1、 南阳师范学院 20XX 届毕业生 毕业论文 （设计） 题 目： 四等水准测量精度评定和误差分析 完 成 人： 班 级： 学 制： 专 业： 测绘工程 指导教师： 完成日期： 目录 摘要 .(1) 1 引言 .(1) 2 四等水准测量流程 .(1) 2.1 四等水准测量外业观测 .(1) 2.1.1 外业流程 .(1) 2.1.2 四等水准测量外业观测要求 .(2) 2.1.3 外业观测数据 .(2) 2.2 内业数据处理要求与处理结果 .(4) 2.2.1 数据处理要求 .(4) 2.2.2 数据处理成果 .(4) 2.2.3 水准路线略图 .(5) 3 四等水准测量精度评定 .(5) 3.
2、1 GPS静态测量和四等水准测量的高程比对 . (6) 3.1.1 概述 .(6) 3.1.2 GPS 高程转换 .(6) 3.1.3 拟合方法转换 .(6) 3.1.4 测量实例 .(7) 3.1.5 一致性监视功能分析 .(8) 4 水准测量的误差分析及控制方法 .(8) 4.1 水准测量的误差 分析 .(8) 4.1.1 仪器误差 .(9) 4.1.2 水准标尺的误差 .(9) 4.1.3 外界因素引起的误差 . (10) 4.1.4 观测误差 . (11) 4.2 四等水准测量误差控制办法 . (12) 5 结束语 . (12) 参考文献 .(13) Abstract.(13) 第 1
3、 页 （共 13 页） 四等水准测量精度评定和误差分析 摘要 :四等水准测量与普通水准测量进行的工作大致相同，四等水准测量一般采用单程观测的方式，都需要拟定水准路线、选 点、埋石和观测等几大程序，所不同的是四等水准测量必须使用双面尺观测、记录计算观测顺序、精度要求不同。通过分析水准测量误差产生的 3 大因素，提出了减少误差的各种有效措施，认为只有通过消除粗差和减小误差，才能有效控制四等水准测量的作业精度。 关键词 :四等水准测量；精度评定；误差分析 1 引言 四等水准测量是几何水准测量的简称，利用仪器的水平视线 ,从竖立在两地面点的标尺上截取的读数值 ,以此来测定两地面点间的高差 ,再推算出地
4、面点的高程 ,这种方法称之为中间法水准测量 1。在国家高程控制网测量中一般使用的仪器是微倾式 自动安平水准仪，区格式木质水准尺或线条式铟瓦水准标尺和尺垫。由于所测水准等级不同而所 对应的水准仪 ,标尺及作业方法也有所不同。但它们所在一个测站上操作的基本程序是相同的，即安置仪器、精确整平、瞄准水准尺、读数、记录，重复上述的步骤而测得两水准点的高差叫做复合水准测量。这种方法也是国家等级水准测量的主要方法 2。 2 四等水准测量流程 2.1 四等水准测量外业观测 2.1.1 外业流程 （ 1）一人观测、一人记录、两人立尺，施测两个站后应轮换观测员。 （ 2）四等水准测量测站观测程序如下： 照准后视标
5、尺黑面，读取下丝、上丝读数，精平，读取中丝读数； 照准前视标尺黑面，读取下丝、上丝读数，精平，读取中丝读数； 照准前视标尺红面，精平，读取中丝读数； 照准后视标尺红面，精平，读取中丝读数。这种观测顺序简称为“后第 2 页 （共 13 页） 前前后”（黑黑红红）。四等水准测量每站观测顺序也可以 采用“ 后后前前” 3（黑红黑红）的观测程序。 2.1.2 四等水准测量外业观测要求 四等水准测量外业限差表 1 等级 视线 高度 (m) 视距 长度 (m) 视觉差 (m) 前后视距 累积差 (m) 黑、红面 分画读 差 (mm) 黑、红面 分画所测 高差之差 (mm) 路线 闭合差 (mm) 四 0.
