三角高程代替等級水準(zhǔn)測量的可行性研究論文最終版

1、摘 要在工程建設(shè)的勘測、施工中常常涉及到高程測量，現(xiàn)場采用的測量方法主要是水準(zhǔn)測量和三角高程測量。水準(zhǔn)測量精度高，但是速度比較慢，效率低。此外，水準(zhǔn)測量的轉(zhuǎn)點(diǎn)多，而且標(biāo)尺與儀器也存在下沉誤差，如果在丘陵、山區(qū)等地使用水準(zhǔn)測量進(jìn)行高程傳遞是非常困難的，有時甚至是不可能的。近些年來，由于全站儀的發(fā)展，使得測角、測距的精度不斷提高。三角高程測量傳遞高程比較靈活、方便、受地形條件限制較少等優(yōu)點(diǎn)，因此全站儀三角高程測量補(bǔ)充了水準(zhǔn)測量不能在山區(qū)等地形起伏較大的地區(qū)施測的不足，成為水準(zhǔn)測量的重要方法。本文對全站儀三角高程測量的原理、方法、精度等進(jìn)行了分析，認(rèn)為用全站儀代替水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測量，在一定范圍內(nèi)可達(dá)

2、到三等水準(zhǔn)測量要求。關(guān)鍵詞：全站儀 三角高程 精度分析 等級水準(zhǔn) AbstractIn the construction survey, construction often involve the height measurement, the scene is the leveling measurement method is mainly used and trigonometric leveling. Leveling precision, but at a slower speed, low efficiency. In addition, the turning point of

3、 leveling and gauge and instrument is also sinking error, if in the hills, mountains and other places using the leveling elevation transfer is very difficult, sometimes even impossible. In recent years, due to the development of the total station, the accuracy of Angle, distance to improve. Trigonom

4、etric leveling elevation is more flexible and convenient, and the advantages of less restricted by terrain conditions, so the triangle elevation surveying added leveling can't in mountainous terrain volatile regions such as measured by the insufficiency, has become an important method of levelin

5、g. In this paper, the principle and method of total station triangle elevation measurement, precision are analyzed, such as that using total station to replace the level height measurement, within a certain range can be up to three, the fourth level measurement requirements.Key Words:Total station,

6、Triangle elevation, Accuracy analysis, Order leveling目 錄摘 要IABSTRACTII第1章 緒論11.1 前言11.1.1 研究目的與意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀21.2.2 國外研究現(xiàn)狀31.3 本文研究內(nèi)容3第2章 全站儀三角高程測量原理和觀測方法42.1 全站儀三角高程的基本理論42.1.1 全站儀三角高程測量的原理42.1.2三角高程測量的基本公式52.2 全站儀三角高程測量的方法72.2.1對向觀測法72.2.2中間測量法8第3章 三角高程與幾何水準(zhǔn)高程誤差及精度的對比研究103.1 全站儀對向觀測法的

7、精度分析103.2 全站儀中間觀測法的精度分析123.3 三角高程測量方法的比較14第4章 實(shí)例分析164.1 測量過程164.2 觀測結(jié)果分析18第5章 結(jié)論與展望20致 謝21參 考 文 獻(xiàn)2221第1章 緒論1.1 前言測量地面待定點(diǎn)的高程，傳統(tǒng)的方法是通過儀器測量待測點(diǎn)與已知點(diǎn)間的高差，然后計(jì)算出待測點(diǎn)的高程。測定兩點(diǎn)間高差的方法很多，如水準(zhǔn)測量、經(jīng)緯儀三角高程測量等。水準(zhǔn)測量精度高，但僅適用于平坦地區(qū)；經(jīng)緯儀三角高程測量能適用于山區(qū)，但由于距離測量精度較低，其高差測量精度較低。隨著測量技術(shù)的高速發(fā)展，全站儀現(xiàn)已普遍用于控制測量、地形測量及工程測量中。全站儀集電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和數(shù)

