全站仪三角高程测量精度分析

1、辽宁工程技术大学继续教育学院毕 业 论 文（设计）题目： 全站仪三角高程测量精度分析 层 次 专 业 测绘工程 函授站点 霍林河函授站 班 级 2011级 姓 名 指导教师 2012 年 10月 18 日 全站仪三角高程测量精度分析 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行高程控制，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相同，这与实际的情况有出入。而中间观测法则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，在观测结果进行修正的条件下，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及误差传播定律，对全站仪三角高程测量在测量中的应用及精度进行了探讨。对三角高程测量的不同方法进行了对比、分析总结。通过试验，对全站仪水准法三角高程测量进行了精度分析。关键词 全站仪；三角高程测量；精度分析目 录第一章 全站仪11.1全站仪的介绍11.1.1全站仪的工作原理11.

2、1.2全站仪的发展和简史11.1.3全站仪的分类11.1.4全站仪的结构21.1.5全站仪的主要特点31.1.6全站仪操作注意事项41.2全站仪的主要功能51.2.1水平角测量51.2.2距离测量51.2.3坐标测量51.2.4全站仪的数据通讯51.3全站仪的检验61.3.1全站仪整平以及气泡校正61.3.2垂直度盘安装过程中的误差分析及其校正61.3.3检验7第二章 全站仪三角高程测量的原理82.1三角高程测量定义82.2三角高程测量基本原理82.3全站仪三角高程测量的技术指标8第三章 全站仪三角高程测量方法103.1三角高程测量的传统方法103.2单向精密三角高程测量方法113.3全站仪对边测量三角高程测量法113.4全站仪水准法三角高程测量133.5对向观测法133.6中间观测法15第四章 全站仪三角高程测量精度分析174.1全站仪三角高程测量精度分析174.1.1大气对光电测距精度的影响174.1.2削减大气对测距精度影响的途径184.1.3光电测距的最佳观测时间184.1.4根据大气模型进行修正184.2不同观测方法误差的共同点184.3提高全站仪三角高程测量精度的措施19第

3、五章 全站仪三角高程测量的应用实例205.1工程概况205.2准备工作205.3现场测量及注意事项215.4内业整理计算分析215.4.1求K值215.5技术小结225.5.1对三角高程的误差、精度进行分析225.5.2做好测量前准备工作225.5.3工程总结22第六章 结语23第一章 全站仪1.1全站仪的介绍全站仪，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。1.1.1全站仪的工作原理全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比较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，且可避免读数误差的产生。电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。 1.1.2全站仪的发展和简史全站仪的发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

4、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发展。用电磁波测距仪代替光学视距经纬仪，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）。 全站型电子速测仪则是由电子测角、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。1.1.3全站仪的分类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、光栅盘测角系统及动态（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，可以分离使用，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

5、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基本功能，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 total station） 在经典全站仪的基础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行测量，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） 在机动化全站仪的基础上，仪器安装自动目标识别与照准的新功能，因此在

6、自动化的进程中，全站仪进一步克服了需要人工照准目标的重大缺陷，实现了全站仪的智能化。1.1.4全站仪的结构全站仪几乎可以用在所有的测量领域。电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通讯接口、及显示屏、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。同轴化的基本原理是：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，进行角度测量。同时其测距部分的外光路系统又能使测距部分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，进行而由内、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

7、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，通过运算电路比较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。1.1.5全站仪的主要特点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

8、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，可以长期保留数据。（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。1.1.6全站仪操作注意事项（1）理解概念。（2）了解测量原理：全站仪的测量原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，测量功能可分为基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、功能和参数设置进行工作的，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

9、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：开机为基本测量功能，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：按仪器功能的操作程序观测。记录：记录或存储观测数据。（7）观测结束应检查记录，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，不同型号的仪器大同小异。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行，否则会导致测量数据出现错误。1.2全站仪的主要功能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。 全站仪的基本操作与使用方法 ： 1.2.1水平角测量（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。 1.2.2距离测量 （1）设置棱镜常数。

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