【全站仪在道路测量中的应用分析8900字（论文）】

全站仪在道路测量中的应用研究摘要目前，随着我国经济发展的加快，测绘行业的技术应用也在快速发展。全站仪设备可以执行大规模的数字测绘过程，达到精度目标，并为相关操作提供可靠的数据。基于对全站仪的这一描述，本文跟踪不同条件下测量的三维观测值的精度，重点关注不同条件下测量的全站仪的高精度。定义在不平等条件下测量的宏观观察结果也很高。最后给出了在道路测量中使用全站仪的思路和方法，并通过具体的案例分析了全站仪在道路测量中的实际应用。关键词：全站仪；道路测量；测绘技术目录TOC\o"1-3"\h\u306411绪论 1116291.1研究背景 1154201.2研究意义 1240581.3国内外研究现状 1132331.4主要研究内容 2208442全站仪不整平测量技术可行性分析 2277882.1其坐标计算模型 229172.2三维观测值测量精度的观测实验 3139762.3目标点间的平面距离比较 5216233全站仪测量及其数据处理方法 5144403.1全站仪测量的优势 5164113.2全站仪测量及其数据处理方法 625223.3全站仪测量数据处理模型 6224724全站仪在道路测量中的应用 8172674.1全站仪数字化测图精度分析流程 8151704.2全站仪装置在道路放样测图中的误差处理 9127554.3全站仪装置道路放样测图高程精度研究流程 10186464.4整体综合分析 1055255全站仪在道路测量中的应用案例 11133595.1测区概况 11233775.2仪器准备 12268295.3作业方法及过程 13216645.4实测成果 1426684结论 1824161参考文献 211绪论1.1研究背景在全球经济高速发展的今天，汽车定位系统、移动定位功能、电子地图、住宅楼宇、桥梁、火车等都用到了全站仪。同时，随着计量行业的不断发展，所需的测量仪器也在迅速发展，随着科学技术的不断发展，测量仪器也越来越智能化。全站仪又称电子速测仪，由许多常用的软硬件部件组成，包括电子测距系统、电子测角系统等。测量结果可以自动显示或用于计算和内部存储工具。全站仪用于与外部自动化设备、扫描自动化和多功能3D测量工具协调和共享信息。为满足人们在生产生活中对高质量、高效率的需求，计量行业不断发展计量测量仪器，逐步发展全站仪计量。1.2研究意义全站仪的整体视图简化了测量仪器的操作，使测量更加准确，提高了测量的稳定性和效率。如今，越来越多的全站仪应用于各个技术领域，为许多要求高精度和高满意度的工程项目做出了重大贡献。因此，研究全站仪在道路上的测量技术，可以提高整个装置的测量效率，降低道路测量时的维护成本和测量时间，具有重要的理论和实践意义。1.3国内外研究现状目前，国内学者正在研究测量全站仪异常的方法。结果将有助于弄清楚全站仪将来如何不会上升。例如，武汉大学的郭建勤和宣威观察了各种3D测量条件，然后用任意角度变换方法进行旋转，主要使用非平面站法获得不规则和非水平站的新测量值。在非水平位置对非状态坐标系中的已知坐标进行3D测量和观察变换，并测试变换实验数据的可能性。南昌大学徐一民首先研究了全站仪的内部结构，并分析了相关实验结果，提出了全站仪的测量方法和算法模型，研究分析了各全站仪道路标线粗糙度测量误差的主要原因。朱洪涛、徐一民等人观察三维空间坐标不变值，根据测量和使用情况，在不改变三维坐标的情况下观察全站仪“全点显示”的位置。根据坐标系、3D算法和测距模型，不等条件下的实验结果表明，在非水平状态下观察3D坐标的精度与在水平状态下观察3D坐标的精度相同。根据自主研发的3D全站仪在全站仪搭建完成状态下的调谐方法研究，实验结果表明，非水平状态下3D坐标的观测精度与全站仪的观测精度相同。1.4主要研究内容在使用全站仪进行当前国内和国际测量之前，必须对全站仪进行准确对准。