精密工程測(cè)量論文

1、目 錄一、精密工程測(cè)量的定義和特點(diǎn)1二、精密工程測(cè)量研究的主要內(nèi)容1三、精密工程測(cè)量的若干發(fā)展與應(yīng)用4四、應(yīng)用精密三角高程測(cè)量進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測(cè)量41. 正高高差計(jì)算及誤差分析42. 跨河測(cè)距三角高程的精度估算63. 自動(dòng)化全站儀在跨河測(cè)量中的應(yīng)用74. 總 結(jié)8參考文獻(xiàn)9鍵入文檔副標(biāo)題摘 要由于空間科學(xué)的發(fā)展、進(jìn)行大型特種精密科學(xué)實(shí)驗(yàn)以及各種現(xiàn)代化建設(shè)的需要，工程建筑物的規(guī)模越來(lái)越大，建筑物的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部設(shè)施也越來(lái)越復(fù)雜。為了保證大型精密設(shè)備的安裝和正常運(yùn)行，不但對(duì)各種工藝構(gòu)件間相互位置的精度要求越來(lái)越高，而且對(duì)測(cè)量的速度要求越來(lái)越快?，F(xiàn)代科技的發(fā)展促進(jìn)了工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展，作為這門(mén)學(xué)科的擴(kuò)展和延伸

2、，出現(xiàn)了精密工程測(cè)量。精密工程測(cè)量的主要任務(wù)是解決各種大型和特種精密工程所提出的極高精度要求。 在大型特種精密建筑物中，最典型的工程建筑物要數(shù)高能離子加速器工程。 此外還有：大型核電站、高速磁懸浮、大型射電天文望遠(yuǎn)鏡等等。這些大型特種精密工程的特點(diǎn)是： 由于它們的大型化和稀有性，耗資巨大，并且必須確保在極其安全可靠的狀態(tài)下無(wú)故障、高效能的運(yùn)行，因此它們的精度要求特別的高，絕對(duì)精度 達(dá)到毫米級(jí)別，相對(duì)測(cè)量精度達(dá)到1×。本文將以跨河為例來(lái)談?wù)劸芄こ虦y(cè)量的這些特點(diǎn)。關(guān)鍵詞：精密工程測(cè)量；測(cè)量機(jī)器人；工程形變監(jiān)測(cè)；專(zhuān)用儀器；測(cè)量軟件；控制網(wǎng)布設(shè)；工程測(cè)量；相對(duì)精度；跨河水準(zhǔn)一、精密工程測(cè)量

3、的定義和特點(diǎn)工程測(cè)量分為普通工程測(cè)量和精密工程測(cè)量。仿照工程測(cè)量學(xué)的定義，精密工程測(cè)量主要是研究地球空間中具體幾何實(shí)體的精密測(cè)量描繪和抽象幾何實(shí)體的精密測(cè)設(shè)實(shí)現(xiàn)的理論、方法和技術(shù)。精密工程測(cè)量代表工程測(cè)量學(xué)的發(fā)展方向。所謂精密，顧名思義是精確嚴(yán)密。精密工程測(cè)量的最大特點(diǎn)是要求的測(cè)量精度很高。精度這一概念包含的意義很廣，分相對(duì)精度和絕對(duì)精度。相對(duì)精度又有兩種，一種是一個(gè)觀測(cè)量的精度與該觀測(cè)量的比值，比值越小，相對(duì)精度越高，如邊長(zhǎng)的相對(duì)精度。但比值與觀測(cè)量及其精度這兩個(gè)量都有關(guān)，同樣是11 000 000 ，觀測(cè)量是10 m和是10 km 時(shí)，精度分別為0.01 mm 和10 mm ，故有可比性較

4、差的缺點(diǎn)；另一種是一點(diǎn)相對(duì)于另一點(diǎn)，特別是鄰近點(diǎn)的精度，這種相對(duì)精度與基準(zhǔn)無(wú)關(guān)，便于比較，但是各種組合太多，如有100 個(gè)點(diǎn)，每一個(gè)點(diǎn)就有99 個(gè)這樣的相對(duì)精度。絕對(duì)精度也有兩種，一是指一個(gè)觀測(cè)量相對(duì)于其真值的精度，這一精度指標(biāo)應(yīng)用最多(下面所提精度，都指這種精度)。由于真值難求，通常用其最或是值代替。但這一絕對(duì)精度指標(biāo)也有弊病，有時(shí)，它也與觀測(cè)量的大小有關(guān)，如長(zhǎng)度觀測(cè)量。另一種是指一點(diǎn)相對(duì)于基準(zhǔn)點(diǎn)的精度，該精度與基準(zhǔn)有關(guān)，并且只能在相同基準(zhǔn)下比較。由于精度的含意較多，而且隨測(cè)量技術(shù)的發(fā)展又在不斷提高，有什么精度要求的測(cè)量才能稱(chēng)為精密工程測(cè)量就很難給出一個(gè)確切的定義。這里我們給出以下定義：凡是

