1、施工控制网的建立施工控制网的建立 内容提要内容提要1.1.工程控制网的分类和作用工程控制网的分类和作用2.2.控制网精度确定的一般方法控制网精度确定的一般方法3.3.施工控制网的设计施工控制网的设计4.4.典型工程施工控制网的布设典型工程施工控制网的布设主要内容：工程建筑物的放样程序及其要求，施工控制网的特点及其布设方法，施工控制网精度确定的方法，施工控制网机助优化设计，桥梁施工三角网的建立及其必要精度的确定，水利枢纽施工控制网的布设及其精度的确定，工业企业厂区与厂房控制网的布设特点与建网方法。1.工程控制网的分类和作用工程控制网的分类和作用 测量控制网由位于地面的一系列控制点构成，控制点的空2、间位置是通过已知点的坐标以及控制点之间的边长、方向或高差等观测量确定的。控制网布设的原则1.分级布设、逐级控制2.应有足够的精度3.应有足够的密度4.应有统一的规格1.工程控制网的分类和作用工程控制网的分类和作用1.1 测量控制网的分类测量控制网的分类 全球控制网全球控制网 国家控制网国家控制网 工程控制网工程控制网1.2 工程控制网的分类、作用和建网步骤工程控制网的分类、作用和建网步骤一、一、分类分类 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：按网点性质分：一维网（或称水准网、高程网）一维网（或称水准网、高程网）二维网（或称平面网）二维网（或称平3、面网）三维网三维网 按网形分：按网形分：三角网三角网 导线网导线网 混合网混合网 方格网方格网 按施测方法划分：按施测方法划分：测角网测角网 测边网测边网 边角网边角网 GPS GPS网网 按坐标系和基准划分：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）工程控制网的作用：工程控制网的作用：为工程建设提供工程范围内统一的参考框架，为各项测量工作提供位置基准，满足工程建设不同阶段测绘在质量、进度和费用等方面的要求，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。（1）确定控制网的等4、级（2）确定布网形式（3）确定测量仪器和操作规程（4）在图上选点构网，到实地踏勘（5）埋设标石、标志（6）外业观测（7）内业数据处理（8）提交成果工程控制网建网步骤：工程控制网建网步骤：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 相邻图幅正确拼接大比例尺测图所需的高程控制网，通常采用水准测量的方法建立。水准测量的等级分为二、三、四等，各等级的精度指标基本上与国家规范要求一致。用电磁波测距三角高程可代替三、四等水准测量。注意（1）视线长度（2）掌握有利观测时间进行竖角观测；必须往返观测竖直角，而且往返观测的时间间隔应尽量短暂（3）各控制点的高程观测应组成闭合环以增加平差5、条件（4）竖角观测、仪器置平以及仪器和觇标高量测等作业都应严格按规范进行。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：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 网的精度高施工高程控制网：通常也是分两级布设，即布满整个施工场地的基本高程控制网与根据各施工阶段放样需要而布设的加密网。1.5 1.5 变形监测网变形监测网 要点：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6、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。1.6 安装测量控制网安装测量控制网特点：特点：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2.2.控制网精度确定的一般方法控制网精度确定的一般方法v工程建筑物的放样是工程测量的重要组成部分。它的目的是把图纸上已设计好的各种工程建筑物、构筑物，按照设计的要求测设到相应的地面上，并设置各种标志，作为施工的依据，以衔接和指挥各工序的施工，保证建筑工程符合设计要求。v原有的测图控制网在布点和施测精7、度方面主要考虑满足测绘大比例尺地形图的需要，不可能考虑到将来建筑物的分布及施工放样对点位的布设要求，因为，工业企业建筑物在施工之前都要在原有测图控制网的基础上建立施工控制网。