全站仪三角高程测量精度分析报告

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1、word全站仪三角高程测量精度分析作者 修涛内容摘要 全站仪三角高程测量具有效率高，实施灵活等优点。全站仪三角高程测量可以代替水准测量进展高程控制，主要有对向观测法和中间观测法。在这两种方法中，前者将大气折光系数作为常数考虑，认为各个方向的折光系数一样，这与实际的情况有出入。而中间观测法如此将大气折光系数作为变量处理，并加以改正。经研究并通过实践验证，在观测结果进展修正的条件下，全站仪三角高程测量完全能达到三、四等水准测量的精度要求，同时可借助Excel强大的数据处理能力，使观测数据的处理更为方便快捷1。文章根据三角高程测量原理与误差传播定律，对全站仪三角高程测量在测量中的应用与精度进展了探讨

2、。对三角高程测量的不同方法进展了比照、分析总结。通过试验，对全站仪水准法三角高程测量进展了精度分析。关键词全站仪；三角高程测量；精度分析Total Station trigonometric leveling accuracy analysisAbstract Total Station trigonometric leveling with high efficiency, the implementation of the advantages of flexible. Total Station trigonometric leveling can replace the standar

3、d of measurement for elevation control, mainly on the observation method to the observational method and intermediate. In both methods, the former take into account atmospheric refraction coefficient as a constant, that the refraction coefficient in each direction, this discrepancy with the actual s

4、ituation. While the rule of the middle observation of atmospheric refraction coefficient as a variable processing and correction. Research and verify through practice, Total Station trigonometric leveling observations amendment can fully meet the accuracy requirements of the third and fourth level m

5、easurement, Can take advantage of Excels powerful data processing capabilities, more convenient to make the processing of observational data.Article based on trigonometric leveling principle and law of error propagation, Total Station trigonometric leveling application and accuracy in the measuremen

6、t are discussed. Different methods of measurement for triangulation were pared, analyzed and summarized. Trigonometric leveling Total Station Standards test, measurement accuracy analysis.Key words Electronic Total Station;trigonometric leveling;accuracy analysis23 / 28目 录摘要IAbstractII第一章全站仪1全站仪的介绍1

7、全站仪的工作原理1全站仪的开展和简史2全站仪的分类3全站仪的结构5全站仪的主要特点6全站仪操作须知事项7全站仪的主要功能8水平角测量8距离测量8坐标测量9全站仪的数据通讯9全站仪的检验10全站仪整平以与气泡校正10垂直度盘安装过程中的误差分析与其校正11检验12第二章全站仪三角高程测量的原理14三角高程测量定义14三角高程测量根本原理14全站仪三角高程测量的技术指标17第三章全站仪三角高程测量方法19三角高程测量的传统方法19单向精细三角高程测量方法20全站仪对边测量三角高程测量法21全站仪水准法三角高程测量22对向观测法22中间观测法23第四章全站仪三角高程测量精度分析26全站仪三角高程测量

8、精度分析26大气对光电测距精度的影响27削减大气对测距精度影响的途径27光电测距的最优观测时间28根据大气模型进展修正28不同观测方法误差的共同点29提高全站仪三角高程测量精度的措施29第五章 全站仪三角高程测量的应用实例31工程概况31准备工作31现场测量与须知事项32内业整理计算分析32求K值32技术小结33对三角高程的误差、精度进展分析33做好测量前准备工作33工程总结34第六章结语35第一章 全站仪全站仪，即全站型电子速测仪Electronic Total Station。是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离斜距、平距、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因

9、其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比拟电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可防止读数误差的产生。电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以与数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。 全站仪的开展经历了从组合式即光电测距仪与光学经纬仪组合，或光电测距仪与电子经纬仪组合，到整体式即将光电测距仪的光波发射接收系统的光轴和经纬仪的视准轴组合为同轴的整体式全站仪等几个阶段。随着电子测距技术的出现，大大地推动了速测仪的开展。用电磁波测距仪代替光学视距

10、经纬仪，使得测程更大、测量时间更短、精度更高。人们将距离由电磁波测距仪测定的速测仪笼统地称之为“电子速测仪Electronic Tachymeter。 全站型电子速测仪如此是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。由于全站型电子速测仪较完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，所以人们也通常称之为全站型电子速测仪或简称全站仪。全站仪采用了光电扫描测角系统，其类型主要有：编码盘测角系统、光栅盘测角系统与动态光栅盘测角系统等三种。全站仪按其外观结构可分为两类： 1积木型Modular，又称组合型 早期的全站

