本科畢業(yè)論文--在工程測(cè)量中三角高程與水準(zhǔn)高程的對(duì)比研究

1、<p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 研究背景和意義</p><p>　　1.1.1 研究背景</p><p>　　在當(dāng)今的高程測(cè)量中，水準(zhǔn)測(cè)量是高程控制的最主要方法之一。但是,普通的水準(zhǔn)測(cè)量速度比較慢。雖然國(guó)外有使用自動(dòng)化水準(zhǔn)測(cè)量，但是也沒(méi)有顯著提高它的效率，并且需要的勞動(dòng)強(qiáng)度大。在長(zhǎng)傾斜路線上受到

2、垂直折光誤差累積性影響，當(dāng)前、后視線通過(guò)不同高度的溫度層時(shí)，每公里的高差可能產(chǎn)生系統(tǒng)性的影響。盡管現(xiàn)在已有不少的研究人員提出了一些折光差改正的計(jì)算公式，但這些公式中仍然還存在系統(tǒng)誤差。并且，近年來(lái)還發(fā)現(xiàn)地球磁場(chǎng)對(duì)補(bǔ)償式精密水準(zhǔn)儀也有很影響。此外，水準(zhǔn)測(cè)量的轉(zhuǎn)點(diǎn)多，而且標(biāo)尺與儀器也存在下沉誤差，這又是一項(xiàng)系統(tǒng)誤差。由于上述原因，如果在丘陵、山區(qū)等地使用水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行高程傳遞是非常困難的，有時(shí)甚至是不可能的。如果采用三角高程測(cè)量就比較容易實(shí)現(xiàn)

3、。近些年來(lái)，由于全站儀的發(fā)展，使得測(cè)角、測(cè)距的精度不斷提高。再加上學(xué)者對(duì)三角高程測(cè)量的深入研究，使三角高程測(cè)量的精度也有很大的提高。三角高程測(cè)量傳遞高程比較靈活、方便、受地形條件限制較少等優(yōu)點(diǎn)，使三角高程測(cè)量在工程測(cè)量中得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.1.2 研究意義</p><p>　　本文旨在研究在工程測(cè)量中三角高程測(cè)量和水準(zhǔn)測(cè)量的精度對(duì)比研究，通過(guò)對(duì)三角高程測(cè)量和水準(zhǔn)測(cè)量

4、的原理、方法、誤差來(lái)源等進(jìn)行分析。然后針對(duì)這些因素改善其觀測(cè)條件，探求合適的觀測(cè)方法來(lái)消減誤差，并擬定相應(yīng)的作業(yè)規(guī)程，對(duì)比在三等高程控制測(cè)量過(guò)程中二者的精度和效率。得出在一定的測(cè)量條件下，三角高程測(cè)量代替三等水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)方法是可行的。以提高作業(yè)效率，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，并實(shí)現(xiàn)高程測(cè)量的自動(dòng)化。</p><p><b>　　1.2 相關(guān)概念</b></p><p>　　1.

5、2.1 水準(zhǔn)測(cè)量</p><p>　　水準(zhǔn)測(cè)量又名“幾何水準(zhǔn)測(cè)量”，是用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測(cè)定地面上兩點(diǎn)間高差的方法。在地面兩點(diǎn)間安置水準(zhǔn)儀，觀測(cè)豎立在兩點(diǎn)上的水準(zhǔn)標(biāo)尺，按尺上的讀數(shù)推算兩點(diǎn)間的高差。通常由水準(zhǔn)原點(diǎn)或任一已知高程點(diǎn)出發(fā)，沿選定的水準(zhǔn)路線逐站測(cè)定各點(diǎn)的高程。由于不同高程的水準(zhǔn)面不平行，沿不同路線測(cè)得的兩點(diǎn)間高差將有差異，所以在整理國(guó)家水準(zhǔn)測(cè)量成果時(shí)，須按所采用的正常高系統(tǒng)加以必要的改正，以求得正確的高

6、程。</p><p>　　1.2.2 三角高程測(cè)量</p><p>　　三角高程測(cè)量（Trigonometric Leveling），通過(guò)觀測(cè)兩點(diǎn)間的水平距離和天頂距（或高度角）求定兩點(diǎn)間高差的方法。它觀測(cè)方法簡(jiǎn)單，受地形條件限制較小，是測(cè)定大地控制點(diǎn)高程的基本方法。</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.3

7、.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三角高程測(cè)量的優(yōu)勢(shì)很快的就顯現(xiàn)出來(lái)。在我國(guó)，對(duì)三角高程和水準(zhǔn)測(cè)量的對(duì)比研究是相當(dāng)普遍。</p><p>　　1982年11月和1987年9月先后在昆明和北京召開(kāi)了“電磁波測(cè)距儀在工程測(cè)量中的應(yīng)用”的學(xué)術(shù)討論會(huì)。1992年11月在廈門(mén)召開(kāi)了“大氣折射與測(cè)距三角高程代替水準(zhǔn)測(cè)量學(xué)術(shù)討論會(huì)”，這標(biāo)志著我國(guó)這一領(lǐng)域的研究進(jìn)入了新的階段。

8、</p><p>　　如云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院采用的DM502測(cè)距儀測(cè)邊，用DKM-2A經(jīng)緯儀觀測(cè)天頂距3測(cè)回，實(shí)測(cè)高程導(dǎo)線103條，邊長(zhǎng)從116m-1147m。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用中間法觀測(cè)邊長(zhǎng)在1km以?xún)?nèi)，三角高程測(cè)量是可以代替四等水準(zhǔn)測(cè)量。對(duì)向觀測(cè)法邊長(zhǎng)小于1.1km時(shí)，可以代替三等水準(zhǔn)測(cè)量。</p><p>　　國(guó)家測(cè)繪研究所使用AGA122測(cè)距儀與T2經(jīng)緯儀在面積50平方公里的地

9、區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的試驗(yàn)，采用對(duì)向觀測(cè)，天頂距3測(cè)回，邊長(zhǎng)在492-4130m。其結(jié)果是，當(dāng)邊長(zhǎng)在50m-1.1km內(nèi)，可以代替三等水準(zhǔn)測(cè)量，邊長(zhǎng)在70m-3.4km時(shí)可以代替四等水準(zhǔn)測(cè)量。</p><p>　　東北水利水電勘察院與水電一局在白山水電監(jiān)測(cè)網(wǎng)中，用ME-3000精密測(cè)距儀測(cè)邊，用T3經(jīng)緯儀同時(shí)找準(zhǔn)對(duì)方經(jīng)緯儀支架上的棱鏡。三角高程測(cè)量的結(jié)果與一等水準(zhǔn)測(cè)量的36個(gè)差值計(jì)算得到每公里高差中誤差為±2.

10、19mm。而由三角形12個(gè)閉合差計(jì)算每公里高差中誤差為±2.88mm。這表明三角高程測(cè)量的精度接近二等水準(zhǔn)測(cè)量要求。</p><p>　　1.3.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　美國(guó)國(guó)家大地測(cè)量局于1984-1985年間用T2000經(jīng)緯儀和DI5測(cè)距儀組成全站儀器，按中間法和對(duì)向觀測(cè)法施測(cè)總長(zhǎng)為30km的線路，邊長(zhǎng)為300m左右。求得往返平均值標(biāo)準(zhǔn)差小于±0.7

11、6mm和±1.02mm，環(huán)線閉合差小于±4mm。</p><p>　　加拿大新不倫斯威克大學(xué)與同一時(shí)期，采用與美國(guó)類(lèi)似的儀器在大學(xué)校園內(nèi)600m的道路上按中間法進(jìn)行試驗(yàn)，邊長(zhǎng)分別為200、250、300m，垂直角觀測(cè)8-10測(cè)回，求得每公里往返平均值的標(biāo)準(zhǔn)差為±2.2mm。</p><p>　　德國(guó)累斯頓大學(xué)使用Recota全站儀（測(cè)距精度為5mm+2ppm,

12、測(cè)角精度為1秒）在1.2km和1.5km的兩條閉合線路進(jìn)行中間法和對(duì)向法的觀測(cè)試驗(yàn)，共測(cè)得22次，總長(zhǎng)60km，平均邊長(zhǎng)為150m和370m。其結(jié)果與水準(zhǔn)測(cè)量比較，在有利觀測(cè)條件和一般觀測(cè)條件觀測(cè)時(shí)，對(duì)向觀測(cè)時(shí)每公里中誤差均小于±3mm。兩條導(dǎo)線的作業(yè)效率分別為1.3km/小時(shí)和2.3km/小時(shí)，試驗(yàn)表明在傾斜地面作業(yè)時(shí)更為經(jīng)濟(jì)。</p><p>　　1.4 研究理論基礎(chǔ)</p><

