控制测量学要点

控制测量学考试要点

一、名词解释：

1、1985国家高程基准: 1985年，国家测绘部门以青岛验潮站1953年至1979年的观测资料为依据，重新确定修正后的水准零点高程（72.2604 米），称为“1985国家高程基准”

2、正高高程系: 正高系统以大地水准面作为高程基准面，点的正高为：点沿铅垂方向到大地水准面的距离

3. 控制测量学: 研究精确测定和描绘地面控制点空间位置及其变化的学科

4、水准面:静止的水面称为水准面，水准面是受地球表面重力场影响而形成的，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面，因此是一个重力场的等位面

5、大地水准面的差距: 从大地水准面沿法线到地球椭球体面的距离

6、水准标尺分划面弯曲差：通过分划面的两端点的直线中点至分划面的距离

7、方向观测法：在一测回内把测站上所有观测方向，先盘左位置依次观测，后盘右位置依次观测，取盘左、盘右平均值作为各方向的观测值

8、电子经纬仪：利用光电技术测角，带有角度数字显示和进行数据自动归算及存储装置的经纬仪

9、测站偏心：有时为了观测的需要，如觇标的橹柱挡住了某个照准方向。仪器也必须偏离通过标石中心的垂线进行观测。

10、水准面的不平行性：重力加速度随纬度的不同而变化的，在赤道g较小，而在两极g值较大，因此水准面相互不平行，且为向两极收敛的、接近椭圆的曲线。重力异常，不规则的变化。

二、简答：

1、控制测量学的基本任务和主要内容

（1 ）控制测量学的基本任务：

① 在设计阶段建立用于测绘大比例尺地形图的测图控制网 ② 在施工阶段建立施工控制网

③ 在工程竣工后的运营阶段，建立以监视建筑物变形为目的的变形观测专用控制网。 （2）控制测量学的重要作用：

①控制测量学在国民经济建设和社会发展中发挥着决定性的基础保证作用。

②控制测量学在防灾、减灾、救灾及环境监测、评价与保护中发挥着特殊的作用。

③控制测量在发展空间技术和国防建设中，在丰富和发展当代地球科学的有关研究中，以及在发展测绘工程事业中，它的地位和作用将显得越来越重要。 （3）控制测量学的主要研究内容：

①研究建立和维持高科技水平的工程和国家水平控制网和精密水准网的原理和方法，以满足国民经济和国防建设以及地学科学研究的需要。

②研究获得高精度测量成果的精密仪器和科学的使用方法。

③研究地球表面测量成果向椭球及平面的数学投影变换及有关问题的测量计算。 ④研究高精度和多类别的地面网、空间网及其联合网的数学处理的理论和方法、控制测量数据库的建立及应用等。

2、导线网的精度估算

（1）精度估算的目的和方法：

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目的：推求控制网中边长、方位角或点位坐标等的中误差。 方法：①公式估算法②程序估算法 （2）等边直伸导线的精度分析

①附合导线经角度闭合差分配后的端点中误差。 ②附合导线平差后的各边方位角中误差。 ③附合导线平差后中点的纵向中误差。 ④附合导线平差后中点的横向中误差。

⑤起始数据误差对附合导线平差后中点点位的影响。

⑥附合导线端点纵横向中误差与中点纵横向中误差的比例关系。 （3）直伸导线的特点

导线测量布设灵活，推进迅速，受地形限制小，边长精度分布均匀。 优点：①导线的纵向误差完全是由测距误差产生的；而横向误差完全是由测角误差产生的。 在直伸导线平差时纵向闭合差只分配在导线的边长改正数中，而横向闭合差只分配在角度改正数中。

②直伸导线形状简单，便于理论研究。 （4）单一附合导线的点位误差椭圆

.用这种方法不仅可以准确、方便地求得点位误差在各方向上的分量，而且具有形象化的优点，可以从直观上迅速判断不同点的点位误差以及同一点上不同方向上误差的大小。 单一附合导线的点位误差椭圆的特点：

① 各种形状的导线，相应的误差椭圆大小相差不多。

② 误差椭圆近似于圆，说明测角和测边的精度比例基本适当。 ③ 最弱点在导线中间。

（5）导线网的精度估算 等权代替法(p49~53)

