浅谈工程测量控制网精度序列

周卫军 张邵贺

(中国有色金属工业西安勘察设计研究院有限公司 陕西西安 710054)

工程测量控制网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起算依据，满足工程建设不同阶段对测量工作在精确性、可靠性及灵敏性等方面的要求，同时工程测量控制网也有控制全局、提供基准和控制误差累积的作用[1]。工程测量控制网精度体系的构建，是在总结大量工程经验的基础上进行分类、归纳、总结而形成的，其目的是对工程测量不同阶段精度等级的基本定义、系统构成、作业特点、分类原则、制定依据、指标来源、核心要求和应用方法等进一步的总结区分。工程测量控制网精度体系整体上称为精度体系，具体分类上则表述为精度序列。

2020年11月10日，住房和城乡建设部与国家市场监督管理总局联合发布了修订后的GB 50026—2020《工程测量标准》。该标准在修订过程中总结了当前国内外工程测量的最新研究成果和实践经验，体现了仪器设备和技术方法的应用特点，内容完整、条理清晰，技术指标科学合理，与其他国家标准保持了良好的协调性，具有较强的先进性、适用性、指导性和可操作性[2]。本文针对新发布的GB 50026—2020《工程测量标准》(简称《标准》)，从平面控制网和高程控制网的历史渊源和指标架构着手分析，同时结合工程测量控制网精度体系的构建，着重对平面控制网和高程控制网的精度序列进行论述。

1 平面控制网的精度序列

1.1 精度序列的划分与命名

GB 50026—2020《工程测量标准》明确规定，平面控制网可按精度划分为“等”与“级”两种规格，由高向低依次为二、三、四等和一、二、三级。即平面控制网采用自高向低的划分方法，等次要高于级次，末等之后才是级次[3]。这样规定的目的是为了避免工程建设领域在制定与编写行业标准和技术文件时对等级应用混乱，明确不同作业方法所适用的建立平面控制网的等级范围。需要强调的是，随着科学技术的发展，测量仪器的精度和计算手段都得到了相应的提高，因此，工程测量控制网不再强调逐级布网，只要在满足精度要求的前提下，各等级网均能作为测区的首级控制网，且当测区已有高等级控制网时，也允许越级布网。

本次《标准》修订中，平面控制测量从涵盖内容到章节编排，依旧采用按作业方法进行分类的方式。这种分类方式不仅具有更好的可操作性，而且还能体现选择各种测量手段的主次之分，同时也是根据工程测量控制网的应用情况确定的，以体现测量作业方法的发展与应用趋势。根据目前工程测量单位的现实情况和发展趋势，首级控制网大多采用卫星定位测量控制网，加密网则较多采用导线或导线网，而三角测量在大面积控制网加密中已较少使用。所以本《标准》仍沿用GB 50026—2007《工程测量规范》架构按卫星定位测量、导线测量和三角测量的顺序编写[4]，修订增加了卫星定位实时动态测量一节。

本次《标准》修订中，卫星定位测量控制网精度等级划分与传统三角形网(三角网、三边网、边角网)精度等级划分方法相同，依次为二、三、四等和一、二级，导线及导线网精度等级的划分不变，依次为三、四等和一、二、三级，只是将三角测量纳入专用控制网测量的范畴。专用控制网主要适用于特殊精度要求或受场地条件限制无法进行卫星定位测量的情形。

1.2 主要技术指标

平面控制网精度序列中“等”的命名，本《标准》引用原国家测绘总局1958年编制的《一、二、三、四等三角网测量细则》中的已有名称。由于工程测量领域平面控制网极少涉及一等，故直接从二、三、四等进行划分；一、二级平面控制网则是根据工程测量的作业特点和工程经验统计结果而形成的特有级别，针对导线测量，还增加了三级的级别。平面控制网的建立通常采用卫星定位测量、导线测量和三角测量等方法，其主要技术要求见表1、表2、表3。

表1 卫星定位测量的主要技术指标Tab.1 Technical Indexes of Satellite Positioning Surveying等级基线平均长度/km固定误差A/mm比例误差系数B/(mm/km)边长相对中误差最弱边相对中误差二等9≤10≤2≤1/250 000≤1/120 000三等4.5≤10≤5≤1/150 000≤1/70 000四等2≤10≤10≤1/100 000≤1/40 000一级1≤10≤20≤1/40 000≤1/20 000二级0.5≤10≤40≤1/20 000≤1/10 000

