测绘毕业论文
.存档号： 091064103 学号： 200601041003
石家庄铁路职业技术学院
毕业论文
常用工程控制测量的方法及应用
系部测绘工程
专业名称工程测量
指导教师尹辉增（副教授）
学生姓名郑盼龙
二○○九年六月
.
石家庄铁路职业技术学院
毕业设计（论文）评定表
石家庄铁路职业技术学院
毕业设计（论文）任务书学生用表
指导教师签名：年月日
摘要
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。它是在大地测量学的基础理论基础上以工程建设和社会大战与安全保证的测量工作为主要服务对象而发展和形成的，为人列社会活动提供有用的空间信息。因此，以本质上说，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。这就决定它的测量范围与大地测量要小，并且在观测手段和数据处理方法上还具有多样化的特点。
例如高程控制测量的任务是按规定的精度施测隧道洞口(包括隧道的进出口、竖井口、斜井口和平响口)附近水准点的高程，作为高程引测进洞的依据。高程控制通常采用三、四等水准测量的方法施测。水准测量应选择连接洞口最平坦和最短的线路，以期达到设站少、观测快、精度高的要求。每一洞口埋设的水准点应不少于两个，且以安置一次水准仪即可联测为宜。两端洞口之间的距离大于1km时，应在中间增设临时水准点。
本设计基于对工程控制测量的总结。主要内容是：
1、控制测量的简介；
2、导线平面控制测量；
3、平面控制点的加密；
4、高程控制测量；
5、水准路线的检核。
关键词：工程测量；平面控制；控制网坐标高程计算；控制点加密
目录
第一章控制测量简介 (1)
1.1、控制测量的概述 (1)
1.2、控制测量的基本任务和作用 (4)
第二章导线平面控制测量 (7)
2.1、附合导线 (7)
2.2、闭合导线 (11)
2.3、支导线 (14)
第三章平面控制点加密方法 (17)
3.1、极坐标法 (17)
3.2、角度交会法 (18)
3.3、距离交会法 (19)
第四章高程控制测量 (20)
4.1、三、四等水准测量(leveling)的技术要求 (20)
4.2、三、四等水准测量的精度要求 (20)
4.3、三、四等水准测量的观测方法 (21)
4.4、水准路线的检核与高程计算 (22)
总结 (27)
致谢 (30)
参考文献 (31)
第一章控制测量简介
1.1控制测量的概述
1.1.1控制测量的概念
(1)控制网
在测区范围内选择若干有控制意义的点（称为控制点），按一定的规律和要求构成网状几何图形，称为控制网。
控制网分为平面控制网和高程控制网。
(2)控制测量
测定控制点位置的工作，称为控制测量。
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。
控制网有国家控制网、城市控制网和小地区控制网等。
1.1.2国家控制网
在全国范围内建立的控制网，称为国家控制网。它是全国各种比例尺测图的基本控制，并为确定地球形状和大小提供研究资料。国家控制网是用精密测量仪器和方法，依照施测精度按一、二、三、四等四个等级建立的，它的低级点受高级点逐级控制。
国家平面控制网，主要布设成三角网，采用三角测量的方法。如图1-1所示，一等三角锁是国家平面控制网的骨干；二等三角网布设于一等三角锁环内，是国家平面控制网的全面基础；三、四等三角网为二等三角网的进一步加密。
国家高程控制网，布设成水准网，采用精密水准测量的方法。如图1-2所示，一等水准网是国家高程控制网的骨干；二等水准网布设于一等水准环内，是国家高程控制网的全面基础；三、四等水准网为国家高程控制网的进一步加密。
图1-1 国家三角网
图1-2 国家水准网
1.1.3城市控制网
在城市地区，为测绘大比例尺地形图、进行市政工程和建筑工程放样，在国家控制网的控制下而建立的控制网，称为城市控制网。
城市平面控制网分为二、三、四等和一、二级小三角网，或一、二、三级导线网。最后，再布设直接为测绘大比例尺地形图所用的图根小三角和图根导线。
城市高程控制网分为二、三、四等，在四等以下再布设直接为测绘大比例尺地形图用的图根水准测量。