13、;p>　　1.4.1 控制測(cè)量學(xué)</p><p>　　控制測(cè)量學(xué)是研究精確測(cè)定和描繪地面控制點(diǎn)空間位置及其變化的學(xué)科。它是在大地測(cè)量學(xué)的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)上以工程建設(shè)和社會(huì)大戰(zhàn)與安全保證的測(cè)量工作為主要服務(wù)對(duì)象而發(fā)展和形成的，為人列社會(huì)活動(dòng)提供有用的空間信息。因此，以本質(zhì)上說(shuō)，它是地球工程信息學(xué)科，是地球科學(xué)和測(cè)繪學(xué)中的一個(gè)重要分支，是工程建設(shè)測(cè)量中的基礎(chǔ)學(xué)科，也是應(yīng)用學(xué)科。在測(cè)量工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)中占有重要的地

14、位。 </p><p>　　控制測(cè)量的服務(wù)對(duì)象主要是各種工程建設(shè)，城鎮(zhèn)建設(shè)和土地規(guī)劃與管理等工作。這就決定它的測(cè)量范圍與大地測(cè)量要小，在觀測(cè)和數(shù)據(jù)處理具有多樣化的特點(diǎn)。</p><p>　　1.4.2 工程測(cè)量學(xué)</p><p>　　工程測(cè)量學(xué)是研究地球空間(地面、地下、水下、空中)中具體幾何實(shí)體的測(cè)量描繪和抽象幾何實(shí)體的測(cè)設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論方法和技術(shù)的一門(mén)應(yīng)用性學(xué)科。

15、它主要以建筑工程、機(jī)器和設(shè)備為研究服務(wù)對(duì)象。</p><p>　　1.4.3 誤差理論與測(cè)量平差基礎(chǔ)</p><p>　　在進(jìn)行測(cè)量過(guò)程中，所采集的測(cè)量數(shù)據(jù)不可避免的和真值之間存在一定的誤差。誤差理論就是分析誤差來(lái)源與分類(lèi)，總結(jié)歸納出誤差的一些特性。測(cè)量平差基礎(chǔ)就是依據(jù)某種最優(yōu)化準(zhǔn)則，由一系列帶有觀測(cè)誤差的測(cè)量數(shù)據(jù)，求定未知量的最佳估值及精度的理論方法。</p><p

16、>　　1.5 研究技術(shù)與方法</p><p>　　1.5.1 實(shí)證法</p><p>　　實(shí)證研究法是科學(xué)實(shí)踐研究的一種特殊形式。其依據(jù)現(xiàn)有的科學(xué)理論和實(shí)踐的需要，提出設(shè)計(jì)，利用科學(xué)儀器和設(shè)備，在自然條件下，通過(guò)有目的有步驟地操縱，根據(jù)觀察、記錄、測(cè)定與此相伴隨的現(xiàn)象的變化來(lái)確定條件與現(xiàn)象之間的因果關(guān)系的活動(dòng)。主要目的在于說(shuō)明各種自變量與某一個(gè)因變量的關(guān)系。</p>

17、<p>　　1.5.2 數(shù)量研究法</p><p>　　數(shù)量研究法也稱(chēng)“統(tǒng)計(jì)分析法”和“定量分析法”，指通過(guò)對(duì)研究對(duì)象的規(guī)模、速度、范圍、程度等數(shù)量關(guān)系的分析研究，認(rèn)識(shí)和揭示事物間的相互關(guān)系、變化規(guī)律和發(fā)展趨勢(shì)，借以達(dá)到對(duì)事物的正確解釋和預(yù)測(cè)的一種研究方法。</p><p>　　1.5.3 數(shù)學(xué)方法</p><p>　　數(shù)學(xué)方法就是在撇開(kāi)研究對(duì)象的其

18、他一切特性的情況下，用數(shù)學(xué)工具對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行一系列量的處理，從而作出正確的說(shuō)明和判斷，得到以數(shù)字形式表述的成果?？茖W(xué)研究的對(duì)象是質(zhì)和量的統(tǒng)一體，它們的質(zhì)和量是緊密聯(lián)系,質(zhì)變和量變是互相制約的。要達(dá)到真正的科學(xué)認(rèn)識(shí)，不僅要研究質(zhì)的規(guī)定性，還必須重視對(duì)它們的量進(jìn)行考察和分析，以便更準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特性。數(shù)學(xué)方法主要有統(tǒng)計(jì)處理和模糊數(shù)學(xué)分析方法。</p><p><b>　　1.6 研究前景<

19、/b></p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，測(cè)繪工作者對(duì)三角高程和水準(zhǔn)高程研究的不斷深入，在一些地形復(fù)雜的條件下，使用三角高程代替高等水準(zhǔn)測(cè)量將成為一種趨勢(shì)。采用合理的作業(yè)方法，以提高外業(yè)的作業(yè)效率。</p><p><b>　　1.7 研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本文主要研究在工程測(cè)量中，三角高程和水準(zhǔn)高程的精度對(duì)比分析

20、。分析了三角高程測(cè)量和水準(zhǔn)測(cè)量的方法、原理和誤差來(lái)源。并在校園布設(shè)高程控制網(wǎng)，對(duì)三種三角高程測(cè)方法所得的高程數(shù)據(jù)分別與水準(zhǔn)測(cè)量所得的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，得出各測(cè)量方法的優(yōu)弊。</p><p><b>　　技術(shù)路線</b></p><p>　　圖1-1 技術(shù)路線圖</p><p><b>　　水準(zhǔn)高程測(cè)量</b><

21、/p><p>　　2．1 水準(zhǔn)測(cè)量原理</p><p>　　水準(zhǔn)測(cè)量是測(cè)定地面高程的主要方法之一。水準(zhǔn)測(cè)量是使用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺，根據(jù)水平視線測(cè)定兩點(diǎn)之間的高差，從而由已知點(diǎn)的高程推算未知點(diǎn)的高程。 </p><p>　　如圖2-1，若已知A點(diǎn)的高程，求未知點(diǎn)B的高程。首先測(cè)定A點(diǎn)與B點(diǎn)之間的高差，于是B點(diǎn)的高程為為：</p><p>&l

22、t;b>　　(2-1)</b></p><p>　　由此計(jì)算出B點(diǎn)的高程。</p><p>　　圖2-1水準(zhǔn)測(cè)量原理圖</p><p>　　測(cè)量高差的原理：在A、B兩點(diǎn)上各豎立一根水準(zhǔn)尺，并在A、B兩點(diǎn)之間安置一架水準(zhǔn)儀，根據(jù)水準(zhǔn)儀提供的水平視線在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)。設(shè)水準(zhǔn)測(cè)量的前進(jìn)方向是由A點(diǎn)向B點(diǎn)，則規(guī)定A點(diǎn)為后視點(diǎn)，其水準(zhǔn)尺讀數(shù)為a，稱(chēng)為后視讀數(shù)；

23、B點(diǎn)為前視點(diǎn)，其水準(zhǔn)尺讀數(shù)為b，稱(chēng)之為前視讀數(shù)。則A、B兩點(diǎn)之間的高差為：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　于是B點(diǎn)的高程可按下式計(jì)算：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　高差本身可正可負(fù)，當(dāng)a大于b時(shí)，為正，這種情況時(shí)B點(diǎn)高于A

24、點(diǎn)；當(dāng)a小于b時(shí)，值為負(fù)，即B點(diǎn)低于A點(diǎn)。</p><p>　　為了避免計(jì)算高差時(shí)發(fā)生正、負(fù)號(hào)的錯(cuò)誤，在書(shū)寫(xiě)高差時(shí)必須注意h下標(biāo)的寫(xiě)法。例如，是表示有A點(diǎn)至B點(diǎn)的高差；而表示由B點(diǎn)至A點(diǎn)的高差，即：。</p><p>　　從圖2-1中還可以看出，B點(diǎn)的高程可以利用水準(zhǔn)儀的視線高程Hi（也稱(chēng)為儀器高程）來(lái)計(jì)算：</p><p><b>　　(2-4)<

25、/b></p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　當(dāng)安置一次水準(zhǔn)儀根據(jù)一個(gè)已知高程的后視點(diǎn)，需求出若干個(gè)未知點(diǎn)的高程時(shí)，用上式計(jì)算較為方便，此法稱(chēng)之為視線高法，在建筑工程中經(jīng)常應(yīng)用。</p><p>　　2．2 水準(zhǔn)測(cè)量方法</p><p>　　圖2-1所表示的水準(zhǔn)測(cè)量是當(dāng)A、B兩點(diǎn)相

