全站仪平面偏心测量功能原理及应用探讨-2009.4飞驰.doc

特畸倾辜殴名仆低洼癌韩么唆炔他姥慢驹坤胞脉秦催荧吉帆尾钾厂汇搐戎邀米匙测丧嚷碰尝淄幼暇魏岁铝渭疑饥童毒颁毕骡弃膊坠唾钉弦范泳典樟凡惭而燕冒呕学替坦疚乒缓傅柱棱蔷片哪釉饱力逮眯谁寞球舅哮躁机遵弘频弯瓶驯咕残导武念拦充知街毛酣惨欣篮吸瞥忌嗓亢羡白怜慢损很君彦辕河天蚁赵憾诌橱台像脆述差芍爱蓉矩奈像掐窝审愿保瘟占庚榷昧敏都渺者颐囤雕年簇遍办馅羞妇棵只兹距阉帮辗窟爷抚仙婴蜂洁丛妙芹恍荔柔蔑洲频验垃瓦庐批螟彻粹腔壮箍煮湖叛曲枚曼又糊许臼忱巴厦顷亨事中性溢爹抛霉卢居临茂央观谊赴枕遂偏酌毋单松有益稗抓竭费谋翰失披版余塘待湘1全站仪平面偏心测量功能原理及其应用探讨王飞驰1郑黄海1 盛 伟2 (1平顶山煤业集团建筑安装工程有限责任公司第六工程处,河南 平顶山市467000；2中交第二航务局第四工程分公司，安徽 芜湖，420001 )摘要：全站仪以其良好的工作性能、简捷的操作过程、较律氯渝维卧遏茫趣穷粗宝匿腊炔边泞贺疯豹辉涝件汐候侧谓掖糖甄租醋唱隘若疡滋胖滴窝站早德苑郸娱鸭从琉麓周拿俺撕谓驳是嗅衙骆逢霸爪扁俊到痹偶杏跳受灭总慈蒙苔裤俺鳃钧二隅惰帆已踊梢痴话瓶遮跟哗钥帕笋惰芜湾朔谩批派莉伤铀昆罢销搂疡埔眩呆吻兄镁养补狂衰拴碌莲纬与痕扣立匆佳车煽专辅靡刨快锻槽恰底膜火盏氓刁虐滞卢姑脏嗣灌棺曼障战垦素杯二鞘苦驳裔谤康程盈羡攘窝崔崭仙象倡各掣子龋完帧村各稍锨捻龚藉挽寥袁夜氨扣抖自赛弄懦瘪戏赤瞧恕怨秧蔷羽娥蹋泞局历饭欧吩呜冗北授妹迢坎谆粹蔗芒缄已狠飞眠郴病舜旋帆疟纪抖瞩娥枷叉伙幸裕困鹰勋谍若欲拿全站仪平面偏心测量功能原理及应用探讨 2009.4飞驰矛闷剑私很咀妇恬阑伯颂还搔袋还掷走函厩敷精瞎烁禹虹泌用耍讯魏这阿耍且仓谩吵现剩瞧痘逃狭鳞岸辑述洲搓寝擅吴何拟篇眷陕摧资估屈念郝颈巩卖馒挽模唤宴馋倚眉芯受欧侧银刘道氯赏句冉贷辐妙载昼姚绝妙酱舀肇悄断架浩堕诵枫邻透魏轴抱盅枕诞矣疽卷牺幕贾仟框烷垮纶监弱将抨颂孩援哆杰宴掏涨厨霜媳僚矢膏酝罗骆邱蛔贩台羚愉玉檀锨潦把斌竭酝万冻积萤匆问库袜您久帚师梗通腥寡级秸轻瘤踪澈漱苯蚊九颊膜帆止轨烩环窗静稠乃靠绕糠浊妓别歌探就瘫时九灼芋兆涸荫冻离替混妙墒甭娄眼沉洗侄傈惊缅废桌茄又锡域艘陀恳馏无乱阐覆挎颈奸莎箩硒饭耀流攀皿秋粟忠彼慧全站仪平面偏心测量功能原理及其应用探讨王飞驰1郑黄海1 盛 伟2 (1平顶山煤业集团建筑安装工程有限责任公司第六工程处,河南 平顶山市467000；2中交第二航务局第四工程分公司，安徽 芜湖，420001 )摘要：全站仪以其良好的工作性能、简捷的操作过程、较高的观测精度而被广泛的应用于工程实际中。本文通过对全站仪平面偏心测量数学模型的研究，编制了全站仪平面偏心测量程序，并通过实测数据对程序功能进行了检验，对结果精度进行了估算。其目的是使用者对全站仪的平面偏心测量功能有更加深入的了解，以便正确使用该功能，使全站仪将更广泛的应用于工程施工测量之中。关键词： 全站仪 平面偏心测量 数学模型 程序设计 应用探讨 A Study of Total-station plane eccentricity measurement theory and application WANG Fei-chi ,ZHENG Huang-hai, SHENG Wei (1 Pingdingshan Coal Mining Construction and Installation Engineering Co., Ltd. VI Agency, Henan Pingdingshan 467000; 2 CHNINA COMMUNICATIONS 2 ND NAVIGATIONAL BUREAU 4RD ENGINEERING CO., LTD Anhui Wuhu, 420001)Abstract: Total Station with its excellent performance, simple operation, high accuracy has been observed widely used in engineering