v工程建筑物放样的程序，应遵守“由整体到局部”的原则。v工程建筑物主轴线放样的精度要求，主要根据建筑物的性质、与已有建筑物的关系以及建筑区的地形和地质情况来决定。v在施工阶段，测量工作的任务是直接为施工服务，测量工作的精度主要体现在相邻点位的相对位置上。v建筑物放样时的精度要求，是根据建筑物竣工时对于设计尺寸的容许偏差来确定的。建筑物竣工时的实际误差是由施工误差和测量放样误差所引起的。v在确定了建筑物放样的精度要求以后，就8、可以用它作为起算数据来推算施工控制网的必要精度。设M为放样后所得点位的总误差，m1为控制点误差所引起的误差，m2为放样过程中所产生的点位误差，则 设 则有l若令 时，可认为 ，则有 即 。因此，在实际工作中通常把 作为确定控制网的点位精度。3.3.施工控制网的设计施工控制网的设计一、施工平面控制网的网形l工程施工平面控制网是专门为工程施工放样服务的，根据工程的特点，平面控制网一般有：（1）导线网 （2）边角网 （3）GPS网 （4）建筑方格网二、控制网建立的过程施工控制网的设计一般经过的过程：（1）确定控制网的等级（2）确定布网形式（3）确定测量仪器和操作规程（4）在图上选点构网，到实地踏勘（9、5）埋设标石、标志（6）外业观测（7）内业数据处理（8）提交成果三、控制网优化设计的质量标准 控制网的质量是控制网设计的核心和宗旨。用什么标准来衡量控制网的质量好坏，不仅取决于工程的质量和要求，而且取决于标准制定的合理与否。这个标准就是控制网优化设计的质量标准，又称为质量指标或质量准则。根据对控制网的要求不同，一般有4个方面的质量指标：l 精度，描述误差分布离散程度l 可靠性，发现和抵抗模型误差的能力l 灵敏度，监测网发现某一变形的能力l 经济，建网费用四、控制网优化设计的分类l控制网优化设计一般分为四类：l（1）零类设计（基准问题）l（2）一类设计（图形问题）l（3）二类设计（权比问题）l（10、4）三类设计（加密问题）又称基准设计，固定参数是A，P待定参数是x，QX。意指在给定固形（A）和观测精度(P)的情况下，为待定参数x选定最优的参考基准使QX最小。我国已建成国家大地参考基准，这是各类测绘工作应共同享用的。对精密工程，有时建立自己的参考基准，这可用测量方法测出拟意参考系中的起始数据从而构成完整的参考基准。为判断网的未知量内精度QX，可以采用秩亏自由网平差然后在不同基准之间进行相似变换，以选择一个最优的参考基准。零类设计 1.1.零类设计零类设计(为控制网寻求一个最优的基准或坐标系为控制网寻求一个最优的基准或坐标系基准问题基准问题)1 1）工测网与国家或地方控制网有关，因而不存在此11、）工测网与国家或地方控制网有关，因而不存在此问题。问题。如城镇日常测量的工程控制网、测图控制网、地籍如城镇日常测量的工程控制网、测图控制网、地籍测量控制网等。测量控制网等。2 2）对网点有特殊要求的专用网（工程实际背景已确）对网点有特殊要求的专用网（工程实际背景已确定了参考系的选择）定了参考系的选择）如大坝施工控制网，可选择坝轴线的两端点为网的如大坝施工控制网，可选择坝轴线的两端点为网的参考基准；若考虑其它任务，可根据需要选择其它的参考基准；若考虑其它任务，可根据需要选择其它的参考基准。参考基准。3 3）对网点没有特殊要求，各点等同重要的控制网。）对网点没有特殊要求，各点等同重要的控制网。又称12、图形设计，固定参数是P，QX 待定参数是A。意指给定观测精度和平差后的点位精度标准，以确定最佳的图形结构。由于工程测量中场地条件限制，比如地形、交通、水系和建筑物等外界条件限制，控制点位置的选择余地往往很小。所以，实际上一类优化设计主要体现在选择最佳的观测类型。一类设计 又称观测权设计，固定参数是A，QX，待定参数是P。意即在满足给定图形A和平差后点位精度QX要求下，通过全网观测量的合理分配，使平差达到顶期的效果，并使观测量最小或不超过一定范围。由于观测类型的增多，所以二类设计还存在确定各类观测量在网中的最佳位置和密度等的最佳组合。在特种精密工程测量中，权的优化设计是最常见的。二类设计以以Q 13、QX X为精度设计准则，由已知数据可获为精度设计准则，由已知数据可获得误差方程的系数矩阵（设计矩阵）得误差方程的系数矩阵（设计矩阵）A A为：为：3.3.二类设计（观测工作量的最佳匹配，或最适当的权分配权问题）二类设计（观测工作量的最佳匹配，或最适当的权分配权问题）当网点确定后，解决网点之间采用什么样的观测和怎样观测，即已知控制当网点确定后，解决网点之间采用什么样的观测和怎样观测，即已知控制网的设计矩阵，如何确定观测值的权阵。