8、據(jù)記錄于一體，其測距和測角精度大大提高，這使全站儀用于高程測量成為可能;但是，利用全站儀精確測距的優(yōu)勢進(jìn)行三角高程測量能否普遍代替水準(zhǔn)測量，已成為測繪人員急待解決的問題1。本文結(jié)合全站儀三角高程測量的原理和方法，應(yīng)用誤差傳播定律，對其進(jìn)行系統(tǒng)的精度分析，對全站儀三角高程測量代替水準(zhǔn)測量進(jìn)行了探討。1.1.1 研究目的與意義在當(dāng)今的高程測量中，水準(zhǔn)測量是高程控制的最主要方法之一。但是,普通的水準(zhǔn)測量速度比較慢。雖然國外有使用自動化水準(zhǔn)測量，但是也沒有顯著提高它的效率，并且需要的勞動強(qiáng)度大。在長傾斜路線上受到垂直折光誤差累積性影響，當(dāng)前、后視線通過不同高度的溫度層時，每公里的高差可能產(chǎn)生系統(tǒng)性的影

9、響。盡管現(xiàn)在已有不少的研究人員提出了一些折光差改正的計(jì)算公式，但這些公式中仍然還存在系統(tǒng)誤差。并且，近年來還發(fā)現(xiàn)地球磁場對補(bǔ)償式精密水準(zhǔn)儀也很有影響。此外，水準(zhǔn)測量的轉(zhuǎn)點(diǎn)多，而且標(biāo)尺與儀器也存在下沉誤差，這又是一項(xiàng)系統(tǒng)誤差。由于上述原因，如果在丘陵、山區(qū)等地使用水準(zhǔn)測量進(jìn)行高程傳遞是非常困難的，有時甚至是不可能的。如果采用三角高程測量就比較容易實(shí)現(xiàn)。近些年來，由于全站儀的發(fā)展，使得測角、測距的精度不斷提高。再加上學(xué)者對三角高程測量的深入研究，使三角高程測量的精度也有很大的提高。三角高程測量傳遞高程比較靈活、方便、受地形條件限制較少等優(yōu)點(diǎn)，使三角高程測量在工程測量中得到廣泛的應(yīng)用。但全站儀三角高

10、程測量能否完全代替水準(zhǔn)儀測量高程？若能代替，精度又如何？為了回答這些問題，有必要對全站儀三角高程測量的原理、方法、誤差來源等進(jìn)行分析。然后針對這些因素改善其觀測條件，探求合適的觀測方法來消減誤差，并擬定相應(yīng)的作業(yè)規(guī)程，對比在高程控制測量過程中二者的精度和效率。得出在一定的測量條件下，三角高程測量代替水準(zhǔn)測量作業(yè)方法的適用范圍。以提高作業(yè)效率，減少勞動強(qiáng)度，為今后三角高程測量在測繪工作中實(shí)際推廣應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三角高程測量的優(yōu)勢很快的就顯現(xiàn)出來。在我國，對三角高程和水準(zhǔn)測量的對比研究是相當(dāng)普遍。1982年11月和1987年9月

11、先后在昆明和北京召開了“電磁波測距儀在工程測量中的應(yīng)用”的學(xué)術(shù)討論會。1992年11月在廈門召開了“大氣折射與測距三角高程代替水準(zhǔn)測量學(xué)術(shù)討論會”，這標(biāo)志著我國這一領(lǐng)域的研究進(jìn)入了新的階段3。如云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)院采用的DM502測距儀測邊，用DKM-2A經(jīng)緯儀觀測天頂距3測回，實(shí)測高程導(dǎo)線103條，邊長從116m-1147m。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用中間法觀測邊長在1km以內(nèi)，三角高程測量是可以代替四等水準(zhǔn)測量。對向觀測法邊長小于1.1km時，可以代替三等水準(zhǔn)測量4。國家測繪研究所使用AGA122測距儀與T2經(jīng)緯儀在面積50平方公里的地區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的試驗(yàn)，采用對向觀測，天頂距3測回，邊長在50