但是，在测量道路时，可能存在难以确保所有设备准确或对齐的几种情况。基于目前所做的考虑，有必要通过研究在没有水平或受环境影响的水平测量和测量方法的情况下执行测量的程序来进一步提高全站仪的精度。本研究的内容主要包括以下几个方面。（1）通过在宏观站点条件不一样的情况下控制3D观测的测量精度，可以看出智能全站点测量的坡距值不一样，具有较高的精度。在平坦条件下，监测对确定坡距的准确性影响不大。（2）提出一种道路设置全站仪数据处理方法。（3）提出在道路测量中使用全站仪的思路和方法。2全站仪不整平测量技术可行性分析2.1其坐标计算模型全站仪采用光伏测距法，大大提高了测距精度，并具有自动测量功能，测量的雕刻点可直接添加属性信息，可用于制作工业海图。用全站仪获得的所有坐标都以数字格式存储在内存中，可以直接绘制成数字图形，适合长期存储，精度高。使用时，会出现某些问题，如地图上的测量误差。但是，全站仪数字测绘仍然是一一采集特征点信息。因此，野外工作难度很大，但获得的信息很少，需要很多野外工作人员，必须有可见光，人眼必须主动瞄准目标。当没有光线或光线太弱时，人眼很难找到观察对象。此外，测量位置和目标点必须相对显示。测量复杂的隐藏元素需要大量的箭头，不仅费力，而且难以保证最终的准确性。全站仪在测量3D坐标时，全站仪的全球坐标系属于测绘全站仪中心的台站。测站中心全球坐标原点为仪器中心站o，零方向为测站中心x全球坐标的测站，测站全球纵坐标为全球z轴站中心坐标系。整个台站中心的X射线坐标平面是水平的，平行于测地线平面。图2.1显示了用于测量的中心坐标系。全站仪在整平状态下，整个全站仪将通过从全站仪到目标点的l缩放水平角度、垂直角度刀和s坡度计算目标点的坐标。三维坐标计算模型如下：（2-1）上式中，为全站仪整平时测量的目标点三维坐标，为全站仪此时采集的三维观测值水平角、竖直角和斜距。当设备不在水平位置时对设备的水平和垂直切片的观察不再称为水平和垂直角度。关闭整个测量设备的自动校准功能后，还可以进行测量，并获得测量站与目标点（对角距离、立体角a）或目标点之间的3D观测坐标。3D坐标是整个传感器位移时测站中心坐标系的坐标。图2-1全站仪整平与不整平测量状态下的坐标系示意图2.2三维观测值测量精度的观测实验为了探索测量站点异质性的适当方法，设计并完成了以下实验工作。实验使用TCA2003坐标测量功能。首先，将整个工作站安装在道路标线中间，确定温度、大气压、声明稳定性等参数，形成良好的视觉网络，如图2-2所示。使用自动照准功能测量前面“不规则小倾斜角度”条件中描述的四个测量点中的每一个的圆度，这是一种启用精细调平和补偿器的全圆距离观察方法。仪器底座不动，由于底座上地脚螺钉的转动，水平的圆形气泡偏离中心，“广角倾斜”状态是指仪器是静止的，不是平的，所以设备完全倾斜。图2-2全站仪整平与不整平测量实验场地布置图通过这三个测量实验，可以使用A、B、C和D三维坐标和三维观测值，并以测量的三维坐标为例，统计对象计算点之间的差异。2.3目标点间的平面距离比较通过实验过程中每个目标点和平分线的平均得分获得了x平面和y平面坐标，因此可以使用平均得分格式计算每个目标点之间的平面内距离。计算。然后比较和分析了平均值、小平均值和偏差、平均值、纬度和高度平均值和偏差测量值、小坡度、大坡度和偏差测量值以及六个目标点。它们之间的平分线相对较短，比较结果如表2.1所示。表2-1不同测量状态下目标点间的平面距离较差情况统计表类型变动范围（0-1）mm（0-20）mm（20-232.6）mm整平与小倾斜角差22.11~232.60%5%95%整平与大倾斜角0.07~37.217.2%17.2%65.6%小倾斜角与大倾斜角差值16.49~215.32%6%92%如表2.1所示，在3种情况下测量了全站仪总高度，计算的6个目标点之间的飞行距离差异最大为232.6毫米，大部分差异超过20毫米。