控制测量教案

第一篇：控制测量教案

第一章 绪 论

第一节 控制测量的任务和作用

一、概述

1、控制网

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。

2、控制测量

测定控制点位的工作，称为控制测量

3、国家控制网

在全国范围内建立的控制网，称为国家控制网。国家平面控制网主要布设成三角网，采用三角测量的方法。国家高程控制网布设成水准网，采用精密水准测量的方法。

4、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、而在国家控制网的控制下建立的控制网，称为城市控制网。

5、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。

二、工程控制测量的基本任务和作用

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。

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。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

以上2、3阶段布设的两种控制网统称为专用控制网。

三、控制测量学的主要研究内容

控制测量学的基本科学技术内容概括如下：

（1）研究建立和维持高科技水平的工程和国家水平控制网和精密水准网的原理和方法，以满足国民经济和国防建设以及地学科学研究的需要。

（2）研究获得高精度测量成果的精密仪器和科学的使用方法。

（3）研究地球表面测量成果向椭球及平面的数学投影变换及有关问题的测量计算。

（4）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、控制测量数据库的建立及应用等。

第二节 控制网的布设形式

一、平面控制网的布设形式

1、导线网的布设形式

导线网是目前工测控制网较常用的一种布设形式，它包括单一导线和具有一个或多个结点的导线网。网中的观测值是角度（或方向）和边长。独立导线网的起算数据是：一个起算点的 坐标和一个方向的方位角。

导线网与三角网相比，主要优点在于：

（1）网中各点上的方向数较少，除结点外只有两个方向，因而受通视要求的限制较小，易于选点和降低觇标高度，甚至无须造标。（2）导线网的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时改变。（3）网中的边长都是直接测定的，因此边长的精度较均匀。

导线网的缺点主要是：导线网中的多余观测数较同样规模的三角网要少，有时不易发现观测值中的粗差，因而可靠性不高

2、三角网

在地面上选定一系列点位1，2，﹒﹒﹒﹒，使互相观测的两点通视，把它们按三角形的形式连接起来即构成三角网。如果测区较小，可以把测区所在的一部分椭球面近似看做平面，则该三角网即为平面上的三角网（图1-4）。三角网中的观测量是网中的全部（或大部分）方向值（有关方向值的观测方法见第三章），图1-4中每条实线表示对向观测的两个方向。根据方向值即可算出任意两个方向之间的夹角。

3、边角网和三边网

边角网是指测角又测边的以三角形为基本图形的网。如果只测边而不测角即为三边网。实际上导线网也可以看做是边角网的特殊情况。

4、GPS网

二、高程控制网的布设

1、几何水准测量

用水准仪和水准尺进行水准测量的方法叫几何水准测量。

2、三角高程测量

三角高程测量主要用于山区的高程控制和平面控制点的高程测定。

第三节 国家控制网的布设

一、布设原则

我国幅员辽阔，在大部分领域（约9 600 OOOkm)上布设国家天文大地网，是一项规模巨大的工程。

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

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。

4、应有统一的规格

由于我国三角锁网的规模巨大，必须有大量的测量单位和作业人员分区同时进行作业，为此，必须由国家制定统一的大地测量法式和作业规范，作为建立全国统一技术规格的控制

二、布设方案

根据国家平面控制网施测时的测绘技术水平，我国决定采取传统的三角网作为水平控制网的基本形式，只是在青藏高原特殊困难的地区布设了一等电磁波测距导线。

1、一等三角锁布设方案

一等三角锁是国家大地控制网的骨干，其主要作用是控制二等以下各级三角测量，并为地球科学研究提供资料。

一等三角锁尽可能沿经纬线方向布设成纵横交叉的网状图形。在一等锁交叉处设置起算边，以获得精确的起算边长。

一等锁在起算边两端点上精密测定了天文经纬度和天文方位角，作为起算方位角，用来控制锁、网中方位角误差的积累

2、二等三角锁、网布设方案

二等三角网是在一等锁控制下布设的，它是国家三角网的全面基础，同时又是地形测图的基本控制。因此，必须兼顾精度和密度两个方面的要求。

在一等三角锁和二等基本锁控制下，布设平均边长约为13km的二等补充网。按三角形闭合差计算所得的测角中误差小于士2.5“。

为了控制边长和角度误差的积累，以保证二等网的精度，在二等网中央处测定了起算边及其两端点的天文经纬度和方位角，测定的精度与一等点相同

3、三、四等三角网布设方案 三、四等三角网是在一、二等网控制下布设的，是为了加密控制点，以满足测图和工程建设的需要。

三、四等点以高等级三角点为基础，尽可能采用插网方法布设，但也采用了插点方法布设，或越级布网。即在二等网内直接插人四等全面网，而不经过三等网的加密。三等网的平均边长为8km，四等网的边长在2～6km范围内变通。由三角形闭合差计算所得的测角中误差，三等为士1.8”，四等为士2.5"。

4、GPS网

1）国家GPS A级网 2）国家GPS B级网 3）全国GPS一、二级网

三、国家高程控制网

高程控制网主要用水准测量和三角高程测量方法建立。（1）用水准测量方法建立的高程控制网称为水准网。高程控制网可以一次全面布网，也可以分级布设。各等级水准测量都可作为测区的首级高程控制。（2）三角高程测量是根据两点间的竖直角和水平距离计算高差而求出高程的，其精度低于水准测量。

国家高程控制网是用水准测量的方法建立起来的，又称国家水准网，按控制等级和施测精度分为四个等级，一、二等为精密水准测量，三、四等为普通水准测量。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网的进一步加密。目前我国主要采用的是1985国家高程系统。

第四节 工程平面控制网的布设原则和方案

一、布设原则

工测控制网可分为两种：一种是在各项工程建设的规划设计阶段，为测绘大比例尺地形图和房地产管理测量而建立的控制网，叫做测图控制网；另一种是为工程建筑物的施工放样或变形观测等专门用途而建立的控制网，我们称其为专用控制网。建立这两种控制网时亦应遵守下列布网原则。

1、分级布网、逐级控制

对于工测控制网，通常先布设精度要求最高的首级控制网，随后根据测图需要，测区面积的大小再加密若干级较低精度的控制网

2、要有足够的精度

以工测控制网为例，一般要求最低一级控制网（四等网）的点位中误差能满足大比例尺1:500的测图要求。

3、要有足够的密度

不论是工测控制网或专用控制网，都要求在测区内有足够多的控制点。

4、要有统一的规格

为了使不同的工测部门施测的控制网能够互相利用、互相协调，也应制定统一的规范，如现行的《城市测量规范》和《工程测量规范》。

二、布设方案

工测三角网具有如下的特点：

② 各等级三角网平均边长较相应等级的国家网边长显著地缩短； ②三角网的等级较多；

③ 各等级控制网均可作为测区的首级控制；

④三、四等三角网起算边相对中误差，按首级网和加密网分别对待。以上这些特点主要是考虑到工测控制网应满足最大比例尺1:500测图的要求而提出的。

三、专用控制网的布设特点

专用控制网是为工程建筑物的施工放样或变形观测等专门用途而建立的。由于专用控制网的用途非常明确，因此建网时应根据特定的要求进行控制网的技术设计。

第五节 控制测量作业流程

用于工程测量的控制测量，一般作业流程是：

收集本测区的资料----测区踏勘----图上设计---野外实地选点--造标埋石---观测---计算

控制测量的任务是精确确定控制点的空间位置。1）选定控制点的位置

其工作步骤包括收集资料，实地踏勘，图上设计，实地选点，造标、埋石。

2）观测

用精密的仪器和科学的操作方法将控制网中的观测元素精密测定出来。

3）计算

用严密的计算方法将控制点的空间位置计算出来。计算步骤包括归算（将地面观测结果归算至椭球面上）；投影（将椭球面上的归算结果投影到高斯平面上）；平差（在高斯平面上按最小二乘法进行严密平差）。

