三角高程测量法（精选10篇）
三角高程测量法 篇1
在施工现场放样中, 高程测量是必不可少的, 测量方法基本是水准测量、三角高程测量。水准测量是一种直接测高法, 受地形限制, 特别是山峦起伏较大的地段, 仪器移动频率高, 导致慢, 但精度较高;而三角高程测量是一种间接测高法, 它不受地形起伏的限制, 只要泡点勤快, 故测量速度快, 由于每次要量取仪器、棱镜高度, 工序较为繁琐, 人工量取也增加了误差, 所以精度低。在科技进步的今天, 全站仪的使用较高, 慢慢的也使各位测工掌握更多、更方便的操作方法, 从而达到利用全站仪进行高程测量的简便、快捷的放样。改进后的方法既结合了水准测量的任一置站的特点, 又减少了三角高程的误差来源, 同时每次测量时减少繁琐的量取仪器和棱镜高度。使三角高程测量精度进一步提高, 施测速度更快。
1 三角高程测量的一般方法
如图所示, A点高程为已知HA, A和B为地面上两个高度不同的点, 只要测出A点对B点的高差HAB, 就由HB=HA+HAB得到B点的高程HB。
图中:D为A、B两点间的水平距离;
а为在A点观测B点时的垂直角;i为测站点的仪器高;t为棱镜高;HA为A点高程, HB为B点高程;V为全站仪望远镜和棱镜之间的高差 (V=Dtan a) ;
我们将A、B两点看成一个水准面, 暂不考虑大气折光、当地温度的影响。为了测出高差HAB, 在A点架设全站仪, 在B点竖立跟踪杆, 观测垂直角а, 并直接量取仪器高i和棱镜高t, 如果A、B两点间的水平距离为D, 则HAB=V+i-t, 所以相应得出HB=HA+Dtanа+i-t。
上面所阐述的是三角高程测量的一般公式, 它是以水平面为基准面和视线成直线为前提的计算高程的方法。而当A、B两点距离较远时, 就必须考虑地球弯曲和大气折光等外界的影响了。综上所述:要计算出HB=HA+Dtanа+it, HA必须先是已知的, 而在测设过程中应该量取仪器i和棱镜t的高度, 在测设出а的数据。
2三角高程测量的改进法
像高程测量的一般方法, 我们要将全站仪架设在已知高程点上, 假如能将全站仪架设在任意点, 而同时又不用量取仪器高和棱镜高的情况下, 利用三角高程测量原理测出待测点的高程, 那么施测的速度将更快。为了印证方法是正确, 我们先反过来思考。如图一, 假设B点的高程已知, A点的高程为未知, 这里要通过全站仪测定其它待测点的高程。首先由HB=HA+Dtanа+i-t演变出HA=HB- (Dtanа+i-t) , 水平距离D和夹角а可以用仪器直接测出外, i, t都是未知的。但我们可以确定即仪器一旦架设好, 此时i值也将随之不变, 同时选取跟踪杆作为反射棱镜, 这时假设t值也固定不变, HA+i-t=HB-Dtanа=W。改进法的操作过程如下:
2.1将全站仪任一置点, 但所选位置能和已知高程点之间不能有障碍物, 通视。
2.2用仪器照准已知高程点, 测出V=Dtana的值, 并算出W的值。
2.3将仪器测站点高程重新设定为W, 仪器高和棱镜高设为0即可。
2.4照准待测点测出其高程。
下面从理论上分析一下这种方法是否正确。
结合前面的两个公式得出:HB′=W+D′tanа′
HB′为待测点的高程
W为测站中设定的测站点高程
D′为测站点到待测点的水平距离
а′为测站点到待测点的观测垂直角
从HB′=W+D′tanа′可知, 不同待测点的高程随着测站点到其的水平距离或观测垂直角的变化而改变。
将W=HB-Dtanа代入HB′=W+D′tanа′可知:
按三角高程测量原理可知:HB′=W+D′tanа′+i′-t′
将W=HB-Dtanа代入上式可得出:HB′=HA+i-t+D′tanа′+i′-t′
因为这里i′, t′为0, 所以:
综上所述可知, (1) (2) 两种方法测出的待测点高程在理论上是一致的。也就是说我们采取这种方法进行三角高程测量是正确的。
3 结束语
将全站仪架设在可通视的仁一点, 同时不需量取仪器和棱镜高度。仍然可以测出待测点的高程。测出的结果从理论上分析比传统的三角高程测量精度更高, 因为它减少了量取、置点数所带来的误差。同时需要提醒的是, 在现场测量放样中, 棱镜高还可以根据实际情况改变, 只要记录下相对于初值t增大或减小的数值, 就可在测量的基础上计算出待测点的实际高程, 以灵活解决随着棱镜高的变化而最终测设待测点的高程。
参考文献
[1]张明睦.坐标法施测大比例尺地形图, 北京测绘, 1995.1.