以下用示例说明之。网的设计矩阵，如何确定观测值的权阵。以下用示例说明之。如图，用距离交会法确定如图，用距离交会法确定4 4点。交会边点。交会边S S1 113.5km,S14、13.5km,S2 29.15km,S9.15km,S3 3=6.94km=6.94km；方位角方位角T T1 127,T27,T2 2126126,T,T3 3225225。要求。要求4 4点的点位误差椭圆为半径等于点的点位误差椭圆为半径等于1cm1cm的圆，也就是其协因数阵的圆，也就是其协因数阵Q QX X为（为（2 24242）式。）式。按设计要求有：按设计要求有：又称原网改进设计，取固定参数是QX ，待定参数是部分的A或P。它是在旧网的基础上，通过设计新点位，增加新观测以及观测值权的改变以达到全网点位精度QX的要求。三类设计六、控制网优化设计方法网的优化设计方法有两种：解析法：通过数学15、方程用最优化方法求解。模拟法：根据经验和准则，通过计算比较、修改，得到最优方案。解析法优化设计模拟法优化设计设计1.模拟法优化设计过程：模拟法优化设计过程：设计网形、实地踏勘；设计网形、实地踏勘；定初始方案，模拟观测值，网平差；定初始方案，模拟观测值，网平差；观测修改；观测修改；再作模拟计算，重复进行，直到满意。再作模拟计算，重复进行，直到满意。人机交互方式进行。人机交互方式进行。2.基于可靠性的模拟优化设计法 要点和步骤：1）网的初始方案应对所有可能观测的边和 方向 进行全测，是一个“肥网”或“密网”。2）观测值之间的精度相差不要太大，边角 间的精度应基本匹配。3）观测精度应选取仪器所能达到16、的最高精 度，使优化时有降低的余地。4）模拟初始观测方案，进行平差计算，对精度、可靠性乃至灵敏度计算结 果进行分析：观测精度是否合理，是否需作调整，基于观测值内部可 靠性指标按从“肥”到“瘦”，从“密”到 “疏”的策略进行网的优化设计。GPS网也可看作是全边角网，故模拟法优化设计方法同样可以用于GPS网。“现代测量控制网数据处理通用软件包”CODAPS生成正态标准随机数；人工生成一个观测方案文件：网名FA2，自动生成平差所需的观测值文件：网名IN2平差计算：根据精度和可靠性指标得到优化设计方案。4.4.典型工程施工控制网的布设典型工程施工控制网的布设l施工控制网分为高程和平面控制网。l高程控制17、网为用各种等级的水准测量测定施工场地上的一系列水准点和其他高程控制点的高程，其密度要求安放一站水准仪即能测设所需要放样点的高程。l平面控制网的布置形式随工程建筑物的种类不同而不同。一、桥梁施工控制网的布设（一）首级控制网测量 为了确保大桥首级平面和高程控制网的正确与可靠，及时、有效地为施工放样及后期变形监测打好基础。1.大型特大型桥梁首级平面控制网在最初建立和后续复测中，均采用GPS静态测量技术进行测定；在一些中小型桥梁可以采用GPS静态定位测量技术进行测定，也可以采用以GPS静态测量为主，全站仪测量为辅的方法。2.在测量时要有效联测国家控制网，可以用测区内的国家三角点作为全网的起算点。对于大18、型或特大型桥梁测量时，应该考虑到投影带可能带来的误差和平面坐标系的转换，建立统一的坐标系统。3.控制网点位精度一般为5-1mm,高程精度GPS大地高8mm，水准测量精度为三四等水准精度。对于特大跨海域桥梁无法实施水准测量的可利用高程精度GPS大地高和当地重力测量的资料，拟合确定似大地水准面模型，从而利用大地高和高程异常求的正常高，也就是水准高程。l同步环（simultaneous observation loop）是指在用全球定位系统（GPS）进行测量中,由3台或3台以上接收机，同时对同一组卫星进行观测（同步观测)）所获得的基线向量所构成的闭合多边形。异步环（non-simultaneous 19、observation loop）是在用全球定位系统(GPS)进行测量中，由数条GPS独立边构成的闭合多边形。在GPS网中，必须保证有足够数量的异步环，才能确保观测成果的可靠性和有效地发现观测值中存在的粗差。（二）加密控制网测量 根据施工的进程，在建造好的桥墩上，布设加密点，其间距约1Km。利用首级控制网的成果作为已知点，采用GPS测量手段用10台双频接收机同时测量，按照GPS测量三等精度要求，完成全线的控制网加密。或者高精度全站仪也可以实施加密控制测量。