精密三角高程测量方法研究--研制报告.docVIP

武广客运专线精密三角高程代替二等水准测量的研究与应用 研制报告 中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉大学测绘学院 二 零 零 九 年 六 月 目 录 一、项目背景 3 二、设计目标 4 三、项目研制技术 4 1、高精度三角高程测量的严密公式 4 2、仪器观测误差影响 7 四、实现方案 10 1、仪器的选取 10 2 仪器改装 11 3 观测规定 12 五、系统开发 13 1、基于PDA的数据记录和处理程序的开发 13 2、基于电子手簿的数据记录和处理程序的开发 15 六、系统试验 15 1、角度观测精度分析 15 2、测量精度分析 18 七、工程应用研究 20 1、水准路线闭合差 21 2、高差较差比较表 22 八、结论与应用前景 27 九、项目研制人员 28 十、附件 29 1、用户证明 29 2、检验报告 30 一、项目背景 自铁道部下发《关于重视和加强时速200公里以上铁路工程测量工作的通知》(建技电〔2006〕128号)以来，各客运专线均要求建立精密控制网，对于时速大于250km/h的客运专线，首级高程控制测量要求达到二等水准测量的要求。从目前的作业方法看，二等水准测量一般均采用几何水准测量，该作业方法具有操作简单、精度高等优点，适合在地形平坦、交通便利的地区作业，但对丘陵、山区等地区而言，该作业方法的缺点也很明显：测量速度慢、劳动强度大、作业周期长，采用几何水准测量进行高程传递是非常困难的。尤其是对我集团公司铁路勘测而言，勘测周期非常短，而作业地区很多都是交通不便利、高程落差大、长大隧道多，怎样才能既保证高程控制测量的精度，同时又提高作业效率，满足我集团公司的生产需要，为此，我们要去思考，力求用一种较好的高程测量方法，同样能达到几何水准测量的精度。 三角高程测量方法一直被测量人员所关注，特别是全站仪的发展和广泛应用，国内外广泛开展了EDM三角高程测量的研究，并取得很大的进展。在我国《国家三、四等水准测量规范》（GB12898—91）中规定：“在进行几何水准测量确有困难的山岳地带以及沼泽、水网地区，四等水准路线或支线，可用电磁波测距高程导线进行测量”。三角高程测量在高精度高程测量中的应用研究也很普遍，这些研究表明，三角高程测量可以代替三等水准测量，也有的认为EDM三角高程测量已接近或已达到二等水准测量要求，也有的认为EDM三角高程测量可以达到更高的精度。但是用三角高程代替二等以上水准测量还存在很多问题没有解决，比如大气折光、照准误差、仪器和目标高的量测等，在ATR自动目标识别全站仪出现后，对于照准误差可以降低，同时由于其具有很多新的特点，能够解决三角高程测量中的一些问题，从查阅的文献资料看，在特定的试验环境下(采用强制对中装置、预先测定大气折光系数等)能达到高精度水准测量的要求，但是没有普遍性，不能应用于大规模的精密高程测量。 本项目精密三角高程测量代替常规二等水准测量的方法研究，旨在探索减少人为误差、仪器高和目标高的量取误差、大气折光差等对成果精度的影响，并拟定相应的作业规程，对于在起伏较大的困难地区及跨河水准的二等水准测量，使精密三角高程测量成为一种代替二等水准测量的高程控制测量作业方法，以提高作业效率、减轻劳动强度，并实现高程测量自动化。 二、设计目标 项目的设计目标：利用ATR自动目标识别全站仪并进行改装，编制相应的观测作业程序及数据处理软件，使精密三角高程测量成为一种代替二等水准测量的高程控制测量作业方法，并拟定相应的作业规程。 三、项目研制技术 1、高精度三角高程测量的严密公式 在佩利年 Α.Π.《理论大地测量学》中用椭球近似地球，导出大地天顶计算大地高高差的公式 ……（1） 式中，分别为点的纬度和平均纬度，其椭球项影响为：。由图1可知大地天顶和有以下关系： ………………………………………………（2） 式中，是照准方向上的垂线偏差分量，是垂直折光差角，是点的平均曲率半径。 将式(2)代入式(1)中同时略去二次小项可得 ………（3） 大地高高差和正常高高差有以下关系 …………………………………………（4） 式中是高程异常差之差，是测线沿线垂线偏差分量均值，分别为两点的仪器中心高程，将式(4)代入式(3)得 ………………………………………………… （5） 设测站点地面的正常高是，照准点地面的正常高是 , 是仪器高，是目标高，则有 …………………………………………………… （6） 将式(6)代入式(5)得 …………………………………………………（7） 式(7)是目前文献所能见到的最严密的三角高程测量计算公式，等式右边4、5、6项分别是垂线偏差改正、大气折光差改正和椭球改正项，对于几千米的边长其函数模型误差小于0.5mm。 同理可得反向观测的公式为 ……………………………………………