三角高程代替等级水准测量的可行性研究论文最终版

错误!未找到引用源。QUOTE错误!未找到引用源。、QUOTE错误!未找到引用源。QUOTE错误!未找到引用源。与水平的夹角与,，目标高度与；则可根据下式求得高差：QUOTE错误!未找到引用源。(2-14)(2-15)故A点与B点间的高差为：(2-16)由于代入式(2-16)整理后得：(2-17)若QUOTE错误!未找到引用源。,则：(2-18)

第3章三角高程与几何水准高程误差及精度的对比研究3.1全站仪对向观测法的精度分析设：由公式（2-13）根据误差传播定律可得其误差传播公式为：(3-1)现在我们设定全站仪边长观测中误差为QUOTE错误!未找到引用源。；全站仪竖直角观测中误差为QUOTE错误!未找到引用源。；仪器高和目标高的量取中误差为QUOTE错误!未找到引用源。进行研究。由3-1式可知，对向观测法的测量精度与距离精度、竖直角测量精度、仪高和目标高的量取精度有关。表示竖直角观测中误差对高差的影响；表示测距中误差对高差的影响；表示作业时量取仪器高和棱镜高中误差对高差的影响。其值随竖直角和边长变化如表3-1。由表3-1可以看出，1）全站仪测距中误差对高差的影响与竖直角的大小有关，但是这种影响在竖直角小于15°是很小的。2）竖直角观测中误差对高差的影响随着边长的增大而迅速增大，随着竖直角的增大而减小。这项影响比测边中误差的影响大的多。特别是在长边测量时，此项误差为影响高差精度的主要限制。为减小这项误差，一是边长不要太长，二是增加竖直角的测回数，提高测角精度；或者使用测角精度QUOTE错误!未找到引用源。的全站仪。表3-1对向观测法极限误差与三等水准限差比较(单位：mm)α项目边长（m）100200300400500700800900100015003°A0.1180.4701.0551.8752.9305.7437.5009.49311.72026.370B0.0060.0070.0090.010.0120.0160.0180.020.0220.034E11111111111.0601.2151.4371.6991.9852.6002.9193.2423.5705.2358°A0.1150.461.03751.8452.885.64757.3759.33511.52525.93B0.0470.0560.0650.0760.0870.1120.1260.140.1550.242E11111111111.0781.2311.4501.7091.9922.6002.9163.2373.5615.21315°A0.110.43750.98751.7552.745.3757.01758.882510.96524.67B0.1620.1930.2260.2630.3010.3870.4340.4840.5360.837E11111111111.1281.2771.4881.7372.0102.6002.9073.2203.5365.14830°A0.0880.4200.7931.4102.2034.3205.6407.1408.81519.833B0.6850.720.8450.981.1251.4451.621.80523.125E11111111111.3321.4631.6241.8412.0802.6012.8743.1543.4374.895三等0.9481.3431.6431.8982.1202.5102.6832.8453.0003.6753）当测距视线斜距边长介于100-500m时，能够满足三等水准精度要求。4）在测距视线斜距小于100m时，仪器高和目标高的量取误差为影响高差精度的主要来源。5）但是由于对向观测法假设对向观测的大气折光系数是一样的，进而相互抵消。但是现实情况很难达到这种要求。我们现在取两个极限折光系数。0.08和0.14进行研究。它对高差观测的影响如表3-2[15]表3-2对向观测时折光误差对高差的影响(单位：mm)平距/m10020030040050070080090010001500误差/mm0.050.190.420.751.182.33.013.814.710.58当测距视线的平距超过500米时，对高差的影响就达到1mm。所以我们在测量时除了要选择适当时间进行，还应适当的控制边长长度，进而减少误差。3.2全站仪中间观测法的精度分析设，则有误差传播定律，根据公式（2-18）可推到出中间法观测高差的中误差为[13]：(3-2)现在我们设定全站仪边长观测中误差为，为全站仪观测的斜距；全站仪竖直角观测中误差为QUOTE错误!