二、隧道施工控制网的布设 隧道施工控制网分为地面网和洞内网。（一）隧道地面控制网（一）隧道地面控制网 长隧道一般可近似作为直线型处理。洞外采20、用GPS平面控制网，在进、出口线路中线上布设进、出口点，进、出口再布设3个定向点，进、出口与相应定向点之间应通视。洞外采用GPS平面控制网（二）隧道洞内控制网 鉴于隧道洞内狭长，地下工程导线布设形式受到限制，在洞外GPS平面控制网的基础上，布设洞内导线。多布设为多种多样的支导线。洞内导线的设计可分由复测支导线、菱形导线、四边形导线、大地四边形构成的全导线网、交叉双导线网和跳点导线多种形式。洞内导线的设计四种洞内导线的设计的精度比较 洞内导线的设计三、水利枢纽施工控制网的布设l布设施工控制网时要参照设计总平面图统一考虑。大坝轴线是主轴线，轴线要设法包括在控制网中，点位的选择要考虑土质良好，点位能21、长期保存，便于施工放样的地方。l布网时，尽量顾及图形强度。一次不能布设的可以分级布置控制。首级控制网的网形要稳定，可以稀疏些，但控制范围要大些，然后在内插点，为施工放样服务。（一）平面施工控制网 平面控制网建立的要求：控制网必须覆盖建筑物施工范围，能满足建筑物的施工要求；控制点尽量避开施工的影响，且通视良好；便于在首级控制网的基础上加密低等级控制点，方便施工放样；控制网点在被毁坏后，能方便恢复；保证控制点的精度能满足要求。在控制网的实测过程中严格按章规程进行测量工作，可以避开气流不稳定的时间段进行观测，使成像清晰目标稳定，采用仪器可以采用GPS静态定位技或高精度全站仪，也可以老式光学经纬仪（T22、3）配合激光测距仪，观测12个测回。（二）高程施工测量 作为桥粱施工高程控制的水准点 每岸至少应埋设三个永久性水准标石。同岸三个水准点中至少有两个应埋设在施工范目以外，以免受到损坏和临时性建筑物所埋没，另一个则埋设在施工区内，便将高程直接传递刊需要的地方。另外为将高程传递到桥台，应在桥台附近埋设施工水准点。要求水准点点位稳定，受施工干扰小，便于引测。观测仪器可采用精密水准仪，比如徕卡NA2+GMP3，采用国家三等水准测量的方法实测。某大型水利枢纽工程的施工控制网，为地面边角网，全网共有27个点，其中已知点数10个，未知点数17个，采用高精度全站仪观测，多余观测值总数达131，平均多余观测值数为23、0.70，最大边长为760m，最短边仅有11.32m。四、工业厂区施工控制网的布设 对于工业建设来说。由于建设场地上工程建筑物比较多，施工的精度也不同。在大型工业厂区建筑工程通常采用厂区控制网的形式有：建筑方格网、导线网和GPS网。建筑方格网最大的优点是：用直角坐标系放样细布点，简单灵活，方便，不易出错。现代施工测量方法灵活，不再拘泥于建筑方格网法，导线网、边角网、GPS网更显灵活使用，特别是用全站仪导线网放样是现代测绘的常用仪器和方法。（一）施工控制网的建立（一）施工控制网的建立 1、坐标系统（施工坐标系）、坐标系统（施工坐标系）是根据厂区总平面图所确定的独立坐标系统，其坐标是根据厂区总平面24、图所确定的独立坐标系统，其坐标轴的方向与建筑物轴的方向与建筑物 主轴线的方向平行或垂直，坐标原点位于主轴线的方向平行或垂直，坐标原点位于总平面图的西南角，与设计坐标系统一致。总平面图的西南角，与设计坐标系统一致。施工坐标系统与测量坐标系统之间的关系见下图所示：施工坐标系统与测量坐标系统之间的关系见下图所示：分两级布设：厂区控制网和厂房矩形控制网。分两级布设：厂区控制网和厂房矩形控制网。布设形式：建筑方格网（布设形式：建筑方格网（“一一”字形、字形、“+”字形、字形、“口口”字形、字形、“田田”字形）、导线网、三角网。字形）、导线网、三角网。（1）建筑方格网的布置和主轴线的选择）建筑方格网的布置25、和主轴线的选择 （2）施工坐标与测量坐标的换算）施工坐标与测量坐标的换算 （3）建筑方格网主轴线的测设）建筑方格网主轴线的测设（二）平面施工控制网（4）方格网的测设）方格网的测设（三）平面高程控制 建筑场地较大时，一般将高程控制网分两级布设，可分为：首级网和加密网。采用三、四等水准测量建立首级高程控制。方格网点可兼做水准点也可另布设水准点，密度要求安置一次仪器即可测设所需要的高程点。1、基本水准点。一般建筑场地埋设2-3个，按三、四等水准测量要求，将其布设成闭合水准路线，其位置应设在不受施工影响之处。2、施工水准点。靠近建筑物，可用来直接测设建筑物的高程。通常设在建筑方格网桩点上。其相应水准点可分为基本水准点和施工水准点。