第二章 控制测量技术设计

第一节 概述

一、技术设计的意义和主要任务

1、技术设计的意义

2、技术设计的主要任务

（1）根据生产任务，结合测区具体情况，拟定最佳控制网布设方案。

（2）确定适宜的精度等级。（3）拟定建网计划

二、技术设计的依据和基本原则

1、技术设计的依据

1）、上级下达任务的文件或合同书 2）有关的法规和技术标准

3）有关测绘产品生产定额、成本定额和装备标准

2、技术设计的基本原则

1）技术设计方案应先考整体，后考局部，顾及发展；要满足用户的要求，重视社会效益和经济效益。

2）要从作业区实际情况出发，考作业单位的实力，挖掘潜力，选择最佳方案。

3）广泛收集、认真分析和充分利用已有的测绘产品及资料 4）极采用适用的新技术、新方法、新工艺。

三、编写技术设计书

1、工程名称及任务概况。

2、作业区自然地理概况。

3、已有资料的利用情况。

4、主要作业方法 和技术规定

5、计划安排和经费预算

6、附件

1）可供利用的已有资料清单 2）附图、附表 3）其他

第二节 技术设计中的几个技术问题

一、控制网优化设计

先提出多种布设方案，测角网、测边网、导线网、边角组合网以及测哪些边、测哪角等，根据网形和合各点的近似坐标，利用计算程序进行精度估算，优选出点位中误差最小、相对点位中误差在重要方向上的分量最小观测工作量最小的方案

二、技术设计的内容和步骤

1、收集和分析资料

（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、控制网图上设计（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

点位离公路、铁路和其他建筑物以及高压电线等应有一定的距离。

三、平面控制测量技术设计布设

1、控制网布设应符合的要求 卫星定位测量控制网的布设，应符合哪些要求？

1）应根据测区的实际情况﹑精度要求﹑卫星状况﹑接收机的类型和数量以及测区已有的测量资料进行综合设计。

2）首级网布设时，宜联测2个以上高级国家控制点或地方坐标系的高级控制点；对控制网内的边长，宜构成大地四边形或中点多边形。

3）控制网应由独立观测边构成一个或若干个闭合环或附合路线：各等级控制网中构成闭合环或附合路线的边数不宜多于6条。

4）各等级控制网中独立基线的观测总数，不宜少于必要观测基线数的1.5倍。5）加密网应根据工程需要，在满足本规范精度要求的前提下可采取比较灵活的布网方式。）对于采用GPS-RTK测图的测区，在控制网的布设中应顾及参考站点的分布及位置。

2、实地选点

导线网控制点点位的选定应符合的要求

1）相邻点之间必须通视，点位能长期保存； 2）便于加密、扩展和寻找；

3）观测视线超越（或旁离）障碍物应在1.3m以上；

4）平面控制点位置应沿路线布设，距路中心的位置宜大于50m且小于300m，同时应便于测角、测距及地形测量和定测放线；

第三节 工程实例

一、任务概述

二、已有资料分析及利用

(1)平面控制资料：测区各地块内均已有D级GPS控制点，该控制点采用XX市统一坐标系（采用1980西安坐标系，中央子午线为116º54′，投影面为-150米），可以直接利用作为本测区的平面起算资料。

(2)高程控制资料：测区内分布有2个四等水准点，作为本测区高程起算资料。

(3)图件资料：测区内有XX市国土资源档案馆提供的1:10000、1:50000地形图，可作为本项目设计、选点、计划用图。

三、作业技术规范及标准

（1）《城市测量规范》CJJ/T8—2011；

（2）《国家三、四等水准测量规范》GB12898-91，国家技术监督局颁发；

（3）《全球定位系统(GPS)测量规范》GB/T 18314—2009；（4）《卫星定位城市测量技术规范》CJJ/T 73—2010；（5）《全球定位系统城市测量技术规范》CJJ73—2010；

（6）《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》CH/T 2009—2010；（7）《1：500、1：1000、1：2000地形图图式》GB/T20257.1-2007；（8）《测绘成果质量检查与验收》GB/T 24356—2009；（9）《数字测绘成果质量检查与验收》GB/T18316-2008中华人民共和国国家标准；

（10）《全球定位系统实时动态测量（RTK）技术规范》CH/T2009-2010；

四、基本技术要求

(1)平面控制系统：采用XX市统一坐标系（采用1980西安坐标系，中央子午线为116º，投影面为-150米）。(2)高程控制系统：釆用1985国家高程基准。(3)成图方式：全野外数字化成图。(4)基本等高距：0.5m

五、平面控制测量

在测区现有的GPS-D、E级控制点的基础上，布设一定密度的5秒和8秒点，同时为满足XX市新兴产业园1:500数字化地形图测绘技术设计

1：500数字化地形测图的需要发展布设图根点。按要求文件及1：500比例尺成图相关技术要求则每平方公里不少于3个5秒，每平方公里不少于13个8秒点，5秒点采用先进的徕卡或拓普康GPS施测；极个别情况采用徕卡或其他型号全站仪测距导线方式施测；8秒点主要以全站仪测距导线施测，其形式可布设成导线网、结点导线或单导线。

1、GPS控制网测量

空值网以GPS形式施测时,其布网应由一个或多个独立观测环构成。GPS控制网由非同步观测边构成多边形闭合环或附合路线,GPS网宜采用边连式布网，不宜采用点连式布网,GPS网中不得出现自由基线。同时GPS控制网与已知控制点联测的点数应不少于3个。

表4-6 GPS方法观测主要技术要求

GPS观测，应在现场填写观测手薄，不得事后补记。观测手薄的内容如下： 点名、接收机名称（型号）、接收机编号、观测者、开机时间、关机时间、时段号、天线高（测前、测后、平均）、日期。

(1)GPS测量技术要求

GPSI级网釆用静态定位测量，GPS网应布设成具有独立检核条件的图形(如三角形、大地四边形、五边形）。GPS网点与高级点的联测不少于3个。起算点外围连线最好要包容覆盖整个控制范围。

GPS控制的点位应满足GPS观测要求，同时顾及后续使用常规仪器进行加密测量的需要，所选的GPSI级点必须保证有两个以上方向的通视。GPSI级点密度以保证发展二级导线为原则。

GPS控制网相邻点间弦长测量中误差规定如下：(2)基线解算

基线解算可以釆用随机软件在微机上进行。野外观测数据必须及时备份，并由专人保管，向甲方提供具备交换数据格式的所有原始基线数据。

1)同步环基线精度要求：坐标分量相对闭合差<9ppm;环线全长相对闭合差<15ppm;2)基线组成异步环的坐标分量闭合差和全长闭合差精度要求：

Wx≤2n δ（2--1）Wy ≤2n δ（2--2）Wz≤2n δ（2--3）Ws= Wx2+Wy2+Wz2 ≤23n δ（2--4）3)复测基线的长度较差，不宜超过下式规定：

ds ≤22δ（2--5）

(3)平差计算

GPS内业数据处理釆用随机软件进行平差计算。当各项要求符合标准后，应以有效观测最长的一个重合点的WGS-84系三维坐标作为起算数据，进行GPS网的无约束平差。

4)无约束平差中，基线向量的改正数绝对值应满足下式要求：

V△x≤3δ（2--6）V△y≤3δ（2--7）V△z≤3δ（2--8）

其中：V＝异步环坐标分量闭合差（mm）； δ＝弦长标准差(mm)；

5)约束平差中，基线向量的改正数与剔除粗差后的无约束平差结果的同名基线相应改正数的较差应符合下式要求：

dV△x≤2δ（2--9）dV△y≤2δ（2--10）dV△z≤2δ（2--11）

GPSI级网应釆用联测了四等水准（或等外水准）的占全网总点数约30%的控制点，作为GPS网高程拟合起算，这些联测的控制点应均匀分布在GPS网的周边和中间。

当城区不利于GPS观测时，可釆用电磁波测距导线加密一级控制点，其主-级电磁波测距导线主要技术要求表。

2、导线平面控制测量(1)导线布设

(2)导线选点注意事项: 1)导线点选在土质坚硬、稳定的地方，以便于保存点的标志和安置仪器。2)导线点选在地势较高，视野开阔的地方，以刞于进行碎部测量或加密以及施工放样。

3)导线各边的长度应按规范规定尽是接近平均边长，且不同导线各边长不应相差过大。导线点的数量要足够，以便控制整修测区。

4)相邻导线间要通视。

5)所选的导线间必须满足超越（或远离）障碍物1.3米以上。

6)路线平面控制点的位置应沿路线布设，距路中心的位置大于50M且小于300M，同时应便于测角、测距、及地形测量和定线放样。

7)在桥梁和隧道处，应考虑桥隧布设控制网的要求，在大型构造物的两侧应分别布设一对平面控制点。

(3)精度分析

设，m1、m2分别为两个独立观测值(或两独立观测值函数)的中误差，则其加权平均值的中误差M为、图根控制测量 一、二级控制点测量采用GPS RTK方式，本项目图根控制测量仍采用GPS RTK方法。

(1)一、二级平面控制测量

平面坐标和高程记录精确至0.001m。天线高量取精确至0.001m。RTK平面控制点测量主要技术要求应符合表4-8规定。

RTK控制点平面坐标测量时，流动站采集卫星观测数据，并通过数据链接收来自基准站的数据，在系统内组成差分观测值进行实时处理，通过坐标转换方法将观测得到的地心坐标转换为指定坐标系中的平面坐标。