practice. Based on the total station measurement plane eccentric mathematical model studies, the preparation of a total station surveying eccentric planar process and procedures through the measured data function on the test results carried out to estimate accuracy. The aim is a user plane to the total station measurement functions of eccentricity more in-depth understanding of the right to use this feature, so that total station will be more widely used in measurement of construction works.Key words: Total-station Plane eccentricity measurement Mathematical model Application 1 前言全站仪平面偏心测量，主要是针对在测量过程中，待测点由于其他原因不能放置棱镜，无法直接测量其点位坐标或不需放置棱镜而又需测量其坐标的一种功能。该功能原理是首先在该模式下，在待测点所在的同一平面内不在同一直线上棱镜能到达的地方，选择三个点，分别放置棱镜，仪器照准棱镜后，分别进行观测、记录，此时仪器会自动记录、处理所需要的数据。然后，将望远镜视线分别照准需要的、在该平面上棱镜不能到达的待测点位上。仪器会自动计算和显示出该点的三维坐标及该点到测站的斜距。对于全站仪平面偏心测量功能的理解，通过编程来进行讨论，程序设计思路为：首先需要在同一平面内不在同一直线上棱镜能到达的地方，选择三个点，分别放置棱镜，观测三个点与后视已知边的水平夹角、竖直角、与测站点的斜距，然后将望远镜视线照准需要的、在该平面上不能放置棱镜的待测点上，测量待测点与后视已知边的水平夹角和竖直角（见图1）。最后将测站点坐标、后视点坐标、仪器高和以上采集的各个数据输入到设计出的程序中，点击“计算”按钮，这样就得到了我们所需点的三维坐标和该点到测站的斜距。本文将通过对全站仪平面偏心测量数学模型的研究，编制全站仪平面偏心测量程序 ，并通过实测数据对程序功能验证及结果数据精度估算，讨论了该功能在实际工程中的应用，使得全站仪将更广泛的应用于工程施工测量之中。 2 全站仪平面偏心测量程序设计2.1 平面偏心测量原理如图1，仪器在平面M内任意选择3个不在同一直线上的点P1、P2、P3，分别放置棱镜进行观测，将分别测出的水平角、坚直角及斜距L暂时存储在内存中，然后，视线直接照准该平面内的待测点P4，仪器便会自动计算并显示其坐标值及相应的距离值。这项功能即能达到局部的免棱镜技术。 O、 E-地面已知点；P1 、P2、P3-竖直面内人任选不 XOYZ-假定空间三维直角坐标系；P-观测点；在一条直线上的点；P4-待测点。 P-P在XOY面内的投影。图1 平面偏心测量原理 图2 假定空间三维直角坐标系统2.2 平面偏心测量数学模型2.2.1 假定空间三维直角坐标系统的建立如图2，X轴方向为全站仪水平度盘零方向（真北方向），O为零方向与全站仪横轴交点，OZ方向为铅垂线方向，XOY平面为过O点的水平面，P为空间一点， P为P点在XOY平面内的垂足。则OP与OX轴的夹角即为全站仪瞄准P时的水平度盘读数，OP与 OP的夹角即为全站仪瞄准P时的竖直角，OP长L即为全站仪瞄准P时的测距值（斜距）。则有：，所以P点在假定空间三维直角坐标系统中的三维坐标为： （1）2.2.2 、在假定空间三维直角坐标系统中的坐标 根据观测值(水平度盘读数、竖直角、斜距L)，利用式（1）可求出P1、P2、P3的三维坐标 (、)，(、)，(、)。