第三章 工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法課件

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法本章教學(xué)內(nèi)容:§3.1工程控制網(wǎng)的分類和作用§3.2工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和建立方法§3.3工程控制網(wǎng)的質(zhì)量準(zhǔn)則§3.4工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)§3.5典型工程控制網(wǎng)§3.6控制點(diǎn)的標(biāo)石與標(biāo)志§3.7工程控制測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化重點(diǎn):工程控制網(wǎng)的布設(shè)、質(zhì)量準(zhǔn)則及優(yōu)化設(shè)計(jì)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.1工程控制網(wǎng)的分類和作用

3.1.1測(cè)量控制網(wǎng)的分類全球控制網(wǎng)國(guó)家控制網(wǎng)工程控制網(wǎng)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.1.2工程控制網(wǎng)的分類、作用和建網(wǎng)步驟一、工程控制網(wǎng)的分類

按用途分：測(cè)圖控制網(wǎng)施工（測(cè)量）控制網(wǎng)安裝（測(cè)量）控制網(wǎng)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法按網(wǎng)點(diǎn)性質(zhì)分：

一維網(wǎng)（或稱水準(zhǔn)網(wǎng)、高程網(wǎng)）二維網(wǎng)（或稱平面網(wǎng)）三維網(wǎng)

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法按網(wǎng)形分：

三角網(wǎng)導(dǎo)線網(wǎng)混合網(wǎng)方格網(wǎng)

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法按施測(cè)方法劃分：測(cè)角網(wǎng)測(cè)邊網(wǎng)邊角網(wǎng)GPS網(wǎng)

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法按坐標(biāo)系和基準(zhǔn)劃分：附合網(wǎng)（約束網(wǎng)）獨(dú)立網(wǎng)經(jīng)典自由網(wǎng)自由網(wǎng)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法按其他標(biāo)準(zhǔn)劃分：首級(jí)網(wǎng)加密網(wǎng)特殊網(wǎng)專用網(wǎng)，如隧道控制網(wǎng)、建筑方格網(wǎng)、橋梁控制網(wǎng)等第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法二、工程控制網(wǎng)的作用

控制全局、提供基準(zhǔn)和控制測(cè)量誤差積累三、工程控制網(wǎng)的建網(wǎng)步驟

遵循大地測(cè)量學(xué)的原理，如：要有坐標(biāo)系和基準(zhǔn)要構(gòu)成網(wǎng)要逐級(jí)布設(shè)等第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.1.3測(cè)圖控制網(wǎng)

作用：控制測(cè)量誤差的累積保證圖上內(nèi)容的精度均勻相鄰圖幅正確拼接第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.1.4施工控制網(wǎng)網(wǎng)型：

三角、邊角網(wǎng)導(dǎo)線網(wǎng)建筑方格網(wǎng)GPS網(wǎng)GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)相結(jié)合的混合網(wǎng)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法

特點(diǎn)：

1)控制面積：控制的范圍較小，控制點(diǎn)的密度較大，精度要求較高2)使用頻率：使用頻繁

3)施工干擾：受施工干擾大4)坐標(biāo)系：控制網(wǎng)的坐標(biāo)系與施工坐標(biāo)系一致5)投影面：投影面與工程的平均高程面一致6)等級(jí)布網(wǎng)：有時(shí)分兩級(jí)布網(wǎng)，次級(jí)網(wǎng)可能比首級(jí)網(wǎng)的精度高第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.1.5變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)要點(diǎn)：變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)由參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)組成變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的坐標(biāo)系和基準(zhǔn)的選取原則對(duì)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)應(yīng)作同時(shí)顧及精度、可靠性、靈敏度以及費(fèi)用進(jìn)行監(jiān)測(cè)網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)都要進(jìn)行重復(fù)觀測(cè)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.1.6安裝測(cè)量控制網(wǎng)特點(diǎn)：通常是一種微型邊角網(wǎng)，邊長(zhǎng)從幾米至一百多米整個(gè)網(wǎng)由形狀相同、大小相等的基本圖形組成精度要求很高，其測(cè)量精度有時(shí)要達(dá)到計(jì)量級(jí)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.2工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)和建立方法3.2.1工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)

