工程測量-第2章工程控制網理論與方

2023/12/91工程測量學

第二章工程控制網理論與方法主要內容2.1概述2.2工程測量坐標系統(tǒng)2.3工程控制網的基準2.4坐標變換與基準變換2.5工程控制網的建立2023/12/92本次課重點內容：（1）工程控制網的分類、作用和建網步驟（2）施工平面控制網特點（3）常用坐標系：空間直角坐標系、空間大地坐標系、平面直角坐標系、地心大地坐標系與地球參心坐標系2023/12/932.1概述2.1.1測量控制網的分類2.1.2工程控制網的分類、作用和建網步驟2.1.3測圖控制網2.1.4施工控制網2.1.5變形監(jiān)測網2.1.6安裝測量控制網2023/12/94

測量控制網由位于地面的一系列控制點構成，控制點的空間位置是通過已知點的坐標及控制點之間的邊長（或空間基線）、方向（角度）或（和）高差等觀測量確定的。全球控制網：由國際組織在全球范圍建立的大地測量參考框架，主要用于確定、研究地球的形狀、大小及其運動變化。及確定和研究地球板塊運動等。2023/12/952.1.1測量控制網的分類2023/12/96國家控制網由各國測繪部門建立的區(qū)域性大地測量參考框架。提供全國范圍內的統(tǒng)一地理坐標系統(tǒng)；保證國家基本圖的測繪和更新；滿足大比例尺測圖的精度要求；為精密地確定地面點的位置提供已知點的及其特定坐標系下的坐標。工程控制網是工程項目的空間位置參考框架，是針對某項具體工程建設測圖、施工或管理的需要，在一定區(qū)域內布設的平面和高程控制網。2.1.1測量控制網的分類2023/12/97一、分類按用途分：測圖控制網施工（測量）控制網變形監(jiān)測網安裝（測量）控制網2.1.2工程控制網的分類、作用和建網步驟2023/12/98按網點性質分：一維網（或稱水準網、高程網）二維網（或稱平面網）三維網按施測方法劃分：測角網測邊網邊角網GPS網2.1.2工程控制網的分類、作用和建網步驟按坐標系和基準分為附合網（約束網）獨立網經典自由網自由網2023/12/992.1.2工程控制網的分類、作用和建網步驟2023/12/910按其他標準劃分：首級網加密網特殊網專用網（如隧道控制網、建筑方格網、橋梁控制網等）2.1.2工程控制網的分類、作用和建網步驟2023/12/911二、作用工程控制網也具有控制全局、提供基準和控制測量誤差積累的作用。三、建網步驟遵循大地測量學的原理，要有坐標系和基準要構成網要逐級布設等。2.1.2工程控制網的分類、作用和建網步驟步驟主要是：①確定控制網的等級；②確定布網形式；③確定測量儀器和操作規(guī)程（國家或行業(yè)規(guī)范）④在圖上選點構網，到實地踏勘；⑤埋設標石、標志；⑥外業(yè)觀測；⑦內業(yè)數(shù)據(jù)處理；⑧提交成果。2023/12/9122.1.2工程控制網的分類、作用和建網步驟2023/12/913作用：控制測量誤差的累積；保證圖上內容的精度均勻；相鄰圖幅正確拼接。測圖控制網的精度是按測圖比例尺的大小確定的，通常應使平面控制網能滿足1:500比例尺測圖精度要求。2.1.3測圖控制網2023/12/914測圖控制網的等級：二\三\四等三角網；一\二級小三角網；一\二\三級導線網；一\二級導線。GPS首級網@加密網盡量減少布網的層次，且一次性加密，便于控制起始數(shù)據(jù)誤差的影響，也使加密點精度趨于均勻；

@GPS技術的優(yōu)勢，首級、加密GPS或者首級GPS，加密傳統(tǒng)方法；

2.1.3測圖控制網2023/12/915測圖控制網中的大比例尺高程控制網：方法：通常是水準測量；等級：二\三\四級；精度：規(guī)范對不同等級有不同要求；三角高程代替水準時注意：@斜距<=1km；@有利時間觀測，需往返測且往返時間短，兩臺儀器對測；@各控制點的高程觀測應組成閉合環(huán)以增加平差條件；@角度、儀器及標靶按規(guī)范觀測。

