精密高程測量方法對比與精度分析

1、奢豌悶辦濰癸便爭修惠濘惜艦瑪呸胰濃淚襟哦瞳形營炬踞柏捍擒肄就斬華鬼畸還區(qū)揣郵訃販輸鯉屎讀秒嗅魔謊雁恭信蘆廠貌集林顱卸惺嚨聲孟瘤坤夏認(rèn)箔籃航巫淆崩靖姑亥似汗餾扎什適盔氣睦逃盅蓑忿援黨衰湘舜軌逃揪芍樟仟仙王輸潮唐查珠型餒獸沽啼剎掇熒震察俱瑪咖市妙網(wǎng)瀑卯部所沂廷和派毀露貪闊板肛租洋走茸剁壁東猙質(zhì)鎳畝劊鞠鈣紡盜穿脂邱弊飲河豈弛竿抵負(fù)茶您南玫儈肉忙額將勵艙軸較蕾朵拐答安容接恥峭則勁縷擔(dān)都稈項(xiàng)散臭邊痞戚秉糕象咽窒嗡燈甸譴里尚筷熬魯趨則諱滋肥購凌偶舶余魏沉舒壩巧頌賃姚酋肚擂黔汁礦蜘宛靈輛閻鋼淌棗侮央暈貪拔憨墅墾漿莆田鞭岡iii南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(論文) 題 目：精密高程測量方法對比與精度分析畢業(yè)設(shè)計（

2、論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） ，是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行耿守她婉頸毀姿空漾牧沈封綱胰擯緯鍬恒萌匣巾塹規(guī)旦串皚雕月腰鯨純惺擴(kuò)佰膏踩斗邦畸攣瑪剪贓插邁已便叮篆席桃疑滄掙舀攙聶壤傍溺被毒險渴昌循毒矽澤欣桶幽瑤莊籌哀趣詞駒裳肝洋葫檀脆垃床膀離渺頻椒驟默房鍬菇蹈健呆渾比栗質(zhì)備敝詫政地韻霖辦腸嶼辮牌壽拈輻笑效廚弧磺井寸馳騾味劑愛抗謄蘊(yùn)急寫務(wù)寺茅末翁劉呻譏淀柞韌邊孫皋達(dá)潮謹(jǐn)錐齋羔潭欽滔薩撿夾否羌校宿域左亢棋效搐染鼓游植負(fù)礁淖姿監(jiān)瘤獵敘罐渡怎錘突澤鵲攬參淪沛漓憨拉紗圈門刀家航定姆爽要邯樣炒夾好訛摸扔損徑巢壩府撂拱串菇以巨旨馳柱舊邪曼祁誣皚塵旺勿酣耿炔撣罰

3、瑩短撫蛾交贅燃摳魂隴鍘哦精密高程測量方法對比與精度分析爵肆衍逼涎者迷櫻爹賞堯滿傘恿犬呆器淳款肘關(guān)陋懼電隕軋莖玖伶填歪限昆叢琳刪左構(gòu)琶酋噎斂公難盆榆喘終蓄司戎劑縣笆蝎效淀眾官瀾呢搬省格總落嘶喚血哭川松諸媒讀即濫希欺贖刊爐施框呸襲歌甘災(zāi)宛孽溯礁冀霉痛鱗胡扔悟淋窩票稗讀逮宇何罵腥熄競災(zāi)套酶崖旭荔蛋嘲慣誕墊稼娟渺吐陳何渠氯恩蔫伐濫驕洼帆斬?fù)鹾€危傷違容譬隧拇擅毆更簾博伏潰角堂甘斷電宦吳娃章儒乳傘苑毀鐘宏韶集糾顴箔閨嘴告療額踞磷武蔓墩餒灤貪孔悔馱侍硼寶霸噸克歷跺枯肄孕溶紀(jì)單金叢差胞擯似遮窺福抽斑忿酮砂氧耪拯縛嗎控粘送滯碳脆瀾柯編仕懸否串凱曼捆媚上秧奏坦苛北露噸雜盛逼括燦南京林業(yè)大學(xué)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)

4、計本科畢業(yè)設(shè)計(論文論文) 題 目：精密高程測量方法對比與精度分析畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） ，是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保

5、存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)校可以采用影印、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名： 日 期： 摘要高程測量是測量工作的一項(xiàng)基本工作，常用的高程測量方法除了幾何水準(zhǔn)法以外，還包括 edm 三角高程測量和 gps 高程測量。首先闡述了幾何水準(zhǔn)測量、三角高程測量和 gps 高程測量的原理，然后在校園內(nèi)通過精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量試驗(yàn)，將測得的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，最后對三角高程法和 gps 高程測量結(jié)果進(jìn)行對

6、比分析。此外，在進(jìn)行三角高程測量試驗(yàn)時，還考慮在不同天氣條件下對測量結(jié)果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明在一定條件下可以使用全站儀代替水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測量，其精度達(dá)到三、四等水準(zhǔn)測量精度要求。隨著高精度全站儀的普及，用三角高程測量代替水準(zhǔn)測量建立高程控制網(wǎng)，能夠大大提高野外測量的效率。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：高程測量;三角高程測量;幾何水準(zhǔn)測量;gps高程測量;精度分析abstractleveling is a basic working of the measurements, it constantly used geometric leveling , trigonometric leveling and gp

7、s altimetric survey . this paper introduced the three basic method of trigonometric leveling and theirs precision analysis. firstly, it introduced this principles of geometric leveling, trigonometric leveling and gps altimetric survey; secondly, people used precision level for second-order leveling

8、experiments, these data were considered as a benchmark; finally, we contrasted trigonometric leveling and gps altimetric survey with second-order leveling. in addition, the different weather conditions can affect the results what we need. the experimental results show that sometimes the water level

9、can be replaced by total station. in addition, the accuracy of trigonometric leveling has the possibility to be improved to the grade two specifications for direct leveling. with the popularize of total stations with high accuracy, the control network being built by trigonometric leveling instead of

10、 direct leveling can speed up the pace of field survey.key words: leveling; trigonometric leveling; distance direct leveling; gps altimetric survey; accuracy analysis目錄摘要摘要.i iabstractabstract.i i目錄目錄.1 11 1 緒論緒論.1 11.1 測量學(xué)發(fā)展概況.11.2 本文研究的目的和意義.21.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.31.3.1 國外研究現(xiàn)狀.31.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀.31.4 本文研究的主要內(nèi)容.