12、-4130m。其結(jié)果是，當(dāng)邊長在50m-1.1km內(nèi)，可以代替三等水準(zhǔn)測量，邊長在70m-3.4km時可以代替四等水準(zhǔn)測量5。東北水利水電勘察院與水電一局在白山水電監(jiān)測網(wǎng)中，用ME-3000精密測距儀測邊，用T3經(jīng)緯儀同時找準(zhǔn)對方經(jīng)緯儀支架上的棱鏡。三角高程測量的結(jié)果與一等水準(zhǔn)測量的36個差值計(jì)算得到每公里高差中誤差為±2.19mm。而由三角形12個閉合差計(jì)算每公里高差中誤差為±2.88mm。這表明三角高程測量的精度接近二等水準(zhǔn)測量要求6。1.2.2 國外研究現(xiàn)狀美國國家大地測量局于1983-1985年間用T2000經(jīng)緯儀和DI5測距儀組成全站儀器，按中間法和對向觀測法施測

13、總長為30km的線路，邊長為300m左右。求得往返平均值標(biāo)準(zhǔn)差小于±0.76mm和±1.02mm，環(huán)線閉合差小于±4 mm 7。加拿大新不倫斯威克大學(xué)與同一時期，采用與美國類似的儀器在大學(xué)校園內(nèi)600m的道路上按中間法進(jìn)行試驗(yàn)，邊長分別為200、250、300m，垂直角觀測8-10測回，求得每公里往返平均值的標(biāo)準(zhǔn)差為±2.2mm8。德國累斯頓大學(xué)使用Recota全站儀（測距精度為5mm+2ppm,測角精度為1秒）在1.2km和1.5km的兩條閉合線路進(jìn)行中間法和對向法的觀測試驗(yàn)，共測得22次，總長60km，平均邊長為150m和370m。其結(jié)果與水準(zhǔn)測量比

14、較，在有利觀測條件和一般觀測條件觀測時，對向觀測時每公里中誤差均小于±3mm。兩條導(dǎo)線的作業(yè)效率分別為1.3km/小時和2.3km/小時，試驗(yàn)表明在傾斜地面作業(yè)時更為經(jīng)濟(jì)9。1.3 本文研究內(nèi)容本文主要研究在工程測量中，三角高程和水準(zhǔn)高程的精度對比分析。分析了三角高程測量的方法、原理和誤差來源。并在校園布設(shè)高程控制網(wǎng)，對兩種三角高程測方法所得的高程數(shù)據(jù)分別與水準(zhǔn)測量所得的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，得出各測量方法的優(yōu)弊，技術(shù)路線如圖1-1：高程測量三角高程水準(zhǔn)測量對向法中間法精度對比得出結(jié)論圖1-1 技術(shù)路線圖第2章 全站儀三角高程測量原理和觀測方法2.1 全站儀三角高程的基本理論三角高程

15、測量的基本思想是根據(jù)由測站向照準(zhǔn)點(diǎn)所觀測的垂直角(或天頂距)和它們之間的水平距離，計(jì)算測站點(diǎn)與照準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差。這種方法簡便靈活，受地形條件的限制較少，故適用于測定三角點(diǎn)的高程。三角點(diǎn)的高程主要是作為各種比例尺測圖的高程控制的一部分。一般都是在一定密度的水準(zhǔn)網(wǎng)控制下，用三角高程測量的方法測定三角點(diǎn)的高程。2.1.1 全站儀三角高程測量的原理如圖2-1所示，在地面上A、B兩點(diǎn)間測定高差，A點(diǎn)設(shè)置儀器，在B點(diǎn)豎立標(biāo)尺。量取望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)軸中心至地面點(diǎn)上A點(diǎn)的儀器高i，用望遠(yuǎn)鏡中的十字絲的橫絲照準(zhǔn)B點(diǎn)標(biāo)尺上的一點(diǎn)M，它距B點(diǎn)的高度稱為目標(biāo)高v，測出傾斜視線與水平視線D間所夾的豎直角，若A、B兩點(diǎn)之間的水

