[科普中国]-水平控制网

布设原则

我国幅员辽阔，在大部分领域(约9600000km2)上布设国家天文大地网，是一项规模巨大的工程。为完成这一基本工程建设，在新中国成立初期国民经济相当困难的情况下，国家专门抽调了一批人力、物力、财力，从1951年即开始野外工作，一直延续到1971年才基本结束。面对如此艰巨的任务，显然事先必须全面规划、统筹安排，制定一些基本原则，用以指导建网工作。这些原则是：分级布网，逐级控制；应有足够的精度；应有足够的密度；应有统一的规格。

1)分级布网，逐级控制

国家水平控制网可以采用一个等级的布设方法，也可采用多级布设的方法。对于领土不大的国家，通常布设一个等级的控制网，可以使全网精度均匀，平差计算工作量不大，且可直接作为测图控制基础。而对于领土广阔的国家，则常采用从高到低分级布设的方法，先在全国范围内布设精度高而密度较小的首级控制网，作为统一的控制骨架。再根据各个地区建设的需要，分期分批逐次加密控制网，各级控制网的边长逐级缩短，精度逐级缩短。这种布设方法在统一的坐标系骨架中，按不同地区有先有后的布设其余各级三角网，这样既能满足精度要求，又能达到快速节约的目的。

我国国家水平控制网分为四个等级，先以高精度较稀疏的一等三角锁，纵横交错布满全国，形成坐标系的骨干网。然后根据实际需要，在不同地区分期分批地布设二、三、四等水平控制网。

2)应有足够的精度

国家水平控制网在建立过程中，一、二等网除作为国家统一坐标的控制骨架外，还应满足基本比例尺地形图的测图需要和现代科学技术发展的需要。因此，各等级控制点的精度必须满足实际需要。如一、二等大地控制点点位精度则应该满足1：5万基本比例尺的需要，而三、四等控制点点位精度则应满足1：1万地形图测图需要。

3)应有必要的密度

控制点的密度主要根据测图方法及测图比例尺的大小而定。国家控制点的密度必须满足测图要求，而测图比例尺和成图方法的不同，对点的密度要求也不同。一般要求每个图幅平均有3～4个大地点，以满足加密控制点的需要。而对于不同的工程建设，可能对点的密度要求不同，应根据实际情况而定。

4)应有统一的规格

我国领土辽阔，建立国家控制网的任务相当繁重，需要花费巨大的人力、物力和财力，要有很多单位共同努力来完成。国家控制网基本建成后，各部门根据本单位的需要，还要对大地网的某些部分不断进行加强、改造和补充。为了避免重复和浪费。便于相互利用，必须有统一的布设方案和作业规范，使各测绘部门所测成果的精度、布设规格合乎要求，构成统一的整体，成为国家控制网的组成部分。有关布设的总体方案、预期的精度指标、基准选取等问题在大地测量方式中体现。具体实施方案、使用仪器、操作方法、限差规定和成果验收等问题在规范中规定。1

建立方法经典的大地测量技术在测定地面点的水平坐标和其高程时所采用的方法是不同的．例如，三角测量法、导线测量法等只能获得地面点的水平坐标(x,y)或(L，B)，地面点的高程胃只能通过水准测量和三角高程测量获得。由于水平坐标和高程的测定在原理和方法上均有本质区别．无法将它们统一，因而常规大地控制网的建立是将水平控制网与高程控制网分离独立进行的。水平控制网确定了地面点的水平基准。高程控制网确定了地面点的高程基准。这种分别由两套系统建立的控制网也称为“2+1”维网，现在大地测量中，水平控制网一般由GPS方法建立。1

布设方案一等三角锁系一等三角锁系是我国首级三角网，其作用是在全国领土上迅速建立一个统一坐标系的精密骨架，以控制二等以下三角网的布设，并为研究地球形状大小和地球动力学等提供资料。控制测图不是直接目的，因此，着重考虑的是精度而不是密度。

一等三角锁一般沿经纬方向交叉布设。两交叉处间的三角锁称为锁段．纵横锁段围城一周称为锁环，许多锁环构成锁系。锁段长约200km。通常由单三角形组成，也可包括一部分大地四边形或中点多边形。锁中三角形平均边长为20～25km．三角形的任一角不小于400，大地四边形或中点多边形的传距角要大于30°。按三角形闭合差计算的测角中误差不大于±0.7''。

在锁段交叉处要测定起始边长。其相对精度不低于1/350000。在起始边两端点测定天文经、纬度和天文位角，并在锁中央一个点上测定天文经、纬度和天文方位角的测定中误差分别小于土0.3”和±0.5”。凡测定天文经、纬度的点都为计算垂线偏差提供资料。由于布设方案中要进行天文测量，所以，国家水平控制网又称为天文大地网。

