一、大地测量控制网概述 二、国家平面控制网的建立 三、国家高程控制网的建立 四、国家GPS网的建立 五、工程控制网的建立 第三章 大地测量控制网的建立 一、大地测量控制网概述 二、国家平面控制网的建立 三、国家高程控制网的建立 四、国家GPS网的建立 五、工程控制网的建立

一、大地测量控制网概述 1、基本任务： 确定大地测量系统 建立大地测量框架

2、国家大地控制网的作用： 为地形测图提供精密控制 为研究地球形状、大小和其它学科提供资料

二、国家平面控制网的建立 1、布设原则： 分级布网，逐级控制 应有足够的精度 应有足够的密度 应有有统一的规格

2、建立方法 常规大地测量方法 三角测量法（主） 导线测量法 三边测量法 边角同测法 天文测量法 现代定位新技术

1、常规大地测量法 三角测量法 1)网形

2)坐标计算原理: 正弦定理 3)三角网的元素: ① 起算元素：已知的坐标、边长和已知的方位角. ② 观测元素：三角网中观测的所有方向(或角度)。 ③ 推算元素：由起算元素和观测元素的平差值推算的三角网中其他边长、坐标方位角和各点的坐标。 优点：图形简单，结构强，几何条件多，便于检核，网的精度较高。 缺点：易受障碍物的影响，布设困难，增加了建标费用；推算边长精度不均匀，距起始边越远边长精度越低。

导线测量法: 优点：布设灵活，容易克服地形障碍；导线测量只要求相邻两点通视，故可降低觇标高度，造标费用少，且便于组织观测；网内边长直接测量，边长精度均匀。 缺点：导线结构简单，没有三角网那样多的检核条件，不易发现粗差，可靠性不高。

三边测量及边角同测法 边角全测网的精度最高，相应工作量也较大。在建立高精度的专用控制网(如精密的形变监测网)或不能选择良好布设图形的地区可采用此法而获得较高的精度。

2、天文测量法 天文测量法是在地面点上架设仪器，通过观测天体(主 要是恒星)并记录观测瞬间的时刻，来确定地面点的地理位 置，即天文经度、天文纬度和该点至另一点的天文方位角。 优点：各点彼此独立观测，也勿需点间通视，测量误差不会积累。 缺点：精度不高，受天气影响大。 用途：在每隔一定距离的三角点上观测天文来推求大地方位角，控制水平角观测误差积累对推算方位角的影响。

3、现代定位新技术简介 GPS测量 全球定位系统GPS(Global Positioning System)可为各位用户提供精密的三维坐标、三维速度和时间信息。 GPS系统的应用领域相当广泛，可以进行海、空和陆地的导航，导弹的制导，大地测量和工程测量的精密定位，时间的传递和速度的测量等。

甚长基线干涉测量系统(VLBI) 甚长基线干涉测量系统(VLBI)是在甚长基线的两端(相距几千公里)，用射电望远镜，接收银河系或银河系以外的类星体发出的无线电辐射信号，通过信号对比，根据干涉原理，直接测定基线长度和方向的一种空间技术。 长度的相对精度10-6，可达0.001″，由于其定位的精度高，在研究地球的极移、地球自转速率的短周期变化、地球固体潮、大地板块运动的相对速率和方向中得到广泛的应用。

惯性测量系统(INS) 惯性测量是利用惯性力学基本原理，在相距较远的两点之间，对装有惯性测量系统的运动载体(汽车或直升飞机)从一个已知点到另一个待定点的加速度，分别沿三个正交的坐标轴方向进行两次积分，从而求定其运动载体在三个坐标轴方向的坐标增量，进而求出待定点的位置，它属于相对定位，其相对精度为(1~2)·10-5，测定的平面位置中误差为±25cm左右。 优点：完全自主式，点间也不要求通视；全天候，只取决于汽车能否开动、飞机能否飞行。 缺点：相对测量，精度不高。

3、布设方案 1）一等三角锁——国家控制网的基础和骨干 沿经纬线方向布设成纵横交叉的网状图形；在交叉处设置起算边；用拉普拉斯方位角；两起算边之间锁长约200km，约由16~17个三角形组成，平均边长山区约25km，平原约20km；测角中误差小于±0.7″。

2）二等三角锁（网）——国家三角网的全面基础 ——地形测图的基本控制 布设方案： 20世纪60年代前：在一等锁环内，先沿经纬线纵横交叉布设二等基本锁（平均边长约15~20km，测角中误差小于±1.2″），将一等锁环分为大致相等的四个区域，然后在这四个区域中处再补充布设二等补充网（平均边长约为13km，测角中误差小于±2.5″）。 20世纪60年代后：二等网以全面三角网的形式布设在一等锁环内，四周与一等锁衔接。其平均边长约为13km，测角中误差小于±1.0″。

