工程水平控制网优化设计概念
§2.3中已经提到，在控制网的技术设计中，首先考虑的是精度指标，其次是网的费用指标，这是传统的技术设计方法。在这种方法中，主要以技术规范为依据，只要设计出的控制网经过精度估算，得出最弱边的相对精度能够满足有关规范对某一等级控制网的精度要求，即基本上完成了设计任务。我们称这种方法为“规范化设计”。 近代控制网优化设计不同于上述规范化设计，而是一种更为科学和精确的设计方法。它能同时顾及的不仅有精度和费用指标，还有其他一些指标。应用这种方法，可求得最为合理的设计方案。然而此法也有不足之处，主要是计算工作量大，必须依靠计算机进行。
2.5.1 控制网的质量指标
在控制网的设计阶段，质量标准是设计的依据和目的，同时又是评定网的质量的指标。
质量标准包括精度标准、可靠性标准、费用标准、可区分标准及灵敏度标准等。其中常用的主要是前3个标准。
1.精度标准
网的精度标准以观测值仅存在随机误差为前提，使用坐标参数的方差—协方差阵xx D 或协因数阵xx Q 来度量，要求网中目标成果的精度应达到或高于预定的精度。
2.可靠性标准
可靠性理论是以考虑观测值中不仅含有随机误差，还含有粗差为前提，并把粗差归入函数模型之中来评价网的质量。
网的可靠性，是指控制网能够发现观测值中存在的粗差和抵抗残存粗差对平差结果的影响的能力。
3.费用标准
布设任何控制网都不可一味追求高精度和高可靠性而不考虑费用问题，尤其是在讲究经济效益的今天更是如此。网的优化设计，就是得出在费用最小（或不超过某一限度）的情况下使其他质量指标能满足要求的布网方案。具体地说就是采用下列的某一原则：
（1）最大原则。在费用一定的条件下，使控制网的精度和可靠性最大或者可靠性能满足一定限制下使精度最高。
（2）最小原则。在使精度和可靠性指标达到一定的条件下，使费用支出最小。 一般来说，布网费用可表达为
分析计算观测造埋设计总C C C C C C ++++=
式中，C 表示经费，下标表示经费使用的项目。优化设计中，主要考虑的是观测
费用
C。由于各种不同观测量，采用不同的仪器，其计算均不一样，很难有一完整观测
的表达式表达出来，只能视具体情况，采用不同的计算公式。
2.5.2 优化设计的分类和方法
1.优化设计的分类
工程控制网的优化设计，是在限定精度、可靠性和费用等质量指标下，获得最合理、满意的设计。
网的优化设计可分为零、一、二、三类。
（1）零类设计（基准设计）。就是在控制网的网形和观测值的先验精度已定的情况下，选择合适的起始数据，使网的精度最高。
（2）一类设计（图形设计）。就是在观测值先验精度和未知参数的准则矩阵已定的情况下，选择最佳的点位布设和最合理的观测值数目。
（3）二类设计（权设计）。即在控制网的网形和网的精度要求已定的情况下，进行观测工作量的最佳分配（权分配），决定各观测值的精度（权），使各种观测手段得到合理组合。
表2-7 控制网优化设计的分类
（4）三类设计（加密设计）。是对现有网和现有设计进行改进，引入附加点或附加观测值，导致点位增删或移动，观测值的增删或精度改变。
各类设计的划分可用表2-7简单表示。
2.优化设计的方法
控制网的优化设计的方法大致可分为两种：解析法和模拟法。
1）解析法
解析法是将设计问题表达为含待求设计变量（如观测权、点位坐标）的线性或非线性方程组，或是线性、非线性数学规划问题。
解析法具有计算机时较少、理论上较严密等优点，但其数学模型难于构造，最优解有时不符合实际或可行性差，权的离散化和程序设计较费时等缺点。
解析法可适用于各类的设计问题，特别是零类设计。
2）模拟法
模拟法是对经验设计的初步网形和观测精度，模拟一组起始数据与观测值输入计算机，按间接（参数）平差，组成误差方程、法方程、求逆进而得到未知参数的协因数阵（或方差—协方差阵），计算未知参数及其函数的精度，估算成本，或进一步计算可靠性数值等信息；与预定的精度要求、成本和可靠性要求等相比较；根据计算所提供的信
息及设计者的经验，对控制网的基准、网形、观测精度等进行修正。然后重复上述计算，必要时再进行修正，直至获得符合各项设计要求的较理想的设计方案。工作流程如图2-22所示。
图2-22
模拟法可用于除零类设计之外的各类设计，设计过程中可同时顾及任意数目的参数和目标，特别适用于一类和三类设计。
模拟法的优点是设计的计算简单，设计程序易于编制，且因优化过程可利用作业人员已有的经验随时进行人工干预。计算结果可用计算机或绘图仪输出和显示，进行人机对话，使设计过程达到高效率，使用灵活。
模拟法的缺点是较费机时，计算量较大，所得结果相对解析法而言，在严格的数学意义上可能并非最优解。但从实用角度来说，模拟法具有更大的优越性。一种可能的发展方向就是解析法和模拟法相结合，互相取长补短，使优化设计的解算方法更为合理、可行。
工程水平控制网优化设计概念 §2.3中已经提到，在控制网的技术设计中，首先考虑的是精度指标，其次是网的费用指标，这是传统的技术设计方法。在这种方法中，主要以技术规范为依据，只要设计出的控制网经过精度估算，得出最弱边的相对精度能够满足有关规范对某一等级控制网的精度要求，即基本上完成了设计任务。我们称这种方法为“规范化设计”。 近代控制网优化设计不同于上述规范化设计，而是一种更为科学和精确的设计方法。它能同时顾及的不仅有精度和费用指标，还有其他一些指标。应用这种方法，可求得最为合理的设计方案。然而此法也有不足之处，主要是计算工作量大，必须依靠计算机进行。 2.5.1 控制网的质量指标 在控制网的设计阶段，质量标准是设计的依据和目的，同时又是评定网的质量的指标。 质量标准包括精度标准、可靠性标准、费用标准、可区分标准及灵敏度标准等。其中常用的主要是前3个标准。 1.精度标准 网的精度标准以观测值仅存在随机误差为前提，使用坐标参数的方差—协方差阵xx D 或协因数阵xx Q 来度量，要求网中目标成果的精度应达到或高于预定的精度。 2.可靠性标准 可靠性理论是以考虑观测值中不仅含有随机误差，还含有粗差为前提，并把粗差归入函数模型之中来评价网的质量。 网的可靠性，是指控制网能够发现观测值中存在的粗差和抵抗残存粗差对平差结果的影响的能力。 3.费用标准 布设任何控制网都不可一味追求高精度和高可靠性而不考虑费用问题，尤其是在讲究经济效益的今天更是如此。网的优化设计，就是得出在费用最小（或不超过某一限度）的情况下使其他质量指标能满足要求的布网方案。具体地说就是采用下列的某一原则： （1）最大原则。在费用一定的条件下，使控制网的精度和可靠性最大或者可靠性能满足一定限制下使精度最高。 （2）最小原则。在使精度和可靠性指标达到一定的条件下，使费用支出最小。 一般来说，布网费用可表达为 分析计算观测造埋设计总C C C C C C ++++= 式中，C 表示经费，下标表示经费使用的项目。优化设计中，主要考虑的是观测
