全站儀三角高程測(cè)量不同方法對(duì)比講解和應(yīng)用

1、全站儀三角高程測(cè)量不同方法對(duì)比講解和應(yīng)用2022/7/1011論文設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求設(shè)計(jì)任務(wù)： 本論文主要通過對(duì)三角高程測(cè)量原理、誤差來源及精度分析，進(jìn)行三角高程測(cè)量對(duì)向觀測(cè)法和中間觀測(cè)法的對(duì)比研究。并結(jié)合實(shí)踐，分析全站儀三角高程測(cè)量的實(shí)測(cè)精度及其代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的可行性和可靠性，給出全站儀精密三角高程測(cè)量代替等級(jí)幾何水準(zhǔn)測(cè)量的條件、減弱誤差方法及提高精度的措施等。22022/7/10論文設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求設(shè)計(jì)要求： 1.能夠運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能獨(dú)立發(fā)現(xiàn)并解決問題；2.結(jié)合實(shí)踐和相關(guān)規(guī)范，熟悉在資料收集、任務(wù)分工到組織實(shí)施、外業(yè)采集、內(nèi)業(yè)處理等環(huán)節(jié)的基本要求；3.掌握全站儀的基本

2、操作、能熟練采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；4.能夠?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行分析，并熟練掌握數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并提交成果；32022/7/10研究展開的思路42022/7/10全站儀三角高程測(cè)量 三角高程測(cè)量基本原理全站儀三角高程測(cè)量方法全站儀三角高程測(cè)量的誤差分析全站儀三角高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的研究實(shí)例比較全站儀三角高程測(cè)量精度與等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量精度單向觀測(cè)法、對(duì)向觀測(cè)法、中間觀測(cè)法。 影響三角高程測(cè)量的誤差因素三角高程測(cè)量是觀測(cè)兩點(diǎn)間的水平距離和高度角來求定兩點(diǎn)間高差。第一節(jié) 全站儀三角高程測(cè)量特點(diǎn)特點(diǎn)： 全站儀三角高程測(cè)量受地形條件的限制少，且具有測(cè)距精度高、測(cè)量速度快、適用范圍廣等特點(diǎn)，采用全站

3、儀中間法三角高程測(cè)量，既可以避免量取儀器高和棱鏡高所產(chǎn)生的誤差，減少三角高程的誤差來源，又有水準(zhǔn)測(cè)量任意設(shè)站的特點(diǎn)，靈活設(shè)站且不用對(duì)中，極大提高了利用效率，在一定范圍內(nèi)可替代三四等水準(zhǔn)測(cè)量。52022/7/10第二節(jié) 三角高程測(cè)量原理三角高程測(cè)量原理：如圖：A、B為地面上兩點(diǎn)，若在A點(diǎn)安置全站儀，B點(diǎn)安置棱鏡，自A點(diǎn)觀測(cè)B點(diǎn)的豎直角為 ，分別量取儀器高i和棱鏡高V ，則A、B 兩點(diǎn)間的高差為： 已知A點(diǎn)高程為，只要A點(diǎn)對(duì)B點(diǎn)高差為，既可得出B點(diǎn)高程：三角高程測(cè)量示意圖2022/7/10第二節(jié) 三角高程測(cè)量原理進(jìn)行三角高程測(cè)量時(shí)，有以下幾個(gè)問題值得注意：（1）全站儀既可假設(shè)在已知高程點(diǎn)，又可不假

4、設(shè)在已知高程點(diǎn)；（2）要測(cè)出待測(cè)點(diǎn)的高程，必須量取儀器高和棱鏡高；（3）儀器高和棱鏡高需要在觀測(cè)前后各測(cè)量1次，并精確到毫米，使之控制在最小誤差范圍內(nèi)。（4）及時(shí)整理、計(jì)算，發(fā)現(xiàn)超值限值時(shí)立即進(jìn)行重測(cè)。72022/7/10第三節(jié) 全站儀三角高程測(cè)量的方法 一、全站儀單向觀測(cè)法設(shè)，為A、B兩點(diǎn)間的實(shí)測(cè)水平距離，儀器置于A點(diǎn)，儀器高為i，B為照準(zhǔn)點(diǎn)，覘標(biāo)高為v，R為參考橢球面 上，的曲率半徑。，、分別為P點(diǎn)和A的水準(zhǔn)面。、是、在P點(diǎn)的切線，、 為光程曲線。當(dāng)位于P點(diǎn)的望遠(yuǎn)鏡指向與、相切的PM方向時(shí)，由于受大氣折光的影響，由N點(diǎn)射出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(cè)得與P與N點(diǎn)間的