由于在全站仪全长平坦时两个目标点之间的水平距离完全不同，因此得出测量的x，y坐标不再是平面坐标的结论。3全站仪测量及其数据处理方法3.1全站仪测量的优势全站仪应用广泛，在各个技术领域发挥着重要作用。德国全站仪采用自由站测量技术，打破传统测量模式，提高测量效率。自由测站是指整站可以安装在任何地方，无需整站调平，但可以在整站调平作业完成后进行测量。这种测量是为每个独立的测站建立相应的坐标系，不同测站有不同的测站坐标系，因此可以自由设置整个测站。测量站是免费的，可以位于北坐标方向的任何方向。根据自由站测量所有时钟的原则，测量前必须对所有时钟进行校准，并且随着技术的发展，测量人员的生产力正在提高。在高速列车中，由于长期反复受压和冲击，会发生纵横变形和轨道变形，影响轨道的舒适性，使轨道不安全，因此需要妥善修复和妥善处理。但是，在运营高速船舶时，必须在“天窗”的限定时间内对道床进行检查和维护。如今，需要更高的测量效率才能更快更好地完成维护任务。如果无需调整台式设备即可进行测量，人员测量效率大大提高，人工成本降低。3.2全站仪测量及其数据处理方法在站中心坐标系与大地坐标系之间的全站仪不稳定状态下，存在旋转变换与平移运动的关系。非水准条件下自由大地非水准站部分已知点和未知点坐标的三维测量。为了停止不平整中心的三维坐标，我们从站中获取所有已知点和未知点，并且每个已知点都有另一组三维坐标，例如空间坐标线或地球坐标中的空间坐标。因此，由于变换模型只知道三维坐标变换参数之间的两组坐标，因此可以使用三维坐标来使用项目本身不知道的点来计算三维坐标解。这允许在不首先打开水准站的情况下进行测量。任何三维坐标都可以计算为指定未知点的坐标。执行这项任务最重要的是选择三维坐标变换模型，这直接关系到三维坐标变换的准确性。目前，其中有几种三维坐标变换模型，如基于旋转角的非线性模型、非线性最小二乘算法、四元方法、罗德里戈矩阵算法和有向余弦矩阵算法。另一方面，许多研究和实验发现，基于旋转角的非线性模型和非线性最小二乘算法存在几个问题：基于旋转角的非线性模型只适用于小旋转，但在大的旋转角度时不太适用。3.3全站仪测量数据处理模型设点P在原空间直角坐标系中的坐标为，在目标空间直角坐标系中的坐标为，与的关系如图3-1所示。图3-1两个三维空间坐标系关系示意图那么两坐标系之间的三维坐标转换模型为：（3-1）式中，[△X△Y△Z]T为平移因子，m为尺度参数，R1,R2,R3为坐标旋转矩阵。其中，R1是把，空间直角坐标系先绕Z坐标轴旋转一个α角得到的旋转矩阵，R2是接着把空间直角坐标系绕新的X轴旋转一个β角得到的旋转矩阵，R3是最后把空间直角坐标系绕新的Y轴旋转一个Y角得到的旋转矩阵。即：（3-2）一般情况下，令，那么式(3-3)可变为:（3-3）式中：（3-4）而在布尔沙模型中，认为旋转角是十分小的，各旋转角的正弦值都近似等于对应的旋转角度值，各旋转角的余弦值都近似为1。那么布尔沙模型如式（3-5）所示。（3-5）4全站仪在道路测量中的应用4.1全站仪数字化测图精度分析流程在使用全站仪测量地物点区域平面精度的过程中，可以利用相关图根点的基本误差数据进行测量过程。测量数字全站仪的主要误差来源与方向、对齐和观察有关。同时，也有可能是棱镜核心的面积和要检查的面积不匹配，导致出现误差问题。在这个过程中，主要影响可以计算为、、以及。利用这些计算方式，可以对全站仪装置的道路放样区域地物点相对距离的根点平面误差进行计算，公式为：（4-1）针对定向区域的内部误差的基础影响效果，可以采用地物点平面区域方式进行计算，公式为：（4-2）在这一公式中，D表达测物点位到地物点的平均距离，则表示定向区域的方位角误差数据。