1.控制测量的任务：1）在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网。 2）在施工阶段建立施工控制网。 3）在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建筑物变形为目的的变形观 测专用控制网。 2.水平控制网的布设方法：导线测量法、三角测量法、天文定位测量法、GPS 定位测量 3.高程控制网的布设方法：几何水准测量方法、三角高程测量方法、GPS 高程测量方法 4.大地测量参考系统包括：坐标系统、高程系统、重力系统和深度基准。其中坐标系统分为 天球坐标系统和地球坐标系统。 5.大地测量参考框架：大地测量参考框架是大地测量参考系统的具体实现，是通过大地测量 手段确定的固定在地面上的控制网（点）所构建的，分为坐标参考框 架、高程参考框架、重力参考框架 6.参心坐标系建立步骤：选择或求定椭球的几何参数 确定椭球中心的位置（椭球定位） 确定椭球短轴的指向（椭球定向） 建立大地原点 7.椭球参数：长半径、短半径、极曲率半径、扁率、第一偏心率、第二偏心率 参数间的关系（P11页） 8.椭球定位是指确定椭球中心的位置,可分为两类:局部定位和地心定位。 垂线偏差：铅垂方向和相应的椭球面法线方向之间的夹角。 纳白尔公式：环形上任一元素的正弦等于： 1）相邻两元素正切的积； 2）相对两元素余弦的积。 垂线偏差公式： ? ??-=-=?λη?ξcos )(L B 天文方位角与大地方位角的关系：?λsin )(L αA --= 9.参考椭球的几何特征： 法截面——包含曲面一点法线的平面。 法截线——法截面与曲面的截线。 子午圈——包含短轴的平面与椭球面的交线。 卯酉圈——与椭球面上一点子午圈相垂直的法截线，为该点的卯酉圈。 斜截线——不包含法线的平面与椭球面的截线，成为斜截线。 平行圈——垂直于短轴的平面与椭球面的交线。
工程水平控制网技术设计书的编制 像任何工程设计一样，控制测量的技术设计是关系全局的重要环节，技术设计书是使控制网的布设既满足质量要求又做到经济合理的重要保障，是指导生产的重要技术文件。 技术设计的任务是根据控制网的布设宗旨结合测区的具体情况拟定网的布设方案，必要时应拟定几种可行方案。经过分析，对比确定一种从整体来说为最佳的方案，作为布网的基本依据。 2.6.1 技术设计的内容和步骤 1.搜集和分析资料 （1）测区内各种比例尺的地形图。 （2）已有的控制测量成果（包括全部有关技术文件、图表、手簿等等）。特别应注意是否有几个单位施测的成果，如果有，则应了解各套成果间的坐标系、高程系统是否统一以及如何换算等问题。 （3）有关测区的气象、地质等情况，以供建标、埋石、安排作业时间等方面的参考。 （4）现场踏勘了解已有控制标志的保存完好情况。 （5）调查测区的行政区划、交通便利情况和物资供应情况。若在少数民族地区，则应了解民族风俗、习惯。 对搜集到的上述资料进行分析，以确定网的布设形式，起始数据如何获得，网的未来扩展等。 其次还应考虑网的坐标系投影带和投影面的选择。 此外还应考虑网的图形结构，旧有标志可否利用等问题。 2. 网的图上设计 根据对上述资料进行分析的结果，按照有关规范的技术规定，在中等比例尺图上以“下棋”的方法确定控制点的位置和网的基本形式。 图上设计对点位的基本要求是： （1）从技术指标方面考虑 图形结构良好，边长适中，对于三角网求距角不小于30°；便于扩展和加密低级网，点位要选在视野辽阔，展望良好的地方；为减弱旁折光的影响，要求视线超越（或旁离）障碍物一定的距离；点位要长期保存，宜选在土质坚硬，易于排水的高地上。 （2）从经济指标方面考虑 充分利用制高点和高建筑物等有利地形、地物，以便在不影响观测精度的前提下，尽量降低觇标高度；充分利用旧点，以便节省造标埋石费用，同时可避免在同一地方不同单位建造数座觇标，出现既浪费国家资财，又容易造成混乱的现象。 （3）从安全生产方面考虑
1.1控制测量学的基本任务和主要内容 控制测量的概念：在一定区域内，按测量任务所要求的精度，测定一系列地面标志点（控制点）的水平位置和高程位置，建立控制网，这种测量工作称为控制测量。 控制测量的基本任务 1在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网。 2在施工阶段建立施工控制网。 3在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建筑物变形为目的的变形观测专用控制网。 控制测量的作用 1 为测绘地形图，布设全国范围内及局域性的大地测量控制网，为取得大地点的精确坐标，建立合理的大地测量坐标系以及确定地球的形状、大小及重力场等参数。 2 控制测量学在防灾、减灾、救灾及环境监测、评价与保护中发挥着特殊的作用。 控制测量学的研究内容 研究建立和维持工程和国家水平控制网和精密水准网的原理和方法。 研究获得高精度测量成果的精密仪器和科学的使用方法。 研究地球表面测量成果向椭球面及平面的数学投影变换及有关问题的测量计算。 研究高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法。 大地水准面：水准面因其高度不同而有无数个. 