二等三角网二等三角网布设在一等锁环所围成的范围内。它是加密三、四等网的全面基础。二等网平均边长为13km，就其密度而言，基本上满足1：5万比例尺测图要求。它与一等锁同属国家高级网，所以，主要应该考虑精度问题。而密度只作适当照顾．其按三角形闭合差计算的测角中误差应小于±0.1''。在网中央布测一条起始边长和方位角，对于较大的锁环要加测起始方位角。网中三角形的角度不小于30°，一等三角锁两侧的二等网应与一等锁边连接成连续三角网。

三、四等三角网(点)国家三、四等三角网(点)是在二等三角网基础上进一步加密。它是图根测量的基础，其布设密度必须与测图比例尺相适应。三等三角网平均边长为8km，每点控制面积约50km2，基本上满足1：2.5万测图需要。四等三角网平均边长为4km，每点控制面积约20km2，可满足1：1万和1：5000测图需要。三、四等点每点都要设站观测，由三角形闭合差计算测角中误差，三等三角网应小于±1.8''，四等三角网应小于±2.5''。1

布设步骤水平控制网的布设步骤包括：技术设计、实地选点、建标埋石、外业观测和平差计算等。现在对关键的几点详细叙述如下：

对控制点点位的要求无论是技术设计还是实地选点，水平控制网的位置应满足下列要求：

①点位要选在通视良好，易于扩展的制高点上，以便于低等点的加密。

②点位应选在土质坚实而排水良好的高地上，易于标石的长期保存，同时保证了造标和观测工作安全便利。点的位要离公路、铁路、高压电线和其他建筑物有一定的距离。

③控制点间的视线，应尽量避免沿斜坡或大河大湖的岸线通过。视线要超越及离障碍物相应的距离：在山区，一、二等方向应不小于4m、2m；在平原地区，一、二等方向应不小于6m、4m，以保证观测目标成像的清晰度稳定，提高观测精度。

④点位选取时，保证要控制点间所构成的边长、角度、图形结构应完全符合规范的要求。

技术设计(1)收集资料

在拟定计划之前必须收集测区有关资料，包括；测区的各种比例尺地图、航空像片图、遥感图、交通图和气象资料；已有的大地点成果；控制点使用情况；测区的自然地理和人文地理情况，如少数民族的风俗习惯，交通运输和物资供应情况等。对这些资料加以分析和研究。作为设计的依据和参考。

(2)图上设计

图上设计是技术设计中的主要项目。根据对上述资料的分析结果．按照有关规范的技术要求，在中等比例尺地形图上确定控制点的位置和网的基本形式。图上设计的一般步骤和方法如下：

①把测区内的1：5万或1：10万的地形图拼接起来，在图上标绘出已布设的三角网、GPS网、导线网和水准路线。

②依据对控制点点位的要求，并考虑布设最佳图形，从已知点开始逐点向外扩展。布点的基本步骤是由高等到低等、由已知点到未知点、由内到外逐点布设。

③按照规范对高程起算点的密度要求，拟定水准联测路线。对测区内已有的网点应尽量利用，并提出联测方案。

④判断和检查点间的通视。

实地选点实地选点的任务是把控制网的图上设计放到地面上，图上设计是否正确以及选点工作是否顺利，在很大程度上取决于所用的地形图是否正确。如果差异太大，则应根据实际情况确定点位．对原来的图上设计做出修改。

选点时使用的工具只要有：望远镜、小平板、测图器具、花杆、通信工具和清除障碍物的工具等。此外，还应携带设计好的网图和有用的地形图。点位确定后打下木桩并绘制点之记。选点工作结束后。应提交选点图、点之记、三角点一览表，表中应填写点名、等级、建议建造的标石类型等。

造标和埋石(1)造标

由于国家三角点或导线点之间相距较远，一般情况下直接看不到对方，因此常常要造大地觇标来指示点的具体位置，作为被照准的目标。大地觇标一般分为寻常标和高标两类。寻常标仅仅作为被照准的目标用，其高度为4.3m、6.3m；而高标主要用于两相邻点间不通视的情况使其升高仪器和升高照准点的位置。

(2)中心标石的埋设

中心标石是控制点位的永久性标志。野外观测是以标石的标志中心为准。最后算的点的平面坐标和高程，就是标志中心的位置。如果标石被破坏或发生位移，测量成果就失去作用，点的坐标就毫无意义了。因此，在埋石时要严格贯彻质量第一的原则，标石灌注要十分坚实，埋设要十分稳固，确保能长期保存。2