5、采用一般的、通用的測(cè)量?jī)x器和方法不能滿足工程對(duì)測(cè)量或測(cè)設(shè)精度要求的測(cè)量，統(tǒng)稱(chēng)精密工程測(cè)量。大型工程、特種工程中并非所有的測(cè)量都是精密工程測(cè)量。因此，大型工程、特種工程不能與精密工程并列。但是，大型特種工程中一定包括一些或許多精密工程測(cè)量。3 維工業(yè)測(cè)量、工程變形監(jiān)測(cè)中的許多測(cè)量也屬于精密工程測(cè)量。就精度而言，在工業(yè)測(cè)量中，在設(shè)備的安裝、檢測(cè)和質(zhì)量控制測(cè)量中，精度可能在計(jì)量級(jí)，如微米乃至納米；在工程變形監(jiān)測(cè)中，精度可能在亞毫米級(jí)；在工程控制網(wǎng)建立中，精度可能在毫米級(jí)。長(zhǎng)、大隧道的橫向貫通精度雖然在厘米、分米級(jí)，但對(duì)測(cè)量精度要求很高，仍屬于精密工程測(cè)量。精密工程測(cè)量的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)測(cè)量的可靠性要求

6、也很高，包括測(cè)量?jī)x器的鑒定檢核、測(cè)量標(biāo)志的穩(wěn)定、測(cè)量方法的嚴(yán)密、測(cè)量方案的優(yōu)選、觀測(cè)量之間的相互檢查控制，以及嚴(yán)密的數(shù)據(jù)處理和對(duì)測(cè)量的質(zhì)量檢查控制以及監(jiān)理等等。二、精密工程測(cè)量研究的主要內(nèi)容精密工程測(cè)量的研究?jī)?nèi)容主要包括精密工程測(cè)量的理論、技術(shù)、方法、專(zhuān)用的儀器設(shè)備以及測(cè)量軟件研發(fā)等方面。精密工程測(cè)量的研究?jī)?nèi)容主要包括精密工程測(cè)量的理論、技術(shù)、方法、專(zhuān)用的儀器設(shè)備以及測(cè)量軟件研發(fā)等方面。北方向等。對(duì)于工程而言，小范圍要求在幾何平面上進(jìn)行設(shè)計(jì)施工放樣，大范圍有時(shí)要穿過(guò)好幾個(gè)3度帶，而且高差也較大，就必須作橢球面向平面的歸化計(jì)算，作局部大地水準(zhǔn)面的精化，以及換帶和投影計(jì)算。歸化、投影等改正計(jì)算誤差

7、必須小于測(cè)量誤差。因而，工程基準(zhǔn)面和局部坐標(biāo)系的設(shè)計(jì)是精密工程測(cè)量的重要問(wèn)題。工程控制網(wǎng)在許多方面有別于國(guó)家大地測(cè)量控制網(wǎng)。網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、精度、可靠性、費(fèi)用和靈敏度設(shè)計(jì)計(jì)算要求更加精細(xì)，如要求采用基于觀測(cè)值內(nèi)部可靠性的精密測(cè)量控制網(wǎng)模擬法優(yōu)化設(shè)計(jì)、觀測(cè)值多維粗差定位與定值和方差分量估計(jì)算法等。一般來(lái)說(shuō)工程控制網(wǎng)的長(zhǎng)短邊相差懸殊，點(diǎn)之間高差也很大，GPS 和地面觀測(cè)條件都較差(頂空障礙大，受旁折光和垂直折光影響等) ，這就要求對(duì)網(wǎng)作精心布設(shè)。同時(shí)還涉及GPS 邊、地面邊之間的精度匹配、地面邊角測(cè)量精度匹配的影響。GPS 網(wǎng)、地面邊角網(wǎng)以及混合網(wǎng)的布設(shè)問(wèn)題涉及到測(cè)距三角高程測(cè)量、精密幾何水準(zhǔn)的選取