1)RTK平面控制点测量流动站的技术要求与操作方法 2）成果数据处理与检查

① RTK控制测量外业采集的数据应及时进行备份和内外业检查。② RTK控制测量外业观测记录采用仪器自带内存卡或测量手簿，（2)图根控制测量 1)网络RTK测量

当图根导线布设成支导线时，支导线的长度不应超过图根导线测量主要技术要求规定长度的1/2，边数不宜多于3条。

(1)图根点选点

图根控制点应选在利于保存、便于使用的地方。(2)图根控制测量可采用测距导线方式进行测量

1)电磁波测距图根导线的主要技术规格按下表执行： 2)图根点相对于起算点的点位中误差不得超过±5cm。

3)导线长度短于上表1/3 时，其绝对闭合差不应大于±0.15m。

4)在房屋密集区作业时，导线的边数可适当增加，但其他技术指标仍按上表执行。5)图根导线一般应为附合导线。但当遇到较大的厂矿、企业、学校，只有一个出入口时，允许采用闭合导线。

6)当受地形条件限制导线无法附合时，可布设不超过四条边的支导线，支导线不得发展新点。

(3)图根控制测量可釆用GPS实时动态（RTK)技术进行观测

在实际工作中某些可能不适宜直接采用RTK方式测定图根点，可以采用在合适区域布设高等级控制点，以高等级控制点为起算点采取图根导线测量的方式布设图根点。

根据图根导线的布设原则，需要布设更高一级的控制点为起算点。现有规范规定，RTK平面控制点按精度划分等级为：一级控制点、二级控制点、三级控制点。根据《城市测量规范》

六、高程控制测量

根据对地形图进行分析的结果，本地区地势起伏不大，因此可以将导线点兼作水准点，即水准网的布设形式同导线网。

(1)水准观测

水准测量所使用的仪器及水准尺，应符合水准仪视准轴与水准管轴的夹角i，DS1型应不超过15″，DS3型不应超过20″。补偿式自动安平水准仪的补偿误差△a对于二等水准不应超过0.2″，三等不应超过0.5″。

水准尺上的米间隔平均长与名义长之差，对于因瓦水准尺，不应超过0.15mm；对于条形码尺，不应超过0.1mm；对于木质双面水准尺，不应超过0.5mm。

两次观测高差较差超限时应重测。重测后对于二等水准应选取两次异乡观测的合格结果，其他等级则应将重测结果与原测结果分别比较，较差不超过限值时，取三次结果的平均数。

(2)精度检核

水准测量应达到足够的精度，测量过程中应进行如下检核：

每完成一条水准路线的测量，需要进行往返高差不符值和每公里高差中数的偶然中误差M的计算（小于100或测段数不足20个的路线，可纳入相邻路线一并计算），其公式为：  七、三角高程测量

电磁波测距三角高程测量，宜在平面控制点的基础上布设成三角高程网或者高程导线。应采用规定的手簿记录并统一编号，手簿中记载项目的原始数据应字迹清晰端正、填写齐全。外业手簿种任何原始记录不得擦该或涂改，更不能转抄复制。划去不用的废站也应注明原因。

垂直角应对向观测，高差计算时，应考虑大气折光差的影响，经各项检核合格后，取对向观测高差中数组成附合高程路线进行平差。

内业计算时，单向观测时的高差根据平距按下列公式计算。

1、控制点数据取位及成果整理(1)控制测量观测值、成果的取位按下列要求进行：水平角、垂直角取至整秒，距离、仪器高、觇标高、成果坐标、四等水准高程成果取位至醒，测距尚程成果取至cm。(2)GPSI级点要求制作点位说明，并制作一份相应的GPS控制点通视图。

(3)地形控制点的成果，按不同的等级整理装订成册。每一册的点号从小到大按顺序排列，以便查找。每一册的首页应附有导线略图。

(4)计算资料中，包括计算说明、仪器检定书、控制展点图、已知点成果表。计算过程中的有关符号应在计算说明中用文字说明。

八、提交的成果

(1)文档部分：技术设计书；技术总结；工作报告；自查报告；验收报告；法定鉴定机构对仪器的检验资料或仪器检验鉴定书；所有观测手薄；所有平差计算资料及精度统计。

(2)成果部分：控制网展点网形图、点之记、平面控制联测图、水准路线图；控制点平面与高程成果表；数字地形块图及分幅图；精度评定资料；块图及分幅图接图表等。

(3)图纸部分：1：500白纸分幅地形图一套。(4)成果资料表中，文字和表格采用word文档或excel格式，图形资料采用DWG文件格式，资料封面加盖作业单位公章，所有资料配有电子光盘四套

第三章 GPS平面控制测量 第一节 GPS概述

全球定位系统(GPS)是20世纪70年代由美国陆海空三军联合研制的新一代空间卫星导航定位系统。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的，是美国独霸全球战略的重要组成。经过20余年的研究实验，耗资300亿美元，到1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

一、GPS系统组成：

GPS全球卫星定位系统由三部分组成：空间部分---GPS星座；地面控制部分---地面监控系统；用户设备部分---GPS 信号接收机。

1、地面控制部分

地面控制部分由一个主控站,5 个全球监测站和3 个地面控制站组成。监测站均配装有精密的铯钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据,包括电离层和气象数据,经过初步处理后,传送到主控站。主控站从各监测站收集跟踪数据,计算出卫星的轨道和时钟参数,然后将结果送到3 个地面控制站。地面控制站在每颗卫星运行至上空时,把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS 卫星每天一次,并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。如果某地面站发生故障,那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间,但导航精度会逐渐降低。

2、空间部分

GPS的空间部分是由24 颗工作卫星组成,它位于距地表20 200km的上空,均匀分布在6 个轨道面上(每个轨道面4 颗),轨道倾角为55°。此外,还有4 颗有源备份卫星在轨运行。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星,并能保持良好定位解算精度的几何图象。这就提供了在时间上连续的全球导航能力。GPS 卫星产生两组电码, 一组称为C/ A 码(Coarse/ Acquisition Code11023MHz);一组称为P 码(Procise Code 10123MHz),P 码因频率较高,不易受干扰,定位精度高,因此受美国军方管制,并设有密码,一般民间无法解读,主要为美国军方服务。C/ A 码人为采取措施而刻意降低精度后,主要开放给民间使用。

3、用户设备部分

用户设备部分即GPS 信号接收机。其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，即可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率,解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。接收机硬件和机内软件以及GPS 数据的后处理软件包构成完整的GPS 用户设备。GPS 接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。接收机一般采用机内和机外两种直流电源。设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。在用机外电源时机内电池自动充电。关机后，机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。

二、GPS系统的特点

1、定位精度高

2、观测时间短

3、测站间无通视

4、可提供三维坐标

5、操作简便

6、全天侯作业

7、功能多、应用广。

三、GPS定位原理

1、伪距的概念和伪距测量

GPS卫星能够按照星载时钟发射结构为‘伪随机噪声码的信号，称为测距码信号(即粗码C／A码或精码P码)。该信号从卫星发射经时间t后，到达接收机天线；卫星至接收机的空间几何距离ρ=C t。

实际上，由于传播时间t中包含有卫星时钟与接收机时钟不同步的误差，测距码在大气中传播的延迟误差等等，因此求得的距离值并非真正的站星几何距离，习惯上称之为“伪距”，用ρ表示，与之相对应的定位方法称为伪距法定位。

伪距测量是在用全球定位系统进行导航和定位时，用卫星发播的伪随机码与接收机复制码的相关技术，测定测站到卫星之间的、含有时钟误差和大气层折射延迟的距离的技术和方法。测得的距离含有时钟误差和大气层折射延迟，而非“真实距离”,故称伪距。它是为实现伪距定位，利用测定的伪距组成以接收机天线相位中心的三维坐标和卫星钟差为未知数的方程组，经最小二乘法解算以获得接收机天线相位中心三维坐标,并将其归化为测站点的三维坐标。由于方程组含有4个未知数，必须有4个以上经伪距测量而获得的伪距。此法既能用于接收机固定在地面测站上的静态定位，又适于接收机置于运动载体上的动态定位。但后者的绝对定位精度较低，只能用于精度要求不高的导航。