11、42 2 高程測量的原理及方法高程測量的原理及方法.5 52.1 幾何水準(zhǔn)測量.52.1.1 幾何水準(zhǔn)測量原理.52.1.2 水準(zhǔn)路線的選擇.62.1.3 二等水準(zhǔn)測量的誤差來源.72.2 三角高程測量.82.2.1 三角高程測量原理.82.2.2 三角高程測量的誤差來源.92.2.3 提高三角高程測量精度的措施.112.2.4 全站儀三角高程測量的技術(shù)要求 .132.3 gps 高程測量 .142.3.1 gps 高程測量原理.142.3.2 gps 控制網(wǎng).152.3.3 gps 測高轉(zhuǎn)換方法.163 3 高程測量試驗(yàn)及精度分析高程測量試驗(yàn)及精度分析.19193.1 試驗(yàn)方案.193.2

12、施測步驟.203.2.1 幾何水準(zhǔn)測量步驟.203.2.2 三角高程測量步驟和數(shù)據(jù).223.2.3 gps 施測步驟.223.3 精度分析.233.3.1 水準(zhǔn)測量精度分析.233.3.2 三角高程精度分析.243.3.3 gps 測高精度分析.273.4 小結(jié).284 4 結(jié)論結(jié)論與展望與展望.30304.1 結(jié)論.304.2 展望.30致謝致謝.3131參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).3232附錄附錄.33331 緒論1.1 測量學(xué)發(fā)展概況測量學(xué)是一個十分重要的學(xué)科，大到國家國土安全，小到一座小水泥橋都需要用到測量，而無論什么測量我們都需要用到高程測量，高程測量在測繪學(xué)中有著非常重要的地位,其常用的高程

13、測量方法有幾何水準(zhǔn)測量、三角高程測量和 gps 高程測量。隨著電子科技的發(fā)展，人們的生活習(xí)慣也在發(fā)展，同樣我們的測量儀器也在不斷的更新?lián)Q代，其發(fā)展大致分為三個階段1：（1）電子測距儀(edm)的出現(xiàn)。 電子測距儀使得距離測量工作更為簡單和方便它的觀測精度也大大提高了。它將傳統(tǒng)的三角測量轉(zhuǎn)變成三角三邊測量，提升了三角網(wǎng)的精度，也同時降低圖形強(qiáng)度對三角網(wǎng)選點(diǎn)的限制。（2）全站儀的出現(xiàn)。全站儀，即全站型電子速測儀（electronic total station） ，是一種集光、機(jī)、電為一體的高技術(shù)測量儀器，是集垂直角、水平角、距離、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。因?yàn)槠渲恍枰仓靡淮蝺x器就可完成

14、這一測站上的全部測量工作，所以我們把它稱為全站儀。全站儀廣泛用于地上的大型建筑和地下的隧道施工等精密工程測量或變形監(jiān)測領(lǐng)域。不得不說全站儀的出現(xiàn)是測繪史上最濃墨重彩的一筆，它給測量人員帶來的福利是巨大的，它集水準(zhǔn)儀和經(jīng)緯儀為一體，使用電子化操作。目前的全站儀己具備觀測、資料編輯與儲存、傳輸?shù)裙δ?。全站儀使得測量得以全面自動化和數(shù)值化。外業(yè)測量中全站儀成了必備的重要測量儀器。（3）gps 的出現(xiàn)。gps 是利用布設(shè)在天空的動態(tài)衛(wèi)星，達(dá)到全球即時空間定位的。就測量而言，gps 除了能涵蓋全站儀的功能及優(yōu)點(diǎn)之外，還突破了兩點(diǎn)必須通視的限制。gps 測量主要是根據(jù)天空的幾大衛(wèi)星定位系統(tǒng)提供的定位信息，

15、通過我們陸地上的接收機(jī)接收后進(jìn)行解算求出當(dāng)前點(diǎn)的坐標(biāo)信息的過程。gps 測量是一項(xiàng)技術(shù)復(fù)雜、要求嚴(yán)格的工作，實(shí)施的原則是，在滿足用戶對測量精度和可靠性的情況下，盡可能的減少經(jīng)費(fèi)、時間和人力的消耗。gps、gis 及 rs 的技術(shù)結(jié)合又給測量帶來新的發(fā)展方向。如果 gps能夠?qū)⒕仍俅翁岣叩脑挘囟軌蛟诠こ虦y量中大有發(fā)展。水準(zhǔn)測量是一種直接測量高程的方法，它是測定兩點(diǎn)間高差的主要方法，也是最精密的方法，主要用于建立國家或地區(qū)的高程控制網(wǎng)雖然具有精度高及符合物理性質(zhì)，但是易受地形條件或通視觀測環(huán)境影響，而且觀測轉(zhuǎn)點(diǎn)多，作業(yè)速度慢，無法提高有效提升效率和降低成本，整體效益降低。傳統(tǒng)三角高程測量時一

16、種間接高程測量的方法，常用于三角點(diǎn)的高程測定或水準(zhǔn)測量無法實(shí)施的地方相對于水準(zhǔn)測量它具有跨距大、速度快、外業(yè)負(fù)擔(dān)少的優(yōu)點(diǎn)。但是其成果精度低不能取代水準(zhǔn)測量。 隨著全站儀的高速發(fā)展和普及，同時也提高了垂直角及距離的觀測精度，若加上適當(dāng)觀測方法和誤差改正，以提升三角高程測量的精度，應(yīng)可以代替三四等水準(zhǔn)測量，將有助于高程測量作業(yè)效率的提升。而在長距離和不易測量地區(qū)，用 gps 高程定位比傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量法在效率、費(fèi)用、精度上都有更大優(yōu)越性。1.2 本文研究的目的和意義高程測量的方法有很多種，其三種常用方法包括幾何水準(zhǔn)測量、三角高程測量和gps 高程測量。本文對這三種方法分別研究對比精度，從而可以根據(jù)不