16、平距離已知為D。圖2-1三角高程測量原理圖則由圖2-1可得兩點(diǎn)間高差為： (2-1)若在A點(diǎn)的高程已知為HA，則B點(diǎn)的高程為： (2-2) 具體應(yīng)用上式時要注意豎直角的正負(fù)號，當(dāng)為仰角時取正號，相應(yīng)地也為正值，當(dāng)為俯角時取負(fù)號，相應(yīng)地也為負(fù)值。若在A點(diǎn)設(shè)置全站儀(或經(jīng)緯儀+光電測距儀)，在B點(diǎn)安置棱鏡，并分別量取儀器高i和棱鏡高v，測得兩點(diǎn)間斜距與豎直角以計(jì)算兩點(diǎn)間的高差，成為光電測距三角高程測量。A、B兩點(diǎn)間的高差可按下式計(jì)算： (2-3)凡是儀器設(shè)置在已知高程點(diǎn)，觀測該點(diǎn)與未知高程點(diǎn)之間的高差稱之為直覘；反之，儀器設(shè)置在未知高程點(diǎn)，測定該點(diǎn)與已知高程點(diǎn)之間的高差稱之為反覘10。2.1.2三

17、角高程測量的基本公式在控制測量中，由于距離較長，所以必須以大地水準(zhǔn)面為依據(jù)來推導(dǎo)三角高程測量的基本公式。如圖2-2所示。設(shè)為A、B兩點(diǎn)間的實(shí)測水平距離。儀器置于A點(diǎn)，儀器高度為。B為照準(zhǔn)點(diǎn)，硯標(biāo)高度為，R為參考橢球面上的曲率半徑。PE、AF分別為過P點(diǎn)和A點(diǎn)的水準(zhǔn)面。是PE在P點(diǎn)的切線，PN為光程曲線。當(dāng)位于P點(diǎn)的望遠(yuǎn)鏡指向與PN相切的PM方向時，由于大氣折光的影響，由N點(diǎn)出射的光線正好落在望遠(yuǎn)鏡的橫絲上。這就是說，儀器置于A點(diǎn)測得P、M間的垂直角為11。由圖2-2可明顯地看出，A、B兩地面點(diǎn)間的高差為 （2-4）式中,EF為儀器高；NB為照準(zhǔn)點(diǎn)的覘標(biāo)高度;而CE和MN分別為地球曲率和折光影響

18、。由 (2-5) (2-6)式中為光程曲線PN在N點(diǎn)的曲率半徑。設(shè)，則 (2-7)K為大氣垂直折光系數(shù)。圖2-2 地球曲率和大氣折光的影響原理圖由于A、B間的水平距離與曲率半徑R之比值很小(當(dāng)時, 所對的圓心角僅5多一點(diǎn))，故可認(rèn)為PC近似垂直于OM，即認(rèn)為PCM90°, 這樣可視為直角三角形。則(2-4)式中的MC為12 (2-8)令式中一般稱為球氣差系數(shù)，則2-4式可寫成 (2-9)(2-9)式中就是傳統(tǒng)觀測計(jì)算高差的基本公式。式中垂直角，儀器高和覘標(biāo)高，均可由外業(yè)觀測得到。為實(shí)測的水平距離，一般要化為高斯平面上的長度。2.2 全站儀三角高程測量的方法2.2.1對向觀測法求正向觀

19、測改正后的高差：在已知點(diǎn)A處安置儀器，在未知點(diǎn)B處設(shè)置覘標(biāo)；分別測出AB之間的斜距、豎直角、儀器高、覘標(biāo)高后得到正向高差： (2-10)求反向觀測改正后的高差：將儀器搬遷安置于未知點(diǎn)B上，在已知點(diǎn)A處設(shè)置覘標(biāo)，重復(fù)上一步的工作，同樣可得反向高差： (2-11)正反向觀測所得的高差之差滿足限差要求時，則取正、反向高差的平均值作為A、B兩點(diǎn)間的高差，它可有效削減球氣差的影響，即：作為A、B兩點(diǎn)間的高差，其符號與正向高差同號。和分別為從A向B觀測和從B向A觀測時的大氣折光系數(shù)。在觀測條件相同的情況下，可以認(rèn)為，其次，和為對向觀測時A、B兩點(diǎn)之間的水平距離，也近似相等，所以有： (2-12) (2-1