1）約束網(wǎng)。具有多余的已知數(shù)據(jù)。

2）最小約束網(wǎng)（經(jīng)典自由網(wǎng)）。只有必要的已知數(shù)據(jù)。

3）無約束網(wǎng)（自由網(wǎng)），無必要的已知數(shù)據(jù)。

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表3-1各種工程控制網(wǎng)的基準(zhǔn)秩虧和基準(zhǔn)參數(shù)

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.2.2工程控制網(wǎng)基準(zhǔn)的建立方法

測(cè)圖控制網(wǎng)多為約束網(wǎng)，總是選國(guó)家或城市坐標(biāo)系（含平面和高程）下的已知點(diǎn)坐標(biāo)為其基準(zhǔn)。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.3工程控制網(wǎng)的質(zhì)量準(zhǔn)則

3.3.1精度準(zhǔn)則

3.3.2可靠性準(zhǔn)則

3.3.3靈敏度準(zhǔn)則

3.3.4費(fèi)用準(zhǔn)則第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.3.1精度準(zhǔn)則一、總體精度準(zhǔn)則二、點(diǎn)位精度和相對(duì)點(diǎn)位精度三、未知數(shù)函數(shù)的精度四、主分量五、準(zhǔn)則矩陣第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.3.2可靠性準(zhǔn)則定義：控制網(wǎng)發(fā)現(xiàn)（或探測(cè)）觀測(cè)值粗差的能力（稱內(nèi)部可靠性）和抵抗觀測(cè)值粗差對(duì)平差結(jié)果影響的能力（稱外部可靠性）。作用：可靠性準(zhǔn)則可以提供衡量控制網(wǎng)內(nèi)部觀測(cè)值相互控制、檢核的量化數(shù)值和可能出現(xiàn)但不能被發(fā)現(xiàn)的最大模型誤差值。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法提高實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的辦法：對(duì)網(wǎng)進(jìn)行第二次獨(dú)立觀測(cè)（復(fù)測(cè)）布網(wǎng)時(shí)事先考慮用獨(dú)立的附加觀測(cè)值來控制網(wǎng)的結(jié)構(gòu)（較常用）第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法內(nèi)部可靠性

內(nèi)部可靠性是假設(shè)控制網(wǎng)中只有一個(gè)觀測(cè)值包含粗差，且觀測(cè)值粗差主要由某種系統(tǒng)性影響或點(diǎn)的變動(dòng)所引起的假設(shè)情況下導(dǎo)出的。

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為矩陣主對(duì)角線上的元素第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法

稱為觀測(cè)值的多余觀測(cè)分量，定義為觀測(cè)值的內(nèi)部可靠性。反映控制網(wǎng)發(fā)現(xiàn)觀測(cè)值中粗差的能力。愈大，通過統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，能發(fā)現(xiàn)該觀測(cè)值中粗差的下界值愈小。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法多余觀測(cè)分量的特點(diǎn)：1）0≤≤12）觀測(cè)值的內(nèi)部可靠性與其精度成反比。對(duì)于一個(gè)確定的網(wǎng)和設(shè)計(jì)方案，觀測(cè)值的精度愈高，則其可靠性愈低，愈不可靠；觀測(cè)值的精度愈低，愈可靠。3）多余觀測(cè)數(shù)愈大，網(wǎng)的可靠性愈高，建網(wǎng)費(fèi)用也愈高；第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法4）對(duì)于獨(dú)立網(wǎng)來說，觀測(cè)值的內(nèi)部可靠性是與基準(zhǔn)的位置無關(guān)的不變量。5）一個(gè)好的控制網(wǎng)，觀測(cè)值的多余觀測(cè)分量應(yīng)大于0.3。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法外部可靠性