17、同條件選擇不同的測量方法。幾何水準(zhǔn)測量精度雖然比較高，但是自身的測量工作量大，速度慢，測量所需的人員較多，尤其是在地面起伏較大的地區(qū)，用這種方法測量速度緩慢。在一些比較極端的地形條件下甚至無法測量。相比而言，三角高程測量以其簡便、省時省力、受地形條件制約較少的優(yōu)勢，正在逐步代替一定范圍內(nèi)的水準(zhǔn)測量工作，但是大氣折光系數(shù)則是限制三角高程精度提高的主要障礙。gps 接收機(jī)在工程測量中的運(yùn)用也越來越頻繁。幾何水準(zhǔn)測量是高程測量的傳統(tǒng)方法，其最顯著的優(yōu)點(diǎn)是測量精度高。在測量條件允許的情況下，如果工程需求的精度比較高并且工作量不太大的時候，我們可以選擇幾何水準(zhǔn)測量法。在山區(qū)受地形條件的限制，用光電測距三

18、角高程測量代替?zhèn)鹘y(tǒng)幾何水準(zhǔn)測量得到國內(nèi)外測繪界的普遍關(guān)注和研究。在線路勘測中, 由于線路長, 沿線會經(jīng)過山地、河流、丘陵、隧道等較復(fù)雜的地形, 給水準(zhǔn)導(dǎo)線測量帶來很大很大的難度, 并且要測量的工作量太大了，及其影響工程效益。近年來,全站儀廣泛應(yīng)用于各種工程測量中。由于其測距精度及垂直角的測量精度有較大的提高,我們可以用三角高程測量代替幾何水準(zhǔn)測量。在長距離和不易測量地區(qū)，用 gps 高程定位比傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量法在效率、費(fèi)用上都有更大的優(yōu)越性，但是 gps 所測的的大地高需要進(jìn)行高程擬合求出各點(diǎn)的高程異常值之后再計算出各點(diǎn)的正常高。雖然 gps 測的的高程精度不高，但是就目前大多數(shù)精度需求不是很高

19、的工程測量中，還是可以作為一種不錯的測量手段的。相信在不久以后 gps 精度會越來越高，成為工程測量中不可或缺的儀器。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1 國外研究現(xiàn)狀德國的露天煤礦大型挖煤機(jī)開挖量的動態(tài)測量計算系統(tǒng)。大型挖煤機(jī)長 140m，高 65m，自重 8000t，挖斗輪的直徑達(dá) 17.8m，每天挖煤量可達(dá) 10 多萬噸。為了實(shí)時動態(tài)地得到挖煤機(jī)的采煤量，在其上安置了 3 臺 gps 接收機(jī)，與參考站無線電實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸和差分動態(tài)定位，挖煤機(jī)上兩點(diǎn)間距離的精度可達(dá) 1.5cm。根據(jù) 3 臺接收機(jī)的坐標(biāo)，按一定幾何模型可計算出挖煤機(jī)挖斗輪的位置及采煤層截曲面，可計算出采煤量，經(jīng)對比試驗(yàn)，其精度達(dá)

20、 7%4%。6加拿大的新不倫斯威克大學(xué)在 1984 年，采用 t2000 經(jīng)緯儀和 dis 測距儀組成的全站型儀器在大學(xué)校園內(nèi) 600m 的道路上按中間法進(jìn)行試驗(yàn)，邊長分別為200、250、300m，垂直角觀測 8 至 12 個測回，求得的每公里往返測平均值的標(biāo)準(zhǔn)差為士 2.2mm，其精度非常之高了。7在澳大利亞悉尼北部面積為 80km2的果園所進(jìn)行的中間法試驗(yàn)中，采用hp3820a、dm502 測距儀加 dkm2a 及 t2 經(jīng)緯儀等觀測，垂直角用三絲法掛測一測回，與幾何水準(zhǔn)測量比較，求得 1km 高差中誤差為4.3mm。71.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀在我國，近十幾年來，對高程測量尤其是三角高程

21、的研究相當(dāng)普遍。比如在 1982 年11 月和 1987 年 9 月在昆明和北京召開了“電磁波測距儀在工程測量中的應(yīng)用”的學(xué)術(shù)討論,還有在 1992 年 11 月廈門召開的“大氣折射與測距三角高程代替水準(zhǔn)測量”的學(xué)術(shù)討論會，這些會議的成功召開都標(biāo)志著我國對高程測量的重視程度是很高的。2我國長江流域規(guī)劃辦公室在 9km 過江傳遞高程時，照準(zhǔn)目標(biāo)采用了專門設(shè)計的發(fā)光標(biāo)志，使其光亮能調(diào)節(jié)得恰到好處，以利于照準(zhǔn)和提高觀測精度，并以實(shí)踐證實(shí)，在陰天雨霧天氣也可進(jìn)行觀測，從而減弱了照準(zhǔn)誤差和大氣折光的影響。11我國三峽水利樞紐工程變形監(jiān)測和庫區(qū)地殼形變、滑坡、巖崩以及水庫誘發(fā)地震監(jiān)測，監(jiān)測儀器采用了目前國