26、距不遠(yuǎn)的情況，這時(shí)通過(guò)水準(zhǔn)儀可以直接在水準(zhǔn)尺上讀數(shù)，且能保證一定的讀數(shù)精度。如果兩點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)或者高差較大時(shí)，僅安置一次儀器便不能測(cè)得它們的高差，這時(shí)需要若干個(gè)臨時(shí)的立尺點(diǎn)，作為傳遞高程的過(guò)渡點(diǎn)，稱(chēng)為轉(zhuǎn)點(diǎn)。</p><p>　　如圖2-2欲求出A點(diǎn)至B點(diǎn)的高差，選擇一條施測(cè)路線，用水準(zhǔn)儀依次測(cè)出A1的高差hA1、12的高差h12等，直到最后測(cè)出的高差。</p><p>　　圖2-2轉(zhuǎn)點(diǎn)

27、與測(cè)站示意圖</p><p>　　每安置一次儀器，稱(chēng)為一個(gè)測(cè)站，而1,2,3，……n等點(diǎn)即為轉(zhuǎn)點(diǎn)。高差由下式算得：</p><p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　式中各測(cè)站的高差均為后視讀數(shù)減去前視讀數(shù)之值，即</p><p><b>　　(2-7)</b></p>

28、<p>　　式中等號(hào)右端用下標(biāo)1,2，……n表示第一站、第二站、……第n站的后視讀數(shù)和前視讀數(shù)。因此</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p>　　在實(shí)際作業(yè)中可先算出各測(cè)站的高差，然后去他們的總和而得，檢核計(jì)算是否正確。</p><p>　　三等水準(zhǔn)測(cè)量使用的是DS3水準(zhǔn)儀，其每千米往返測(cè)高差中數(shù)偶然中誤差

29、如表2.1。水準(zhǔn)尺長(zhǎng)度為3米，是以厘米為分劃單位的區(qū)格式木制雙面水準(zhǔn)尺，尺底釘以鐵片，以防磨損。雙面水準(zhǔn)尺的一面為分劃黑白相間成為黑面尺或者主尺，另一面分劃紅白相間成為紅面尺或者輔尺。黑面分劃的起始數(shù)字為“零”，而紅面一般為4687mm或者4787mm。為了使水準(zhǔn)尺能夠更精確的處于豎直位置，在水準(zhǔn)尺的側(cè)面裝一個(gè)圓水準(zhǔn)器。</p><p>　　表2．1 水準(zhǔn)儀系列的分及主要用途</p><p&

30、gt;　　作為轉(zhuǎn)點(diǎn)使用的尺墊或者尺臺(tái)系用生鐵鑄成，一般為三角型，中央有一個(gè)突起的圓頂，以便放置水準(zhǔn)尺，下有三個(gè)尖腳可以插入土中。尺墊應(yīng)重而堅(jiān)固，方能穩(wěn)定。在土質(zhì)松軟地區(qū)，尺墊不易放穩(wěn)，可以用尺樁作為轉(zhuǎn)點(diǎn)。尺樁長(zhǎng)約30cm，粗約2-3cm，使用時(shí)打入土中，比尺墊穩(wěn)固，但每次需用力打入，然后又需拔出。</p><p>　　國(guó)家三等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2.2，表中的黑紅面讀數(shù)差，即指一根標(biāo)尺的兩面讀數(shù)去掉常

31、數(shù)之后的容許的差數(shù)。</p><p>　　表2.2 三等水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)限差</p><p>　　三等水準(zhǔn)測(cè)量在一測(cè)站上水準(zhǔn)儀照準(zhǔn)雙面水準(zhǔn)尺的順序?yàn)椋?lt;/p><p>　　照準(zhǔn)后視標(biāo)尺黑面，進(jìn)行視距絲、中絲讀數(shù)；</p><p>　　照準(zhǔn)前視標(biāo)尺黑面，進(jìn)行中絲、視距絲讀數(shù)；</p><p>　　照準(zhǔn)前視標(biāo)尺紅面，進(jìn)行中絲

32、讀數(shù)；</p><p>　　照準(zhǔn)后視標(biāo)尺紅面，進(jìn)行中絲讀數(shù)。</p><p>　　無(wú)論是幾等水準(zhǔn)測(cè)量，視距絲和中絲讀數(shù)均應(yīng)該在水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)讀取。測(cè)站數(shù)最好控制為偶數(shù)測(cè)站，以消除水準(zhǔn)尺磨損產(chǎn)生的誤差。每一測(cè)站必須嚴(yán)格計(jì)算水準(zhǔn)測(cè)量作業(yè)后前視距差、后前視距差累計(jì)、紅黑面讀數(shù)差、紅黑面所測(cè)高差之差、檢測(cè)間歇點(diǎn)高差之差。一旦超限，立即重測(cè)，嚴(yán)禁修改原始數(shù)據(jù)。</p><p&g

33、t;<b>　　水準(zhǔn)測(cè)量的誤差分析</b></p><p><b>　　儀器誤差</b></p><p>　　在水準(zhǔn)儀使用前，雖然經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)和校正，但實(shí)際上很難做到視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸嚴(yán)格平行。視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)軸在豎直面上的投影的夾角i角給測(cè)量帶來(lái)誤差，而所產(chǎn)生的誤差與前后視距差值成線性相關(guān)。</p><p>　　為了使一測(cè)站上，前后

34、視距差產(chǎn)生的誤差得以消除，就必須使前后視距相等。實(shí)際上，要求前后視距相等時(shí)比較困難的，也是不必要的。所以根據(jù)不同的等級(jí)精度要求，對(duì)每一測(cè)站的前后視距離之差和每一測(cè)段的前后視的累計(jì)差規(guī)定一個(gè)限值。這樣，就可以把殘余角對(duì)所測(cè)高差的影響限制在可忽視的范圍內(nèi)。但是殘余角也不是固定不變的，即使在同一測(cè)站上的前后視的角往往由于太陽(yáng)光照射的不同而不一樣。為了避免這種誤差的產(chǎn)生，在陽(yáng)光下進(jìn)行觀測(cè)必須用傘遮住儀器。在照準(zhǔn)同一測(cè)站前后視水準(zhǔn)尺時(shí)，盡量避免調(diào)

35、焦。</p><p>　　由于水準(zhǔn)尺刻劃不準(zhǔn)確，尺長(zhǎng)變化、彎曲等影響，會(huì)影響水準(zhǔn)測(cè)量的精度，因此，水準(zhǔn)尺需要經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)才能使用。對(duì)水準(zhǔn)尺的零點(diǎn)誤差，可在一測(cè)段中時(shí)測(cè)站數(shù)為偶數(shù)的方法進(jìn)行消除。</p><p><b>　　觀測(cè)誤差</b></p><p><b>　　精平誤差</b></p><p>　

36、　在水準(zhǔn)測(cè)量于讀數(shù)前必須精平，精平的程度反映了視準(zhǔn)軸水平程度。這種誤差在前視和后視讀數(shù)種是不同的，而且數(shù)字是客觀的，不容忽視。因此水準(zhǔn)測(cè)量前一定要嚴(yán)格精平，果斷、快速的讀數(shù)。</p><p><b>　　調(diào)焦誤差</b></p><p>　　在觀測(cè)時(shí)，若在照準(zhǔn)前后尺時(shí)均進(jìn)行調(diào)焦，必然使在前后尺讀數(shù)時(shí)i角高度不一致，從而引起讀數(shù)誤差，前后視距相等時(shí)可以避免在一測(cè)站中重復(fù)

37、調(diào)焦。</p><p><b>　　估讀誤差</b></p><p>　　普通水準(zhǔn)測(cè)量中水準(zhǔn)尺為厘米刻劃，考慮儀器的基本性能，影響估讀精度的因素主要與十字絲橫絲的粗細(xì)、望遠(yuǎn)鏡放大倍率及實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度等因素有關(guān)。其中實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度影響較大，有關(guān)規(guī)范對(duì)不同等級(jí)水準(zhǔn)測(cè)量時(shí)的視線均做了規(guī)定，作業(yè)時(shí)應(yīng)該認(rèn)真執(zhí)行。</p><p><b>　　水準(zhǔn)尺傾斜誤差

