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1、毕业设计任务书单向精密三角高程测量中的大气折光改正研究及程序开发专业年级 测绘工程07 学 号 0704040202 姓 名 指导教师 评 阅 人 二一一年六月中国 南京单向精密三角高程测量中的大气折光改正研究及程序开发一、目的与意义采用高精度全站仪进行施工测量和变形监测已很普遍，但是由于受大气垂直折光的影响，如何有效地进行大气折光改正就成为提高单向精密三角高程测量精度的关键。根据三角高程测量基本原理，对影响单向精密三角高程测量精度的因素进行分析，根据测站和测点之间的空间关系，探讨大气折光改正的方法和模型，对充分发挥全站仪的作用和减少工作量有较大意义。二、主要研究内容1、单向精密三角高程测量精
2、度的影响因素分析。2、探讨大气折光改正的方法和模型。3、针对具体方法和模型编写计算程序。5、程序的开发与调试。三、时间安排 第12周：收集和阅读有关资料。 第34周：VB或MATLAB语言和软件的学习。 第510周：研究，编制和调试计算程序。 第1112周：撰写论文和答辩。四、参考文献1、胡明城.现代大地测量学的理论及其应用M，测绘出版社，2003.2、华锡生，田林亚. 安全监测原理与方法M，河海大学出版社，2007.3、邓聚龙.灰色系统理论M.华中理工大学出版社，1990.4、VB或MATLAB使用手册。五、仪器设备水准仪、全站仪、微机。六、上交成果 毕业设计论文、计算程序及使用说明。七、指
3、导教师 田林亚，于小涛（研究生）。八、拟指导人数 1人。摘 要摘要摘 要本文在介绍三角高程测量基本原理及其精度分析的基础上，讨论单向精密三角高程测量中的大气折光改正问题和折光系数的计算。大气折光是影响单向精密三角高程测量精度的一项主要因素，其对观测结果的影响必须通过利用折光系数进行折光改正的方式予以消减。为此，正确认识大气折光影响的规律，减弱或消除大气折光的影响具有重要的意义。大气折光改正的方法很多，但是高精度的折光系数的确定方法仍在不断探索中。本文根据三角高程测量基本原理和大气折光改正的基本理论和方法，探讨了大气折光系数K值的确定方法，并对各种观测和计算方法进行了比较分析。三角高程测量大气折
4、光的改正问题比较复杂，本文主要针对大气折光系数的灰关联确定方法和灰关联模型，采用MATLAB编程实现大气折光系数的计算。关键词：单向三角高程测量 大气折光改正 灰关联模型 MATLAB 程序开发AbstractAbstractThis paper described the basic principle of trigonometric leveling and Accuracy Analysis based on the discussion of Trigonometric Leveling the problem of atmospheric refraction correction
5、 and the calculation of refraction coefficient. Atmospheric refraction affecting the way Trigonometric Leveling a major factor, its impact on the observations must be conducted through the use of refractive correction of refraction coefficient reduction manner. Therefore, correct understanding of th
6、e laws of atmospheric refraction effects, weaken or eliminate the impact of atmospheric refraction is significant. In this paper, atmospheric refraction coefficient K value is calculated, and the various methods of calculation and observation were compared. Atmospheric refraction correction in many
7、ways, but the precision of refraction coefficient continues to exploration. Based on the basic principle of triangulation measurements and atmospheric refraction correction in the basic theories and methods of the value of the atmospheric refraction coefficient method to determine K, and a variety o