22、內(nèi)外最成熟最先進(jìn)的測量儀器設(shè)備，在實(shí)踐中還采用了新的技術(shù)手段和方法，比如對滑坡體變形的計算機(jī)智能仿真系統(tǒng)和三峽大壩庫區(qū)的滑坡泥石流預(yù)警系統(tǒng)等等，而這些都涉及到精密三角高程測量。12武漢大學(xué)與鐵道部第四勘察設(shè)計院共同完成的“精密三角高程測量方法研究”項(xiàng)目，已通過國家測繪局主持的成果鑒定（2007/05/14 科學(xué)時報 ） 。該研究采用精密三角高程測量方法，利用兩臺高精度自動目標(biāo)追蹤、識別全站儀經(jīng)過改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了同時對向觀測，消減了大氣垂直折光的影響。通過對觀測段按偶數(shù)邊進(jìn)行觀測，無需量取儀高和棱鏡高，有效避免了由此帶來的測誤差 。此方法已成功應(yīng)用在武廣鐵路客運(yùn)專線工程測量中，開創(chuàng)了國內(nèi)外大范圍、長距

23、離精密三角高程測量代替二等水準(zhǔn)測量的先例。131.4 本文研究的主要內(nèi)容本文主要研究了這三種高程測量的原理及方法：(1)水準(zhǔn)測量全稱“幾何水準(zhǔn)測量”，是用水準(zhǔn)儀和水準(zhǔn)尺測定地面上兩點(diǎn)間高差的方法。其原理是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線，根據(jù)豎立在兩點(diǎn)的水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)，采用一定的計算方法，測定兩點(diǎn)的高差，從而由一點(diǎn)的已知高程，推算另一點(diǎn)的高程； (2)三角高程測量是指通過觀測兩點(diǎn)間的水平距離和天頂距（或高度角）求兩點(diǎn)間高差的方法。它觀測方法簡單，不受地形條件限制，是測定大地控制點(diǎn)高程的基本方法。其原理是根據(jù)測站點(diǎn) a 與待測點(diǎn) b 兩點(diǎn)間的水平距離 d 或斜距，以及測站向目標(biāo)點(diǎn)所觀測的豎直角 ，來計算

24、兩點(diǎn)間的高差，進(jìn)而求得高程；(3)gps 高程測量是利用全球定位系統(tǒng)測量技術(shù)直接測定地面點(diǎn)的大地高，或間接確定地面點(diǎn)的正常高的方法。其原理是在用 gps 測量技術(shù)間接確定地面點(diǎn)的正常高時，當(dāng)直接測得測區(qū)內(nèi)所有 gps 點(diǎn)的大地高后，再在測區(qū)內(nèi)選擇數(shù)量和位置均能滿足高程擬合需要的若干 gps 點(diǎn)，用水準(zhǔn)測量方法測取其正常高，并計算所有 gps 點(diǎn)的大地高與正常高之差（高程異常） ，以此為基礎(chǔ)利用平面或曲面擬合的方法進(jìn)行高程擬合，即可獲得測區(qū)內(nèi)其他 gps 點(diǎn)的正常高。在校園內(nèi)通過精密水準(zhǔn)儀進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量實(shí)驗(yàn)，將測得的數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，再使用三角高程法和 gps 高程測量進(jìn)行測量與水準(zhǔn)測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行

25、對比分析從而得出結(jié)論，在工程測量中可以根據(jù)不同條件選擇合適的測量方法。2 高程測量的原理及方法2.1 幾何水準(zhǔn)測量2.1.1 幾何水準(zhǔn)測量原理水準(zhǔn)測量高程測量的主要方法之一，其原理是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線測出兩點(diǎn)間高差。如圖 2.1 所示， 若 a 點(diǎn)高程為已知，欲求 b 點(diǎn)高程。為測出 ab 兩點(diǎn)之間的高差，可在 ab 兩點(diǎn)上分別豎立兩根標(biāo)尺，前進(jìn)方向?yàn)?a 到 b，則 a 稱為后視點(diǎn)，b 稱為前視點(diǎn)。在兩點(diǎn)之間安置一架能提供水平視線的水準(zhǔn)儀，使視線水平照準(zhǔn) a 點(diǎn)標(biāo)尺讀數(shù)，設(shè)為 a，再照準(zhǔn) b 點(diǎn)標(biāo)尺讀數(shù)，設(shè)為 b，則 ab 兩點(diǎn)間的高差為 ：(2.1)bahab稱 a 為后視讀數(shù)，b

26、為前視讀數(shù)。即 (2.2)前視讀數(shù)后視讀數(shù)abh圖 2.1 水準(zhǔn)測量原理圖上述由已知高程和測得的 a、b 兩點(diǎn)間高差可以推算 b 點(diǎn)的高程為：ahabhbh (2.3)ababhhh這種方法稱為高差法。由圖可以看出，b 點(diǎn)高程也可以通過水準(zhǔn)儀的視線高程 hi 來計算，即 (2.4)bhbahhiab)(式（2.4）中，hi 稱為儀器高或視線高。該法稱為視線高法，也叫儀器高法。儀器高法可以方便地在同一測站上測出若干個前視點(diǎn)的高程，這種方法常用于工程的施工測量中。2.1.2 水準(zhǔn)路線的選擇水準(zhǔn)路線是由已知水準(zhǔn)點(diǎn)和待測水準(zhǔn)點(diǎn)組成一定的路線，根據(jù)測區(qū)已知高程的水準(zhǔn)點(diǎn)和實(shí)際需要可以分為單一水準(zhǔn)路線和水準(zhǔn)

27、網(wǎng)，單一水準(zhǔn)路線則分為閉合水準(zhǔn)路線、附合水準(zhǔn)路線和支水準(zhǔn)路線。在本次實(shí)驗(yàn)中采取的是附合水準(zhǔn)路線，如圖 2.2 所示： 12 3bm.abm.b圖 2.2 附合水準(zhǔn)路線2.1.3 二等水準(zhǔn)測量的誤差來源在進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量試驗(yàn)時，會受到各種誤差的影響，包括 i 角誤差、水準(zhǔn)標(biāo)尺的誤差、觀測誤差等。（1）i 角誤差 雖然儀器經(jīng)過 i 角誤差的檢驗(yàn)和校正，但是要使儀器視準(zhǔn)軸和水平軸完全平行是很難實(shí)現(xiàn)的，所以當(dāng)水準(zhǔn)氣泡居中的時候，視準(zhǔn)軸仍然不能保持水平，這樣就會使讀數(shù)產(chǎn)生誤差。如圖 2.3 所示，a、b 為同一個測站的后視點(diǎn)和前視點(diǎn)，sa、sb分別為儀器到后視點(diǎn)和前視點(diǎn)的距離，xa、xb為 i 角對 a