3、精密测角仪器和水平角观测

（1）精密电子经纬仪及其特点

装有电子扫描度盘，在微处理机控制下实现自动化数字测角的经纬仪。 特点：

①角度标准设备——度盘及其读数系统与光学经纬仪有本质区。 ②微处理机是电子速测仪的中心部件。 ③具有竖轴倾斜自动测量和改正系统。 ④望远镜既是瞄准装置，也是测距装置。 ⑤高自动化和多功能化的方向发展。 （2）光学经纬仪特点 ①角度照准设备 ②目标照准设备

③强制归心，光学对点，快速安平机构等 ④由可靠的有机材料和合金制造 （3）精密电子全站仪

是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。

特点：

①仪器操作简单，高效。全站仪具有现代测量工作所需的所有功能。

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②快速安置：简单地整平和对中后，仪器一开机后便可工作。仪器具有专门的动态角扫描系统，因此无需初始化。关机后，仍会保留水平和垂直度盘的方向值。电子“气泡”有图示显示并能使仪器始终保持精密置平。

③适应性强：全站仪是为适应恶劣环境操作所制造的仪器。它们经受过全面的测试以便适应各种作业条件，例如，雨天、潮湿、冲撞、尘土和高温等，因此，它们能在最苛刻的环境下完成作业任务。

④全站仪设有双向倾斜补偿器,可以自动对水平和竖直方向进行修正,以消除竖轴倾斜误差的影响。还可进行地球曲率改正、折光误差以及温度、气压改正。

⑤控制面板具有人机对话功能。控制面板由键盘和主,副显示窗组成。除照准以外的各种测量功能和参数均可通过键盘来实现,仪器的两侧均有控制面板,操作十分方便。

⑥具有双向通讯功能,可将测量数据传输给电子手簿或外部计算机,也可接受电子手簿和外部计算机的指令和数据。

4、经纬仪的视准轴误差、水平轴倾斜误差及垂直轴倾斜误差

（1）经纬仪的视准轴误差

仪器的视准轴不与水平轴正交所产生的误差 （2）经纬仪水平轴倾斜误差

仪器水平轴不与垂直轴正交所产生的误差

（3）经纬仪垂直轴倾斜误差对水平方向观测值的影响 消减误差影响：

①尽量减小垂直轴的倾斜角v值。 ②测回间重新整平仪器。

③对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数。 （4）经纬仪垂直轴倾斜改正数的计算(P93~94)

5、方向观测法

（1）观测方法

重测和取舍观测成果应遵循的原则是：

①在规定全部测回完成后，对全部结果进行综合分析取舍 ②若2C互差或下半测回的归零差超限，应重测整个测回 ③超限方向数大于测站上方向总数1/3，要全部重测 （2）测站限差

①半测回归零差 (p104~106) ②一测回内2C互差的限差 (3) 测站平差

观测方向测站平差值的计算和测站观测精度的评定(p106~109)

6、城市和工程建设高程控制测量

（1）水准测量建立城市及工程高程控制网 <1> 国家高程控制网的布设原则：

①从高到低、逐级控制 ②水准点分布应满足一定的密度 ③水准测量达到足够的精度 ④一等水准网应定期复测。

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<2> 水准测量实施的工作程序是：水准网的图上设计、水准点的选定、水准标石的埋设、水准测量观测、平差计算和成果表的编制。

<3> 技术规范规定：水准测量依次分为二，三，四等3个等级，首级高程控制网，一般要求布设闭合环形，加密是可布设成附合导线和结点图形，各等级水准测量的精度和国家水准测量相应等级精度一致。 <4> 图上设计应遵循：

①水准路线应尽量沿坡度小的道路布设，以减弱前后视折光误差影响。 ②水准路线应远离高压线或电缆，以避免电磁场对水准测量的影响。 ③布设首级高程控制网时，考虑便于进一步加密。

④水准网应尽可能布设成环形网或结点网：水准测量的距离：山区2-4km，城市建筑区和工业区为1-2km 。

⑤应与国家水准点进行联测，以求得高程系统的统一。 ⑥注意测区已有水准测量成果的利用。

（2）三角高程测量建立城市及工程高程控制网

计算高差经地球曲率和大气折光改正后，应满足以下规定（p212）

7、精密水准测量的实施

（1）精密水准测量的一般规定

①观测之前应将仪器置于露天阴影处，使仪器与外界气温趋于一致；观测时，应用测伞遮避阳光；迁站时应罩以仪器罩；

② 每一测站上，仪器距前、后水准标尺的距离应尽可能相等，其差应小于规定的限值； ③对于气泡式水准仪，观测前应测出倾斜螺旋的置平零点，并作标记；随着气温变化，应随时调整值平零点的位置。对于自动安平水准仪的圆水准器，观测时应严格置平。