与平均海水面相重合，并延伸到大陆下面处处与铅垂线相垂直的水准面。 1.3 控制测量的基准面和基准线 铅垂线是外业测量工作的基准线 大地水准面是外业测量工作的基准面 3.大地高、正高及正常高 H大=H正+N H大=H常+ζ 4.垂线偏差 地面一点上的重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹角定义为该点的垂线偏差。根据所采用的椭球不同可分为绝对垂线偏差及相对垂线偏差。 垂线同总地球椭球(或参考椭球)法线构成的角度称为绝对(或相对)垂线偏差，它们统称为天文大地垂线偏差。 测定垂线偏差方法：天文大地测量法；重力测量法；天文重力测量法；GPS方法。 作业 1. 控制测量学的任务和主要研究内容是什么?简述其在国民经济建设中的地位。 2. 野外测量的基准面、基准线各是什么?测量计算的基准面、基准线各是什么?为什么野外作业和内业计算要采取不同的基准面? 3. 什么是控制测量，其分类有哪些？ 4.名词解释 大地水准面、总地球椭球、参考椭球、垂线偏差。 第二章水平控制网的技术设计 2.1.1 建立国家水平大地控制网的方法 常规大地测量法（三角测量、导线测量、边角网和三边网） 天文测量法 现代定位新技术（GPS 、VLBI 、INS） 1 三角测量
第二章水平控制网的布设 §1 水平控制网的布设程序 建立水平控制网的程序 一、设计 1.了解任务 弄清用途<涉及精度，密度）、范围<涉及首级等级、分级多少）、然后确定布设规格、等级、精度。 2.收集资料 ①测区内已有的控制网成果资料。 ②测区小比例尺地形图。了解地形地貌、图上设计之用。 ③有关气象和地质方面的资料，用以考虑作业时间，觇标结构，埋石深度等。 3.测区踏勘 ①落实原有控制点的现状，决定是否仍可利用。 ②了解测区行政划分、居民、风土人文，以便测绘队进驻后能顺利开展工作。 ③了解测区内交通、水源等情况，以便确定水准路线，配置交通工具、施工设备物资等。 4.图上设计
①展绘已知点、网。 ②图上选点、组成网形。 一般应顾及： 图形结构良好；便于扩展和加密；顾及旁折光的影响；便于保存；避免造高标；避免在旧点附近另埋标石；离开高压线、公路、铁路一定距离。 b5E2RGbCAP ③精度估算<另讲） ④拟定水准联测路线，以便控制通过三角高程测量推算三角点高程中的误差积累。 5.实地选点<另讲） 6.编制技术设计书 技术设计书包括： ①任务委托书。包括委托单位、作业目的、范围、工期等。 ②测区简况。包括自然地理条件、行政区划、人文等。 ③已有测量成果及其来源、精度分析、可用性论证。 ④坐标系统的选择及处理的论证，起始数据的配置和处理。 ⑤水平控制网布设方案。包括首级网的等级和布网方式；加密网的设计；精度估算过程及结果；精度统计表。 ⑥高程网布设方案。包括水准网等级，路线长度，精度估算简要过程及结果；三角高程网形，精度估算过程及结果等。p1EanqFDPw
⑦技术依据及作业方法。包括执行何种规范，仪器的选择及检验工程；观测方法及各项限差；概算内容和平差方法等。DXDiTa9E3d ⑧各种设计图表。包括水平、高程控制网略图；标石、觇标构造，规格，埋设方法示意图；工作量综合计算及工作进程计划表；装备，仪器，材料及经费预算表。RTCrpUDGiT ⑨作业完成后应上交的资料清单。 ⑩领导部门的指示及审核意见。 二、施工 1.造标，埋石 在实地用觇标和标石标出控制点。 2.观测 测角，量边，测高差。 三、数据处理 1.概算 将以大地水准面为基准的观测成果归算到参考椭球上，再投影到高斯平面上。 2.平差及精度评定 平差：消除几何矛盾，提高精度，得到控制点坐标的最或然值。 精度评定：确定控制网及网中各推算元素的精度指标。 练习及作业：
控制测量学基本术语 1.测绘学geodesy and cartography；surveying and mapping 研究地理信息的获取、处理、描述和应用的学科，其内容包括研究测定、描述地球的形状，大小、重力场、地表形态以及它们的各种变化，确定自然和人造物体、人工设施的空间位置及属性，制成各种地图和建立有关信息系统。 2.工程测量engineering survey 工程建设的勘察设计、施工和运营管理各阶段，应用测绘学的理论和技术进行的各种测量工作。 3.精密工程测量precise engineering survey 采用的设备和仪器，其绝对精度达到毫米位级，相对精度达到10-5量级的精确定位和变形观测等进行的测量工作。 4.摄影测量photogrammetry 利用摄影影像信息测定目标物的形状、大小、性质、空间位置和相互关系的测量工作。 5.工程摄影测量engineering photogrammetry 工程建设的勘察设计、施工和运营管理各阶段中进行的各种摄影测量工作。 6.子午线meridian 通过地面某点并包含地球南北极点的平面与地球表面的交线，也称子午圈。 7.中央子午线central meridian 地图投影中各投影带中央的子午线。 8.任意中央子午线arbitrary central meridian 选择任意一条子午线为某区域的中央子午线。 9.子午线收敛角grid convergence; meridian convergence 地面上经度不同的两点所作子午线间的夹角。 10.高斯-克吕格投影Gauss-Krueger projection 地图投影带的中央子午线投影为直线且长度不变，赤道投影为直线，且两线为正交的等角横切椭圆柱投影。 11.高斯平面直角坐标系Gauss-Krueger plane rectangular coordinate system 根据高斯克吕格投影所建立的平面直角坐标系。 12.独立坐标系independent coordinate system 任意选用原点和坐标轴的平面直角坐标系. 13.建筑坐标系architecture coordinate system 坐标轴与建筑物主轴线成某种几何关系的平面直角坐标系。 14.坐标变换coordinate transformation 将某点的坐标从一种坐标系换算到另一种坐标系的过程。 15.高程elevation ;height 地面点至高程基准面的铅垂距离。