三角高程测量法 篇2
一、三角高程测量边长的测定，应采用符合规范规定的相应精度等级的电磁波测距仪往返观测各2测回，当采取中间设站观测方式时，前、后视各观测2测回。
二、垂直角观测应采用觇牌为照准目标，按下表中的要求采用中丝双照准法观测。当采用中间设站观测方式分两组观测时，垂直角观测的顺序宜为：第一组：后视一前视一前视一后视(照准上目标)；第二组：前视一后视一后视一前视(照准下目标)，
每次照准后视或前视时，一次正倒镜完成该分组测回数的1／2。中间设站观测方式的垂直角总测回数应等于每点设站、往返观测方式的垂直角总测回数；
三、垂直角观测宜在日出后2h至日落前2h的期间内目标成像清晰稳定时进行。阴天和多云天气可全天观测；
四、仪器高、觇标高应在观测前后用经过检验的量杆或钢尺各量测一次，精确读至0．5mm，当较差不大于1mm时取用中数。采用中间设站观测方式时可不量测仪器高；
三角高程测量法 篇3
关键词：不规则区域；空中三角测量；像控点布设；高程精度
1 引言
空中三角测量是通过对影像点的量测和同名光线的交会计算每张像片的外方位元素，还原像片航摄时的几何位置和姿态。它经历了模拟法、解析法、全数字三个阶段。随着航空摄影测量技术的的快速发展，采取摄影测量方式测制复杂地形区域大比例尺地形图已成为一种常用方法。通过多次航空摄影测量项目的实施，笔者认为通过合理布设像控点来提高复杂地形区域空中三角测量高程精度是切实可行的。
2 像控点布设方案
像控点测量即航外控制测量。在布设像控点之前，先需要了解测区的地形地貌并进行空三分区。如在某项目中其航摄区域为不规则形状：
测区西北角和西南角为高山区，其他地方地势较平坦，主要为丘陵，采用常规空三分区，可将测区划分为两个长方形区域。但势必增加像控点数量，同时需要进行空三接边，增加空三工作难度。因此，测区只划分为一个不规则的空三区域。
方案一布点方式为：按照同一航线相隔36条基线布设一个像控点，相邻航线按照每隔4条航线布设一个像控点的方法进行。
方案二布点方式为下：布点方式参照“五点法”原则，按照在每四个点构成的矩形区域中央补充一个平高点。
3 区域网平差
（1）采用方案一，计算结果如下：
（2）采用方案二，计算结果如下：
通过野外实测检查点，对两种布点方案做精度对比：
通过比较上述两个方案，采用方案一，其高程较差精度不能达到要求；而采用方案二，其高程较差精度能达到要求。因此采用方案二的布点方式能有效地提高高程精度，其结果均能符合要求。
4 结束语
随着IMU/DGPS系统的引入，像控点布设大幅度减少，但对于不规则复杂地形空三区域仍需尽可能合理布设控制点，才能使高程控制达到较理想值。
参考文献
[1] 黄世德. 航空摄影测量学[M].北京： 测绘出版社， 1986.
[2] 张剑清. 潘励，王树根.摄影测量学[M].武汉： 武汉大学出版社，2009.
[3] 乔瑞亭，孙和利，李欣. 摄影与空中摄影学[M]. 武汉：武汉大学出版社，2008.
[4]国家测绘局. GB/T 6962—2005 1∶500 1∶1 000 1∶2000地形图航空摄影规范[S]. 北京： 标准出版社，2005.
[5] 国家测绘局. GB/T 7930—2008 1∶500 1∶1 000 1∶2000地形图航空摄影测量内业规范[S]. 北京：北京出版社，2008
[6] 国家测绘局. CH/T 9008.2-2010基础地理信息数字成果1∶500 1∶1 000 1∶2000 数字高程模型[S].北京：测绘出版社，2010
※基金项目：湖南省国土资源厅软科学研究计划项目；项目编号：2011-27。
全站仪中间法三角高程测量分析 篇4
关键词：三角高程,全站仪,中间法,水准测量
0 引言
确定地面点高程的测量工作,称为高程测量,按所使用的仪器和施测方法不同,高程测量方法主要有水准测量、三角高程测量、GPS高程测量。水准测量精度高,可用于任何等级的高程测量,但劳动强度大、进度慢。全站仪三角高程测量受地形条件的限制少,具有测距精度高、测量速度快、适用范围广等特点,采用全站仪中间法三角高程测量,既可以避免量取仪器高和棱镜高所产生的误差,减少三角高程的误差来源,又有水准测量的任意设站的特点,灵活自由设站且不用对中,极大地提高了作业效率,在一定范围内可替代三四等水准测量。
1 三角高程测量的传统方法
如图所示,设A,B为地面上高度不同的两点。已知A点高程HA,只要知道A点对B点的高差HAB即可由HB=HA+HAB得到B点的高程HB。
图中:D为A、B两点间的水平距离,а为在A点观测B点时的垂直角,i为测站点的仪器高,t为棱镜高,HA为A点高程,HB为B点高程,V为全站仪望远镜和棱镜之间的高差(V=Dtanа)
首先我们假设A,B两点相距不太远,可以将水准面看成水平面,也不考虑大气折光的影响。为了确定高差hAB,可在A点架设全站仪,在B点竖立对中杆,观测垂直角а,并直接量取仪器高i和棱镜高t,若A,B两点间的水平距离为D,则hAB=V+i-t
这就是三角高程测量的基本公式,但它是以水平面为基准面和视线成直线为前提的。因此,只有当A,B两点间的距离很短时,才比较准确。当A,B两点距离较远时,就必须考虑地球曲率和大气折光的影响(当两点距离大于300m时,须加球气差改正数,或采用对向观测后取平均高差的方法,抵消球气差的影响)。我们从传统的三角高程测量方法中可以看出,它具备以下两个特点:
(1)要求全站仪架设在已知高程点或待定点上;
(2)要测出待定点的高程,必须量取仪器高和棱镜高。
2 全站仪中间法高程测量原理
所谓中间法高程测量就是在待测两点中间安置全站仪,用三角高程测量的方法求出两点的高差。
如图2所示,在已知高程点A和待测高程点B上分别安置反光棱镜,在A、B的大致中间位置选择与两点均通视的O点安置全站仪,根据三角高程测量原理,O、A两点的高差h1为:
式中:S1、a1分别为O至A点的斜距和竖直角,c1、r1分别为O至A点的地球曲率改正数和大气折光系数改正数,i为仪器高,v1为A点的棱镜高。因此,代入地球曲率改正数、大气折光系数改正数计算公式,并设K1为O至A点的大气折光系数,R为地球半径,则式(1)可表达为:
同理可得O、B两点的高差h2为:
式中:S2、a2分别为O至B点的斜距和竖直角,c2、r2分别为O至B点的地球曲率改正数和大气折光系数改正数,K2为O至B点的大气折光系数,i为仪器高,v2为B点的棱镜高,R为地球半径。根据高程测量原理,A、B两点间的高差h为:
由式(5)可知,采用中间法测量高程主要与测量斜距S1和S2、竖直角a1和a2、目标高v1和v2及大气折光系数K1和K2有关,与仪器高无关,从而克服了仪器高量取精度低的问题,有利于提高测量精度.当A、B两点采用同一对中杆且不变换高度,即v1=v2时,全站仪中间法高程测量与仪器高、目标高完全无关,只与距离、竖直角及大气折光系数有关。
3 全站仪中间法高程测量的中误差分析
根据误差传播定律,对式(5)进行微分,并转变为中误差关系式则式(5)可变化为:
式中:mh为A、B两点间高差中误差,ms1和ma1分别为O至A点的斜距和竖直角中误差,mk1和mv1分别为O至A点的大气折光系数和棱镜量取中误差;ms2和ma2分别为O至B点的斜距和竖直角中误差mk2和mv2分别为O至B点的大气折光系数和棱镜量取中误差。
考虑到当S1<1000m,S2<1000m时,并且K值在我国约为0.08~0.14,式中的值很小可以忽略不计。设D1=S1cosa1,D2=S2cosa2,D1、D2分别为O至A、B的水平距离,则式(6)可写成:
在同一地点进行测量,短时间内K值的变化很小。又因全站仪中间法测量几乎是在相同观测条件下进行的,故可近似地假定K1≈K2,并设m K1≈mK2=mK。考虑全站仪的特点,设边长的测量精度mS、坚
直角的测量精度ma及棱镜高的量取精度mv相等,则式(7)可写成
式中:mh为全站仪中间法高程测量的中误差,mS、ma分别为全站仪斜距、坚直角测量的中误差,mK为大气折光系数测定的中误差,mv为棱镜高量取中误差。由式(8)可知,全站仪中间法高程测量误差与仪器精度(mS、ma)、大气折光系数误差m K及棱镜高量取误差mv等有关,当前后视觇标高采取同样的高度时上式中2m2v就不存在。
取ms=±4mm;mk=±0.04mm,前后视距近视相等,往返观测竖直角相等,同时取2倍的中误差为极限误差,与三、四等水准测量的限差进行比较分析,其计算数据如表1所示。
从表1数据可知:
1)全站仪中间法测量高差的精度与视距长度成正比,与垂直角成正比.边长越短、竖直角越小则测量精度越高,因此应尽量以短边、小角测量高程,一般应使竖直角在15°之内,单边测距不大于500m时,即使前后视距差较大也可满足四等水准的限差要求。
2)由于全站仪的测距精度较高,测距中误差对高程测量的影响较小,而垂直角不同,随着竖直角的增大,其对高差的影响显著增大,所以竖直角的测量误差是全站仪三角高程测量的主要误差来源,在观测中应采取适当措施以提高竖直角观测精度,如采用规牌代替棱镜作为照准目标,适当增加测回次数等。
4 结语
采用全站仪中间法进行三角高程测量,可灵活的自由设站,测站不需要对中,不需要量取仪器高,操作灵活、实用,在一定范围内是可以代替三(四)等水准测量的。为提高精度,还应注意以下几点:
(1)前后视距距离应尽量相等,最好在100m-300m。实际工作中,安置仪器有困难时,应使前后视距差不大于25m,并注意测站为偶数站。
(2)前后视觇标高尽量采取同样的高度,或者是本站觇标高与下一站的后视觇标高一致,且最好使线路的起点和终点的觇标高高度一致。这样就不要量取棱镜高,减少误差以提高精度。
(3)按三等水准测量精度要求进行观测时,应使用2秒全站仪(2+2)精度以上,保持仪器各镜站的竖直角不超过25°;按四等水准测量时,保持仪器各镜站的垂直角不超过30°。
参考文献
[1]刘惠明,张波,陈俊林.全站仪中点法高程测量及其精度探讨[J].华南农业大学学报,2004,10(4):103-104.
三角高程测量法 篇5
论三角高程测量方法在水利工程中的应用
目前,随着测距技术的发展,精度的提高,以及测距仪、全站仪的普及,三角高程测量作为高程控制测量的`一种有效手段,正逐步受到广大测绘工作者的青睐.本文首先介绍了水利工程中三角高层测量的基本原理,并对角高层测量的老方法和新方法进行了研究分析.
作 者：姜晓影 于春宇 许少剑 作者单位：黑龙江省肇源县中心灌区排灌管理站,黑龙江,肇源,151300刊 名：黑龙江科技信息英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(24)分类号：关键词：三角高层程 方法 应用
三角高程测量法 篇6
1 测量过程中水准线的布置
对于以二等水准测量为标准施工的三角高程测量技术, 其水准线完全是沿着工程的基本线路布设的, 对于隧道地段一般选择便于进行三角搞笑哼测量的地段, 而且应当尽量靠近施工的一侧, 使得测量线路尽可能缩短。对于以一等水准或者二等水准为标准的工程运用三角高程测量技术联测时, 起算以及线路通常选择相对比较可靠并且稳定性比较高的一等水准点, 进行高程检查使则应当选择二等水准点。对于施工地段的高程线路长度介于1000～1500m之间, 各个水准点之间的浮动不超过50m的路段, 长度在1500m以上并且浮动长度超过50m的, 应当分别依照国家标准将线路的各个相邻重力点的间距控制在相应的标准范围之内, 施工路段的长度低于1000m的则无需测量重力。
2 水准点的确定以及埋石
2.1 水准点的确定
