最新毕业设计基于全站仪三角高程测量的精密研究.docx

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最新毕业设计基于全站仪三角高程测量的精密研究

【答案】ORDERBY

A.左联接B.右联接C.内部联接D.完全联接

A.2个字节B.4个字节C.8个字节D.10个字节

7.在VisualFoxPro中，不能清除所有内存变量的命令是______。

2.结构化程序设计的三种基本逻辑结构是________。

A.主索引B.主索引、候选索引、普通索引

2．在0~999范围内找出符合下述条件的数输出：

该数的值等于该数中各位数字的立方和。

45.在SQL的SELECT查询结果中，消除重复记录的方法是________。

【答案】A

endif

本科学生毕业论文

基于全站仪的精密三角高程测量研究

系部名称：

测绘工程系

专业班级：

测绘工程B04-70班

学生姓名：

陈代鑫

指导教师：

李权

职称：

高级工程师

黑龙江工程学院

二○○八年六月

外文封面示例TimesNewRoman体，字号与中文对应

TheGraduationThesisforBachelor'sDegree

StudyonMeasurementofthePrecisetriangulatedHeightBasedonTotalStation

Candidate：

ChenDaixin

Specialty：

SurveyingandMappingEngineering

Class：

B04-70

Supervisor：

SeniorEngineerLiQuan　

HeilongjiangInstituteofTechnology

2008-06·Harbin

中文摘要示例

摘要

本论文概括地介绍了三角高程测量的原理，一般的作业方法以及与此有关的作业方法的基本步骤。

本论文重点在于详细讨论影响三角高程测量精度的各项因素，以及为改善精度所采取的措施；特别是深入地论述了消弱大气折射和垂线偏差影响的各种方法、原理和不同的观点。

本课题根据全站仪的功能和技术特点，研究单向三角高程测量、对向三角高程测量、间隔法三角高程测量建立精密高程控制网的理论、方法和措施，分析全站仪进行精密三角高程测量各种方法的精度和可靠性，在过程中，发现问题，努力解决问题，并加以总结，为全站仪在日后测量生产中的广泛应用提供技术支持和理论指导。

关键词：

高程测量；垂线偏差改正；大气折射；正高高差；全站仪；单向观测

ABSTRACT

Inthispaper,atraditionaltriangelelevationmeasuringontheprincipleofgeneralpracticesandrelatedpracticesofthebasicsteps.Thispaperfocusesondetaileddiscussionsaffectedtriangularelevationmeasurementaccuracyofvariousfactors,aswellastoimprovetheaccuracyofthemeasurestakeninparticularin-depthdiscussionoftheweakeningatmosphericrefractionandverticaldeviationofvariousmethods,principlesanddifferentpointsofview.

     TotalStationthisissueinaccordancewiththefunctionalandtechnicalcharacteristics,onaone-waytriangleelevationmeasurement,theheightmeasurementto1.30,theheightmeasurementintervalof1.30toestablishthepreciseelevationcontrolnetworktheory,methodsandmeasuresofprecisetrigonometriclevelingTotalStationWaysofmeasuringtheaccuracyandreliabilityintheprocess,identifyproblemsandstrivetosolvetheproblem,andsumupfortheTotalStationinthefutureproductionofmeasuringthebroadapplicationoftheprovisionoftechnicalsupportandtheoreticalguidance.

Keywords:

elevationmeasurement;verticalerrorcorrection;atmosphericrefraction;poorarehigh;TotalStation;one-wayobservation

摘要………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract………………………………………………………………………………Ⅱ