第二章水平控制网的技术设计 教学要点 一、教学内容 （1）国家水面控制网的布设原则和方案； （2）工程水面控制网的布设原则和方案； （3）三角锁推算元素的精度估算； （4）导线网的精度估算； （5）任意边角网的点位误差的概念； （6）工程控制往优化设计概述； （7）工程水平控制网技术设计书的编制； （8）选点、建标和埋石。 二、重点和难点 （1）重点国家水面控制网、工程水面控制网的布设原则和方案；三角锁推算元素的精度估算；工程控制往优化设计。 （2）难点三角锁推算元素的精度估算，导线网的精度估算。 三、教学要求 （1）了解工程控制往优化设计，工程水平控制网技术设计书的编制，选点、建标和埋石。了解导线网的精度估算，任意边角网的点位误差的概念。 （2）掌握国家水面控制网、工程水面控制网的布设原则和方案；三角锁推算元素的精度估算。 四、教学方法 多媒体课件教学。 五、作业2，3 第二章第一讲 教学目标：理解国家水面控制网、工程水面控制网的布设原则和方案。 重点和难点：重点：国家水面控制网、工程水面控制网的布设原则及精度要求。难点：方案 教学内容： 课前讲授：复习、提问控制测量的基准面和基准线。 2.1 国家水面控制网的布设原则和方案 2.1.1 布设原则 一、布设原则 1.分级布网，逐级控制； 2.应有足够的精度； 3.应有足够密度； 4.应有统一的规格。 5.应考虑发展远景。
等三角测量细则，一、二等基线测量细则。 1974年，国家三角测量和精密导线测量规范。 2.1.2布设方案 一、布设方案： 一等三角锁------骨干，沿经纬线布设，起算边，拉普拉斯方位角，锁长，平均边长，三角形个数，测角中误差。 二等三角锁、网------全面基础。 三、四等三角网------插网、插点。 图 2-1 一等锁、网图 2-3 旧二等锁、网 图 2-2二等锁、网图 2-4三、四等锁、网
第一章绪论 一、基本概念 1、大地水准面：把地球总的的形状看成是被海水包围的球体,静止的海水面向陆地延伸。 2、大地体：由大地水准面包围的形体。 3、（局部）参考椭球：和某个国家或局部大地体最为接近的参考椭球； 总地球椭球：和整个大地体最为接近的参考椭球 4、参考椭球：形状和大小与大地体相近，并且两者之间的相对位置确定的旋转椭球 5、大地水准面差距：在某一点上，大地水准面超出椭球面的高差称为大地水准面差距，用N表示。 6、垂线偏差：大地水准面的铅垂线与椭球面的法线之间的夹角称为垂线偏差，用μ表示。 7、重力场：在一个空间域中的每一点都有唯一的一个重力矢量与之对应的矢量场。 8、正常椭球：就是一个假想的形状和质量分布很规则的旋转椭球体，它是大地水准面的规则形状，用以代表地球的理想形体。 由正常椭球产生的重力场称为正常重力场，相应的重力、重力位和水准面分别称为正常重力、 正常重力位和正常水准面。 ) , , , ( 2 ω fM J a f U= 9、测量外业工作的基准面、基准线——大地水准面，铅垂线； 测量计算的基准面、基准线——参考椭球面，法线 10、地球的重力位W=正常引力位V+离心力位Φ+扰动位T 二、控制测量与测量学的本质区别是什么？在流程上有什么区别？ 控制测量的精度等级更高，工作更加严密，因此要研究更加精密的测量仪器、方法、数据处理的方法；控制测量的范围更加广阔，必须研究地球曲率等多种因素对测量成果的影响，即进行归算。 第二章水平控制网的技术设计 一、控制网的布设 1．水平控制网的布设形式：三角网、导线网、测边网、边角网、GPS网 2．国家水平控制网的布设原则：分级布网，逐级控制；应有足够的精度（出发点：图根点的点位误差应小于图上0.1mm；图根点的误差由图根点的测量误差和起算控制点的相对误差组成；起算误差小于总误差的三分之一，可以忽略不计）；应有足够密度；应有统一的规格。 3．国家水平控制网分级布设：一等三角锁系、二等三角网（分级布设二级网、二等全面网）、三、四等三角网（插网法、插点法） 4．工程水平控制网的布设原则和方案：面积小，密度大，边长短；精度要求高；特殊的工程建设有特殊的布设方案； 特殊：各等级的控制网都可以做首级控制；可以越级布设；有加密网与独立首级网的区别； 二、精度估计 在进行控制网作业之前，必须根据任务要求，拟定合理的布网方案，在图上设计出一个图形结构较强，点位分布较好的网形；对于图上设计好的控制网，其推算元素所能达到的精度，必须预先进行精度估计，以便对设计方案的可行性和合理性进行评价。 精度估算目的：推求控制网中边长、方位角或点位坐标等的中误差。 精度估算的方法：公式估算法，条件平差；程序估算法，间接平差，较严密。 精度估算结论： ○1任意边角网的精度：离已知点越远，误差椭圆越大；三角网误差椭圆的长轴大致在纵向上;三边网误差椭圆的长轴大致在横向上;边角网精度明显提高；网的形状，待定点的位置，测
控制测量学是研究精确测定和描绘地面控制点空间位置及其变化的学科。 控制测量基本任务:建立测图控制网，建立施工控制网，建立变形观测专用控制网。 控制测量学的主要研究内容:研究建立和维持高精度控制网的原理和方法，研究地球量测元素的换算及计算，研究精密仪器的使用，研究高精度和各类测网型的数学处理的原理和方法。大地水准面:完全静止的海水面所形成的重力等位面。 似大地水准面:由地面沿垂线向下量取正常高所得的点形成的连续曲面 总地球椭球:经过地心定位，椭球短轴平行于地球自转轴，大地起始子午面平行于天文起始子午面，在确定椭球参数时使它在全球范围内与大地体最密合的地球椭球。 参考椭球:所有地面测量都依法线投影在这个椭球面上，这椭球叫参考椭球。 大地高是地面点沿法线到椭球面的距离，正高是地面点沿实际重力线到大地水准面的距离，正常高是地面点沿正常重力线到似大地水准面的距离。 正高系统:以大地水准面为高程基准面的高程系统。 大地水准面差距：大地水准面到地球椭球面的距离。 垂线偏差：地面一点上的重力向量和相应椭球面上的法线向量之间的夹角为该点的垂线偏差。