3）三、四等三角网 为了测图和各 种工程建设的需要，在一、二等三角网的基础上，采用插网和插点的方法布设。三等网的平均边长约为8 km，测角中误差为±1.8″。四等网的平均边长为约为2~6km，测角中误差为±2.5″。

插网法

插点法

4 控制网的布设 包括以下工作：技术设计，实地选点，建造觇标，标石埋设，外业测量，平差计算等 1）技术设计 收集资料 实地踏勘 图上设计 编写技术设计书 2）实地选点： 选点图，点之记，选点工作技术总结。

3）建造觇标(传统大地测量法) 双锥标 寻常标

4）标石埋设 大地点的坐标，实际上指的就是标石中心的坐标。

三、国家高程控制网的建立 国家高程控制网的布设原则 目的和任务有两个： 1)建立统一的高程控制网，为地形测图和各项建设提供必要的高程控制基础； 2)为地壳垂直运动、平均海面倾斜及其变化和大地水准面形状等地球科学研究提供精确的高程数据。 从高到低、逐级控制 一等水准测量是国家高程控制网的骨干，同时也为相关地球科学研究提供高程数据；二等水准测量是国家高程控制网的全面基础；三、四等水准测量是直接为地形测图和其他工程建设提供高程控制点。

水准点满足一定的密度 间距（km） 布设具体要求 一般地区 经济发达地区 荒漠地区 500 40 20-30 60 4-8 2-4 10 水准标石类型 间距（km） 布设具体要求 一般地区 经济发达地区 荒漠地区 基岩水准标石 500   只设于一等水准路线上，大城市和断裂带附近应增设，基岩较深地区可适当放宽，每省（市、自治区）至少两座。 基本水准标石 40 20-30 60 设于一二等水准路线上及交叉处，大、中城市两侧及县城附近。尽量设置在坚固岩层上。 普通水准标石 4-8 2-4 10 设于各等级水准路线上，以及山区水准路线高程变换点附近，长度超过300米的遂道，跨河水准测量的两岸标尺附近。

各等级水准测量的精度，是用每公里高差中数的偶然中误差 和每公里高差中数的全中误差来表示的。 水准测量达到足够的精度 各等级水准测量的精度，是用每公里高差中数的偶然中误差 和每公里高差中数的全中误差来表示的。 一等水准网应定期复测 水准测量等级 一等 二等 三等 四等 MΔ的限值 ≤±0.45mm ≤±1.0mm ≤±3.0mm ≤±5.0mm MW的限值 ≤±2.0mm ≤±6.0mm ≤±10.0mm

国家水准网的布设方案及精度 我国的水准测量分为四等，各等级水准测量路线必须自行闭合或闭合于高等级的水准路线上，与其构成环形或附合路线，以便控制水准测量系统误差的积累和便于在高等级的水准环中布设低等级的水准路线。 一等闭合环线周长，在平原和丘陵地区为1 000～1 500km，一般山区为2 000km左右。 二等闭合环线周长，在平原地区为500～750km,山区一般不超过1 000km。 三、四等水准用于加密，根据高等级水准环的大小和实际需要布设，其中环线周长、附合路线长度和结点间路线长度，三等水准分别为200km、150km和70km；四等分别为100km、80km和30km。

每公里高差中数偶然中误差： 每公里高差中数的全中误差： 水准测量等级 一等 二等 三等 四等 MΔ的限值 ≤±0.45 ≤±1.0 ≤±3.0 ≤±5.0mm MW的限值 ≤±2.0 ≤±6.0 ≤±10.0mm

水准路线的设计、选点和埋石 1、 技术设计 技术设计是根据任务要求和测区情况，在小比例尺地图上，拟定最合理的水准网或水准路线的布设方案。 一等水准路线应沿路面坡度平缓、交通不太繁忙的交通路线布设，二等水准路线尽量沿公路、大河及河流布设，沿线交通较为方便。 水准路线应避开土质松软的地段和磁场甚强的地段，并应尽量避免通过大的河流、湖泊、沼泽与峡谷等障碍物。