未被發(fā)現(xiàn)的模型誤差對(duì)于點(diǎn)位坐標(biāo)或其函數(shù)的影響具有更大意義。對(duì)于觀測(cè)值中只含一個(gè)粗差的情形，未被發(fā)現(xiàn)的粗差對(duì)未知數(shù)向量的影響可表為

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.3.3靈敏度準(zhǔn)則對(duì)變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，定義為在給顯著水平和檢驗(yàn)功效下，周期平差結(jié)果統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)時(shí)，能發(fā)現(xiàn)位移向量的下界值。靈敏度是一個(gè)相對(duì)概念，即對(duì)于不同的變形向量具有不同的下界值。一般將變形向量用表示其大小的模和表示其方向的單位向量來表示，即

靈敏度用來度量，它與單位向量（又稱形式向量）有關(guān)。愈小，靈敏度愈高。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法在變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)中，除考慮精度、可靠性和費(fèi)用等準(zhǔn)則外，要求所布設(shè)的網(wǎng)對(duì)需要監(jiān)測(cè)的變形向量具有盡可能高的靈敏度。靈敏度實(shí)質(zhì)上是特殊方向上的網(wǎng)點(diǎn)精度的反映，網(wǎng)的靈敏度愈高，所要求的觀測(cè)值的精度也愈高。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.3.4費(fèi)用準(zhǔn)則控制網(wǎng)的費(fèi)用一般包括用于設(shè)計(jì)、造標(biāo)埋石、交通運(yùn)輸、儀器設(shè)備購(gòu)置、觀測(cè)、計(jì)算、檢查等各項(xiàng)費(fèi)用。網(wǎng)的設(shè)計(jì)有兩個(gè)原則：最大原則（費(fèi)用一定，網(wǎng)的質(zhì)量最好）最小原則（質(zhì)量滿足要求，費(fèi)用最?。┙ňW(wǎng)費(fèi)用常用觀測(cè)值權(quán)的函數(shù)來度量，如

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法即用觀測(cè)值的權(quán)的總和最小作為費(fèi)用準(zhǔn)則。據(jù)統(tǒng)計(jì)，網(wǎng)的測(cè)量費(fèi)用于網(wǎng)的計(jì)算費(fèi)用相比，后者不到8％。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，增加微不足道的設(shè)計(jì)計(jì)算費(fèi)用，可顯著降低測(cè)量費(fèi)用。不難理解，精度愈高，觀測(cè)值的權(quán)愈大，則建網(wǎng)費(fèi)用愈高；同樣，多余觀測(cè)數(shù)愈多，網(wǎng)的可靠性提高，也要以增加費(fèi)用為代價(jià)。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.4工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分類優(yōu)化設(shè)計(jì)的任務(wù)工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法模擬法優(yōu)化設(shè)計(jì)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.4.1工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)分類工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)一般分為四類，各類設(shè)計(jì)的含義列于下表：

分類固定參數(shù)待定參數(shù)含義零類設(shè)計(jì)(ZOD)一類設(shè)計(jì)(FOD)二類設(shè)計(jì)(SOD)三類設(shè)計(jì)(THOD)A,PP,A,,部分A和P

AP部分A和P基準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖形設(shè)計(jì)觀測(cè)精度設(shè)計(jì)已有網(wǎng)的改進(jìn)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法零類設(shè)計(jì)(ZOD)為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)，一類設(shè)計(jì)(FOD)為圖形設(shè)計(jì)，二類設(shè)計(jì)(SOD)為觀測(cè)精度的設(shè)計(jì)，三類設(shè)計(jì)(THOD)是對(duì)已有網(wǎng)的改進(jìn)。上述分類只是從概念上去理解，網(wǎng)的設(shè)計(jì)不一定完全按此思路，常常是幾類設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.4.2優(yōu)化設(shè)計(jì)的任務(wù)網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是一個(gè)迭代求解過程,它包括以下內(nèi)容（參見圖3-2）：—