④同一测站上观测时，不得两次调焦；转动仪器的倾斜螺旋和和测微螺旋，其最后旋转方向均为旋进。

⑤在相邻两测站上要变换观测程序，即一站的观测顺序为后前前后，另一站的程序为前后后前；每一测段应进行往、返测，往返测沿同一路线，采用相同的尺承，返测时，奇数测站与偶数测站的观测程序与往测时相反。

⑥观测时，仪器三脚架（脚螺旋）的两腿应放置在平行与水准路线的方向。另一腿交替地在前进方向的左侧或右侧。

⑦每一测段的往测与返测，其测站数均应为偶数，否则应加入标尺零点差改正，由往测转为返测时，两根标尺应互换位置，并应重新整置仪器。

⑧测段的往、返测要分别在上午和下午进行。观测必须在日出后至少半小时开始，日落前至少半小时结束。中午前后约2.5小时内不得进行观测。

⑨观测工作的间歇时，最好能结束在固定的水准点上，否则应选择两个坚稳可靠的固定点，作为间歇点。间歇后，应对2个间歇点的高差进行检测。检测结果符合要求后从间歇点起算。 （2）精密水准测量观测

精密水准测量测站观测程序

往测时，奇数测站照准水准标尺分划的顺序为 后视标尺的基本分划； 前视标尺的基本分划； 前视标尺的辅助分划； 后视标尺的辅助分划；

往测时，偶数测站照准水准标尺分划的顺序为 前视标尺的基本分划；

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后视标尺的基本分划； 后视标尺的辅助分划； 前视标尺的辅助分划。

返测时，奇、偶数测站照准标尺的顺序分别与往测偶、奇数测站相同。

三、问答：

1、城市和工程建设高程控制测量

2、精密水准测量的主要误差来源及影响

①视准轴与水平轴不平行的误差（i角的误差影响，φ角误差的影响，温度变化对i角的影响）

②水准标尺长度误差影响（水准标尺每米长度误差的影响，两水准标尺零点差的影响） ③仪器和水准标尺垂直位移的影响（仪器和水准标尺在垂直方向位移所产生的误差是精密水准测量系统误差的重要来源） ④大气垂直折光的影响 ⑤电磁场对水准测量的影响

⑥磁场对补偿式自动安平水准仪的影响 ⑦观测误差的影响（主要有水准器气泡居中的误差，照准水准标尺上分划的误差和读数误差， 属于偶然误差）

3、精密水准测量的实施

4、正常水准面不平行性及其改正数计算 （1）水准面的不平行性

1、水准面的不平行性：重力加速度随纬度的不同而变化的，在赤道g较小，而在两极 g值较大，因此水准面相互不平行，且为向两极收敛的、接近椭圆的曲线。重力异常，不规则的变化。 2、影响：

⑴因为水准面不平行性，如果沿水准面观测高差不等于零（应该等于零），要加改正数。 ⑵用水准测量测得两点间的高差随路线不同而有差异，水准测量的多值性。 ⑶环形路线闭合差不等于零，理论闭合差。 （2）正高高程系：

以大地水准面为高程基准面，地面一点的正高高程（简称正高），即该点沿垂线至大地水 准面的距离。

（3）正常高高程系：

利用天文重力水准测量方法可以测定似大地水准面与参考椭球面之间的距离，因此应用正常高高程系，可以有足够的精度求出地面一点到参考椭球面的距离，这样地面上的观测量就可精确地归化到参考椭球面上。似大地水准面：正常高的基准面称为似大地水准面，它是由地面点沿铅垂线向下量取正常高所得各点连接形成的曲面。 （4）力高系统：

