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全站仪在高程控制测量中精度分析
全站仪在高程控制测量中精度分析
【摘 要】水准测量的操作相对简单,数据量也比较小,很容易计算和处理,并且精确度非常高。但是,因为存在一定的位置差异,在特殊地理位置,采用全站仪进行高程测量,能够更进一步提高精度和测量效率。据此,本文主要对全站仪在高程控制测量中的精度进行了详细分析。
【关键词】全站仪;高程控制测量;精度
一、全站仪高程测量概述
(一)全站仪含义
全站仪,即全站型电子测距仪,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、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。和光学经纬仪相比较分析,电子经纬仪把光学度盘换成光电扫描度盘,把人工光学测微读数代之,以此自动记录,并显示读数,促使测角操作更加简单化,从而进一步防止产生读数误差。由于一次性就可以安置仪器,便能够完成测站上的全部测量工作,因此称为全站仪。其主要应用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。而且,全站仪和光学经纬仪的主要区别就是度盘读数和显示系统,光学经纬仪的水平度盘和竖直度盘,及读数装置,分别采用两个相同光栅度盘和读数传感器进行角度测量。切实根据测角精度可以划分为0.5″,1″,2″,3″,5″,7″等几个等级。
(二)全站仪高程测量原理
把全站仪当作水准仪来使用,使棱镜高相同,达到抵消仪器高和棱镜高的目的,从而不必量取棱镜高和仪器高,这样既能在地形复杂地区进行快速的高程传递,又能确保足够的高程测量精度。如果在较短的距离内不考虑两差对高差测量的影响,那么观测计算得到的A,B两点高差只受垂直角测量和距离测量精度的影响。如果两点间高差较大或距离较远,仅安置一次仪器不能测出其高差时,就可以在两点间安置多次仪器,加设多个转点,然后再分段设站观测。具体如图1所示。
SCA为后视斜距,SCB为前视斜距,DCA为后视平距,DCB为前视平距,iA为后视点棱镜的高度,iB为前视点棱镜的高度,VC为全站仪的高度,hAC为后点A至测站点C的高差,hCB为测站点C至前点B的高差,h1为后视棱镜中心至全站仪横轴的高差,h2为全站仪横轴至前视棱镜中心的高差,hAB为后视点A至前视点B的地面高差,A1为全站仪观测后视棱镜中心点的竖直角,A2为全站仪对前视棱镜中心点的竖直角。
(三)全站仪高程测量方法
如果可以把全站仪像水准仪一样随意安置点,而不是置在已知的高程点上,同时又在不量取仪器高和棱镜高的前提下,合理利用三角高程测量原理,进行待测点高程测量,施测的速度会进一步提高。如果A点高程已知,而B点高程未知,通过全站仪测定其他待测点的高程。
首先由式(1)可得式(2),
除了Dtanα即V的值可以用仪器直接测出外,i、t都是未知。但是,可以确定即仪器一旦设置好,i值也将随之不变,同时选取跟踪杆作为反射棱镜,架设t值也固定不变。
从式(2)可得式(3),
由式(3)可知,基于假设,HB+i-t在任一测站上是固定不变的,还可以计算出值W。
此方法的操作流程为:首先,仪器任意置点,但是所选点位要求能和已知高程点通视。其次,使用仪器照准已知高程点,测出V值,并算出W值。此时与仪器高程测定有关的常数如测站点高程,仪器高,棱镜高均为任一值,施测前不必设定。再次,将仪器测站点高程重新设定为W,仪器高和棱镜高设为0即可。最后,照准待测点测出其高程。
二、全站仪在高程控制测量中应用的必要性
在施工测量中,常常涉及到高程测量,传统的测量方法是水准测量与三角高程测量。两种测量方法各具特色,但都存在不足。水准测量是一种直接性的测高法,其测定高差的精确度比较高,但是,受地形起伏限制,外业工作量比较大,施测的速度比较慢。而三角高程测量是一种间接的测高法,其不会受地形起伏限制,施测的速度比较快,在大比例地形图测绘、线性工程和管网工程等测量中备受青睐。但传统的三角高程测量也有其不足之处,即在每一站都需要量取仪器高和读取棱镜高,不仅麻烦,还直接增加了误差来源,降低了高差测定的精度。随着全站仪的广泛使用,使用棱镜跟踪杆配合全站仪测量高程的方法越来越受到广大测量人员青睐,全站仪三角高程测量法既结合了水准测量的任一置站的特点,又减少了传统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。
三、全站仪在高程控制测量中的精度分析
(一)精度分析方法
选取测角精度为2″的全站仪,进行高程测量精度分析。测距精度为ms=(2+210-6D)mm,ms=4mm。按照全站仪1km的测距进行计算,大气的折光系数为mk=0.04mm,仪器高和棱镜高的量取误差为3mm。
采用中点法测量高差主要与测量斜距S、竖直角A、棱镜高v,及大气折光系数K
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