11、仪，大都是积木型结构，即电子速测仪、电子经纬仪、电子记录器各是一个整体，可以别离使用，也可以通过电缆或接口把它们组合起来，形成完整的全站仪。 2整体性Integral 随着电子测距仪进一步的轻巧化，现代的全站仪大都把测距，测角和记录单元在光学、机械等方面设计成一个不可分割的整体，其中测距仪的发射轴、接收轴和望远镜视准轴为同轴结构。全站仪按测量功能分类，可分成四类： 1经典型全站仪Classical total station 经典型全站仪也称为常规全站仪，它具备全站仪电子测角、电子测距和数据自动记录等根本功能，有的还可以运行厂家或用户自主开发的机载测量程序。 2机动型全站仪Motorized

12、total station 在经典全站仪的根底上安装轴系步进电机，可自动驱动全站仪照准部和望远镜的旋转。在计算机的在线控制下，机动型系列全站仪可按计算机给定的方向值自动照准目标，并可实现自动正、倒镜测量。 3无合作目标性全站仪Reflector less total station 无合作目标型全站仪是指在无反射棱镜的条件下，可对一般的目标直接测距的全站仪。因此，对不便安置反射棱镜的目标进展测量，无合作目标型全站仪具有明显优势。 4智能型全站仪Robotic total station 在机动化全站仪的根底上，仪器安装自动目标识别与照准的新功能，因此在自动化的进程中，全站仪进一步克制了需要人工

13、照准目标的重大缺陷，实现了全站仪的智能化。全站仪几乎可以用在所有的测量领域。电子全站仪由电源局部、测角系统、测距系统、数据处理局部、通讯接口、与显示屏、键盘等组成。1同轴望远镜全站仪的望远镜实现了视准轴、测距光波的发射、接收光轴同轴化。同轴化的根本原理是：在望远物镜与调焦透镜间设置分光棱镜系统，通过该系统实现望远镜的多功能，即既可瞄准目标，使之成像于十字丝分划板，进展角度测量。同时其测距局部的外光路系统又能使测距局部的光敏二极管发射的调制红外光在经物镜射向反光棱镜后，经同一路径反射回来，再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收；为测距需要在仪器内部另设一内光路系统，通过分光棱镜系统中的光导纤维将

14、由光敏二极管发射的调制红外光传送给光电二极管接收，进展而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间，计算实测距离。 2双轴自动补偿双轴自动补偿的所采用的构造现有水平，包括Top-con，Trimble：使用一水泡该水泡不是从外部可以看到的，与检验校正中所描述的不是一个水泡来标定绝对水平面，该水泡是中间填充液体，两端是气体。在水泡的上部两侧各放置一发光二极管，而在水泡的下部两侧各放置一光电管，用一接收发光二极管透过水泡发出的光。而后，通过运算电路比拟两二极管获得的光的强度。当在初始位置，即绝对水平时，将运算值置零。当作业中全站仪器倾斜时，运算电路实时计算出光强的差值，从而换算成倾斜的位移，将

15、此信息传达给控制系统，以决定自动补偿的值。自动补偿的方式初由微处理器计算后修正输出，从而使轴时刻保证绝对水平。 3键盘键盘是全站仪在测量时输入操作指令或数据的硬件，全站型仪器的键盘和显示屏均为双面式，便于正、倒镜作业时操作。 4存储器全站仪存储器的作用是将实时采集的测量数据存储起来，再根据需要传送到其它设备如计算机等中，供进一步的处理或利用，全站仪的存储器有内存储器和存储卡两种。 5通讯接口全站仪可以通过RS-232C通讯接口和通讯电缆将内存中存储的数据输入计算机，或将计算机中的数据和信息经通讯电缆传输给全站仪，实现双向信息传输。全站仪的主要特点如下：1电脑操作系统：全站仪具有像通常PC级一样