8、以及對(duì)規(guī)范要求的理解等問(wèn)題。GPS 網(wǎng)在很大程度上逐漸取代地面網(wǎng)，對(duì)于邊長(zhǎng)懸殊極大(從幾十米到幾十千米) 的工程控制網(wǎng)，用精密星歷解算基線，精度也可達(dá)毫米級(jí)，但對(duì)于許多精密工程來(lái)說(shuō)，不能采用單純的GPS 網(wǎng)、GPS網(wǎng)與地面網(wǎng)、特別是與高精度測(cè)邊相結(jié)合乃是最新的發(fā)展方向。在精密工程測(cè)量特別是工程變形分析中涉及到數(shù)據(jù)處理理論和方法的研究。如非線性隨機(jī)模型的參數(shù)估計(jì)、非參數(shù)估計(jì)和半?yún)?shù)估計(jì)理論。對(duì)于海量變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理，要研究數(shù)據(jù)挖掘理論與方法，即要從大量的、模糊的和隨機(jī)的各種數(shù)據(jù)源中，提取隱含在其中的有用信息和知識(shí)。統(tǒng)計(jì)分析、模糊數(shù)學(xué)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分形幾何以及小波理論等是數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)理論。分類(lèi)

9、、模糊聚類(lèi)、關(guān)聯(lián)分析、回歸分析、時(shí)序分析、偏差分析以及預(yù)測(cè)分析等是數(shù)據(jù)挖掘的常用方法。其中，分類(lèi)用于規(guī)則描述，并用這種描述來(lái)構(gòu)造模型；模糊聚類(lèi)是把數(shù)據(jù)按相似性分成類(lèi)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布模式以及數(shù)據(jù)屬性間的關(guān)系；關(guān)聯(lián)分析是尋找數(shù)據(jù)中隱藏的關(guān)聯(lián)網(wǎng)、關(guān)聯(lián)規(guī)則和相關(guān)性；預(yù)測(cè)分析是利用大量的已有數(shù)據(jù)通過(guò)建模找出變化規(guī)律，由此對(duì)未來(lái)數(shù)據(jù)及特征進(jìn)行預(yù)測(cè)等等。采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于大壩變形預(yù)報(bào)，用模糊數(shù)學(xué)理論處理觀測(cè)誤差，采用模糊聚類(lèi)分析可對(duì)大壩的安全進(jìn)行評(píng)判。在變形的幾何分析和物理解釋基礎(chǔ)上，要研究變形預(yù)報(bào)的理論和方法，涉及系統(tǒng)論、控制論、信息論、突變論、協(xié)同論、小波、分形、混沌理論和耗散結(jié)構(gòu)等許多非線性學(xué)

10、科變形預(yù)報(bào)的系統(tǒng)論方法。主要有兩種：一種是輸入2輸出模型法，即把變形體看作是一個(gè)具有非線性、耗散性、隨機(jī)性、外界干擾不確定性等特點(diǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)，各種外界影響因子為輸入，而變形為輸出，有回歸分析法、時(shí)間序列法、卡爾曼濾波法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等；另一種是動(dòng)力學(xué)方程法，根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的物理規(guī)律建立確定的微分方程來(lái)描述系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，在對(duì)系統(tǒng)受力和變形認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，用低階、簡(jiǎn)化的，在數(shù)學(xué)上可求解和可分析的模型來(lái)模擬變形過(guò)程。在精密工程測(cè)量?jī)x器方面，多傳感器集成測(cè)繪系統(tǒng)、激光跟蹤儀、激光掃描儀、測(cè)量機(jī)器人、各種高精度GPS 接收機(jī)、電子全站儀、水準(zhǔn)儀以及各種專(zhuān)用測(cè)量?jī)x器，為精密測(cè)繪提供了技術(shù)保障。其中，激光掃描儀

11、可對(duì)被測(cè)對(duì)象在不同位置掃描、建模并轉(zhuǎn)換到CAD 成圖，在土木工程、建筑監(jiān)測(cè)、路橋設(shè)計(jì)、3 維建模、工業(yè)設(shè)計(jì)制造以及GIS 數(shù)據(jù)采集等方面有廣闊的應(yīng)用前景。車(chē)載、機(jī)載激光掃描測(cè)量將成為地面數(shù)據(jù)采集的主要手段。一種由測(cè)量小車(chē)、測(cè)量機(jī)器人、激光測(cè)距斷面儀、激光掃描儀和軌距、軌道高差、軌道里程傳感器組成的高速鐵路軌道測(cè)量系統(tǒng)是一種典型的多傳感器集成測(cè)量系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)鐵道軌道的自動(dòng)化測(cè)量，軌道限界2 維斷面測(cè)量和隧道3 維斷面測(cè)量其軌距和軌道高差精度可達(dá)到0. 5 mm(圖1) 。由GPS 接收機(jī)、激光測(cè)距儀組成的遠(yuǎn)程位移測(cè)量系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守的遠(yuǎn)距離遙控遙測(cè)遙傳實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)，可用于活動(dòng)性滑坡臨滑前的持續(xù)

