第三章工程控制網布設的理論與方法

第三章工程控制網布設的理論與方法本章教學內容:§3.1工程控制網的分類和作用§3.2工程控制網的基準和建立方法§3.3工程控制網的質量準則§3.4工程控制網的優化設計§3.5典型工程控制網§3.6控制點的標石與標志§3.7工程控制測量內外業一體化重點:工程控制網的布設、質量準則及優化設計第三章工程控制網布設的理論與方法3.1工程控制網的分類和作用

3.1.1測量控制網的分類全球控制網國家控制網工程控制網第三章工程控制網布設的理論與方法3.1.2工程控制網的分類、作用和建網步驟一、工程控制網的分類

按用途分：測圖控制網施工（測量）控制網安裝（測量）控制網變形監測網

第三章工程控制網布設的理論與方法按網點性質分：

一維網（或稱水準網、高程網）二維網（或稱平面網）三維網

第三章工程控制網布設的理論與方法按網形分：

三角網導線網混合網方格網

第三章工程控制網布設的理論與方法按施測方法劃分：測角網測邊網邊角網GPS網

第三章工程控制網布設的理論與方法按坐標系和基準劃分：附合網（約束網）獨立網經典自由網自由網第三章工程控制網布設的理論與方法按其他標準劃分：首級網加密網特殊網專用網，如隧道控制網、建筑方格網、橋梁控制網等第三章工程控制網布設的理論與方法二、工程控制網的作用

控制全局、提供基準和控制測量誤差積累三、工程控制網的建網步驟

遵循大地測量學的原理，如：要有坐標系和基準要構成網要逐級布設等第三章工程控制網布設的理論與方法3.1.3測圖控制網

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第三章工程控制網布設的理論與方法3.1.4施工控制網網型：

三角、邊角網導線網建筑方格網GPS網GPS網與地面網相結合的混合網第三章工程控制網布設的理論與方法

特點：

1)控制面積：控制的范圍較小，控制點的密度較大，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)坐標系：控制網的坐標系與施工坐標系一致5)投影面：投影面與工程的平均高程面一致6)等級布網：有時分兩級布網，次級網可能比首級網的精度高第三章工程控制網布設的理論與方法3.1.5變形監測網要點：變形監測網由參考點和目標點組成變形監測網的坐標系和基準的選取原則對變形監測網應作同時顧及精度、可靠性、靈敏度以及費用進行監測網的優化設計對變形監測網都要進行重復觀測第三章工程控制網布設的理論與方法3.1.6安裝測量控制網特點：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第三章工程控制網布設的理論與方法3.2工程控制網的基準和建立方法3.2.1工程控制網的基準

1）約束網。具有多余的已知數據。

2）最小約束網（經典自由網）。只有必要的已知數據。

3）無約束網（自由網），無必要的已知數據。

第三章工程控制網布設的理論與方法

表3-1各種工程控制網的基準秩虧和基準參數

第三章工程控制網布設的理論與方法3.2.2工程控制網基準的建立方法

測圖控制網多為約束網，總是選國家或城市坐標系（含平面和高程）下的已知點坐標為其基準。第三章工程控制網布設的理論與方法3.3工程控制網的質量準則

3.3.1精度準則

3.3.2可靠性準則

3.3.3靈敏度準則

3.3.4費用準則第三章工程控制網布設的理論與方法3.3.1精度準則一、總體精度準則二、點位精度和相對點位精度三、未知數函數的精度四、主分量五、準則矩陣第三章工程控制網布設的理論與方法3.3.2可靠性準則定義：控制網發現（或探測）觀測值粗差的能力（稱內部可靠性）和抵抗觀測值粗差對平差結果影響的能力（稱外部可靠性）。作用：可靠性準則可以提供衡量控制網內部觀測值相互控制、檢核的量化數值和可能出現但不能被發現的最大模型誤差值。第三章工程控制網布設的理論與方法提高實現質量的辦法：對網進行第二次獨立觀測（復測）布網時事先考慮用獨立的附加觀測值來控制網的結構（較常用）第三章工程控制網布設的理論與方法內部可靠性

內部可靠性是假設控制網中只有一個觀測值包含粗差，且觀測值粗差主要由某種系統性影響或點的變動所引起的假設情況下導出的。

第三章工程控制網布設的理論與方法

為矩陣主對角線上的元素第三章工程控制網布設的理論與方法

稱為觀測值的多余觀測分量，定義為觀測值的內部可靠性。反映控制網發現觀測值中粗差的能力。愈大，通過統計檢驗，能發現該觀測值中粗差的下界值愈小。第三章工程控制網布設的理論與方法多余觀測分量的特點：1）0≤≤12）觀測值的內部可靠性與其精度成反比。對于一個確定的網和設計方案，觀測值的精度愈高，則其可靠性愈低，愈不可靠；觀測值的精度愈低，愈可靠。3）多余觀測數愈大，網的可靠性愈高，建網費用也愈高；第三章工程控制網布設的理論與方法4）對于獨立網來說，觀測值的內部可靠性是與基準的位置無關的不變量。5）一個好的控制網，觀測值的多余觀測分量應大于0.3。第三章工程控制網布設的理論與方法外部可靠性

