《施工控制网的建立》PPT课件.ppt

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1、版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.0 测量控制网概述 测量控制网由位于地面的一系列控制点构成，控制点的空间 位置是通过 已知点的坐标 以及控制点之间的 边长 (或空间基线 )、 方向 (角度 )或 (和 )高差 等观测量确定的。 按其范围和用途，测量控制网分为三大类： 全球控制网 国家控制网 工程控制网 按网点性质分： 一维网 (或称水准网、高程网 ) 二维网 (或称平面网 ) 三维网 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.0 测量控制网概述 按网形分：

2、三角网 导线网 混合网 方格网 按施测方法分 : 测角网 测边网 边角网 GPS网 按坐标系和基准分： 附合网 (约束网 ) 独立网 经典自由网 自由网 按其他标准划分： 首级网 加密网 特殊网 专用网 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.0 测量控制网概述 三、工程控制网 依据工程控制网的 用途 ，可将其分为： 测图控制网 在工程施工前勘测设计阶段建立，主要是为测绘地形图服务。 施工 (测量 )控制网 为工程建筑物的施工放样提供控制，其点位、密度以及精度取 决于建设的性质。 变形监测网 在施工及运营期间，为监测建筑工程对象

3、的变形状况而建立的 控制网。 安装 (测量 )控制网 通常是大型设备构件安装定位的依据，也是工程竣工后建筑物 和设备变形观测及设备调整的依据。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.0 测量控制网概述 四、工程控制网 施工控制网 施工控制网的特点： 控制的范围较小，控制点的密度较大，精度要求较高； 使用频繁； 受施工干扰大； 控制网的坐标系与施工坐标系一致； 投影面与工程的平均高程面一致； 有时分两级布网，次级网可能比首级网的精度高。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于

4、 胜 文 5.2 国家高精度控制点的利用 一、投影带与投影面的选择 （一）投影变形分析 控制测量中的投影带和投影面的选择，主要是 解决长度变形 问题 ，这种变形主要由两种因素引起： 实测边长归算到参考椭球面上的变形影响 将参考椭球面上的边长归算到高斯投影面上的变形影响 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.2 国家高精度控制点的利用 一、投影带与投影面的选择 （一）投影变形分析 1、实测边长归算到参考椭球面上的变形影响 R HSS m 1 归算边高出参考椭球面的平均值 归算边的长度 归算边方向参考椭球法截弧的曲率半径 归算边长

5、的相对变形为： R H S S m 1 负值表明将地面实量长度归算到参考椭球面上，总是缩短的。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.2 国家高精度控制点的利用 一、投影带与投影面的选择 （一）投影变形分析 2、将参考椭球面上的边长归算到高斯投影面上的变形影响 归算边两端点横坐标平均值 投影归算边长， 参考椭球面平均曲率半径 投影边的相对投影变形为： 0 2 2 2 1 S R yS m m 10 SSS 2 0 2 2 1 m m R y S S 正值表明在椭球面上长度投影到高斯面上，总是增大的；随着 ym平方正 比而增大，

6、离中央子午线愈远，其变形愈大。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.2 国家高精度控制点的利用 一、投影带与投影面的选择 （二）工程测量投影面和投影带选择的出发点 一般情况下，为了满足测量结果的一测多用，在满足工程精 度的前提下， 工程中应采用国家统一 3带高斯平面直角坐标系 。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.2 国家高精度控制点的利用 一、投影带与投影面的选择 （二）工程测量投影面和投影带选择的出发点 当边长的 两次归算投影改正 不能满足工程所需要

7、求时，为保 证工程测量结果的直接利用的计算方便，可采用 任意带的独立高 斯投影平面直角坐标系 ，归算测量结果的参考面可以自己选定。 可采用以下三种方法来实现： 通过改变 Hm从而选择合适的高程参考面，将抵偿由高程面 的边长归算到参考椭球面上的投影改正，这种方法通常称为抵 偿投影面的高斯正形投影。 通过改变 ym，从而对中央子午线作适当移动，来抵偿分带投 影变形。 通过既改变 Hm，又改变 ym，来共同抵偿两项归算改正变形。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.2 国家高精度控制点的利用 二、工程平面坐标系统的选择 在工程控制

8、测量时，根据施工所在的 位置 、 施工范围 及 施工 各阶段对投影误差的要求 ，可采用以下几种平面直角坐标系： 国家 3带高斯正形投影平面直角坐标系 抵偿投影面的 3带高斯正形投影平面直角坐标系 任意带高斯正形投影平面直角坐标系 具有高程抵偿面的任意带高斯正形投影平面直角坐标系 假定平面直角坐标 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.2 国家高精度控制点的利用 三、不同平面坐标系统间的坐标转换 i i i i B A Y X Y X c o ss in s inc o s 0 0 0 0 c o ss in s inc o s