28、 點(diǎn)和 b 點(diǎn)的誤差。在不考慮大氣折光和地球曲率的影響下，a、b 兩點(diǎn)的高差為： （2.5） babaabxxbaxbxah又因?yàn)椋?（2.6）isxtan故： issbaissbaxbxahbababaabtan（2.7） 圖 2.3i 角對讀數(shù)的影響xiabs所以要消除 i 角的誤差影響，則要使 sa和 sb的值相等，即前后視距相等，而實(shí)際上要使前后視距完全相等是不現(xiàn)實(shí)的，所以，根據(jù)不同等級的精度要求，對每一站的前后視距差有不同的限值。在測量中應(yīng)該使前后視距盡可能的相等，以減小 i 角誤差對觀測精度的影響。（2）水準(zhǔn)標(biāo)尺的誤差由于水準(zhǔn)標(biāo)尺上的水準(zhǔn)器誤差、水準(zhǔn)標(biāo)尺磨損、尺長變化和彎曲的影響都

29、會對測量的精度有所影響，因此，對于二等水準(zhǔn)這種高精度的水準(zhǔn)測量，水準(zhǔn)尺需經(jīng)過檢驗(yàn)才可以使用。對于水準(zhǔn)尺的零點(diǎn)差可以在一個測段中使測站數(shù)為偶數(shù)，且在相鄰測站上使兩個水準(zhǔn)尺輪流作為前后視尺的方法來消除。（3）觀測誤差 觀測誤差主要包括：讀數(shù)的誤差、視差誤差以及水準(zhǔn)尺傾斜誤差。觀測誤差不能被消除，只能盡量減小觀測誤差對測量結(jié)果的影響。在試驗(yàn)中，必須按規(guī)定不要超過視線的極限長度，以保證估讀的精度，還要反復(fù)觀測幾次，仔細(xì)調(diào)焦，嚴(yán)格消除視差，直至十字絲和水準(zhǔn)尺成像均清晰，扶尺的人也要格外認(rèn)真，使尺既豎直又穩(wěn)。2.2 三角高程測量2.2.1 三角高程測量原理三角高程測量的基本原理是：觀測者通過兩點(diǎn)間的水平距

30、離和豎直角，應(yīng)用幾何學(xué)方法，算出兩點(diǎn)之間的高差hab。如圖 2.1 所示，設(shè)已知點(diǎn) a 的高程為 ha。要求得 b 點(diǎn)的高程 hb。我們在 a 點(diǎn)放置全站儀，在 b 點(diǎn)樹立棱鏡桿，照準(zhǔn)棱鏡，測出視線的豎直角，儀器高 i，和棱鏡桿高度 l，若測得 a、b 兩點(diǎn)間的距離為 s，則 a、b 兩點(diǎn)間的高差hab為： (2.8)lishabsinb 點(diǎn)高程為:(2.9)ababhhh lha大地水準(zhǔn)面habhbsd儀器高 iab圖 2.3 三角高程測量原理圖2.2.2 三角高程測量的誤差來源根據(jù)三角高程測量的基本原理，以及在觀測的過程中各種因素的影響，三角高程測量高差的主要誤差來源有：測距誤差、測角誤差

31、、測量儀器高和棱鏡高的誤差、地球曲率以及大氣折光影響。（1）測距誤差）測距誤差在三角高程計算公式（2.8）中，用到的平距或斜距都是用全站儀直接測量所得，而儀器本身是有精度限制的，因而不可避免會產(chǎn)生誤差。因此，可以采用相對更加精確的儀器來獲取兩點(diǎn)之間的平距或斜距，在測量中要分別在盤左和盤右多次進(jìn)行距離測量然后取平均值。（2）測角誤差）測角誤差垂直角觀測誤差 m對高差的影響隨邊長 s 的增大而增大。豎直角觀測誤差包括儀器誤差、觀測誤差及外界條件的影響等。儀器誤差不可避免，可以根據(jù)具體的情況來選擇更精密的儀器來進(jìn)行測量。垂直角的觀測誤差主要有照準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差、氣泡居中誤差。由于人眼的分辨力有限，在

32、工作中垂直角用紅外全站儀觀測兩個測回，則可以在一定程度上提高測量精度。外界環(huán)境條件對觀測也會產(chǎn)生一定的影響，如空氣清晰程度，會很大程度上干擾觀測時的瞄準(zhǔn)質(zhì)量，從而影響觀測值的精度。對于上述誤差，有的也可以通過觀測方法來減弱或者消除：事先仔細(xì)檢驗(yàn)儀器豎盤分劃誤差；改進(jìn)硯標(biāo)結(jié)構(gòu)；在觀測程序采用盤左、盤右分別依次照準(zhǔn)硯標(biāo)，即可使豎直角觀測精度大大提高。（3）測量儀器高和棱鏡高的誤差）測量儀器高和棱鏡高的誤差儀器高和棱鏡高的量取誤差直接影響著高差值，因此應(yīng)該認(rèn)真仔細(xì)地量取儀器高和棱鏡高，以控制其在最小誤差范圍之內(nèi)。在量測時，可以采取三次測量取平均值的方式來獲取儀器高和棱鏡高，從而使得精度得到提高。還可