2、 选 点 图上设计完成后，须进行实地选线，其目的在于使设计方案能符合实际情况，以确定切实可行的水准路线和水准点的具体位置。选定水准点时，必须能保证点位地基稳定、安全僻静，并利于标石长期保存与观测使用。水准点应尽可能选在路线附近的机关、学校、公园内。不宜在易于淹没和土质松软的地域埋设水准标石，也不宜在易受震动和地势隐蔽而不易观测的地方埋石。 水准点点位选定后，应填绘点之记，绘制水准路线图及结点接测图。

3 、埋 石 按用途区分，水准标石有基岩水准标石、基本水准标石和普通水准标石三种类型。 各类水准标石的制作材料和埋设规格及其埋设方法等，在《国家一、二等水准测量规范》都有具体的规定和说明。 水准路线上的重力测量 因精密水准测量成果需进行重力异常改正，故在一、二等水准路线沿线要进行重力测量。

规范规定： 高程大于4 000m或水准点间的平均高差为150～250m的地区，一、二等水准路线上每个水准点均应测定重力。高差大于250m的测段，在地面倾斜变化处应加测重力。 高程在1 500～4 000m或水准点间的平均高差为50～150m的地区，一等水准路线上重力点间平均距离应小于11km；二等水准路线上应小于23km。 在我国西北、西南和东北边境等有较大重力异常的地区，一等水准路线上每个水准点均应测定重力。 在由青岛水准原点至国家大地原点的一等水准路线上，应逐点测定重力，以便精确求得大地原点的正常高。

我国国家水准网的布设概况 我国国家水准网的布设，按照布测目的、完成年代、采用技术标准和高程基准等，基本上可分为三期： 第一期主要是1976年以前完成的，以1956年黄海高程基准起算的各等级水准网； 第二期主要是1976年至1990年完成的，以“1985国家高程基准”起算的国家一、二等水准网； 第三期是1990年以后进行的国家一等水准网的复测和局部地区二等水准网的复测，现已完成外业观测和内业平差计算工作，成果已提供使用。

四、国家GPS网的建立 用GPS技术建立的控制网就叫GPS网。GPS网分为A、B、C、D、E五个等级，其中A、B级网主要是指全球或全国性的高精度的GPS网，C、D、E级网则主要指区域性的GPS网。

（1）全国GPS A、B级网： 1991年国际大地测量协会（IAG）决定在全球范围内建立一个IGS（国际GPS地球动力学服务）观测网，并于1992年6-9月间实施了第一期会战联测，我国借此机会由多家单位合作，在全国范围内组织了一次盛况空前的“中国‘92 GPS会战”，目的是在全国范围内确定精确的地心坐标，建立起我国新一代的地心参考框架及其与国家坐标系的转换参数；以优于 量级的相对精度确定站间基线向量，布设成国家高精度卫星大地网的骨架，并奠定地壳运动及地球动力学研究的基础。 作为我国高精度坐标框架的补充以及为满足国家建设的需要，在国家A级网的基础上建立了国家 B级网（又称国家高精度GPS网）。布测工作从1991年开始，经过5年努力完成外业工作，内业计算已基本完成，全网基本均匀布点，覆盖全国，共布测730个点左右，总独立基线数2200多条，平均边长在我国东部地区为50km，中部地区为 100km，西部地区为150km，经整体平差后，点位地心坐标精度达±0.1m，GPS基线边长相对中误差可达 2.0×10e-8，高程分量相对中误差为3.0×10e-8。

（2）全国GPS一、二级网：由军测部门建立，主要为军事服务。 （3）中国地壳运动观测网络： “中国地壳运动观测网络 (CRUSTAL  MOVEMENT OBSERVATION NETWORK OF CHINA 缩写为CMONOC)”是中国在1996—2000年第九个五年计划期间实施的一项国家重大科学工程。是以全球卫星定位系统(GPS)观测技术为主，辅之已有的甚长基线射电干涉测量(VLBI)和人卫测距(SLR)等空间技术，结合精密重力和精密水准测量构成的大范围、高精度、高时空分辨率的地壳运动观测网络。   网络的科学目标以地震预测预报为主，兼顾大地测量和国防建设的需要，同时可服务于广域差分GPS，气象和星载干涉合成孔径雷达等领域。网络的关键技术是；高精度和高稳定性的观测技术、大信息量的获取技术、快速准实时的处理技术。 网络由基准网、基本网、区域网和数据传输与分析处理系统四大部分组成。基准网由25个GPS连续观测站组成，具有绝对重力、相对重力、水准等多种观测手段，其中部分站具有包括VLBI和SLR等观测技术手段，每个站配备卫星通讯和有线通讯设备。基本网由56个定期复测的GPS站组成，西部大约两年复测一次，东部大约四年一次。区域网由1000个不定期复测的GPS站组成，其中300个左右均匀布设，700个左右密集布设于断裂带及地震危险监视区。数据传输与分析处理系统由一个数据中心和三个数据共享子系统组成，数据中心已建于国家防震减灾中心大楼中。 本科学工程由中国地震局牵头，总参测绘局、中国科学院、国家测绘局共同承担。国家静态投资总额人民币13500万元