第1章绪论………………………………………………………………………………1

1.1概述………………………………………………………………………………2

1.2国外精密三角高程测量的研究现状………………………………………………

1.3我国三角高程测量的研究概况…………………………………………………

1.4三角高程测量的发展……………………………………………………………

第2章全站仪三角高程测量的原理及精度分析

2.1全站仪单向观测

2.2全站仪对向观测

2.3全站仪中间法高程测量

2.4三角高程的精度估算公式

2.4.1全站仪对向观测法三角高程测量的精度分析

2.4.2全站仪中间法高程测量及其精度探讨

2.5本章小结

第3章大气层折射系数的计算及消弱其影响的方法

3.1近地大气层的大气折光系数特征的分析

3.2根据气温变化率进行三角高程测量的折光改正

3.3大气折光对短边三角高程测量精度影响

3.4本章小结

第4章基于全站仪的精密三角高程测量研究

4.1观测方案的研究

4.2外业观测方案的布设

4.3外业数据的处理

4.4本章小结

结论………………………………………………………………………………………33

参考文献………………………………………………………………………………36

致谢………………………………………………………………………………………38

附录………………………………………………………………………………………40

第1章绪论

1.1概述

在现代工程测量中，全站仪已经普遍应用于生产实践当中，如利用全站仪进行地形图测绘，施工放样，因此基于全站仪的精密三角高程测量研究，就有着很重要的现实意义。

在工程测量实践中，19世纪以前,三角高程测量几乎是测定控制点高程的基本方法,而且广泛用作地形测量的高程控制。

例如,在《EDM三角高程测量》一书中提到，由于近地面大气层的垂直折光使观测天顶距受到歪曲,成为限制三角高程测量精度的主要障碍.另一方面,由于几何水准测量的发展,并逐渐成为高程控制,特别是精密高程控制的重要手段,而使三角高程测量变成一些特殊情况（如高山区或次地区）的几何水准的补充。

但是,几何水准测量的速度慢、劳动强度大、效率低，即使国外有使用摩托化水准,也没有显著提高它的速度.且劳动强度大,在长倾斜路线上也还受到垂直折光误差累积性影响，因此我觉得对三角高程测量的研究，要进一步加强并扩大它的应用领域。

在山区，如《全站仪水准法测量高程的精度研究》的报告中提到，电磁波测距三角高程测量具有作业速度快、效率高，精度能满足一些等级水准的精度要求，是建立高程控制网优先考虑的方法。

三角高程测量事一种为广大测量人员所熟知的古老的传递高程的方法，然而由于竖直角的观测精度不高，特别是受到大气垂直折射的影响，比较大，因此我们更要进一步加强对影响三角高程精度的研究。

本课题根据全站仪的功能和技术特点，研究单向三角高程测量、对向三角高程测量、间隔法三角高程测量建立精密高程控制网的理论、方法和措施，分析全站仪进行精密三角高程测量各种方法的精度和可靠性，在过程中，发现问题，努力解决问题，并加以总结，为全站仪在日后测量生产中的广泛应用提供技术支持和理论指导。

但是，几何水准测量的速度慢，即使国外有使用摩托化水准，也没有显著提高它的速度。

且劳动强度大，在长倾斜路线上也还受到垂直折光误差累积性影响，当后、前视视线通过不同高度温度层时，每100m高差中可能产生系统性影响为15-30mm.尽管不少学者已提出一些折光差改正计算公式，但正如whalen指出的，这些模型仍保留20%~65%的系统误差.近年来，还发现地球磁场对补偿式精密水准仪的影响达2mm/km。

此外，几何水准测量转点多，标尺与仪器下沉误差是另一项系统误差来源。

由于上述原因，在丘陵、山区用几何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

。

本世纪中叶以来，获得迅速发展的电磁波测距和空间定位技术，如多普勒卫星定位、甚长基线干涉测量、全球定位系统GPs等也同样受到大气层垂直折射的影响。

为了提高空间测量和三角高程测量的精度，迫使人们重新研究大气折射率的测定和计算间题.国际大地测量协会（IAG）成立了专门的研究组，并将其列为国际重大的难点课题之一。

从60年代起，相继举行过近10次国际会议，旨在协作解决这一间题.许多测量工作者为此耗费了大量的时间和精力，也取得长足的进展。

但总的说来，迄今仍处于继续探索阶段一些测量工作者得这个问题隐晦而富有魅力，也有人认为大地测量折射间题很复杂，是极难逾越的障碍。

但是，在科学技术和生产实践发展的推动下，国内外对它的研究仍方兴未艾.

