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1、河南理工大学万方科技学院本科生毕业论文(设计)全站仪三角高程测量及其在道路工程中的应用院系名称建筑与测绘工程系姓 名学 号200902040237专 业测绘工程指导教师2013 年 4 月 8 日I摘 要在工程施工过程中，常常涉及到高程测量。高程测量方法有水准测量和三角高程测量。三角高程测量与水准测量相比，它施测速度快，不受地形起伏的限制，但是三角高程测量由于测量距离远，误差来源多，其精度受到影响，达不到高精度测量的要求。随着高精度测距仪器的应用，三角高程测量的精度得到了很大的提高。本文从三角高程测量的原理开始，探讨了全站仪三角高程的测量方法，分析了有关误差对测量精度的影响，并结合实例介绍了其
2、在道路工程中的应用。关键词: 全站仪；三角高程；精度分析；道路工程IIAbstractIn the process of engineering construction, often involves the height measurement. Generally has a leveling height measurement method and trigonometric leveling. Compared trigonometric leveling and leveling, it is for measuring speed, not limited by topogra
3、phy ups and downs, but due to measuring distance triangulated height measurement, error source, its accuracy is affected, could not reach the requirements of high precision measurement. With the application of high precision distance measurement instrument, triangulated height measurement precision
4、is improved.KeyWords:Total station, Trangle elevation,Accuracy analysis, Road engineeringIII目 录1 绪 论.11.1 研究目的及意义.11.2 三角高程测量国内外研究发展现状 .11.3 本文主要内容 .12 三角高程测量的原理及方法.32.1 三角高程测量的原理.32.2 三角高程测量的计算.42.2.1 基本公式 .42.2.2 距离的归算 .52.2.3 用椭球面上的边长计算单向观测高差的公式.62.2.4 用高斯平面上的边长计算单向观测高差的公式.62.2.5 对向观测计算高差的公式.62.3
5、 全站仪三角高程测量的方法.82.3.1 三角高程测量传统方法.82.3.2 全站仪中间法高程测量.83 三角高程测量的误差来源及精度分析.113.1 三角高程测量的误差来源.113.2 三角高程测量的精度分析.113.2.1 观测高差中误差 .113.2.2 对向观测的高差中误差.123.2.3 全站仪中间法高程测量的高差中误差.134 三角高程测量在道路工程中的应用.144.1 三角高程控制测量 .144.1.1 全站仪安置在测站的三角高程测量.144.1.2 全站仪安置在任意点的三角高程测量.144.1.3 精度估算 .154.2 全站仪在线路高程测量中的应用 .154.2.1 控制测量
6、 .154.2.2 悬高测量 .154.2.3 后方交会高程测量 .154.2.4 高程放样测量 .164.2.5 悬高放样测量 .164.3 实例分析.17IV4.3.1 工程概况 .174.3.2 数据分析 .17结 论.18参考文献.19致 谢.2011 绪 论1 1. .1 1 研研究究目目的的及及意意义义道路工程施工过程中，常常涉及到高程测量。传统的高程测量方法有水准测量和三角高程测量。水准测量是测定点与点之间的高差，从而由已知高程点求得另一点的高程，它一种直接测量高程的方法，测量高差的精度较高，但其受地形起伏的限制，转站多，外业工作量大，施测速度较慢。三角高程测量原是测定各级大地点
7、高程的基本方法。其思路是在两测站间观测竖直角并应用它们之间的水平距离，计算两点间的高差，并且推算高程。由于受诸多因素的限制，三角高程所测定高差的精度并不高，难以取代水准测量作为高等级水准控制。近几年来，随着测距技术的发展和全站仪的普及，获得高精度的斜距成为可能，同时全站仪的应用也可以提高垂直角的测量精度。三角高程测量已经可以取代三、四等水准测量，甚至有取代二等水准测量的趋势。这证明在道路工程施工中完全可以用全站仪代替水准仪进行高程测量。1 1. .2 2 三三角角高高程程测测量量国国内内外外研研究究发发展展现现状状美国国家大地测量局于 1984-1985 年间用 T2000 经纬仪、DI5 测
8、距仪组成全站型仪器，按中间法和对向观测法实测了总长为 30km 的线路，边长为 300m左右。求得 1Km 往返测平均值标准差小于0.76mm 和1.02mm，环线闭合差小于4mm 个(L 为线路长度)。L据科学时报 （2007-05-14）报道，由武汉大学与铁道部第四勘察设计院共同完成的“精密三角高程测量方法研究”项目，已经成功应用于国家大型工程“武广铁路客运专线”测量工作中，开创了国内外大范围、长距离精密三角高程测量代替二等水准测量的先例。目前，一些测量部门已经将三角高程测量代替三、四等水准测量的作业方法与技术规格订入相应的规范文本。而代替二等水准测量的实验研究表明，其精度与主、客观条件和
9、采用的方法有很大关系，还须进一步实验研究。1 1. .3 3 本本文文主主要要内内容容本文首先从三角高程原理及其计算基本公式着手，介绍了利用全站仪在实际工程施工过程中进行三角高程测量的方法，重点分析了中间法三角高程测量；2第三章重点讨论了全站仪三角高程测量的误差来源及减弱的措施并对其作了精度分析；第四章结合粤赣高速十五标段的具体实例介绍了三角高程测量在道路工程中的应用。32 三角高程测量的原理及方法2 2. .1 1 三三角角高高程程测测量量的的原原理理三角高程测量的基本思想是根据三角形数学关系，由测站点所观测的垂直角（或天顶距）和它们之间的水平距离，计算出测站点与照准点之间的高差，从而由已知
10、高程推导未知高程点高程。以下以水平面作为推导依据，通过图形加以说明。图2-1如图2-1所示，A点为已知高程，为在地面上A、B两点间测定高程hAB，在A点设置全站仪，在B点竖立棱镜。量取望远镜旋转轴中心I至地面上A点的高度,即仪器高i，用望远镜中的十字丝的横丝找准竖立在B点的棱镜M，它距B点的高度即为目标高v，测出倾斜视线IM与水平视线IN间所夹的竖角，令A、B两点间的水平距离为S，则由图1可得两点间高差hAB为(式1)hAB+ v = Stg + ihAB= Stg + i - v若A点的高程已知为HA，则B点的高程为(式2)HB= HA+ hAB= HA+ Stg + i - v上式当角为仰
11、角时取正号，相应的也为正值；反之，为俯角时取Stg负值，相应的也为负值。Stg2 2. .2 2 三三角角高高程程测测量量的的计计算算42.2.1 基本公式以上三角高程的基本原理和计算高差的基本公式是以水平面作为依据进行推导的，未考虑地球曲率和大气折光对所测高差的影响。在控制测量中，由于距离较长，所以必须以椭球面作为依据来推导三角高程的基本公式。如图2-2所示，设SAB为A，B两点间的实测水平距离。仪器置于A点，仪器高度为iA。B点为照准点，棱镜高度为vB，R为参考椭球AB的曲率半径。PE，AF分别为过P点和A点的水准面。PC是PE在P点的切线，也为过P点的水平面，PN为光程曲线。当位于P点的望远镜指向与PN相切的PM方向时，由于大气折光的影响，由N点出射的光线正好落在望远镜的横丝上，这就是说，仪器置于A点测得的P，N点间的垂直角为A,B。由图2-2可明显的看出，A、B两地面点间的高差为 hAB= BF = MC + CE + EF - MN - NB（式3）式3中，EF为仪器高iA，NB为照准点 图2-2的棱镜高度vB