在工程测量中，应根据测量范围大小，测量任务的性质和目的等因素，合理地选择正常高，力高或区域力高作为工程的高程系统。（p263） 水准测量概算的主要内容：

①水准尺每米长度误差的改正数计算 ②正常水准面不平行的改正数计算 ③水准路线闭合差计算 ④高差改正数的计算。

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第一章

（1）水准面：受地球表面重力场影响而形成的，是一个处处与重力方向垂直的连续曲面，因此是一个重力场的等位面。

（2）大地水准面：与平均海水面相重合，不受潮汐、风浪及大气压变化影响，并延伸到大陆下面处处与铅垂线相垂直的水准面。

（3）似大地水准面：从地面点沿正常重力线量取正常高所得端点构成的封闭曲面。

（4） 基准面与基准线：大地水准面是测量外业的基准面，与其相垂直的铅垂线是外业测量的基准线； 参考椭球面是内业测量的基准面，与其相垂直的法线是内业测量的基准线。 （5）大地高：是地面点沿法线到椭球面的距离。 正高：是地面点沿实际重力线到大地水准面的距离。正常高：是地面点沿正常重力线到似大地水准面的距离。

（6） 垂线偏差：地面一点上的重力向量g和相应椭球面上的法线向量n之间的夹角定义为该点的垂线偏差。

（7）测定垂线偏差一般有四种方法：天文大地测量方法；重力测量方法；天文重力测量方法以及GPS方法。

第二章、水平控制网的技术设计

1、 建立国家水平大地控制网的方法：

①常规大地测量法：1）三角测量法，2）导线测量法，3）边角网和三边网 。 ②天文测量法【推求大地方位角A=α+（L- λ）sinα称为拉普拉斯方程式】 ③现代定位新技术：1）GPS测量，2）甚长基线干涉测量系统（VLBI），3）惯性测量系统（INS）

2、 导线网比三角网优缺点：

优点：①网中各点上的方向数较少，除节点外只有两个方向，因而受通视要求的限制较小，易于选点和降低觇标的高度，甚至无须造标。②导线网的图形非常灵活，选点时可根据具体情况随时改变。③网中的边长都是直接测定的，因此边长的精度较均匀。缺点：导线网的缺点主要是，导线网中的多余观测数较同样规模的三角网要少，有时不易发现观测值中的粗差，因而可靠性不高。因此，导线网特别适合于障碍物较多的平坦地区或隐蔽地区。

3、建立国家水平大地控制网的基本原则：①大地控制网应分级布设、逐级控制；②大地控制网应有足够的精度；③大地控制网应有一定的密度；④大地控制网应有统一的技术规格和要求。

4、工程测量水平控制网的布设原则：

①大地控制网应分级布设、逐级控制；②大地控制网要有足够的精度；③大地控制网要有足够的密度；④大地控制网要有统一的技术规格和要求。 5、精度估算的目的和方法: 精度估算的目的是推求控制网中边长，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。 估算的方法有：①公式估算法②程序估算法。

6、精密工程测量控制网的质量标准： ①精度标准②可靠性标准③灵敏度标准④费用标准 7、觇标的建造方法： ①实地标定橹桩②挖基坑及浇灌坑底水平层③检查照准圆筒是否竖直及各方向是否通视④觇标的整饰和编号。

第三章、精密测角仪器和水平角观测

2、三轴误差：

①经纬仪的视准轴误差（c值）即仪器的视准轴不与水平轴正交所产生的误差。产生原因：

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望远镜的十字丝分划板安装不正确、望远镜调焦镜运行时晃动、气温变化引起仪器部件的胀缩，特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化等。消除方法：取盘左、盘右实际读数的中数。 ②经纬仪的水平轴倾斜误差（i角）即仪器的水平轴不与垂直轴正交所产生的误差。产生原因：仪器左、右两端的支架不等高、水平轴两端轴径不相等等。消除方法：取盘左、盘右实际读数的平均值。

③经纬仪的垂直轴倾斜误差（v角）即由于仪器未严格整平，而使垂直轴偏离测站铅垂线一微小角度。产生原因：仪器未严格整平。消除方法：1）尽量减小垂直轴的倾斜角v值2）测回间重新整平仪器3）对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数。 3、精密测角的误差影响因素：

①外界条件的影响：1）大气层密度的变化和大气透明度对目标成像质量的影响 2）水平折光的影响3）照准目标的相位差 4）温度变化对视准轴的影响5）外界条件对觇标内架稳定性的影响