12、監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)(圖2) 。由各種專(zhuān)用監(jiān)測(cè)儀器、現(xiàn)代大地測(cè)量?jī)x器以及空對(duì)地觀測(cè)儀器組成的立體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡和各種工程建筑進(jìn)行持續(xù)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和變形預(yù)報(bào)。高速鐵路軌道多傳感器集成測(cè)量系統(tǒng)在現(xiàn)代測(cè)量中，軟件的研發(fā)與測(cè)量?jī)x器設(shè)備的研制具有同等重要的意義。精密工程測(cè)量的軟件包括三大方面：與測(cè)量?jī)x器或多傳感器集成的測(cè)量系統(tǒng)相配套的隨機(jī)軟件；用于科研的科研型軟件；面向廣大用戶的商品化通用軟件。隨機(jī)軟件由廠商開(kāi)發(fā)，如GPS 接收機(jī)的基線向量解算和網(wǎng)平差軟件，電子全站儀的機(jī)載軟件等，目前多已實(shí)現(xiàn)漢化，具有最常用的功能；科研型軟件的專(zhuān)用性強(qiáng)，具有特殊的和高難的功能。一般來(lái)說(shuō)使用較復(fù)雜，不易掌握。如用精密星歷解算長(zhǎng)

13、基線的Gamit ，Berness 軟件。用于精密工程控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理和平差計(jì)算的科研型軟件除了具有一般的常用功能外，還具備以下功能：可作自由網(wǎng)平差或擬穩(wěn)自由網(wǎng)平差；可對(duì)不同類(lèi)型、不同精度觀測(cè)值按不等權(quán)進(jìn)行整體平差；可作距離改化、方向改化計(jì)算；能自動(dòng)組成全部三角形并作計(jì)算閉合差和限差檢驗(yàn)；自動(dòng)組成測(cè)角、測(cè)邊全部極條件，并計(jì)算其自由項(xiàng)及限值；自動(dòng)計(jì)算坐標(biāo)方位角、基線或測(cè)距邊條件的自由項(xiàng)及其限值；還可以作觀測(cè)值的可靠性因子(多余觀測(cè)分量) 計(jì)算、邊角權(quán)匹配計(jì)算、粗差檢驗(yàn)及靈敏度分析等。商用化通用軟件的特點(diǎn)是功能強(qiáng)大，使用方便。下面介紹幾個(gè)典型的商品化軟件。1. 現(xiàn)代精密工程測(cè)量控制網(wǎng)數(shù)據(jù)處理通用軟件

14、包Cosa - Win?？勺魅我饩W(wǎng)形(從導(dǎo)線、導(dǎo)線網(wǎng)到邊角網(wǎng)、混合網(wǎng)、特殊網(wǎng)等) 、任意規(guī)模(未知點(diǎn)數(shù)從1104) 、任意等級(jí)平面網(wǎng)、水準(zhǔn)網(wǎng)或三角高程網(wǎng)的各種嚴(yán)密數(shù)據(jù)處理：觀測(cè)值改化、概算、近似坐標(biāo)、閉合差自動(dòng)計(jì)算、粗差探測(cè)、方差分量估計(jì)、隧道貫通誤差影響值計(jì)算、地面網(wǎng)和GPS 網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、網(wǎng)圖顯繪、報(bào)表輸出以及變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)的擬穩(wěn)平差和變形分析等。2. 精密GPS 控制網(wǎng)通用平差軟件包(Cosa -GPS) ?？膳c各種GPS 接收機(jī)的基線向量軟件接口，讀入基線向量及其方差協(xié)方差，在WGS284 坐標(biāo)系下進(jìn)行3 維網(wǎng)的無(wú)約束平差，在高斯平面坐標(biāo)系下進(jìn)行2 維無(wú)約束平差、約束平差，與地面測(cè)