16、的DOS操作系统。2大屏幕显示：可显示数字、文字、图像，也可显示电子气泡居中情况，以提高仪器安置的速度与精度，并采用人机对话式控制面板。3大容量内存：一般内存在1M以上，其中主内存有640K，数据内存320K，程序内存512K，扩展内存512K。4采用国际计算机通用磁卡：所有测量信息都以文件形式记入磁卡或电子记录簿，磁卡优先采用无触点感应式，可以长期保存数据。5自动补偿功能：补偿器装有双轴倾斜传感器，能直接检测出仪器的垂直轴，在视准轴方向和横轴方向上的倾斜量，经仪器处理计算出改正值并对垂直方向和水平方向值加以改正，提高测角精度。6测距时间短，耗电量低。1理解概念。2了解测量原理：全站仪的测量原

17、理包括电子经纬仪测角、光电测距仪测距、电子补偿器自动补偿改正、电子计算机自动数据处理等。3明确测量功能：全站仪是一个由测距仪、电子经纬仪、电子补偿器、微处理机组合的整体，测量功能可分为根本测量功能和程序测量功能。4熟悉操作步骤：由于全站仪完全是按人们预置的作业程序、功能和参数设置进展工作的，所以必须按正确的操作步骤观测，才能得到正确的观测成果。5观测前的准备工作安装电池、对中整平、开机。零设置：水平方向转动仪器一周设置水平度盘零位、垂直方向转动望远镜一周设置垂直度盘零位。选择仪器功能：开机为根本测量功能，根据测量内容选择仪器程序测量功能。6外业观测步骤瞄准：准确瞄准目标棱镜中心。观测：按仪器功

18、能的操作程序观测。记录：记录或存储观测数据。7观测完毕应检查记录，无误后方可关机、迁站。8合理设置仪器参数：仪器的各项改正是按设置的仪器参数，经微处理器对原始观测数据计算并改正后，显示观测数据和计算数据的。只有合理设置仪器参数，才能得到高精度的观测成果。9正确选择测量模式：全站仪的测量模式很多，不同型号的仪器某某小异。所有测量模式按相应的数学模型程序预置在仪器微处理器内，使用时必须按规定操作程序进展，否如此会导致测量数据出现错误。全站仪具有角度测量、距离斜距、平距、高差测量、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种用途。内置专用软件后，功能还可进一步拓展。 全站仪的根本操作与使用方

19、法 ： 1按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。 2设置A方向的水平度盘读数为。 3照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。 1设置棱镜常数。测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进展改正。 2设置大气改正值或气温、气压值。 光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值也可直接输入大气改正值，并对测距结果进展改正。 3量仪器高、棱镜高并输入全站仪。4距离测量。照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显

20、示斜距、平距、高差。 1设定测站点的三维坐标。 2设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的坐标时，全站仪会自动计算后视方向的方位角，并设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。 3设置棱镜常数。 4设置大气改正值或气温、气压值。 5量仪器高、棱镜高并输入全站仪。 6照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。 全站仪的数据通讯是指全站仪与电子计算机之间进展的双向数据交换。全站仪与计算机之间的数据通讯的方式主要有两种，一种是利用全站仪配置的PCMCIA卡进展数字通讯，特点是通用性强，各种电子产品间均可互换使用；另一种是利用全站仪的通讯接口，通过电

21、缆进展数据传输。 正确调平仪器的方法： (1架设：将仪器架设到稳固的三脚架上，旋紧中心螺旋。2粗平：看圆气泡精度相对较低，一般为1分，分别旋转仪器的3个脚螺旋将仪器大致整平。(3精平：使仪器照准部上的管状水准器或者称长气泡管平行于任意一对脚螺旋，旋转两脚螺旋使气泡居中；然后，将照准部旋转90，旋转另外一个脚螺旋使长气泡管气泡居中。 (4检验：将仪器照准部再旋转90，假如长气泡管气泡仍居中，表示已经整平；假如有偏差，请重复步骤3。正常情况下重复12次就会好了。 气泡是否有问题的检验： (1架设：将仪器架设到稳固的三脚架上，旋紧中心螺旋。 (2粗平：看圆气泡精度相对较低，一般为1分，分别旋转仪器的

