第三章 工程控制网布设的理论与方法

主 要 内 容 和 重 点 主 要 内 容 重 点: 工程控制网的作用和分类 工程控制网的基准和建立方法 工程控制网的质量准则 工程控制网的优化设计 典型工程控制网 控制点的埋石与布标 控制测量内外业一体化 重 点:

3.1 工程控制网的分类和作用 3.1.1 测量控制网的分类 全球控制网 国家控制网 工程控制网

3.1.2 工程控制网的分类、作用和建网步骤 一、 分类 按用途分： 测图控制网 施工（测量）控制网 变形监测网 安装（测量）控制网；

按网点性质分： 一维网（或称水准网、高程网） 二维网（或称平面网） 三维网

按网形分： 三角网 导线网 混合网 方格网

按施测方法划分： 测角网 测边网 边角网 GPS网

按坐标系和基准划分： 附合网（约束网） 独立网 经典自由网 自由网

按其他标准划分： 首级网 加密网 特殊网 专用网（如隧道控制网、建筑方格网、 桥梁控制网等）

二、作用 工程控制网也具有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。 三、建网步骤（略） 遵循大地测量学的原理，如： 要有坐标系和基准 要构成网 要逐级布设等。

3.1.3 测图控制网 作用： 控制测量误差的累积， 保证图上内容的精度均匀 相邻图幅正确拼接

3.1.4 施工控制网 三角、边角网 导线网 建筑方格网 GPS网 GPS网与地面网相结合的混合网

特点： 1) 控制的范围较小，控制点的密度较 大，精度要求较高 2) 使用频繁 3) 受施工干扰大 4) 控制网的坐标系与施工坐标系一致 5) 投影面与工程的平均高程面一致 6) 有时分两级布网，次级网可能比首级 网的精度高

3.1.5 变形监测网 要点： 变形监测网由参考点和目标点组成； 变形监测网的坐标系和基准的选取原则； 对变形监测网应作同时顾及精度、可靠 性、灵敏度 以及费用进行监测网的优化 设计； 对变形监测网都要进行重复观测。

特点： 3.1.6 安装测量控制网 通常是一种微型边角网，边长从 几米至一百多米 整个网由形状相同、大小相等的基本图形组成 精度要求很高，其测量精度有时要达到计量 级

（1）约束网。具有多余的已知数据。 3.2 工程控制网的基准和建立方法 3.2.1 工程控制网的基准 （2）最小约束网（经典自由网）。 只有必 要的已知数据。 （3）无约束网（自由网），无必要 的已知数据。

表3-1 各种工程控制网的基准秩亏和基准参数

3.2.2 工程控制网基准的建立方法 测图控制网多为约束网，总是选国家或城市坐标系（含平面和高程）下的已知点坐标为其基准。

3.3 工程控制网的质量准则 3.3.1 精度准则 3.3.2 可靠性准则 3.3.3 灵敏度准则 3.3.4 费用准则

3.3.1.1精度准则 一、总体精度准则 二、 点位精度和相对点位精度 三、 未知数函数的精度 四、 主分量 五、 准则矩阵 这些准则可根据实际工程控制网建立的需要，选择其中一个或多个。

3.3.1.2 可靠性准则 定义： 控制网发现（或探测）观测值粗差的能力 （称内部可靠性）和抵抗观测值粗差对平差 结果影响的能力（称外部可靠性）。 作用： 可靠性准则可以提供衡量控制网内部观测值 相互控制、检核的量化数值和可能出现但不能 被发现的最大模型误差值。

3.3.1.3 灵敏度准则 下，周期平差结果统计检验时，能发现位移向量的下界值。 对变形监测网，定义为在给显著水平 和检验功效 下，周期平差结果统计检验时，能发现位移向量的下界值。 灵敏度是一个相对概念，即对于不同的变形向量具有不同的下界值。 一般将变形向量用表示其大小的模 和表示其方向的单位向量 来表示，即 灵敏度用 来度量，它与单位向量 （又称形式向量）有关。 愈小，灵敏度愈高。

在变形监测网设计中，除考虑精度、可靠性和费用等准则外，要求所布设的网对需要监测的变形向量具有尽可能高的灵敏度。 灵敏度实质上是特殊方向上的网点精度的反映，网的灵敏度愈高，所要求的观测值的精度也愈高。

3.3.1.4 费用准则 控制网的费用一般包括用于设计、造标埋石、交通运输、仪器设备购置、观测、计 算、检查等各项费用。 3.3.1.4 费用准则 控制网的费用一般包括用于设计、造标埋石、交通运输、仪器设备购置、观测、计 算、检查等各项费用。 网的设计有两个原则： 最大原则（费用一定，网的质量最好） 最小原则（质量满足要求，费用最小） 建网费用常用观测值权的函数来度量，如

即用观测值的权的总和最小作为费用准则。据统计，网的测量费用于网的计算费用相比，后者不到8％。通过优化设计，增加 微不足道的设计计算费用，可显著降低测 量费用。 不难理解，精度愈高，观测值的权愈大， 则建网费用愈高；同样，多余观测数愈多，网的可靠性提高，也要以增加费用为代价。

3.4 工程控制网的优化设计 3.4.1工程控制网的优化设计分类 3.4.2优化设计的任务 3.4.3工程控制网的优化设计方法 3.4 工程控制网的优化设计 3.4.1工程控制网的优化设计分类 3.4.2优化设计的任务 3.4.3工程控制网的优化设计方法 3.4.4模拟法优化设计

3.4.1 工程控制网的优化设计分类 工程控制网的优化设计一般分为四类，各类设计的含义列于下表： 分类 固定参数 待定参数 含 义 3.4.1 工程控制网的优化设计分类 工程控制网的优化设计一般分为四类，各类设计的含义列于下表： 分类 固定参数 待定参数 含 义 零类设计(ZOD) 一类设计(FOD) 二类设计(SOD) 三类设计(THOD) A , P P, A, ,部分A和 P A P 部分A和P 基准设计 图形设计 观测精度设计 已有网的改进 上述分类只是从概念上去理解，网的设计不一定完全按此思路，常常是几类设计同步进行。

3.4.2优化设计的任务 网的优化设计是一个迭代求解过程,它包括以下内容（参见图3-2）： — 提出设计任务； — 制定设计方案； — 进行方案评价； — 进行方案优化。

3.4.3.2 模拟法优化设计 1.模拟法优化设计过程： 设计网形、实地踏勘； 定初始方案，模拟观测值，网平差； 观测修改； 3.4.3.2 模拟法优化设计 1.模拟法优化设计过程： 设计网形、实地踏勘； 定初始方案，模拟观测值，网平差； 观测修改； 再作模拟计算，重复进行，直到满意。 人机交互方式进行。

3.5 典型工程控制网

隧道（洞）洞外GPS平面控制网布设示意图

洞内导线网布设示意图

某大桥G P S首级平面控制网

某大型水利枢纽工程施工控制网

向家坝施工控制网图

某拱坝变形监测网

高能离子加速器安装测量控制网

大型正负电子对撞机 地面控制网

3.6 控制点的埋石与标志

强制对中装置

预制混凝土水准标石

平硐岩石水准标石

深埋双金属管水准标

照 准 标 志

精密活动觇牌 精密固定觇牌 照准觇牌

观 测 标 志