提出設(shè)計(jì)任務(wù)；—

制定設(shè)計(jì)方案；—

進(jìn)行方案評(píng)價(jià)；—

進(jìn)行方案優(yōu)化。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.4.3工程控制網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法有兩種：解析法：通過數(shù)學(xué)方程用最優(yōu)化方法求解。模擬法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和準(zhǔn)則，通過計(jì)算比較、修改，得到最優(yōu)方案。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.4.3.1解析法優(yōu)化設(shè)計(jì)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.4.3.2模擬法優(yōu)化設(shè)計(jì)1.模擬法優(yōu)化設(shè)計(jì)過程：設(shè)計(jì)網(wǎng)形、實(shí)地踏勘；定初始方案，模擬觀測(cè)值，網(wǎng)平差；觀測(cè)修改；再作模擬計(jì)算，重復(fù)進(jìn)行，直到滿意。人機(jī)交互方式進(jìn)行。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法2.基于可靠性的模擬優(yōu)化設(shè)計(jì)法

要點(diǎn)和步驟：1）網(wǎng)的初始方案應(yīng)對(duì)所有可能觀測(cè)的邊和方向進(jìn)行全測(cè)，是一個(gè)“肥網(wǎng)”或“密網(wǎng)”；2）觀測(cè)值之間的精度相差不要太大，邊角間的精度應(yīng)基本匹配；3）觀測(cè)精度應(yīng)選取儀器所能達(dá)到的最高精度，使優(yōu)化時(shí)有降低的余地；第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法4）模擬初始觀測(cè)方案，進(jìn)行平差計(jì)算，對(duì)精度、可靠性乃至靈敏度計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析：觀測(cè)精度是否合理，是否需作調(diào)整，基于觀測(cè)值內(nèi)部可靠性指標(biāo)按從“肥”到“瘦”，從“密”到“疏”的策略進(jìn)行網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

GPS網(wǎng)也可看作是全邊角網(wǎng)，故模擬法優(yōu)化設(shè)計(jì)方法同樣可以用于GPS網(wǎng)。第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.5典型工程控制網(wǎng)

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法隧道（洞）洞外GPS平面控制網(wǎng)布設(shè)示意圖第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法洞內(nèi)導(dǎo)線網(wǎng)布設(shè)示意圖第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法某大橋G

P

S首級(jí)平面控制網(wǎng)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法某大型水利樞紐工程施工控制網(wǎng)

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法向家壩施工控制網(wǎng)圖第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法某拱壩變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法高能離子加速器安裝測(cè)量控制網(wǎng)

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法大型正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)

地面控制網(wǎng)第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.6控制點(diǎn)的埋石與標(biāo)志第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法帶強(qiáng)制對(duì)中裝置的觀測(cè)墩

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法

強(qiáng)制對(duì)中裝置第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法預(yù)制混凝土水準(zhǔn)標(biāo)石第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法平硐巖石水準(zhǔn)標(biāo)石

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法深埋雙金屬管水準(zhǔn)標(biāo)

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法

照準(zhǔn)標(biāo)志

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法精密活動(dòng)覘牌精密固定覘牌照準(zhǔn)覘牌第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法觀測(cè)標(biāo)志

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.7工程控制測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.7.1何謂工程控制測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化控制測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化是指主要的內(nèi)外業(yè)工作連續(xù)一慣地完成。需要考慮現(xiàn)有的儀器軟、硬件功能，計(jì)算機(jī)的軟、硬件發(fā)展，將大地測(cè)量學(xué)、測(cè)量平差、工程測(cè)量學(xué)以及數(shù)學(xué)的有關(guān)知識(shí)綜合在一起，并且對(duì)用戶的需求進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上才能研制出一個(gè)好的控制測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化軟件系統(tǒng)。

第三章工程控制網(wǎng)布設(shè)的理論與方法3.7.2工程控制測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)一體化系統(tǒng)

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