80年代以来，随着电子经纬仪的间世，特别是光电测距仪的广泛应用，三角高程测量已引起国内外同行的高度重视。

三角高程测量不仅在测边网或边角网中作为确定点位高程的普遍方法，而且进一步同传统的二维控制网相结合，发展成为同时确定点的空间位置的三维控制网.这类网的具体形式有用作某些工程需要的高程监测网和监测滑坡、矿体或大坝变形的监测网。

另一种则是EDM高程导线.这类导线又有两种形式，一种是采用类似于水准测量的观测方法，在两个标

尺间设置仪器，称中间法或跳点法，也有称为三角水准测量。

还有一种是采用对向观测法。

1.2国外精密三角高程测量的研究现状

美国国家大地测量局于1984一1985年间用T2O00经纬仪和DIS测距仪组成全站型仪器，按中间法和对向观测法施测了总长为30km的线路，边长为300m左右。

求得1km往返测平均值标准差小于士0.76mm和士1.02mm，环线闭合差小于士4mm

（L为线路长度，以km计）。

加拿大新不伦斯威克大学于同一时期，采用与美国类似仪器在大学校园内600m的道路上按中间法进行试验，边长分别为200、250、30Om，垂直角观测8一12测回，求得每公里往返测平均值的标准差为士2.2mm。

在澳大利亚悉尼北部面积为80km

的果园所进行的中间法试验中，采用HP3820A、DM502测距仪加DKM一ZA及TZ经纬仪等观测，垂直角用三丝法观测一测回，与几何水准测量比较，求得1km高差中误差为士4.3mm.

德国德累斯顿大学使用Recota全站仪（测距中误差5mm+2pm.D，测角精度为士1″.6）在1.2km与1.5km的两条闭合线路进行中间法和对向观测法试验，共测得22次，总长为60ktn，平均边长为150m与370m。

其结果与几何水准测量比较，在有利观测条件和一般条件观测时，对向观测时每公里高差中误差均小于士3mm.两条导线的作业效率分别为1.3km/小时和2.3km/小时，实验表明在倾斜地面作业时更为经济

。

1.3我国三角高程测量的研究概况

在我国，近十几年来，对EDM三兔高程测量的研究相当普遍。

1982年11月和1987年9月先后在昆明和北京召开了“电磁波测距仪在工程测量中应用”的学术讨论会。

]992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”，这标志着我国在这一领域的研究进入了新的阶段。

先前的研究着重于EDM三角高程代替三、四等水准测量问题。

如云南省水利水电勘测设计院用DM502（或DM503）测距仪测边，用DKM一ZA经纬仪观测天顶距3测回，施测高程导线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，EDM三角高程测量可以代替四等水准测量，而对向观测当边长小于1.1km时，可以代替三等水准测量。

河海大学于1990年与1991年在南京市进行了约10km的EDM三角高程导线测量，用中间法与对向观测法分别施测了10个闭合环，最大边长338m，最短40m，平均边长189m，用DI5测距仪与T2000经纬仪观测，在因瓦水准尺上作固定标志，专门制造了量高设备，使量高精度达士0.2mm.同时用二等水准测量施测了全部点的高程。

由闭合环的闭合差计算1km高差中误差，当两期观测按中间法施测时各为士1.87mm与士1.37mm。

两期都用对向观测法时，混合计算得1km高差中误差为士1.94mm.用三角高程测量与水准测量差值计算1km高差中误差为士1.53mm。

这表明该项试验达到了二等水准测量的精度要求

。

在我国，大气垂直折光影响的研究工作也取得进展。

肖复何教授于文献中在webb的分层区计算位温梯度的基础上，提出分层区计算折光系数的模式，这是因为在山区或丘陵地区进行大地测量时，控制点一般都设在山顶上，这时观测垂直角的视线将穿过不同的层区，由于各层区点折光系数函数式的定义域不同，中提出利用分段积分法来计算该气象条件下沿视线的平均折射系数，所得结果比不分层计算的精度要高

。

中国科学院安徽光学精密机械研究所根据大气湍流理论对大气折射的不均匀性进行研究.分析了现有乡一些修正方法，包括平均光线弯曲修正、两点折射率平均修正、通量模式修正的根据，并推荐相应的温度廓线修正方法.武汉测绘科技大学对实验网连续垂直角时序观测值按频谱法进行分析，证明大气垂直折射变化确有明显的周期性变化。