6、2 80 3.0 10.0 3.0 5.0 L20 注：表中 L 为路线总长，以 km 为单位 4。 2.1.3 外业观 测数据 四等水准测量记录表 2 测 站编 号 点 号 后尺 下丝 前尺 下丝 方向 及 尺号 标尺中丝读数 （ m） 黑 +K红 （ mm） 高差中数 （ m） 备 注 上丝 上丝 后视距（ m） 前视距（ m） 黑面 红面 视距差 d（ m） d （ m） 1 A 1344 1191 后 47 1550 6337 0 1755 1600 前 46 1396 6082 +1 41.1 40.9 后前 +0154 +0255 -1 +0.2 +0.2 2 B 1281 132
7、7 后 46 1454 6138 +3 1623 1660 前 47 1495 6280 +2 34.2 33.3 后前 -0041 -0142 +1 +0.9 +1.1 第 3 页 （共 13 页） 3 1498 1324 后 47 1606 6392 +1 1712 1536 前 46 1430 6116 +1 21.4 21.2 后前 +0176 +0276 0 +0.2 +1.3 4 C 1433 1278 后 46 1558 6246 -1 1684 1518 前 47 1398 6186 -1 25.1 24.0 后前 +0160 +0060 0 +1.1 +2.4 5 1377
8、1343 后 47 1478 6264 +1 1577 1568 前 46 1456 6142 +1 20.0 22.5 后前 +0022 +0122 0 -2.5 -0.1 6 1372 1382 后 46 1447 6134 0 1522 1534 前 47 1457 6245 -1 15.0 15.2 后前 -0010 -0110 +1 -0.2 -0.3 7 1288 1290 后 47 1454 6240 +1 1620 1600 前 46 1445 6132 0 33.2 31.0 后前 +0009 +0108 +1 +2.2 +1.9 8 D 1290 1171 后 46 143
9、1 6118 0 1573 1434 前 47 1301 6089 -1 28.3 26.3 后前 +0130 +0029 +1 +2.0 +3.9 1058 1600 后 47 1301 6089 -1 第 4 页 （共 13 页） 注： K 为水准尺常数， K=4.687m 或 4.787m 2.2 内业 数据处理要求与处理结果 2.2.1 数据处理要求 全路线施测完毕后计算： （ 1）路线总长 (即各站前、后视距之和 )； （ 2）各站前、后视距差之和 (应与最后一站累积视距差相等 )； （ 3）各站后视读数和 、各站前视读数和、各站高差中数之和 (应为上两项之差的 1/2)； （ 4）
10、路线闭合差 (应符合限差要求 )； （ 5）各站高差改正数及各待定点的高程。 2.2.2 数据处理成果 高程配赋表 3 点名 距离 L (km) 平均高差 (m) 改正数 (mm) 改正后高差 (m) 高程 (m) 备 注 9 1548 2077 前 46 1838 6525 0 49.0 47.7 后前 -0537 -0436 -1 +1.3 +5.2 10 A 1439 1501 后 46 1591 6277 +1 1741 1794 前 47 1648 6434 +1 30.2 29.3 后前 -0057 -0157 0 +0.9 +6.1 检核计算 后 +4 前 +5 后 - 前 -1
11、 第 5 页 （共 13 页） A 50 0.1495 +0.112 -1 +0.111 B 50.111 0.0917 +0.336 -1 +0.335 C 50.446 0.1915 +0.150 -2 +0.148 D 50.594 0.1562 -0.593 -1 -0.594 A 50 0.5889 +0.005 -5 0 辅助计算 5hfmm 1 5 .3 55889.020 允许hf mm 2.2.3 水准路线略图 图 1 水准路线略图 第 6 页 （共 13 页） 3 四等水准测量精度评定 3.1 GPS 静态测量和四等水准测量的高程比对 3.1.1 概述 目前 GPS 平面控