22、3个脚螺旋将仪器大致整平。 (3精平同时进展检验：使仪器照准部上的管状水准器平行于任意一对脚螺旋，旋转两脚螺旋使气泡居中；然后将照准部旋转180，此时假如气泡仍然居中，如此管状水准器轴垂直于竖轴。如气泡不居中，就需要校正。 校正方法： 1按照检验的步骤进展到第3步，确定偏差量即气泡偏离中间的差量。 2用改针调整长气泡管的校正螺钉，使气泡返回偏差量的1/4。假如前面的差量无法准确知道，这里可大概改正；然后重复检验步骤的第3步骤。 3重复前面步骤，一般重复12次即可调好。调好后，再按照整平步骤进展仪器整平。 垂直度盘由主光栅、指示光栅、指示光栅座、轴和轴套组成，在垂直度盘安装过程中会产生竖盘指标差

23、和水平轴倾斜误差。竖盘指标差是由于固定指示光栅安装不正确引起的，是指当视准轴水平时，垂直度盘读数不为90度。校正分为两种：一种是机械校正，一种是通过软件校正。机械校正，松开指示光栅座与支架连接的4个螺钉，旋转调整指示光栅座，再次进展盘左盘右测量计算指标差，直到满足需要为止。软件校正：启动仪器的指标差校正程序，按显示屏提示，盘左、盘右照准平行光管，提取指标差差值并存储，经上述校正后，仪器显示的角度为校正指标差后的值，即指标处于正确安装位置时的值。水平轴倾斜误差是由于支撑水平轴二支架的高度不等高造成的，当水平轴倾斜误差过大时，可通过调整垂直度盘上的指示光栅座同支架的相对位置来校正，也可根据软件进展

24、补偿。1照准部水准轴应垂直于竖轴的检验和校正。检验时先将仪器大致整平，转动照准部使其水准管与任意两个脚螺旋的连线平行，调整脚螺旋使气泡居中，然后将照准部旋转180度，假如气泡仍然居中如此说明条件满足，否如此应进展校正。 2十字丝竖丝应垂直于横轴的检验和校正。 检验时用十字丝竖丝瞄准一清晰小点，使望远镜绕横轴上下转动，如果小点始终在竖丝上移动如此条件满足，否如此需要进展校正。 3视准轴应垂直于横轴的检验和校正。选择一水平位置的目标，盘左盘右观测之，取它们的读数顾与常数180度即得两倍的c。 4横轴应垂直于竖轴的检验和校正。选择较高墙壁近处安置仪器。以盘左位置瞄准墙壁高处一点p仰角最好大于30度，

25、放平望远镜在墙上定出一点。倒转望远镜，盘右再瞄准p点，又放平望远镜在墙上定出另一点。如果与重合，如此条件满足，否如此需要校正。第二章 全站仪三角高程测量的原理三角高程测量trigonometric leveling，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根本方法2。随着科学技术的高速开展，测量设备也不断换代更新。全站仪现已普遍用于控制测量、地形测量与工程测量中，并以其简捷的测量手段，高速的电脑计算和准确的边长测量，被广阔测绘人员所钟爱。三角高程测量的根本原理如图2.1，A、B为地面上两点，自A点观测B点的竖直角为，

26、S为两点间水平距离，i为A点仪器高，i为B点觇标高，如此A、B两点间高差为，上式是假设地球外表为一平面，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，必须顾与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。3.。等级仪器测回数指标差较差()竖直角较差()对向观测高差较差(mm)附合或环形闭合差mm三丝法中丝法四等3五等12传统的几何水准测量在坡度较大的地区难以实施，由于测站太多，精度很难保证。利用三角高程测量时，由于大气折光误差、垂直角观测误差以与丈量仪器仪器高和目标高的误差影像，精度很难有显著的提高。理论

27、和实践明确，当距离小于400m时，大气折光的影像不是主要的。因此只要采取一定的观测措施，达到毫米级的精度是可能的。第三章 全站仪三角高程测量方法三角高程测量的传统方法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4。经过长期摸索，总结出一种新的方法进展三角高程测量。

28、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。如图3.1所示，设A，B为地面上高度不同的两点。A点高程，只要知道A点对B点的高差即可由得到B点的高程H。此主题相关图片如下：图中：D为A、B两点间的水平距离，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，H为A点高程，H为B点高程。V为全站仪望远镜和棱镜之间的高差。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H，可在A点架设全站仪，在B点竖立跟踪杆，观测垂直角，并直接量取仪器高