20、3)由此可見，采取對向觀測法可以有效地消除地球曲率和大氣折光對高程影響。2.2.2中間測量法圖2-3中間測量法示意圖如圖2-3所示：已知A點(diǎn)的高程，欲測定B點(diǎn)的高程，可在A、B兩點(diǎn)間大概中間的位置P點(diǎn)安置儀器，分別在A、B處設(shè)置覘標(biāo)，照準(zhǔn)A點(diǎn)與B點(diǎn)的覘標(biāo)，得到視線距離、與水平的夾角與,，目標(biāo)高度與；則可根據(jù)下式求得高差： (2-14) (2-15)故A點(diǎn)與B點(diǎn)間的高差為： (2-16)由于代入式(2-16)整理后得： (2-17)若,則： (2-18)第3章 三角高程與幾何水準(zhǔn)高程誤差及精度的對比研究3.1 全站儀對向觀測法的精度分析設(shè)：由公式（2-13）根據(jù)誤差傳播定律可得其誤差傳播公式為：

21、 (3-1)現(xiàn)在我們設(shè)定全站儀邊長觀測中誤差為；全站儀豎直角觀測中誤差為；儀器高和目標(biāo)高的量取中誤差為進(jìn)行研究。由3-1式可知，對向觀測法的測量精度與距離精度、豎直角測量精度、儀高和目標(biāo)高的量取精度有關(guān)。表示豎直角觀測中誤差對高差的影響；表示測距中誤差對高差的影響；表示作業(yè)時量取儀器高和棱鏡高中誤差對高差的影響。其值隨豎直角和邊長變化如表3-1。由表3-1可以看出，1）全站儀測距中誤差對高差的影響與豎直角的大小有關(guān)，但是這種影響在豎直角小于15°是很小的。2）豎直角觀測中誤差對高差的影響隨著邊長的增大而迅速增大，隨著豎直角的增大而減小。這項(xiàng)影響比測邊中誤差的影響大的多。特別是在長邊測

22、量時，此項(xiàng)誤差為影響高差精度的主要限制。為減小這項(xiàng)誤差，一是邊長不要太長，二是增加豎直角的測回數(shù)，提高測角精度；或者使用測角精度的全站儀。表3-1 對向觀測法極限誤差與三等水準(zhǔn)限差比較(單位：mm)項(xiàng)目邊長（m）100200300400500700800900100015003°A0.118 0.470 1.055 1.875 2.930 5.743 7.500 9.493 11.720 26.370 B0.0060.0070.0090.010.0120.0160.0180.020.0220.034E11111111111.060 1.215 1.437 1.699 1.985 2.

23、600 2.919 3.242 3.570 5.235 8°A0.1150.461.03751.8452.885.64757.3759.33511.52525.93B0.0470.0560.0650.0760.0870.1120.1260.140.1550.242E11111111111.078 1.231 1.450 1.709 1.992 2.600 2.916 3.237 3.561 5.213 15°A0.110.43750.98751.7552.745.3757.01758.882510.96524.67B0.1620.1930.2260.2630.3010.38

24、70.4340.4840.5360.837E11111111111.128 1.277 1.488 1.737 2.010 2.600 2.907 3.220 3.536 5.148 30°A0.088 0.420 0.793 1.410 2.203 4.320 5.640 7.140 8.815 19.833 B0.6850.720.8450.981.1251.4451.621.80523.125E11111111111.332 1.463 1.624 1.841 2.080 2.601 2.874 3.154 3.437 4.895 三等0.948 1.343 1.643 1.8

25、98 2.120 2.510 2.683 2.845 3.000 3.675 3）當(dāng)測距視線斜距邊長介于100-500m時，能夠滿足三等水準(zhǔn)精度要求。4）在測距視線斜距小于100m時，儀器高和目標(biāo)高的量取誤差為影響高差精度的主要來源。5）但是由于對向觀測法假設(shè)對向觀測的大氣折光系數(shù)是一樣的，進(jìn)而相互抵消。但是現(xiàn)實(shí)情況很難達(dá)到這種要求。我們現(xiàn)在取兩個極限折光系數(shù)。0.08和0.14進(jìn)行研究。它對高差觀測的影響如表3-215表3-2 對向觀測時折光誤差對高差的影響(單位：mm) 平距/m10020030040050070080090010001500誤差/mm0.050.190.420.751.1