未找到引用源。；大气折光系数，大气折光系数中误差。通过实验发现，在中间观测法中，不同的前后平距和前后平距差对高差观测精度的影响如表3-3。表3-3中间观测法地球曲率和大气折光对高差的影响值(单位：mm)高差/mm510152025303540455050-0.04-0.08-0.12-0.17-0.22-0.27-0.33-0.39-0.46-0.52100-0.07-0.15-0.23-0.31-0.39-0.48-0.57-0.67-0.77-0.87150-0.11-0.22-0.33-0.45-0.57-0.69-0.82-0.95-1.08-1.22200-0.14-0.29-0.43-0.59-0.74-0.9-1.06-1.23-1.4-1.57250-0.18-0.36-0.54-0.73-0.92-1.11-1.31-1.51-1.71-1.92300-0.21-0.43-0.64-0.87-1.09-1.32-1.55-1.79-2.02-2.27350-0.25-0.5-0.75-1.01-1.27-1.53-1.8-2.07-2.34-2.62400-0.28-0.57-0.85-1.15-1.44-1.74-2.04-2.35-2.66-2.97450-0.32-0.64-0.96-1.29-1.62-1.95-2.29-2.63-2.97-3.32500-0.35-0.71-1.06-1.42-1.79-2.16-2.53-2.91-3.28-3.67600-0.42-0.85-1.27-1.7-2.14-2.58-3.02-3.46-3.91-4.37700-0.49-0.98-1.48-1.98-2.49-3-3.51-4.02-4.54-5.06由表3-3可以看出前后视平距差控制在15m以内时，地球曲率和大气折光误差对高差的影响是较小的。因此本文假设前后视距平距相等，则对应不同的竖直角，QUOTE错误!未找到引用源。表示竖直角观测中误差对高差的影响，QUOTE错误!未找到引用源。表示测距中误差对高差的影响，大气折光误差对高差的影响。中间法观测高差的各值如表3-4所示[16]。表3-4中间法极限误差与三等水准限差比较（单位：mm）竖直角/度项目前后平距之和/m角a角b1002003004005007008001000150000A0.130.481.051.882.955.757.5311.7526.45B0000.10.10.50.81.99.7C000000.000.10.30.360.691.021.411.752.52.893.716.041010A0.130.51.1323.136.13812.528.13B0000.10.10.50.81.99.7C0.30.40.40.50.60.70.81.11.70.660.951.241.611.962.713.13.946.291015A0.130.531.152.083.256.388.331329.25B0000.10.10.50.81.99.7C0.50.60.60.70.81.11.21.62.60.791.061.321.72.042.823.214.066.451520A0.150.581.282.283.5879.1514.2832.15B0000.10.10.50.81.99.7C0.91.11.21.41.622.22.74.41.021.31.571.942.33.083.494.356.82020A0.150.61.352.433.787.389.6515.0833.88B0000.10.10.50.81.99.7C1.21.41.61.822.52.83.45.31.161.411.722.082.423.223.644.516.99三等1.341.92.322.6833.553.794.245.2由表3-4可以看出：1）全站仪测距中误差对高差的影响与竖直角的大小有关，但是此项误差相对于竖直角观测中误差对高差的影响而言是微小的。2）竖直角观测中误差对高差的影响随着边长的增大而迅速增大，同样随着角度的增大而增大。这项影响比测边中误差的影响大的多。在长边测量中，此项误差为影响高差精度的主要限制。为减小这项误差，一是边长不要太长，二是增加竖直角的测回数，提高测角精度使QUOTE错误!