表2 导线测量的主要技术要求Tab.2 Technical Requirements of Traverse Surveying等级导线长度/km平均边长/km测角中误差/(″)测距中误差/mm测距相对中误差测回数0.5″级仪器1″级仪器2″级仪器6″级仪器方位角闭合差/(″)导线相对闭合差三等1431.8201/150 0004610—3.6n≤1/55 000四等91.52.5181/80 000246—5n≤1/35 000一级40.55151/30 000——2410n≤1/15 000二级2.40.258151/14 000——1316n≤1/10 000三级1.20.112151/7 000——1224n≤1/5 000

卫星定位测量控制网的外业观测，有静态和快速静态两种作业模式。鉴于快速静态测量对直接观测基线不能构成闭合图形，可靠性较差，加之工程应用相对较少，所以，本次《标准》修订删去了快速静态的技术要求，改用动态测量模式代替，允许在一、二级控制测量中采用。基于卫星定位动态控制测量点位精度、相对精度和可靠性的考虑，将其控制测量精度定位于“级”次并划分为一、二级，动态测量的点位间距与相对精度取值采用《标准》的精度序列规格并参考导线的要求确定。卫星定位测量控制网动态测量的主要技术要求见表4。

表4 卫星定位测量控制网动态测量的主要技术要求Tab.4 Technical Requirements for Dynamic Survey of Satellite Positioning Surveying Control Network等级相邻点间距离/m平面点位中误差/mm边长相对中误差测回数一级≥500二级≥250≤50≤1/30 000≥4≤1/14 000≥3

1.3 精度指标的确定依据

1.3.1 测角中误差

三角测量的测角中误差，引用原国家测绘总局1958年编制的《一、二、三、四等三角网测量细则》的有关精度指标。其中，二、三、四等平面控制网的测角中误差直接引用，分别为二等1″、三等1.8″、四等2.5″，另外补充了一级5″、二级10″两个级次；三、四等和一级导线采用同等级三角测量的测角中误差，增加了二级8″和三级12″的规定。这也是经典的测角中误差划分方法。

1.3.2 控制网的平均边长

三角形网的平均边长规定，是针对工程测量区域控制面积相对较小的特点，同时结合长期的工程经验统计分析并进行严密推算制定的，分别为二等9 km、三等4.5 km、四等2 km、一级1 km、二级0.5 km。平均边长规定相比原国家测绘总局1958年编制的《一、二、三、四等三角网测量细则》中的规定要小很多，主要是因为国家等级控制网控制范围大、平均边长较长，尽管其明确说明三、四等控制网是以满足测图和工程需要为目的，但无论从控制点的密度、精度，还是施测地形图的精度上讲，往往都无法满足工程测量的实际需要。

卫星定位测量控制网可看作是一种特殊的三角形网，因此《标准》中基线平均长度指标直接引用了三角形网的平均边长。

1.3.3 水平角观测测回数

三角测量的水平角观测测回数，是结合长期的工程经验统计分析并进行严密推算而得到的，根据不同精度级别的仪器给出相应等级方向观测法的测回数。二、三、四等三角形网水平角观测的测回数，没有引用原国家测绘局1974年编制发布的《国家三角测量和精密导线测量规范》中的相应测回数，主要是因为国家等级三角网的控制面积大、边长很长且原则上需要建造觇标。水平角观测中误差与测回数统计详见表5。

1.3.4 最弱边边长相对中误差

三角形网最弱边边长相对中误差，属于工程测量领域的独创。四等三角形网最弱边边长相对中误差要求不低于1/40 000，即最大投影变形不大于25 mm/km，就可以满足大部分工程建设的精度要求，同时也能满足相对点位中误差为50 mm的限值。原国家测绘局1974年制定的《国家三角测量和精密导线测量规范》中没有最弱边相对中误差这项指标，原国家测绘局在2000年对1974版规范进行了修订，并更名为GB/T17942—2000《国家三角测量规范》[5]，在《国家三角测量规范》中引入了工程测量领域这一指标限值。

表5 水平角观测中误差与测回数统计Tab.5 Statistics of Standard Deviation and Number of Horizontal Angle Observation1″级测回数测角中误差/(″)网的个数/个2″级测回数测角中误差/(″)网的个数/个30.90～1.66415.00140.89～2.40832.40260.80～1.701741.55～2.10480.85～1.68361.30～2.509〛90.55～1.792681.90～2.205101.01190.95～1.806120.40～1.02792.121121.17～1.642

2 高程控制网的精度序列

2.1 精度序列的划分与命名

《标准》规定高程控制网的精度等级，宜划分为二、三、四、五等。高程控制网在“等”的名称上，引用的是原国家测绘总局1958年制定的《一、二、三、四等水准测量细则》中的已有名称。由于工程测量领域的高程控制网极少涉及一等水准测量，故本《标准》直接从二、三、四等进行划分。五等水准测量是工程测量领域综合自身作业特点和长期工程经验，特别增设的高程控制网级别。水准测量采用每千米高差全中误差的精度，与现行国家标准GB/T 12897—2006《国家一、二等水准测量规范》[6]和GB/T 12898—2009《国家三、四等水准测量规范》[7]相同。五等水准测量是因工程需要而对水准测量精度系列的补充，每千米高差全中误差仍沿用GB 50026—2007《工程测量规范》的指标。