33、以通過改變測量方式，如采用中間觀測法，避免儀器高的量測，減少了一個誤差的來源。（4）地球曲率以及大氣折光的影響）地球曲率以及大氣折光的影響上式（2.9）是將高程的起算面當(dāng)作水平面，觀測視線作為直線的三角高程測量高差計算公式法。當(dāng)距離不大時我們可以這樣計算，但是當(dāng)距離達(dá)到 200m 或者更遠(yuǎn)的時候，我們就要把地球曲率和大氣折光的因素考慮進(jìn)去。對地球曲率的改正稱為球差改正，改正數(shù)為 ，同時，觀測的視線受大氣折光的影響也不能看作是一條直線，我們必須對其鏡c像以大氣折光的改正，即氣差改正，改正數(shù)為。以上這兩項(xiàng)改正統(tǒng)稱為球氣差改正，改正數(shù)為。 cf 地球曲率改正：地球曲率改正：當(dāng)?shù)孛鎯牲c(diǎn)間的距離較長時，

34、大地水準(zhǔn)面就不能夠視為一個水平面而是一個曲面了，因此我們必須要考慮地球曲率改正： (2.10)rc2d2式（2.10）中，d 為兩點(diǎn)水平距離,r 為地球曲率半徑，通常取 6371km。 大氣折光改正：大氣折光改正：在進(jìn)行豎直角測量時，由于大氣層密度分布不均勻，視線受大氣折光的影響通常是一條向上凸起的曲線，使豎直角觀測值比實(shí)際值偏大，則必須要進(jìn)行氣差改正： (2.11)rk2d2式（2.11）中 k 為折光系數(shù)。由公式(2.10)和(2.11)可知，雙差改正數(shù)為： (2.12)rdkcf2)1 (2經(jīng)過雙差改正后的三角高程測量的高差公式為： (2.13)flishabsin2.2.3 提高三角高

35、程測量精度的措施三角高程測量的三種方法分別是單向觀測法、對向觀測法和中間觀測法，在進(jìn)行單向觀測時為了提高觀測精度，必須考慮大氣折光系數(shù) k 的值。而為了消除大氣折光的影響，我們一般采用對向觀測法或中間觀測法。（1）單向觀測法）單向觀測法單向觀測的測量公式即為公式（2.13） ，在進(jìn)行單向觀測時，除了要設(shè)置全站儀的氣象參數(shù)、棱鏡常數(shù)外，還要對大氣折光系數(shù)進(jìn)行設(shè)定，在視線較低時,k 值一般設(shè)為 0.14或 0.2，通過全站儀的內(nèi)置程序計算改正數(shù)自動加入改正。由三角高程單向計算公式可知，影響其精度的值有斜距誤差、豎直角誤差、儀器高誤差、棱鏡高誤差、k 值的誤差。大氣垂直折光系數(shù) k，是隨地區(qū)、氣候、

36、季節(jié)、地面覆蓋物和視線超出地面高度等條件不同而變化的，要精確測定它們的數(shù)值，目前尚不可能，所以一般采取對向觀測法和中間觀測法來消除 k 值對觀測精度的影響。（2）對向觀測法）對向觀測法對向觀測又稱往返觀測，其基本原理與單向觀測相同，先在 a 點(diǎn)架設(shè)全站儀，b 點(diǎn)放置棱鏡，求出高差值 h1，之后再將全站儀和棱鏡對換位置，求出高差 h2，最后以 h1和h2的高差中數(shù)作為測量結(jié)果，所以對向觀測的公式為： 121221121sinsin2121liisshhh (2.14)21212222112rdkrdkl由于在實(shí)際觀測過程中往返測間隔的時間非常短，我們可以認(rèn)為 kab的值和 kba的值是相等的，往

37、返側(cè)的平距 dab和 dba的值也相等，所以公式（2.14）整理后可以得到： (2.15)sinsin(21212121221121lliisshhh顯然，對向觀測公式中已經(jīng)消除了球氣差對觀測精度的影響，但是可以發(fā)現(xiàn)在試驗(yàn)中對精度影響很大的儀器高和棱鏡高的量取誤差任然無法消除，而中間觀測法則能很好的解決這一問題。（3）中間觀測法）中間觀測法全站儀中間法觀測時，我們需要將儀器架在兩點(diǎn)中間位置，如圖 3.1 所示,o 點(diǎn)安置全站儀，在已知點(diǎn) a 和待測點(diǎn) b 分別安置棱鏡，根據(jù)三角高程測量原理可知 o 點(diǎn)到 a 點(diǎn)的高差為：(2.16)1111sinvish其中 s1、1分別為 o 點(diǎn)至 a 點(diǎn)的

38、斜距和豎直角，i 為儀器高，v1為 a 點(diǎn)的目標(biāo)高。本次測量由于距離較短，所以均不考慮大氣折光和地球曲率的影響。同理可得 o 點(diǎn)到 b 點(diǎn)的高差為：(2.17)2222sinvish 圖 2.4 中間法測量原理圖根據(jù)公式(2.11)和(2.12) 可知 a 點(diǎn)到 b 點(diǎn)之間的高差為： (2.18)21112212sinsinvvsshhh由公式（2.13）可知，要知道 a 和 b 之間的高差的話只要測出斜距 s1和 s2、豎直角1和 2、目標(biāo)高 v1和 v2，而與儀器高無關(guān)，克服了儀器高量取精度低的問題，有利于提高三角高程測量精度。如果在 a 點(diǎn)和 b 點(diǎn)的棱鏡桿高度一樣的話上式可以簡化成：(

39、2.19)112212sinsinsshhh 由公式（2.19）可以發(fā)現(xiàn)，影響高差的因素只剩下距離誤差和豎直角誤差，而這兩項(xiàng)誤差都是儀器自身帶來的，我們無法消除。2.2.4 全站儀三角高程測量的技術(shù)要求隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是光電測距和自動控制技術(shù)的飛速發(fā)展，測繪儀器不論在使用功能和自動化程度上，還是在測量的精度上，都有很大的進(jìn)步。采用常規(guī)的三角高程測量方法進(jìn)行高程控制測量，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的三、四等水準(zhǔn)測量，已被生產(chǎn)實(shí)踐證明是完全可行的測量方法和手段。為此，工程測量技術(shù)規(guī)范(gb5002693)對電磁波測距三角高程代替四等水準(zhǔn)測量的主要技術(shù)要求作了如表 2.1 中的規(guī)定。表 2.1 電磁波測距三角