未被發現的模型誤差對于點位坐標或其函數的影響具有更大意義。對于觀測值中只含一個粗差的情形，未被發現的粗差對未知數向量的影響可表為

第三章工程控制網布設的理論與方法3.3.3靈敏度準則對變形監測網，定義為在給顯著水平和檢驗功效下，周期平差結果統計檢驗時，能發現位移向量的下界值。靈敏度是一個相對概念，即對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。愈小，靈敏度愈高。第三章工程控制網布設的理論與方法在變形監測網設計中，除考慮精度、可靠性和費用等準則外，要求所布設的網對需要監測的變形向量具有盡可能高的靈敏度。靈敏度實質上是特殊方向上的網點精度的反映，網的靈敏度愈高，所要求的觀測值的精度也愈高。第三章工程控制網布設的理論與方法3.3.4費用準則控制網的費用一般包括用于設計、造標埋石、交通運輸、儀器設備購置、觀測、計算、檢查等各項費用。網的設計有兩個原則：最大原則（費用一定，網的質量最好）最小原則（質量滿足要求，費用最小）建網費用常用觀測值權的函數來度量，如

第三章工程控制網布設的理論與方法即用觀測值的權的總和最小作為費用準則。據統計，網的測量費用于網的計算費用相比，后者不到8％。通過優化設計，增加微不足道的設計計算費用，可顯著降低測量費用。不難理解，精度愈高，觀測值的權愈大，則建網費用愈高；同樣，多余觀測數愈多，網的可靠性提高，也要以增加費用為代價。第三章工程控制網布設的理論與方法第三章工程控制網布設的理論與方法3.4工程控制網的優化設計工程控制網的優化設計分類優化設計的任務工程控制網的優化設計方法模擬法優化設計第三章工程控制網布設的理論與方法3.4.1工程控制網的優化設計分類工程控制網的優化設計一般分為四類，各類設計的含義列于下表：

分類固定參數待定參數含義零類設計(ZOD)一類設計(FOD)二類設計(SOD)三類設計(THOD)A,PP,A,,部分A和P

AP部分A和P基準設計圖形設計觀測精度設計已有網的改進第三章工程控制網布設的理論與方法零類設計(ZOD)為基準設計，一類設計(FOD)為圖形設計，二類設計(SOD)為觀測精度的設計，三類設計(THOD)是對已有網的改進。上述分類只是從概念上去理解，網的設計不一定完全按此思路，常常是幾類設計同步進行。第三章工程控制網布設的理論與方法3.4.2優化設計的任務網的優化設計是一個迭代求解過程,它包括以下內容（參見圖3-2）：—

提出設計任務；—

制定設計方案；—

進行方案評價；—

進行方案優化。第三章工程控制網布設的理論與方法第三章工程控制網布設的理論與方法3.4.3工程控制網的優化設計方法網的優化設計方法有兩種：解析法：通過數學方程用最優化方法求解。模擬法：根據經驗和準則，通過計算比較、修改，得到最優方案。第三章工程控制網布設的理論與方法3.4.3.1解析法優化設計第三章工程控制網布設的理論與方法3.4.3.2模擬法優化設計1.模擬法優化設計過程：設計網形、實地踏勘；定初始方案，模擬觀測值，網平差；觀測修改；再作模擬計算，重復進行，直到滿意。人機交互方式進行。第三章工程控制網布設的理論與方法2.基于可靠性的模擬優化設計法

要點和步驟：1）網的初始方案應對所有可能觀測的邊和方向進行全測，是一個“肥網”或“密網”；2）觀測值之間的精度相差不要太大，邊角間的精度應基本匹配；3）觀測精度應選取儀器所能達到的最高精度，使優化時有降低的余地；第三章工程控制網布設的理論與方法4）模擬初始觀測方案，進行平差計算，對精度、可靠性乃至靈敏度計算結果進行分析：觀測精度是否合理，是否需作調整，基于觀測值內部可靠性指標按從“肥”到“瘦”，從“密”到“疏”的策略進行網的優化設計。

GPS網也可看作是全邊角網，故模擬法優化設計方法同樣可以用于GPS網。第三章工程控制網布設的理論與方法3.5典型工程控制網

第三章工程控制網布設的理論與方法隧道（洞）洞外GPS平面控制網布設示意圖第三章工程控制網布設的理論與方法洞內導線網布設示意圖第三章工程控制網布設的理論與方法某大橋G

P

S首級平面控制網第三章工程控制網布設的理論與方法某大型水利樞紐工程施工控制網

第三章工程控制網布設的理論與方法向家壩施工控制網圖第三章工程控制網布設的理論與方法某拱壩變形監測網

第三章工程控制網布設的理論與方法高能離子加速器安裝測量控制網

第三章工程控制網布設的理論與方法大型正負電子對撞機

地面控制網第三章工程控制網布設的理論與方法3.6控制點的埋石與標志第三章工程控制網布設的理論與方法帶強制對中裝置的觀測墩

第三章工程控制網布設的理論與方法

強制對中裝置第三章工程控制網布設的理論與方法預制混凝土水準標石第三章工程控制網布設的理論與方法平硐巖石水準標石

第三章工程控制網布設的理論與方法深埋雙金屬管水準標

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照準標志

第三章工程控制網布設的理論與方法精密活動覘牌精密固定覘牌照準覘牌第三章工程控制網布設的理論與方法觀測標志

第三章工程控制網布設的理論與方法3.7工程控制測量內外業一體化第三章工程控制網布設的理論與方法3.7.1何謂工程控制測量內外業一體化控制測量內外業一體化是指主要的內外業工作連續一慣地完成。需要考慮現有的儀器軟、硬件功能，計算機的軟、硬件發展，將大地測量學、測量平差、工程測量學以及數學的有關知識綜合在一起，并且對用戶的需求進行分析的基礎上才能研制出一個好的控制測量內外業一體化軟件系統。

第三章工程控制網布設的理論與方法3.7.2工程控制測量內外業一體化系統

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