高精度全站儀在跨河高程測(cè)量中的應(yīng)用研究

陳資博 華正飛

[摘要]針對(duì)跨河高程測(cè)量問(wèn)題，使用精密全站儀以對(duì)向觀測(cè)法進(jìn)行了實(shí)地跨河三角高程測(cè)量，以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析了三角高程測(cè)量的精度以及大氣折光系數(shù)K等相關(guān)誤差對(duì)于三角高程測(cè)量的影響。通過(guò)跨河高程傳遞實(shí)驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)距離改正和球氣差改正后三角高程精度能夠達(dá)到三等水準(zhǔn)測(cè)量精度，并接近二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。

[關(guān)鍵詞]跨河水準(zhǔn)測(cè)量 精密三角高程測(cè)量 全站儀

[中圖分類號(hào)] O4-34 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-9-242-1

0前言

在實(shí)施高精度水準(zhǔn)測(cè)量過(guò)程中，常常需要實(shí)施跨河水準(zhǔn)測(cè)量，且跨越寬度大多可以選擇在1000 m內(nèi)的河段。利用高精度全站儀按照三角高程測(cè)量方法，可以不受水準(zhǔn)標(biāo)尺尺長(zhǎng)誤差的影響，觀測(cè)視線較高，受大氣折光的干擾較小。高精度全站儀能夠得到很高的測(cè)角和測(cè)距的精度，同時(shí)儀器的自動(dòng)化程度也很高，提高了工作效率。采用高精度全站儀，應(yīng)用三角高程測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)跨河水準(zhǔn)測(cè)量能夠得到較高的測(cè)量成果，并具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1全站儀中間法三角高程測(cè)量

如圖1所示，在已知高程點(diǎn)A和待測(cè)點(diǎn)B上分別安置反光棱鏡，在A、B兩點(diǎn)之間大致中間位置選擇與兩點(diǎn)均通視的O點(diǎn)安置全站儀，采用全站儀中間法三角高程測(cè)量測(cè)定兩點(diǎn)之間的高差誤差主要與測(cè)量斜距、豎直角、目標(biāo)高的誤差以及大氣折光系數(shù)有關(guān)，而與儀器高量測(cè)誤差無(wú)關(guān)，因而克服了儀器高量取精度低的問(wèn)題，有利于提高三角高程測(cè)量精度。若在A、B兩點(diǎn)上采用同一對(duì)對(duì)中桿且不變換高度作為瞄準(zhǔn)目標(biāo)，根據(jù)三角高程測(cè)量原理，考慮地球曲率與大氣折光影響，求高程公式為：

由此可見(jiàn)，用上述的全站儀中間法做三角高程測(cè)量，可以消除儀器高和目標(biāo)高測(cè)量誤差對(duì)測(cè)量高差的影響，使得高差測(cè)量誤差只與距離、豎直角觀測(cè)精度以及大氣折光系數(shù)大小有關(guān)。

2三角高程跨河高程傳遞的精度改正

2.1距離改正

大氣折射是影響距離的主要原因，而大氣折射率與溫度、氣壓和濕度三個(gè)因素關(guān)系密切。濕度對(duì)大氣折射率的影響相對(duì)較小，而且一般的工作環(huán)境中濕度變化相對(duì)不大，除高精度控制網(wǎng)之外，大多數(shù)的測(cè)量工作中可以忽略濕度的影響。 由于各全站儀所采用的調(diào)制光波長(zhǎng)各不相同，所以各個(gè)全站儀的氣象改正公式也各不相同。一般的，全站儀會(huì)根據(jù)所采用的調(diào)制光在說(shuō)明書(shū)中直接給出氣象改正公式。

2.2球氣差系數(shù)C和大氣折光系數(shù)K的確定

大氣垂直折光系數(shù)是隨地區(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，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其在一天內(nèi)的變化，大致在中午前后數(shù)值最小，也較穩(wěn)定；日出、日落時(shí)數(shù)值最大，變化也快。因而垂直角觀測(cè)時(shí)間最好是在當(dāng)?shù)貢r(shí)間10時(shí)到16時(shí)之間，此時(shí)值在0.08～0.14之間。確定C值主要有兩種方法：一是根據(jù)水準(zhǔn)測(cè)量的觀測(cè)成果，二是根據(jù)同時(shí)對(duì)向觀測(cè)的垂直角計(jì)算，無(wú)論是用哪不能根據(jù)一兩次測(cè)定的結(jié)果確定一個(gè)地區(qū)的平均大氣折光系數(shù)，而必須從大量的三角高程測(cè)量數(shù)據(jù)中推算出來(lái)，然后再取平均值才較為可靠。

3算例

對(duì)向觀測(cè)所需要的條件是兩點(diǎn)通視，中間法觀測(cè)則要求能把儀器安置在離兩待測(cè)點(diǎn)基本等距處。布設(shè)點(diǎn)圖以及點(diǎn)號(hào)如圖2所示。

三角高程實(shí)驗(yàn)使用DYM3型空盒氣壓表讀取溫度和氣壓值，用拓普康GPT3002全站儀進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)，每個(gè)測(cè)站正倒鏡觀測(cè)4個(gè)測(cè)回得到平距和垂直角的原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理取平均值得到三角高程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如表1所示。

三角高程測(cè)量本測(cè)段的高差閉合差為-16.62mm，最大偶然中誤差為1.11mm。誤差結(jié)果與規(guī)范相比較，如表2所示。

4結(jié)論

（1）測(cè)距誤差和大氣折光通過(guò)氣象改正來(lái)減弱，測(cè)角誤差需要使用更高精度的儀器或者增加測(cè)回?cái)?shù)來(lái)消除，量高誤差可以使用本文中的方法來(lái)減弱或者尋找更好的方法來(lái)代替。

（2）三角高程測(cè)量的精度可以達(dá)到三等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求，而且較為接近二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求，如果使用更高精度的儀器、更加規(guī)范的操作，精度是可以進(jìn)一步提高的，是完全有可能達(dá)到二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度要求的。

參考文獻(xiàn)

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