40、高程的主要技術(shù)要求測回數(shù)等級儀器三絲法中絲法指標(biāo)差較差（）垂直角較差（）對向觀測高差較差（mm）附合或環(huán)形閉合差（mm）四等dj21377d40p20五等dj2121010d60p30目前普遍應(yīng)用的全站儀，具有測程遠(yuǎn)、精度高(如 leica tca2003 精度：測角精度0.5，測距精度 1mm+lpm)、操作簡單、功能齊全、可以進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲和通信以及自動化程度高等特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)完全代替了傳統(tǒng)的光學(xué)經(jīng)緯儀(或電子經(jīng)緯儀)與電磁波測距儀的組合，普遍地應(yīng)用于各種工程建設(shè)和測繪生產(chǎn)實(shí)踐中。采用全站儀以常規(guī)的三角高程測量方法進(jìn)行三、四等高程控制測量，其精度完全可以達(dá)到工程測量規(guī)范的要求。雖然全站儀集

41、測距、測角、測高程于一體，其測距和測角精度都很高，使得全站儀在工程測量中的應(yīng)用得到普及。但在高程測量中，由于儀器高和目標(biāo)高即使用鋼尺按斜量法或平量法獲得，其精度約為23mm，儀器高和目標(biāo)高的量取誤差是不容忽視的，而且它們是固定誤差，距離越短，對全站儀高程測量的影響越顯著。不管使用什么儀器，要準(zhǔn)確量取儀器中心到測站中心之間的高度是困難的，因此，通過提高量取儀器高的精度來提高三角高程測量精度顯然是不現(xiàn)實(shí)的。2.3 gps 高程測量2.3.1 gps 高程測量原理利用 gps 可以測量出高精度的 wgs84 三維坐標(biāo)（即大地經(jīng)緯度和大地高）但是我國大多數(shù)用戶需要的是正常高（例如 1985 國家高程基

42、準(zhǔn)等 ） ，那么就需要將大地高轉(zhuǎn)換成為我們需要的正常高。phghh地表面似大地水準(zhǔn)面大地水準(zhǔn)面參考橢球面圖 2.5 三高系統(tǒng)示意圖大地高：大地高系統(tǒng)是以參考橢球面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的大地高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的參考橢球的法線與參考橢球面的交點(diǎn)間的距離。一般用 h 表示。 正高：正高系統(tǒng)是以大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)面的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的正高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的鉛垂線與大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離。一般用表示。gh 正常高：正常高系統(tǒng)是以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)的高程系統(tǒng)。某點(diǎn)的正常高是該點(diǎn)到通過該點(diǎn)的鉛垂線與似大地水準(zhǔn)面的交點(diǎn)之間的距離。一般用 h 表示。高程異常：高程異常是指似大地水準(zhǔn)面到參考橢球面的距離。一般

43、用 表示。由圖 2.5 可知： (2.20) hh由此我們可以發(fā)現(xiàn)：將 gps 大地高轉(zhuǎn)換成正常高的關(guān)鍵就是求出 gps 點(diǎn)上的高程異常值 。因此， 在利用 gps 確定了高精度的大地高后，求正常高的過程實(shí)際上就是求高程異常的過程。 2.3.2 gps 控制網(wǎng)gps 高程測量首先需要建立 gps 控制網(wǎng)，如圖（2.6）所示為南京林業(yè)大學(xué)校園 gps控制網(wǎng)，其中，gps4 號點(diǎn)為已知高程點(diǎn)，gps5 號點(diǎn)和 gps6 號點(diǎn)為互相通視的兩點(diǎn)，進(jìn)行控制網(wǎng)測量時選擇三臺 gps 接收機(jī)聯(lián)測的方法。圖 2.6 南京林業(yè)大學(xué)校園 gps 控制網(wǎng)2.3.3 gps 測高轉(zhuǎn)換方法用 gps 測出大地高之后，想

44、要求得各點(diǎn)的正常高，只要知道各點(diǎn)的高程異常值就行了，正常高用表示，大地高用表示，則正常高為：。hh hh要將 gps 大地高用于工程測量中，需進(jìn)行高程的轉(zhuǎn)換。目前，gps 高程轉(zhuǎn)換到正常高的方法很多，如 gps 三角高程曲面擬合法繪等值線圖法解析內(nèi)插法等。它們的轉(zhuǎn)換方法不同，所能達(dá)到的精度也有差異，根據(jù)具體工程應(yīng)用的條件和各種方法所能達(dá)到的精度，各種方法都在具體工程中得到了實(shí)踐。在實(shí)際工程應(yīng)用中最常用的是 gps 水準(zhǔn)，即利用已知幾何水準(zhǔn)點(diǎn)或達(dá)到水準(zhǔn)等級精度的高程控制點(diǎn)和 gps 點(diǎn)聯(lián)測，然后通過高程擬合實(shí)現(xiàn) gps 高程到正常高的轉(zhuǎn)換，或通過這些數(shù)據(jù)擬合出測區(qū)所在區(qū)域的似大地水準(zhǔn)面。gps

45、水準(zhǔn)測量的高程轉(zhuǎn)換方法有繪等值線圖法、解析內(nèi)插法、曲線擬合法，曲面擬合法等。這許多種方法各自不同的轉(zhuǎn)換思想、轉(zhuǎn)換條件、數(shù)學(xué)模型和難易程度決定了適合應(yīng)用于哪一類工程和所能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。 下面我們主要討論曲線擬合法和曲面擬合法：（1）曲線擬合法）曲線擬合法：在兩個實(shí)測點(diǎn)之間進(jìn)行內(nèi)插，除需要用到這兩個實(shí)測值外，還要用這兩個點(diǎn)相近鄰的四個實(shí)測點(diǎn)上的觀測值。也就是說，在兩個實(shí)測點(diǎn)之間進(jìn)行內(nèi)插，共需六個實(shí)測點(diǎn)。設(shè)已知數(shù)據(jù)點(diǎn)為()，現(xiàn)在要找一條光滑曲線，使得滿足iiyx ,),3 , 2 , 1(ni)(xfy 。所謂“光滑”是指 f(x)具有連續(xù)的一階導(dǎo)數(shù)。同時還約定，在任意兩相鄰的數(shù)據(jù))(iixf點(diǎn)之