15、邊網(wǎng)聯(lián)合平差，進(jìn)行GPS 高程擬合。3. 測(cè)量機(jī)器人變形監(jiān)測(cè)軟件包。具有工程管理、系統(tǒng)初始化、學(xué)習(xí)測(cè)量、自動(dòng)測(cè)量、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)查詢、成果輸出、工具、幫助等功能。該軟件包安裝在便攜機(jī)上，便攜機(jī)和測(cè)量機(jī)器人連接，用軟件包控制測(cè)量機(jī)器人工作。以基點(diǎn)(測(cè)量機(jī)器人的位置)為基準(zhǔn)，一已知點(diǎn)定向，另一已知點(diǎn)檢查，根據(jù)極坐標(biāo)原理，可獲得各個(gè)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)。該法外業(yè)觀測(cè)簡(jiǎn)單省時(shí)，效率高。如對(duì)某滑坡監(jiān)測(cè)，常規(guī)方法外業(yè)觀測(cè)需3 天，而采用該方法卻不到2 小時(shí)。數(shù)據(jù)處理也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。4. 測(cè)量機(jī)器人控制網(wǎng)自動(dòng)觀測(cè)軟件包?？蓪?shí)現(xiàn)工程管理、參數(shù)設(shè)置、測(cè)站設(shè)置、學(xué)習(xí)測(cè)量、自動(dòng)觀測(cè)和成果輸出等功能。該軟件包是直接植入測(cè)量機(jī)器

16、人，實(shí)現(xiàn)測(cè)量機(jī)器人自動(dòng)觀測(cè)，進(jìn)行設(shè)置和初始觀測(cè)后，測(cè)量機(jī)器人就可按照設(shè)定的精度、測(cè)回?cái)?shù)等進(jìn)行全自動(dòng)觀測(cè)。這樣可大大節(jié)省外業(yè)觀測(cè)的時(shí)間和人力，如某滑坡監(jiān)測(cè)網(wǎng)有15 個(gè)點(diǎn)，采用人工觀測(cè)至少要15 天，而用測(cè)量機(jī)器人僅需5 天。還可與后續(xù)的軟件相接，進(jìn)行網(wǎng)平差。三、精密工程測(cè)量的若干發(fā)展與應(yīng)用精密工程測(cè)量的發(fā)展也可概括為“四化”和“十六字”，所謂“四化”是：工程測(cè)量?jī)?nèi)外業(yè)作業(yè)的一體化，數(shù)據(jù)獲取及其處理的自動(dòng)化，測(cè)量過(guò)程控制和系統(tǒng)行為的智能化，測(cè)量成果和產(chǎn)品的數(shù)字化?！笆帧笔牵?連續(xù)、動(dòng)態(tài)、遙測(cè)、實(shí)時(shí)、精確、可靠、快速、簡(jiǎn)便。包含精密工程測(cè)量的典型工程非常多，如我國(guó)舉世矚目的長(zhǎng)江三峽工程和其他的大

17、型水利樞紐工程，長(zhǎng)達(dá)30 km 多的杭州灣大橋、上海東海大橋以及其他特大橋梁工程，長(zhǎng)18. 5 km 的秦嶺隧道、長(zhǎng)達(dá)85. 3 km 的大伙房引水隧道以及其他特長(zhǎng)隧道工程，上海磁浮鐵路、東方明珠塔和國(guó)家大劇院等特種工程，香港大佛工程，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)工程，大型大壩變形監(jiān)測(cè)工程，高邊坡和滑坡巖崩變形監(jiān)測(cè)工程，大型設(shè)備的安裝、檢測(cè)和質(zhì)量控制等都屬于精密工程測(cè)量的范疇。國(guó)外的典型大型工程、特種工程更是數(shù)不勝數(shù)， 單就大型粒子加速器而言，歐洲原子核研究中心的環(huán)形正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)LEP ， 整個(gè)工程位于直徑8. 6 km、周長(zhǎng)27 km 且深度達(dá)百米的地下環(huán)形隧道，布設(shè)有5 000 多塊四極聚焦磁鐵和