26、82.33.013.814.710.58當(dāng)測距視線的平距超過500米時，對高差的影響就達(dá)到1mm。所以我們在測量時除了要選擇適當(dāng)時間進(jìn)行，還應(yīng)適當(dāng)?shù)目刂七呴L長度，進(jìn)而減少誤差。3.2 全站儀中間觀測法的精度分析設(shè)，則有誤差傳播定律，根據(jù)公式（2-18）可推到出中間法觀測高差的中誤差為13： (3-2)現(xiàn)在我們設(shè)定全站儀邊長觀測中誤差為，為全站儀觀測的斜距；全站儀豎直角觀測中誤差為；大氣折光系數(shù)，大氣折光系數(shù)中誤差。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在中間觀測法中，不同的前后平距和前后平距差對高差觀測精度的影響如表3-3。表3-3 中間觀測法地球曲率和大氣折光對高差的影響值(單位：mm)高差/mm510152025

27、303540455050-0.04-0.08-0.12-0.17-0.22-0.27-0.33-0.39-0.46-0.52100-0.07-0.15-0.23-0.31-0.39-0.48-0.57-0.67-0.77-0.87150-0.11-0.22-0.33-0.45-0.57-0.69-0.82-0.95-1.08-1.22200-0.14-0.29-0.43-0.59-0.74-0.9-1.06-1.23-1.4-1.57250-0.18-0.36-0.54-0.73-0.92-1.11-1.31-1.51-1.71-1.92300-0.21-0.43-0.64-0.87-1.09

28、-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

29、-1.48-1.98-2.49-3-3.51-4.02-4.54-5.06由表3-3可以看出前后視平距差控制在15m以內(nèi)時，地球曲率和大氣折光誤差對高差的影響是較小的。因此本文假設(shè)前后視距平距相等，則對應(yīng)不同的豎直角， 表示豎直角觀測中誤差對高差的影響，表示測距中誤差對高差的影響，大氣折光誤差對高差的影響。中間法觀測高差的各值如表3-4所示16。表3-4 中間法極限誤差與三等水準(zhǔn)限差比較（單位：mm）豎直角/度項(xiàng)目前后平距之和/m角a角b1002003004005007008001000150000A0.130.481.051.882.955.757.5311.7526.45B0000.10.

30、10.50.81.99.7C000000 .0 00.10.30.360.691.021.411.752.52.893.716.041010A0.130.51.1323.136.13812.528.13B0000.10.10.50.81.99.7C0.30.40.40.50.60.70.81.11.70.660.951.241.611.962.713.13.946.291015A0.130.531.152.083.256.388.331329.25B0000.10.10.50.81.99.7C0.50.60.60.70.81.11.21.62.60.791.061.321.72.042.823

31、.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

32、：1）全站儀測距中誤差對高差的影響與豎直角的大小有關(guān)，但是此項(xiàng)誤差相對于豎直角觀測中誤差對高差的影響而言是微小的。2）豎直角觀測中誤差對高差的影響隨著邊長的增大而迅速增大，同樣隨著角度的增大而增大。這項(xiàng)影響比測邊中誤差的影響大的多。在長邊測量中，此項(xiàng)誤差為影響高差精度的主要限制。為減小這項(xiàng)誤差，一是邊長不要太長，二是增加豎直角的測回數(shù)，提高測角精度使；或者使用測角精度的全站儀。3）當(dāng)測距視線斜距邊長在1000m內(nèi)時，能夠滿足三等水準(zhǔn)精度要求。4）由表3-4可知，在地形良好的情況下，應(yīng)盡量使前后視距相等（或者最?。?，這樣能很好的控制高差的精度。3.3 三角高程測量方法的比較前面闡述了兩種三角高程

33、測量的方法，即對向測量法和中間站三角高程測量法。對于這些方法的公式及誤差分析前面已經(jīng)分析過，現(xiàn)在對于他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。1.對向觀測法優(yōu)點(diǎn)：該方法大大的減弱了大氣折光對高程測量的影響，從理論上分析比單向的精度更高，在一般觀測條件下，達(dá)到三、四等的要求比較容易。是精密三角高程測量方法中一種很有效的方法。缺點(diǎn)：該方法仍需要測量儀器及目標(biāo)高，待測點(diǎn)與已知高程點(diǎn)之間仍需要通視。消除誤差方面存在一定的缺陷。 2.中間測量法優(yōu)點(diǎn)：測站不需對中，不需量取儀器高：如果選取適當(dāng)?shù)姆椒梢灾苯硬涣咳∫棙?biāo)高；測站選在中間部分時，可以減少大氣折光對高程的影響；除此之外，此方法效率高，大大的減少了勞動強(qiáng)度。缺點(diǎn)：