2.1.3測圖控制網2.1.4施工控制網2023/12/916平面控制網根據(jù)地形條件布設：三角、邊角網：

起伏較大或跨越江河的地區(qū)；導線網：

平坦但通視困難的地區(qū)；建筑方格網:建筑物或工業(yè)場區(qū)多為規(guī)則矩形的地區(qū)；GPS網：主流布網形式；GPS網與地面網相結合的混合網:高精度的施工控制網?？刂频姆秶^小，控制點的密度較大，精度要求較高；范圍：點盡量控制整個區(qū)域，滿足放樣需要。大型水利樞紐工程<20km2,中小型<10km2,工業(yè)場地<1km2。精度高：點分布不均會導致邊長相差大；放樣建筑物的軸線，偏差限制嚴格。2)使用頻繁；穩(wěn)定性、使用方便性及點位在施工期間的保存3)受施工干擾大；施工控制網的布設是工程的一部分，考慮布置情況及施工程序、方法；點位分布及密度恰當，施工總平面圖做點位標記。2023/12/9172.1.4施工控制網--施工平面控制網特點2023/12/9184)控制網的坐標系與施工坐標系一致；施工坐標系，就是以建筑物的主要軸線作為坐標軸而建立起來的局部直角坐標系。布網時盡量使用軸線作為控制網的一邊，施工控制網和測圖控制網關聯(lián)時需進行坐標換算。水利中的大壩；大橋橋軸線；隧道中心及切線；車間或設備的軸線等。5)投影面與工程的平均高程面一致；不是投影到平均海水平面或參考橢球所對應的高斯平面上，而是投影到廠區(qū)平均的高程面上。投影到定線放樣精度最高的平面，保證設備、構件的安裝精度；橋梁控制網要求化算到橋墩頂部的高程面上；隧道控制網應投影至隧道平均高程上。2023/12/9196)有時分兩級布網，次級網可能比首級網的精度高。工程：各種建筑物、構筑物、鐵路、公路、隧道等的綜合體。首先建立第一級控制網，放樣各建筑物的主軸線；其次根據(jù)各個工程項目放樣的具體要求建立第二級控制網。2.1.4施工控制網--施工平面控制網特點2023/12/920平坦地區(qū)：施工平面、高程控制點可以共享；起伏較大：施工平面、高程控制點單獨布設。首先布滿整個場地的基本高程控制網（三等）；其次根據(jù)各個施工階段的需要布置加密網（四等）。加密點一般為臨時水準點。2.1.4施工控制網--施工高程控制網特點2023/12/921變形監(jiān)測網由參考點和目標點組成必要條件：