12、制网在大量工程中己经得到了广泛的运用，但是GPS高程却运用得不够，人们期望能够用 GPS 高程测量替代传统的水准测量，从而达到减少野外水准测量的工作量的目的。本文对 GPS 高程测量的原理和方法进行初步的探讨，并结合实测量 GPS高程测量应用的组成 GPS 水准混合网进行平差，并将其精度与四等水准测量精度指标进行比较，经实际工作验证，拟合出的正常高程能够满足一般工程四等水准测量精度要求，在一定程度上降低了生产成本。 3.1.2 GPS 高程转换 由 GPS 相对定位得到的三维基线向量，通过 GPS 网平差，可以得到高精度的大地高差。如果网中有一点或多点具有精确的 GPS-84 坐标系的大地高程
13、，则在 GPS 网平差后，可求得各 GPS 点的 GPS-84大地高 H84。大地高是由地面点沿通过该点的椭球面法线到参考椭球面的距离，是一个几何量，不具有物理上的意义。它通过与水准测量资料、重力测量资料等相结合，来确定测点的正常高，具有重要的意义。但在实际应用中，地面点高程采用正常高系统。地面点的正常高Hr 是地面点沿铅垂线至似大地水准面的距离。正常高系统为我国通用的高程系 统有 1956 年黄海高程系和 1985 国家高程基准，都是正常高系统。这种高程是通过水准测量来确定的。 sHH 正常 （ 1） GPS 高程转换的关键是求高程异常值 s，求得 s 之后根据公式 1才能将 GPS 大地高
14、转换成我国目前实用的正常高，才能在实际工作中加以应用 5。 3.1.3 拟合方法转换 二次曲面拟合法是在拟合区域内的水准重合点之间，按削高补低的原则平滑出一个二次多项 式曲面来代表拟合区域的似大地水准面，供内插使用。拟合范围越大，高程异常的变化越复杂，削高补低的误差也越大。平面拟合法使用范围比较窄，要求拟合区域地势平坦区域第 7 页 （共 13 页） 范围较小，用似大地水准面的平面模型来近似表示似大地水准面。多面函数拟合是一种纯数学曲面逼近方法，它的出发点是在每个数据点上同各个已知数据点分别建立函数关系 (这种关系表现为一规则的数学曲面 )，将这些有规律的数学曲面按一定的比例迭加起来，就可拟合
15、出任何不规则的曲面，且能达到较好的拟合效果。待定点是核函数和求解出的迭加系数的线性函数。很明显，多面函数的解算具 有最小二乘配置和推值法的性质。最小二乘配置法中的协方差函数是一种统计函数，在高程异常资料稀少的地区很难确定。而多面函数的核函数可以按几何关系确定，它是距离的函数，且顾及了待定点和已知点间的相关关系，起着权系数矩阵的作用。 采用的已知水准点越多，拟合精度就越高。在实际应用中，对于线状的测区，平均每 4 8km 应该有一个几何水准点参与拟合；对于面状测区平均每 10km 应该有一个几何水准点参与计算，这些点应尽可能包围所有的拟合点。在地形复杂的测区，应适当增加水准重合点观测 6。 3.
16、1.4 测量实例 为论证 GPS 高程测量的可靠性，我们在实际工程应用中的 GPS 控制网联测了四等水准测量，布设了共 12 点 E 级 GPS 点控制网，已充分考虑 GPS 网的图形强度，使 GPS 网网型合理，以提高 GPS 点的测量精度。观测仪器以南方 9600 型 GPS 12 台以静态方式按同步测量一小时以上观测，同步图形之间采用边连接或网连接的方式进行观测， GPS 接收有效观测卫星数均超过 4 颗，卫星截止高度角采用 150，采样间隔为 5 秒，卫星分布几何图形因子（ PDOP 值）均小于 8，观测成果以南方随机软件进行解算和拟合，其成果 精度符合规范的要求。在平差解算时以曲面拟合求算 GPS 高程，曲面拟合时， GPS 网内使用了四个水准联测点作起算，四个水准联测点分布于四个测区，能均匀分布和控制四个测区，同时 GPS 网内的拟合高程以 8 个点的等水准高程作校核，其基本情况如表 4 所示； 校核数据表 4 校核点 GPS 拟合高程 IV 等水准高程 相差 CH01 3.824 3.817 7mm