38、</b></p><p>　　在水準(zhǔn)測(cè)量讀數(shù)時(shí)，若水準(zhǔn)尺在視線方向前后傾斜，觀測(cè)員很難發(fā)現(xiàn)。由此造成水準(zhǔn)尺讀數(shù)總是偏大。視線越靠近尺的頂端，誤差就越大。消除或者減弱的辦法是在水準(zhǔn)尺安放圓水準(zhǔn)器，確認(rèn)尺子鉛直。如果尺子上水準(zhǔn)器不起作用，應(yīng)用“搖尺法”進(jìn)行讀數(shù)，讀數(shù)時(shí)，尺子前、后搖動(dòng)，使尺子上讀數(shù)緩慢變化，讀出變化中最小的讀數(shù)，即尺子鉛直時(shí)的讀數(shù)。</p><p><b>

39、;　　外界環(huán)境的影響</b></p><p>　　水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)尺下沉誤差</p><p>　　在土壤松軟區(qū)測(cè)量時(shí)，水準(zhǔn)儀在測(cè)站上隨安置時(shí)間的增加而下沉。發(fā)生在兩尺讀數(shù)之間的下沉，會(huì)使后讀數(shù)的尺子讀數(shù)比應(yīng)有的讀數(shù)小，造成高差測(cè)量誤差。消除這種誤差的方法是，儀器最好安置在堅(jiān)實(shí)的地面，腳架踩實(shí)，快速觀測(cè)，采用“后-前-前-后”的觀測(cè)程序等方法均可以減少儀器沉降的影響。</p>

40、;<p>　　水準(zhǔn)尺下沉對(duì)讀數(shù)的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一種情況同儀器下沉的影響類(lèi)似，器影響規(guī)律和應(yīng)采取的措施同上；二是在轉(zhuǎn)站時(shí)，轉(zhuǎn)點(diǎn)處的水準(zhǔn)尺因下沉而致其在兩相鄰觀測(cè)中不等高，造成往測(cè)高差增大，返測(cè)高差減小。消除辦法由：踩實(shí)尺墊；觀測(cè)間隔間將水準(zhǔn)尺從尺墊上取下，減少下沉量；往返觀測(cè)，取高差平均值減少影響。</p><p><b>　　大氣折光的影響</b></p>

41、<p>　　視線在大氣中穿過(guò)時(shí)，會(huì)受到大氣折光的影響。一般視線離地面越近，光線的折射也就越大。觀測(cè)時(shí)應(yīng)盡量使視線保持一定高度，一般規(guī)定視線離地面高出0.3m，可以減少大氣折光的影響。</p><p>　　日照及風(fēng)力引起的誤差</p><p>　　這種影響是綜合的，比較復(fù)雜的。如光照會(huì)造成儀器各部位受熱不均勻使軸線關(guān)系改變、風(fēng)大時(shí)會(huì)使儀器發(fā)生抖動(dòng)、不易精平等都會(huì)引起誤差。除選擇好的

42、天氣測(cè)量外，給儀器打傘遮光等都是消除和減弱其影響的好方法。</p><p>　　3 全站儀三角高程測(cè)量原理和觀測(cè)方法</p><p>　　3.1 全站儀三角高程的基本理論</p><p>　　三角高程測(cè)量的基本思想是根據(jù)由測(cè)站向照準(zhǔn)點(diǎn)所觀測(cè)的垂直角(或天頂距)和它們之間的水平距離，計(jì)算測(cè)站點(diǎn)與照準(zhǔn)點(diǎn)之間的高差。這種方法簡(jiǎn)便靈活，受地形條件的限制較少，故適用于測(cè)

43、定三角點(diǎn)的高程。三角點(diǎn)的高程主要是作為各種比例尺測(cè)圖的高程控制的一部分。一般都是在一定密度的水準(zhǔn)網(wǎng)控制下，用三角高程測(cè)量的方法測(cè)定三角點(diǎn)的高程。</p><p>　　3.1.1 全站儀三角高程測(cè)量的原理</p><p>　　如圖3-1所示，在地面上A、B兩點(diǎn)間測(cè)定高差，A點(diǎn)設(shè)置儀器，在B點(diǎn)豎立標(biāo)尺。量取望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)軸中心I至地面點(diǎn)上A點(diǎn)的儀器高i，用望遠(yuǎn)鏡中的十字絲的橫絲照準(zhǔn)B點(diǎn)標(biāo)尺上的一點(diǎn)

44、M，它距B點(diǎn)的高度稱(chēng)為目標(biāo)高s，測(cè)出傾斜視線D′與水平視線D間所夾的豎直角，若A、B兩點(diǎn)之間的水平距離已知為D。</p><p>　　圖3-1三角高程測(cè)量原理圖</p><p>　　則由圖3.1可得兩點(diǎn)間高差為：</p><p><b>　　(3-1)</b></p><p>　　若在A點(diǎn)的高程已知為HA，則B點(diǎn)的高程為

45、：</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　具體應(yīng)用上式時(shí)要注意豎直角的正負(fù)號(hào)，當(dāng)為仰角時(shí)取證號(hào)，相應(yīng)地也為正值，當(dāng)為俯角時(shí)取負(fù)號(hào)，相應(yīng)地也為負(fù)值。</p><p>　　若在A點(diǎn)設(shè)置全站儀(或經(jīng)緯儀+光電測(cè)距儀)，在B點(diǎn)安置棱鏡，并分別量取儀器高和棱鏡高v，測(cè)得兩點(diǎn)間斜距D′與豎直角以計(jì)算兩點(diǎn)間的高差，成為光電測(cè)距三

46、角高程測(cè)量。A、B兩點(diǎn)間的高差可按下式計(jì)算：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　凡是儀器設(shè)置在已知高程點(diǎn)，觀測(cè)該點(diǎn)與未知高程點(diǎn)之間的高差稱(chēng)之為直覘；反之，儀器設(shè)置在未知高程點(diǎn)，測(cè)定該點(diǎn)與已知高程點(diǎn)之間的高差稱(chēng)之為反覘。</p><p>　　3.1.2三角高程測(cè)量的基本公式</p><p>

47、;　　在控制測(cè)量中，由于距離較長(zhǎng)，所以必須以大地水準(zhǔn)面為依據(jù)來(lái)推導(dǎo)三角高程測(cè)量的基本公式。</p><p>　　如圖3-2所示。設(shè)為A、B兩點(diǎn)間的實(shí)測(cè)水平距離。儀器置于A點(diǎn)，儀器高度為i1。B 為照準(zhǔn)點(diǎn)，硯標(biāo)高度為i2，R為大地水準(zhǔn)面上 的曲率半徑。 分別為過(guò)P點(diǎn)和A點(diǎn)的水準(zhǔn)面。 是PE在P點(diǎn)的切線，為光程曲線。當(dāng)位于P點(diǎn)的望遠(yuǎn)鏡指向與相切的PM方向時(shí)，由于大氣折光的影響，由N點(diǎn)出射的光線正好落在望遠(yuǎn)鏡的橫絲上

48、。這就是說(shuō)，儀器置于A點(diǎn)測(cè)得P、M間的垂直角為 。</p><p>　　由圖3-2可明顯地看出，A、B兩地面點(diǎn)間的高差為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中,EF為儀器高；NB為照準(zhǔn)點(diǎn)的覘標(biāo)高度;而CE和MN分別為地球曲率和折光影響。由</p><p><b>　　（3-5

49、）</b></p><p><b>　　（3-6）</b></p><p>　　式中R′為光程曲線在N點(diǎn)的曲率半徑。設(shè)，則</p><p><b>　　（3-7）</b></p><p>　　K為大氣垂直折光系數(shù)。</p><p>　　圖3-2地球曲率和大氣折光的

50、影響原理圖</p><p>　　由于A、B間的水平距離與曲率半徑R之比值很小(當(dāng))時(shí), 所對(duì)的圓心角僅5′多一點(diǎn))，故可認(rèn)為PC近似垂直于OM，即認(rèn)為PCM90°, 這樣可視為直角三角形。則(3-4)式中的MC為</p><p><b>　　（3-8）</b></p><p>　　令式中一般稱(chēng)為球氣差系數(shù)，則3-4式可寫(xiě)成

51、 </p><p><b>　　(3-9)</b></p><p>　　(3-9)式中就是單向觀測(cè)計(jì)算高差的基本公式。式中垂直角，儀器高和覘標(biāo)高，均可由外業(yè)觀測(cè)得到。為實(shí)測(cè)的水平距離，一般要化為高斯平面上的長(zhǎng)度d。</p><p>　　3.2 全站儀三角高程測(cè)量的方法</p><p>　　