水平观测提高测角精度：减小竖轴的倾斜角，测回间重新整平仪器，对水平方向观测值施加竖轴倾斜改正数。 方向观测法:在一测回中将测站上所有要观测的方向逐一照准进行观测。 周期误差:按一定距离为周期重复出现的误差。主要来源于仪器内部固定的串扰信号。 加常数是由于仪器电子中心与其机械中心不重合形成的，乘常数是由于测距频率偏移产生的。测距误差的主要来源:光速值误差，大气折射率误差，测距频率误差；测相误差，加常数误差，对中误差。 电磁波测距改正:仪器系统误差改正，大气折射率变化引起的改正，归算改正。 水准原点高程为72.260m。水准原点网由主点，原点，参考点，和附点共6个点组成。 水准测量工作程序:水准网的图上设计，水准点的选定，水准标石的埋设，水准测量观测，平差计算和成果表的编制。 精密水准仪的结构特点:高质量的望远镜光学系统，坚固稳定的仪器结构，高精度的测微器装置，高灵敏的管水准器，高性能的补偿器装置。 直伸导线特点:导线的纵向误差完全是由测距误差产生的，横向误差完全是由测角误差产生的；形状简单便与理论研究。 精度估算目的:推求控制网中边长，方位角或点位坐标等的中误差。 精密测角的误差影响:外界条件的影响，仪器误差的影响，照准和读数误差的影响。 精密测角一般原则:在有利的时间进行观测；观测前调好焦距，消除视差，在同一测绘的观测不得重新调焦；各测回起始方向均匀分配在水平度盘和测微分划尺的不同位置上；2C不超限；上下半测回照准目标的次序相反；每半测回前照准部按规定方向预先转动1至2周；照准部微动螺旋和测微螺旋最后旋转方向为旋进；观测过程保持照准部气泡居中。 基辅差:水准尺同一高度的基本分划与辅助分划读数之差相差一个常数。 视差:望远镜瞄准目标，眼睛在目镜处上下左右少量移动，发现十字丝和目标有相对的运动。消除:按操作程序依次调焦，物镜调焦时控制眼睛本身不作调焦，保持十字丝始终清晰。 水准器格位:水准管上的一格所对应的圆心角。 水准测量改正:水准标尺每米长度误差的改正计算，正常水准面不平行改正，水准路线闭合差计算，高差改正数计算。 垂线偏差:野外测量是在野外进行的，观测的基准线不是各点相应的椭球面的法线，而是各点的垂线，垂线与法线存在着垂线偏差。
第一章、绪论 1、控制测量学的基本任务： ①在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网 ②在施工阶段建立施工控制网 ③在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建筑物变形为目的的变形观测专用控制网 2、大地水准面：与平均海水面相重合，不受潮汐、风浪及大气压变化影响，并延伸到大陆下面处处与铅垂线相垂直的水准面。 3、大地水准面是测量外业的基准面，与其相垂直的铅垂线是外业测量的基准线； 参考椭球面是内业测量的基准面，与其相垂直的法线是内业测量的基准线。 4、大地高：是地面点沿法线到椭球面的距离。 正高：是地面点沿实际重力线到大地水准面的距离。 正常高：是地面点沿正常重力线到似大地水准面的距离。 5、垂线偏差：地面一点上的重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹角定义为该点的垂线偏差。 6、测定垂线偏差一般有四种方法：天文大地测量方法；重力测量方法；天文重力测量方法以及GPS方法。 第二章、水平控制网的技术设计 1、建立国家水平大地控制网的方法： ①常规大地测量法：1）三角测量法，2）导线测量法，3）边角网和三边网 ②天文测量法 ③现代定位新技术：1）GPS测量，2）甚长基线干涉测量系统（VLBI），3）惯性测量系统（INS） 2、建立国家水平大地控制网的基本原则： ①大地控制网应分级布设、逐级控制； ②大地控制网应有足够的精度； ③大地控制网应有一定的密度； ④大地控制网应有统一的技术规格和要求 3、工程测量水平控制网的布设原则： ①分级布设、逐级控制； ②要有足够的精度； ③要有足够的密度； ④要有统一的规格 第三章、精密测角仪器和水平角观测 1、①经纬仪的视准轴误差（c值）：仪器的视准轴不与水平轴正交所产生的误差。 消除方法：取盘左、盘右实际读数的中数 ②经纬仪的水平轴倾斜误差（i角）：仪器的水平轴不与垂直轴正交所产生的误差。 消除方法：取盘左、盘右实际读数的平均值 ③经纬仪的水平轴倾斜误差（v角）：由于仪器未严格整平，而使垂直轴偏离测站铅垂线一微小角度。 消除方法：1）尽量减小垂直轴的倾斜角v值 2）测回间重新整平仪器 3）对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数 2、影像精密测角的因素： ①外界条件的影响：1）大气层密度的变化和大气透明度对目标成像质量的影响 2）水平折光的影响 3）照准目标的相位差 4）温度变化对视准轴的影响 5）外界条件对觇标内架稳定性的影响 ②仪器误差的影响：1）水平度盘位移的影响
控制测量学的基本任务和主要内容 1.1.1控制测量学的基本任务和作用 控制测量学是研究精确测定和描绘地面控制点空间位置及其变化的学科。它是在大地测量学基本理论基础上以工程建设测量为主要服务对象而发展和形成的，为人类社会活动提供有用的空间信息。因此，从本质上说，它是地球工程信息学科，是地球科学和测绘学中的一个重要分支，是工程建设测量中的基础学科、也是应用学科。在测量工程专业人才培养中占有重要的地位。 控制测量的服务对象主要是各种工程建设、城镇建设和土地规划与管理等工作。这就决定了它的测量范围比大地测量要小，并且在观测手段和数据处理方法上还具有多样化的特点。 作为控制测量服务对象的工程建设工作，在进行过程中，大体上可分为设计、施工和运营3个阶段。每个阶段都对控制测量提出不同的要求，其基本任务分述如下： 1.在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网 在这一阶段，设计人员要在大比例尺地形图上进行建筑物的设计或区域规划，以求得设计所依据的各项数据。