在对水准点进行确定的时候应当预先检测该处的地基是否足够坚固, 能够抵抗施工的干扰保持稳定, 还应当考虑将水准点设置在该处是否便于标示的保存以及后续的观测操作。不适宜确定水准点的情况主要有五个方面: (1) 该处相对比较潮湿并且经常会遭到水淹; (2) 该处经常会因为出现土崩、沉陷等情况而导致地面移动、重构、变形等或者该处的土质不够紧密坚硬; (3) 该处的五十米直径范围内有铁路存在或者三十米直径范围内有公路存在; (4) 在该位置选埋水准点以后可能会对标石造成一定程度的损坏; (5) 在该出选埋水准点难以顺利观测。
2.2 埋石
在进行埋石操作时应当现场浇灌, 首先要将坑挖好, 然后要将其底部完全夯实。进行浇灌操作第一步是浇灌混凝土, 这是因为混凝土具有较强的坚固程度, 将其用于底部有利于提高整体的稳定性。当混凝土大致上凝固完成之后就可以进行上不浇灌操作了, 此时就可以将标心插入进去了, 注意标心应到垂直并且标心顶部的半球要超出混凝土的上表面1～2cm的距离。等到大致凝固好以后就可以将点名写在上面了。当将工程划分成各个区间进行埋石操作时, 一般每隔1.5km作一个编号。埋好之后还应当通过绘点、拍照等方法对相关信息进行记录。
3 精密三角高程测量及精密水准测量
3.1 精密三角高程测量
3.1.1 基本原理
该技术的原理是通过自动照准的方法来实现全站仪对相关数据的观测的, 这种方法能够有效降低由于大气对于光的折射干扰导致的误差。进行同时对向观测操作是首先要把照准棱镜稳妥地固定好, 在侧段的七点以及终点的同一直线、高度出要分别固定好一个照准棱镜, 用以提高检测的精确度。另外还应当对观测边的角度进行准确的控制一面产生偏差。注意对相关观测结果进行记录以便随时检查限差的大小。
3.1.2 观测
对于起始水准点和终止水准点的观测, 首先要在距离水准点10m的范围内按照架设标准安放好全站仪, 在各个水准点位置也要把棱镜杆安置好, 然后才可以进行相关观测。对于对向观测操作也是通过自动照准技术实现的, 观测时应当先从后测站开始, 另外一个棱镜要朝向上方或者下方。需要加以注意的是, 当前站仪器的位置没有发生变化时看作是下一条边的前站, 如果位置移动到了前方则是前站。另外还应当注意的是进行观测之前要对当地的温度以及气压进行准确测定, 然后根据测定数据设定好全站仪的各个参数, 以便提高观测结果的精确度。观测边的长度应当控制在200～400m之间, 如果是丘陵地势距离不应当超过1000m, 山地不应超过500, 竖直角要控制在10°之内。
3.2 精密水准测量
对于相对比较平整的路段可以通过二等水准技术进行测量。测量仪器一般选用电子水准仪以及铟瓦水准尺相互结合, 最初的七天内应当每日对i角进行检验和校正, 当i角区域平稳之后可以每间隔15天进行一次检验和校正。在各个观测点之间通常不安排间歇点。观测过程中视线长度不应超过50m, 前后两处的视距差不应当超过1m累积不能超过3m, 对于视线的高度则应当控制在1.3m以上。进行联测时, 测段的长度应当控制在30km之内。
摘要：利用几何水准来测量垂直位移不仅效率特别低而且极易受到周围环境的影响, 通过全站仪精密三角高程发来实现二等水准的测量则能够有效避免这些问题并且还具有较高的可靠性并且易于操作。本文介绍了在运用三角高程法进行二等水准测量时所使用到的使用技术, 确定和布置水准点、线的方法以及埋石的技术, 详细分析了利用全站仪精密三角高程进行各项信息的观测、数据的计算以及水准测量时应当特别注意的问题。
关键词：全站仪,水准测量,三角高程,二等水准,精度
参考文献
[1]刘千文.全站仪精密三角高程法用于二等水准测量的技术[J].工程质量, 2009.
[2]葛忠士.精密三角高程在大瑶山隧道二等水准测量中的应用[J].铁道勘察, 2009.
[3]潘小东, 许大欣, 潘新, 等.精密三角高程测量试验[J].城市勘测, 2009.
[4]周建红, 刘世振.精密三角高程测量应用于河道高程控制网试试方法探讨[J].科技创新导报, 2010.
[5]王红夺, 张洪升.TCA2003全站仪精密三角高程测量及其精度分析[J].矿山测量, 2010.
三角高程测量法 篇7
1工程概况
我单位承建的十天高速公路H-C30标段起讫里程为K423+650-K427+220.144, 合同段主线长3.57km, 连接线长6.27km。主要工程有大中桥13座, 涵洞32座, 隧道1座。本项目工程位于陕西秦巴山地略阳县境内, 北依秦岭, 南临大巴山, 由陇山余脉、秦岭和巴山组成, 是中生代末以来全面隆起的褶皱山地地形。该测区为典型的山区地形, 总体地势南北高, 中间低, 区内山高林密, 植被茂密, 地形复杂。且每相邻两控制点被白河阻隔, 无路可走, 通行条件很差, 因此不可能用几何水准的方法联测高程。鉴于此, 我们选用了三角高程代替三等水准测量的方法。
2引起三角高程测量误差的因素分析
在实际测量中三角高程通常是利用在测站上观测目标的垂直角α、距离S (改正后斜距) 以及量取的仪器高i、目标高v和球气差p、f, 计算出它们的高差h。
从上式可以看出影响高差h的精度有测距边S、垂直角α、仪器高i、目标高v、气差f。其中的测距边S、仪器高i、目标高v、气差f在测量过程中比较容易控制。垂直角α在理想状态下观测视线不产生折射, 对垂直角没有影响。但是, 实际因为空气密度不均匀, 三角高程测量中受大气折光的影响, 是影响三角高程误差的主要来源。
3作业过程中提高精度的技术措施
由于垂直角及距离是三角高程测量的主要的观测要点, 均通过电磁波来完成测量, 众所周知, 电磁波穿过大气的过程中, 其折射率及波速会发生变化。测量时为使误差将至最低, 提高精度, 需注意以下几点:
3.1工作作风一定要严谨, 特别是对向观测应精确照准目标, 并准确地读数, 否则容易导致对向观测较差超限。
