【正文】 第二章 水平控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì) 一、國(guó)家水平控制網(wǎng)的布設(shè)原則和方案 二、工程水平控制網(wǎng)的布設(shè)原則和方案 三、三角鎖推算元素的精度估算 四、導(dǎo)線網(wǎng)的精度估算 五、任意邊角網(wǎng)的點(diǎn)位誤差概念 六、工程水平控制網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述 七、工程水平控制網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)書的編制 八、選點(diǎn)、造標(biāo)和埋石 本章提要 本章講述平面控制網(wǎng)的布設(shè)，目的是解決平面控制點(diǎn)位置的選擇問(wèn)題。內(nèi)容涉及平面控制網(wǎng)的布設(shè)原則、布設(shè)方案；平面控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)、精度估算；平面控制網(wǎng)的選點(diǎn)、造標(biāo)埋石。 [重點(diǎn) ] 平面控制網(wǎng)的技術(shù)設(shè)計(jì)、精度估 算 一、國(guó)家水平控制網(wǎng)的布設(shè)原則和方案 布設(shè)原則： ? 分級(jí)布網(wǎng)，逐級(jí)控制 ? 應(yīng)有足夠的精度 ? 應(yīng)有足夠的密度 ? 應(yīng)有有統(tǒng)一的規(guī)格 布設(shè)方案 ? 1）一等三角鎖 —— 國(guó)家控制網(wǎng)的基礎(chǔ)和骨干 沿經(jīng)緯線方向布設(shè)成縱橫交叉的網(wǎng)狀圖形；在交叉處設(shè)置起算邊；用拉普拉斯方位角；兩起算邊之間鎖長(zhǎng)約 200km，約由 16~17個(gè)三角形組成，平均邊長(zhǎng)山區(qū)約 25km，平原約 20km；測(cè)角中誤差小于 177。 ″。 ( ) s inAL? ? ?? ? ?2）二等三角鎖（網(wǎng)） —— 國(guó)家三角網(wǎng)的全面基礎(chǔ) —— 地形測(cè)圖的基本控制 布設(shè)方案： 20世紀(jì) 60年代前 ：在一等鎖環(huán)內(nèi)，先沿經(jīng)緯線縱橫交叉布設(shè)二等基本鎖（平均邊長(zhǎng)約 15~20km，測(cè)角中誤差小于177。 ″） ，將一等鎖環(huán)分為大致相等的四個(gè)區(qū)域，然后在這四個(gè)區(qū)域中處再補(bǔ)充布設(shè)二等補(bǔ)充網(wǎng)（平均邊長(zhǎng)約為 13km，測(cè)角中誤差小于 177。 ″）。 20世紀(jì) 60年代后 ：二等網(wǎng)以全面三角網(wǎng)的形式布設(shè)在一等鎖環(huán)內(nèi)，四周與一等鎖銜接。其平均邊長(zhǎng)約為 13km，測(cè)角中誤差小于 177。 ″。 3）三、四等三角網(wǎng) 為了測(cè)圖和各 種工程建設(shè)的需要，在一、二等三角網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用插網(wǎng)和插點(diǎn)的方法布設(shè)。三等網(wǎng)的平均邊長(zhǎng)約為 8 km，測(cè)角中誤差為 177。 ″。四等網(wǎng)的平均邊長(zhǎng)為約為2~6km，測(cè)角中誤差為 177。 ″。 4）國(guó)家三角鎖（網(wǎng)）的布設(shè)規(guī)格及其精度 我國(guó)天文大地網(wǎng)基本情況簡(jiǎn)介： 1）利用常規(guī)測(cè)量技術(shù)建立的國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)： 我國(guó)統(tǒng)一的國(guó)家大地控制網(wǎng)的布設(shè)工作開(kāi)始于 20世紀(jì) 50年代初， 60年代末基本完成，歷時(shí) 20多年。共布設(shè) 一等三角鎖 401條，一等三角點(diǎn) 6182個(gè)，構(gòu)成 121個(gè)一等鎖環(huán)，鎖長(zhǎng) km。一等導(dǎo)線點(diǎn) 312個(gè)，構(gòu)成 10個(gè)導(dǎo)線環(huán)，導(dǎo)線環(huán)總長(zhǎng)約 1萬(wàn) km。 1982年完成了天文大地網(wǎng)整體平差，網(wǎng)中包括一等三角鎖系，二等三角網(wǎng)，部分三等網(wǎng)， 共 48433個(gè)大地控制點(diǎn)， 500條起始邊和近 1000個(gè)正反起始方位角， 311198個(gè)方向觀測(cè)值， 1404條導(dǎo)線測(cè)距觀測(cè)值。 