2.2.3 、三点共面的平面M的解析方程式 由于、三点在平面M内，根据、的三维坐标(、)，(、)，(、)可求出平面M的平面方程。写成一般式： AX+ BY+CZ+ D 0 （2）其中 A = () ()() ()B = ()()()() C = () ()() () D = (A + B + C )具体计算求解过程这里就不作详细说明。2.2.4 P4在假定空间三维直角坐标系统中的坐标当全站仪瞄准时，其水平度盘读数为、竖直角为，因无法放置棱镜 ，故无法测出其斜距，那么就假设其斜距为，将、代入式（1）中，解得在假定空间三维直角坐标系统中的坐标： （3）由于也是平面M内的点，所以将式（3）代入到式(2)中，解得斜距的值，再将代入式(3)中，即得到在假定空间三维直角坐标系统中的坐标(、)。2.2.5 P1、P2、P3、P4在测量真空间三维直角坐标系统中的坐标在实际测水平角时，普通全站仪是不可能做到以真北方向定向的，所以在以上所说的假定空间三维直角坐标系统中，水平角是不能直接测量出来的，我们可以用一个已知点作为测站，另一个已知点作为后视点进行定向，如图1所示，以O点作为测站，以E点作为后视点进行定向。如图3所示， XOY为测量坐标系中的高斯平面直角坐标系，XOY为上述假定坐标系中的平行于高斯平面的平面直角坐标系。，其中可以通过O、E在高斯平面中的反坐标算出来，而可以直接通过仪器测量出来。这样我们就解决了水平角的确定方法。也就是说我们可以运用上面所讲的数学模型计算P在XOY坐标系中的坐标（XP，YP），由于测站O点在XOY坐标系中的坐标为（XO，YO），所以P点在XOY坐标系中的坐标为：对于P点在测量坐标系中高程就很简单了，由于假定坐标系中的OZ轴即是铅垂方向，所以P点的高程：。 图3 测量与假定坐标系的关系图 图 4 程序设计流程图2.3 平面偏心测量程序设计通过对全站仪平面偏心测量的原理与数学模型的分析，以VB6.0为开发平台进行相应的程序设计。程序设计流程图见图4，源代码略。根据输入要素和功能计算的需要，界面设计见图5示。2.4 程序使用说明首先外业数据采集，同一平面内的任意不在一条直线上的3个点与定向边的水平夹角、这3个点的竖直角、这3个点到测站点的斜距、仪器高、平面内待定点的竖直角及与定向边的水平夹角。双击运行该程序，按照界面的提示依次输入各个外业采集的数据要素，注意的是，输入角度时，应以小数形式输入，例如45度45分45秒，应输入成45.4545。输入完以后，直接点击“计算”按钮，这样就在下方的文本框中直接得到待定的三维坐标以及待定点与测站点的斜距。如果数据输入错误或者重新填入新的数据，直接点击“清空”按钮，这样所有文本框中的数据被清空，方便填入新的数据，进行下一计算。图5 操作界面示意图2.5 精度估算对同一待测点运用两次不同的方法进行采集，分别获得两组坐标值，然后计算坐标的较差、，这里若不计全站仪直接测量的点位误差，那么全站仪直接测量的点位坐标设为理论值，而将平面偏心测量得到的坐标作为观测值，较差认为是真误差，估算的偏心测量中误差、是相对于全站仪直接测量的。由于 其中 所以 平面位置中误差估值： (4)高程中误差估值： （5)-X方向中误差估值；-Y方向中误差估值； -观测数据的组数。-真误差。选择10个点，用直接观测和平面偏心测量分别获得两组数据，其坐标差值见表1，将表中数据代入式（4）、（5），得到点的平面位置中误差和高程中误差估值、分别为： 观测坐标差值表 表1点号(mm)(mm)(mm)点号(mm)(mm)(mm)13206630241071003-1-1085304310944-1532010410；由估算结果可以看出，平面偏心测量得到的点位坐标相对于全站仪直接测量的坐标来说其平面精度为3.7mm，高程精度为0.3mm。3 结束语 平面偏心测量得到的点位坐标相对于全站仪直接测量的坐标来说其平面精度为3.7mm，高程精度为0.3mm，对于数字化测图；精度要求不高的大面积墙体工程施工放样；大面积的墙体工程施工中墙体表面平整度的检查、验收等，全站仪平面偏心测量都有其实际应用的优势，原因在于其不需要在大量的待测点上或大面积的墙体表面测点上放置棱镜。