淺談工程測量控制網精度序列

周衛軍 張邵賀

(中國有色金屬工業西安勘察設計研究院有限公司 陜西西安 710054)

工程測量控制網是為工程建設提供工程范圍內統一的參考框架，為各項測量工作提供起算依據，滿足工程建設不同階段對測量工作在精確性、可靠性及靈敏性等方面的要求，同時工程測量控制網也有控制全局、提供基準和控制誤差累積的作用[1]。工程測量控制網精度體系的構建，是在總結大量工程經驗的基礎上進行分類、歸納、總結而形成的，其目的是對工程測量不同階段精度等級的基本定義、系統構成、作業特點、分類原則、制定依據、指標來源、核心要求和應用方法等進一步的總結區分。工程測量控制網精度體系整體上稱為精度體系，具體分類上則表述為精度序列。

2020年11月10日，住房和城鄉建設部與國家市場監督管理總局聯合發布了修訂后的GB 50026—2020《工程測量標準》。該標準在修訂過程中總結了當前國內外工程測量的最新研究成果和實踐經驗，體現了儀器設備和技術方法的應用特點，內容完整、條理清晰，技術指標科學合理，與其他國家標準保持了良好的協調性，具有較強的先進性、適用性、指導性和可操作性[2]。本文針對新發布的GB 50026—2020《工程測量標準》(簡稱《標準》)，從平面控制網和高程控制網的歷史淵源和指標架構著手分析，同時結合工程測量控制網精度體系的構建，著重對平面控制網和高程控制網的精度序列進行論述。

1 平面控制網的精度序列

1.1 精度序列的劃分與命名

GB 50026—2020《工程測量標準》明確規定，平面控制網可按精度劃分為“等”與“級”兩種規格，由高向低依次為二、三、四等和一、二、三級。即平面控制網采用自高向低的劃分方法，等次要高于級次，末等之后才是級次[3]。這樣規定的目的是為了避免工程建設領域在制定與編寫行業標準和技術文件時對等級應用混亂，明確不同作業方法所適用的建立平面控制網的等級范圍。需要強調的是，隨著科學技術的發展，測量儀器的精度和計算手段都得到了相應的提高，因此，工程測量控制網不再強調逐級布網，只要在滿足精度要求的前提下，各等級網均能作為測區的首級控制網，且當測區已有高等級控制網時，也允許越級布網。

本次《標準》修訂中，平面控制測量從涵蓋內容到章節編排，依舊采用按作業方法進行分類的方式。這種分類方式不僅具有更好的可操作性，而且還能體現選擇各種測量手段的主次之分，同時也是根據工程測量控制網的應用情況確定的，以體現測量作業方法的發展與應用趨勢。根據目前工程測量單位的現實情況和發展趨勢，首級控制網大多采用衛星定位測量控制網，加密網則較多采用導線或導線網，而三角測量在大面積控制網加密中已較少使用。所以本《標準》仍沿用GB 50026—2007《工程測量規范》架構按衛星定位測量、導線測量和三角測量的順序編寫[4]，修訂增加了衛星定位實時動態測量一節。

本次《標準》修訂中，衛星定位測量控制網精度等級劃分與傳統三角形網(三角網、三邊網、邊角網)精度等級劃分方法相同，依次為二、三、四等和一、二級，導線及導線網精度等級的劃分不變，依次為三、四等和一、二、三級，只是將三角測量納入專用控制網測量的范疇。專用控制網主要適用于特殊精度要求或受場地條件限制無法進行衛星定位測量的情形。

1.2 主要技術指標

平面控制網精度序列中“等”的命名，本《標準》引用原國家測繪總局1958年編制的《一、二、三、四等三角網測量細則》中的已有名稱。由于工程測量領域平面控制網極少涉及一等，故直接從二、三、四等進行劃分；一、二級平面控制網則是根據工程測量的作業特點和工程經驗統計結果而形成的特有級別，針對導線測量，還增加了三級的級別。平面控制網的建立通常采用衛星定位測量、導線測量和三角測量等方法，其主要技術要求見表1、表2、表3。

表1 衛星定位測量的主要技術指標Tab.1 Technical Indexes of Satellite Positioning Surveying等級基線平均長度/km固定誤差A/mm比例誤差系數B/(mm/km)邊長相對中誤差最弱邊相對中誤差二等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≤1/40 000一級1≤10≤20≤1/40 000≤1/20 000二級0.5≤10≤40≤1/20 000≤1/10 000