52、3.2.1傳統(tǒng)的三角高程測(cè)量方法</p><p>　　傳統(tǒng)三角高程測(cè)量所用的儀器一般為經(jīng)緯儀或平板儀等；但必須具備能測(cè)出豎直角的豎盤(pán)。為了能觀測(cè)較遠(yuǎn)的目標(biāo)，還應(yīng)具備望遠(yuǎn)鏡。</p><p>　　圖3-4傳統(tǒng)三角高程測(cè)量示意圖</p><p>　　如圖3-4所示，欲在地面上A、B兩點(diǎn)間測(cè)定高差，在A點(diǎn)設(shè)置儀器，在B點(diǎn)豎立標(biāo)尺。量取儀器高和目標(biāo)高,測(cè)出傾斜視線IM與水平

53、視線間所夾的豎直角，若A、B兩點(diǎn)間的水平距離已知為，則由圖3-4可得兩點(diǎn)間高差為</p><p><b>　　(3-10)</b></p><p><b>　　(3-11)</b></p><p>　　若A點(diǎn)的高程已知為H，則B點(diǎn)的高程為</p><p><b>　　(3-12)</

54、b></p><p>　　凡儀器在已知高程點(diǎn)，觀測(cè)該點(diǎn)與未知高程點(diǎn)之間的高差稱(chēng)為直覘；反之，儀器設(shè)在未知高程點(diǎn)，該點(diǎn)與已知高程點(diǎn)之間的高差稱(chēng)為反覘。</p><p><b>　　其誤差公式為：</b></p><p><b>　　(3-13)</b></p><p>　　傳統(tǒng)的方法中完全沒(méi)有考

55、慮地球曲率及大氣折光的影響，其誤差傳播公式也就完全忽略掉了這一點(diǎn)。</p><p>　　3.2.2 對(duì)向觀測(cè)法</p><p>　　求正向觀測(cè)改正后的高差：在已知點(diǎn)A處安置儀器，在未知點(diǎn)B處設(shè)置覘標(biāo)；分別測(cè)出AB之間的斜距、豎直角、儀器高、覘標(biāo)高后得到正向高差：</p><p><b>　　(3-14)</b></p><p

56、>　　求反向觀測(cè)改正后的高差：將儀器搬遷安置于未知點(diǎn)B上，在已知點(diǎn)A處設(shè)置覘標(biāo)，重復(fù)上一步的工作，同樣可得反向高差：</p><p><b>　　(3-15)</b></p><p>　　正反向觀測(cè)所得的高差之差滿(mǎn)足限差要求時(shí)，則取正、反向高差的平均值作為A、B兩點(diǎn)間的高差，它可有效削減球氣差的影響，即：作為A、B兩點(diǎn)間的高差，其符號(hào)與正向高差同號(hào)。</p

57、><p>　　和分別為從A向B觀測(cè)和從B向A觀測(cè)時(shí)的大氣折光系數(shù)。在觀測(cè)條件相同的情況下，可以認(rèn)為，其次，和為對(duì)向觀測(cè)時(shí)A、B兩點(diǎn)之間的水平距離，也近似相等，所以有：</p><p><b>　　(3-16)</b></p><p><b>　　(3-17)</b></p><p>　　由此可見(jiàn)，采取對(duì)

58、向觀測(cè)法可以有效地消除地球曲率和大氣折光對(duì)高程影響。</p><p><b>　　設(shè)：</b></p><p>　　根據(jù)誤差傳播定律可得其誤差傳播公式為：</p><p><b>　　(3-18)</b></p><p>　　3.2.3中間站三角高程測(cè)量法</p><p>　

59、　圖3-5中間站三角高程測(cè)量示意圖</p><p>　　如圖3-5所示：已知A點(diǎn)的高程，欲測(cè)定B點(diǎn)的高程，可在A、B兩點(diǎn)間大概中間的位置P點(diǎn)安置儀器，分別在A、B處設(shè)置覘標(biāo)，照準(zhǔn)A點(diǎn)與B點(diǎn)覘標(biāo)上的某點(diǎn)，得到視線距離與、與水平的夾角與目標(biāo)高度與；則可根據(jù)下式求得高差：</p><p><b>　　(3-19)</b></p><p><b&

60、gt;　　(3-20)</b></p><p>　　故A點(diǎn)與B點(diǎn)間的高差為： (3-21)</p><p>　　由于代入式(3-20)整理后得：</p><p><b>　　(3-22)</b></p><p>　　同理設(shè)，則有誤差傳播定律，可推到出中間法觀測(cè)高差的中誤差為：</p><

61、;p><b>　?。?-23）</b></p><p>　　3.3 全站儀三角高程的誤差分析</p><p>　　我們知道三角高程測(cè)量的精度受到觀測(cè)誤差、邊長(zhǎng)誤差、大氣折光誤差、儀器高和目標(biāo)高的量取誤差等諸多因素的影響。其中邊長(zhǎng)測(cè)量的誤差大小取決于測(cè)量方法，若采用坐標(biāo)反算或者測(cè)距儀測(cè)得，其精度是非常高的。儀器高和目標(biāo)高采用鋼尺認(rèn)真量取三次取平均值，準(zhǔn)確讀數(shù)至1

62、mm是可以做到的，若采用對(duì)中桿量取儀器高和目標(biāo)高，其誤差可以小于±1mm。因此，可以認(rèn)為三角高程測(cè)量的主要誤差來(lái)源是豎直角的觀測(cè)誤差、大氣垂直折光系數(shù)誤差。</p><p>　　豎直角觀測(cè)誤差有照準(zhǔn)誤差、豎直盤(pán)水準(zhǔn)管氣泡居中誤差等。就現(xiàn)代儀器而言，主要是照準(zhǔn)誤差的影響。目標(biāo)的形狀、顏色、亮度、空氣對(duì)流、空氣能見(jiàn)度等都會(huì)影響照準(zhǔn)精度，給豎直角測(cè)定帶來(lái)誤差。豎直角觀測(cè)誤差對(duì)高差測(cè)定的影響與推算高差的邊長(zhǎng)成正

63、比，邊長(zhǎng)越長(zhǎng)，影響越大。</p><p>　　大氣折光的影響與觀測(cè)條件密切相關(guān)，大氣垂直折光系數(shù)K是隨著地區(qū)、氣候、季節(jié)、地面覆蓋物和視線超出地面高度等條件不同而變化的，要精確測(cè)定它的數(shù)值，目前尚不可能。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，K值在一天內(nèi)的變化，大致在中午前后的數(shù)值最小，也比較穩(wěn)定，日出、日落時(shí)數(shù)值最大，變化也快。一次豎直角的觀測(cè)最佳時(shí)間為在地方的10時(shí)到16時(shí)之間，其值的大致范圍在0.08-0.14之間。</p&

64、gt;<p>　　4 三角高程精度與幾何水準(zhǔn)高程精度的對(duì)比研究</p><p>　　4.1 傳統(tǒng)觀測(cè)法的精度對(duì)比分析</p><p>　　現(xiàn)在我們?cè)O(shè)定全站儀邊長(zhǎng)觀測(cè)中誤差為，為全站儀觀測(cè)的斜距；全站儀豎直角觀測(cè)中誤差為；儀器高和目標(biāo)高的量取中誤差為進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的方法中完全沒(méi)有考慮地球曲率及大氣折光的影響，其誤差傳播公式也就完全忽略掉了這一點(diǎn)。</p>

65、<p>　　由3-9式可知，傳統(tǒng)三角高程的測(cè)量方法的測(cè)量精度與距離精度、豎直角測(cè)量精度和儀高和目標(biāo)高的量取精度有關(guān)。，表中表示豎直角觀測(cè)中誤差對(duì)高差的影響；表示測(cè)距中誤差對(duì)高差的影響；表示作業(yè)時(shí)量取儀器高和棱鏡高中醫(yī)誤差對(duì)高差的影響。其值隨豎直角和邊長(zhǎng)變化的如表4-1</p><p>　　由表4-1可以看出，</p><p>　　全站儀測(cè)距中誤差對(duì)高差的影響與豎直角的大小和測(cè)距視

66、線邊長(zhǎng)有關(guān)，但是這種影響在豎直角小于30°時(shí)是很小的。</p><p>　　豎直角觀測(cè)中誤差對(duì)高差的影響隨著邊長(zhǎng)的增大而迅速增大，隨著豎直角的增大而減小。這項(xiàng)影響比測(cè)邊中誤差的影響大的多。特別在長(zhǎng)邊測(cè)量時(shí)，這項(xiàng)誤差為主要的誤差來(lái)源。為減小這項(xiàng)誤差，一是邊長(zhǎng)不要太長(zhǎng)，二是增加豎直角的測(cè)回?cái)?shù)，提高測(cè)角精度使；或者使用測(cè)角精度的全站儀。</p><p>　　斜距在100-1000m范圍