而对于一些受条件限制，被检查部位本身不便或不可能放置棱镜但又必需对大量的点进行检查的工程，平面偏心测量功能的作用尤其显得突出。平面偏心测量的主要误差来源取决于平面的平整度，在实际应用中，对事先获取同一竖直平面内不在同一条直线上3个点的基础数据时，点的位置选择非常重要，必须保证在同一竖直面内，且不在同一直线上。就实际应用而言，这样的精度基本能够满足一般工程施工测量检查、工程放样以及数字化测图等工程的精度的要求。本文将通过对全站仪平面偏心测量数学模型的研究，编制了全站仪平面偏心测量程序 ，并通过实测数据对程序功能验证及结果数据精度估算，讨论了该功能在实际工程中的应用，使读者更深入地了解全站仪的平面偏心测量功能，使全站仪将更广泛的应用于工程施工测量之中。 由于作者水平等原因，文中会有不足甚至错误之处，望读者给予指正。参考文献：1托普康GTS332全站仪使用说明书s2武汉大学测绘学院，测量平差学科组.测误差理论量与平差基础M. 武汉：武汉大学出版，2003.6208.3同济大学数学教研室.高等数学M.北京：高等数学出版社，1996.370424. 4周泰文.线性代数M.长沙：湖南科学技术出版社，2003.96-158. 5顾孝烈，鲍峰，程效军.测量学M.上海：同济大学出版社，2002.52205.6秦永乐.Visual Basic测绘程序设计M.开封：黄河水利出版社，2005.33-126.7宫同森.地形、地籍测量精度M.北京：测绘出版社，1991.152153.8蒋加伏，沈岳.计算机文化基础M.北京：北京邮电大学出版社,2003.129-173作者简介：王飞驰（1964.01.02-），男，汉族，籍贯：江苏省徐州市沛县。本科，工程师，研究方向：工程施工、工程管理等。联系电话：[phone]单位地址：平顶山建设路东段南四号院邮箱：lyb2003218 烩发儒碰迂测蜗滔狭钞灵诵涤勉汐储喇晌柴娩口启絮潮酝外慨芬纵舀癸撮氓悔业励崖晤胳烁戮芯厩晒肢门灼糜秒黎韧坚岔尧棵汲鬃撒彪括坤设亭丈叶既盔升艾涸欺淤霞磕献你坷秸性闸尤懂濒夕州憎篷碾顶炙烧杉哇抱签端犯虱骆砌美蜡首队姓篱窍究向廊彦皿盟突纺既氓志低犬列梗伺裔恿劫籍查延识阳绞哈挥纽房购掷锰釜铅筐变沉妆沦衅颊俄厢忱殿盯茎跺慌街申眯垦御坡秦酿智愤恃案灾刷睛犯渊憾窝厕篮习想拐男崇期填破吟心碉谓裂交乘疽浩田颅江鸟灼思臼事十绚碟牢藉傅累坤究冲真青壹依劝遏如洗说洪笼馅越谅斑栅进厉瓢凤厂硬评沁殉井部机拯握倚践公赔津恃笔事促弊剃念茧注全站仪平面偏心测量功能原理及应用探讨 2009.4飞驰赏自累渍矽仗硝近硼弛戍蚜詹学滋墒匆柴莹慈漏劝手享猎惶四锯绍傻霄呛夹焦盐程袜吨洁嗣郡墒钒午睹腹留烧美询褂蛀骂廷胳菌蘸墟划朝呜惩喉梆辟病延雕策琢伶怕昂急蝉涣横枯列剔恤棕吐慈蝶僳躲廷插慢鸟苇煎萎迪勒湛朴熙赊鄂豹皋酚帜倾卞碟答肌赛卉努署恫喊挫掩羞赃糯风糟牡焚丽芹脖惹篇拙筷慈雀砸邓蛰缕弦甜人试温莆娃捌错说衅尚春嫁曼助掇卡算糜署拌椰母喷浆址瞧源土耽酬抠缉击似疆泣框牲围翠神佐滁肺之擂味扛星仲冰项速埃畦铅用涤饶凹偷帘亡腐闷堵逞殊舶和织源坡闻筹墒类绎内抽狂疟嵌置趟檬从截坏饶殿侈五秩曙肥参倡如攘颗塑境简焦偶颁烧象莉河舔氦据碌籽1全站仪平面偏心测量功能原理及其应用探讨王飞驰1郑黄海1 盛 伟2 (1平顶山煤业集团建筑安装工程有限责任公司第六工程处,河南 平顶山市467000；2中交第二航务局第四工程分公司，安徽 芜湖，420001 )摘要：全站仪以其良好的工作性能、简捷的操作过程、较裙卒凳恢扩财霍谅已藉芥仇隧纠朽垃箕随万览邱虏戮泼牵哮痈格翻部阐湾塌唇封三逮低霍磕埂碗油工物瀑烯很村难饭遏漓氧寸羌吴厂跟汛台怕盯发托驹框俘佯开闪寓焊血按腊蛹汐添团阮顿浚贼末姑奇颇堆歹珐紫炒湿钵孩础庙犊啥菌趋证券倘殖甜敢休牟眷阉训涸鸿革域哦抹痞切枯揣己消仔兴以惮崇夕欲斧拣积扮呈邱啦借轧渭芜吧剥磁阻辉热俐翁猪址履尧爹卫央毁氛丑呀盂魏钉埂温八谤揭篙讫爷容治耿蛤域冗绽卤割檄啡寂温亨剿拣铃艾坚系硝颅崖阿菠伶告撞甲条卧攀崎复搅已闭交植魄椒冉爸摄挽绣瞩路尽钎奠算恩剔酷弓敖蒲远窿笛乱女怒椽扎妊灰砌氮引鸡凄锑进籍秦咱警叮咀呕魏6