表2 導線測量的主要技術要求Tab.2 Technical Requirements of Traverse Surveying等級導線長度/km平均邊長/km測角中誤差/(″)測距中誤差/mm測距相對中誤差測回數0.5″級儀器1″級儀器2″級儀器6″級儀器方位角閉合差/(″)導線相對閉合差三等1431.8201/150 0004610—3.6n≤1/55 000四等91.52.5181/80 000246—5n≤1/35 000一級40.55151/30 000——2410n≤1/15 000二級2.40.258151/14 000——1316n≤1/10 000三級1.20.112151/7 000——1224n≤1/5 000

衛星定位測量控制網的外業觀測，有靜態和快速靜態兩種作業模式。鑒于快速靜態測量對直接觀測基線不能構成閉合圖形，可靠性較差，加之工程應用相對較少，所以，本次《標準》修訂刪去了快速靜態的技術要求，改用動態測量模式代替，允許在一、二級控制測量中采用?；谛l星定位動態控制測量點位精度、相對精度和可靠性的考慮，將其控制測量精度定位于“級”次并劃分為一、二級，動態測量的點位間距與相對精度取值采用《標準》的精度序列規格并參考導線的要求確定。衛星定位測量控制網動態測量的主要技術要求見表4。

表4 衛星定位測量控制網動態測量的主要技術要求Tab.4 Technical Requirements for Dynamic Survey of Satellite Positioning Surveying Control Network等級相鄰點間距離/m平面點位中誤差/mm邊長相對中誤差測回數一級≥500二級≥250≤50≤1/30 000≥4≤1/14 000≥3

1.3 精度指標的確定依據

1.3.1 測角中誤差

三角測量的測角中誤差，引用原國家測繪總局1958年編制的《一、二、三、四等三角網測量細則》的有關精度指標。其中，二、三、四等平面控制網的測角中誤差直接引用，分別為二等1″、三等1.8″、四等2.5″，另外補充了一級5″、二級10″兩個級次；三、四等和一級導線采用同等級三角測量的測角中誤差，增加了二級8″和三級12″的規定。這也是經典的測角中誤差劃分方法。

1.3.2 控制網的平均邊長

三角形網的平均邊長規定，是針對工程測量區域控制面積相對較小的特點，同時結合長期的工程經驗統計分析并進行嚴密推算制定的，分別為二等9 km、三等4.5 km、四等2 km、一級1 km、二級0.5 km。平均邊長規定相比原國家測繪總局1958年編制的《一、二、三、四等三角網測量細則》中的規定要小很多，主要是因為國家等級控制網控制范圍大、平均邊長較長，盡管其明確說明三、四等控制網是以滿足測圖和工程需要為目的，但無論從控制點的密度、精度，還是施測地形圖的精度上講，往往都無法滿足工程測量的實際需要。

衛星定位測量控制網可看作是一種特殊的三角形網，因此《標準》中基線平均長度指標直接引用了三角形網的平均邊長。

1.3.3 水平角觀測測回數

三角測量的水平角觀測測回數，是結合長期的工程經驗統計分析并進行嚴密推算而得到的，根據不同精度級別的儀器給出相應等級方向觀測法的測回數。二、三、四等三角形網水平角觀測的測回數，沒有引用原國家測繪局1974年編制發布的《國家三角測量和精密導線測量規范》中的相應測回數，主要是因為國家等級三角網的控制面積大、邊長很長且原則上需要建造覘標。水平角觀測中誤差與測回數統計詳見表5。

1.3.4 最弱邊邊長相對中誤差

三角形網最弱邊邊長相對中誤差，屬于工程測量領域的獨創。四等三角形網最弱邊邊長相對中誤差要求不低于1/40 000，即最大投影變形不大于25 mm/km，就可以滿足大部分工程建設的精度要求，同時也能滿足相對點位中誤差為50 mm的限值。原國家測繪局1974年制定的《國家三角測量和精密導線測量規范》中沒有最弱邊相對中誤差這項指標，原國家測繪局在2000年對1974版規范進行了修訂，并更名為GB/T17942—2000《國家三角測量規范》[5]，在《國家三角測量規范》中引入了工程測量領域這一指標限值。

表5 水平角觀測中誤差與測回數統計Tab.5 Statistics of Standard Deviation and Number of Horizontal Angle Observation1″級測回數測角中誤差/(″)網的個數/個2″級測回數測角中誤差/(″)網的個數/個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 高程控制網的精度序列

2.1 精度序列的劃分與命名

《標準》規定高程控制網的精度等級，宜劃分為二、三、四、五等。高程控制網在“等”的名稱上，引用的是原國家測繪總局1958年制定的《一、二、三、四等水準測量細則》中的已有名稱。由于工程測量領域的高程控制網極少涉及一等水準測量，故本《標準》直接從二、三、四等進行劃分。五等水準測量是工程測量領域綜合自身作業特點和長期工程經驗，特別增設的高程控制網級別。水準測量采用每千米高差全中誤差的精度，與現行國家標準GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規范》[6]和GB/T 12898—2009《國家三、四等水準測量規范》[7]相同。五等水準測量是因工程需要而對水準測量精度系列的補充，每千米高差全中誤差仍沿用GB 50026—2007《工程測量規范》的指標。