未找到引用源。；或者使用测角精度QUOTE错误!未找到引用源。的全站仪。3）当测距视线斜距边长在1000m内时，能够满足三等水准精度要求。4）由表3-4可知，在地形良好的情况下，应尽量使前后视距相等（或者最小），这样能很好的控制高差的精度。3.3三角高程测量方法的比较前面阐述了两种三角高程测量的方法，即对向测量法和中间站三角高程测量法。对于这些方法的公式及误差分析前面已经分析过，现在对于他们各自的优缺点进行分析。1.对向观测法优点：该方法大大的减弱了大气折光对高程测量的影响，从理论上分析比单向的精度更高，在一般观测条件下，达到三、四等的要求比较容易。是精密三角高程测量方法中一种很有效的方法。缺点：该方法仍需要测量仪器及目标高，待测点与已知高程点之间仍需要通视。消除误差方面存在一定的缺陷。2.中间测量法优点：测站不需对中，不需量取仪器高：如果选取适当的方法可以直接不量取觇标高；测站选在中间部分时，可以减少大气折光对高程的影响；除此之外，此方法效率高，大大的减少了劳动强度。缺点：此方法测量高差精度主要受到测量竖直角（或天顶距）和测距精度的影响，要想提高精度就需要将仪器架在测段中间。对外界观测条件要求比较高。

第4章实例分析4.1测量过程一、水准测量的仪器选用如表4-1表4-1水准测量所用仪器DS3水准仪双面尺尺垫记录板1台2个2个1个三角高程测量的仪器选用如表4-2表4-2三角高程测量所用仪器南方nts352全站仪带基座棱镜三脚架钢尺记录板1台2个3个3把1个此外还需要记录手簿、铅笔、小刀、计算器等。首先对选用的测量仪器设备进行检验，合格后方能进行野外数据采集。水准测量所使用个仪器为北京光学厂生产的S3型水准仪，以三等水准测量的方法和精度要求进行观测。全站仪测量采用测角精度为2秒的全站仪，测距精度为2mm+2ppm。目标棱镜全部使用三角架进行高程控制，测量时要求棱镜基座的水准管严格居中，按规范进行三等水准观测。全站仪的对向观测方法，由于受资源条件限制，不能同时使用俩全站仪进行对向同时观测，这样垂直大气折光系数误差就比较大，但是较测角对高差的影响还是小的多。中间法观测时，全站仪应尽可能的安置于两个控制点之间，按“后-前-前-后”的观测顺序进行。无论何种观测方法，全站仪和棱镜必须严格对中整平。然后以盘左盘右分别瞄准目标棱镜的中心，测量并读取斜距和竖直角的值。以上为一测回。每一测站需要观测四测回要求如下：1.竖直角测回差和指标差均不能超过5秒；2.仪器高和目标高使用钢尺量取，每一测站分别在脚架的三个方向进行三次量取，两次互差不超过2mm；二、具体测量的实施过程如下：1.在松花江边的堤坝附近选取10组水准点，每组2个水准点，包括对向观测法5组，平距在500m以内，中间观测法5组，平距在1000米以内。先采用三等几何水准测量的方法，测出各组高程控制点高差作为真值与三角高程测得高差比较。选取有利的观测时间，一般选取阴天全天或晴天地方时的10-16时进行观测。2.对向观测法：假设在SZ1号点安置全站仪，在SZ2号点安置棱镜，进行4个测回的观测。全站仪搬至SZ2号点，棱镜安置在SZ1号点进行反向观测。按上述观测方法完成三角高程对向观测方法的的数据采集。3.中间观测法：棱镜安放在SZ1号点和SZ2号点，全站仪安置在SZ1号点和SZ2号点大概中间的位置（前后视距差不能超过5m），观测顺序为：“后-前-前-后”，观测四个测回。完成三角高程中间法的数据采集。4.采集数据时，应及时进行数据检核，确保准确无误后，再进行搬站。如果发现数据超限，应立即重测。三、外业注意事项1.指定人员负责全站仪、水准仪等检查每天出工前设备是否携带齐全和收工时设备是否完好、齐全，做到认真负责；2.全站仪尽量居中安置,视距差控制在5m左右；3.在固定仪器时，一定要一只手握住仪器提手，另一只手把固定螺旋拧紧。切勿不扶住仪器直接进行上紧螺旋，避免仪器坠落，毁坏仪器；4.选择硬地面作转点,用对中脚架支撑对中杆棱镜,棱镜上安装觇牌,保持两棱镜等高,并轮流作为前镜和后镜,同时将测段设成偶数站,以消除两棱镜不等高而产生的残余误差影响；5.优选测站和镜点,尽量使前、后视竖角的大小接近,并使角值较小6.采用后(盘左)–前(盘左)-前(盘右)–后(盘右)测量程序,观测两个测回；7.按相同的行进路线进行往返观测,直接在全站仪中读取垂直角及视距；8.作业当中要时刻注意周围地形，避免行人、车辆等对仪器的刮蹭和高空地物的坠落对仪器造成损坏；9.