18、兩極彎轉(zhuǎn)磁鐵。瑞士的阿爾卑斯山隧道長(zhǎng)57 km ，據(jù)報(bào)道其造價(jià)與我國(guó)的長(zhǎng)江三峽工程相當(dāng)。而建筑工程師夢(mèng)寐以求的建造2 000 m 乃至更高的摩天大廈，都是對(duì)精密工程測(cè)量的挑戰(zhàn)。下面以應(yīng)用精密三角高程測(cè)量進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測(cè)量為例說(shuō)明精密工程測(cè)量的應(yīng)用。四、應(yīng)用精密三角高程測(cè)量進(jìn)行跨河水準(zhǔn)測(cè)量當(dāng)水準(zhǔn)路線必須跨越江河或峽谷時(shí)，視線將超出常規(guī)水準(zhǔn)的長(zhǎng)度或前后視距相差很大，一方面水準(zhǔn)尺讀數(shù)的精度將會(huì)降低，另一方面水準(zhǔn)儀t 角誤差及大氣折光的影響也會(huì)急劇增大。當(dāng)水準(zhǔn)路線跨越江河，視線長(zhǎng)度超過(guò)100 m 時(shí)，應(yīng)根據(jù)視線長(zhǎng)度和儀器設(shè)備情況，選擇適當(dāng)?shù)目绾铀疁?zhǔn)測(cè)量方法。三角高程測(cè)量是測(cè)量高程的傳統(tǒng)方法，以其快速、簡(jiǎn)

19、便且能保證一定精度而深受測(cè)繪工作者喜愛(ài)。特別是近年來(lái)全站儀的發(fā)展提高了測(cè)角和測(cè)距的精度，目前全站儀測(cè)角精度達(dá)到+0.5" ,測(cè)距精度達(dá)到，同時(shí)自動(dòng)化程度越來(lái)越高。自動(dòng)全站儀能自動(dòng)識(shí)別、跟蹤和精確照準(zhǔn)目標(biāo)，大大提高了工作效率。因此，以全站儀代替水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測(cè)量，無(wú)疑具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前，三角高程測(cè)量己可以代替三四等跨河水準(zhǔn)測(cè)量，但用于代替精密跨河水準(zhǔn)測(cè)量仍處在研究階段，已有不少文獻(xiàn)就此進(jìn)行研究，并得出了一些結(jié)論。1. 正高高差計(jì)算及誤差分析三角高程測(cè)量單向觀測(cè)的高差計(jì)算為 （1）其中，D 為平距；為垂直角川為儀高；U 為標(biāo)高；k 為大氣垂直折光系數(shù)占為地球半徑。誤差關(guān)系

20、式為 （2）由此可以看出，三角高程測(cè)量的精度除了受測(cè)距中誤差、垂直角觀測(cè)中誤差、儀器和幌標(biāo)量高誤差外，還受大氣折光和地球曲率的影響。由(2) 式可知，對(duì)的影響為跨河距離D<<R ，故可近似為。對(duì)的影響為，使用TC2002全站儀，儀器標(biāo)稱(chēng)精度為。垂直角觀測(cè)中誤差取±0.5秒，現(xiàn)將和D 分別取不同的值時(shí)，和對(duì)的影響列于下表表1 不同和D時(shí)，和對(duì) 的影響 （單位：mm）從表1中可以得出以下結(jié)論:(1) 對(duì)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)的影響?？梢?jiàn)，測(cè)角誤差是三角高程測(cè)量的主要誤差來(lái)源，因此要盡可能采用高精度的測(cè)角儀器，觀測(cè)時(shí)要保證成像清晰穩(wěn)定，并適當(dāng)增加測(cè)回?cái)?shù)。(2)對(duì)的影響隨角度增加的變化

21、量較大，而隨距離增加的變化量較小，因此觀測(cè)角度不能超過(guò)一定范圍。(3)對(duì)的影響隨角度增加的變化量較小，而隨距離增加的變化量較大。因此跨河長(zhǎng)度需控制在一定范圍內(nèi)，這就要求跨河點(diǎn)位盡量選擇在河道狹窄處。對(duì)于儀器和艦標(biāo)量高中誤差，按常規(guī)的方法量測(cè)儀器高和艦標(biāo)高，精度很難滿足要求，可以采用水準(zhǔn)標(biāo)尺讀數(shù)法確定儀器高和胡標(biāo)高，在測(cè)站通過(guò)全站儀觀測(cè)水平視線在近標(biāo)尺點(diǎn)上的標(biāo)尺讀數(shù)，根據(jù)兩點(diǎn)間的己測(cè)水準(zhǔn)高差計(jì)算儀器高。這種方法測(cè)定的儀器高比直接量取準(zhǔn)確，精度可以達(dá)到0.1 mm。大氣折光影響也是三角高程測(cè)量的一項(xiàng)主要誤差來(lái)源。在跨河三角高程測(cè)量時(shí)，大氣折光對(duì)高差的影響具有一定的特殊性?？绾右暰€不僅通過(guò)地面，而且