29、i和棱镜高t，假如A，B两点间的水平距离为D，如此。故。这就是三角高程测量的根本公式，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，才比拟准确。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。这里不表示如何进展球差和气差的改正，只就三角高程测量方法的一般原理进展阐述。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：1全站仪必须架设在高程点上。2要测出待测点的高程，必须量取仪器高和棱镜高。传统三角高程测量是以水平面为基准面和照准光线沿直线传播为前提的。因此，只有当A，B两点相距较远时，如此必须考虑地球弯曲和大气折光的影响。通常把地

30、球弯曲和大气折光对高差的影响分别叫做“球差和“气差，简称两差。两差的综合改正叫“两差改正。考虑“两差改正的单向三角高程测量公式为：(式3.1)式中：D光电测距仪显示的水平距离；为竖直角度；i为仪器高；v为觇标高；k为大气折光系数；R为地球半径(6371Km)。全站仪“对边测量三角高程测量法，即利用全站仪自身自带“对边测量功能，即在不搬动仪器的情况下，直接测量多个目标点与某一起始点间的斜距、平距和高差。以索佳510型全站仪为例，S为斜距，H为平距，V为目标点与起始点间的高差，如图3.3所示，操作如下。(1)照准起始点，在测量模式菜单下按测量开始测量，待显示出测量值后按停停止测量，或在对边功能键下

31、按观测。(2)照准目标点，在对边功能键下按对边对目标点进展测量。(3)照准下一目标点并按对边对目标点进展测量。用同样的方法测量各目标点与起始点间的斜距、平距和高差。按S可显示出目标点与起始点间的坡度。照准起始点后按观测可对起始点重新进展测量。最后测量的目标点可被设置为后面测量的起始点。在对某一目标点测量完毕后按起点再按YES。该目标点就成为后面测量的起始点。此时屏幕显示测站点至当前瞄准点间的距离等信息。因不考虑本身仪器高，故具体公式为： 根据上述公式，假如每次在两相邻水准点上放置的觇标高相等，即，上式如此可表示为：式3.3此情况可不量取仪器高和觇标高，消除了觇标高量取误差，加快了施测的速度。即

32、在实际施工过程中，把全站仪当作用来转递高差的“特殊水准仪使用。K值随气温、气压、湿度和空气密度等的不同而变化，并随地区、季节、气候、地形条件、地面植被和地面高度等的不同而变化。为了更好的消除地球弯曲和大气折光的影响，常采用对向观测的方法，即分别在需求高差的两水准点进展相向观测平距、竖直角，并分别量取仪器高、觇标高。在对向观测法中，一般将大气折光作为常数考虑；或者虽然把大气折光系数作为变量，却没有考虑不同方向折光系数差异性。为了测定A、B点之间的高差h，在A点架设全站仪，在B点架设棱镜。设S是A、B两点之间的倾斜距离，为全站仪照准棱镜中心的竖直角，i为仪器高，v为棱镜高，k为大气折光系数，R为地

33、球曲率半径，如此A、B两点之间单向观测高差为:h=Ssin+S+i-v (式3.4)同理，由B点向A点进展对向观测，假设两次观测是在一样的气象条件下进展的，如此取双向观测的平均值可以抵消其球曲率和大气折光的影响，并得到A、B两点对向观测平均高差为：=S-S+(i-v)-(i-v) (式3.5)根据误差传播定律，得到(式3.5)计算高差中误差为：(式3.6)设m=m- m；m=m=m；m=m=m=m=m；S = S =S ，|=| =，如此式3.6可化简为：(式3.7)如果取测角标准差，测距标准差mm，仪器高和棱镜高量取中误差mm，如此对应不同的竖直角和倾斜距离S，对向观测高差的中误差见表3.1

34、所示。表3.1 对向观测高差中误差单位mm竖直角对向观测距离m5015025035045055065085095051525354555从实验数据分析可看出:对向观测高差中误差随着竖直角与视线斜距的增大而增大。对于短测距边长，仪器高和棱镜高量测误差是全站仪三角高程的主要误差。假如取二倍中误差作为三角高程极限误差，如此对于测角中误差为全站仪，对向观测法在测距边长大于100 m情况下，其三角高程精度可以满足三等水准限差要求。不同方向的大气折光系数是有差异的，因而简单地进展对向观测加以抵消与实际的情况有出入。为了提高三角高程观测精度，可采用中间观测法，即将全站仪置于A和B两点大致中间位置处，设S、S

