校园测量控制网建设实例解析

余章蓉

摘要：为满足学校测绘工程及土木工程等专业的测量实训要求，昆明理工大学津桥学院空港校区建设了校园测量控制网，为相关课程的测量实训提供了测量场所，有利于提高学生的动手能力。校园控制网包括平面控制网及高程控制网，平面控制网采用网络RTK技术测量，高程控制采用水準测量方法测量，最终通过有效的方式进行了成果检核，各项精度指标均满足规范要求。

Abstract： In order to meet the requirements of surveying and mapping engineering and civil engineering in schools， the airport campus of Kunming University of Science and Technology Oxbridge College has set up a campus surveying control network， which provides a surveying place for surveying and training of related courses and is conducive to improving students' practical ability. The campus control network includes a plane control network and an elevation control network. The plane control network uses network RTK technology to measure， and the elevation control uses leveling method to measure. Finally， the results are checked in an effective way， and all precision indexes meet the specification requirements.

关键词：校园控制网;平面控制;高程控制

Key words： campus surveying control network;plane control;elevation control

0  引言

测量实践课程对测绘工程及相关工程建设专业的学生掌握测量技能非常重要，为有效的开展测量实践课，为测量学、控制测量、地籍测量、数字测图等实践课程提供测量起算成果，需在校园内布设教学用测量控制网[1]。控制网的布设测量，已经从全站仪导线测量向GNSS测量方法转变[2]。如何快速布设校园控制网，并满足国家相关标准规范[3，4]以及教学实践课程[5，6，7]的要求，是本文研究和需要解决的问题。本文以昆明理工大学津桥学院空港校区教学测量控制网的建设为例，对在校园内进行测量控制网建设过程进行分析，按照控制网形设计、选点、埋石、观测、计算及检核等建设流程，分享在校园测量控制网建设的方法及建设过程中所积累的经验。

1  需求分析及已有成果资料

1.1 需求分析

昆明理工大学津桥学院设有测绘工程、土木工程、水利水电工程等专业，均需开设测量学、工程测量及相关专业课。虽然在校外设有测绘实习基地，但距离较远、难以满足日常的课程安排随时进行实践操作的要求。因此，需在校园内布设校园控制网，以便及时开展教学实践活动。校园控制网主要满足测量学角度测量、导线测量、水准测量，工程测量施工放样，地籍测量，数字化测图，GPS课程等实践课程以及为校园测量技能大赛对测量控制点的需要。

1.2 已有成果资料

经过对已有成果资料收集和分析，校园控制网建设可利用的已有成果资料情况主要如下：

①昆明市连续运行参考站系统[8]（KMCORS），津桥学院位于KMCORS站点覆盖范围以内（见图 1），距离最近的站点约15千米，能够有效接收KMCORS发布的差分服务，可作为校园控制网建设的平面坐标框架，作为平面坐标基准的引入，可大大节约观测时间和建设成本。

②校园施工建设时，昆明市规划测绘部门为学校施测提供了2个二级控制点（含四等水准）成果，平面基准为昆明市城建地方坐标系，高程基准为1985国家高程基准，其平面坐标可作为平面控制布设时的检核点，其高程坐标可作为高程基准引入。

③此外，利用Google地图下载的高清校园影像地图，坐标系为WGS84地心坐标，利用ArcGIS地理配准后，同已有成果叠加，可作为控制网点布设的工作底图。

2  控制网设计及建设

2.1 控制网总体设计

按照控制网“分级布设、逐级控制”的布网原则和要求，校园控制网的建设同样遵循这一原则，同时兼顾方便教学，考虑学校的地形及校园内部道路、建（构）筑物及绿地的分布情况来进行布设。此外，还应考虑控制点易于埋设和保存，并能够确保整个校园区域的全覆盖，同时满足较好的通视条件，以及满足不同测量专业对控制点布设的需求。

校园控制网按照两极布设，包括首级控制网和加密控制网。首级控制网作为校园平面和高程控制的基准网，加密控制网在首级控制网的基础上进行加密，使得控制点达到一定的密度。

昆明理工大学津桥学院空港校区（南校区）规划430.67亩，长约550米，宽约520米，地形总体平坦，无高层建（构）筑物，视线开阔，无较大遮挡，有利于GNSS控制点的布设和观测。同时，部分区域为坡地地形，也给控制点的布设和观测带来一定的困难，校区平面布局影像图见图 2。

校园控制网设计充分考虑平面控制和高程控制相统一的原则进行布设。由图 2可知，校园范围接近于500m边长的正方形。平面控制网的设计，结合测绘行业规范[4]关于平面控制网的边长的规定，校园控制网的平面控制边长最大可满足GNSS RTK一级控制点[4]（≥500m）的要求，见表 1。结合校园的实际地形情况，综合考虑通视、网形等基本布设和观测条件，首级控制网实际按照GNSS RTK 二级点的边长要求（平均边长大于300m）布设测量。

施测方法充分利用KMCORS的便利性，可大大节约观测时间，同时满足规范精度的要求。采用GNSS RTK的方式在校园四角和中心布设二级平面控制点，作为校园网首级平面控制。加密控制点统一按照图根控制要求进行布设测量，平均边长要求大于100m，同样采用GNSS RTK的方式进行测量。

