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工程控制測量
出處: 作者:楊銓曾 杭州繪天網 2006年05月15日

為工業建設測量而建立的平面控制測量和高程控制測量的總稱。它是工程建設中各項測量工作的基礎。在工程規劃設計階段,要建立地形測圖控制網,用來控制整個測區,保證最大比例尺測圖的需要;在施工階段,要建立施工控制網,以控制工程的總體布置和各建筑物軸線之間的相對位置,滿足施工放樣的需要;在經營管理階段,根據需要建立變形觀測控制網,用來控制建筑物的變形觀測,以鑒定工程質量,保證安全運營,分析變形規律和進行相應的科學研究。各階段所要建立的控制網,共同的特點是精度要求高,點位密度大。由于網的作用不同,使得測圖網、施工網和變形網又都有各自的布網方式和精度要求,因此多是分別依次建立或者在原有網的基礎上改建。 
平面控制測量的目的是精確測定控制點的平面位置。根據測量工作需要,在測區內選擇一系列控制點,在各控制點上建立地面標志和測量覘標,使各控制點構成三角形、大地四邊形、矩形、中點多邊形、折線形和多邊形等,從而形成平面控制網。其中以三角形為主要圖形,用經緯儀觀測全部角度(至少要有一條起算邊長)的網稱三角測量網(或稱測角網);以三邊形為主要圖形,用電磁波測距儀觀測全部邊長的網稱三邊測量網(或稱測邊網);邊、角均測的稱邊角網;以折線形為基本圖形,既測角又測邊的網稱為導線網;單一折線形則稱導線。工程控制網的布設,一般應遵循從整體到局部、分級布網、逐級控制的原則。亦可根據工程需要與現場條件布設全面網或越級布網。它們可以采用三角測量網,三邊測量網或導線網的形式來布設,亦可布設為邊角網。

  高程控制測量的目的是精確測定控制點高程。根據需要在測區內每隔一定距離設高程控制點(稱為水準點),兩相鄰水準點間組成水準路線,由各水準路線構成的控制全測區的網形稱為高程控制網。用水準儀觀測各水準點間高差的稱為水準網;用電磁波測距儀測邊和經緯儀測垂直角的稱為電磁波測距三角高程控制網。高程控制網的首級網應布設成閉合環線,加密網可布設成附合路線、結點網或閉合環。

  地形測圖控制測量 為測繪地形圖而建立平面和高程控制網的測量工作,內容分為基本控制(又稱等級控制)和圖根控制?;究刂剖欽霾馇刂撇飭康幕?。圖根控制是直接為地形測圖服務的控制網?;究刂仆慕⒁薟馇婊拇笮?以滿足當前需要為主,兼顧遠景發展。一般先建立控制全局的首級網,然后再根據需要加密,也可一次建立足夠密度的全面網。平面控制網可采用測角網、測邊網或邊角網,建成區多采用導線網。在已建有國家或當地平面控制網點的測區內進行測量時,應與之進行聯結。當已建網精度能滿足需要時,直接利用加密或進行必要改算后加密;當精度不能滿足需要時,可選用一點的坐標及一條邊的方位角作為起算數據建立獨立網。同樣要在整個測區內建立高程控制網,應用水準測量方法施測并與附近國家或當地水準點進行聯測,以取得統一的高程系統。

  工程施工控制測量 為工程的定線放樣而建立各種控制網的測量工作。為便于對主體工程的控制和施工放樣,施工平面控制網多以主體建筑物的主軸線為依據擴展網形。如橋梁施工控制網是以橋中線為準,向兩側布設對稱網形;而建筑工程施工控制網則多是布設成為與主要建筑物相互平行的方格網。在點位布設方面、重要建筑物的主軸線上,如大壩的兩端和隧道的出入口處均應布有控制點。在精度方面,應能保證各種工程放樣的不同要求。施測方法視工程的性質而定,對于建筑方格網而言,是先根據測圖控制網點,放樣出它的主軸線,然后從主軸線初步放樣出全網的各點,再精密測出各點的實際坐標,然后以各點的設計坐標為準進行點位改正并埋設牢固的點位標志。施工控制網多用假定的施工坐標系統。它是整個施工期間定線放樣,竣工驗收的依據。

  變形觀測控制測量 在工程經營管理階段,為了精確測定建筑物的變形建立控制網的測量工作,其精度取決于變形量的大小和觀測目的。

  控制網的精度估算和最優化設計 由于各種控制網的布網條件和精度要求不同,因此在它們的技術設計階段,應對預期所能達到的精度進行估算,以便對設計方案是否合理進行評價。估算元素(點位中誤差、邊長或方位角的中誤差、高程中誤差)是觀測元素平差值的函數,因而可用最小二乘法中求平差值函數中誤差的方法進行精度估算。但技術設計階段,觀測尚未進行,精度估算所需觀測元素的近似值可以在控制網的設計圖上量取。隨著測量成果數學處理理論的發展,以及電算技術的應用,控制網的技術設計已發展到一個嶄新的高度,即將最優化的理論與方法應用于控制網的技術設計??刂仆嘔杓剖?,首先建立一個能體現所考慮的決策問題的數學模型,即具有確定變量的、有待于實現最優化的目標函數,以及附加的一個或幾個約束條件,其次對這個數學模型進行分析,選擇一個適當的求最優解的計算方法,以求得最優的布網方案。

  控制網的平差計算 控制網中的觀測數據,一般應有多余觀測,如在一個三角形中觀測了三個角度。觀測數據不可避免的存在誤差,使得由多余觀測而形成的約束條件得不到滿足,如三角形中三個角度觀測值之和不等于180°。當起算數據多于必要的個數時,也產生矛盾,如三角形中有兩條起算邊時,應用水平角觀測值由其中的一條邊推算到另一條邊其值不符。對于這些問題應采用最小二乘法原理進行測量平差。平差的目的在于消除各觀測值間的矛盾,求得最佳的結果和評定測量的精度。

  嚴密平差可分為條件平差和間接平差兩大類。在間接平差中,某些未知量之間可能存有條件,將這種條件方程式連同誤差方程式一起按最小二乘法求解,這種平差方法稱為“附有條件間接平差”。當控制網按坐標平差時,對基線和方位角條件的處理,就采用這種平差方法。近年來,數理統計、矩陣代數和可編程序袖珍計算機以及微型計算機的迅速發展,豐富了最小二乘法的理論,加速了微機在工程控制測量平差計算中的應用。例如,可以對平面控制網計算和繪畫出每個控制點的點位誤差橢圓與任意兩個控制點間的相對誤差橢圓,較為全面、精確的提供計算和分析,又可以進行三維控制網的平差計算,一次得出控制點的平面坐標和高程成果。
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