平差結(jié)果表明 ：網(wǎng)中離大地原點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)的點(diǎn)位中誤差為 177。 ，一等方向中誤差為 177。 ″。 采用條件聯(lián)系數(shù)法和附有條件的間接觀測(cè)平差法兩種方案獨(dú)立進(jìn)行平差，兩種方案平差后所得結(jié)果基本一致，坐標(biāo)最大差為 。這充分說(shuō)明我國(guó)天文大地網(wǎng)的精度較高，結(jié)果可靠。 2）利用現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)建立的國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)： 這里的現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)主要是指 GPS，用GPS技術(shù)建立的控制網(wǎng)就叫 GPS網(wǎng)。 GPS網(wǎng)分為 A、 B、 C、 D、 E五個(gè)等級(jí)，其中 A、 B級(jí)網(wǎng)主要是指全球或全國(guó)性的高精度的 GPS網(wǎng)， C、 D、 E級(jí)網(wǎng)則主要指區(qū)域性的 GPS網(wǎng)。 （ 1）全國(guó) GPS A、 B級(jí)網(wǎng)： 1991年國(guó)際大地測(cè)量協(xié)會(huì)（ IAG）決定在 全球范圍內(nèi) 建立一個(gè) IGS（國(guó)際GPS地球動(dòng)力學(xué)服務(wù)）觀測(cè)網(wǎng)，并于 1992年 69月間實(shí)施了第一期會(huì)戰(zhàn)聯(lián)測(cè)，我國(guó)借此機(jī)會(huì)由多家單位合作，在全國(guó)范圍內(nèi)組織了一次盛況空前的“ 中國(guó)‘ 92 GPS會(huì)戰(zhàn) ”， 目的 是在全國(guó)范圍內(nèi)確定精確的地心坐標(biāo)，建立起我國(guó)新一代的地心參考框架及其與國(guó)家坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換參數(shù)；以優(yōu)于 量級(jí)的相對(duì)精度確定站間基線向量，布設(shè)成國(guó)家高精度衛(wèi)星大地網(wǎng)的骨架，并奠定地殼運(yùn)動(dòng)及地球動(dòng)力學(xué)研究的基礎(chǔ)。 作為我國(guó)高精度坐標(biāo)框架的補(bǔ)充以及為滿足國(guó)家建設(shè)的需要，在國(guó)家A級(jí)網(wǎng)的基礎(chǔ)上建立了國(guó)家 B級(jí)網(wǎng)（又稱國(guó)家高精度 GPS網(wǎng)）。布測(cè)工作從 1991年開(kāi)始，經(jīng)過(guò) 5年努力完成外業(yè)工作，內(nèi)業(yè)計(jì)算已基本完成，全網(wǎng)基本均勻布點(diǎn)，覆蓋全國(guó)，共布測(cè) 730個(gè)點(diǎn)左右，總獨(dú)立基線數(shù) 2200多條，平均邊長(zhǎng)在我國(guó)東部地區(qū)為 50km，中部地區(qū)為 100km，西部地區(qū)為150km，經(jīng)整體平差后，點(diǎn)位地心坐標(biāo)精度達(dá) 177。 ， GPS基線邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差可達(dá) 10e8，高程分量相對(duì)中誤差為 10e8。 710? （ 2）全國(guó) GPS一、二級(jí)網(wǎng)： 由軍測(cè)部門建立，主要為軍事服務(wù)。 （ 3）中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)： “中國(guó)地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò) (CRUSTAL MOVEMENT OBSERVATION NETWORK OF CHINA 縮寫為 CMONOC)”是中國(guó)在 1996— 2022年第九個(gè)五年計(jì)劃期間實(shí)施的一項(xiàng)國(guó)家重大科學(xué)工程。