通过将测站点区域的基础坐标设置为，定向区域的坐标设置为，便可以将整体方位角度表现为，公式为：（4-3）在此公式中，，通过微分措施能够得出以下公式：（4-4）在这一公式中，表示测站点区域到定向区域的基础平均距离，通过将其转化为中等误差状态，能够得出以下公式：（4-5）在此公式中，可以将双图根点位区域的相对误差设置为，便可以得出公式：（4-6）由此可分析。根据我国有关部门的地籍调查手册，可以说这些误差的主要影响应该控制在2cm以内，这是对整体生产力效果最好的水平。如果距离测量对角度精度的要求不同，则必须将数据代入计算公式，整体精度数据如表4-1所示。表4-1全站仪装置道路放样数字化测图精度一览表（cm）仪器整体标准精确程度半测试回水平角度存在的误差/(“)整体平距离/m4.2全站仪装置在道路放样测图中的误差处理（1）仪器误差即使对于这种间距最常见的全站仪，距离精度也足以实现枢轴点精度。通常，距离测量可以达到2mm+2ppm。什么是2+2？距离的长度是多少，随机误差是2mm。2ppm表示比例误差。也就是说，1000m处误差为2mm，100m处误差仅为0.2mm。此外，到目前为止，测站错误的最大原因是对中误差。对于这个误差，首选是强制对中观测墩，所以对中误差可以在0.2mm左右，但通常情况并非如此。对于光学校准，可以在1mm内进行校准。（2）环境误差这主要是大气的影响，但是在白天的转折点，正常的公路通常在3-400米左右，如果避开中午的大风，那么距离的整体精度是没有问题的（3）人为误差人为误差对距离测量的影响很小，但对角度测量的直接影响很大。出于这个原因，许多公司首先购买测量机器人以减少观察者的照准误差。这种照准误差很难通过短期培训来纠正。讨论准确性通常需要几年的观察经验。4.3全站仪装置道路放样测图高程精度研究流程在使用全站仪进行数字化道路测量时，总角度、距离、测量高度和目标高度因素是误差问题的主要来源。因此，需要对全站参数化设计进行重新设置，以控制误差因素的负面影响，提高数据的可靠性。相关人员可以使用以下公式计算相邻区域的误差数据：在此公式中，标示地物点高程区域的误差数据，D则标示测物区域到地物点之间的距离长度，标示天顶距的观测误差，属于测量过程中的误差程度，属于高量误差数据，整体计算结果见表4-2。表4-2全站仪装置道路放样实地高程精度一览表（cm）仪器整体标准精确程度半测试回顶距离角度存在的误差/(“)整体平距离/m4.4整体综合分析在分析过程中，结合表4-1和表4-2的内部数据可以看出，全站仪数字测量过程在道路放样区的总平均距离可以控制在300m以内。相邻区域的图根点实际上是下平面，高度误差可以控制在4.5m以下，在测量条件和环境因素几乎相同的情况下，传统的模拟测量方法无法提供这种精度。因此，全站仪设备在道路标线领域的数字化测量具有数据精度高、可靠性好等优点，还可以起到数据采集、处理和自动化的作用，可以帮助后处理工程师，减少问题。同时，在全站仪测量过程中，误差只存在于道路布局数据采集阶段，其他阶段不存在数据丢失问题，不受缩放影响。因此，有必要以有助于提高整体准确性的方式进行测量。同时，您可以充分利用使用全站仪进行测量的准确性，使用可靠的数据进行集成工作，减少项目外事件的机会，并最大限度地提高应用程序的整体质量。另一方面可以看出，全站仪的测量效果较常规方法具有明显优势，相关人员应采取有效措施，更广泛地推广该测量方法，提高其应用效率，使其能够在相应改进。5全站仪在道路测量中的应用案例5.1测区概况研究区位于某市经济开发区防城港路以西、铁山港路以北、友谊路以东、环城高速以南，交通便利。研究区平均高度为97.5～98.5，地势较为平坦，作业环境良好。测区地理位置图见图5-1。图5-1测区地理位置图5.2仪器准备所用主要仪器设备见表5-1及图5-2到5-5。