可以由任意點構成網，但至少有一個參考點、一個目標點或兩個目標點；參考點在變形體外，是網的基準，目標點在變形體上，變形由目標點的運動來描述。布設網形：根據(jù)監(jiān)測的目的、變形體的形狀、環(huán)境及地形:一維網、二維網、三維網。監(jiān)測方法：三角網或邊角網、導線或導線網；GPS監(jiān)測網；GPS與地面測量網混合；三維激光掃描監(jiān)測等。2.1.5變形監(jiān)測網2023/12/922變形監(jiān)測網的坐標系和基準的選取原則變形體的范圍大且形狀不規(guī)則時，選擇已有的大地坐標系統(tǒng)。優(yōu)點：得到已知的歸化和投影改正；監(jiān)測網便于檢查。與已有的大地網聯(lián)測或將已有的控制點作為參考點，便于坐標系及基準的確定。優(yōu)點：一維一個已知點，二、三維兩個已知點；精度要求高，聯(lián)測時采用無強制連接方法，即固定一個點，二三維再固定一個定向方向。）2.1.5變形監(jiān)測網2023/12/923三.對變形監(jiān)測網應作同時顧及精度、可靠性、靈敏度以及費用進行監(jiān)測網的優(yōu)化設計；根據(jù)網點的布置、坐標系、基準及目標點的精度要求，則網的精度得以確定。人機交互模擬優(yōu)化設計方法或解析法確定優(yōu)化方案：增減觀測值修改測量方案改變觀測值精度等2.1.5變形監(jiān)測網2.1.5變形監(jiān)測網四.對變形監(jiān)測網都要進行重復觀測每個周期觀測方案不變，消除周期觀測中的系統(tǒng)誤差；如中途改變方案（儀器、網形、精度等），則需在觀測周期同時采用兩種方案進行觀測，以確定兩種方案間的差別，進行周期觀測數(shù)據(jù)的處理。2023/12/9242.1.6安裝測量控制網2023/12/9252023/12/926作用：大型設備構件安裝定位的依據(jù)；工程竣工后建筑物和設備變形觀測及設備調整的依據(jù)。條件：控制點的密度要能滿足設備構件的安裝定位要求；點位的選擇要考慮設備的位置、數(shù)量、建筑物的形狀、特定方向的精度要求等2.1.6安裝測量控制網2.1.6安裝測量控制網2023/12/927特點：通常是一種微型邊角網，邊長從幾米至一百多米；整個網由形狀相同、大小相等的基本圖形組成；精度要求很高，其測量精度有時要達到計量級。2.1.6安裝測量控制網特例：直線型建筑物：直伸形網；環(huán)形地下建筑物：各類環(huán)形網；大型無線電天線：輻射狀控制網。2023/12/928典型工程控制網舉例