9、 YY XX B A i i i i “ 本 坐标系 ” “ 他 坐标系 ” 00 , YX 他坐标系的 原点 在本坐标系下的 坐标 他坐标系的 主轴 在本坐标系下的 方位角 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 三、工程控制网的基准和建立方法 1、工程控制网的基准及其类型 工程控制网的 基准 就是 通过网平差求解未知点坐标时所给出 的 已知数据 ，以对网的位置、长度和方向进行约束，使网平差时 有唯一解。 根据基准的情况，工程控制网的基准可分为： 约束网： 具有多余的已知数据 最小约束网 (经典自由网 )

10、： 只有必要的已知数据 无约束网 (自由网 )： 无必要的已知数据。 秩亏网： 少于最小约束条件 (没有足够的必要已知数据 ) 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 三、工程控制网的基准和建立方法 1、工程控制网的基准及其类型 工程控制网的基准与 网的用途分类 有关。 一般情况下： 测图控制网为约束网； 施工控制网为最小约束网； 变形监测网为无约束网或最小约束网； 安装控制网为最小约束网或约束网。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3

11、 施工控制网的设计 三、工程控制网的基准和建立方法 2、一、二、三维网的基准情况 对于 一维网 (水准网或高程网 )： 网中只有一个点的高程已知，为 最小约束网 ； 网中有两个以上点 (含两个 )的高程已知，则为 约束网 ； 网中没有一个点的高程是已知的，称 自由网 (无约束网 )。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 三、工程控制网的基准和建立方法 2、一、二、三维网的基准情况 对于 二维网 (平面网 )，若为测角网 ，则： 网中只有两个点的坐标已知，为 最小约束网 ； 网中有两个以上点 (含两个 )

12、的坐标已知，则为 约束网 ； 网中没有一个点的坐标是已知的，则为自由网 (无约束网 )。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 三、工程控制网的基准和建立方法 2、一、二、三维网的基准情况 对于 二维网 (平面网 )，若为测边网或边角网 。 网中只有一个点的坐标和一条边的方位角已知，则为 最小约 束网 ； 若多于最小约束条件 (如两个以上点 (含两个 )的坐标已知 )， 则为 约束网 ； 若少于最小约束条件为 秩亏网 ； 如果网中没有一个点的坐标是已知的，称 自由网 (无约束网 )。 版 权 所 有： 山

13、 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 三、工程控制网的基准和建立方法 2、一、二、三维网的基准情况 对于 三维网 ， 最小约束条件 为：网中有两个点的三维坐标已 知，另一条边的方位角已知 (为了控制整个网绕两个已知点的连线 旋转 )； 也可以是：网中有一个点的三维坐标已知，已知一条边长 (对 于边角网，该条件不需要 )，已知一条边的方位角，已知两条边的 高度角。 凡多于最小约束条件，如有三个以上点 (含三个 )的坐标已知， 则称为 约束网 ； 少于最小约束条件则为 秩亏网 ； 无已知坐标、方位角和高度角则为 自由网 (无约束

14、网 )。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 三、工程控制网的基准和建立方法 3、基准秩亏和基准参数 若将全部网点的坐标作为未知数，则表现为观测值和坐标值 之间的联系不固定，这将产生平差线性模型的图形矩阵 A的列亏， 法方程矩阵 N将出现秩亏。由于是没有固定基准所引起，故又称为 基准秩亏 。 基准秩亏数与网的 维数 和 观测值类型 有关。 基准参数 表示一个网在保持内部几何形状不变的条件下所作 的变换，这些变换是消除基准秩亏的方法。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程

15、学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 三、工程控制网的基准和建立方法 3、基准秩亏和基准参数 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 四、控制网优化设计的质量标准 工程控制网优化设计的目的，就是在一定的观测条件下要控 制网有较高的质量。为衡量网的质量，现代测量中提出了若干条 标准： 精度 ： 描述误差分布离散程度的一种度量 ； 可靠性 ： 发现和抵抗模型误差的能力大小的一种度量 ； 灵敏度 ： 监测网发现某一变形的能力大小的一种度量 ； 经济性 ： 建网费用 。 版 权 所 有： 山 东

