基于自动化全站仪的跨河测量技术研究.doc

1、基于自动化全站仪的跨河测量技术研究摘要：在跨河测量技术中，目前使用的高精度自动化全站仪，除了使操作更加便利外，可以充分的提高三角高程测量的精度和实现更长距离的跨河测量，甚至是有望实现跨江水准测量。本文结合实践工作分析研究了自动化全站仪在跨河测量中的应用。 关键词：自动化全站仪；跨河测量；精度分析 中图分类号：P258 文献标识码：A 引言 在水准路线务必要跨越峡谷或是江河的时候，视线将超出常规水准的前后视距或者是长度，而其中相差有很大，一方面表现在水准仪 i 角的误差以及大气折光影响会急剧的增加；另一方面则是水准尺读数的精度就会在一定程度上有所降低。当水准路线跨越江河的时候。还有就是其视线的长

2、度大于 100m 的时候，我们就应该按照仪器设备与视线长度的情况，来选择最为适宜的跨河水准的测量方法。 在桥梁及其他工程的控制测量之中，通常是需要跨越较宽的水面来进行水准测量。因其气球曲率差、大气遮光差以及视线较长的影响是比较大，对测量的精度有非常大的影响。利用全站仪三角高程的原理来充分的实施跨河的水准测量，在很大程度上来能够实现劳动强度小、速度快以及精度高等的一系列优点，在桥梁高程控制测量中具有着重要的意义。 1、正常高差计算以及误差的分析 用全站仪测定高差的方法如图 1 所示。 若欲测定 A、B 两点间的高差，可安置全站仪于 A 点，在 B 点竖立觇标，然后用钢尺测量仪器高和觇标高，精确至

3、 0.5cm。设仪器高为 i，觇标高为 v，然后用望远镜瞄准觇标顶点 N，测得竖直角为 ， 三角高程测量的单向观测之间的高差计算公示为： 2(1) 而其中，D 指的是平距； 是垂直角；i 是仪高；v 是标高；k 指的就是大气垂直的折光系数；R 则是地球的半径。其误差的关系式可以表示为： (2) 由此我们就可以看出，三角高程测量的精度 mD ，除了受到仪器标量高 mh 误差、测距中误差是 mi 以及垂直角观测中的误差 m a 以外，还会受到地球曲率 mv 与受大气折光 mk 的影响。 由(2)式我们就可以可知道，mD 对 mh 的影响，用其关系式可以表示为: 跨河的距离 DR，随意还可以近似的表

4、示为，ma 对 mh 的影响，其关系式为，我们使用的是全站仪的型号是 TC2002，仪器的标称精度可以表示为。垂直角的观测误差 ma 取的是。 (1)ma 对 mh 的影响是随角度增加的变化量比较小，而随着距离增加的变化量是比较大的。应尽可能选在桥址附近河面狭窄的地方，河中有小块陆地应予利用，可以使跨河视线最短。 (2) 视线尽可能避开草丛、干丘、沙滩、芦苇的上方，以减弱大气折光的影响。 (3)ma 对 mh 的影响远远大于 mD 对 mh 的影响。河两岸仪器的水平视线，距水面的高度应接近相等且高度应不小于 2m。 (4) 两岸仪器架设距离应相等，地形、土质也应近似。同时，仪器位置应选在前后通

5、视开阔地带。 对于觇标与仪器量高中误差，按照常规的办法觇标高以及量测仪器高，精度就会很难的满足各项要求，我们就可以采用水准标尺的读数法来确定出来觇标高以及仪器高，在测站是通过全站仪观测的水平视线在近标尺点上的标尺读数，然后再依据两点间的已测水准高差来计算出来仪器的高度。使用这种方法测定出来的仪器高度要比其直接量要准确的多，其精度是完全可以达到0.1mm。 大气的折光影响，这也是三角高程测量的一项关键的误差来源。在其测量的时候，大气的折光对高差的影响其自身是具有一定的独特性。跨河的视线不仅是通过水面，而且还会通过地面，因其水面与地面上空空气密度分布不均匀，这也就会形成视线两端向上弯曲的现象，中间

6、向下弯曲的“U”型曲线。所以我们就务必要通过对向观测来取其平均值，这样一来就可以有效的消除一部分大气的折光影响。假如观测是在同等情况之下进行的，尤其是在同一个时间之内来进行对向的观测，则我们就可以近似的假定对向观测的折光系数是相同的。 2、跨河测距三角高程的精度估算 假如我们要测量跨河的 A，B 点之间的高差，但是有由于交通工具的限制，非常的不利于迅速的搬站，那么我们就务必要采用两个同样的照准装置以及两台同样精度的全站仪，来进行对向的观测，也就是先将仪器置于 A 点，在 B 点则是安置反射棱镜，将其直接的用于测定高差，再就是将仪器置于 B 点，A 点则是安置反射棱镜，直接的测定高差。然后就是再