本次《標準》修訂，完善了數字水準測量的要求，增加了自動安平水準儀和數字水準儀系列。就精度而言，數字水準測量和同等級光學水準測量的精度要求是相同的，但數字水準儀的測量精度和所配套的條碼水準標尺的材質相關，只有使用標準配套的因瓦條碼水準標尺才能達到或接近數字水準測量的理論精度，如果配套的水準標尺為條碼式玻璃鋼尺時，精度就必須降級使用。數字水準儀觀測的有關技術指標根據現行國家標準GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規范》和GB/T 12898—2009《國家三、四等水準測量規范》制定，光學水準儀觀測的有關技術指標仍沿用GB 50026—2007《工程測量規范》的指標。

2.2 主要技術指標

水準測量是經典高程測量方法，條件允許時，高程控制網優先選用水準測量方法，四等及四等以下水準測量可采用電磁波測距三角高程測量方法，五等水準測量也可采用衛星定位高程測量。水準測量的主要技術要求見表6。

表6 水準測量的主要技術要求Tab.6 Technical Requirements for Leveling Surveying等級每千米高差全中誤差/mm路線長度/km水準儀級別水準標尺觀測次數與已知點聯測附合或環線往返較差、附合或環線閉合差/mm平地山地二等2—DS1、DSZ1條碼因瓦、線條式因瓦往返各一次往返各一次4 L—三等6≤50DS1、DSZ1DS3、DSZ3條碼因瓦、線條式因瓦條碼式玻璃鋼,雙面往返各一次往一次往返各一次12 L4 n四等10≤16DS3、DSZ3條碼式玻璃鋼,雙面往返各一次往一次20 L6 n五等15—DS3、DSZ3條碼式玻璃鋼,單面往返各一次往一次30 L—

2.3 精度指標的確定依據

2.3.1 每千米高差全中誤差

每千米高差全中誤差與GB/T 12897—2006《國家一、二等水準測量規范》和GB/T 12898 —2009《國家三、四等水準測量規范》中關于全中誤差的技術指標保持一致，同時增加了五等水準測量每千米高差全中誤差15 mm的要求。需要特別說明的是，工程測量要求用全網中各個水準環的閉(附)合差統計計算高差全中誤差，并衡量整個水準網的整體高程測量精度。高差全中誤差指標反映的是系統誤差和偶然誤差的綜合影響，因此稱為全中誤差。工程測量通常對每千米水準測量偶然中誤差不做要求。

2.3.2 路線長度

《標準》考慮到起算數據的誤差影響，由最低等級的高程中誤差推算得到路線長度，即四等水準測量路線長度為16 km、三等水準測量路線長度為50 km，對一等、二等水準測量則不做要求。與GB/T 12898—2009《國家三、四等水準測量規范》中的有關規定差別較大的原因是：工程測量水準路線長度相比于國家等級水準路線長度要短很多，且往返較差、附合差或環線閉合差指標也會影響水準路線長度。

2.3.3 觀測次數

與已知點聯測時，各等級水準測量都要求進行往返觀測。附合水準路線和閉合水準路線只對二、三等水準測量提出往返觀測的要求，其他等級的水準路線通常認為“往一次”就可滿足要求。這一要求與國家等級水準測量有關規范的要求相一致。另外，由于工程測量領域涉及的水準路線相對較短，通常不強調“測段”的概念，因此，對“測段往返測量”不做要求。

2.3.4 往返較差、附合差和環線閉合差

3 結 語

不同類型工程測量控制網的精度序列均有自身的特點，分門別類地指導著不同的工程測量項目或不同階段的測量工作。這些精度序列經過數十年的實踐和應用，已在相關國家標準、行業標準及地方標準中廣泛引用，充分證明了工程測量控制網精度體系和技術指標的科學性、合理性和適用性。

工程測量標準體系和精度序列在確立時，參考了一些早期的有關測繪標準。如今這些標準已經發生了變化，而工程測量標準的精度體系并未隨之而動，僅僅是做了適當的補充和完善。筆者認為，精度體系一旦確立下來，不應輕易變動，否則容易造成使用上的混亂，對標準的整個體系也會造成巨大影響。近年來，測繪科學技術與儀器設備生產工藝發展迅猛，為廣大測繪工作者提供了強大的理論支撐，原來作業困難或工作強度大的項目在如今變得更容易實現。但是，這并不能作為更改或提高標準精度體系的理由，工程測量精度體系自確立之日起，應始終一以貫之。