22、通過(guò)水面，由于地面和水面上空空氣密度分布不均，形成了視線兩端向上彎曲，中間向下彎曲的"U" 型曲線。故通過(guò)對(duì)向觀測(cè)取平均值，可以消除一部分大氣折光影響。如果觀測(cè)是在同樣情況下進(jìn)行的，特別是同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)，則可以近似地假定對(duì)向觀測(cè)的折光系數(shù)是相同的。因此，為了削弱大氣折光對(duì)三角高程測(cè)量的影響，凡是三等以上(含三等)三角高程測(cè)量的垂直角都應(yīng)做到對(duì)向觀測(cè)，最好是同時(shí)對(duì)向觀測(cè)。2. 跨河測(cè)距三角高程的精度估算 要測(cè)跨河的A 、B 點(diǎn)之間的高差，由于交通工具的限制，不便迅速搬站，必須采用2 臺(tái)同樣精度的全站儀和2 個(gè)同樣的照準(zhǔn)裝置，進(jìn)行對(duì)向觀測(cè)，即先將儀器置于A 點(diǎn)， B 點(diǎn)

23、安置反射棱鏡，直接測(cè)定高差，再將儀器置于B 點(diǎn)， A 點(diǎn)安置反射棱鏡，直接測(cè)定高差。然后取兩高差的中數(shù)作為觀測(cè)結(jié)果。儀器高通過(guò)水準(zhǔn)標(biāo)尺讀數(shù)法獲得，觀測(cè)之前將2 個(gè)照準(zhǔn)裝置的棱鏡高設(shè)置成相同的，邊長(zhǎng)垂直角均對(duì)向觀測(cè)，垂直角觀測(cè)6 測(cè)田，邊長(zhǎng)觀測(cè)4 測(cè)回。觀測(cè)使用TC2002 全站儀。 根據(jù)三角高程測(cè)量單向觀測(cè)的高差計(jì)算公式，可得對(duì)向觀測(cè)高差的計(jì)算公式如下: (3)令， ， 又，則(3) 式可以化為 (4)對(duì)于(4) 式，由誤差傳播定律可得高差中誤差的計(jì)算公式為 (5) 為便于計(jì)算，令，儀器量高中誤差取±0.1 mm ，參考有關(guān)資料取±0.01，和分別取不同的值時(shí)，高差中誤差的

24、取值情況列于表2。以2作為限差與國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量限差比較，列于表3 。從表2 和表3 可以看出:(1) 高差中誤差隨邊長(zhǎng)的增大而增大的量較大，因此，要控制邊長(zhǎng)保證精度。 (2) 利用精密三角高程測(cè)量實(shí)現(xiàn)跨河水準(zhǔn)，跨河距離不能超過(guò)1 500 'm 。 (3) 當(dāng)跨河距離不超過(guò)1 000 m 時(shí)，觀測(cè)垂直角可以放寬到15°距離小于1 200 m 時(shí)，垂直角控制在8°以內(nèi)，滿足二等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。(4) 跨河水準(zhǔn)用測(cè)距三角高程法時(shí)，其視線垂直角小于1°。表3 表明，高差中誤差隨垂直角增大而增大的量甚小，在一定的邊長(zhǎng)范圍內(nèi)，即使垂直角超過(guò)規(guī)范要求仍能保證必要的精度

25、，這對(duì)于跨河兩岸高差較大的情況具有實(shí)際意義。3. 自動(dòng)化全站儀在跨河測(cè)量中的應(yīng)用 自動(dòng)化全站儀，也稱(chēng)測(cè)量機(jī)器人，是集自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)測(cè)角、自動(dòng)測(cè)距、自動(dòng)跟蹤目標(biāo)及自動(dòng)記錄于一體的測(cè)量系統(tǒng)。測(cè)量機(jī)器人用于跨河測(cè)量具有以下優(yōu)點(diǎn): (1) 測(cè)角精度很高，大大減小了由測(cè)角引起的誤差。 (2) 具有自動(dòng)目標(biāo)識(shí)辨(Automatic TargetRecogni tion ，簡(jiǎn)稱(chēng)ATR) 功能，可以自動(dòng)尋找并精確照準(zhǔn)目標(biāo);允許在目標(biāo)處使用普通的棱鏡，而元需昂貴的特殊棱鏡或添置電源等配件。 (3) 可以自動(dòng)進(jìn)行氣象改正，克服氣象代表性誤差。 (4) 建立高精度的參考站，采用隨時(shí)改正的測(cè)量方案，可以