因此，控制测量的任务是布设作为图根控制依据的测图控制网，以保证地形图的精度和各幅地形图之间的准确拼接。此外，对于房地产事业，这种测图控制网也是相应地籍测量的根据。 2.在施工阶段建立施工控制网 在这一阶段，施工测量的主要任务是将图纸上设计的建筑物放样到实地上去。对于不同的工程来说，施工测量的具体任务也不同。例如，隧道施工测量的主要任务是保证对向开挖的隧道能按照规定的精度贯通，并使各建筑物按照设计的位置修建；放样过程中，仪器所标出的方向、距离都是依据控制网和图纸上设计的建筑物计算出来的。因而在施工放样之前，需建立具有必要精度的施工控制网。 3.在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建筑物变形为目的的变形观测专用控制网 由于在工程施工阶段改变了地面的原有状态，加之建筑物本身的重量将会引起地基及其周围地层的不均匀变化。此外，建筑物本身及其基础，也会由于地基的变化而产生变形，这种变形，如果超过了某一限度，就会影响建筑物的正常使用，严重的还会危及建筑物的安全。在一些大城市（如我国的上海、天津），由于地下水的过量开采，也会引起市区大范围的地面沉降，从而造成危害。因此，在竣工后的运营阶段，需对这种有怀疑的建筑物或市区进行变形监测。为此需布设变形观测控制网。由于这种变形的数值一般都很小，为了能足够精确地测出它们，要求变形观测控制网具有较高的精度。 以上2、3阶段布设的两种控制网统称为专用控制网。 控制测量学在许多方面发挥着重要作用。可以说，地形图是一切经济建设规划和发展必需的基础性资料。为测制地形图，首先要布设全国范围内及局域性的大地测量控制网，为取得大地点的精确坐标，必须要建立合理的大地测量坐标系以及确定地球的形状、大小及重力场参数。因此，控制测量学在国民经济建设和社会发展中发挥着决定性的基
控制测量学 课程设计报告 成绩： 班级： 姓名： 学号： 时间： 一、概述 根据已有地图资料，即辽宁省沈阳市东陵区抚顺市抚顺县大乐屯1：10000地形图进行控制网优化设计，大乐屯地形相对比较复杂，地处东经123°45′00〃，北纬41°42′30〃，以山区为主，其四周地形起伏较大，中间较为平坦。 二、测区概况 大乐屯隶属辽宁省沈阳市东陵区抚顺市抚顺县，地形以山区为主，四周地势起伏较大，中间较为平缓，居民地大部分集中于山脚。 三、已有成果及资料 1、大乐屯1:10000地形图，图号为K51G055061 已有地形图比例尺、图名、图号 2、A、B为已知点，坐标分别为：A（34.991,140.683），B（34.643,140.811）；中央子午线为东经123°；坐标系为1980西安坐标系。 3、根据现有资料分析，还缺少大乐屯地区相关人文资料，如当地民风民俗等。 四、执行的规范及要求 1、执行规范的名称为：《城市测量规范》 2、三角测量各等级的主要技术要求如下：
注：1、 ； 2、L s为测段、区段或路线长度，L为附合路线或环线长度，L i为检测测段程度，均以Km为单位； 3、山区是指路线中最大高差超过400m的地区； 4、水准环线由不同等级水准路线构成时，闭合差的限差应按各等级路线长度分别计算，然后取其平方和的平方根为限差； 5、检测已测侧段高差之差的限差，对单程和往返检测均适用，检测测段长度小于1Km时，按1Km算。 五、设计方案 1、选点依据：根据现有大乐屯地形图分析发现，其四周地势较高，因此在其四周山顶处选择了控制点，且所选控制点四周遮挡物较少，通视性良好。 2、通视性分析：控制点A处，高程为129.2米，控制点B处高程为103.1米，控制点F处高程为110.3米，控制点G处高程为108.0米，控制点C处高程为125.8米，控制点D处高程为135.3米，控制点E处高程为140.2米。控制点A与控制点B之间最高高程为107米，并位于离B点1／3于AB长度处，分析如下： A X B 图中，X处为高程为107米,所以，A、B之间通视性良好，以A、B为已知点。A 和G之间没有高程超出G点的，故A、G通视性良好，A、F之间没有点高出110米，故A、F之间通视性良好；B、C之间没有高程高出103米的点，故B、C之
国家水平控制网的布设原则和方案 2.1.1 布设原则 我国幅员辽阔，在大部分领域（约9 600 OOOkm2)上布设国家天文大地网，是一项规模巨大的工程。为完成这一基本工程建设，在建国初期国民经济相当困难的情况下，国家专门抽调了一批人力、物力、财力，从1951年即开始野外工作，一直延续到1971年才基本结束。面对如此艰巨的任务，显然事先必须全面规划、统筹安排，制定一些基本原则，用以指导建网工作。这些原则是：分级布网，逐级控制；应有足够的精度；应有足够的密度；应有统一的规格。现进一步论述如下。 1.分级布网、逐级控制 由于我国领土辽阔，地形复杂，不可能用最高精度和较大密度的控制网一次布满全国。为了适时地保障国家经济建设和国防建设用图的需要，根据主次缓急而采用分级布网、逐级控制的原则是十分必要的。即先以精度高而稀疏的一等三角锁尽可能沿经纬线方向纵横交叉地迅速布满全国，形成统一的骨干大地控制网，然后在一等锁环内逐级（或同时）布设二、三、四等控制网。 2.应有足够的精度 控制网的精度应根据需要和可能来确定。作为国家大地控制网骨干的一等控制网，应力求精度更高些才有利于为科学研究提供可靠的资料。 为了保证国家控制网的精度，必须对起算数据和观测元素的精度、网中图形角度的大小等，提出适当的要求和规定。这些要求和规定均列于《国家三角测量和精密导线测量规范》（以下简称国家规范）中。 3.应有足够的密度 控制点的密度，主要根据测图方法及测图比例尺的大小而定。比如，用航测方法成图时，密度要求的经验数值见表2-1，表中的数据主要是根据经验得出的。 表2-1 各种比例尺航测成图时对平面控制点的密度要求 由于控制网的边长与点的密度有关，所以在布设控制网时，对点的密度要求是通过规定控制网的边长而体现出来的。对于三角网而言边长s与点的密度（每个点的控制面 积）Q之间的近似关系为Q =。将表2-1中的数据代入此式得出 .1 s07 .1km s≈ = 07 150 ) ( 13