2、载波相位测量 1）原理

载波相位测量，又称RTK技术是利用接收机测定载波相位观测值或其差分观测值，经基线向量解算以获得两个同步观测站之间的基线向量坐标差的技术和方法。

2）周跳与整周未知数（1）周跳 如果由于某种原因在两个观测历元之间的某一段时间工作计数器中止了正常的累积工作，从而使整周计数较应有值少了n周，那么当计数器恢复正常工作后，所有的载波相位观测值中的整周计数Int(ψ)便都会含有同一偏差值——较正常值少n周。这种整周计数Int(ψ)出现系统偏差而不足一周的部分Fr(ψ)仍然保持正确的现象称为整周跳变，简称周跳。

（2）周跳的探测与修复（3）整周未知数

3、相对定位

在多个测站上进行同步观测以测定测站之间相对位置的卫星定位。是为确定测站点之间的三维或二维坐标差,采用载波相位测量可实现高精度的相对定位

4、单点定位

单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。也称为“绝对定位”。

5、精密单点定位

精密单点定位是利用GPS精密星历和精密钟差文件，以无电离层影响的载波相位和伪距组合观测值为观测资料，对测站的位置、接收机钟差、对流层天顶延迟以及组合后的相位模糊度等参数进行估计

第二节 GPS控制网的布设

一、GPS控制网的布设的综述

一个完整的技术设计，主要应包含如下内容：

1、项目来源

介绍项目的来源、性质。即项目由何单位、部门下达、发包，属于何种性质的项目等。

2、测区概况

介绍测区的地理位置、气候、人文、经济发展状况、交通条件、通讯条件等。这可为今后工程施测工作的开展提供必要的信息。如在施测时作业时间、交通工具的安排，电力设备使用，通讯设备的使用等。

3、工程概况

介绍工程的目的、作用、要求、GPS网等级（精度）、完成时间、有无特殊要求等在进行技术设计、实际作业和数据处理中所必须要了解的信息。

4、技术依据

介绍工程所依据的测量规范、工程规范、行业标准及相关的技术要求等。

5、现有测绘成果

介绍测区内及与测区相关地区的现有测绘成果的情况。如已知点、测区地形图等。

6、施测方案

介绍测量采用的仪器设备的种类、采取的布网方法等。

7、作业要求

规定选点埋石要求、外业观测时的具体操作规程、技术要求等，包括仪器参数的设置（如采样率、截止高度角等）、对中精度、整平精度、天线高的量测方法及精度要求等。

8、观测质量控制

介绍外业观测的质量要求，包括质量控制方法及各项限差要求等。如数据删除率、RMS值、RATIO值、同步环闭合差、异步环闭合差、相邻点相对中误差、点位中误差等。

9、数据处理方案

详细的数据处理方案，包括基线解算和网平差处理所采用的软件和处理方法等内容。

对于基线解算的数据处理方案，应包含如下内容：基线解算软件、参与解算的观测值、解算时所使用的卫星星历类型等。

对于网平差的数据处理方案，应包含如下内容：网平差处理软件、网平差类型、网平差时的坐标系、基准及投影、起算数据的选取等。

10、提交成果要求

规定提交成果的类型及形式；若国家技术质量监督总局或行业发布新的技术设计规定，应据之编写。

二、GPS控制网对精度和密度的要求

GPS网的精度指标，通常是以网中相邻点之间的距离误差来表示的，其具体形式为：

其中，：网中相邻点间的距离中误差(mm)；

：固定误差(mm)；

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。

三、GPS控制网的布网形式

GPS控制网常用的布网形式有跟踪站式、战式、多基准站式、同步图形扩展式、单基准站式。

1、跟踪站式 1）布网形式

若干台接收机长期固定安放在测站上，进行常年、不间断的观测，即一年观测365天，一天观测24小时，这种观测方式很象是跟踪站，因此，这种布网形式被称为跟踪站式。

2）特点

接收机在各个测站上进行了不间断的连续观测，观测时间长、数据量大，而且在处理采用这种方式所采集的数据时，一般采用精密星历，因此，采用此种形式布设的GPS网具有很高的精度和框架基准特性

2、会战式 1）布网形式

在布设GPS网时，一次组织多台GPS接收机，集中在一段不太长的时间内，共同作业。在作业时，所有接收机在若干天的时间里分别在同一批点上进行多天、长时段的同步观测，在完成一批点的测量后，所有接收机又都迁移到另外一批点上进行相同方式的观测，直至所有的点观测完毕，这就是所谓的会战式的布网。

2）特点

所布设的GPS网，因为各基线均进行过较长时间、多时段的观测，因而具有特高的尺度精度。此种布网方式一般用于布设A、B级网。

3、多基准站式 1）布网形式 若干台接收机在一段时间里长期固定在某几个点上进行长时间的观测，这些测站称为基准站，在基准站进行观测的同时，另外一些接收机则在这些基准站周围相互之间进行同步观测。（见图10-6）

2）特点

所布设的GPS网，由于在各个基准站之间进行了长时间的观测，因此，可以获得较高精度的定位结果，这些高精度的基线向量可以作为整个GPS网的骨架，具较强的图形结构。

4、同步图形扩展式 1）布网形式

多台接收机在不同测站上进行同步观测，在完成一个时段的同步观测后，又迁移到其它的测站上进行同步观测，每次同步观测都可以形成一个同步图形，在测量过程中，不同的同步图形间一般有若干个公共点相连，整个GPS网由这些同步图形构成。

2）特点

具有扩展速度快，图形强度较高，且作业方法简单的优点。同步图形扩展式是布设GPS网时最常用的一种布网形式。

5、单基准站式 1）布网形式

又称作星形网方式，它是以一台接收机作为基准站，在某个测站上连续开机观测，其余的接收机在此基准站观测期间，在其周围流动，每到一点就进行观测，流动的接收机之间一般不要求同步，这样，流动的接收机每观测一个时段，就与基准站间测得一条同步观测基线，所有这样测得的同步基线就形成了一个以基准站为中心的星形。流动的接收机有时也称为流动站。

2）特点

单基准站式的布网方式的效率很高，但是由于各流动站一般只与基准站之间有同步观测基线，故图形强度很弱，为提高图形强度，一般需要每个测站至少进行两次观测。

四、GPS控制网布设原则

1、选点

（1）为保证对卫星的连续跟踪观测和卫星信号的质量，要求测站上空应尽可能的开阔，在10°~15°高度角以上不能有成片的障碍物。

（2）为减少各种电磁波对GPS卫星信号的干扰，在测站周围约200m的范围内不能有强电磁波干扰源，如大功率无线电发射设施、高压输电线等。

（3）为避免或减少多路径效应的发生，测站应远离对电磁波信号反射强烈的地形、地物，如高层建筑、成片水域等。

（4）为便于观测作业和今后的应用，测站应选在交通便利，上点方便的地方。

（5）测站应选择在易于保存的地方。

2、提高GPS控制网可靠性的方法

首先，增加观测期数。这样测得的独立基线数就会增加，可以提高控制网的可靠性精度。

其次，保证一定的重复设站次数。重复设站次数可以确保GPS网的可靠性，原因有二：①通过在同一测站上的多次观测，可有效地发现设站对中、整平、量测天线高等人为错误；②当同一台接收机在同一测站上连续进行多个时段的观察时，各个时段必须重新安置仪器，以更好地消除各种人为操作误差和错误。

再次，保证每个测站独立基线相连在3条以上。3条以上的独立基数相连，可使测站具有较高的可靠性。在布设GPS网时，各个点的可靠性与该点上所连接的基线数直接相关，点上所连接的基线数越多，点的可靠性则越高。

最后，在布网时要使网中所有异步环的边数不大于6条。在布设GPS网时，随着组成异步环的基线向量数的增加，其检验质量的能力将逐渐下降。

3、提高GPS网精度的方法

首先，保证GPS网中各相邻点的相对精度。在全面网之上布设框架网，以框架网作为整个GPS网的骨架；制定一个子区和子环路的实测方案。其次，引入高精度激光测距边。在布设GPS网

时，作为观测值与GPS观测值(基线向量)一同进行联合平差，或将它们作为起算边长。最后，采用高程拟合的方法测定网中各点的正常高／正高。水准点的数量尽可能多，在网中均匀分布，网中的四周将整个网包含在其中

4、布设GPS网时起算点的选取与分布

首先，科学确定起算点的数量。一般来说，若要求所布设的GPS网的成果与旧成果吻合，则起算点数量越多越好；若没有这样的要求，则一般可选3~5个起算点。这样，既可以保证新老坐标成果的一致性，也可以保持GPS网的原有精度。其次，合理确定起算点的位置。起算点的位置与精度直接相关，为保证整网的点位精度均匀，起算点一般应均匀地分布在GPS网的周围，要避免分布在网中一侧。