控制网的高程控制，由于经费及场地的限制，点位采用同平面控制点点位一致。为了将1985国家高程基准引入校内，学校外有四等水准控制点2点。为确保观测精度符合规范要求，以其中一点的四等高程成果作为高程起算，按照闭合水准的方式布网。为达到校园二等水准控制测量的教学实验要求，因此高程控制按照二等水准[9]要求进行观测，形成多条闭合水准路线，最终统一平差计算高程控制成果。

2.2 控制点选点

控制网包括平面控制网和高程控制网，分别进行独立测量，但点位的布设保持一致，即所布设的控制点既进行平面坐标的测量，也进行高程的测量。点位沿校园内部道路进行布设，相邻点之间相互通视线，且距离尽量保持大致相等。

首级平面控制为GNSS二级控制网，共设置有5个控制点，分别位于校区的四周，相邻点通视，平均边长354.4m。图根控制点，共19点，分别位于校区内各道路交叉口，相邻点间距离尽量保持大致相等并两两通视，平均边长114.8m。高程控制网的布设，点位同平面控制点点位相同，形成5条闭合水准路线进行观测。控制点布设图见图 3。

2.3 控制点埋石

为达到控制点标识美观和稳定可靠，控制点标志统一设计定制，材料为预制钢钉。钢钉螺帽上刻有控制点的编号，采用津桥学院首字母JQ+顺序号的方式编号。学校地面硬化程度较好，钢钉的埋设先用电钻在地面上打孔，在孔内浇灌水泥，然后将钢钉放入孔内，确保钢钉能被有效固定，见图 4。

2.4 控制点观测

2.4.1 平面控制网

平面首级控制网测量利用KMCORS，采用网络RTK技术进行测量，校园网平面首级控制网按照GNSS RTK二级控制点的观测要求进行施测，每个点必须测量3个测回以上，并且测回间平面坐标分量X/Y较差须小于2cm，高程较差须小于3cm，单个测回RTK测量的要求按照行业规范CJJ/T73的要求进行。加密控制点按照图根控制点测量要求，采用GNSS RTK测量的方式进行，测回数只须满足每个点不少于2个测回的要求，其他观测要求同GNSS RTK二级控制点要求一致。

施测前，利用已有二级控制点进行了测前检核，平面及高程坐标均小于5cm。为减少对中杆的对中误差，测量时均利用三角支架架设天线的方式进行RTK测量。控制点成果测回间较差满足规范要求的情况下，取X坐标和Y坐标取测回平均值作为最终平面坐标。平面控制坐标系统命名为“2017年津桥学院空港坐标系”。

2.4.2 高程控制网

高程控制采用科力达DL-2003电子水准仪（每公里往返测标准差达到0.3mm），按照二等水准测量的要求测段往返观测。由于已有二级控制点的高程成果为四等水准成果，为避免符合水准路线的不符合，观测时采用单点闭合至某一已有二级控制点的方法观测，将1985高程基准引入。观测前进行了i角的测定，观测视线长度、前后视距差、视线高度的要求按照CJJ/T8的要求执行，具体见表 2。

二等水准测量的测站观测限差要求，见表 3。

最终，水准路线形成5个闭合环。观测完成后，确认观测成果全部符合规定后，方可进行外业计算。外业计算涉及的内容主要包括外业高差和概略高程表、偶然中误差、全中误差、环线闭合差等4项计算。

内业计算利用仪器自带软件导出观测数据后，进行内业平差计算。观测高差，需要進行水准标尺长度改正、正常水准面不平行改正、重力异常改正，然后计算环线闭合差。

由于校园高程控制网水准环少于20个，因此不计算每千米水准测量的全中误差。最后，采用COSA软件进行水准网平差，以测段长度定权，按严密平差方法进行平差，分别由两人各自独立计算，并核对无误。平差后偶然中误差±1.0mm（限差±1.0mm），满足规范限差的要求。

3  控制网精度检测

为确保控制网的精度，按照CJJ/T73动态卫星定位网点应进行边长、角度或导线联测检核的要求，首级控制点平面坐标采用全站仪导线联测方式进行检核，主要技术指标如表 5。

4  结束语

本文采用昆明市连续运行参考站，利用GNSS RTK技术快速布设校园首级平面控制网，节约时间的同时，控制点边长、精度等设计指标均满足相关行业标准和规范要求。高程控制网，点位同平面点重合，利用二等直接水准的方式测量，弥补GNSS RTK控制高程精度不足的问题，实现了校园控制网的快速布设和成果解算，校园控制网的实际建设时间3天完成，大大缩短了建设周期。

本文对昆明理工大学津桥学院空港校区校园控制网的建设过程进行了详细的描述，以控制网建设实例对在校园控制网建设进行了一定的经验分享。同时，通过校园控制网的建设，进一步提高了教师的实践能力，有利于教师在今后的教学过程中将理论与实际更好的结合。而校园控制网的建设，为学生学习期间的实践操作提供了极大的便利，使学生能根据理论课程的要求，随时进行实践操作，提高学生的动手能力，为他们今后走向工作岗位打下坚实的基础。

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