河海大学对试验场和某站连续观测成果分析，也初步得出大气垂直折射系数在不同季节、视线通过不同覆盖情况下的变化规律。

这

些为我国进一步研究和大气垂直折射规律奠定了基础。

从已有资料可以看出，EDM三角高程测量的精度与大气垂直折射的影响有关外，还与垂直角的观测精度以及垂线偏差的影响有关.一般说来，用J2型仪器（如TZ、DKMZ等）测定垂直角一测回中误差在士2″左右。

配合中等精度的测距仪，采用适当的观测方案，用以代替三、四等水准测量是可行的。

而用T2000电子经纬仪或El、E2等全站仪，可使测角误差达士0.5~0.7″.再配以高精度的测距仪和其它设备与措施，高程测定有望达到二等水准测量的精度。

目前，一些测量

部门已将EDM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试验研究表明，其精度与主、客观条件和采用的方法有很大关系，还须进一步试验研究。

1.4三角高程测量的发展

为了提高EDM三角高程测量的精度，多年来，测量工作者进行了大量艰苦的作，取得了一些进展，今后应继续探讨的主要问题包括:

l）从理论上继续研究近地面大气层的温度、湿度和风速等结构，建立适用的大气揣流模型，并根据测量的气象元素计算折射系数。

2）利用多色激光仪器直接测定折光差.70年代，美国西雅图的一个公司生产出叫

TerrameterLDM一2的双色测距仪。

80年代，科罗尼达洲博尔德公司生产一种三色激光测距仪。

但都处于研制阶段。

目前，美、加和芬兰等国出资正委托瑞士厂家研制新的测量系统，用以直接测定折射角和计算折光差，而无需知道气象条件，相信不久的将来，新的实用的多色激光仪器将间世。

3）A.P.Pilditch为了避免在野外测定气象元素，于1987年提出测量双舰标的垂直角，结合湍流模型将大气划分为几个层区，根据该层区的模型特征，计算出折光角和对垂直角进行改正。

这也是提高EDM三角高程测量的一种途径。

4）根据大气垂直折射影响的规律，在作业方法上采取适当的措施.这是当前有效的实用途径，如中间法与对向观测法等。

对向观测又有同时对向观测、对称时段的对向观测等，都是为了减弱折射引起的系统误差。

河海大学与新安江电站合作进行EDM三角高程测量试验研究资料表明，当视线越过地面时，折射系数基本为负，而视线通过水面时则为正。

并提出采用对称组合的观测方法实现隔岸传递高程，以减弱垂直折射对计算高差的影响，由此而获得与二等水准测量相媲美的精度。

第2章全站仪三角高程测量的测量原理及观测方案

2.1全站仪单向观测

2.1.1单向高差的计算公式

如附图所示，欲测A、B两点间的高差h，:

，将仪器置于A点，仪器高为i。

B点安置反射棱镜，棱镜高为l。

由附图不难写出：

（1）

由于A、B两点间的距离与地球半径的比值很小，故可认为

，在

中

（2）

式中，a为照准棱镜中心的竖直角，S为A、B

之间斜距。

c和r分别为地球曲率和大气折光的影响:

（3）

（4）

附图三角高程测量原理图。

式中R为地球半径，r为光程曲线

的曲率半径。

设

，称为大气折光系数，则

（5）

将

（2）、（3）和（5）式代入

（1）式，则

（6）

（6）式即单向观测计算高差的基本公式。

2.2全站仪对向观测

对向观测即往返观测，就是将仪器置于A点观测B点测取高差，再将仪器置于B点观测A点测取高差，以两高差的平均值作为观测结果。

按照（6）式，由A点观测B点的高差：

（7）

由B点观测A点的高差

（8）

式中，

、

和

、

，分别为仪器在A点和B点所测的斜距和竖直角。

、

和

、

分别为A、B点的仪器高和棱镜高度。

以下分析（7）和（8）式等号右端第二项。

和

为由A向B观测和由B向A观测时的大气折光系数。

如果观测是在相同的条件下进行的，特别是在同一时间进行对向观测，可以认为

≈

、

和

是对向观测A、B两点间的平距，也近似相等,故

≈

（9）

将（7）式与（8）式相减除以2，得对向观测计算高差的基本公式

（10）

由此看来，对向观测可抵消地球曲率和大气折光的影响，因而精密测量均应采用对向观测。

2.3全站仪中间法高程测量

如图1,在已知高程点A和待测点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:

公式中：

分别为O至A点的倾斜距离、竖直角、地球曲率改正数、大气折光改正数,i为仪器高,

v1为A点的目标高.地球曲率与大气折光影响之和

f1为:

（2）

图1　全站仪中间法高程测量原理

公式中：

R为地球的平均半径（R=6371km）,K1为O至A的大气折光系数.因此,式

（1）可表达为:

同理可得O、B两点的高差h2为：

公式中：

分别为O至B点的倾斜距离、

竖直角、地球曲率与大气折光影响之和及大气折光

系数,i为仪器高,v2为B点的目标高.A、B两点间

的高差h为:

设已知点A的高程为HA,待求点B的高程为HB,则

由上式可知,在不考虑已知点高程误差的情况下,采用中间法测量高程主要与测量斜距S1和S2、竖直角α1和α2、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,式（6）变为：

由上式可知,采用适当的方法,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。

2.4三角高程的精度估算公式

2.4.1全站仪对向观测法三角高程测量的精度分析

取△

=2m

为高差的极限误差，以m。

=±2，其极限误差与三、四等水准测量限差的比较见表。

野外测量时，观测前后各量仪器高i和棱镜高v两次，当较差不大于2mm时，取两者的平均值作为成果。

下面参考一下附表。

表1极限误差与三、四等水准限差比较

2.4.2全站仪中间法高程测量及其精度探讨

1全站仪中点法高程测量中误差

在不考虑已知点高程误差的情况下,对式（5）进行全微分,得:

式中:

ρ=206265″,考虑到当S1<1000m、S2<1000m时,并且K值在我国东部地区约为0·09~0·13之

，

的值很小,可以忽略不计,并设

D1、D2分别为O至A、B的水平距离,则式（8）可写成:

根据误差传播定律将式（9）转变为中误差关系式,则式（9）变化为:

大气折光系数K1和K2一般不相等,要精确地测量出某一时间K的变化值是不可能的,但在同一地点,短时间内K值的变化很小,因观测几乎是在同样情况下进行的,而且几乎是在同一时间内进行观测,近似地假定K1≈K2,并设mK1≈mK2=mK.考虑全站仪的特点,设边长的测量精度

、角度的测量精度

及目标高的量取精度

分别相等,即

式（10）可写成:

式中:

mh为全站仪中间法高程测量中误差,mS、mα分别为全站仪测距、测角中误差,mK为大气折光系数测定中误差,mv为量取目标高中误差.由式（11）可见,全站仪中间法高程测量误差与仪器精度（ms、mα）、大气折光误差mK及目标高mv量取误差有关.

式（11）即为考虑目标高量取误差时全站仪中间法高程测量的中误差

同理,对式（7）取全微分,并转换成中误差关系式,得:

式（12）为目标高相等时全站仪中间法高程测量的中误差.

2全站仪中间法高程测量的极限误差

目前工程上常用的全站仪测距精度一般为±（1+1×10-6D）~（5+5×10-6D）mm（D为测距长度,以km计）,测角精度一般为±0·5″~6·0″.仪器高和目标高的量取一般采用卷尺丈量,当精度要求较高时,则采用测杆量取,而且要独立量取2次,当2次量取的较差小于2mm时,取其平均值作为最终结果[6].以mα=±2″的全站仪为例,其测距精度一般为±（2+2×10-6D）mm,在此,取mS=±4mm,即按全站仪到测点的测距1km计算;曾有试验证明,折光系数的误差为±0·03~0·05[7],在此,取mK=±0·04,分别计算公式（12）和公式（11）,即目标高相等时和考虑目标高量取误差时全站仪中间法高程测量的中误差,并以△=2mh即2倍中误差与三、四等水准测量的极限误差进行比较,精度计算时取α1和α2中的最大者,统一为α,结果见表1和表2.

表1　目标高相等时全站仪中间法高程测量的极限误差与三、四等水准测量极限误差的比较

表2　考虑目标高量取误差时全站仪中间法高程测量的极限误差与三、四等水准测量限差的比较

通过表1、表2的分析可知:

（1）全站仪中间法高程测量的误差,随着观测距