35、 分别为测站与测点A和B之间的倾斜距离；、分别为测站与测点A和B之间的水平距离；、为全站仪照准棱镜中心的竖直角；i 为仪器高；、 为棱镜高；R为地球曲率半径。以折光系数为方向变量，取2个不同方向的大气折光系数分别为，如此测点A和B之间的观测法高差为：(式3.8)由于，如此上式化简为： (式3.9)同理，设；，如此有误差传播定律，可推导出中间法观测高差的中误差为： (式3.10)如果取测角标准差，测距标准差mm，仪器高和棱镜高量取中误差mm，大气折光系数，大气折光系数中误差，通过实验发现，在中间观测法中，不同的平距，对最终高差观测精度影响较小，因此本文假设，如此对应不同竖直角，中间法观测高差的中

36、误差如表3.2所示。表3.2 中间观测高差中误差单位：mm竖直角观测平距m200400600800100012001400160018002000001010101515202020从上述实验数据分析可以看出中间观测法高差中误差随竖直角和观测平距的增大而增大。当观测平距小于600m时，高差观测精度明显较高；而当观测平距大于600m时，观测高差中误差发生较大的变化，即精度下降。假如取二倍中误差作为三角高程中间观测法高差的极限误差，在测距边长不大于1600m时，其三角高程精度可以满足三等水准限差要求。为了对全站仪三角高程测量的精度进展更好的分析，利用前面所推导的中误差公式，对不同的测量距离，不同的

37、竖直角进展精度估算，并取2倍的中误差作为极限误差。以工程中常用的J全站仪为例，取测距标称精度为。测距按1km计算，取，仪器高与棱镜高的量取误差m=。通过比拟可以看出对向观测高程测量精度比中间观测高程测量精度要好。对向观测高程测量在距离小于1200m，竖直角小于30时，其精度能满足四等水准的精度要求。当距离大于200m且小于600m，竖直角小于30时，对向观测可满足三等水准测量的精度要求。第四章 全站仪三角高程测量精度分析根据三角高程测量中误差计算公式，可计算每测段高差中误差与归算为每千米路线的高差中误差。如果垂直作业按平地、丘陵和山地的平均值，取为；垂直角观测采用级全站仪观测；取；边长测量中误

38、差按全站仪测距精度计算；大气垂直折光系数中误差取，、均按8mm计算。可以看出仪器高与觇标高的量取误差较大，影响了整个三角高程的测量精度，假如加大测段边长，可相对减小仪器高与觇标高的量取误差。因此，全站仪三角高程测量，测段边长在500800米间，其高差测量精度较好，可代替精度较低的水准测量。如城市工程水准测量、线路水准测量等。表4.1 全站仪三角高程精度表11020三等水准限差四等水准限差项目mmmS(m)2mh2mh2mh12mm20mm5010030050070010002000标称精度通常是指仪器核心部件的设计加工精度和标准观测精度，只有在理想的环境条件下才有可能实现。光电测距的误差源包括

39、真空光速误差、频率误差、大气折射率误差、相位测量误差、加常数测定误差、周期误差、测定误差和对中误差等。其中，大气折射率误差的影响最为显著，是影响精细测距的最主要因素5。大气折射率误差包括计算公式本身的误差、温度误差、气压误差和湿度误差，其中，温度误差是主要影响因素。温度误差包括测温仪表本身的误差、观测误差和代表性误差，其中又以代表性误差的影响最为严重。所谓温度代表性误差是指用测站和镜站两点的温度观测值的平均值代替整条测线的平均温度时存在的偏差。由温度代表性误差所导致的大气折射率误差称为光电测距的气象代表性误差，又叫折射率异常 6。光电测距气象代表性误差是不能通过对向观测的方法来抵偿的。减小气象

