三角高程测量代替水准测量的可行性研究应用.doc
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1、华北科技学院本科毕业论文 题 目 三角高程测量代替水准测量可行性研究 学 院 建筑工程学院 专 业 测绘工程 年 级 级 学 号 05064127 姓 名 董超超 指 导 教 师 朱雪征 成 绩 5月7日 三角高程测量代替水准测量可行性研究摘要:在外业测绘过程中高程测量工作是经常要进行工作,水准测量和三角高程测量是高程测量最惯用、最基本办法。但她们各自有其自身优缺陷,水准测量长处是测量精度高但是操作比较麻烦,并且受到地形影响也比较大,三角高程测量测量精度比较低,但是操作比较简朴、效率比较高,并且受到地形影响比较小,近几年由于科学技术发展,全站仪测距测角精度不断提高,使测量更加精确。这使得三角高
2、程测量代替水准测量成为也许,本文重要研究三角高程测量代替水准测量在何种精度范畴内可以满足条件,通过实际测量数据对水准测量和三角高程测量误差精度进行分析,并得出结论。核心词:全站仪;三角高程测量;水准测量;精度规定Feasibility study of trigonometric leveling instead of leveling measurementAbstract:Surveying and mapping in the process of Surveying and mapping in the process of Surveying and mapping work is
3、often to be carried out,the usual elevation of the surveying and mapping methods have two kinds of leveling and trigonometric leveling. But each of them has its own advantages and disadvantages,leveling precision high,but more trouble,subject to the limitations of the terrain is relatively large,low
4、 precision of trigonometric leveling,but the operation is simple,relatively small by the impact of terrain,in recent years due to the development of Surveying and mapping instruments,increasing the precision of total station instrument,angular distance more accurate. It is possible to make the trigo
5、nometric leveling instead of leveling measurement. This paper is a research report on the accuracy of trigonometric leveling instead of leveling measurement.Key words:Total Station trigonometric;leveling leveling measurement;accuracy requirements目录第1章 绪论11.1研究背景与意义11.2 国内外研究现状21.2.1 国内研究现状21.2.2 国外研
6、究现状31.3 本文研究内容3第2章 水准测量原理及误差来源5第3章 全站仪三角高程测量原理和观测办法73.1 全站仪三角高程基本理论73.1.2 三角高程测量基本公式83.2 全站仪三角高程测量办法103.2.1 对向观测法103.2.2 中间测量法114.1 全站仪对向观测法精度分析134.2 全站仪中间观测法精度分析144.3 三角高程测量办法比较15第5章 实例分析165.1 测量过程165.2 观测成果分析22致 谢26第1章 绪论1.1研究背景与意义在工程测量过程中,测定待测点高程办法普通是依照已知点高程通过测量两点之间高差再通过计算,推出未知点高程,普通测量办法有三角高程测量和水
7、准测量两种办法,由于仪器精度和测量办法不同,两种办法中水准测量精度高但是操作麻烦,受到地形影响比较大,三角高程测量精度低,但是操作简朴,受到地形测量影响比较小,如果用三角高程测量代替水准测量在一定精度范畴内可以满足规定话,可以大大减少测量成本,提高工作效率。随着当前仪器精度不断提高,在何种精度范畴内用全站仪三角高程测量可以代替用水准仪测量,成为许多学者和研究人员关怀课题。 外业测绘是很辛苦一种工作测绘人员自身就是比较辛苦一种职业,如果能有一种办法可以减少外业工作强度,对外业测绘人员来说是一件很实用事情,高程测量特别是山区地区高程测量是一项十分艰巨任务,但是此前没有那种仪器可以操作起来简朴并且可