34、此方法測量高差精度主要受到測量豎直角（或天頂距）和測距精度的影響，要想提高精度就需要將儀器架在測段中間。對外界觀測條件要求比較高。第4章 實(shí)例分析4.1 測量過程一、水準(zhǔn)測量的儀器選用如表4-1表4-1水準(zhǔn)測量所用儀器DS3水準(zhǔn)儀雙面尺尺墊記錄板1臺2個2個1個三角高程測量的儀器選用如表4-2表4-2三角高程測量所用儀器南方nts352全站儀帶基座棱鏡三腳架鋼尺記錄板1臺2個3個3把1個此外還需要記錄手簿、鉛筆、小刀、計(jì)算器等。首先對選用的測量儀器設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方能進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。水準(zhǔn)測量所使用個儀器為北京光學(xué)廠生產(chǎn)的S3型水準(zhǔn)儀，以三等水準(zhǔn)測量的方法和精度要求進(jìn)行觀測。全站儀測量采用

35、測角精度為2秒的全站儀，測距精度為2mm+2ppm。目標(biāo)棱鏡全部使用三角架進(jìn)行高程控制，測量時要求棱鏡基座的水準(zhǔn)管嚴(yán)格居中，按規(guī)范進(jìn)行三等水準(zhǔn)觀測。全站儀的對向觀測方法，由于受資源條件限制，不能同時使用倆全站儀進(jìn)行對向同時觀測，這樣垂直大氣折光系數(shù)誤差就比較大，但是較測角對高差的影響還是小的多。中間法觀測時，全站儀應(yīng)盡可能的安置于兩個控制點(diǎn)之間，按“后-前-前-后”的觀測順序進(jìn)行。無論何種觀測方法，全站儀和棱鏡必須嚴(yán)格對中整平。然后以盤左盤右分別瞄準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心，測量并讀取斜距和豎直角的值。以上為一測回。每一測站需要觀測四測回要求如下： 1.豎直角測回差和指標(biāo)差均不能超過5秒； 2.儀器高和

36、目標(biāo)高使用鋼尺量取，每一測站分別在腳架的三個方向進(jìn)行三次量取，兩次互差不超過2mm；二、具體測量的實(shí)施過程如下：1.在松花江邊的堤壩附近選取10組水準(zhǔn)點(diǎn)，每組2個水準(zhǔn)點(diǎn)，包括對向觀測法5組，平距在500m以內(nèi)，中間觀測法5組，平距在1000米以內(nèi)。先采用三等幾何水準(zhǔn)測量的方法，測出各組高程控制點(diǎn)高差作為真值與三角高程測得高差比較。選取有利的觀測時間，一般選取陰天全天或晴天地方時的10-16時進(jìn)行觀測。2.對向觀測法：假設(shè)在SZ1號點(diǎn)安置全站儀，在SZ2號點(diǎn)安置棱鏡，進(jìn)行4個測回的觀測。全站儀搬至SZ2號點(diǎn)，棱鏡安置在SZ1號點(diǎn)進(jìn)行反向觀測。按上述觀測方法完成三角高程對向觀測方法的的數(shù)據(jù)采集。3

37、.中間觀測法：棱鏡安放在SZ1號點(diǎn)和SZ2號點(diǎn)，全站儀安置在SZ1號點(diǎn)和SZ2號點(diǎn)大概中間的位置（前后視距差不能超過5m），觀測順序?yàn)椋骸昂?前-前-后”，觀測四個測回。完成三角高程中間法的數(shù)據(jù)采集。4.采集數(shù)據(jù)時，應(yīng)及時進(jìn)行數(shù)據(jù)檢核，確保準(zhǔn)確無誤后，再進(jìn)行搬站。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超限，應(yīng)立即重測。三、外業(yè)注意事項(xiàng)1.指定人員負(fù)責(zé)全站儀、水準(zhǔn)儀等檢查每天出工前設(shè)備是否攜帶齊全和收工時設(shè)備是否完好、齊全，做到認(rèn)真負(fù)責(zé)；2.全站儀盡量居中安置,視距差控制在5m左右；3.在固定儀器時，一定要一只手握住儀器提手，另一只手把固定螺旋擰緊。切勿不扶住儀器直接進(jìn)行上緊螺旋，避免儀器墜落，毀壞儀器；4.選擇硬地面作