40、代表性误差的有效途径，主要有以下几种1用双载波或多载波仪器观测；2 利用热气球或直升飞机沿测线测量各点的气象元素, 然后进展改正；3 在最优观测时间作业；4 建立大气模型进展修正。光电测距的最优观测时间就是近地层气温梯度的逆转时刻。在气温梯度逆转时刻的前后，虽然上、下温差不等于零，但其绝对值较小，相应的气象代表性误差也较小。所以，近地层气温梯度逆转时刻是光电测距的最优时刻，以此时刻为中心的一个不太长的时间段(如0.5h)是测距的最优作业时间 7。选择最优的观测时间进展测距作业，虽能有效减小气象代表性误差，并且不会增加任何作业本钱,但实际的可测时间却大大减少了，从而会影响测量工程的进度与效率。因

41、此，从生产应用的角度来考虑，不受时间限制的大气模型修正法将更有价值。此类修正法多是基于近地面大气层的垂直温度分布模型，利用测、镜站的温差观测值估算测线上其它点的温度，再计算侧线温度的几何平均值。在上述介绍的两种全站仪三角高程测量方法中，无论是对向观测法还是中间法观测，观测高差中误差均随着竖直角和观测距离的增大而增大。这说明在三角高程的高差测量中，应尽量控制竖直角和观测距离在一定X围内。其次，当视线距离较小时，仪器高和棱镜高量测误差是全站仪三角高程的主要误差。1影响高差测量精度主要是竖直角观测误差、测距误差、仪器高与棱镜高量测误差，其中竖直角观测误差较之其他两项的影响要大的多。故竖直角的测定误差

42、是全站仪三角高程测量的主要误差，所以在观测中应采取适当的措施提高竖直角的观测精度。2假如要再次提高三角高程测量精度，只有提高垂直角观测精度，减小仪器高与觇标高的量取误差，才能有效地提高三角高程测量精度。3在平坦地区，视线离地表的高度根本一致，其上各点处的温度大致一样，气象代表性误差较小，故在平坦地区进展测距作业时既不必选择气温梯度逆转时刻，也不需按上段介绍的大气模型进展修正。在丘陵山区和高山地区，要想真正实现精细全站仪的标称测距精度，除了应选择最优观测时间或按大气模型进展气象代表性误差的修正之外，还需定期对仪器(包括温度计、气压表) 进展检验、校正，并正确地测量气象参数。第五章 全站仪三角高程

43、测量的应用实例十天线H-C22标位于某某省某某市境内，起迄里程：K366+400K378+550，标 段 路线全长12.15k m，加之联络线，总长近15km。公路沿山腰而建，该标段工程地形根本为横跨河谷、斜坡，无现有的便道可沿线贯穿，沿线隔一段距离有一个进山便道，常规水准测量需绕行线路太长，工作量极大，此时，全站仪三角高程测量不失为最优的选择。如下列图，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。由图不难写出 ，由于A、B两点间的距离与地球半径之比值很小，故可认为。在中，式中为照准棱镜中心的竖直角，S为A、B之间的斜距，c和r分别为地球曲率和大气折光的影

44、响：，式中R为地球半径，为光程曲线PQ的曲率半径，设，称为大气折光系数，如此：。将以上各式代入，如此有：，即为单向观测计算高差根本公式。如果观测是在一样的条件下进展的，特别是在近似同一时间进展对向观测，可以认为对向观测可抵消地球曲率和大气折光的影响，因而精测均应采用对向观测。人员配备：由于三角高程测量前期找桩置镜较为费时，常为前后镜、置镜点各配2人，共6人。设备配备：为了保证测量精度，需使用测角，测距精度不低于m m以上精度的全站仪，前后视均用光学对中棱镜。原如此上三角高程测量与平面导线测量合并进展，这样可以节省大量工作时间与重复操作。在进展高程测量时，应严格按照测量规X进展，对现场测量的每一

45、数据均应符合规X要求。以便保证测量成果符合要求。在测量的过程中，不仅按要求进展为斜距、竖直角的测量，还利用全站仪特有功能，对高差进展了直接读取。外业测量条件适应性选择，进展高程测量时，可根据季节，天气情况选择安排不同的时间段进展，以求时效。根据外业测量数据，进展内业整理，以便快速确认测量成果的成效性，与时找出需要现场进展补测的桩位或测站。在进展数值计算时，不难发现利用斜距和竖直角算得的高差与仪器直接读取的高差存在偏差。经过水准点间高差，发现仪器直接读取的高差较为准确。经过对该工程测量数据的分析后，得出其偏差的大小与距离有关。其关系可用公式表示为：，其中为仪器直接读取高差与竖直角算得的高差，单位

