一点一方向方法在控制测量中的应用

张 宇

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西西安710018)

测量控制网由位于地面的一系列控制点构成，控制点的空间位置是通过已知点的坐标以及控制点之间边长(或空间基线)、方向(角度)或高差等观测量确定的。按其范围和用途，测量控制网分为三大类:全球控制网、国家控制网和工程控制网。全球控制网是由国际组织在全球范围建立的大地测量参考框架，主要用于确定、研究地球的形状、大小及其运动变化，确定和研究地球的板块运动等。国家控制网是由各国测绘部门建立的区域性大地测量参考框架。国家控制网的主要作用是:提供全国范围内的统一地理坐标系统;保证国家基本图的测绘和更新;为精密地确定地面点的位置提供已知点及其在特定坐标系下的坐标，如以地球参考椭球面为基准面的大地坐标或高斯平面坐标，以大地水准面为基准面的高程。为了控制测量误差积累，国家控制网采用逐级方式布设，其特点是控制面积大，控制点间距离较长，点位的选择主要考虑点的密度、稳定性和布网是否有利等。工程控制网是工程项目的空间位置参考框架，是针对某项具体工程建设测图、施工或管理的需要，在一定区域内布设的平面和高程控制网。

在小型工程项目设计时，建立一个工程控制网，这个工程控制网不但要满足建设区域的大比例尺地形图测绘和放线需要，而且要与国家小比例尺地形图相匹配。这是因为设计人员在工程建设前期经常采用国家小比例尺地形图进行工程的前期规划和可行性研究。如果建设区域及其附近有数量足够的国家高等级控制点，建立满足要求的工程控制网就极为方便，但如果建设区域及其附近没有或者只有一个国家高等级的控制点，这就比较困难了。本文就后一种情况下，介绍如何采用一点一方向的方法建立与国家小比例尺地形图较为匹配的工程控制网。

1一点一方向

一点一方向是指采用一个固定点的坐标做为工程起算点，以一个指定方向的方位角做为工程控制网的起算边，从而建立相对独立的坐标系的方法。这种方法在大桥和大坝等工程建设中应用较多，它们的指定方向为大桥控制网的桥轴线方向和大坝控制网的坝轴线方向。采用一点一方向方法建立的工程控制网有较高的精度，又便于与国家控制网相统一，因而在工程测量控制网建设中有着广泛的应用。

2 缺少已知点的一点一方向建立工程控制网

工程控制网的作用是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对测绘在质量(精度、可靠性)、进度(速度)和费用等方面的要求。工程控制网也有控制全局、提供基准和控制测量误差积累的作用。工程控制网与国家控制网有着密切的关系。工程控制网建立前，首先应该收集测区及其附近已有的平面、高程控制点资料，布设的工程控制网应与国家控制点联测，这样建立的工程控制网不但具有精度高的优势，而且与国家控制网相连接，便于以后的转换应用。

但在实际建立工程测量控制网的过程中，我们经常遇到没有或只有一个国家高等级的控制点的情况。这种情况下，要建立与国家小比例尺地形图匹配精度最好的控制网，我们可以在小比例尺地形图上判读一个明显点做为固定点，如果有高等级控制点的情况下，最好以这个高等级控制点作为固定点，再选择另外一个明显点作为方向点，以固定点和方向点的方位角做为指定方向。固定点与方向点之间要通视，且它们的距离要尽可能的长，这样能保证控制网与国家小比例尺地形图的匹配程度最好。再用全站仪测出固定点与方向点的距离，以固定点与方向点的连线作为方位角，这样就能计算出方向点的坐标。用固定点和计算出的方向点坐标作为工程起算点，建立的工程控制网与国家小比例尺地形图的匹配效果很好，不但能够满足施工需要，而且与前期设计人员的规划设计相配套。

3 案例

以陕北绥德县淮宁河田庄镇段防洪治理工程测量项目为例，测区位于绥德县田庄镇淮宁河两岸，测区内淮宁河左岸有210国道可以通行，交通便利。测区右岸为山地地区，高坎较多，地形复杂。测区内平面资料只有该地区的1/10 000的地形图，没有高等级的平面控制点，且设计部门已用1/10 000的地形图进行了前期全面规划和可行性研究。现在为了满足大比例尺地形图测量和实地放线要求，需要建立一个局部GPS控制网，这个GPS控制网要尽可能的与已有1/10 000地形图相匹配。

根据测区实际情况，在该测区布设了6个控制点T1、T2、T3、T4、T5、T6，为了达到设计要求及便于判读控制点坐标的需要，将T3和T4特意布设在地形图上一大桥的西南角和东南角。在1/10 000的电子图判读大桥东南角T4坐标为X=4 144 242.482，Y=425 949.551，并以其为固定点，同时判定大桥西南角T3为方向点，在1/10 000电子地形图上可以量出T4-T3方位角为247°13'50.21″，并用全站仪测量出T4-T3的实际距离为613.852 m，这样就可以计算出T3坐标为 X=4 144 004.907，Y=425 383.536。T3、T4 可以做为工程起算点。

测区平面控制采用4台华测GPS接收机按E级精度进行施测，边连式布网，共观测2个时段，每时段观测时间不小于40分钟。外业观测完成后，内业以华测自带的Compass静态处理软件进行平差，以T3、T4作为约束点，进行约束平差，平差结果做为控制点的平面坐标。将控制点的平面坐标展入1/10 000地形图上，能够看出控制点图上位置与实地位置能够较好的匹配。

为了验证该控制网的整体精度，采用全站仪对控制点边长进行测量，实测边长与GPS平差边长比较结果如下表:

全站仪边长检测对比表 单位:m

由上表可以看出，采用一点一方向方法建立的GPS控制网中各边长的相对精度大于1/40000，完全能够满足施工放线的需要。

为了进一步验证基于此控制网测量的大比例尺地形图测量成果与1/10 000地形图的匹配情况，再将部分明显地物点的坐标成果与1/10 000地形图的判读坐标进行比较。通过比较，基于此控制网的测量成果与1/10 000地形图能够进行较好的匹配，能够满足设计部门的要求。

4 结语

一点一方向测量方法具有较高的整体精度，能够满足实际工程需要。同时，在控制点缺少时，能够有效的利用已有小比例尺地形图进行判点和定方向，以此为基础建立的工程控制网与国家小比例尺地形图能够较好的匹配，保证了测量成果的一致性和高精度。

[1]张正禄等.工程测量学.武汉:武汉大学出版社，2005