67、內(nèi)，傳統(tǒng)三角高程的精度能夠滿(mǎn)足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。</p><p>　　在測(cè)距視線斜距小于100m時(shí)，儀器高和目標(biāo)高的量取誤差為影響高差精度的主要限制。</p><p>　　由于傳統(tǒng)三角高程測(cè)量完全忽略了大氣折光的影響。測(cè)量邊長(zhǎng)越大，對(duì)高差的影響就越大。所以應(yīng)盡量控制測(cè)量邊長(zhǎng)在100-400m之間為最佳。</p><p>　　表4-1 傳統(tǒng)三角高程觀測(cè)極限誤差

68、與三等水準(zhǔn)限差比較(單位：mm)</p><p>　　4.2 全站儀對(duì)向觀測(cè)法的精度分析</p><p>　　現(xiàn)在我們?cè)O(shè)定全站儀邊長(zhǎng)觀測(cè)中誤差為，為全站儀觀測(cè)的斜距；全站儀豎直角觀測(cè)中誤差為；儀器高和目標(biāo)高的量取中誤差為進(jìn)行研究。</p><p>　　由3-18式可知，對(duì)向觀測(cè)法的測(cè)量精度與距離精度、豎直角測(cè)量精度、儀高和目標(biāo)高的量取精度有關(guān)。表示豎直角觀測(cè)中誤差

69、對(duì)高差的影響；表示測(cè)距中誤差對(duì)高差的影響；表示作業(yè)時(shí)量取儀器高和棱鏡高中醫(yī)誤差對(duì)高差的影響。其值隨豎直角和邊長(zhǎng)變化如表4-2。</p><p>　　表4-2對(duì)向觀測(cè)法極限誤差與三等水準(zhǔn)限差比較(單位：mm)</p><p>　　由表4-2可以看出，</p><p>　　1)全站儀測(cè)距中誤差對(duì)高差的影響與豎直角的大小有關(guān)，但是這種影響在豎直角小于15°是很

70、小的。</p><p>　　2)豎直角觀測(cè)中誤差對(duì)高差的影響隨著邊長(zhǎng)的增大而迅速增大，隨著豎直角的增大而減小。這項(xiàng)影響比測(cè)邊中誤差的影響大的多。特別是在長(zhǎng)邊測(cè)量時(shí)，此項(xiàng)誤差為影響高差精度的主要限制。為減小這項(xiàng)誤差，一是邊長(zhǎng)不要太長(zhǎng)，二是增加豎直角的測(cè)回?cái)?shù)，提高測(cè)角精度使 ；或者使用 測(cè)角精度的全站儀。</p><p>　　3)測(cè)距視線斜距在100-1500m范圍內(nèi)，對(duì)向觀測(cè)法能夠滿(mǎn)足四

71、等水準(zhǔn)測(cè)量。當(dāng)測(cè)距視線斜距邊長(zhǎng)小于100-700m時(shí)，能夠滿(mǎn)足三等水準(zhǔn)精度要求。</p><p>　　4)在測(cè)距視線斜距小于100m時(shí)，儀器高和目標(biāo)高的量取誤差為影響高差精度的主要來(lái)源。</p><p>　　5）但是由于對(duì)向觀測(cè)法假設(shè)對(duì)向觀測(cè)的大氣折光系數(shù)是一樣的，進(jìn)而相互抵消。但是現(xiàn)實(shí)情況很難達(dá)到這種要求。我們現(xiàn)在取兩個(gè)極限折光系數(shù)。0.08和0.14進(jìn)行研究。它對(duì)高差觀測(cè)的影響如表4

72、-3</p><p>　　表4-3 對(duì)向觀測(cè)時(shí)折光誤差對(duì)高差的影響(單位：mm) </p><p>　　當(dāng)測(cè)距視線的平距超過(guò)500米時(shí)，對(duì)高差的影響就達(dá)到1mm。所以我們?cè)跍y(cè)量時(shí)除了要選擇適當(dāng)時(shí)間進(jìn)行，還應(yīng)適當(dāng)?shù)目刂七呴L(zhǎng)長(zhǎng)度，進(jìn)而減少誤差。</p><p>　　4.3 全站儀中間觀測(cè)法的精度分析</p><p>　　現(xiàn)在我們?cè)O(shè)定全站儀邊長(zhǎng)

73、觀測(cè)中誤差為，為全站儀觀測(cè)的斜距；全站儀豎直角觀測(cè)中誤差為；儀器高和目標(biāo)高的量取中誤差為，大氣折光系數(shù)，大氣折光系數(shù)中誤差。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在中間觀測(cè)法中，不同的前后平距和前后平距差對(duì)高差觀測(cè)精度的影響如表4-4。</p><p>　　由表4-4可以看出前后視平距差控制在15m以?xún)?nèi)時(shí)，地球曲率和大氣折光誤差對(duì)高差的影響是較小的。因此本文假設(shè)前后視距平距相等，則對(duì)應(yīng)不同的豎直角， 表示豎直角觀測(cè)中誤差對(duì)高差的影響，

74、表示測(cè)距中誤差對(duì)高差的影響，大氣折光誤差對(duì)高差的影響，儀器高和目標(biāo)高中誤差對(duì)高差的影響。中間法觀測(cè)高差的各值如表4-5所示。</p><p>　　表4-4 中間觀測(cè)法地球曲率和大氣折光對(duì)高差的影響值(單位：mm)</p><p>　　由表4-5可以看出：</p><p>　　1)全站儀測(cè)距中誤差對(duì)高差的影響與豎直角的大小有關(guān)，但是此項(xiàng)誤差相對(duì)于豎直角觀測(cè)中誤差對(duì)

75、高差的影響而言是微小的。</p><p>　　2)豎直角觀測(cè)中誤差對(duì)高差的影響隨著邊長(zhǎng)的增大而迅速增大，同樣隨著角度的增大而增大。這項(xiàng)影響比測(cè)邊中誤差的影響大的多。在長(zhǎng)邊測(cè)量中，此項(xiàng)誤差為影響高差精度的主要限制。為減小這項(xiàng)誤差，一是邊長(zhǎng)不要太長(zhǎng)，二是增加豎直角的測(cè)回?cái)?shù)，提高測(cè)角精度使 ；或者使用 測(cè)角精度的全站儀。</p><p>　　3)斜距在100-1500m范圍內(nèi)，對(duì)向觀測(cè)能夠滿(mǎn)

76、足四等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求。當(dāng)測(cè)距視線斜距邊長(zhǎng)在100-400m時(shí)，能夠滿(mǎn)足三等水準(zhǔn)精度要求。</p><p>　　4)在測(cè)距視線斜距小于100m時(shí)，儀器高和目標(biāo)高的量取誤差為影響高差精度的主要來(lái)源。</p><p>　　5）由表4-4可知，在地形良好的情況下，應(yīng)盡量使前后視距相等（或者最小），這樣能很好的控制高差的精度。</p><p>　　表4-5 中間法觀測(cè)

77、誤差中誤差（單位：mm）</p><p>　　4.4 實(shí)例分析</p><p>　　4.4.1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況</p><p>　　本次試驗(yàn)在理學(xué)院測(cè)繪工程專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)論文學(xué)習(xí)過(guò)程中進(jìn)行的，測(cè)區(qū)位于中南林業(yè)科技大學(xué)長(zhǎng)沙校區(qū)的校園內(nèi)。布設(shè)了一條閉合水準(zhǔn)路線，長(zhǎng)度約為2.5km。由于沒(méi)有已知點(diǎn)的高程原始數(shù)據(jù)，因此建立了一個(gè)獨(dú)立的高程控制網(wǎng)，假設(shè)SZ1號(hào)點(diǎn)的高程為0m。

78、布設(shè)的兩個(gè)高程閉合控制網(wǎng)分別為SZ1-SZ2-SZ3-SZ4-SZ5-SZ6-SZ7-SZ1和SZ7-SZ8-SZ9-DZ10-SZ7如圖4-1所示：</p><p>　　圖4-1 高程測(cè)量路線示意</p><p>　　4.4.2 測(cè)量過(guò)程</p><p>　　一、水準(zhǔn)測(cè)量的儀器選用如表4-6</p><p>　　表4-6水準(zhǔn)測(cè)量所用儀器