8、以满足精度规定,测量人员只能背着水准仪一步步一点点进行外业高程测绘,但是效果往往不是很抱负,一方面由于水准测量水准尺不能较好发挥作用在地形起伏较大地区,另一方面如果测站过多水准测量合计差会越大,水准测量是高程测量中最老式、最重要办法之一,并且它精度比较高。但是工作效率太低,并且受到地形影响很大,在山区测量难度很大,不很以便。此外,水准测量除了效率低下因素外,如果在地形复杂地方使用水准仪进行水准测量进行高程测量是很难完毕,有时甚至是不也许。但是三角高程测量就比较容易实现。由于它受到地形影响很小,随着全站仪浮现,它操作简朴受地形影响长处吸引着广大测量人员,科学家们对它测量精度也从来没有停止过讨论、
9、研究。但是过去全站仪测量精度不高在高程测量上始终未能引起注重,今几年,随着全站仪精度不断提高,又引起了新一轮讨论,全站仪是不是可以代替水准仪在高程测量中作用讨论越来越激烈。全站仪三角高程测量能否在一定精度范畴内代替高程水准测量,如果三角高程测量可以代替水准测量,精度又如何,为理解决这些问题,就需要对全站仪进行三角高程测量工作办法、误差来源、原理等进行分析。然后针对这些问题选取适当观测条件,使用适当观测办法来减小误差,并制定相应作业规范,将三角高程测量和水准测量在高程控制测量过程中精度和效率进行对比。得出在一定精度范畴内,三角高程测量可以代替水准测量作业。减少劳动强度,以提高作业效率,并且把这种
10、办法进行推广,为广大测绘工作者提供更加高效并且精确测量办法。1.2 国内外研究现状由于三角高程测量高效、受地形影响小特点,自全站仪应用伊始,关于三角高程和水准测量精度对比研究就从未停止,国内外有许多学者和研究人员进行过此项研究。1.2.1 国内研究现状国内始终就致力于三角高程测量代替水准测量研究,早在1982年11月就召开过主题为“电磁波测距仪在工程测量中应用”学术讨论会;并且于1987年9月再次召开;日后随着科技进步测绘科研人员在厦门再次召开了关于“大气折射与测距三角高程代替水准测量“学术讨论会,标志着国内测绘外业研究进入了新时期。云南省水利水电勘测设计院曾经进行过使用中间法三角高程测绘,通
11、过对本次实验成果分析整顿后成果表白:当用中间法观测在边长在1km以内时,三角高程测量是可以完全可以代替四等水准测量。当使用对向观测法观测边长不大于1.1km高差时,三角高程测量可以代替三等水准测量。随着测绘仪器进步国家测绘研究所采用对向法三角高程测量办法进行了一次测绘实验。这次实验成果表白:当边长在50m-1.1km内,三角高程测量可以代替三等水准测量,当边长在70m-3.4km时三角高程测量可以代替四等水准测量。由于工作因素,东北水利水电勘察院与水电一局在白山水电监测网中。进行了对于三角高程测量代替水准测量一次测绘实验,通过对实验成果整顿分析表白:三角高程测量精度接近二等水准测量规定。1.2
12、.2 国外研究现状在国外研究更加频繁更加进一步,其中在美国1983-1985年间,由美国国家大地测量局组织了一次对三角高程测量代替水准测量实践操作,实验中使用型号为T经纬仪和型号为DI5测距仪进行拼装构成简易全站仪器,使用两种观测办法:中间法和对向观测法,分别用这两种测量办法施测总长为30km测段闭合高程路段,得出了当边长为300m时。来回测量中误差平均值原则差不大于0.76mm和1.02mm,环线闭合差不大于4 mm结论,这表白两种测量办法均能达到相应精度规定。加拿大也进行过类似测绘研究,并且通过实验得出实验成果为每公里来回测量中误差平均值原则差为2.2mm。德国雷斯顿大学也组织有关人员进行
13、过三角高程测量研究发当前有利观测条件下和普通观测条件观测时,对向观测时每公里中误差均不大于3mm。两条导线作业效率都非常高大大节约了时间,实验表白在倾斜地面作业时三角高程测量更为经济。总之国内外测绘专家都非常注重三角高程测量能否代替水准测量研究,对于测绘人员来说如果三角高程测量可以代替水准测量这将是一次伟大测量学上变革,这不但仅是技术上进步更是办法上进步,这将大大减小了测量局限性,使在山区丘陵地带测量更加简朴高效。因此说对三角高程代替水准测量研究势在必行,这是时代规定,更是广大测绘人员迫切需求。1.3 本文研究内容本篇论文重要研究内容是在高程测量中,通过对原理分析得出三角高程测量办法中存在误差
14、和误差重要来源有哪些。通过对三角高程测量和水准高程测量精度进行对比分析,得出在何种精度范畴内,可以用三角高程测量代替水准测量。并且在校园中布设高程控制网,进行外业测量工作并且记录下数据,通过对三角高程观测办法所得高程数据分别与水准测量所得高程数据进行对比分析,得出水准测量和三角高程测量办法各自长处和缺陷,技术路线如图1-1:三角高程测量高程测量 得出结论精度对比水准测量图1-1 技术路线图第2章 水准测量原理及误差来源2.1 水准仪测量原理水准测量是高程测量中最老式并且精度比较高测量办法,在过去水准测量作为高程测量重要办法在外业测量过程中经惯用到。它测量原理很简朴,假设已知点高程A和未知点高程
