全站仪在高程控制网中精度分析论文.docVIP

全站仪在高程控制网中的精度分析 1背景 在当今社会,随着计算机技术,空间技术和现 代通信技术的发展,传统的测绘技术体系正在世界 范围内发生一场深刻的革命。而这些变革与测绘 仪器的发展密切相关,测绘产业的改革势必对为期 服务的测绘仪器行业提出更高更迫切的要求。反 过来测绘仪器的进步必定会大大促进测绘科技的 发展。而在众多的测绘仪器中全站仪和GPS脱颖 而出成为令人瞩目的焦点。 全站仪是一种光机电算一体化的高新技术测 量仪,测距部分有发射,接受与瞄准组成共轴系统, 测角部分由电子测角系统完成,是一种具有高精 度,高效率,各种测量功能的外业数据采集设备,大 大减轻外业人员的劳动强度 在工程测量中,高程控制是各种工程高程施工放样的基础。传统的高程控制的测量方法是几何水准测量和三角高程测量。水准测量直接测得地面两点间高差,操作简单,测量精度也高,但受地形的限制;三角高程测量是一种间接测得两点高程的方法,它不受地形条件的限制,且测量速度快,但精度较低。因此,有研究者提出一种全站仪三角高程测量的新方法。即将全站仪安置在两测点中间,在不量取仪器高和棱镜高的情况下,利用三角高程的原理测得未知点的高程,然而此方法误差随观测距离和竖直角的增大而增加。上述三种方法虽各有优缺点,但适用于不同的范围,下面从三角高程测量原理出发,利用误差传播定律,对中间法三角高程测定方法进行精度分析。 2 全站仪中间法高程测量原理 全站仪中间法高程测量原理如图 1，A 和 B 两 点上安置反光棱镜，在A、B 的大致中间位置 O点 安置全站仪。O、A 两点的高差为: h=ssin+c-r+i-v, (1) 式中: s、、c、r分别为O至A点的倾斜距离、竖直角、地球曲率改正数、大气折光改正数,i为仪器高, v为A点的目标高.地球曲率与大气折光影响之和 f为: f=c-r=-=Scos, (2) 式中:R为地球的平均半径(R=6 371 km),K为O 至A的大气折光系数.因此,式(1)可表达为: h=Ssin+f+i-v=Ssin+Scos+i- v, (3) 同理可得O、B两点的高差h为： h=Ssin+f+i-v=Ssin+Scos+i- v,(4) 式中: S、、f、r、K分别为O至B点的倾斜距离、竖直角、地球曲率与大气折光影响之和及大气折光系数,i为仪器高, v为B点的目标高.A、B两点间的高差h为: h =h- h=Ssin- Ssin+Scos-Scos+ v- v(5)已知点A的高程为H,待求点B的高程为H,则: H= H+h= H+ Ssin- Ssin+Scos-Scos+ v- v(6) 由上式可知,在不考虑已知点高程误差的情况下,采用中间法测量高程主要与测量斜距S和S、竖直角和、目标高v和v及大气折光系K和K有关,与仪器高无关,从而克服了仪器高量取精度低的问题,有利于提高测量精度.当A、B两点采用同一对中杆且不变换高度,即v= v时,式(6)变为： H= H+h= H+ Ssin- Ssin+Scos-Scos（7） 由上式可知,采用适当的方法,全站仪中间法高 程测量与仪器高、目标高完全无关,只与距离、竖直 角及大气折光系数有关。 3观测方法 参照三等水准测量的外业观测要求，进行全站 仪中间法三角高程测量，可消除或消弱误差的影响。 具体的观测方法有: ( 1) 控制前、后视距差和视距累计差。大气折光是三角高程测量的主要系统误差来源，其系数随时间、地点的不同而变化，难以精确测定。在短时间内，可近似认为是稳定的，K=K=K 则一个测站的球气差分量为: h=f-f=( Sccos- Sccos)=(D-D) (8) 由公式( 5) 可以看出: 只要前后视距相等，就可以消除一个测站的球气差的影响实际外业观测中，由于前后视距完全相同难以实现，严重影响观测效率，可将测站的前、后视距差控制在一定范围内。同时为避免测站视距差的累积，也需要控制线路的视距累计差。 ( 2) 按时间对称排列的顺序进行前、后视棱镜的观测。由于大气折光系数是随时间变化的，观测中，假设变化均匀，则可采取“后 、 前 、 前 、 后”的顺序进行垂直角的正倒镜观测，消弱大气折光系数随时间变化的影响一个测站的观测速度应该大致均匀，避免过长的时间间隔 ( 3) 对中杆高度固定，交替前进，一条路线的测站数量为偶数站。觇标高的量取一般采小钢尺量距，从不同方向量取3次取平均值作为最后结果，统计分析得到觇标高的量取误差为:0.85~1.21mm。相邻两个测站，对中杆交替前进，则两个测站的觇标高分量之和为: h=h-h=-(v-v)+(v-v) 在对中杆高度固定的情况下，v=v,v=v,两个测站的觇标高分量之和为0，从而避免