79、</p><p>　　三角高程測(cè)量的儀器選用如表4-7</p><p>　　表4-7三角高程測(cè)量所用儀器</p><p>　　此外還需要記錄手簿、鉛筆、小刀、計(jì)算器、鋼尺3把等。</p><p>　　首先對(duì)選用的測(cè)量?jī)x器設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后方能進(jìn)行野外數(shù)據(jù)采集。水準(zhǔn)測(cè)量所使用個(gè)儀器為北京光學(xué)廠生產(chǎn)的S3型水準(zhǔn)儀，以三等水準(zhǔn)測(cè)量的方法和精度要求

80、進(jìn)行觀測(cè)。全站儀測(cè)量采用中南林業(yè)科技大學(xué)測(cè)繪教研室購(gòu)進(jìn)的徠卡TC302型電子全站儀測(cè)角精度為2秒，測(cè)距精度為1mm+1ppm。目標(biāo)棱鏡全部使用三角架進(jìn)行高程控制，測(cè)量時(shí)要求棱鏡基座的水準(zhǔn)管?chē)?yán)格居中。測(cè)量前輸入當(dāng)時(shí)溫度值和氣壓值，儀器可以自動(dòng)進(jìn)行氣象改正，按規(guī)范進(jìn)行三等水準(zhǔn)觀測(cè)。</p><p>　　全站儀的對(duì)向觀測(cè)方法，由于受資源條件限制，不能同時(shí)使用倆全站儀進(jìn)行對(duì)向同時(shí)觀測(cè)，這樣垂直大氣折光系數(shù)誤差就比較大，但

81、是較測(cè)角對(duì)高差的影響還是小的多。中間法觀測(cè)時(shí)，全站儀應(yīng)盡可能的安置于兩個(gè)控制點(diǎn)之間，按“后-前-前-后”的觀測(cè)順序進(jìn)行。無(wú)論何種觀測(cè)方法，全站儀和棱鏡必須嚴(yán)格對(duì)中整平。然后以盤(pán)左盤(pán)右分別瞄準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心，測(cè)量并讀取水平距離和豎直角的值。以上為一測(cè)回。每一測(cè)站需要觀測(cè)兩測(cè)回要求如下：</p><p>　　1）觀測(cè)限差如下表4-8</p><p>　　表4-8 垂直角觀測(cè)及三角高差主要技術(shù)

82、要求</p><p>　　實(shí)施高程導(dǎo)線前，先沿路線選定測(cè)站，視線一般不超過(guò)700m。視線垂直角不得超過(guò)15°，視線高度和離開(kāi)障礙物的距離不得小于140cm；</p><p>　　豎直角與平距都進(jìn)行兩測(cè)回，豎直角測(cè)回差和指標(biāo)差均不能超過(guò)5秒；</p><p>　　儀器高和目標(biāo)高使用鋼尺量取，每一測(cè)站分別在腳架的三個(gè)方向進(jìn)行三次量取，兩次互差不超過(guò)2mm；&l

83、t;/p><p>　　二、具體測(cè)量的實(shí)施過(guò)程如下：</p><p>　　(1)由于校園內(nèi)已知的高等級(jí)水準(zhǔn)點(diǎn)遭到破壞，所以選擇建立獨(dú)立高程控制網(wǎng)，在校園內(nèi)布設(shè)10水準(zhǔn)點(diǎn)，構(gòu)成兩個(gè)閉和環(huán)。先采用三等幾何水準(zhǔn)測(cè)量的方法，測(cè)出環(huán)中所經(jīng)過(guò)的高程控制點(diǎn)高差。選取有利的觀測(cè)時(shí)間，一般選取陰天全天或晴天地方時(shí)的10-16時(shí)進(jìn)行觀測(cè)。</p><p>　　(2)傳統(tǒng)觀測(cè)法：選用對(duì)向觀測(cè)法

84、的正向觀測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。</p><p>　　(3)對(duì)向觀測(cè)法：在SZ1號(hào)點(diǎn)假設(shè)全站儀，在SZ2號(hào)點(diǎn)假設(shè)棱鏡，進(jìn)行2個(gè)測(cè)回的觀測(cè)。全站儀搬至SZ2號(hào)點(diǎn)，棱鏡安置在SZ1號(hào)點(diǎn)進(jìn)行反向觀測(cè)。按上述觀測(cè)方法完成閉合環(huán)的三角高程對(duì)向觀測(cè)方法的的數(shù)據(jù)采集。</p><p>　　(4)中間觀測(cè)法：棱鏡放別安放在SZ1號(hào)點(diǎn)和SZ2號(hào)點(diǎn)，全站儀安置在SZ1號(hào)點(diǎn)和SZ2號(hào)點(diǎn)大概中間的位置（前后視距差不能超過(guò)5m

85、），觀測(cè)順序?yàn)椋骸昂?前-前-后”，觀測(cè)兩個(gè)測(cè)回。結(jié)束后將SZ1號(hào)點(diǎn)的棱鏡安置在SZ3號(hào)點(diǎn)上，全站儀安置在SZ2號(hào)點(diǎn)和SZ3號(hào)點(diǎn)的中間位置，重復(fù)以上觀測(cè)，直至完成閉合環(huán)的三角高程中間法的數(shù)據(jù)采集。</p><p>　　(5)采集數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)檢核，確保準(zhǔn)確無(wú)誤后，再進(jìn)行搬站。如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)超限，應(yīng)立即重測(cè)。</p><p><b>　　三、外業(yè)注意事項(xiàng)</b>&

86、lt;/p><p>　　(1)指定人員負(fù)責(zé)全站儀、水準(zhǔn)儀等檢查每天出工前設(shè)備是否攜帶齊全和收工時(shí)設(shè)備是否完好、齊全，做到認(rèn)真負(fù)責(zé)；</p><p>　　(2)全站儀盡量居中安置,視距差控制在5m左右；</p><p>　　(3)在固定儀器時(shí)，一定要一只手握住儀器提手，另一只手把固定螺旋擰緊。切勿不扶住儀器直接進(jìn)行上緊螺旋，避免儀器墜落，毀壞儀器；</p>

87、<p>　　(4)選擇硬地面作轉(zhuǎn)點(diǎn),用對(duì)中腳架支撐對(duì)中桿棱鏡,棱鏡上安裝覘牌,保持兩棱鏡等高,并輪流作為前鏡和后鏡,同時(shí)將測(cè)段設(shè)成偶數(shù)站,以消除兩棱鏡不等高而產(chǎn)生的殘余誤差影響；</p><p>　　(5)優(yōu)選測(cè)站和鏡點(diǎn),盡量使前、后視豎角的大小接近,并使角值較小</p><p>　　(6)采用后(盤(pán)左) – 前(盤(pán)左) - 前(盤(pán)右) – 后(盤(pán)右)測(cè)量程序,觀測(cè)兩個(gè)測(cè)回；&l

88、t;/p><p>　　(7)按相同的行進(jìn)路線進(jìn)行往返觀測(cè),直接在全站儀中讀取垂直角及視距；</p><p>　　(8)作業(yè)當(dāng)中要時(shí)刻注意周?chē)匦?，避免行人、?chē)輛等對(duì)儀器的刮噌和高空地物的墜落對(duì)儀器造成損壞；</p><p>　　(9)遇到大風(fēng)、大雨即將來(lái)臨，一定要穩(wěn)住儀器或把儀器拆卸裝箱；</p><p>　　(10)遷站時(shí)，如果離測(cè)站遠(yuǎn)，一定要

89、將儀器裝箱后方可遷站；</p><p>　　(11)收工后，待數(shù)據(jù)傳輸完畢，要把儀器及時(shí)裝箱放回到原處，避免他人磕碰。</p><p>　　4.4.3 觀測(cè)結(jié)果分析</p><p>　　外業(yè)觀測(cè)數(shù)據(jù)整理結(jié)果見(jiàn)附表1—附表8。經(jīng)過(guò)內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理得出三等幾何水準(zhǔn)測(cè)量閉合差和三角高程各方法的閉合差，結(jié)果如表4-9：</p><p>　　表4-9

90、各測(cè)量方法閉合差</p><p>　　采用最小二乘原理，對(duì)A、B閉合環(huán)各測(cè)量方法進(jìn)行精度評(píng)定，如表4-10：</p><p>　　表4-10 A、B閉合環(huán)各測(cè)量方法測(cè)的中誤差</p><p>　　根據(jù)表4-9可知，B閉合環(huán)除了水準(zhǔn)測(cè)量方法外，其他測(cè)量方法都超限。我對(duì)其進(jìn)行分析總結(jié)，原因歸納為以下幾點(diǎn)：</p><p>　　1） 在設(shè)置B閉合