直接供地形测图使用的控制点，称为图根控制点，简称图根点。测定图根点位置的工作，称为图根控制测量。图根控制点的密度（包括高级控制点），取决于测图比例尺和地形的复杂程度。平坦开阔地区图根点的密度一般不低于表1-3的规定；地形复杂地区、城市建筑密集区和山区，可适当加大图根点的密度。
测图比例尺1：5 000 图根点密度（点
5 /km2）
1.1.4小地区控制测量
在面积小于15km2范围内建立的控制网，称为小地区控制网。
建立小地区控制网时，应尽量与国家（或城市）已建立的高级控制网连测，将高级控制点的坐标和高程，作为小地区控制网的起算和校核数据。如果周围没有国家（或城市）控制点，或附近有这种国家控制点而不便连测时，可以建立独立控制网。此时，控制网的起算坐标和高程可自行假定，坐标方位角可用测区中央的磁方位角代替。
小地区平面控制网，应根据测区面积的大小按精度要求分级建立。在全测区范围内建立的精度最高的控制网，称为首级控制网；直接为测图而建立的控制网，称为图根控制网。首级控制网和图根控制网的关系如表1-4所示。
测区面积/km 首级控制网图根控制网1～10 一级小三角或一级导线两级图根
0.5～2 二级小三角或二级导线两级图根
0.5以下图根控制
表1-4 首级控制网和图根控制网
小地区高程控制网，也应根据测区面积大小和工程要求采用分级的方法建立。在全测区范围内建立三、四等水准路线和水准网，再以三、四等水准点为基础，测定图根点的高程。
1.1.5图根控制网
图根控制网是直接为测图目的建立的控制网。图根控制网的控制点，又称图根点。图根控制网也应尽可能与上述各种控制网连接，形成统一系统。个别特困难地区连接有困难时，也可建立独立图根控制网。由于图根控制专为测图而做，图根点的密度和精度要满足测图要求。表6-2是对平坦开阔地区图根点密度的规定。对山区或特别困难地区，图根点的密度，可适当增大。
表6-2 开阔地区图根点的密度
1.2控制测量的基本任务和作用
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:
1.2.1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.
1.2.2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.
1.2.3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础保证作用.
又比如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.
此外控制测量在发展空间技术和国防建设中在丰富和发展当代地球科学的有关研究中以及在发展测绘工程事业中它的地位和作用将显得越来越重要.
第二章 导线平面控制测量
2.1附合导线
2.1.1导线形式
2.1.2定义：
导线始于一个高级控制点，最后附和道另一个高级控制点。 2.1.3特性：
由于附合导线附合在两个已知点和两个已知方向上，所以具有自行检核条件，图形强度好，是小区域控制测量的首选方案。
1
2-图B
2
2.1.4内业计算步骤：
（1） 坐标反算求起始边坐标方位角 （2） 导线边坐标方位角推算 （3） 角度闭合差计算与调整
（4） 坐标增量的计算与坐标增量闭合差计算与调整 2.1.5计算公式：
（1）
BA BA BA X Y ??=-1
tan α
（2）导线坐标方位角的推算
A BA A βαα+?-=1801 1112180βαα+?-=?A 21223180βαα+?-=
3233180βαα+?-=C
'
CD α=∑+??-=+?-βαβα18051803BA C C （5为测角个数） 如果改成通项公式，即为
前一条边方位角=后一条边方位角+?180-两条边夹的右角 =后一条边方位角-?180+两条边夹的左角 （3）角度闭合差
由于存在测量误差，致使'
CD
αCD α≠，二者之差叫附合导线角度闭合差，如
用
β
f 表示，则
CD BA CD CD f αβαααβ-+??-=-'=∑1805