5、布设GPS网时起算边长的选取与分布

在布设GPS网时，可以采用高精度激光测距边作为起算边长，激光测距边的数量可在3~5条左右，可设置在GPS网中的任意位置。但激光测距边两端点的高差不应过分悬殊。

6、布设GPS网时起算方位的选取与分布

在布设GPS网时，可以引入起算方位，但起算方位不宜太多，起算方位可布设在GPS网中的任意位置。

五、布设GPS控制网的设计指标

1、效率指标

在进行GPS网的设计时，应采用效率指标来衡量设计方案的效率，以及在采用布网方案作业中所需要的时间、消耗等问题。

2、高精度指标

GPS控制网的高精度性是工程测量的基石，也是其最明显的优势之一。在布设时，要做到高精度性原则：先确定GPS网的网形，再根据GPS网的网形，得到GPS网的设计矩阵B，从而得到GPS网的协因数阵Q=(BTPB)，由此做到GPS控制网的高精度性原则。

3、可靠性指标

可靠性是GPS控制网布设的重要原则之一。在进行实际GPS网的设计时，一般采用一种反映GPS网可靠性的数量指建设项目中一项非常重要的技术进步。与传统控制测量方法相比，GPS技术具有点位精度高、观测时间短、操作简便、可全球全天候作业等优点，但并不等于GPS控制网就无需像传统控制测量方法那样进行控制网的优化设计。

GPS网优化设计是实施GPS测量的基础性工作，在网的精确性、可靠性和经济性等方面,寻求设计的最佳方案。

1GPS控制网的特点

（1）网形与卫星空间分布的几何图形相关。GPS控制网的精 度与网中的点所构成的几何图形没有关系，与观测权相关程度不大，与边和边所构成的角度无关，主要取决于网中个点发出基线的数目及基线的权阵。

（2）具有非层次结构性。根据采用仪器类型和作业模式不同，得到不同精度的观测值，这与经典控制网的“逐级控制”、“分

级施测”

没有关系，GPS网可用相同精度一次扩展达到所需的密度设计要求。

（3）没有误差积累且分布均匀。误差积累是经典控制网存在特性之一，而GPS网则没有误差的积累，而且误差分布比较均匀，各边的方位和边长的相对精度基本是相同的。

（4）简单易行的必要基准条件。GPS网的观测数据(基线向量)中包含了尺度和方位信息，理论上只需要一个已知点的坐标即可确定GPS网的平移。GPS控制网布设应坚持的原则 2.1 效率优先原则

在进行GPS网的设计时，应采用效率指标来衡量设计方案的效率，以及在采用布网方案作业中所需要的时间、消耗等问题。2.2高精度性原则

GPS控制网的高精度性是工程测量的基石，也是其最明显的优势之一。在布设时，要做到高精度性原则：先确定GPS网的网形，再根据GPS网的网形，得到GPS网的设计矩阵B，从而得到GPS网的协因数阵Q=(BTPB)，由此做到GPS控制网的高精度性原则。

2.3可靠性原则

可靠性原则是GPS控制网布设的重要原则之一。在进行实际GPS网的设计时，一般采用一种反映GPS网可靠性的数量指标，结合各项精度指标，以达到改善网的质量的目的。

第三节 GPS控制测量数据采集

一、GPS外业观测的作业方式

在设计GPS控制网时,因GPS同步观测不要求通视,所以,其图形设计具有较大的灵活性。GPS控制网的图形设计主要取决于用户的要求、经费、时间、人力以及所投入接收机的类型、数量和后勤保障条件等。GPS控制网布设通常有以下几种方法。

1、点连式点连式是指相邻图形之间仅有一个公共点连接(图1)。以这种方式布点所构成的图形几何强度弱,一般不单独使用。

2、边连式

边连式是指同步图形之间由一条公共基线连接

(图2)。这种布网方案,网的几何强度较高,具有较多的复测边和非同步图形闭合条件,具有良好的自检能力,经平差后,网中相邻点间基线向量的精度均匀。缺点是观测工作量大。

3、网连式

（1）观测作业方式 在作业时，相邻的同步图形间有3个（含3个）以上的公共点相连。这样，当有台仪器共同作业时，每观测一个时段，就可以测得个新点，当这些仪器观测了个时段后，就可以测得个点。

（2）特点

所测设的GPS网具有很强的图形强度，但网连式观测作业方式的作业效率很低。

4、混连式

（1）观测作业方式

在实际的GPS作业中，一般并不是单独采用上面所介绍的某一种观测作业模式，而是根据具体情况，有选择地灵活采用这几种方式作业，这样一种种观测作业方式就是所谓的混连式。

（2）特点

实际作业中最常用的作业方式，它实际上是点连式、边连式和网连式的一个结合体。

二、外业GPS调度与观测记录

1、调度计划

为保证GPS外业观测作业的顺利进行，保障精度，提高效率，在进行GPS外业观测之前，就编制好调度计划。

（1）GPS卫星可见性预报图表 GPS定位的精度与卫星的几何分布密切相关。从GPS可见性预报图表中可以了解卫星的分布状况。

1）星历预报表 2）星历预报图形)连

2、外业调度

按照技术设计与实地踏勘所得结果，对需测GPS点分布的情况，交通路线等因素加以综合考虑，顾及星历预报，制定合理的外业调度计划。根据测量规范，确定观测段数及每时段观测时间，在保证结果精度的基础上，尽量提高作业效率。

3、观测作业

目前接收机的自动化程度较高，操作人员只需作好以下工作即可： 1）各测站的观测员应按计划规定的时间作业，确保同步观测。2）确保接收机存储器（目前常用CF卡）有足够存储空间。3）开始观测后，正确输入高度角，天线高及天线高量取方式。4）观测过程中应注意查看测站信息、接收到的卫星数量、卫星号、各通道信噪比、相位测量残差、实时定位的结果及其变化和存储介质记录等情况。一般来讲，主要注意DOP值的变化，如DOP值偏高（GDOP一般不应高于6），应及时与其他测站观测员取得联系，适当延长观测时间。

5）同一观测时段中，接收机不得关闭或重启；将每测段信息如实记录在GPS测量手簿上。6）进行长距离高等级GPS测量时，要将气象元素，空气湿度等如实记录，每隔一小时或两小时记录一次。

三、GPS定位中的误差源

GPS定位中出现的各种误差从误差源来讲大体可分为下列三类：

1、卫星有关的误差（1）卫星星历误差

由卫星星历所给出的卫星位置与卫星的实际位置之差称为卫星星历误差。星历误差的大小主要取决于卫星定轨系统的质量，如定轨站的数量及其地理分布，观测值的数量及精度，定轨时所有的数学力学模型和定轨软件的完善程度等。此外与星历的外推时间间隔（实测星历的外推时间间隔可视为零）也有直接关系。

（2）卫星钟的钟误差

卫星上虽然使用了高精度的原子钟，但它们也不可避免地存在误差，这种误差既包含着系统性的误差（如钟差、钟速、频漂等偏差），也包含着随机误差。系统误差远较随机误差的值大，而且可以通过检验和比对来确定并通过模型来加以改正；而随机误差只能通过钟的稳定度来描述其统计特性，无法确定其符号和大小。

2、与信号传播有关的误差

与GPS信号传播有关的误差主要是大气折射误差和多路径效应。（1）电离层延迟 电离层（含平流层）是高度在先60～1000km间的大气层。在太阳紫外线X射线、射线和高能粒子的作用下，该区域内的气体分子和原子将产生电离，形成自由电子和正离子。带电粒子的存在将影响无线电信号的传播，使传播速度发生变化，传播路径产生弯曲，从而使信号传播时间 t 与真空中光速c的乘积不等于卫星至接收机的几何距离，产生所谓的电离层延迟。

（2）对流层延迟

对流层是高度在50km以下的大气层。整个大气中的绝大部分质量集中在对流层中。GPS卫星信号在对流层中的传播速度V=c/n。以为真空中的光速，n为大气折射率，其值取决于气温、气压和相对湿度等因子。此外，信号的传播路径也会产生弯曲。由于上述原因使距离测量值产生的系统性偏差称为对流层延迟。对流层对测距码伪距和载波相位观测值的影响是相同的。