是以全球衛(wèi)星定位系統(tǒng) (GPS)觀測(cè)技術(shù)為主，輔之已有的甚長(zhǎng)基線射電干涉測(cè)量 (VLBI)和人衛(wèi)測(cè)距 (SLR)等空間技術(shù)，結(jié)合精密重力和精密水準(zhǔn)測(cè)量構(gòu)成的大范圍、高精度、高時(shí)空分辨率的地殼運(yùn)動(dòng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)絡(luò)的科學(xué) 目標(biāo)以地震預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)為主 ，兼顧大地測(cè)量和國(guó)防建設(shè)的需要，同時(shí)可服務(wù)于廣域差分 GPS，氣象和星載干涉合成孔徑雷達(dá)等領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)是；高精度和高穩(wěn)定性的觀測(cè)技術(shù)、大信息量的獲取技術(shù)、快速準(zhǔn)實(shí)時(shí)的處理技術(shù)。 ? 網(wǎng)絡(luò)由基準(zhǔn)網(wǎng)、基本網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)和數(shù)據(jù)傳輸與分析處理系統(tǒng)四大部分組成?；鶞?zhǔn)網(wǎng)由 25個(gè) GPS連續(xù)觀測(cè)站組成，具有絕對(duì)重力、相對(duì)重力、水準(zhǔn)等多種觀測(cè)手段，其中部分站具有包括 VLBI和 SLR等觀測(cè)技術(shù)手段，每個(gè)站配備衛(wèi)星通訊和有線通訊設(shè)備?；揪W(wǎng)由 56個(gè)定期復(fù)測(cè)的 GPS站組成，西部大約兩年復(fù)測(cè)一次，東部大約四年一次。區(qū)域網(wǎng)由 1000個(gè)不定期復(fù)測(cè)的 GPS站組成，其中 300個(gè)左右均勻布設(shè)， 700個(gè)左右密集布設(shè)于斷裂帶及地震危險(xiǎn)監(jiān)視區(qū)。數(shù)據(jù)傳輸與分析處理系統(tǒng)由一個(gè)數(shù)據(jù)中心和三個(gè)數(shù)據(jù)共享子系統(tǒng)組成，數(shù)據(jù)中心已建于國(guó)家防震減災(zāi)中心大樓中。 本科學(xué)工程由中國(guó)地震局牽頭，總參測(cè)繪局、中國(guó)科學(xué)院、國(guó)家測(cè)繪局共同承擔(dān)。國(guó)家靜態(tài)投資總額人民幣 13500萬(wàn)元 二、工程水平控制網(wǎng)的布設(shè)原則和方案 布設(shè)原則： ? 分級(jí)布網(wǎng)，逐級(jí)控制 ? 應(yīng)有足夠的精度 ? 應(yīng)有足夠的密度 ? 應(yīng)有有統(tǒng)一的規(guī)格 城市測(cè)量規(guī)范 工程測(cè)量規(guī)范 地質(zhì)礦產(chǎn)勘查測(cè)量規(guī)范 ? 布設(shè)方案 ： 工程三角控制網(wǎng)的特點(diǎn)： a、平均邊長(zhǎng)比國(guó)家三角網(wǎng)小的多。 b、三角網(wǎng)的等級(jí)多。 c、各等級(jí)控制網(wǎng)均可作為測(cè)區(qū)的首級(jí)控制網(wǎng)。 d、三、四等三角網(wǎng)起算邊相對(duì)中誤差，按首級(jí)網(wǎng)和加密網(wǎng)分別對(duì)待。 ?專用控制網(wǎng)的布設(shè)特點(diǎn)： 橋梁三角網(wǎng) 對(duì)于橋軸線方向的精度要求應(yīng)高于其他方向的精度，以利于提高橋墩放樣的精度； 隧道三角網(wǎng) 則對(duì)垂直于直線隧道軸線方向的橫向精度的要求高于其他方向的精度，以利于提高隧道貫通的精度； 用于建設(shè)環(huán)形粒子加速器的專用控制網(wǎng)，其徑向精度應(yīng)高于其他方向的精度，以利于精確安裝位于環(huán)形軌道上的磁塊。 三、三角鎖推算元素的精度估算 精度估算的目的和方法 目的： 推求控制網(wǎng)中邊長(zhǎng)、方位角或點(diǎn)位坐標(biāo)等的中誤差。它們都是觀測(cè)量平差值的函數(shù)，統(tǒng)稱為 推算元素。 方法： 1）公式估算法：此法是針對(duì)某一類網(wǎng)形導(dǎo)出計(jì)算某種推算元素（通常是最弱邊邊長(zhǎng)中誤差）的普遍公式。其理論基礎(chǔ)是最小二乘法中的條件分組平差法（烏爾瑪耶夫分組平差法）。 2）程序估算法：根據(jù)控制網(wǎng)略圖，利用已有程序在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行計(jì)算。其理論基礎(chǔ)為間接平差法。 1）、公式估算法： 設(shè)有一組互為獨(dú)立的觀測(cè)值 其相應(yīng)的中誤差為 其相應(yīng)的權(quán)為 控制網(wǎng)中某待定元素可表達(dá)為觀測(cè)值的函數(shù) ，當(dāng)沒(méi)有多余觀測(cè)時(shí) ，直接用獨(dú)立觀測(cè)值計(jì)算函數(shù)值，即 按偶然誤差傳播定律 ,函數(shù)的中誤差可按下式計(jì)算 : ilimip( 1 , 2 )i