5、垂直角為。82022/7/10 地球曲率和大氣折光的影響第三節(jié) 全站儀三角高程測(cè)量的方法由上圖可明顯的看出，A、B兩點(diǎn)的高差為： 考慮到大氣折光和地球曲率影響，上式可為： 上式即為單向觀測(cè)法計(jì)算高差的公式。92022/7/10第三節(jié) 全站儀三角高程測(cè)量的方法 二、全站儀對(duì)向觀測(cè)法對(duì)向觀測(cè)即為往返觀測(cè)，就是將儀器置于A點(diǎn)觀測(cè)B點(diǎn)測(cè)取高差，再將儀器置于B點(diǎn)觀測(cè)A點(diǎn)測(cè)取高差，以兩高差的平均值作為觀測(cè)結(jié)果。在測(cè)站A上向B點(diǎn)觀測(cè)豎角 ，而在測(cè)站B上也向A點(diǎn)觀測(cè)豎角 。則由測(cè)站A點(diǎn)觀測(cè)B點(diǎn)： 由測(cè)站B點(diǎn)觀測(cè)A點(diǎn)： 102022/7/10第三節(jié) 全站儀三角高程測(cè)量的方法 其中， 和為由為A觀測(cè)B和由B觀測(cè)A

6、時(shí)的球氣差系數(shù)。從以上兩個(gè)式子可得對(duì)向觀測(cè)計(jì)算高差的基本公式： 實(shí)際作業(yè)中，常按單向觀測(cè)高差取平均值進(jìn)行計(jì)算。這樣可同時(shí)求得往返觀測(cè)的閉合差，以檢核觀測(cè)的精度。三、全站儀中間法高程測(cè)量如圖，在已知高程點(diǎn)A和待測(cè)高程點(diǎn)B上分別安置反光棱鏡，在A、B的大致中間位置選擇與兩點(diǎn)均通視的O點(diǎn)安置全站儀，根據(jù)三角高程測(cè)量原理，O、A點(diǎn)的高差為：112022/7/10第三節(jié) 全站儀三角高程測(cè)量的方法122022/7/10式中，、 分別為O至A點(diǎn)的斜距、球氣誤差改正數(shù)。求氣差改正數(shù)計(jì)算公式為：同理：O、B兩點(diǎn)的高差為：則A、B兩點(diǎn)間高差為：O至A點(diǎn)的斜距、豎直角、球氣誤差改正數(shù)、i為儀器高，為A點(diǎn)的目標(biāo)高。O

7、至A點(diǎn)的斜距、豎直角、球氣誤差改正數(shù)、i為儀器高，為A點(diǎn)的目標(biāo)高。全站儀中間法高程測(cè)量的原理圖第四章 全站儀高程測(cè)量的誤差分析一、影響三角高程測(cè)量誤差的因素1.測(cè)距誤差工程測(cè)量中常用的全站儀的測(cè)距精度不低于級(jí),級(jí)精度的全站儀測(cè)距精度為 由于測(cè)距精度很高，因此對(duì)高程測(cè)量的影響很小。 2.測(cè)角誤差 豎直角觀測(cè)中誤差對(duì) 對(duì)高差的影響隨邊長的增長而增大， 這項(xiàng)影響比測(cè)邊誤差的影響要大得多。為了減小這項(xiàng)影響, 一是邊長不要太長,一般不能超過1 km;二是增加豎直角的 132022/7/10第四章 全站儀高程測(cè)量的誤差分析回?cái)?shù)，提高測(cè)角精度，使 在 之內(nèi)。對(duì)于相當(dāng)于 級(jí)的全站儀,一測(cè)回方向的中誤差為 ，則

8、一測(cè)回豎直角的中誤差亦為 之內(nèi)，若觀測(cè)豎直角2測(cè)回,可使 在 之內(nèi)，因而適當(dāng)增加測(cè)回?cái)?shù)可以減少測(cè)角誤差對(duì)高差的影響。3.大氣折光的影響 對(duì)向觀測(cè)在盡可能短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行,大氣折光系數(shù)的變化是相當(dāng)小的，因此對(duì)向觀測(cè)可以抵消大氣折光的影響。但實(shí)際上無論采用何種措施, ,大氣折光系數(shù)不可能完全一樣。對(duì)向觀測(cè)時(shí),大氣折光影響的中誤差應(yīng) 應(yīng)是往返觀測(cè)大氣142022/7/10第四章 全站儀高程測(cè)量的誤差分析光系數(shù)值之差的影響。對(duì)向觀測(cè) ，單向觀測(cè)時(shí) （D以km計(jì)算）。4.量高誤差作業(yè)時(shí)量儀器高i和棱鏡高l各兩次至l mm,取平均值后使 。對(duì)于單向半測(cè)回觀測(cè)一般多采用桿棱鏡,讀取桿棱鏡的高l，同理使 ，但立

