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1、摘 要在工程建设的勘测、施工中常常涉及到高程测量，现场采用的测量方法主要是水准测量和三角高程测量。水准测量精度高，但是速度比较慢，效率低。此外，水准测量的转点多，而且标尺与仪器也存在下沉误差，如果在丘陵、山区等地使用水准测量进行高程传递是非常困难的，有时甚至是不可能的。近些年来，由于全站仪的发展，使得测角、测距的精度不断提高。三角高程测量传递高程比较灵活、方便、受地形条件限制较少等优点，因此全站仪三角高程测量补充了水准测量不能在山区等地形起伏较大的地区施测的不足，成为水准测量的重要方法。本文对全站仪三角高程测量的原理、方法、精度等进行了分析，认为用全站仪代替水准仪进行高程测量，在一定范围内可达
2、到三等水准测量要求。关键词：全站仪 三角高程 精度分析 等级水准 AbstractIn the construction survey, construction often involve the height measurement, the scene is the leveling measurement method is mainly used and trigonometric leveling. Leveling precision, but at a slower speed, low efficiency. In addition, the turning point of
3、 leveling and gauge and instrument is also sinking error, if in the hills, mountains and other places using the leveling elevation transfer is very difficult, sometimes even impossible. In recent years, due to the development of the total station, the accuracy of Angle, distance to improve. Trigonom
4、etric leveling elevation is more flexible and convenient, and the advantages of less restricted by terrain conditions, so the triangle elevation surveying added leveling cant in mountainous terrain volatile regions such as measured by the insufficiency, has become an important method of leveling. In
5、 this paper, the principle and method of total station triangle elevation measurement, precision are analyzed, such as that using total station to replace the level height measurement, within a certain range can be up to three, the fourth level measurement requirements.Key Words:Total station, Trian
6、gle elevation, Accuracy analysis, Order leveling目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 前言11.1.1 研究目的与意义11.2 国内外研究现状21.2.1 国内研究现状21.2.2 国外研究现状31.3 本文研究内容3第2章 全站仪三角高程测量原理和观测方法42.1 全站仪三角高程的基本理论42.1.1 全站仪三角高程测量的原理42.1.2三角高程测量的基本公式52.2 全站仪三角高程测量的方法72.2.1对向观测法72.2.2中间测量法8第3章 三角高程与几何水准高程误差及精度的对比研究103.1 全站仪对向观测法的精度分析1
7、03.2 全站仪中间观测法的精度分析123.3 三角高程测量方法的比较14第4章 实例分析164.1 测量过程164.2 观测结果分析18第5章 结论与展望20致 谢21参 考 文 献22I第1章 绪论1.1 前言测量地面待定点的高程，传统的方法是通过仪器测量待测点与已知点间的高差，然后计算出待测点的高程。测定两点间高差的方法很多，如水准测量、经纬仪三角高程测量等。水准测量精度高，但仅适用于平坦地区；经纬仪三角高程测量能适用于山区，但由于距离测量精度较低，其高差测量精度较低。随着测量技术的高速发展，全站仪现已普遍用于控制测量、地形测量及工程测量中。全站仪集电子经纬仪、光电测距仪和数据记录于一体
8、，其测距和测角精度大大提高，这使全站仪用于高程测量成为可能;但是，利用全站仪精确测距的优势进行三角高程测量能否普遍代替水准测量，已成为测绘人员急待解决的问题1。本文结合全站仪三角高程测量的原理和方法，应用误差传播定律，对其进行系统的精度分析，对全站仪三角高程测量代替水准测量进行了探讨。1.1.1 研究目的与意义在当今的高程测量中，水准测量是高程控制的最主要方法之一。但是,普通的水准测量速度比较慢。虽然国外有使用自动化水准测量，但是也没有显著提高它的效率，并且需要的劳动强度大。在长倾斜路线上受到垂直折光误差累积性影响，当前、后视线通过不同高度的温度层时，每公里的高差可能产生系统性的影响。尽管现在