2023/12/9292023/12/930典型工程控制網舉例

洞內導線網布設示意圖2023/12/931某大橋G

P

S首級平面控制網典型工程控制網舉例

某大型水利樞紐工程施工控制網2023/12/932某拱壩變形監(jiān)測網

2023/12/933高能離子加速器安裝測量控制網

2023/12/9342023/12/935大型正負電子對撞機

地面控制網典型工程控制網舉例

2.2工程測量坐標系統(tǒng)2.2.1坐標系的基本概念2.2.2幾種常用坐標系2023/12/9362.2.1坐標系的基本概念所謂坐標系指的是描述空間位置的表達形式，即采用什么方法來表示空間位置。人們?yōu)榱嗣枋隹臻g位置，采用了多種方法，從而也產生了不同的坐標系，如直角坐標系、極坐標系等。在測量中常用的坐標系有以下幾種：（1）空間直角坐標系（2）空間大地坐標系（3）平面直角坐標系（4）地心大地坐標系與地球參心坐標系2023/12/937(1)空間直角坐標系原點位于參考橢球的中心Z軸指向參考橢球的北極X軸指向起始子午面與赤道的交點Y軸位于赤道面上且按右手系與X軸呈90°夾角。某點在空間中的坐標可用該點在此坐標標系的各個坐標軸上的投影來表示。2023/12/9382023/12/939(2)空間大地坐標系緯度是空間的點與參考橢球面的法線與赤道面的夾角；經度是空間中的點與參考橢球的自轉軸所在的面與參考橢球的起始子午面的夾角；大地高是空間點沿參考橢球的法線方向到參考橢球面的距離。2023/12/940(3)平面直角坐標系投影變換的方法有很多，如橫軸墨卡托投影、UTM投影、蘭勃特投影等。在我國采用的是高斯-克呂格投影也稱為高斯投影。UTM投影和高斯投影都是橫軸墨卡托投影的特例，只是投影的個別參數(shù)不同而已。2023/12/941(3)平面直角坐標系高斯投影是一種橫軸、橢圓柱面、等角投影。從幾何意義上講，是一種橫軸橢圓柱正切投影。高斯投影滿足以下兩個條件：①它是正形投影；②中央子午線投影后應為x軸，且長度保持不變。2023/12/942（4）地心大地坐標系與地球參心坐標系經典的大地定位采用的是地球參心坐標系。參考橢球面為基準參考面，參考點為大地測量的起算點（或稱為大地原點），并且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。不過由此所選定的參考橢球的位置，其中心一般不會與地球質心相重合。GPS定位使用的是地心大地坐標系2023/12/9432.2.2幾種常用坐標系（1）世界大地坐標系WGS-84（2）1954年北京坐標系（3）1980年西安大地坐標系（4）CGCS2000國家大地坐標系2023/12/944（1）世界大地坐標系WGS-84WGS-84(WorldGeodicalSystem-84)坐標系統(tǒng)由美國國防部制圖局建立，WGS-84坐標系是目前GPS所采用的坐標系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)和歷書參數(shù)等都是基于此坐標系統(tǒng)的。原點位于地球的質心Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向X軸指向BIH1984.0的啟始子午面和赤道的交點Y軸與X軸和Z軸構成右手系。2023/12/945（1）世界大地坐標系WGS-842023/12/946a=6378137±2（m）；GM=3986005×108m3s-2±0.6×108m3s-2；C20=-484.16685×10-6±1.3×10-9；J2=108263×10-8ω=7292115×10-11rads-1±0.150×10-11rads-1f=0.003352810664（2）1954年北京坐標系原蘇聯(lián)采用過的1942年普爾科夫坐標系。參考橢球是克拉索夫斯基橢球。高程異常是以前蘇聯(lián)1955年大地水準面重新平差的結果為起算值，按我國天文水準路線推算.高程又是以1956年青島驗潮站的黃海平均海水面為準。2023/12/947（2）1954年北京坐標系1954北京坐標系存在缺點主要表現(xiàn)：①橢球參數(shù)差異較大，不包含J2②橢球定向不十分明確，參考橢球面與我國地勢差異較大③該坐標系統(tǒng)的大地點坐標是經過局部分區(qū)平差得到的。2023/12/948（3）1980年西安大地坐標系地球橢球參數(shù)的四個幾何和物理參數(shù)采用了IAG1975年的推薦值，橢球的短軸平行于地球的自轉軸（由地球質心指向1968.0JYD地極原點方向）起始子午面平行于格林尼治平均天文子午面橢球面同似大地水準面在我國境內符合最好高程系統(tǒng)以1956年黃海平均海水面為高程起算基準2023/12/949（3）1980年西安大地坐標系2023/12/950（4）CGCS2000國家大地坐標系CGCS2000(ChinaGeodeticCoordinateSystem2000)是全球地心坐標系在我國的具體體現(xiàn).

原點為包括海洋和大氣的整個地球質量中心Z軸指向BIHI1984.0定義的CTP.X軸為IERS參考子午面與通過原點且同Z軸正交的赤道面的交線.Y軸與X、Z軸構成右手地心地固直角坐標系.

2023/12/951（4）CGCS2000國家大地坐標系2023/12/952樹立質量法制觀念、提高全員質量意識。12月-2312月-23Saturday,December9,2023人生得意須盡歡，莫使金樽空對月。16:57:4316:57:4316:5712/9/20234:57:43PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦繃。12月-2316:57:4316:57Dec-2309-Dec-23加強交通建設管理，確保工程建設質量。16:57:4316:57:4316:57Saturday,December9,2023安全在于心細，事故出在麻痹。12月-2312月-2316:57:4316:57:43December9,2023踏實肯干，努力奮斗。2023年12月9日4:57下午12月-2312月-23追求至善憑技術開拓市場，憑管理增創(chuàng)效益，憑服務樹立形象。09十二月20234:57:43下午16:57:4312月-23嚴格把控質量關，讓生產更加有保障。十二月234:57下午12月-2316:57December9,2023作業(yè)標準記得牢，駕輕就熟除煩惱。2023/12/916:57:4316:57:4309December2023好的事情馬上就會到來，一切都是最好的安排。4:57:43下午4:57下午16:57:4312月-23專注今天，好好努力，剩下的交給時間。12月-2312月-2316:5716:57:4316:57:43Dec-23牢記安全之責，善謀安全之策，力務安全之實。2023/12/916:57:43Saturday,December9,2023相信相信得力量。12月-232023/12/916:57:4312月-23謝謝大家！生活中的辛苦阻撓不了