第1章绪论 控制测量是科学研究、工程建设的基础性工作，其精度的高低直接决定着国家基准、工程项目的准确与否。控制测量工作在不同的阶段有着不同的工作内容与要求，应该根据国家控制网的等级、工程建设的进度，选择合适的方法。 1.1 控制测量学的基本概念 1.1.1 控制测量学的定义与分类 “从整体到局部，先控制后碎部”是测量工作的基本原则，其中，“控制”指的就是控制测量。控制测量是测绘工作中最为重要的环节之一，在测绘工作，乃至整个工程中都发挥着重要的作用。所谓控制测量，是指在一定区域内，按测量任务所要求的精度，测定一系列地面标志点(控制点)的水平位置或高程，建立平面控制网或高程控制网的测量工作。 在进行控制测量工作时，需要以数学、测量学、测量平差、大地测量学等学科为基础，共同为建立控制网、测定地面点位而服务，由此形成控制测量学。 控制测量学是研究精确测定和描绘地面控制点空间位置及其变化的学科。控制测量学是在大地测量学基本理论基础上，以工程建设和社会发展与安全保证的测量工作为主要服务对象而发展和形成的，为人类社会活动提供有用的空间信息。因此，从本质上说，它是地球工程信息学科，是地球科学和测绘学中的一个重要分支，是工程建设测量中的基础学科，也是应用学科。在测量工程专业人才培养中占有重要的地位。 控制测量按照工作用途分类可以分为大地控制测量和工程控制测量两类：在一个或几个国家及至全球范围内布设足够的大地控制点，将这些大地控制点以一定的关系连接构成大地控制网，按照统一的规程、规范所进行的控制测量，称为大地控制测量；为了某项工程的设计、施工、运营管理等需要，在较小区域内布设足够的控制点，将控制点以一定的关系连接构成工程控制网，按照国家或部门颁布的规程、规范所进行的控制测量，称为工程控制测量。 控制测量按照工作内容分类可以分为平面控制测量和高程控制测量两类：测定控制点平面位置(x,y)的工作称为平面控制测量；测定控制点高程(H)的工作称为高程控制测量。 1.1.2 控制测量学的任务与作用 从广义上来讲，控制测量学要为研究地球(或其他星体)的形状与大小提供基准与起算数据，而从狭义上来说，控制测量主要为工程建设而服务，根据工程施工的不同阶段，发挥着不同的作用。
控 制 测 量 知 识 点 总 结 20 年月日A4打印/ 可编辑
高等教育自学考试课程考试大纲 课程名称：控制测量课程代码：01550（理论） 第一部分课程性质与目标 一、课程性质与特点 控制测量是工程测量专业的一门主要专业课，是全国高等教学自学考试工程测量专业必考的专业课，是为培养和检验自学考试者的控制测量的基本理论知识和应用能力而设置的一门专业课。 二、课程目标与基本要求 控制测量的任务是在一个特定的地区内，建立水平控制网和高程控制网，以确定地面点的精确位置，作为各种比例尺地形测图和各项工程测量的基础。本课程以三角测量，水准测量，三角高程测量，电磁波测距，精密导线测量为主要内容讲解外业观测的方法和理论、操作技能，以参考椭球和高斯投影计算为主内容讲解内业的数据处理技术。本课程是科学性，系统性，和实践性较强的一门课，基本知识和基本理论涉及面广，有些概念较抽象，外业工作繁琐，实际操作和计算要求严格细致，因此在自学考试命题中，应体现本课程的性质和特点。 设置本课程的具体目的是，使自学应考者比较全面系统地掌握控制测量的基本知识和基本理论，掌握小面积测区建立三、四等水平控制网，高程控制网的外业工作方法和基本操作技能，基本掌握高斯投影计算方法及基本技能，以便毕业后较好地适应工程测量工作的要求。 三、与本专业其他课程的关系 它在《测量学》课程自学结束后基础上进行自学，为后面的《数字地籍测量》、《GPS定位技术应用》、《工程测量》等专业课的自学打下一定的基础。
第二部分考核内容与考核目标 第一章绪论 一、学习目的和要求 通过本章学习，了解控制测量的任务和建设国家大地控制网的基本方法；初步建立大地控制网测量数据归算的基本概念。本章重点：控制测量任务，建立国家水平、高程控制网的常规方法及其基本原理，大地控制测量数据归算的基本概念。难点：大地控制测量数据归算的基本概念。 二、考核知识点与考核目标 （一）控制测量及任务 识记：控制测量的概念 理解：控制测量的任务 1.建立国家水平控制网的方法和优缺点，适用范围 识记：三角测量，导线测量，GPS测量的方法和优缺点 理解：适用范围 2.建立国家高程控制网的方法和优缺点，适用范围 识记：水准测量，三角高程测量，光电测距高程导线测量建立方法 理解：适用范围 第二章平面控制网的布设 一、学习目的和要求 通过本章学习，了解国家平面控制网和工程平面控制网的布设原则和布设方案；掌握平面控制网的技术设计作业程序；基本掌握平面控制网的精度估算方法。熟悉
高程控制网的布设 5.2.1 国家高程控制测量 国家高程控制测量主要是用水准测量方法进行国家水准网的布测。国家水准网是全国范围内施测各种比例尺地形图和各类工程建设的高程控制基础，并为地球科学研究提供精确的高程资料，如研究地壳垂直形变的规律，各海洋平均海水面的高程变化，以及其他有关地质和地貌的研究等。 国家水准网的布设也是采用由高级到低级、从整体到局部逐级控制、逐级加密的原则。国家水准网分4个等级布设，一、二等水准测量路线是国家的精密高程控制网。一等水准测量路线构成的一等水准网是国家高程控制网的骨干，同时也是研究地壳和地面垂直运动以及有关科学问题的主要依据，每隔15～20年沿相同的路线重复观测一次。构成一等水准网的环线周长根据不同地形的地区，一般在1 000～2000km之间。在一等水准环内布设的二等水准网是国家高程控制的全面基础，其环线周长根据不同地形的地区在500～750km之间。一、二等水准测量统称为精密水准测量。 我国一等水准网由289条路线组成，其中284条路线构成100个闭合环，共计埋设各类标石近2万余座。全国一等水准网布设略图如图5-2所示。 图5-2 二等水准网在一等水准网的基础上布设。我国已有1 138条二等水准测量路线，总长为13.7万公里，构成793个二等环。 三、四等水准测量直接提供地形测图和各种工程建设所必须的高程控制点。三等水准测量路线一般可根据需要在高级水准网内加密，布设附合路线，并尽可能互相交叉，构成闭合环。单独的附合路线长度应不超过200km；环线周长应不超过300km。四等水准测量路线一般以附合路线布设于高级水准点之间，附合路线的长度应不超过80km。