遇到大风、大雨即将来临，一定要稳住仪器或把仪器拆卸装箱；10.迁站时，如果离测站远，一定要将仪器装箱后方可迁站；11.收工后，待数据传输完毕，要把仪器及时装箱放回到原处，避免他人磕碰。4.2观测结果分析经过对外业测得的数据进行内业处理得到成果如表4-3和表4-4所示：表4-3对向三角高程与水准高差差值与限差的比较测段距离(m)高差中数(m)水准高差(m)差值(mm)限差(mm)SZ1-SZ2403.5535.432465.427904.56QUOTE错误!未找到引用源。8.08SZ3-SZ4493.2745.484425.475299.13QUOTE错误!未找到引用源。8.42SZ5-SZ6481.5825.443875.44870-4.83QUOTE错误!未找到引用源。8.32SZ7-SZ8439.8315.410345.407892.45QUOTE错误!未找到引用源。8.39SZ9-SZ10465.3865.453755.447416.34QUOTE错误!未找到引用源。8.44表4-4中间三角高程与水准高差差值与限差的比较测段距离(m)高差(m)水准高差(m)差值(mm)限差(mm)SZ11-SZ2906.0635.278995.273885.11QUOTE错误!未找到引用源。11.42SZ12-SZ4985.5055.329955.320849.11QUOTE错误!未找到引用源。11.91SZ13-SZ6962.1215.290405.29581-5.41QUOTE错误!未找到引用源。11.77SZ14-SZ8978.6195.256875.254132.74QUOTE错误!未找到引用源。11.87SZ15-SZ10989.7295.300285.293187.10QUOTE错误!未找到引用源。11.94根据对表4-3和表4-4的分析如下：本次试验共采集10组数据，只有对向观测法中的一组数据超限，经过分析是由于采用一台全站仪模拟对向观测法，在换仪器的过程中，不可避免仪器会受到影响，导致超限。其余均可以达到三等水准的精度要求，因此得出结论：用南方NTS352全站仪进行三角高程测量，用对向观测法在边长小于500m的情况下和用中间法在边长小于1000米的情况下测4测回均可以替代三等水准测量（由于条件有限，本实验只验证了在竖直角小于1度的情况），能够满足相应的水准精度要求。

第5章结论与展望这次主要思路是对全站仪三角高程测量对向观测方法、中间测量法进行分析，得出理论上的数据进行对比研究。然后通过实例方案具体实施，对采集了的数据加以分析，可以得出结论，在2″级全站仪，测距精度为2+2ppm的前提下，在一定的条件下（用对向观测法在边长小于500m的情况下和用中间法在边长小于1000米，测4测回），用三角高程测量代替三等水准测量的方案是切实可行的。由于我们的实地测量的数据有限，得出的结论虽然与理论计算得到的结果一致，但是没办法进行定性定量分析。所以得到的结论说服力不强，今后应该继续研究论述。与水准测量相比,全站仪三角高程测量不受观测地形的限制、测站数少、能减轻劳动强度、提高作业速度、具有较强的灵活性与实用性,尤其是在丘陵地带或山区的测量,以及在高差和坡度较大的测量中有较大的优越性。高精度的全站仪大量投入生产,使得全站仪三角高程测量的成本降低、观测时间变短、观测精度进一步提高,给全站仪三角高程测量带来更广阔的天地。

致谢本研究及学位论文是在我的导师赵威成老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到论文的最终完成，赵老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持。从最开始一无所知，经过漫漫的学习，一点点的了解，到最后完成了这次毕业设计，使我有很大的收获，对三角高程测量有了更进一步的了解，尤其是对三角高程测量测量的误差分析，让我学会了如何去提高三角高程测量的精度，对整个课题有了一个整体的把握。四年多来，老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，在此谨向所有老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢在一起愉快的大学四年生活的同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。他们对本论文数据采集做了