当
β
βF f ≤时（
β
F 为规定值），说明附合导线角度闭合差测量时符合要求的，
这时要对角度闭合差进行调整，其方法是：当附合导线测量的是左角时，则将闭
合差反符号平均分配，即每个角改正
n f β
-
，当观测的是右角时，则将闭合差同
符号平均分配，即每个角改正n f β
。
（5） 坐标增量闭合差
如图2-1，由于A,C 的坐标已知，所以从A 到C 的坐标增量也就已知，即
A C AC X X -X =?X =?∑理
A
C AC Y Y Y Y
-=?=?∑理
然而通过附合导线也可以求的A 、C 间坐标增量，假设用∑∑??X 测
测Y ,表示，
则由于测量误差的缘故，致使
∑∑?X ≠?X 理测
∑∑?≠?理
测
Y Y
二者之差称为附合导线坐标增量闭合差，即
∑∑∑∑?-?=?X -?X =X 理
测理测Y Y f f Y
坐标增量闭合差可以认为是由导线边长误差引起的，也就是说从A 出发经过1、2、3，最后没有与C 附合，而是落到C '(如图2-2),C C '为导线全长闭合差，用D f 表示
x
f y
f B
A 1
2
3D
C
C '
2
2-图
22y x D f f f +=
既然所有边长误差综合为D f ，若用D ∑表示导线总长，则导线全长相对闭合
差
D
f K D
∑=
当容K K ≤是符合要求 则本着边长误差与边的长度成正比的原则，将坐标增量闭合差y x f f ,反符号按边长成正比调整，yi xi V V ,为第i 条边的坐标增量改正数
i
y
yi i x
xi D D
f V D D
f V ∑-=∑-
=
yi xi V V ,填在第7、8栏坐标增量上面，并以y yi x xi f V f V -=∑-=∑,作为检核。再将
坐标增量加改正数后填入9、10栏，作为改正后坐标增量，此时9、10栏总和为0，以此作计算检核。
2.2闭合导线
2.2.1 导线形式：参考图2-5闭合导线。
图2-5 闭合导线
2.2.2定义：
起始与同一个已知点，中间经过一系列的导线点，形成以闭合多边形。
特性：也由图形自行检核，是小区域控制测量常用不舍形式
2.2.3外业观测数据：
水平角（多边形内角）、边长
2.2.4起算数据：
已知一个点坐标及一条边坐标方位角
2.2.5内业计算步骤：
（1）求起始边坐标方位角 （2）角度闭合差计算与调整 （3）方位角推算 (4)坐标增量计算 2.2.6计算公式：
（1）4中的（1）（3）与附合导线相同 （2）①角度闭合差计算
()?
?-=∑1802n 理β
闭合导线角度闭合差理
测βββ∑-∑=f
②角度闭合差调整
β
F 表示容许闭合差或闭合差限差
时
ββF f ≤
将β
f 反符号平均分配到每个观测角上，即每个观测角改正
n f β
-（n 为观
测角个数）
（3）坐标增量计算
121212121212sin cos ααD y D x =?=?
（4）坐标增量闭合差计算与调整
多于闭合导线，由于起、止于同一点，所以????
??=∑?=∑?00理理y x ，由于存在测量误差，计算出的坐标增量总和与理论不相等，二者之差称为闭合导线坐标增量闭合差
y
x f f ,
理
测理测y y f x x f y x ∑?-∑?=∑?-∑?=
X
Y
3
2-图
2.3支导线
2.3.1形式：
B
A
1
2
4
2-图
2.3.2定义：
导线从一个已知控制点开始，即不附合到另一个已知点，又不回到原来起始点。
特性：没有图形自行检核条件，因此发生错误不易发现，一般只能用在无法布设附合导线或闭合导线的少数特殊情况，并且要对导线边长和边数进行限制。 2.3.3已知条件：两个已知点),(),,(2211y x B y x A 2.3.4内业计算步骤：
（1）坐标反算求出起始边坐标方位角 （2）求导线边坐标方位角 （3）计算坐标增量 （4）导线点坐标计算 2.3.5坐标反算：
（1）已知()),(,,2211y x B y x A ,求AB AB d α,
AB
AB
-AB
??=-+-=x y y y x x d AB 1
2
21221tan
)()(α
象限角的计算参考图2-8 象限角示意图。