26、消除和減弱各種誤差(外部的和儀器內(nèi)部的)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，大幅度地提高測(cè)量精度?，F(xiàn)以TCA2003 自動(dòng)化全站儀為例來(lái)說(shuō)明。其測(cè)距精度，測(cè)角精度(一測(cè)回方向標(biāo)準(zhǔn)偏差)為±O. 5" ，若角度觀測(cè)6 測(cè)固，取=±0.2" ，其他參數(shù)取值不變，和分別取不同的值時(shí)，高差中誤差的取值情況，見(jiàn)表4 所列。同樣，以2為限差，與國(guó)家一二等水準(zhǔn)測(cè)量限差比較列于表5 。不難看出，僅僅一項(xiàng)測(cè)角精度的提高，使得精密三角高程測(cè)量實(shí)現(xiàn)跨河水準(zhǔn)更為容易。距離不超過(guò)2000 m 的情況下，可以達(dá)到國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量的精度;跨河距離小于1000 m 時(shí)，垂直角控制在10°以內(nèi)，

27、可以滿足國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量的要求。4. 總 結(jié)本文對(duì)精密三角高程測(cè)量實(shí)現(xiàn)跨河水準(zhǔn)的精度從理論上進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明，在觀測(cè)合理、處理方法得當(dāng)?shù)那闆r下，精密三角高程測(cè)量可以很容易實(shí)現(xiàn)國(guó)家二等水準(zhǔn)測(cè)量。使用目前的高精度自動(dòng)化全站儀，除了使操作更加便利外，可以提高三角高程測(cè)量的精度和實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)距離的跨河測(cè)量，甚至有望實(shí)現(xiàn)跨江水準(zhǔn)測(cè)量。另外，對(duì)于短距離跨河測(cè)量，可以達(dá)到國(guó)家一等水準(zhǔn)測(cè)量的精度。此外，實(shí)施跨河水準(zhǔn)測(cè)量需要注意以下幾點(diǎn):(1) 測(cè)角誤差是高差誤差的主要來(lái)源之一，因此要盡可能的采用高精度的測(cè)角儀器，觀測(cè)時(shí)要保證成像清晰穩(wěn)定，并增加測(cè)回?cái)?shù)來(lái)提高測(cè)角精度。 (2) 垂直角在短距離測(cè)量高差中，影響

28、高差值較大，在長(zhǎng)距離測(cè)量高差中，影響高差值較小，所以在短距離測(cè)定高差中，應(yīng)使儀器高與棱鏡高的差距盡量縮小。(3) 跨河水準(zhǔn)測(cè)量受氣象因素影響極大，因此觀測(cè)應(yīng)選在無(wú)風(fēng)或微風(fēng)天氣進(jìn)行，在氣溫變化較大時(shí)應(yīng)停止觀測(cè)。大氣折光影響是個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，本文參考了有關(guān)資料取為±0.01。(4) 兩岸同時(shí)對(duì)向觀測(cè)，可以極大地提高精度，消除或減弱儀器高誤差、大氣折光差、地球曲率誤差等多項(xiàng)誤差。 (5) 隨著跨河視線長(zhǎng)度的增加，高差中誤差急劇增大，因此在條件允許的情況下，要盡可能縮短跨河視線長(zhǎng)度，將跨河水準(zhǔn)點(diǎn)選在河道最窄處。(6) 對(duì)向觀測(cè)的2 個(gè)鏡站設(shè)置同樣標(biāo)高，消除了標(biāo)高誤差。但觀測(cè)時(shí)，要經(jīng)常注意儀器及棱鏡桿的圓水準(zhǔn)器氣泡是否居中，精度要求高時(shí)，應(yīng)建造強(qiáng)制對(duì)中裝置。鄭州城市職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）致謝回顧兩年多以來(lái)的學(xué)習(xí)和生活，我在學(xué)業(yè)和生活上得到了眾多老師、同學(xué)和朋友們的熱心幫助和有力支持。在此，我要向他們表示我誠(chéng)摯的謝意首先，今日論文的完稿，多承黑老師您的悉心指導(dǎo)，同時(shí)在學(xué)業(yè)上給了我大量的、極其有益的建議和具體的指導(dǎo)，并在論文的撰寫(xiě)和審稿中傾注了大量的心