91、環(huán)時(shí)，其邊長(zhǎng)的平均值接近400m。由于邊長(zhǎng)較長(zhǎng)，在瞄準(zhǔn)目標(biāo)十字絲難度比較大,造成最終高差閉合差超限。</p><p>　　2） 在測(cè)量B閉合環(huán)時(shí)，光照強(qiáng)度大、地表溫度高，而且測(cè)段時(shí)間在上午10點(diǎn)-12點(diǎn)間，地面水汽浮動(dòng)強(qiáng)烈，這對(duì)觀測(cè)影響大。</p><p>　　3） 觀測(cè)路段行人車(chē)輛多，致使盤(pán)左、盤(pán)右和測(cè)回間的觀測(cè)條件相差太大。</p><p>　　根據(jù)表4-9可知

92、，A閉合環(huán)數(shù)據(jù)精度優(yōu)與B閉合環(huán)的數(shù)據(jù)精度。對(duì)其進(jìn)行總結(jié)分析如下：</p><p>　　傳統(tǒng)觀測(cè)法的高差閉合差超出三等水準(zhǔn)限差要求，精度低于三等水準(zhǔn)測(cè)量。</p><p>　　對(duì)向觀測(cè)法與中間觀測(cè)法的閉合差都能滿(mǎn)足三等水準(zhǔn)限差要求，且中間法的測(cè)量精度還略高于三等水準(zhǔn)精度。</p><p>　　由于在設(shè)置高程控制網(wǎng)時(shí)，A閉合環(huán)的變長(zhǎng)均小于250m，所得的數(shù)據(jù)明顯優(yōu)于設(shè)置

93、長(zhǎng)邊的B閉合環(huán)。</p><p><b>　　5 結(jié)論</b></p><p>　　這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是在工程測(cè)量中三角高程與水準(zhǔn)高程的對(duì)比研究，從最開(kāi)始一無(wú)所知，經(jīng)過(guò)漫漫的學(xué)習(xí)，一點(diǎn)點(diǎn)的了解，到最后完成了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我有很大的收獲，對(duì)三角高程測(cè)量有了更進(jìn)一步的了解，尤其是對(duì)三角高程測(cè)量測(cè)量的誤差分析，讓我學(xué)會(huì)了如何去提高三角高程測(cè)量的精度，對(duì)整個(gè)課題有了一個(gè)整

94、體的把握。</p><p>　　這次主要思路是用全站儀三角高程測(cè)量單向觀測(cè)法、對(duì)向觀測(cè)方法、中間方法采集高程數(shù)據(jù)與三等水準(zhǔn)測(cè)量的公式進(jìn)行推導(dǎo)，得出理論上的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比研究。然后通過(guò)實(shí)例方案具體實(shí)施，采集了的數(shù)據(jù)，并對(duì)其加以分析，通過(guò)對(duì)比分析得到傳統(tǒng)法、對(duì)向法和中間法三角高程測(cè)量精度與三等水準(zhǔn)精度的對(duì)比情況如表5-1；</p><p>　　表5-1 實(shí)例數(shù)據(jù)精度對(duì)比分析結(jié)論總結(jié)</p&

95、gt;<p>　　但是由于條件的限制，我們只有一臺(tái)全站儀，而對(duì)向觀測(cè)是需要兩臺(tái)全站儀來(lái)測(cè)量，所以對(duì)最終的數(shù)據(jù)時(shí)有影響的。通過(guò)實(shí)際的操作和實(shí)施發(fā)現(xiàn)，各種三角高程的測(cè)量方法還是有很多的缺陷，對(duì)測(cè)量結(jié)果也有一定的影響。首先，因?yàn)槭鞘褂靡慌_(tái)儀器來(lái)模擬兩臺(tái)儀器同時(shí)對(duì)向觀測(cè)，這樣就會(huì)差生時(shí)間差，導(dǎo)致外界環(huán)境如氣溫等的改變較大。其次最重要的就是每一測(cè)站需要互換儀器，這樣就一定會(huì)對(duì)三腳架產(chǎn)生影響。最后就是，這種方法的勞動(dòng)量太大，不適合地形

96、復(fù)雜的地區(qū)。</p><p>　　如果能有兩臺(tái)相同的全站儀，那么就能夠大大的提高測(cè)量精度，可以縮短在一測(cè)站上的測(cè)量時(shí)間，實(shí)現(xiàn)同時(shí)觀測(cè)，減弱大氣折光和氣溫變化的影響，消除了互換儀器的影響，大幅度的提高了測(cè)量效率，并且也能大大的提高測(cè)量精度。我相信如果能夠有兩臺(tái)相同的全站儀來(lái)進(jìn)行測(cè)量，那么結(jié)果定能滿(mǎn)足其精度要求，而實(shí)現(xiàn)精密三角高程代替水準(zhǔn)測(cè)量。</p><p>　　由于我們的實(shí)地測(cè)量的數(shù)據(jù)有限

97、，得出的結(jié)論雖然與理論計(jì)算得到的結(jié)果一致，但是沒(méi)辦法進(jìn)行定性定量分析。所以得到的結(jié)論還不夠有說(shuō)服力，今后應(yīng)該繼續(xù)研究論述。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] Whalen.C.T.1981 Trigonometric moforized leveling at the Geodefic.s-uring,NOAA.</

98、p><p>　　[2]番正風(fēng)，楊正堯，程效軍，等.數(shù)字測(cè)圖原理與方法[M].武漢大學(xué)出版社：2004，62-65.</p><p>　　[3]章書(shū)壽，劉志德.EDM三角高程測(cè)量的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].冶金測(cè)繪:1994</p><p>　　[4]張智韜，黃兆銘，楊江濤.全站儀高程測(cè)量方法及精度分析[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào):36(9)</p><p&g

99、t;　　[5]章書(shū)壽，藍(lán)孝奇.機(jī)密三角水準(zhǔn)測(cè)量精度的實(shí)驗(yàn)研究[S].河海大學(xué)</p><p>　　[6]章書(shū)壽等.精密三角高程測(cè)量精度的研究[J]，測(cè)繪通報(bào)，1992（4）</p><p>　　[7]Kahmen H. Determination of refraction-free directions by the two co-lour methed.In:Pelzer(ED) Pr

100、oeworkshop on precise leveling.Hanouver 16-18 Mar 1983</p><p>　　[8]Webb.E.K,Temperature and bumidity structure in the lower atomosphere.Geodetic refraction,Edited by F.K.Brunner.1984</p><p>　　[9

101、]Brunner F.K.The effects of atmosph turbulence on telescopic observations.Bull Geod 56:341-355</p><p>　　[10]孔祥元，郭際明.大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)[M].武漢大學(xué)出版社:2009,76-81,227-230</p><p>　　[11] GB50026-2007,工程測(cè)量規(guī)范</p&

102、gt;<p>　　[12]許秀鳳.全站儀對(duì)向觀測(cè)法三角高程測(cè)量的精度分析[J].江蘇測(cè)繪：第24卷，第1期，2001</p><p>　　[13]寧黎平，賀淑英，喬永利.用全站儀進(jìn)行高程測(cè)量的方法及精度分析[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）：25(1)</p><p>　　[14]何立恒，鮑其勝，魏浩瀚.論全站儀三角高程測(cè)量特點(diǎn)、應(yīng)用及發(fā)展[J].勘察科學(xué)技術(shù)：第3期，200

103、9</p><p>　　[15]李世平.數(shù)字水準(zhǔn)儀在測(cè)量中產(chǎn)生的誤差分析[N].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟(jì)：第12期，2002</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　本研究及學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師###老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到論文

104、的最終完成，張軼輝老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。四年多來(lái)，老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向所有老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。</p><p>　　在此，我還要感謝在一起愉快的大學(xué)四年生活的同學(xué)們，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本文的順利完成。特別感謝-----等同學(xué)，他們對(duì)本論文數(shù)據(jù)采集做了不少工作，給予我很大的幫助。&

105、lt;/p><p>　　在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!最后我還要感謝培養(yǎng)我長(zhǎng)大含辛茹苦的父母，謝謝你們。</p><p><b>　　附表1</b></p><p><b>　　附表2</b></p>

106、<p><b>　　附表3</b></p><p><b>　　附表4</b></p><p><b>　　附表5</b></p><p><b>　　附表6</b></p><p><b>　　附表7</b></p&