控制测量学课程设计 学校：河南城建学院 班级：测绘工程（1）班 姓名：刘英坤 学号： 061412130 组别：第一组 指导教师：张杰 实习时间： 2015.05.11--2015.05.23
目录 一、实习目的及意义 (1) 1.1 实习目的 (1) 1.2 实际意义 (1) 三、实习过程 ................................................................................... 错误!未定义书签。 3.1 手算结果 ........................................................................... 错误!未定义书签。 3.2 Excel表格程序设计 ......................................................... 错误!未定义书签。 3.2.1 总体规划设计 ......................................................... 错误!未定义书签。 3.2.2 详细过程 0 3.2.3 程序调试与运行结果 (2) 3.3 MATLAB程序设计 (2) 3.3.1 总体规划设计 (2) 3.3.2 详细过程 (3) 3.3.3 程序调试与运行结果 (3) 四、实习总结与结论 (4) 五、参考文献 (5) 附录 (6)
河南城建学院《控制测量学》课程设计 一、实习目的及意义 1.1 实习目的 《控制测量学》是测绘学中一门重要的基础学科，控制测量的主要服务对象包括各种工程建设，城镇建设和土地规划与管理等工作。在控制测量中内业包括数据处理、控制网布设技术设计等工作，外业包括控制点布设工作。 控制测量学课程设计旨在通过Excel表格、C/C++或MATLAB等汇编语言编写测量学或测量平差中一些基本的公式程序，巩固和掌握测量学或测量平差中基本概念和基本技能，提高实际动手能力，并通过实际编程加深对控制测量学的理解和掌握。 1.2 实际意义 测量数据处理是测量工作中一项核心内容，在实际工作中，面对上百点的水准网或导线网，通过手工计算不仅需要很大的人力和时间，而且在平差过程中牵扯到几何、三角函数的运算，大大增加了平差的难度和精度，将同等规模的网型平差数据放到电脑上，只需几分钟便可以完成全部计算，极大的提高了工作效率，更是测量数据处理的必然趋势。 二、实习任务 通过Excel和其他编程语言，以小组为单位，以抽签的方式对下列选题进行程序设计： 任务1：测量学教材P193附合导线（第9题）的平差计算； 任务2：附合导线的平差计算；（如图2.1）； 任务3：测量学教材P193闭合导线（第8题）的平差计算； 任务4：闭合导线的平差计算（如图2.2）； 任务5：坐标的正反算P13 ；测边交会 P171测角交会P172; 任务6：坐标的正反算P13 ；边角交会P174; 任务7：测量平差教材P99水准网（条件平差）的平差计算；(要求MATLAB调用EXCEL或文本） 图2.1 附和导线计算算例图2.2 闭合导线计算算例
控制测量一： 1. 控制测量学 2. 控制测量工程控制测量 工程控制测量的基本任务 测图控制网 施工控制网 变形监测控制网 工程控制测量与大地控制测量的关系 工程控制测量的主要研究内容 3.铅垂线 4. 大地高系统 5. 控制网按照用途分 6. 独立网 7. 水平控制网布设步骤 8. 选点完成后提交的资料 9. 精密测角误差的影响因素 10. 测角误差的减弱措施 11. 方向法和全圆方向法观测水平角的步骤 12. ①分组方向观测法②全组合测角方法 13. 经纬仪的主要系统误差 14. 电子测角的分类
15. 传统测距方法 16. 仪器加常数改正 17. 引起测距误差的误差来源有 18. 测距频率改正公式 19. 相位测量误差 20. 光电测距仪的测程 21. 水准仪基本分类 22. 精密水准测量误差分类 23. 观测程序减弱i角影响 24. 精密水准测量观测测站观测程序 25. 跨河水准测量 26. 相位式测距原理公式 27. 高斯投影 28. 平面控制网平差计算包括 1：控制测量学：研究精确测定和描绘地面控制点空间位置及其变化的学科 2：控制测量：获得控制网中控制点平面坐标或高程的测量工作。工程控制测量：所有为工业和工程建设测量而建立的平面控制测量和高程控制测量的总称。工程控制测量的基本任务：测图控制网：在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图，用于建筑物的设计和区域规划；施工控制网：在施工阶段建立，作为施工测量和放样的依据；变形监测控制网：在工程竣工后的运营阶段建立，以监视建筑物（构筑物、大型设备）变形为目的，精度要求较高。工程控制测量与大地控制测量的关系：和大地控制测量的理论、方法和技术密切相关；经常需要联测大地控制网；是大地控制测量学的直接应用者，而不能简单理解为其中的一部分；工程控制测量的精度不一定低于大地控制测量；测量范围小于大地控制测量范围，但绝大多数情况并非平面测量，尤其是大型工程的控制测量。工程控制测量的主要研究内容：研究建立和维持高科技水平的工程水平控制网和精密高程控制网的原理和方法，满足国民经济建设、国防建设和地学科学研究的需要；研究获得高精度测量成果的精仪器和使用方法；研究控制网测量成果的数学投影和变换及有关问题的测量计算；研究高精度的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法、控制测量数据库的建立、管理及应用 3：铅垂线：地球上的质点所受的万有引力与离心力的合力称为重力，重力的方向称为铅垂线方向。