②仪器误差的影响：1）水平度盘位移的影响2）照准部旋转不正确的影响3）照准部水平微动螺旋作用不正确的影响4）垂直微动螺旋作用不正确的影响 ③照准和读数误差的影响

4、精密测角的一般原则： ①观测应在目标或成像清晰、稳定的有利于观测的时间进行。以提高照准精度和减小旁折光的影响。②观测前应认真调好焦距，消除视差。在一测回的观测过程中不得重新调焦。以免引起视准轴的变动。③各测回的起始方向应均匀地分配在水平度盘和测微分划尺的不同位置上。以消除或减弱度盘分划线和测微分划尺的分划误差的影响。④在上，下半测回之间倒转望远镜。以消除和减弱视准轴误差、水平轴倾斜误差等影响，同时可以由盘左、盘右读数之差求得两倍视准轴误差2c，借以检核观测质量。⑤上，下半测回照准目标的次序应相反，并使观测每一目标的操作时间大致相同。目的在于消除或减弱与时间成比例均与变化的误差影响。⑥要求每半测回开始观测前，照准部按规定的转动方向先预转1－2周。为了克服或减弱在操作仪器的过程中带动水平度盘位移的误差。⑦使用照准部微动螺旋和测微螺旋时，其最后旋转方向均应为旋进。⑧为了减弱垂直轴倾斜误差的影响，观测过程中应保持照准部水准器气泡居中。 5、重测和取舍观测成果应遵循的原则是：

(1)重测一般应在基本测回（即规定的全部测回）完成以后进行 (2)因对错度盘、测错方向、碰动仪器、气泡偏离过大、上半测回归零差超限以及其他原因未测完的测回可以立即重测，不计重测方向数。(3)一测回中2c互差超限或化归同一起始方向后，同一方向值各测回互差超限时，应重测超限方向并联测零方向（起始方向的度盘位置与原测回相同）。因测回互差超限重测时，除明显值外，原则上应重测观测结果中最大值和最小值的测回。 (4)一测回中超限的方向数大于测站上方向总数的1/3时（包括观测3个方向时，有一个方向重测），应重测整个测回。重测的测回数为超限的方向数。（5）若零方向的2c互差超限或下半测回的归零差超限，应重测整个测回。重测的测回数为n-1 。（6）在一个测站上重测的方向测回数超过测站上方向测回总数的1/3时，需要重测全部测回。测站上方向测回总数＝（n-1）m，m为基本测回数，n为测站上的观测方向总数。 重测方向测回数的计算方法是：在基本测回观测结果中，重测一个方向，算作一个重测方向测回；一个测回中有2个方向重测，算作2个重测方向测回；因零方向超限而全测回重测，算作（n-1）个重测方向测回。 6、测站限差：半测回归零差，一测回内2c互差，同一方向各测回互差。

7、测站平差目的：求取各方向的测站平差值，计算一测回方向观测值的中误差和测站平差值的中误差，以评定测站上的观测质量。

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第四章、电磁波测距仪及其距离测量

1、电磁波测距仪分类

按测定t的方法可分为：脉冲式测距仪、相位式测距仪。

按测程分为：长程--几十千米、中程--数公里至十余千米、短程—3km以下; 按载波源分为：光波—激光测距仪、红外测距仪和微波—微波测距仪;

按载波数分为：单载波—可见光；可见光；微波。双载波可见光，可见光；可见光，红外光等和三载波--可见光，可见光，微波；可见光，红外光，微波;

按反射目标分为：漫反射目标。 合作目标—平面反射镜，角反射镜; 有源反射器—同频载波应答机，非同频载波应答机等

2、相位式测距原理：测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接地确定传播时间t，进而求得待测距离D。 3、衡量仪器的测距精度，注重以下两个指标：

内部符合精度：指仪器对同一距离进行多次测定，其观测值之间的符合程度。 外部符合精度：指用测距仪在基线上比测后，所得的量测值与基线值比较而求得的精度指标。

4、全站仪采用了光电扫描测角系统，其类型主要有：编码盘测角系统、光栅盘测角系统及动态（光栅盘）测角系统等三种。按测量功能可分成四类：经典型全站仪、机动型全站仪、无合作目标性全站仪、智能型全站仪。按测距仪测距可分为三类：短距离测距全站、中测程全站仪、长测程全站仪 。

第五章、高程控制测量

1、高程基准面：通常采用大地水准面作为高程基准面。 2、水准原点：

为了长期。牢固地表示出高程基准面的位置，作为传递高程的起算点，必须建立稳固的水准原点，用精密水准测量方法将它与验潮站的水准标尺进行联测，以高程基准面为零推求水准原点的高程。1985年国家高程基准，水准原点的高程值72.2604m。

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