全站儀三維導(dǎo)線平差模型探討

張?zhí)旒t　黃金鑫

摘 要：文章在全站儀三角高程測量可以用來代替水準(zhǔn)測量的前提下，研究三維導(dǎo)線的平差模型及數(shù)據(jù)處理軟件。

關(guān)鍵詞：全站儀；高程測量；三維導(dǎo)線；平差模型；程序設(shè)計(jì)

1 全站儀用于三角高程測量

用水準(zhǔn)測量的方法測定點(diǎn)與點(diǎn)之間的高差，即可由已知高程點(diǎn)求得另一點(diǎn)的高程。應(yīng)用這種方法獲得的高程精度較高，普遍用于建立國家高程控制點(diǎn)及測定高級(jí)地形控制點(diǎn)的高程。但是在地形起伏較大的地區(qū)或不便進(jìn)行水準(zhǔn)測量的地區(qū)，采用此種方法獲得高程數(shù)據(jù)的進(jìn)程較慢，甚至非常困難，這時(shí)常采用三角高程測量的方法來采集高程數(shù)據(jù)。

2 全站儀用于三維數(shù)據(jù)采集

用全站儀進(jìn)行三維數(shù)據(jù)采集時(shí)觀測的數(shù)據(jù)是水平角、天頂距和斜距，這些數(shù)據(jù)既可以記錄在電子手簿中內(nèi)業(yè)計(jì)算時(shí)傳入計(jì)算機(jī)，也可由專人手工記錄，在計(jì)算時(shí)手工輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)。實(shí)際測量時(shí)還須量取儀器高、棱鏡高。精度要求比較高時(shí)，在內(nèi)業(yè)計(jì)算中還須考慮地球曲率、大氣折光等的影響。

3 三維導(dǎo)線平差模型的建立

在測繪工程中，數(shù)據(jù)處理是獲得優(yōu)良成果的關(guān)鍵一環(huán)。平差是根據(jù)一定的平差準(zhǔn)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得觀測數(shù)據(jù)的最佳估值，在經(jīng)典平差中所依據(jù)的準(zhǔn)則是最小二乘原理。常用的平差方法是條件平差和間接平差，其模型如下。

4 基于全站儀三維觀測數(shù)據(jù)的程序設(shè)計(jì)

程序中采用ADO控件與數(shù)據(jù)庫連接，通過DataGrid控件輸入已知數(shù)據(jù)和觀測數(shù)據(jù)，計(jì)算完成后的導(dǎo)線點(diǎn)近似坐標(biāo)也通過該控件以表格的形式顯示。

4.1 連接數(shù)據(jù)庫

連接數(shù)據(jù)庫時(shí)，設(shè)置ADO控件屬性值。

4.2 導(dǎo)線的搜索

在代碼中定義三個(gè)二維數(shù)組，其中knowdata（）用來在運(yùn)算過程中存儲(chǔ)起始數(shù)據(jù)，ssarry（）用來在運(yùn)算過程中存儲(chǔ)觀測數(shù)據(jù)，dxindex（）用來在導(dǎo)線搜索過程中存儲(chǔ)導(dǎo)線點(diǎn)名。以上三個(gè)二維數(shù)組的結(jié)構(gòu)如下：

（1）把觀測數(shù)據(jù)讀入二維數(shù)組ssarry（）中，讀取第一行記錄并把測站點(diǎn)名和“右點(diǎn)”點(diǎn)名記錄到數(shù)組dxindex（）中，并將其序號(hào)設(shè)置為0，用來表示該條記錄已經(jīng)被采用；

（2）讀取第i行記錄，若其測站點(diǎn)名與數(shù)組dxindex（）中記錄的最后一個(gè)點(diǎn)相同，則考察其“右點(diǎn)”點(diǎn)名，若“右點(diǎn)”點(diǎn)名與上一個(gè)被采用的記錄的測站點(diǎn)名不同則把該點(diǎn)記錄到數(shù)組dxindex（）中并將其序號(hào)設(shè)置為0，若“右點(diǎn)”點(diǎn)名與上一個(gè)被采用的記錄的測站點(diǎn)名相同則表示此時(shí)導(dǎo)線的搜索正按原路返回，此時(shí)考察第i條記錄的“左點(diǎn)”點(diǎn)名，若“左點(diǎn)”點(diǎn)名與上一個(gè)被采用的記錄的測站點(diǎn)名不同則把該點(diǎn)記錄到數(shù)組dxindex（）中并將第i條記錄的序號(hào)設(shè)置為0，若“左點(diǎn)”點(diǎn)名與上一個(gè)被采用的記錄的測站點(diǎn)名相同，則表示一條導(dǎo)線搜索完成，二維數(shù)組的行號(hào)加一，列號(hào)置零，準(zhǔn)備下一導(dǎo)線的存儲(chǔ)。

（3）考察數(shù)組dxindex（）中記錄的最后一個(gè)點(diǎn)，若該點(diǎn)為已知點(diǎn)則表示一條導(dǎo)線搜索完成，二維數(shù)組的行號(hào)加一，列號(hào)置零，準(zhǔn)備下一導(dǎo)線的存儲(chǔ)。

（4）搜索到最后一行記錄時(shí)，看是否所有的記錄都已經(jīng)被采用，若是則結(jié)束搜索，若否則轉(zhuǎn)（2），繼續(xù)搜索。

4.3 導(dǎo)線的計(jì)算

依據(jù)上述搜索得到的點(diǎn)序進(jìn)行導(dǎo)線的計(jì)算，并依據(jù)計(jì)算得到的導(dǎo)線點(diǎn)近似坐標(biāo)繪制導(dǎo)線計(jì)算略圖。

5 算例分析

建立的基于全站儀三維觀測數(shù)據(jù)的三維導(dǎo)線平差數(shù)學(xué)模型，結(jié)合野外數(shù)據(jù)采集的實(shí)例，分別進(jìn)行三維導(dǎo)線近似平差和平面導(dǎo)線、三角高程近似平差計(jì)算，算出近似坐標(biāo)和高程并將其平差成果進(jìn)行比較，具體過程如下。

上述計(jì)算成果表明水準(zhǔn)測量得到的高程精度高于三角高程測量的精度，但在四等以下使用三角高程觀測成果進(jìn)行計(jì)算已經(jīng)能夠滿足相應(yīng)等級(jí)的精度要求，所以可以用全站儀同步采集控制網(wǎng)的三維觀測數(shù)據(jù)整體平差計(jì)算。

通過實(shí)例計(jì)算分析，比較了三維導(dǎo)線的程序計(jì)算成果和平面導(dǎo)線控制與高程控制分別計(jì)算的成果。根據(jù)比較分析可知，三角高程的精度不如水準(zhǔn)測量的精度，但是在四等及以下的高程控制中，三角高程的精度能夠滿足需求，從而初步說明，基于全站儀三維觀測數(shù)據(jù)平差的可行性、科學(xué)性與正確性。

6 結(jié)束語

文章通過對(duì)基于全站儀三維觀測數(shù)據(jù)平差的研究，推導(dǎo)出了三維導(dǎo)線網(wǎng)平差的條件平差模型和間接平差模型，并編制了相關(guān)的計(jì)算程序，用來實(shí)現(xiàn)控制點(diǎn)近似坐標(biāo)的自動(dòng)推算，依據(jù)近似坐標(biāo)繪制控制網(wǎng)計(jì)算略圖。

作者簡介：張?zhí)旒t（1981，9-），女，黑龍江省哈爾濱市（籍貫），現(xiàn)職稱：中級(jí)工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：測繪。