（3）多路径误差

多路径误差:经某些物体表面反射后到达接收机的信号如果与直接来自卫星的信号叠加干扰后进入接收机，就将使测量值产生系统误差。

多路径误差对测距码伪距观测值的影响要比对载波相位观测值的影响大得多。多路径误差取决于测站周围的环境、接收机的性能以及观测时间的长短。

3、与接收机有关的误差（1）接收机的钟误差（2）接收机的位置误差（3）接收机的测量噪声

4、相对论效应（1）狭义相对论

由于卫星钟被安置在高速运动的卫星中，按照狭义相对论的观点会产生时间膨胀的现象，对GPS卫星钟的影响。

（2）广义相对论

原理：由广义相对论可知，若卫星所处的重力位为，地面测站处的重力位为，那么同一台钟放在卫星上和放在地面上时钟频率将相差：

5、其它因素

GPS控制部分人为或计算机造成的影响；

由于GPS控制部分的问题或用户在进行数据处理时引入的误差等； 数据处理软件的算法不完善对定位结果的影响。第四节 GPS控制网数据处理

一、基线解算

1、观测值的处理

GPS基线向量表示了各测站间的一种位置关系，即测站与测站间的坐标增量。GPS基线向量与常规测量中的基线是有区别的，常规测量中的基线只有长度属性，而GPS基线向量则具有长度、水平方位和垂直方位等三项属性。GPS基线向量是GPS同步观测的直接结果，也是进行GPS网平差，获取最终点位的观测值。

若在某一历元中，对k颗卫星数进行了同步观测，则可以得到k-1个双差观测值；若在整个同步观测时段内同步观测卫星的总数为l则整周未知数的数量为l-1。

在进行基线解算时，电离层延迟和对流层延迟一般并不作为未知参数，而是通过模型改正或差分处理等方法将它们消除。因此，基线解算时一般只有两类参数，一类是测站的坐标参数，数量为3；另一类是整周未知数参数（m为同步观测的卫星数），数量为。

2、基线解算

基线解算的过程实际上主要是一个平差的过程，平差所采用的观测值主要是双差观测值。在基线解算时，平差要分三个阶段进行，第一阶段进行初始平差，解算出整周未知数参数的和基线向量的实数解（浮动解）；在第二阶段，将整周未知数固定成整数；在第三阶段，将确定了的整周未知数作为已知值，仅将待定的测站坐标作为未知参数，再次进行平差解算，解求出基线向量的最终解-整数解（固定解）。

（1）初始平差

根据双差观测值的观测方程（需要进行线性化），组成误差方程后，然后组成法方程后，求解待定的未知参数其精度信息，通过初始平差，所解算出的整周未知数参数本应为整数，但由于观测值误差、随机模型和函数模型不完善等原因，使得其结果为实数，因此，此时与实数的整周未知数参数对应的基线解被称作基线向量的实数解或浮动解。

（2）整周未知数的确定（3）确定基线向量的固定解

当确定了整周未知数的整数值后，与之相对应的基线向量就是基线向量的整数解。

二、基线解算的分类

1、单基线解算（1）定义

当有台GPS接收机进行了一个时段的同步观测后，每两台接收机之间就可以形成一条基线向量，共有条同步观测基线，其中可以选出相互独立的条同步观测基线，至于这条独立基线如何选取，只要保证所选的条独立基线不构成闭合环就可以了。这也是说，凡是构成了闭合环的同步基线是函数相关的，同步观测所获得的独立基线虽然不具有函数相关的特性，但它们却是误差相关的，实际上所有的同步观测基线间都是误差相关的。所谓单基线解算，就是在基线解算时不顾及同步观测基线间的误差相关性，对每条基线单独进行解算。

（2）特点

单基线解算的算法简单，但由于其解算结果无法反映同步基线间的误差相关的特性，不利于后面的网平差处理，一般只用在较低级别GPS网的测量中。

2、多基线解算（1）定义

与单基线解算不同的是，多基线解算顾及了同步观测基线间的误差相关性，在基线解算时对所有同步观测的独立基线一并解算。

（2）特点

多基线解由于在基线解算时顾及了同步观测基线间的误差相关特性，因此，在理论上是严密的。

三、基线解算的质量控制

1、质量控制指标

2、数据删除率

在基线解算时，如果观测值的改正数大于某一个阈值时，则认为该观测值含有粗差，则需要将其删除。被删除观测值的数量与观测值的总数的比值，就是所谓的数据删除率。

数据删除率从某一方面反映出了GPS原始观测值的质量。数据删除率越高，说明观测值的质量越差。

3、RATIO值

4、RDOP

5、RMS

6、同步环闭合差

7、异步环闭合差

8、重复基线较差

四、GPS基线向量网平差

1、网平差的分类

GPS网平差的类型有多种，根据平差所进行的坐标空间，可将GPS网平差分为三维平差和二维平差，根据平差时所采用的观测值和起算数据的数量和类型，可将平差分为无约束平差、约束平差和联合平差等。

（1）三维平差与二维平差

三维平差：平差在三维空间坐标系中进行，观测值为三维空间中的观测值，解算出的结果为点的三维空间坐标。GPS网的三维平差，一般在三维空间直角坐标系或三维空间大地坐标系下进行。

二维平差：平差在二维平面坐标系下进行，观测值为二维观测值，解算出的结果为点的二维平面坐标。二维平差一般适合于小范围GPS网的平差。

（2）无约束平差、约束平差和联合平差

无约束平差：在平差时不引入会造成GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。常见的GPS网的无约束平差，一般是在平差时没有起算数据或没有多余的起算数据。

约束平差：平差时所采用的观测值完全是GPS观测值（即GPS基线向量），而且，在平差时引入了使得GPS网产生由非观测量所引起的变形的外部起算数据。

联合平差：平差时所采用的观测值除了GPS观测值以外，还采用了地面常规观测值，这些地面常规观测值包括边长、方向、角度等观测值等。

2、平差过程

（1）取基线向量，构建GPS基线向量网（2）三维无约束平差

在构成了GPS基线向量网后，需要进行GPS网的三维无约束平差，通过无约束平差主要达到以下几个目的：

约束平差的具体步骤是：

1）指定进行平差的基准和坐标系统。2）指定起算数据。3）检验约束条件的质量。4）进行平差解算。

3、质量分析与控制

五、GPS数据处理过程 GPS基线解算的过程是：

1、原始观测数据的读入

2、外业输入数据的检查与修改

3、基线解算的控制参数

4、基线解算

5、基线质量的检验

6、平差

进行精度评定，得到各测站平差后坐标。

7、成果转化

根据实际生产需要，转化为当地坐标，一般商用软件均有该功能。

8、结束

第四章平面控制测量

第一节

精密测角测量

一、精密电子测角仪器的基本原理

1、编码度盘测角原理 1)编码度盘测角原理(绝对法)编码度盘类似于普通光学度盘的玻璃码盘，在此平面上分着若干宽度相同的同心圆环，而每一圆环又被刻制成若干等长的透光和不透光区，这种圆环称为编码度盘的“码道”。每条码道代表一个二进制的数位，有里到外，位数由高到低。在码道数目一定的条件下，整个编码盘可以分成数目一定，面积相等的扇形区，称为编码盘码区。处于同一码区内的各码道的透光区与不透光区的排列，构成编码盘的一个编码,这一码区所显示的角度范围，称为编码度盘的角度分辨率。为了读取各码区的编码数，需要编码度盘的码道一测设置光源，而在对应的码盘另一侧设置光电探测器，每一检测器对应一个光源。码盘上的发光二极管和码盘下的光敏二极管组成测角的读定标志，把码盘的透光和不透光，由光电二极管转换成电信号，以透光表示“1”，不透光表示“0”，这样码盘上每一格就对应一个二进制数，经过译码即成十进制数，从而能显示一个度盘上读出的方位或角度数值。因此，编码度盘的测角方式为绝对法测角。

2)光栅度盘测角原理(增量法)光栅就是具有刻制成许多宽度和间隔都相等的直线条纹的光学器件，即它是由许多等间隔的透光的缝隙和不透光的刻画线所组成。光通过光栅时会产生光的衍射效应。用于透射衍射的光栅称为透射光栅，用于反射光衍射的光栅称为反射光栅。光栅有两个基本参数，一是毫米长度范围内的条纹数，称为条纹密度:二是相邻条纹之间的距离，称为间距。根据测量对象不同，有长度测量用的光栅刻在一直尺上称为直线光栅。另一种是用于角度测量的光栅，是在度盘径向按等角距离刻制的辐射状的径向光栅。

3）动态测角原理

二、精密测角方法

1、方向观测法的观测程序

如图，若测站上有5个待测方向：A、B、C、D、E，选择其中的一个方向（如A）作为起始方向（亦称零方向），在盘左位置，从起始方向A开始，按顺时针方向依次照准A、B、C、D、E，并读取度盘读数，称为上半测回；然后纵转望远镜，在盘右位置按逆时针方向旋转照准部，从最后一个方向E开始，依次照准E、D、C、B、A并读数，称为下半测回。上下半测回合为一测回。这种观测方法就叫做方向观测法（又叫方向法）。