3.2因为是根据肉眼视觉来观测垂直角的, 每个人的人眼感光敏感度都各不相同, 所以一定要同一个人进行观测。
3.3因为每台仪器发出的电磁波的频率波长都有各自的特点, 而且所有的仪器具有不同的灵感度, 因此, 一定要使用同一台仪器完成测量工作。
3.4一般日出后一小时和日落前一小时, K值几乎是零, 中午前后没有太大的变化, K值往往在阴天都比较稳定, 最好在边长和垂直角观测时间较适合的条件下进行多作业。
3.5同一天内, 若风速和气温等发生变动, K值会随之变化, 若有较大的天气变化反差 (如高温炎热忽降骤雨) , 作业最好停止, 因为K值在这种情况下极不稳定。
3.6观测活动在大气湍流较小时进行为宜, 因为望眼镜视场内的目标易受到大气湍流的影响而发生剧烈跳动, 十字丝无法准确地照准, 垂直角的观测精度也会随之下降, 最好采取措施防止这种情况的发生。
3.7对向观测取平均是一种效果较好, 且可靠、稳定的数据处理措施, 获得的高程平差值往往具有较高的精度。
3.8三角高程测量也会受到地球曲率的影响, 我们可在两点上分别安置仪器进行对向观测, 并计算各自所测的高差取其绝对值的平均值来消除地球曲率的影响, 对向观测还能将垂直角观测误差的影响减小倍。
4高程控制的施测与平差
本次三角高程测设控制网线采用闭合环线。DA353为已知控制点, 353-1, 353-2, 353-3为加密水准点 (如图1) 。
4.1观测仪器
野外观测使用的测量仪器为徕卡TS02—2″。测距精度2m m+2ppm, 仪器经鉴定后的加、乘常数分别为:a=0.96m m, b=-109×10-6m m。
4.2观测过程
4.2.1仪器和棱镜架设好以后, 量取仪器高i和棱镜高V。
V、i是直接量取的数据, 根据规范和实际测量经验, 仪器高和棱镜高在用经过检验的量杆在观测前后各量测两次, 观测前或后量取的数据较差不大于2mm, 取中数后观测前后中数较差不大于1m m, 测量前后中数的中误差能够保1m m精度。
4.2.2读取测站的气象数据。
在测距之前, 必须测量气象数据即温度和气压值。温度计应悬挂在测站附近, 离开地面和人体1.5m以外的阴凉处, 读书前摇动数分钟;气压表要置平, 指针不应滞阻。观测测站的气温和气压值后, 将其输入全站仪, 全站仪自动对测距边进行气温和气压的改正。
4.2.3观测斜距。
采用对向观测的方法进行斜距的观测, 单程观测两测回, 每测回读数四次。一测回读数较差不超过3mm, 单程测回较差不超过5m m, 往返测较差不超过2m m。
4.2.4观测垂直角。
采用中丝法测垂直角, 测量规范中规定, 三角高程用中丝法观测时, 垂直角应观测四测回, 光学测微器两次读数不应大于3″, 垂直角测回差和指标差均不应大于7″, 在实际测量中垂直角测回差和指标差多数都不大于5″, 我们可以确定垂直角测回差和指标差均不应大于5″。为了保证观测的精度, 因为地面附近空气密度变化较大, 视线离地面越近, 影响越大, 应尽可能提高视线高度, 选择有微风的天气观测, 以便减弱大气折光影响。
按同样的操作程序转至下一站, 对相邻站进行观测, 这样每两站之间都进行了往返观测, 直至完成全部野外观测工作。
4.3内业数据处理
4.3.1对观测数据的处理:
(1) 取测站垂直角各测回观测值的平均值作为测站的垂直角观测值;
(2) 取测站斜距各测回观测值的平均值为测站的斜距观测值;
(3) 对测量的斜距进行加、乘常数改正:
S1为经过加、乘常数改正后的斜距;
S为斜距观测值;
△S为加、乘常数改正值;
a由全站仪鉴定求得的加常数值。
b由全站仪鉴定求得的乘常数值。
(4) 由斜距和垂直角计算高差:
式中V为测站与镜站之间的高差;
S1为经过加、乘常数改正后的斜距;
α为竖直角;
i为仪器高;
v为棱镜高;
R为地球曲率半径, 取6370000m;
K为大气折光系数, 取0.14。
联合公式 (1) , (2) , (3) 计算高差。结果见表1。
4.3.2平差计算
对三角高程控制网采用独立控制网进行平差, 高程起算点为DA353。高程闭合差为3.4m m。平差后各加密点的高程见表2。
4.4精度分析
此三角高程网闭合路线共长1.866km, 高差环线闭合差:f=3.4m m, 小于±16.4m m (三等水准要求小于等于) , 满足三等水准高程测量技术要求。
5结束语
三角高程测量法 篇8
(1) 视线短、实施速度慢、劳动强度大。
(2) 沿江很多标石为满足工程需要埋设在房顶上, 水准不易到达, 造成很多此类控制点具备较高的平面精度而无相应等级的高程成果, 限制了其工程应用。
(3) 沿江高程引据点由于线路、测次的不同, 造成左、右岸部分标石高程成果存在系统差, 大的将近有40mm, 为了弱化系统差造成的两岸成果的互异性, 常使用跨江水准对两岸水准网实施连测, 费时耗力。
使用EDM (电磁波测距) 测高, 可以部分解决上述问题, 但由于EDM (电磁波测距) 测高几乎都是在近地面大气层中进行的, 其折光系数随时随地都在变化, 且变化的幅度对测高精度的影响很大, 对向EDM (电磁波测距) 测高, 在理论上可以抵消折光的影响, 但由于一般常规对向EDM (电磁波测距) 观测往往很难做到同步进行, 在搬站的过程中, 测边范围内的折光条件已经发生改变, 这种改变受多种复杂因素的影响, 由此产生的精度损失, 限制了三角高程测量的应用。随着近几年同步对向EDM (电磁波测距) 三角高程测量研究的深入, 同时使用两台全站仪器进行适当的改装, 实现严格意义上的同步对向观测同步对向观测。并对对向观测的边长和天顶角等观测要素进行一系列的改化和计算, 能使三角高程测量能够比较稳定地接近或达到二等水准测量的精度。基于此项研究而研发的同步对向EDM测高系统将在以后的河道高程控制中起到巨大作用。