7、两高差的中数来作为观测的结果。仪器高是通过水准标尺读数法来获得的，在其观测之前将两个照准装置的棱镜高设置成一样的，边长的垂直角均对向观测，边长观测 4 测回，垂直角观测 6 测回。我们观测所使用的全站仪是 TC2002。 依据其三角高程测量单向观测的高差计算公式，得出对向观测高差的计算公式如下： (3) 我们可以令：， 将(3)式可以化为： (4) 对于(4)式，由误差的传播定律可以得出高差中误差的计算公式为： 为了方便计算，令，仪器量高中误差就可以取0.1mm， 。 以上述为例作为限差与国家二等水准测量限差比较。比较我们可以看出： (1)跨河水准用测距三角高程法的时候，其视线垂直角是小于 1

8、的。(2)当跨河距离不超过 1000m 的时候，其观测的垂直角就可以放宽到15；在距离不超过 1200m 的时候，垂直角是控制在 8以内，来让其充分的满足二等水准测量的要求。 (3)利用精密三角高程测量来实现跨河水准，跨河的距离是不可以超过 1500m。 (4)高差中误差是随着边长的增大而增大的，所以说，我们就要控制边长的精度。 高差中误差是随垂直角的增大而增大的，在一定的边长范围之内，即使是垂直角超过规范的要求，我们依旧可以保障必要的精度，这对于跨河两岸高差较大的情况具有非常实际的意义。 3、自动化全站仪在跨河测量中的应用 自动化全站仪，也称测量机器人，它是集自动记录、自动跟踪目标、自动测距

9、、自动测角、自动照准以及自动目标识别于一体的测量系统。测量机器人用于跨河测量具有以下优点： (1) 建立高精度的参考站，采用随时改正的测量方案，可以在很大程度上来有效地消除或是减弱之间的各种误差，对测量结果的影响，可以大幅度地来提高测量的精度。 (2) 对于气象是可以自动的改正，这样一来就可以有效地克服气象代表性误差。 (3) 测角精度很高，这大大的减小了由测角作而引起的误差。 （4）具有自动目标识辨（Automatic Target Recognition ，简称ATR）功能，可以自动的寻找并精确的照准目标；允许在目标之处使用普通的棱镜，而不需要添置电源或者是昂贵的特殊棱镜等的配件。 4、实

10、施跨河水准测量应该注意的事项 (1)高差误差的主要来源之一就是测角误差，因此我们就要在最大限度上来采用高精度的测角仪器，在观测的时候要充分的保证成像清晰稳定，并增加测回数来有效地提高测角的精度。 (2) 垂直角在短距离测量高差之中，影响高差值是比较大的，然而在长距离测量高差之中，影响高差值是比较小的，所以在短距离测定的高差之中，就应该使得棱镜高与仪器高之间的差距尽量的缩小。 (3) 跨河水准测量受到气象的因素影响是非常的大，所以在观测的时候，应该要尽量的选择在微风或是无风的天气下来进行，在在气温变化较大的时候应立即停止观测。大气折光影响是一个比较复杂的问题，本文参考了有关资料取为。 (4)两岸

11、同时对向观测，可以极大地提高其精度，消除或是减弱地球曲率误差、大气折光差、仪器高之间的误差等等的多项误差。 (5) 对向观测的 2 个镜站设置同样的标高，消除了标高之间的误差。但观测的时候，要经常的注意棱镜杆以及仪器圆水准器气泡是否居中，精度要求高的时候，应该要强制的对中装置。 结束语 自动化全站仪，也称测量机器人，是集自动记录、自动跟踪、自动测距、自动测角、自动照准以及自动目标识别的目标于一体的测量系统。我们主要是对精密三角高程测量来有效地实现跨河水准的精度从理论上进行了分析，分析结果表明，在观测合理、处理方法得当的情况下，精密三角高程测量可以很容易实现国家二等水准测量。 参考文献 1欧军.基于自动化全站仪的跨河测量技术研究J.科技资讯,2013,13:39-40. 2张杰胜,沈志强.智能全站仪跨河二等水准测量技术研究J.安徽建筑,2012，02:184-186. 3韩丽娟.基于自动化控制的电子测量技术发展浅探J.电子制作,2013,10:224.