如果在上半测回照准最后一个方向E之后继续按顺时针方向旋转照准部，重新照准零方向A并读数；下半测回也从零方向A开始，依次照准A、E、D、C、B、A，并进行读数。这样，在每半测回中，都从零方向开始照准部旋转一整周，再闭合到零方向上的操作，就叫“归零”。通常把这种“归零”的方向观测法称为全圆方向法。习惯上把方向观测法和全圆方向法统称为方向观测法或方向法。当观测方向多于3个时，采用全圆方向法。

“归零”的作用是：当应观测的方向较多时，半测回的观测时间也较长，这样在半测回中很难保持仪器底座及仪器本身不发生变动。由于“归零”，便可以从零方向的两次方向值之差（即归零差）的大小，判明这种变动对观测精度影响的程度以及观测结果是否可以采用。

采用方向观测法时，选择理想的方向作为零方向是最重要的。如果零方向选择的不理想，不仅是观测工作无法顺利进行，而且还会影响方向值的精度。选择的零方向应满足以下的条件：

第一，边长适中。就是说，与本点其他方向比较，其边长既不是太长，又不是最短。

第二，成像清晰，目标背景最好是天空。若本点所有目标的背景均不是天空时，可选择背景为远山的目标作为零方向。另外，零方向的相位差影响要小。

第三，视线超越或旁离障碍物较远，不易受水平折光影响，视线最好从觇标的两橹柱中

间通过。

有些方向虽能满足上述要求，但经常处在云雾中，也不宜选作零方向。

2、方向观测法的要求 1）观测度盘表 2）一测回操作程序

（1）照准零方向标的，按观测度盘表配置测微盘和度盘。

（2）按顺时针方向旋转照准部1～2周后，精确照准零方向标的，读取水平度盘和测微盘读数（重合对径分划线两次，读取水平度盘读数一次，读取测微盘读数两次）。

（3）顺时针方向旋转照准部，精确照准2方向标的，按（2）款方法进行读数，继续按顺时针方向旋转照准部，依次精确照准3，4，„，n方向标的并读数，最后闭合至零方向(当观测的方向数小于3时，可以不“归零”)。

（4）纵转望远镜，按逆时针方向旋转照准部1~2周后，依次精确照准1，n，„3，2，1方向标的，并按（2）款读数方法进行读数。

3）观测手簿的记录与计算

3、方向观测法的规则

（1）一测回中不得变动望远镜焦距。观测前要认真调整望远镜焦距，消除视差，一测回中不得变动焦距。转动望远镜时，不要握住调焦环，以免碰动焦距。

（2）在各测回中，应将起始方向的读数均匀分配在度盘和测微盘上。这是为了消除或减弱度盘、测微盘分划误差的影响。

（3）上、下半测回间纵转望远镜，使一测回的观测在盘左和盘右进行。

一般上半测回在盘左位置进行，下半测回在盘右位置进行。作用在于消除视准轴误差及水平轴倾斜误差的影响，并可获得二倍照准差的数值，借以判断观测质量。

（4）下半测回与上半测回照准目标的顺序相反，并保持对每一观测目标的操作时间大致相等。

其作用在于减弱觇标内架或脚架扭转的影响以及视准轴随时间、温度变化的影响等，就是说，在一测回观测中要连续均匀，不要由于某一目标成像不佳或其他原因而停留过久，在高标上观测更应注意此问题。

（5）半测回中照准部的旋转方向应保持不变。这样可以减弱度盘带动和空隙带

第二篇：控制测量简报

勘测规划院完成呼兰区、木兰县高标准基本

农田整治项目控制测量工作

今年6月，按照市局安排，我院承担了呼兰区和木兰县高标准基本农田整治项目工作，院领导十分重视，召开专题会议布置，制定工作计划，认真抓好落实，经过测量人员两个多月的努力，目前已完成该项目的控制测量工作。此项目为我市重点项目，总规划用地365平方公里，涉及哈市2个区、6个乡镇，总投资达亿元。为及时完成任务，我院派3个作业组驻外作业。

测量人员克服高温多雨等困难每天肩扛仪器室外徒步作业长达9个小时，经常不吃午饭，晚上还要及时将采集信息进行计算汇总。由于项目区内地势多变，水平落差不一，增加了工作量。本次测量共埋设平面控制点150个，三等水准测量140公里，四等水准测量400公里，现状补测补绘150平方公里及道路、沟渠综合断面测量200公里。此次控制测量任务的完成，为下一步规划设计工作提供有力的数据支撑。

第三篇：隧道控制测量

浅 谈 隧 道 控 制 测 量

摘要：在隧道施工中，采用两个和多个同向的掘进工作面分段掘进隧道，使其按设计要求在预定地点彼此接通。为实施贯通而进行的有关测量工作，称之为贯通测量。贯通测量设计大多数的隧道测量内容，由于各项测量工作中都存在误差，从而使贯通长生偏差。因此在隧道测量中为了保证贯通误差的设计要求，这就要求在隧道有关测量中要尽量的避免或减少误差，控制的方法有精确测量还有一定的测量方法和技巧。

关键词：贯通测量，控制，控制测量，导线布设，高程测量，超欠挖，路线定线

1.1隧道施工测量的内容和作用

随着现代化建设的发展，我国地下隧道工程日益增加。如公路隧道、铁路隧道、水利工程输水隧道、地下铁道、矿山通道等。地下隧道工程施工需要进行的主要测量工作主要包括:(1)地面控制测量：在地面上建立平面和高程控制网；(2)联系测量：将地面上得坐标方向和高程传递到地下，建设地面下统一坐标系统；(3)地下控制测量：包括地下平面与高程控制；(4)隧道施工测量：根据隧道的设计进行放样、指导及衬砌的中线及高程测量。根据工作地点划分，隧道施工测量可以分为地面测量和地下测量两大部分。

1.2 地面控制测量

地面控制测量主要是对施工隧道进行定位、定向和控制，一般根据实际情况不成网状或导线。

1、控制网布设步骤 ①

收集资料

主要包括施工地区的比例尺地形图；隧道所在地段的路线平面图；隧道的纵、横断面图；隧道平面图；隧道施工技术设计；周围以后控制点资料；该地区的水文、气象、地质及交通等方面的资料。

②

现场勘查与交桩

在对收集到的资料进行初步的分析之后，为了进一步判定已有资料的正确性和了解实地情况，需对隧道穿越的地区进行实地勘查。一般沿隧道线路中线，从洞口一端向另一端进行，观察隧道两侧地形，应特别注意洞口路线的走向、地形与施工设施的布设情况。勘查过程中有设计人员向测量人员现场交桩。

③

选点布网

一般直接到现场勘查先点，要注意利用已有控制点，选点时应考虑一下因素：

(1):在隧道的进出口，斜井与平洞等的标桩位置，竖井的附近，曲线的起点、终点及交点等处应选点。（2）：三角网的基线应选在平坦的地方，三角性的边长应大致相等，求距角应不小于30°。（3）：控制点要选在稳定、牢靠的地方，不受施工的影响。（4）：在每个洞口至少有三个控制点，确保洞内导线测量有足够的起始和检测数据。（5）：相邻两点要通视，避免造高标。

三角网的形式一般采用单三角锁，当隧道出口附近有精度可靠的高级三角点时，可考虑布设三角网或三边网。

2、地面导线测量 ① 选点要求

（1）在直线隧道中，为了减少导线距离误差对隧道横向贯通误差的影响，应尽量将导线沿着隧道中线布设，导线点数应尽可能的少，以减少测角误差对横向贯通误差的影响。

（2）对于曲线隧道，应沿曲线的切线方向布设，最好能把曲线的起、终点也作为导线点。这样曲线转折点上的总偏角就可以根据导线测量结果计算出来。

（3）导线点应考虑横洞、斜井、竖井的位置

（4）为了增加校验条件，提高导向测量精度，应尽量布设成闭合导。

3、地面水准测量

水准测量的等级，取决与隧道的长度、隧道地段的地形情况等。水准测量施测，一般可利用路线基平水准点高程作为起始高程，沿水准路线在每个洞口至少应埋设三个水准点。水准路线应构成环，或者布设成两条相互独立的水准路线。

1.3 竖井联系测量

为了使井上、井下采用统一坐标系统所进行的测量工作，称坐联系测量。联系测量的任务在于确定：

①井下导线中一条边的方位角；

②井下导线中一个点的平面坐标x和y； ③井下起始点的高程；

定向分为几何定向和物理定向两大类。

1.4 地下控制测量

1、地下导线测量

地下导线测量的目的是以必要的精度，按照与地面控制测量统一的坐标系统，建立地下的控制系统。根据地下的导线坐标，就可以标定隧道中线及其衬砌位置，保证贯通等施工。地下导线的起始点通常设在隧道的洞口、洞口、斜井口。起始点坐标和方位角有地面控制测量或联系测量确定。