46、是mm；S为两相邻点的斜距，单位是m；k为固定常数，无量纲。在本工程中，使用固定的一台全站仪测得的数据不难算出其值。方法一：最终经过简单的取均值便得出。方法二：也可通过数据、SD斜距的关系由CA D图求出k值。通过曲线图分析得出其与方法一求出的中值的偏差对h影响甚微。如：斜距SD为500m，两者不同k值算出的h仅相差0.15mm。5.5.1对三角高程的误差、精度进展分析1人为因素：由于司镜人员视觉差异，对于测量仪器十字丝与站板对准存在一定的误差，此误差可通过屡次、熟练操作即可大大防止。2仪镜高量取：由于三角架与棱镜仪器基座的影响，由于在计算高差时，仪高和镜高偏大局部会抵冲掉，该误差几乎不予考虑

47、，只是在架设仪器棱镜时注意高度，但应认真、正确地量取。3全站仪三角高程测量，如果采用对向观测，竖直角观测精度，测距精度不低于5+510-6Dmm，如果边长控制在700m之内，可满足三等水准的限差要求。4故竖直角的测定误差是全站仪三角高程测量的主要误差。所以在观测中应采取适当的措施提高竖直角观测精度，如采用较大觇牌代替棱镜作为照准目标，适当增加测回数等。5通过对测量仪器所测数据进展分析，就不难得出其误差大致与边长平方成正比关系，即其乘常数，可根据边长进展改正。仪器性能不同，其高程测量的k值可能有所不同，有条件的情况下要对仪器测量精度进展校核。从上面进展的精度估算结果看，采用全站仪三角高程的方法测

48、量某点的高程，其高程最大中误差一般不大于。在公路工程测量实际操作过程中，线路沿线布设的控制点间距一般在500m左右，偏离路线中心的距离在50 150m，那么要是在每个控制点上都设站 ，如此中桩放样与测距距离也不会超过300m，可以保证三角高程测量精度，因此能满足公路测量设计施工的精度要求。第六章 结语全站仪三角高程测量由于其简便灵活，可以与地表导线复测同时进展，尤其在山区的高程控制和平面控制点的高程测定中已广泛应用。实践证明，它的精度可以代替三、四等几何水准，而且从经济指标方面比拟，如此远较几何水准为优。由于垂直角观测误差、大气垂直折光误差和外业实测条件和不利的影响，全站仪三角高程测量误差较难

49、克制。因此，全站仪三角高程测量不能普遍代替水准高程测量，只有在精度要求较低的高程测量中才使用全站仪三角高程测量。全站仪不测量仪器高和棱镜高减少了量高误差和因量高带来的麻烦，显著提高工作效率和作业的灵活性，提高了高程测量的精度。采用全站仪不测量仪器高和棱镜高进展三角高程测量，既适合于导线测量的高程传递，也适用于地形图零散部点的高程测量，用该方法测量精度更为理想。合理巧妙地利用全站仪，以满足具体工作中的需求，使测量工作省时、省力、简便迅捷，既提高了工作效率，又提高了测量精度，在实际工作中具有较好的应用价值10。参考文献1 覃辉，徐卫东，任沂军. 测量程序与新型全站仪的应用M，：机械工业，2005.

50、2 华锡生.黄腾. 精细工程测量技术与应用M，某某：河海大学，2002.3 X培文. 公路施工测量技术M，人民交通，2001.4 何习平.全站仪高差测量精度探讨J，水电自动化与大坝监测，2002，(12)5 蒋利龙，施昆.削减大气折光对三角高程影响的新途径J，测绘工程，2000，9(3).4447.6 徐虎城，阿里木江.全站仪测量三角高程的新方法J，水利建设与管理，2006，(9) .6162.7 孔祥元，郭际明，X宗泉.大地测量学根底M， 某某： 某某大学，2006.8 X正禄. 工程测量学M，某某：某某大学 ，2004.9 顾孝烈，鲍峰，程效军. 测量学第二版M，某某：同济大学，1999.10 聂让. 全站仪与高等级公路测量M，：人民交通，1997.