面直角坐標系統。采用高斯投影3帶，投影面為測區抵償高程面或

51、測區平均高程面的平面直角坐標系統；或任意帶，投影面為1985國家高程基準面的平面直角坐標系統。小測區或有特殊精度要求的控制網，可采用獨立坐標系統。在已有平面控制網的地區，可沿用原有的坐標系統。廠區內可采用建筑坐標系統。二、布設要求1.工程平面控制網的布設平面控制網的建立，可采用衛星定位測量、導線測量、三角形網測量等方法。目前，三角形網測量已基本不用，本教材不再累述。本教材重點介紹利用衛星定位控制測量及導線測量方法建立控制網。三、布設方案定位系統（GPS）測量規范（GB/T 18314-2001）中，將GPS測量按其精度劃分為A、B、C、D、E級。其中A級主要用于區域性的地球動力學研究和地殼形變

52、測量；B級主要用于局部形變監測和各種精密工程測量；C級主要用于大、中城市及工程測量的基本控制網；D、E級主要用于中、小城市、城鎮及測圖、地籍、土地信息、房產、物探、勘測、建筑施工等的控制測量。1）衛星定位測量（以GPS為例）工程測量規范（GB50026-2007）將衛星定位測量控制網依次分為二、三、四等和一、二級。而全球在局部較小的范圍內，特別是在隱蔽地區、城市街區、地下工程以及GPS接收機天線接收信號受限的區域，用電磁波測距導線布設控制網的方法就顯得特別實用。工程測量規范按控制網的精度等級將導線及導線網依次分為三、四等和一、二、三級。導線（網）的基本形式有單一導線和導線網兩種，其中單一導線又

53、分為單一附合導線、單一閉合導線兩種。工程項目中可根據需要進行選擇。2）導線測量2.工程高程控制網的布設工程高程控制網的布設可采用水準測量、電磁波測距三角高程測量及GPS擬合高程測量三種方法完成。其中精密高程控制只能采用精密水準測量的方法進行。水準網的布設形式主要有單一水準路線和結點水準網；其中單一水準路線又分為單一附合水準路線、單一閉合水準路線及單一支水準路線。水準網的布設比較靈活，實際作業時可根據測圖及工程需要，以及測區的形狀，選擇其布設方法。若測區面積廣闊呈方形，就可布設成方形網；若測區呈帶狀則可布設成帶狀網。但不論布成何種形狀，水準路線都應盡可能布成閉合環形，或附合于已知水準點上構成附合

54、路線。任務1-5 了解控制測量的工作流程一、 控制測量的工作流程(一）任務書由工程的承包方根據同發包方簽訂的工程合同向所屬的項目組下達控制測量任務書。這是項目組完成控制測量工作的依據。（二）編寫技術設計書項目組接到任務書后，應首先組織技術人員進行現場踏勘、收集相關技術資料，編寫技術設計書，這是控制測量的指導性文件。（三）控制測量的實施以技術設計書為作業依據，項目組完成控制測量工作的內業和外業。這些工作大致包括：選點、埋石、繪制點之記、根據最佳的測量方案布設控制網、檢驗儀器、進行控制測量的外業觀測及內業計算、生成控制點成果表、質量檢查、整理需上交的測量資料。在完成測繪生產任務的外業觀測與內業計算

55、之后，必須編寫測繪技術總結，以對控制測量工作的完成情況和技術設計的執行情況進行了全面總結。測繪技術總結是在測繪任務完成后，對測繪技術設計文件和技術標準、規范等的執行情況，技術設計方案實施中出現的主要技術問題和處理方法，成果（或產品）質量、新技術的應用等進行分析研究、認真總結，并作出的客觀描述和評價。測繪技術總結為用戶（或下工序）的合理使用提供方便，為測繪單位持續質量改進提供依據，同時也為測繪技術設計、有關技術標準規定的制定提供資料。測繪技術總結是與測繪成果（或產品）有直接關系的技術性文件，是長期保存的技術性檔案。（四）編寫技術總結（5）質量檢查與驗收在項目組對所完成的控制測量任務進行自檢后，由

56、所在部門的上一級進行質量檢查。最后需由測繪行業主管部門（各省、市的測繪質量監測站）進行檢查驗收。一、測量儀器、工具的正確使用和維護任務1-6 了解控制測量實訓一般要求（一）、領取儀器時，必須檢查 儀器箱是否關妥、鎖好。 背帶、提手是否牢固。 腳架和儀器是相配。腳架各部分是否完好，要防止因腳架不牢而摔壞儀器，或因腳架不穩而影響作業生產。（二）、儀器的開箱和裝箱 儀器箱應平放在地面上或其它臺子上才能開箱，嚴禁托在手上或抱在懷里開箱，以免將儀器摔壞。 取出儀器前應先牢固地安放好三角架，儀器自箱內取出后不宜用手久抱，應立即固定在腳架上。 開箱后在未取出儀器前，應注意儀器安放在儀器箱中的位置和方向，以免

57、用畢裝箱時，因安放不正確而損傷儀器。 有些儀器如JGJ2-1、TDJ2、NA2等儀器裝箱時要擰開各制動螺旋，只有當放置妥當后再輕輕旋緊制動螺旋，然后關上箱蓋。而T2、T3、N3、TC905、TC702、TC305等精密儀器放到箱底上后要旋緊制動螺旋，防止在運輸過程中儀器在箱內活動。然后輕輕加罩殼。關箱蓋或加罩殼時不得硬壓或硬扣，應查明原因，排除障礙后再加蓋。 要檢查箱內的小工具或附件是否都已固定，防止在運輸過程中因沒有固定好的工具或附件在箱內活動砸壞儀器。（三）、自箱內取出儀器時，應注意事項： 不論何種儀器，在取出前一定先松開制動螺旋，以免取出儀器時因強行扭轉而損壞微動裝置，甚至損壞軸系。 自

58、箱內取出儀器時，應一手握住照準部支架，另一手扶住基座部分，輕拿輕放，不要一只手抓儀器。 取儀器和使用儀器過程中，要注意避免觸摸儀器的目鏡、物鏡、反光鏡、棱鏡，以免沾污，影響成像質量。絕對不允許用手指和手帕去擦儀器的目鏡、物鏡等光學部分。（四）、架設儀器時應注意事項： 伸縮式腳架三條腿抽出后要把固定螺旋擰緊，亦不可用力過猛而造成螺旋滑絲，防止因螺旋未擰緊使腳架自行收縮而摔壞儀器。三條腿拉出的長度要適中。 架設三腳架時，三條腿分開的跨度要適中，并得太攏容易被碰倒，分得太開容易滑開，都會造成事故。若在斜坡地上架設儀器，應使兩條腿在坡下（可稍放長），一條腿在坡上（可稍放短），這樣架設比較穩當。如在光滑地面上架設儀器，要用繩子拉住，采取安全措施，防止腳架滑動，摔壞儀器