同步对向EDM测高系统主要有2台经过改装的全站仪, 及经过严格测量长度的的棱镜杆及配套棱镜组成。全站仪提把上安装有2个棱镜, 棱镜中心严格控制在全站仪垂直轴线上, 一只正向安装, 一只面反向安装。其中正向棱镜是两台全站仪以正镜对向观测时使用, 反向棱镜2是两台仪器以倒镜对向观测时使用。这样可保证在对象观测时, 两台全站仪均可在正倒镜状态下进行测边作业。全站仪选用角分辨率达1秒以上并具备有自动目标识别 (ATR) 功能。通过同步使用二台仪器对向观测来大幅削弱大气折光的影响至忽略不计的范围。在一个测段上对向观测的边为偶数条边, 同时在测段的起、末水准点上立高度恒定的棱镜杆, 这样可完全避免量取仪器高和觇标高。观测过程中须限制观测边的长度和高度角, 以减少相对垂线偏差的影响。。两台全站仪在观测时严格保持同步。
1 数据处理
同步对向EDM测高中要考虑到同步往返所测高差的处理和大地天顶距和观测天顶距的转换, 并考虑垂线偏差影响, 最后得到正常高。
如图1所示, 1p、p2为架站点, 相对于参考椭球面的大地高为1h和2h, Z为大地天顶距。视线两端点在椭球上的投影以m和n表示。椭球中心O, 旋转轴通过极P。椭球法线端点在旋转轴上的位置以1n和2n表示, 而mP和nP是子午线。
单向观测高差的计算公式
同样反向观测
对向观测, 取之差的平均值
经以足够的精度进行变换后得
由大地天顶距变换为观测天顶距, 并顾及大气垂直折光对观测天顶距的
考虑仪器高和目标高, 则有
最后确定正常高
(7) 式中前5项相当于应用几何水准所得的高差。第4项是大气垂直折光的影响, 当同时对向进行天顶距观测时, 可认为对向观测的高差受大气垂直折光的影响很小或不受大气垂直折光的影响, 即1k=k2。第5项是垂线偏差影响, 当沿视线方向的垂线偏差随距离而均匀变化, 这时可认为对向观测的高差受垂线偏差影响很小或不受垂线偏差影响。第6项为正常高改正。
2 工程应用
某高程控制网位于重庆市某河段, 本河段属于典型山区河流, 垂直温差大。水准点大多位于江边两岸山上, 高差大, 道路难行。水准线路布置及施工困难, 并多处跨江。二岸原布设有二等高程控制网, 由于工程需要, 需要经常进行复测, 水准工作量巨大。故使用EDM (电磁波测距) 测高系统代替二等几何水准完成二等高程控制网的复测。系统使用2台经过改装的徕卡TCA2003全站仪, 并安装了自动测量软件, 测前对两台仪器的响应时间做过测试, 确保在观测时二台仪器能保持同步观测。对仪器把手上的棱镜中心与仪器垂轴重合度进行严格调试。实施过程严格控制边长在500m以内, 以减弱垂线偏差的影响。实际操作中最大边长为481.32m, 最大天顶距为7.8m。每站观测4个测回。测前、测后记录仪、镜站的干、湿温和气压。整个路线包括一条大环线, 7条水准支线, 总长度为22km。路线上下高差超过150m。整个环线以洞BM2为起点, 形成一条闭合环线和7条支线。外业实施共耗时2个工作日, 测段成果经过换算后按路线长定权实施网平差。使用最后所得成果和同期使用二等水准复测的成果进行比较, 较差见表1。
按测段往返差统计的每公里测量的全中误差为1.8mm。环闭合差为3.2mm。可以说明在极端恶劣的测区条件下, 同步对向EDM (电磁波测距) 测高成功地代替二等几何水准测量。
3 结语
(1) 同步对向EDM (电磁波测距) 测高能大幅削弱大气折光的影响至忽略不计的范围, 由此能大大提高EDM (电磁波测距) 测高的精度及可靠性。
(2) 此方法能轻松实现500m以内的跨江水准, 并达到二等跨江水准精度, 实施效率高。
(3) 在水网、沼泽和山区等观测条件极度恶劣的地区和日出、日落和近午等成像恶劣的时段下都可以保持稳定的工作, 有着很强的适应性。
参考文献
[1]周建红, 刘世振.精密三角高程测量方法探讨[J].科技创新导报, 2010 (15) :90～91.
对三角高程测量方法的分析 篇9
随着全站仪的广泛使用, 使用跟踪杆配合全站仪测量高程的方法越来越普及, 使用传统的三角高程测量方法已经显示出了他的局限性。经过长期摸索, 总结出一种新的方法进行三角高程测量。这种方法既结合了水准测量的任一置站的特点, 又减少了三角高程的误差来源, 同时每次测量时还不必量取仪器高、棱镜高。使三角高程测量精度进一步提高, 施测速度更快。
1 三角高程测量的原理
通过观测两点间的水平距离和天顶距 (或高度角) 求定两点间高差的方法。它观测方法简单, 不受地形条件限制, 是测定大地控制点高程的基本方法。
三角高程测量的基本原理如图, A、B为地面上两点, 自A点观测B点的竖直角为α1.2, S0为两点间水平距离, i1为A点仪器高, i2为B点觇标高, 则A、B两点间高差为
h1.2=S0tga1.2+i1-i2
上式是假设地球表面为一平面, 观测视线为直线条件推导出来的。在大地测量中, 因边长较长, 必须顾及地球弯曲差和大气垂直折光的影响。为了提高三角高程测量的精度, 通常采取对向观测竖直角, 推求两点间高差, 以减弱大气垂直折光的影响。
2 三角高程测量的传统方法
如图2所示, 设A, B为地面上高度不同的两点。已知A点高程HA, 只要知道A点对B点的高差HAB即可由HB=HA+HAB得到B点的高程HB。
图中:D为A、B两点间的水平距离a为在A点观测B点时的垂直角i为测站点的仪器高, t为棱镜高HA为A点高程, HB为B点高程。V为全站仪望远镜和棱镜之间的高差 (V=Dtanа) 。
首先我们假设A, B两点相距不太远, 可以将水准面看成水准面, 也不考虑大气折光的影响。为了确定高差hAB, 可在A点架设全站仪, 在B点竖立跟踪杆, 观测垂直角а, 并直接量取仪器高i和棱镜高t, 若A, B两点间的水平距离为D, 则hAB=V+i-t