全国GPS一、二级网的建立

五、工程控制网的建立 工程测量控制网的分类 测图控制网 施工控制网 变形观测专用控制网

工程水平控制网的布设原则和方案 布设原则： 分级布网，逐级控制 应有足够的精度 应有足够的密度 应有有统一的规格 城市测量规范 工程测量规范 精密工程测量规范 全球定位系统城市测量技术规程

c、各等级控制网均可作为测区的首级控制网。 d、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。 ►专用控制网的布设特点： 布设方案： 工程三角控制网的特点： a、平均边长比国家三角网小的多。 b、三角网的等级多。 c、各等级控制网均可作为测区的首级控制网。 d、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。 ►专用控制网的布设特点： 桥梁三角网对于桥轴线方向的精度要求应高于其他方向的精度，以利于提高桥墩放样的精度； 隧道三角网则对垂直于直线隧道轴线方向的横向精度的要求高于其他方向的精度，以利于提高隧道贯通的精度； 用于建设环形粒子加速器的专用控制网，其径向精度应高于其他方向的精度，以利于精确安装位于环形轨道上的磁块。

城市或工程GPS网的主要技术要求(注：当边长小于200m时，边长中误差应小于20mm。) 等级 平均距离（km） a(mm) B(ppm) 最弱边相对中误差 二等 9 ≤10 ≤2 1/120000 三等 5 ≤5 1/80000 四等 2 1/45000 一级 1 1/20000 二级 ＜1 ≤15 ≤20 1/10000

工程高程控制网布设 1、 水准测量建立工程高程控制网 水准测量是建立工程高程控制网的主要方法。城市和工程建设的水准测量的实施，和国家等级水准测量相似，其主要步骤一般是：水准网图上设计、选点、标石埋设、外业观测、平差计算和成果表的编制等内容。 2 、三角高程测量建立工程高程控制网 高程导线各边的高差测定宜采用对向观测。需检查如下限差： ① 由两个单方向算得的高程不符值； ② 由对向观测所求得的高差较差； ③ 由对向观测所求得的高差中数，计算闭合环线或附合路线的高程闭合差。

工程控制网的观测与概算 技术设计 收集资料 实地踏勘 图上设计 上交资料 实地选点： 选点图 点之记 选点工作技术总结。

工程控制网精度估算 1、精度估算的目的和方法 目的：推求控制网中边长、方位角或点位坐标等的中误差。它们都是观测量平差值的函数，统称为推算元素。 方法：1）公式估算法：此法是针对某一类网形导出计算某种推算元素（通常是最弱边边长中误差）的普遍公式。其理论基础是最小二乘法中的条件分组平差法（乌尔玛耶夫分组平差法）。 2）程序估算法：根据控制网略图，利用已有程序在计算机上进行计算。其理论基础为间接平差法。

2、程序估算法 起算数据（坐标） 误差方程式A， 量取观测数据 单位权中误差， 组法方程式N 或程序估算法 定权阵P 列权函数式， 并估算其精度 求协因数Q

造标与埋石 外业观测 水平角观测 距离测量 三角高程测量

工程控制网概算 概算的目的： ①系统检查和评价外业观测成果的质量； ②将地面观测成果化算到高斯平面上，为平差做好数据准备工作； ③计算各控制点的资用坐标，为其它急需提供未经平差的控制测量基础数据。

概算的过程和主要内容 概算的准备工作 观测成果化至标 石中心 观测成果化至 椭球面 资用坐标的计算 观测成果的质量 检查 椭球面观测值化 至高斯平面

概算的主要工作

1、三角形近似边长计算 近似边长计算 计算到0.1m

2、观测值化算至标石中心的计算 加了测站偏心改正后的方向 加了测站偏心和照准偏心改正后的方向

目的：为计算方向改化和距离改正，需计算各三角点的近似坐标。 3、近似坐标计算 目的：为计算方向改化和距离改正，需计算各三角点的近似坐标。 12 1 2 cos T D x ¢ + =

4、方向改正计算 将两点间投影曲线换算成两点间弦线方向所加的改正计算，就称为方向改正计算。