8、f observation and calculation methods were compared. Trigonometric leveling correct the problem of atmospheric refraction is more complex.In this paper, atmospheric refraction coefficient for the correlation method for determining the gray and gray correlation model, using MATLAB programming the cal
9、culation of atmospheric refraction coefficient.Key words：One-way Trigonometric Leveling ， Atmospheric Refraction Correction,Grey Correlation Model , MATLAB，Program Development目 录目 录单向精密三角高程测量中的大气折光改正研究及程序开发I摘 要Abstract目 录第一章 绪论11.1 研究背景11.2 研究单向精密三角高程测量中大气折光改正的意义21.3 本文主要研究的内容3第二章 高程测量原理与精度分析42.1 水准
10、测量42.2 三角高程测量基本原理62.3单向精密三角高程测量精度与误差来源分析17第三章 大气折光改正方法的探讨193.1 近地面大气折光的特点与大气折射率193.2 大气折光系数K的估算方法24第四章 方法及程序实现344.1 灰关联模型程序开发344.2 程序测试和分析39参考文献44致 谢45附录1： 英文文献46附录2：译文52第一章 绪论第一章 绪论1.1 研究背景目前, 高精度的施工控制网和变形监测网在铁路、公路、水电、火电等测绘部门被广泛使用, 其中高程测量是很重要的一项内容。当前, 高程测量的主要方法有水准测量和三角高程测量, 但由于地形等因素的限制, 水准测量并不能应用于所
11、有的工程, 尤其是当测量网需跨越较宽河流、峡谷、海岛或地形起伏很大的山区时更是如此, 此时, 可采用精密的三角高程测量方法。随着测绘仪器的飞速发展使得测量方法和精度都有了显著的提高, 特别是一批以瑞士Leica公司TCA2003及TCRA1201为代表的智能型全站仪的出现, 使高精度的三角高程测量能够成为现实。但由于很多工程的实际情况不能进行同时往返测取平均值, 更多的时候是进行单向测量, 因而其测量精度较差。为提高点位高程测量精度, 如何实施有效的大气折光改正, 反算大气折光系数, 就成为提高三角高程测量精度的关键。三角高程测量是利用观测的天顶角和水平距离来测定两点间的高差方法，又称为间接测
12、高法，以区别于由水准测量直接测定高差的方法。三角高程测量过去是测定高差的主要方法，自水准测量方法出现之后，它已退居次要地位，只是在某些领域内才得到应用，如推算垂线偏差，低精度的地形测量的高程传递等。但是与水准测量的艰难，尤其是在大山区，往往难以施展的特点相比，三角高程测量作业简单而迅速，只要在实施三角测量或导线测量的同时，也观测天顶角，就可以求出两点间的高差，省时省力, 可以跨超复杂地形，因而它目前仍然得到广泛应用。然而, 由于三角高程测量中大气折光系数K 取值不正确, 而使精度受到影响。因此, 在代替等级水准时, 成果往往不理想。因此百余年来关于三角高程测量的研究，可以归纳为关于大气折光影响
13、的研究。三角高程测量与水准测量相比，受地形和环境条件的制约较小，特别是一些几何水准测量难以实施的工作，如在高耸建筑物，深山大谷，跨越宽阔的江河水面、高边坡等诸多测量工作中，三角高程测量有着良好的适应能力和应用价值。三角高程测量的精度与可靠性，一直是众所关注的问题。与其他测量作业一样，三角高程测量误差主要来源于三个方面：及仪器误差、观测误差和大气折光影响。目前随着高精度测量仪器逐步完善及自动化程度的提高，前两项误差的影响可以降低到很小的程度，为三角高程精密测量创造了条件。因此发展到现阶段，大气折光误差就成为进一步提高三角高程精度的主要影响。深入研究三角高程测量中大气折光的误差，对高中测量及时的提
14、高及广泛应用又十分重要的意义。1.2 研究单向精密三角高程测量中大气折光改正的意义关于测距三角高程测量中的大气垂直折光问题，长期以来一直为测绘工作者所重视，众多的专家学者曾对此进行过深入、系统的探索研究工作，至今为止已取得许多的试验研究成果，并且已有多种改正模式可供选择运用，这对提高测量成果的质量、促进测绘技术的发展和进步起到了极为重要的作用。但在折光的研究方面仍然存在不少问题，需待作进一步研究。例如在三角高程测量中，所有的研究都将光径上各点的曲率当作常数，即用一段圆弧来代替实际光径，通过求出折光系统K来对垂直折光施加改正，这显然和实际情况相去基远。在测距三角高程测量代替等级水准最具经济价值的
15、山区和高山地区，有关的试验研究工作反而最为薄弱，适合于这类地区的折光改正模式也为有限。另一方面，在电磁波测距的研究中，由于大气的不均匀折射，电磁波在空气中不是以直线传播，而是以一条复杂的空间曲线形式传播，这就使得观测值总是大于实际值，如何对这项折光影响进行定量分析是非常必要的，但目前尚未见到这方面的文献。在视准线观测和水准测量中，同样存在折光问题，有待进行深入探讨分析。通常测量是在大气中进行的。绝大部分的测量观测值与光线在空气中的传播速度和形状直接相关。如电磁波测距与电磁波在大气中的传播速度和空间形状有关，而三角高程测量和水准测量与光线在竖直面内投影的形状紧密相关，视准线观测值和水平角观测值则取