16、 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 四 .1、精度标准 准则矩阵 所谓 准则矩阵 是指人工事先构造的、用上述各种标准来衡量 都有 “ 较好 ” 效果的、理想化的协因数矩阵 Qx。 准则矩阵不是控制网质量度量的数字标准，而是衡量控制网 设计方案好坏的一个准则。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 四 .2、可靠性标准 概念 可靠性的概念是荷兰 Barrda教授 (1968)针对观测值数据中的 粗差提出来的。 测量控制网的可靠性 是指 控制

17、网探测观测值粗差和抵抗残存 粗差对平差成果影响的能力 ，它分为 内部可靠性 和 外部可靠性 。 内部可靠性 是指控制网通过平差和统计检验发现粗差的能力 外部可靠性 是指抵抗残存粗差对平差结果影响的能力 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 四 .2、可靠性标准 多余观测分量 由于内、外部可靠性均与 ri有关，当显著水平 和检验功效 0 一定时，它们完全随 ri的变化而变化。因此， ri可以作为评价内、 外部可靠性的公共指标 ，即： 式中， ri为矩阵（ QVVP）主对角线上的元素，称为 控制网的多余 观测

18、分量 。多余观测分量与多余观测数有下列关系： iiVVi PQr )( PQtrunrr VVi 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 四 .2、可靠性标准 多余观测分量 性质 1： ri越小，该观测值在网中的地位越高；该观测值的粗差也越 难被发现。 ri=0时，该观测值不可缺少，否则产生形亏；即使有大的粗差 或错误也无法发现； ri越大，该观测值在网中的地位越低；且该观测值存在较小 的粗差也能发现。 ri=1时，该观测值完全成为多余，即使删除了，其网平差结果 也不变；且观测值的粗差能完全确定。 10 i

19、r 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 四 .2、可靠性标准 多余观测分量 性质 2： 观测值的内部可靠性与观测值的精度成反比。观测值 的精度越高，则相应的 ri越小；观测值的精度越低，其 ri越大。 性质 3： 对于确定观测精度情况下，多余观测数 r越大，则观 测值的 ri也越大，而且建网费用将随 r的增大而增加。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 五、控制网优化设计的分类 控制网优化设计一般分为四类（四方面

20、内容）： 零类设计（ 基准设计 ） 一类设计（ 图形设计 ） 二类设计（ 观测精度 设计 ） 三类设计（ 已有网的改进 ） 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 五、控制网优化设计的分类 零类设计 为基准 (起始数据 )的设计，是在控制网图形和观测值 的先验精度已定的情况下，选择起始数据使网的精度达到最高。 一类设计： 为控制网网形的设计，在控制网成果的精度要求及 观测手段可能达到的精度已定的情况下，优化设计控制网图形， 即确定点位的最佳布设和采用最佳的观测方案。 二类设计 ： 为观测值权的设计，在控制网

21、的图形和网的精度要 求已定的情况下，设计观测值的精度。 三类设计 ： 为控制网改进的设计，用增删部分观测值和改变部 分观测值的权，以及增删及移动点位来改善控制网成果的精度。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.3 施工控制网的设计 五、控制网优化设计的分类 这四类的设计内容，还可以用参数法平差的函数模型与随机 模型来解释，设： 1)( 0 , PAAQ PLAPAXA PLAXV T XX TT 协因数阵： 法方程式： 观测值方程式： X 未知参数，平面网点的坐标或高程网点的高程； QXX 未知参数的协因数阵。 A 控制网的

22、网形； P 观测值的先验精度； 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.4 典型工程施工控制网的布设 二、隧道施工控制网的布设 （二）隧道洞内控制网 隧道洞内狭长形状的空间使洞内控制网的设计没有选择的余 地，而只能采用 支导线 的形式。 为了进行检核，一般布设两个等级的导线： 施工导线 在 掘进的同时 首先布设施工导线，为掘进指明方向，为其他 施工提供依据； 主导线 当隧道 掘进至大约 1 2km时 ，布设边长较长的、具有较高精 度的主导线，用于检核及修正施工导线。 版 权 所 有： 山 东 科 技 大 学 测 绘 科 学 与 工 程 学 院 刘 尚 国 于 胜 文 5.4 典型工程施工控制网的布设 四、工业厂区施工控制网的布设 因此，在布设建筑工地施工控制网时，采用分级布网的方案 是比较合适的。也即 首先建立布满整个工地的 厂区控制网 ，目的 是放样各个建筑物的主要轴线。然后，为了进行厂房或主要生产 设备的细部放样，在由厂区控制网所定出的各主轴线的基础上， 建立 厂房矩形控制网或设备安装控制网 。