9、桿棱鏡時(shí)桿身傾斜是常有的。假設(shè)棱鏡桿傾斜3,棱鏡桿的高度為2 m,將會(huì)使棱鏡的實(shí)際高比量得的高減小3 mm,這項(xiàng)誤差為系統(tǒng)誤差二、提高全站儀精度測(cè)量的建議152022/7/10第四章 全站儀高程測(cè)量的誤差分析根據(jù)誤差傳播定律可以得出三角高程測(cè)量的高差精度評(píng)定公式：根據(jù)普遍的儀器裝備水平 ，現(xiàn)假設(shè)測(cè)角中誤差為 3，測(cè)距中誤差為（5+5ppm），儀器高和棱鏡高的丈量誤差為 2mm，以不同的距離和垂直角推算出各主要因素對(duì)高差中誤差的影響如下表 ：162022/7/10第四章 全站儀高程測(cè)量的誤差分析172022/7/10第四章 全站儀高程測(cè)量的誤差分析從表中我們可以得出以下結(jié)論：（1）距離越長，垂直

10、角越大高差中誤差就越大；（2）在測(cè)距精度和儀器高、棱鏡高的丈量精度有保證的前提下，測(cè)角中誤差是高差中誤差的主要影響因素 ，并且影響隨距離的加長而增大；（3）測(cè)距中誤差對(duì)高差中誤差的影響隨距離的加長和垂直角增大而增大；（4）儀器高和棱鏡高的丈量誤差有多大對(duì)高差中誤差的影響就有多大；（5）全站儀三角高程測(cè)量單站測(cè)量精度遠(yuǎn)低于水準(zhǔn)儀的單站測(cè)量精度。182022/7/10第四章 全站儀高程測(cè)量的誤差分析在實(shí)際操作中通常應(yīng)采取以下措施來減少各種誤差對(duì)高差的影響:（1）雖然相對(duì)普通水準(zhǔn)測(cè)量，三角高程測(cè)量的主要優(yōu)勢(shì)在于：一站就可以進(jìn)行長距離的，高差相差較大的高程測(cè)量，但是為了保證測(cè)量精度，還是應(yīng)該限制每站測(cè)

11、量的距離，并應(yīng)選取垂直角較小的高程控制路線；（2）儀器要嚴(yán)格仔細(xì)整平，可以利用全站儀的自動(dòng)補(bǔ)償功能來消除整平誤差的影響。（3）采用全站儀中間法測(cè)量高程，相鄰兩點(diǎn)間可以不通視，可靈活選擇測(cè)站點(diǎn)位置，測(cè)站不需要對(duì)中，不量取儀器高，節(jié)約時(shí)間，降低勞動(dòng)強(qiáng)度較對(duì)向觀測(cè)更具明顯優(yōu)勢(shì)192022/7/10第五章 全站儀高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的研究一、三角高程測(cè)量代替二等水準(zhǔn)測(cè)量的方案設(shè)計(jì)1.測(cè)區(qū)地理氣候某大學(xué)位于蘭州市，屬平原地區(qū)。測(cè)區(qū)內(nèi)地勢(shì)平坦，平均高程約為75 m，西北角和東南角高差約為1 m；植被豐富，以楊樹、柳樹為主，花、草、灌木沿小路均勻分布；建筑為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一般為五層，屬于多層建筑；測(cè)區(qū)

12、內(nèi)道路以水泥路為主。太陽輻射的季節(jié)性變化顯著，地面的高低氣壓活動(dòng)頻繁，四季分明，寒暑懸殊，雨量集中于夏秋季節(jié)，干濕期明顯，夏冬季長，春秋季短。夏季經(jīng)常達(dá)到34。2.方案設(shè)計(jì)202022/7/10第五章 全站儀高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的研究（1）對(duì)兩臺(tái)全站儀進(jìn)行無損害改裝，即在全站儀提手處安裝棱鏡，并做好標(biāo)記，一臺(tái)為 ，另一臺(tái)為 （2） A、B兩點(diǎn)間選取n(n為奇數(shù))個(gè)臨時(shí)點(diǎn)作為轉(zhuǎn)點(diǎn)。觀測(cè)方法如下： 在起始點(diǎn)A上架設(shè)棱鏡桿，在位置1處架設(shè)儀器 ，在位置2處架設(shè)儀器 。212022/7/10全站儀改裝后示意圖全站儀三角高程測(cè)量方法示意圖第五章 全站儀高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的研究用儀器 觀測(cè)A點(diǎn)上