38、轉(zhuǎn)點(diǎn),用對中腳架支撐對中桿棱鏡,棱鏡上安裝覘牌,保持兩棱鏡等高,并輪流作為前鏡和后鏡,同時將測段設(shè)成偶數(shù)站,以消除兩棱鏡不等高而產(chǎn)生的殘余誤差影響；5.優(yōu)選測站和鏡點(diǎn),盡量使前、后視豎角的大小接近,并使角值較小6.采用后(盤左) 前(盤左) - 前(盤右) 后(盤右)測量程序,觀測兩個測回；7.按相同的行進(jìn)路線進(jìn)行往返觀測,直接在全站儀中讀取垂直角及視距；8.作業(yè)當(dāng)中要時刻注意周圍地形，避免行人、車輛等對儀器的刮蹭和高空地物的墜落對儀器造成損壞；9.遇到大風(fēng)、大雨即將來臨，一定要穩(wěn)住儀器或把儀器拆卸裝箱；10.遷站時，如果離測站遠(yuǎn)，一定要將儀器裝箱后方可遷站；11.收工后，待數(shù)據(jù)傳輸完畢，要把

39、儀器及時裝箱放回到原處，避免他人磕碰。4.2 觀測結(jié)果分析經(jīng)過對外業(yè)測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)業(yè)處理得到成果如表4-3和表4-4所示：表4-3對向三角高程與水準(zhǔn)高差差值與限差的比較測段距離(m)高差中數(shù)(m)水準(zhǔn)高差(m)差值(mm)限差(mm)SZ1-SZ2403.5535.432465.427904.568.08SZ3-SZ4493.2745.484425.475299.138.42SZ5-SZ6481.5825.443875.44870-4.838.32SZ7-SZ8439.8315.410345.407892.458.39SZ9-SZ10465.3865.453755.447416.348.44

40、表4-4 中間三角高程與水準(zhǔn)高差差值與限差的比較測段距離(m)高差 (m)水準(zhǔn)高差(m)差值(mm)限差(mm)SZ11-SZ2906.0635.278995.273885.1111.42SZ12-SZ4985.5055.329955.320849.1111.91SZ13-SZ6962.1215.290405.29581-5.4111.77SZ14-SZ8978.6195.256875.254132.7411.87SZ15-SZ10989.7295.300285.293187.1011.94根據(jù)對表4-3和表4-4的分析如下：本次試驗(yàn)共采集10組數(shù)據(jù)，只有對向觀測法中的一組數(shù)據(jù)超限，經(jīng)過分析是

41、由于采用一臺全站儀模擬對向觀測法，在換儀器的過程中，不可避免儀器會受到影響，導(dǎo)致超限。其余均可以達(dá)到三等水準(zhǔn)的精度要求，因此得出結(jié)論：用南方NTS352全站儀進(jìn)行三角高程測量，用對向觀測法在邊長小于500m的情況下和用中間法在邊長小于1000米的情況下測4測回均可以替代三等水準(zhǔn)測量（由于條件有限，本實(shí)驗(yàn)只驗(yàn)證了在豎直角小于1度的情況），能夠滿足相應(yīng)的水準(zhǔn)精度要求。第5章 結(jié)論與展望這次主要思路是對全站儀三角高程測量對向觀測方法、中間測量法進(jìn)行分析，得出理論上的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比研究。然后通過實(shí)例方案具體實(shí)施，對采集了的數(shù)據(jù)加以分析，可以得出結(jié)論，在2級全站儀，測距精度為2+2ppm的前提下，在一定的條件下（用對向觀測法在邊長小于500m的情況下和用中間法在邊長小于1000米，測4測回），用三角高程測量代替三等水準(zhǔn)測量的方案是切