这种在隧道施工过程中所进行的地下导线测量与一般地面导线测量相比较有以下特点：

（1）地下导线随隧道的开挖而向前延伸，所以只能逐段布设支导线。而支导线采用重复观测的方法进行校核。

（2）导线在地下开挖的坑道内布设，因此其导线形状完全取决于坑道形状，导线点选择余地小。

（3）地下导线是先布设精度较低的施工导线，然后在布设精度较高的基本控制导线。

设地下导线是应考虑贯通是所需要的精度要求，另外还应考虑到导线点的位置，以保证在隧道内以必要的精度放样。在隧道建设中，导线一般采用分级布设。

（1）施工导线：在开挖面向前推进时，用以进行放样且指导开挖的导线测量。施工导线的边长一般为25——50米。

（2）基本控制导线：当掘进长度达100——300米以后，为了检查隧道的方向是否与设计的相符合，并提高导线精度，选择一部分施工导线点布设边长较长，精度较高的基本控制导线。

（3）主要导线：当隧道掘进大于2千米时，可选择一部分基本导线点布设主要导线，主要导线的边长一般可选在150——800米。

在隧道施工中，一般只布设施工导线与基本控制导线。当隧道过长时才考虑布设主要导线。导线点一般设在岩石坚固的地方。隧道的交叉处须设点。考虑到使用方便，便于寻找，导线点的编号尽可能做到简单，那次序排列。

由于地下导线布设成支导线，而且测一个新点后，中间要间断一段时间，所以当导线继续向前测量时，需先进行原点检测。在直线隧道中，检核测量可只进行角度观测，在曲线隧道中还需检核边长，在有条件是尽可能构成闭合导线。

由于地下导线的边长较短，仪器对中误差和目标偏心误差对测角精度影响较大，因此应根据施测导线等级，增加对中次数。

2、地下水准测量

下水准测量以洞口水准点的高程为起始数据，经导入高程传递到地下水准基点，然后有地下水准基点出发，测定隧道内个水准点的高程，作为施工放样依据。

地下水准测量的特点：（1）水准线路与地下导线相同，在隧道贯通之前，地下水准线路均为支线，因而需要往返测。

（2）通常利用地下导线点作为水准点.（3）在隧道施工中，地下水准支线随开挖面的紧张而向前延伸。为满足施工要求，一般可先测设精度较低的临时水准点，其后在测设精度较高的永久水准点。

1.5 施工测量

在隧道施工测量中，对隧道走向的控制极为重要，而控制隧道走向的控制条件就是控制隧道中线，以此来控制隧道的走向。

隧道中线的控制，是根据设计图纸所给的参数来控制的。根据设计图纸所给的设计参数，计算出有关桩号的坐标，准确放样中线里程桩号。在隧道施工中，隧道中线基本控制隧道的开挖的前进方向，再由设计参数控制隧道的开挖轮廓线。

其中现在应用最广泛，最简单的操作方法就是将所给的设计参数和设计路线编写成一个计算程序，根据里程算出坐标称之为正算，根据坐标推算里程称之为反算，再加上高程计算，这样就可以把一条隧道立体的控制。同样，只要把路线中线确定，我们就可以确定任意一点距相对应的同一里程中线的偏移量，从而达到控制隧道走向的目的。在隧道的施工过程中，最主要的就是控制超欠挖、控制路线的走线、控制二衬厚度、隧道的标高。

超欠挖控制：超欠挖控制的核心理念就是开挖半径必须大于等于设计开挖半径，从而给初期支护和二次衬砌留有做够的空间，从而保证初期支护厚度和二次衬砌厚度，最终符合净空设计要求。超欠挖计算就是根据所测点的三维坐标，计算出该点的实际半径，在于设计半径相比较。

路线走向控制：；路线走向控制就是要控制隧道中线的控制，同时也要控制隧道两边墙距中线的距离，从而达到控制路线走向。中线控制主要是利用两坐标点的距离来计算的，计算距离的前提就是计算出这一点同一里程的中线坐标，从而计算出该点与中线的距离，而该点的中线坐标计算就要知道该点的里程，此时应用坐标反算里程得出该点的里程。计算出该点距中线的距离，从而控制隧道两边墙的走向，最终控制隧道走向。

控制而成厚度：控制二衬厚度在整个隧道施工中都是核心，二衬承载者整个隧道的受力，保证隧道的正常通行，所以二衬厚度必须保证，按照设计要求，给二衬提前预留空间，这就要控制好开挖，必能出现欠挖这样才能保证二衬厚度，同样二衬台车定位也要做到准确，而二衬台车定位依据就是隧道中线点，从而对准确放样隧道中线点要求极高。

隧道标高控制：隧道标高控制主要是根据路线设计中线高程，控制隧道标高。通过对路面的标高控制来决定隧道底部的开挖。在四级以上围岩级别带仰拱的开挖，要根据路面高度和仰拱设计高度准确控制仰拱的开挖轮廓线。

隧道是一个三维的立体结构，从而要想控制隧道施工符合设计要求，必须从三维来控制，从而达到设计贯通误差要求。

参考文献

《测量学》 人民交通出版社 《公路与城市道路、桥梁、隧道工程专用

人民交通出版社 》

第四篇：控制网测量报告

徐州港区顺堤河作业区疏港公路二期工程桥梁二标

控制网测量报告

一，概述

徐州州港区顺堤河作业区疏港公路二期工程按一级公路标准建设，设计速度100公里/小时，起点桩号K8+403.5，终点桩号K28+220，全线总长19.817KM。路基宽度26米，路面宽2×11.5米。桥梁设计荷载采用公路-I级。

本标段为新建跨徐济高速大桥，桩号K8+780.9至K9+389.1，上部结构为4×30×5部分预应力混凝土组合箱梁，下部结构采用柱式墩，肋式台，桩基础，主桥全长608米。因本标段测量施工放样及现场控制的需要，本项目部结合现场实际情况进行平面及高程控制测量。在原有控制网的基础上加密控制点，以满足对整个施工过程中的控制测量，本次对已有控制点加密控制点进行联测，通过联测三个已知点（G063,G064，G065），加密测定两个附和导线，同时对两个已知点（G063,G064）进行高程复核测量。因GPS点(G062)损坏，（G060至G061）（G061至G063）不通视，以及（G063）在高速中间分隔带上。加密点(G064-1);（G064-2）;（JX2);(JX-3);整个过程与监理组测量工程师同时参与，平行观测记录与计算。

实测过程如下：对测区现场踏勘，布设导线加密控制点，埋设导线加密控制点。按一级导线控制测量和三等水准控制测量要求对整个施工标段进行联测。

二，作业依据

1．采用基准：

使用平面坐标系为1954北京坐标系，中央子午线119°18′。高程基准为吴淞高程基准。

起算平面控制数据由设计院提供G063,G064,G065。

2.执行规范

《工程测量规范》GB50026-2007,.《城市桥梁施工与质量验收规范》CJJ-2-2008，《公路勘测规范》GTGC-10-2007.3.仪器设备

常州瑞得RTS-862R全站仪1台，全站仪品配套设备一套，苏一光DSZ2水准仪一台，双面尺一对，仪器检定证书见附页。

4．人员配置

马金虎测量工程师工作3年

吴康逸测量员工作3年

欧阳俊勇测量员工作1年

蒋鑫磊测量员工作2年

编制：复核人：项目技术负责人：

第五篇：标高控制测量

标高控制测量

1将业主提供的标高基准点采用往返闭合水准测量引测至施工现场内，作为辅助基准点，并确定其高程，以此基准点做为日后施工时标高的测量依据。2根据本工程的施工需要，引测楼层的水平标高控制点，在施工现场场地内设置0.000基准标高点，做好保护措施，其位置应设置在不影响通视及无沉降的位置上，此基准点定期根据业主方提供的水准基准点复核并加以调整。3地下室结构高程控制，在基坑边寻找一处可垂直传递高程的地方，在托尺上下各架设一台水准仪将托尺上的高程传递至施工面上。

4上部结构施工时，将基准点标高换算成相对标高后，设置柱子上或墙角处，用钢卷尺引测至建筑物施工面，再用水准仪传递至各施工部位。

5水准控制点随结构施工及时跟进设置，来控制建筑物总高度及层高，以避免在施工中出现累计误差。