表5-1仪器名称及精度仪器名称精度中海达GPSRTK平面10mm+1ppm高程20mm+1ppm尼康(Nivo.2C)全站仪测角2″免棱镜测距3mm+2ppm单棱镜2mm+2ppm徕卡(DISTOD3A)手持测距仪测量范围0.05-100m精度±1.0mm索佳(B30-C1)水准仪每千米高差偶然中误差为±3mm图5-2中海达GPSRTK图5-3尼康(Nivo.2C)全站仪图5-4徕卡(DISTOD3A)手持测距仪图5-5索佳(B30-C1)水准仪5.3作业方法及过程平面控制采用全球导航卫星网络系统(NNCORS)测量，其精度满足GNSSRTK2级要求。高度控制采用GNSS高度测量与水平测量方法，满足GNSS高度测量第四类的精度要求。主要技术指标见表5-2。表5-2GNSSRTK平面测量技术要求等级相邻点间距离（m）点位中误差（cm）边长相对中误差起算点等级流动站到单基准站间距离（km）测回数二级≥3005≤1/10000四等≤6≥3建筑物的高度和高度使用手持测距仪或三角高度法测量，均独立观察两次，取两次读数的平均值作为结果。计算建筑面积时，建筑物的边长测量值（不包括抹灰和饰面）与计算边长的绝对值在（0.028m+0.0014×D）以内（D为长度）计算方的计量单位为“米”，计算出的边长用于计算建筑面积，实测边长超过时用于计算建筑面积。地下空间的边长，无法测至外墙面的，只实测室内边长，外墙厚度取建筑施工图的设计值，据此推算地下空间边长值。5.4实测成果5.4.1建筑单体核实建筑单体的核实一般取决于国家建筑规划许可证的范围和内容，其中包括水平位置、横向长度、间距、后退、正负零标高、层高、建筑物和建筑物高度。面积和建筑面积、使用功能、停车位、人防系统、公共建筑系统、入口点、宽度、立面形状、材料、颜色等按照规划和施工图进行审批。各种技术经济指标的统计和规划报表对比。本项目竣工方案条件证明包括建筑面积、使用功能、室内外支撑结构、标高位置、正负零高度、层高、建筑高度、楼高、间距、退距、边长、外立面颜色、材质等。（1）厂房1主要技术经济指标表5-3厂房1主要技术经济指标对比成果表指标名称审批核实核实-审批差值比率(%)总建筑面积(m2)60.8568.257.4012.16地上建筑面积(m2)60.8568.257.4012.16地下建筑面积(m2)0000计算容积率面积(m2)60.8568.257.4012.16不计算容积率面积(m2)0000分类建筑面积(m2)60.8568.257.4012.16建筑基底面积(m2)60.8568.257.4012.16正负零标高(m)103.20102.94-0.26-0.25建筑高度5.105.01-0.09-1.76差值比率(%)=（核实-审批）/审批×100%各类技术经济指标计算方式如下：计容建筑面积＝地上建筑面积＋特殊多倍计容的建筑面积－地上不计容建筑面积（2）厂房1分层面积表5-4厂房1分层面积计算成果表层名建筑面积(㎡)各层分项面积(㎡)主要功能功能用房及其它阳台一层68.25试剂库68.25000总面积(㎡)68.25地上(㎡)68.25000地下(㎡)0000（3）厂房1建筑空间位置表5-5厂房1建筑空间位置核实成果表房屋特征点审批(m)核实(m)差值(m)X坐标Y坐标X坐标Y坐标12516605.232529247.4962516605.231529247.4970.00122516598.736529236.9962516598.731529236.9970.005注：特征点测量位置为房屋勒脚以上外墙(柱)角点，最大偏移值为0.005m。表5-6厂房1建筑边长、间距、退距核实成果表序号审批(m)核实(m)核实-审批(m)备注16.506.500边长210.5010.510.01边长318.7818.790.01间距422.7722.780.01间距注：边长最大差值为0.01米，间距最大差值为0.01米。