这就是三角高程测量的基本公式, 但它是以水平面为基准面和视线成直线为前提的。因此, 只有当A, B两点间的距离很短时, 才比较准确。当A, B两点距离较远时, 就必须考虑地球弯曲和大气折光的影响了。这里不叙述如何进行球差和气差的改正, 只就三角高程测量新法的一般原理进行阐述。我们从传统的三角高程测量方法中我们可以看出, 它具备以下两个特点:
a.全站仪必须架设在已知高程点上。
b.要测出待测点的高程, 必须量取仪器高和棱镜高。
3 三角高程测量的新方法
如果我们能将全站仪象水准仪一样任意置点, 而不是将它置在已知高程点上, 同时又在不量取仪器高和棱镜高的情况下, 利用三角高程测量原理测出待测点的高程, 那么施测的速度将更快。如图1, 假设B点的高程已知, A点的高程为未知, 这里要通过全站仪测定其它待测点的高程。首先由 (1) 式可知:
上式除了Dtanа即V的值可以用仪器直接测出外, i, t都是未知的。但有一点可以确定即仪器一旦置好, i值也将随之不变, 同时选取跟踪杆作为反射棱镜, 假定t值也固定不变。从 (2) 可知:
由 (3) 可知, 基于上面的假设, HA+i-t在任一测站上也是固定不变的, 而且可以计算出它的值W。
这一新方法的操作过程如下:
a.仪器任一置点, 但所选点位要求能和已知高程点通视。
b.用仪器照准已知高程点, 测出V的值, 并算出W的值。 (此时与仪器高程测定有关的常数如测站点高程, 仪器高, 棱镜高均为任一值。施测前不必设定) 。
c.将仪器测站点高程重新设定为W, 仪器高和棱镜高设为0即可。
d.照准待测点测出其高程。
4 三角高程测量的新方法正确性判定
下面从理论上分析一下这种方法是否正确。结合 (1) , (3)
HB′为待测点的高程
W为测站中设定的测站点高程
D′为测站点到待测点的水平距离
а′为测站点到待测点的观测垂直角
从 (4) 可知, 不同待测点的高程随着测站点到其的水平距离或观测垂直角的变化而改变。
将 (3) 代入 (4) 可知:HB′=HA+i-t+D′tanа′ (5)
按三角高程测量原理可知
将 (3) 代入 (6) 可知:HB′=HA+i-t+D′tanа′+i′-t′ (7)
这里i′, t′为0, 所以:
由 (5) , (8) 可知, 两种方法测出的待测点高程在理论上是一致的。也就是说我们采取这种方法进行三角高程测量是正确的。
三角高程测量技术的研究与应用 篇10
1.1 选题背景及研究意义
测绘工作是国家基础工作之一, 为经济建设、国防建设和科学研究提供基础的科学数据。在工程的施工过程中, 常常涉及到高程测量。传统的测量方法是水准测量、三角高程测量。两种方法虽然各有特色, 但都存在着不足。水准测量是一种直接测高法, 测定高差的精度是较高的, 但水准测量受地形起伏的限制, 外业工作量大, 施测速度较慢。三角高程测量是一种间接测高法, 它不受地形起伏的限制, 且施测速度较快。在大比例地形图测绘、线型工程、管网工程等工程测量中广泛应用。但精度较低, 且每次测量都得量取仪器高, 棱镜高。麻烦而且增加了误差来源。
三角高程可以跨河进行测量, 具有测程较远、精度较高、操作方便等优点, 是实现近、中程海岛高程精密传递的主要测量技术之一。就三角高程测量基本原理和方法而言, 国内外的研究和应用都比较多, 理论和技术相对比较成熟。通过对向观测、消除仪器高和目标高误差、多测回多时段观测等措施, 在陆地上三角高程测量可以达到较高的高程测量精度, 可以代替三、四等水准测量, 甚至代替二等水准测量。但在传统的三角高程测量中, 测距精度、人工瞄准误差、大气折光差、地球曲率和垂线偏差等成为影响三角高程测量精度的主要因素[1,2,3,4]。
1.2 研究主要内容
研究主要内容
本文依据TS300全站仪等仪器设备, 结合托县工业园区精密三角高程数据。理论联系实际去证明精密三角高程测量替代四等级水准测量可行性, 并提出了具体的结论和建议。
2 三角高程测量技术
2.1 精密三角高程测量的基本原理
精密三角高程测量的基本原理是采用自动照准的高精度全站仪同时对向观测, 以基本消除或大大消弱大气垂直折光的影响。对向观测时照准棱镜固定在另一全站仪的把手上, 在一个测段上对向观测的边为偶数条边, 同时在测段的起末水准点上立高度不变的同一棱镜, 这样可完全避免量取仪器高和觇标高。限制观测边的长度和高度角, 以减少相对垂线偏差的影响。
2.2 基于TCRA1201全站仪的高程自动测量系统
在三角高程测量中由于存在诸多误差的影响, 以致三角高程测量本身很难达到高等级高程测量的要求, 要知道某些误差的具体影响往往比较困难, 因此可采取一些措施来消除或削弱某些误差的影响, 提高高程测量的精度, 为此基于TCRA1201全站仪的高程自动测量系统除利用TCRA1201 ATR自动照准技术、导向光技术等技术外, 采用了在仪器头上安装单棱镜或360°棱镜, 实现两台仪器同时对向观测, 有利于削减大气垂直折光影响。在一个测段上对向观测的边为偶数条边, 避免量取仪器高和觇标高。限制观测边的长度和高度角, 以减少大气垂直折光和相对垂线偏差的影响, 达到提高精度的目的。
整个测量工作利用TCRA1201全站仪、PDA、精密三角高程测量软件进行, 利用PDA数据记录时程序自动按照日期和时间对数据文件进行命名, 用户只需输入测段起点、终点并选择是否为主站, 即可进行测量, 操作界面如图1所示。