本次《标准》修订，完善了数字水准测量的要求，增加了自动安平水准仪和数字水准仪系列。就精度而言，数字水准测量和同等级光学水准测量的精度要求是相同的，但数字水准仪的测量精度和所配套的条码水准标尺的材质相关，只有使用标准配套的因瓦条码水准标尺才能达到或接近数字水准测量的理论精度，如果配套的水准标尺为条码式玻璃钢尺时，精度就必须降级使用。数字水准仪观测的有关技术指标根据现行国家标准GB/T 12897—2006《国家一、二等水准测量规范》和GB/T 12898—2009《国家三、四等水准测量规范》制定，光学水准仪观测的有关技术指标仍沿用GB 50026—2007《工程测量规范》的指标。

2.2 主要技术指标

水准测量是经典高程测量方法，条件允许时，高程控制网优先选用水准测量方法，四等及四等以下水准测量可采用电磁波测距三角高程测量方法，五等水准测量也可采用卫星定位高程测量。水准测量的主要技术要求见表6。

表6 水准测量的主要技术要求Tab.6 Technical Requirements for Leveling Surveying等级每千米高差全中误差/mm路线长度/km水准仪级别水准标尺观测次数与已知点联测附合或环线往返较差、附合或环线闭合差/mm平地山地二等2—DS1、DSZ1条码因瓦、线条式因瓦往返各一次往返各一次4 L—三等6≤50DS1、DSZ1DS3、DSZ3条码因瓦、线条式因瓦条码式玻璃钢,双面往返各一次往一次往返各一次12 L4 n四等10≤16DS3、DSZ3条码式玻璃钢,双面往返各一次往一次20 L6 n五等15—DS3、DSZ3条码式玻璃钢,单面往返各一次往一次30 L—

2.3 精度指标的确定依据

2.3.1 每千米高差全中误差

每千米高差全中误差与GB/T 12897—2006《国家一、二等水准测量规范》和GB/T 12898 —2009《国家三、四等水准测量规范》中关于全中误差的技术指标保持一致，同时增加了五等水准测量每千米高差全中误差15 mm的要求。需要特别说明的是，工程测量要求用全网中各个水准环的闭(附)合差统计计算高差全中误差，并衡量整个水准网的整体高程测量精度。高差全中误差指标反映的是系统误差和偶然误差的综合影响，因此称为全中误差。工程测量通常对每千米水准测量偶然中误差不做要求。

2.3.2 路线长度

《标准》考虑到起算数据的误差影响，由最低等级的高程中误差推算得到路线长度，即四等水准测量路线长度为16 km、三等水准测量路线长度为50 km，对一等、二等水准测量则不做要求。与GB/T 12898—2009《国家三、四等水准测量规范》中的有关规定差别较大的原因是：工程测量水准路线长度相比于国家等级水准路线长度要短很多，且往返较差、附合差或环线闭合差指标也会影响水准路线长度。

2.3.3 观测次数

与已知点联测时，各等级水准测量都要求进行往返观测。附合水准路线和闭合水准路线只对二、三等水准测量提出往返观测的要求，其他等级的水准路线通常认为“往一次”就可满足要求。这一要求与国家等级水准测量有关规范的要求相一致。另外，由于工程测量领域涉及的水准路线相对较短，通常不强调“测段”的概念，因此，对“测段往返测量”不做要求。

2.3.4 往返较差、附合差和环线闭合差

3 结 语

不同类型工程测量控制网的精度序列均有自身的特点，分门别类地指导着不同的工程测量项目或不同阶段的测量工作。这些精度序列经过数十年的实践和应用，已在相关国家标准、行业标准及地方标准中广泛引用，充分证明了工程测量控制网精度体系和技术指标的科学性、合理性和适用性。

工程测量标准体系和精度序列在确立时，参考了一些早期的有关测绘标准。如今这些标准已经发生了变化，而工程测量标准的精度体系并未随之而动，仅仅是做了适当的补充和完善。笔者认为，精度体系一旦确立下来，不应轻易变动，否则容易造成使用上的混乱，对标准的整个体系也会造成巨大影响。近年来，测绘科学技术与仪器设备生产工艺发展迅猛，为广大测绘工作者提供了强大的理论支撑，原来作业困难或工作强度大的项目在如今变得更容易实现。但是，这并不能作为更改或提高标准精度体系的理由，工程测量精度体系自确立之日起，应始终一以贯之。