面积计算以建筑物各层外轮廓测量为依据，逐层分类计算。在实测建筑边长（扣除抹灰和装饰厚度后）与设计边长较差不超限的（较差<0.028+0.0014×建筑实测边长），可采用设计边长计算建筑面积，计算的方法宜采用坐标解析法，取值到0.01m2。（4）单体核实结果1）建筑的总建筑面积为68.25平方米，比审批大7.40平方米。其中试剂库建筑面积为68.25平方米，比审批大7.40平方米。2）建筑的地上建筑面积为68.25平方米，比审批大7.40平方米。计容建筑面积为68.25平方米。3）建筑正负零标高为102.94米，比审批低0.26米；楼高为5.01米，比审批低0.09米。4）边长较差最大为0.01米，间距较差最大为0.01米，平面位置角点最大差值为0.005米。5）外立面造型、材质、外立面与审批相比一致。5.4.2小区全面核实当小区（或特定阶段、组）搭建完成后，必须对社区（或特定阶段、组）进行全面测试。广泛的验证包括对各种建筑面积、物业状况、社区入口、地下入口、绿地、绿地、总停车位、总建筑面积和建筑密度的计算和总结。必须在尽职调查中检查各个被审计的部分，以确保审计的设计没有经历影响市政当局技术和经济绩效的修改。本项目竣工图证明包括：厂房各区域汇总、容积率、厂房出入口、地下出入口、绿地面积、绿地率、总车位、总建筑面积、建筑密度等。（1）厂区主要技术经济指标对比表5-7厂区主要技术经济指标对比成果表指标名称审批核实核实-审批差值比率净用地面积32183.0032183.110.110.00总建筑面积(m2)40471.5741043.14571.571.41道路、停车场、硬化地面及景观广场面积(m2)13234.8812560.71-674.17-5.09建筑占地面积(m2)12833.3512179.32-654.03-5.10容积率（%）1.261.280.021.21建筑密度（%)39.9037.84-2.06-5.15绿地面积(m2)6114.777443.081328.3121.72绿地率（%）19.0023.134.1321.72机动车停车位（个）202201-1-0.50地下车库停车位（个）0000地上普通停车位（个）202201-1-0.50非机动车停车位（个）200000容积率＝计容建筑面积÷净用地面积；绿地率＝规划建设用地范围内的绿地面积÷净用地面积；建筑密度＝建筑物基底面积总和÷净用地面积。（2）厂区面积汇总表5-8小区面积汇总明细表单位：（m2）楼号基地面积地上建筑面积地下建筑面积每栋楼总面积质检研发中心办公仓库制剂车间动力站试剂库车库质检研发中心1100.471294.054452.085746.13GSP仓库一949.324351.104351.10GSP仓库二791.714740.474740.47制剂车间5245.3415956.1015956.10仓库3005.539162.399162.39动力站1018.701017.701018.70试剂库68.2568.2568.25合计12179.321294.054452.0818253.9615956.101017.7068.25041013.14（3）绿地面积表5-9绿地面积核实成果表编号绿地类型绿地面积（㎡）折算系数折算后绿地面积（㎡）1绿地（含符合条件的园林设施）7281.9217281.922生态停车场绿地（嵌草砖）644.620.25161.16合计7443.08（4）全面核实结果1）厂区的总用地面积为32183.11平方米，比审批大0.11平方米。2）厂区的总建筑面积为41043.14平方米，比审批大571.57平方米；道路、停车场、硬化地面及景观广场面积为12560.71平方米，比审批小674.17平方米，容积率为1.28，比审批大0.02。3）厂区的建筑占地面积为1217