13、的棱鏡，記錄斜距和垂直角。用位置1處的儀器 觀測(cè)2處的位置，記錄斜距和垂直角；同時(shí)2處的儀器 觀測(cè)位置1處的棱鏡，記錄斜距和垂直角。同理，依次進(jìn)行。在n點(diǎn)用儀器 （因?yàn)閚為奇數(shù)）對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量（在B點(diǎn)上架設(shè)棱鏡桿，與A點(diǎn)上的棱鏡高相同），記錄斜距和垂直角。A、B兩點(diǎn)之間的高差計(jì)算公式為：根據(jù)誤差傳播定律，并與二等幾何水準(zhǔn)測(cè)量差 比較222022/7/10第五章 全站儀高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的研究232022/7/10第五章 全站儀高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的研究242022/7/10第五章 全站儀高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的研究由表，可以得出結(jié)論：在控制邊長長度和垂直角大小的情況下，采用徠卡TC

14、R1201+全站儀進(jìn)行三角高程測(cè)量代替二等幾何水準(zhǔn)測(cè)量在理論上是可行的。綜合考慮各種因素，本次試驗(yàn)選取的距離在320m以內(nèi)，垂直角在3以內(nèi)；起始點(diǎn)、終點(diǎn)選取的距離在20m以內(nèi)，基本上能達(dá)到精度要求。3.方案改進(jìn)(1)在校園里利用現(xiàn)有的水準(zhǔn)點(diǎn)，選取其中的9組，每組2個(gè)點(diǎn)。兩點(diǎn)之間的距離大約為500-1200m。先采用幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法，測(cè)出每組兩點(diǎn)之間高差。252022/7/10模擬對(duì)向觀測(cè)示意圖第五章 全站儀高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的研究(2)選取校園內(nèi)地勢(shì)平坦、環(huán)境條件基本一致、路況簡單的路線。(3)選取有利的觀測(cè)時(shí)間，一般選取陰天全天或晴天地方時(shí)的10-16時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。(4)在起始站、終點(diǎn)

15、站水準(zhǔn)點(diǎn)上架設(shè)同一棱鏡桿，在離水準(zhǔn)點(diǎn)10-20m位置處架設(shè)全站儀進(jìn)行單向觀測(cè)。(5)當(dāng)進(jìn)行一測(cè)站對(duì)向觀測(cè)時(shí)，全站儀采集完數(shù)據(jù)后，保持全站儀基座連同三腳架、棱鏡基座連同三腳架不動(dòng)，互換儀器，再進(jìn)行觀測(cè)。當(dāng)進(jìn)行下一站對(duì)向觀測(cè)時(shí)，保持全站儀不動(dòng)，將棱鏡搬到指定位置。(6)采集數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢核，確保無誤后，再進(jìn)行搬站，否則重測(cè)。(7)進(jìn)行往返測(cè)。4.三角高程測(cè)量與二等水準(zhǔn)測(cè)量數(shù)據(jù)的比較262022/7/10第五章 全站儀高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的研究272022/7/10第五章 全站儀高程測(cè)量代替等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量的研究本次測(cè)量一共采集了9組數(shù)據(jù)，其中有3組數(shù)據(jù)超限不能適用。計(jì)算可得 ，滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量精度要求限差計(jì)算公式為 ，其中L為測(cè)段距離。5.三角高程測(cè)量數(shù)據(jù)分析DXB02-GPS04測(cè)段所測(cè)的高差與水準(zhǔn)測(cè)量所測(cè)得的高差相差較大，DXA01-DXD-08同理，經(jīng)過分析是由于測(cè)量距離較長，當(dāng)時(shí)正是上下課期間，來往人流較大，測(cè)量時(shí)間較長所導(dǎo)致。 DXB02-GPS04測(cè)段的往返不符值超限，一方面時(shí)由于往測(cè)和反測(cè)之間的時(shí)間太長，溫度變化相對(duì)較大，另一方面由于我們是使用一臺(tái)全站儀，