9、已有不少的研究人员提出了一些折光差改正的计算公式，但这些公式中仍然还存在系统误差。并且，近年来还发现地球磁场对补偿式精密水准仪也很有影响。此外，水准测量的转点多，而且标尺与仪器也存在下沉误差，这又是一项系统误差。由于上述原因，如果在丘陵、山区等地使用水准测量进行高程传递是非常困难的，有时甚至是不可能的。如果采用三角高程测量就比较容易实现。近些年来，由于全站仪的发展，使得测角、测距的精度不断提高。再加上学者对三角高程测量的深入研究，使三角高程测量的精度也有很大的提高。三角高程测量传递高程比较灵活、方便、受地形条件限制较少等优点，使三角高程测量在工程测量中得到广泛的应用。但全站仪三角高程测量能否完
10、全代替水准仪测量高程？若能代替，精度又如何？为了回答这些问题，有必要对全站仪三角高程测量的原理、方法、误差来源等进行分析。然后针对这些因素改善其观测条件，探求合适的观测方法来消减误差，并拟定相应的作业规程，对比在高程控制测量过程中二者的精度和效率。得出在一定的测量条件下，三角高程测量代替水准测量作业方法的适用范围。以提高作业效率，减少劳动强度，为今后三角高程测量在测绘工作中实际推广应用打下坚实的基础。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状随着科学技术的发展，三角高程测量的优势很快的就显现出来。在我国，对三角高程和水准测量的对比研究是相当普遍。1982年11月和1987年9月先后在昆明和
11、北京召开了“电磁波测距仪在工程测量中的应用”的学术讨论会。1992年11月在厦门召开了“大气折射与测距三角高程代替水准测量学术讨论会”，这标志着我国这一领域的研究进入了新的阶段3。如云南省水利水电勘测设计院采用的DM502测距仪测边，用DKM-2A经纬仪观测天顶距3测回，实测高程导线103条，边长从116m-1147m。试验结果表明，当用中间法观测边长在1km以内，三角高程测量是可以代替四等水准测量。对向观测法边长小于1.1km时，可以代替三等水准测量4。国家测绘研究所使用AGA122测距仪与T2经纬仪在面积50平方公里的地区进行大规模的试验，采用对向观测，天顶距3测回，边长在50-4130m
12、。其结果是，当边长在50m-1.1km内，可以代替三等水准测量，边长在70m-3.4km时可以代替四等水准测量5。东北水利水电勘察院与水电一局在白山水电监测网中，用ME-3000精密测距仪测边，用T3经纬仪同时找准对方经纬仪支架上的棱镜。三角高程测量的结果与一等水准测量的36个差值计算得到每公里高差中误差为2.19mm。而由三角形12个闭合差计算每公里高差中误差为2.88mm。这表明三角高程测量的精度接近二等水准测量要求6。1.2.2 国外研究现状美国国家大地测量局于1983-1985年间用T2000经纬仪和DI5测距仪组成全站仪器，按中间法和对向观测法施测总长为30km的线路，边长为300m
13、左右。求得往返平均值标准差小于0.76mm和1.02mm，环线闭合差小于4 mm 7。加拿大新不伦斯威克大学与同一时期，采用与美国类似的仪器在大学校园内600m的道路上按中间法进行试验，边长分别为200、250、300m，垂直角观测8-10测回，求得每公里往返平均值的标准差为2.2mm8。德国累斯顿大学使用Recota全站仪（测距精度为5mm+2ppm,测角精度为1秒）在1.2km和1.5km的两条闭合线路进行中间法和对向法的观测试验，共测得22次，总长60km，平均边长为150m和370m。其结果与水准测量比较，在有利观测条件和一般观测条件观测时，对向观测时每公里中误差均小于3mm。两条导线
14、的作业效率分别为1.3km/小时和2.3km/小时，试验表明在倾斜地面作业时更为经济9。1.3 本文研究内容本文主要研究在工程测量中，三角高程和水准高程的精度对比分析。分析了三角高程测量的方法、原理和误差来源。并在校园布设高程控制网，对两种三角高程测方法所得的高程数据分别与水准测量所得的高程数据进行对比分析，得出各测量方法的优弊，技术路线如图1-1：高程测量三角高程水准测量对向法中间法精度对比得出结论图1-1 技术路线图第2章 全站仪三角高程测量原理和观测方法2.1 全站仪三角高程的基本理论三角高程测量的基本思想是根据由测站向照准点所观测的垂直角(或天顶距)和它们之间的水平距离，计算测站点与照
15、准点之间的高差。这种方法简便灵活，受地形条件的限制较少，故适用于测定三角点的高程。三角点的高程主要是作为各种比例尺测图的高程控制的一部分。一般都是在一定密度的水准网控制下，用三角高程测量的方法测定三角点的高程。2.1.1 全站仪三角高程测量的原理如图2-1所示，在地面上A、B两点间测定高差，A点设置仪器，在B点竖立标尺。量取望远镜旋转轴中心至地面点上A点的仪器高i，用望远镜中的十字丝的横丝照准B点标尺上的一点M，它距B点的高度称为目标高v，测出倾斜视线与水平视线D间所夹的竖直角，若A、B两点之间的水平距离已知为D。图2-1三角高程测量原理图则由图2-1可得两点间高差为： (2-1)若在A点的高程已知为HA，则B点的高程为： (2-2) 具体应用上式时要注意竖直角的正负号，当为仰角时取正号，相应地也为正值，当为俯角时取负号，相应地也为负值。若在A点设置全站仪(或经纬仪+光电测距仪)，在B点安置棱镜，并分别量取仪器高i和棱镜高v，测得两点间斜距与竖直角以计算两点间的高差，成为光电测距三角高程测量。A、B两点间的高差可按下式计算：