15、B,通过在A、B两点中间架设水准仪,在A、B两点分别立尺,通过对尺子上面读数,计算两点之间高差,然后通过已知点高程加上两点之间高差咱们就可以得到未知点高程数,如下图所示: 图2-1水准测量原理图通过公式(2-1)计算出B点高程 HBHAhAB=HA(ab) (2-1)如果是在一段水准路线上测量,重复上述过程就能完毕这段水准路线高程测量。2.2 水准测量误差来源由于水准仪自身就不完美,观测人员操作和感官也有一定局限,再加上外业观测必然要受到外界环境影响,水准测量不可避免存在误差。为了保证应有观测精度,观测人员应对水准测量误差产生因素以及如何控制误差在最小限度办法有所理解。水准测量误差按其来源可分
16、为:仪器误差、观测与操作者误差以及外界环境影响三个方面。 常用误差削弱办法有:i角误差可以运用先后视距相等办法解决,水准尺误差可是选用安装圆水准器水准尺,并且进行检测;观测与操作者误差例如:管水准气泡居中误差只能是每次读数前精准调平,使管水准气泡严格居中,水准尺误差需要观测者认真读数与操作,水准尺倾斜误差需要扶持人员立尺时尽量竖直。对于外界环境影响例如:水准尺下沉误差需要在架设仪器立尺前尽量找坚实地层,对于地球曲率、大气折光率、温度、风力影响只能选取适当时间段进行观测,保证水准观测误差尽量减小。第3章 全站仪三角高程测量原理和观测办法3.1 全站仪三角高程基本理论全站仪三角高程基本原理是通过布
17、设三角测量控制网,外业测角,量边,并且通过三角测算进行高程计算,这种测量受到仪器精度影响较大,如果角度测量和距离测量不是很精确,计算出来高程就会差诸多。但随着科学技术发展,当代全站仪越来越精密,测角、量边精度越来越高,这使得三角高程测量代替水准测量成为了也许,全站仪如何进行高程测量以及全站仪三角高程观测办法详细简介如下:3.1.1 全站仪三角高程测量原理如图3-1所示,在地面上A、B两点间测定A、B点高差,在A点架设仪器,在B点竖立标尺。使用钢尺量取望远镜旋转轴中心到地面点上A点距离被称为仪器高记为i,在望远镜中把十字丝横丝对准准待测点B点标尺上任意一点记为M,用钢尺量取M到B点高度被称为目的
18、高记为v,通过全站仪上读数测出倾斜视线和水平视线D之间所夹竖直角被记为,如果A、B两点之间水平距离是已知为D。图3-1三角高程测量原理图则由图3-1通过几何计算可得两点间高差为: (3-1)若A点高程为已知高程并且已知为HA,则待测点B点高程为: (3-2) 在实际使用过程中应当注意如下问题: 1.如果角为仰角时取正号,相应地也为正值; 2.如果为俯角时取负号,相应地也为负值。如果在已知高程点A点架设全站仪(或经纬仪+光电测距仪),在未知高程点B点安顿棱镜,仪器高i和棱镜高v都是可以使用钢尺量取出来,通过全站仪读数可以懂得斜距和竖直角数值,称之为全站仪三角高程测量。A、B两点间高差可按下式计算
19、: (3-3)凡是在已知高程点架设仪器,在未知点竖立棱镜通过计算两点之间高差办法称之为直觇;相反在未知点架设仪器,在已知点架设棱镜,通过计算两点之间高差办法称之为反觇。3.1.2 三角高程测量基本公式在高程测量中,误差受到距离影响比较大,因此三角高程测量基本公式必要以大地水准面为根据来推导。如图3-2所示:设A点和B点两点间实测水平距离为。仪器架设在A点,量取仪器高度为。B点为待测点,砚标高度为,R为参照椭球面上曲率半径。PE、AF分别为过P点和A点水准面。为PE在P点切线,PN是光程曲线。当位于P点望远镜与PN相切PM方向一致时,由于大气折光影响,由N点发射出去光线正好落在望远镜横丝上。这时
20、可以说,仪器架设在A点测得P点与M点之间垂直角为。由图3-2可明显地计算出,A点、B点两地面点间高差为: (3-4)其中,EF是仪器高;NB是照准点觇标高度;而CE和MN分别为地球曲率和折光对测量影响改正值影响。由 (3-5) (3-6)其中为光程曲线PN在N点曲率半径。设,则 (3-7)K是大气垂直折光系数。图3-2 地球曲率和大气折光影响原理图由于A点和B点间水平距离为,与曲率半径R之间比值很小(当时,所对圆心角仅5多一点),因此可以为PC近似垂直于OM,也就是说PCM90,这样可以当作直角三角形。则(3-4)式中MC为 (3-8)让计算式中咱们称为球气差系数,则3-4式可写成 (3-9)
21、式(3-9)就是老式观测计算高差基本公式,也是惯用公式。式中垂直角,仪器高和觇标高,都可以通过全站仪读数和钢尺量获得到。为实测水平距离,普通要计算成高斯平面上长度。3.2 全站仪三角高程测量办法3.2.1 对向观测法对向观测又称双向观测,即假设在A点观测了B点之后,又在B点观测了A点,重要用来减小大气辐射和地球曲率影响。如下图所示:图3-3 对向观测法原理图求正向观测改正后高差:在已知点A处安顿仪器,在未知点B处设立觇标;分别测出A点和B点之间斜距、竖直角、仪器高、觇标高后通过计算得到正向高差: (3-10)求反向观测改正后高差:将仪器搬迁架设在未知点,B点上,在已知点A处架设觇标,按照上一步
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