精密三角高程测量很适合于要求高精度高程的线路工程, 尤其是山地和丘陵地区, 可以缩短观测路线, 大大提高测量工效, 给工程施工更多的时间。几何水准测量精度较高, 能满足国家一、二等水准测量的需求, 并广泛应于国家高程控制网的布设。但是其劳动强度大、成本高、效率相对较低, 在地形起伏较大的丘陵、山地, 更显得效率低, 尤其是跨河水准和高空沉降监测等特殊水准测量中也无法解决的难题。三角高程测量技术也伴随着高程测量技术的成熟和全站仪的发展而得到飞跃的发展。几何水准测量、三角高程测量各有优势且互相补充, 在我国社会主义现代化建设中扮演着测绘骑兵的角色。
3 精密三角高程在内蒙四等高程测量中的应用研究
3.1 项目概述
受托克托县工业园区的委托, 内蒙古自治区测绘院承揽了呼和浩特市托克托县工业园区1:1000地形图测绘任务, 该测区的所有测绘项目均由内蒙古自治区测绘院三分院完成。该地区属于山区, 海拔最高1220米, 最低1000米。由于山高沟深水准测量困难, 故我院高程在山区采用三角高程测量 (见图2、表1) 。
仪器采用拓普康电子数字水准仪和徕卡全站仪 (测量机器人) 相结合。数字水准仪, 两台0.5秒级Leica TS300自动照准全站仪 (测量机器人) 进行精密三角高程测量。计算过程:使用内蒙古自治区质检站彭爱文编写的《Superpaw2010》软件进行两差改正计算;南方公司编写的《南方平差易2005》、武汉大学编写的《obs TOres.exe》、《TOPlevel.exe》进行平差计算 (见表2) 。
水准测量按四等水准网施测
已知高程点个数:2
未知高程点个数:24
每公里高差中误差=4.27 (mm)
最大高程中误差[D022]=6.94 (mm)
最小高程中误差[D018]=3.25 (mm)
平均高程中误差=5.68 (mm)
规范允许每公里高差中误差=10 (mm)
[边长统计]总边长:32627.400 (m) , 平均边长:1208.422 (m) , 最小边长:297.300 (m) , 最大边长:6720.000 (m)
观测测段数:27
[闭合差统计报告]序号:<1>:闭合水准
序号:<1>:闭合水准 路径：[D011 - D010 - D009 - D006 - D005 - D004 - D001 - D007 - D008 - D013 - D014 - D017- D015 - D012 ]
高差闭合差=12.60 (mm) , 限差=±20*SQRT (13.273) =±72.86 (mm)
路线长度=13.273 (km)
序号:<2>:闭合水准
路径：[D022 - D021 - D020 - D019 - D016 - D015 - D012 - D011 - D010 - D023 - D024 ]
高差闭合差=-16.60 (mm) , 限差=±20*SQRT (12.131) =±69.66 (mm)
路线长度=12.131 (km)
序号:<3>:附合水准
路径:[II托保10-D018-D017-D014-D013-D008-D007-D003-D002-II托保6]
高差闭合差=-15.80 (mm) , 限差=±20*SQRT (13.510) =±73.51 (mm)
路线长度=13.510 (km)
3.2 水准精度
每公里高差中误差=4.27 (mm)
最弱点高程中误差[D022]=6.94 (mm)
规范允许每公里高差中误差=10 (mm)
4 结论与展望
4.1 结论
本文就Leica全站仪和武汉大学测绘学院开发的PDA手簿程序, Tri Level计算程序, 经过经过改装后组合成一套高精度的测量机器人。从而大大降低外业劳动强度, 同时也打破了三角高程测量不能代替高精度水准测量的束缚。
4.1.1 其中多测回自动观测、自动识别限差，给野外测量带来很大的 便利，尤其夜间观察最佳。他们不仅仅适用于精密三角高程测量，也同 样适用于其他高精度全站仪测量。
结合工程实例, 起闭于国家三等以上的水准点的高程导线, 其最后高程精度与四等水准的精度相当计算出的闭合差, 偶然中误差都符合国家四等水准规范。从而证明精密三角高程是完全可以代替三四等水准测量。因此, 三角高程将广泛的用于山区及丘陵地区的高程控制测量中, 山区进行高程控制时, 能减少劳动强度、提高作业速度, 具有较强的灵活性与实用性。
4.1.2 成果采用精密三角高程测量方法，通过自动目标追踪利用两 台高精度、识别全站仪，经多方加装改进，实现了同时对向观测，削减了 大气垂直折光影响。通过对测段按偶数边进行观测，无需量取仪器高和 觇标高，有效避免了由此带来的测量误差。采用该方法可达到三四等水 准测量精度，与几何水准测量相比，大大降低了作业条件限制，显著提 高了作业效率。
4.2 展望
智能全站仪的发展为精密三角高程测量提供了硬件基础, 经过对精密三角高程测量各项误差来源的分析, 提出了不用量取仪器高和棱镜高的精密三角高程测量方法, 通过提高垂直角测量精度, 解决了精密三角高程测量代替三四等水准测量的关键技术问题, 通过大量的实验验证了该方法的可行性, 从而为高程测量的自动化奠定了基础, 为精密高程测量提供了新的思路。
参考文献
[1]于磊.基于智能全站仪的跨海三角高程自动测量研究[D].青岛:山东科技大学, 2010:1-4.[1]于磊.基于智能全站仪的跨海三角高程自动测量研究[D].青岛:山东科技大学, 2010:1-4.
[2]李凤斌, 柳光魁, 王晓丽.长距离跨海高程基准传递方法及精度闭[J].现代测绘, 2007 (2) :7-8.[2]李凤斌, 柳光魁, 王晓丽.长距离跨海高程基准传递方法及精度闭[J].现代测绘, 2007 (2) :7-8.
[3]李建成, 姜卫平.长距离跨海高程传递方法的研究[J].武汉大学学报, 2001, 26 (6) :514-517.[3]李建成, 姜卫平.长距离跨海高程传递方法的研究[J].武汉大学学报, 2001, 26 (6) :514-517.