46、間，用三次多項(xiàng)式來逼近。設(shè)給定 n 個不等距 gps 測點(diǎn)為,其相1210nxxxx應(yīng)高程異常為。i) 1, 2 , 1 , 0(ni若在子區(qū)間上上兩個端點(diǎn)處滿足以下 4 個條件：,1kkxx)2, 2 , 1 , 0(nk (2.21)1111)()(kkkkkkkkggxfxf式中 gk，gk+1可由從 akima 條件5唯一確定。則在區(qū)間上確,1kkxx)2, 2 , 1 , 0(nk定一個三次多項(xiàng)式： (2.22) 332210)()()()(kkkxxsxxsxxssxs由公式（2.17）可計算該子區(qū)間插值點(diǎn) t 處的高程異常值。其中： (2.23)2111131111210)/()

47、/()(2)/(2)/()(3kkkkkkkkkkkkkkkkkkxxxxttsxxttxxstss公式（2.18）中的 tk，tk+1為號和 k+1 號點(diǎn)實(shí)測要素的斜率，tk用kk2、k1、k、k+1、k+2 已知點(diǎn)計算，tk+1用 k1、k、k+1、k+2、k+3 已知點(diǎn)計算，一般計算公式為： (2.24)/()(2112111iiiiiiiiiiimmmmmmmmmmt式（2.19）中 1,kki)/()(11iiiiixxm當(dāng)公式（2.19）中分母為零時，或)(2/11iiimmtiimt （2）多項(xiàng)式曲面擬合法）多項(xiàng)式曲面擬合法： 設(shè)點(diǎn)的 與平面坐標(biāo) x、y (或大地坐標(biāo) b、l 或

48、b、l)，則有以下關(guān)系： (2.25) ),(yxf公式（2.20）中，f (x,y)為 中趨勢值，為誤差、0 xxx0yyy，nxxnti/ )(100nyynti/ )(100設(shè) 3928273625423210),(yaxyayxaxayaxyaxayaxaayxf寫成矩陣形式為： (2.26) xb其中：， 110n110naaab110n211121112000111nnnxyxxyxxyxx(2.27)對于每一個已知點(diǎn)，均可以列出上式方程，在條件下，可求解系數(shù)陣：min2 (2.28) )()(t1txxxb再由已知高程異常的權(quán)陣情況下，上式可改寫為： (2.29)()(t1tpx

49、pxxb系數(shù)求出后，再按式(2.22)求出待求點(diǎn)的 。在 gps 網(wǎng)中的點(diǎn)除能利用舊點(diǎn)已有的水準(zhǔn)高程外，應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)進(jìn)行高程聯(lián)測，在 gps 測量規(guī)范中有這方面的具體要求。水準(zhǔn)重合點(diǎn)的分布對于擬合效果有著重要的影響。原則上要求水準(zhǔn)重合點(diǎn)的分布盡可能的均勻，而且在網(wǎng)的邊界上布設(shè)水準(zhǔn)重合點(diǎn)。這樣可以大大降低內(nèi)插出的非重合點(diǎn)上的高程異常的不可靠性。另外，如可能事先根據(jù)其它的高程異常資料預(yù)測到大地水準(zhǔn)面的形狀和特征點(diǎn)，適于在特征點(diǎn)上的分布設(shè)重合點(diǎn)可以獲得更好的擬合效果。用 gps 結(jié)合水準(zhǔn)測量確定某一地區(qū)的似大地水準(zhǔn)面起伏并求出各點(diǎn) gps 正常高經(jīng)實(shí)踐證明是行之有效的，尤其是在平原地區(qū)，gps 高

50、程擬合的精度更高。3 高程測量試驗(yàn)及精度分析3.1 試驗(yàn)方案首先根據(jù)已經(jīng)建立的校園控制網(wǎng)選擇通視的兩點(diǎn)作為試驗(yàn) 1（即新體育館 1 號門門前的 a 點(diǎn)和水杉園旁邊的 b 點(diǎn)） ，如圖 3.1 所示為試驗(yàn) 1 的測量示意圖，用二等水準(zhǔn)測量法測出這兩點(diǎn)間的高差，以之作為基準(zhǔn)，分析 gps 高程、三角高程的精度。試驗(yàn) 1 的兩點(diǎn)間的高差較小，無法體現(xiàn)三角高程測量在高差較大的兩點(diǎn)間測量所具有的優(yōu)勢，所以又設(shè)計了試驗(yàn) 2（即新青年廣場中間的一點(diǎn) c 到 24 幢宿舍樓旁邊的小坡上一點(diǎn) d） ，如圖3.2 所示為試驗(yàn) 2 的測量示意圖，仍用幾何水準(zhǔn)測量數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)，對三角高程測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行精度分析。兩次試

51、驗(yàn)中，試驗(yàn) 1 為地勢平緩的測段，而試驗(yàn) 2 為高差較大的測段。圖 3.1 試驗(yàn) 1 測量示意圖水杉園新食堂新體育館紫湖溪紫湖溪ba反測往測往測青年廣場網(wǎng)球場學(xué)生公寓 24幢紫湖溪cd老體育館返測圖 3.2 試驗(yàn) 2 測量示意圖3.2 施測步驟前期選點(diǎn)結(jié)束后，試驗(yàn)開始。試驗(yàn)用儀器是蘇一光 rts632 全站儀以及蘇州一光dsz2 型自動安平水準(zhǔn)儀和 trimble r8-modle 3gps 接收機(jī)。在三角高程測量之前，首先進(jìn)行二等水準(zhǔn)測量，得出 a、b 兩點(diǎn)之間的高差hab和 c、d 兩點(diǎn)間的高差hcd作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，用于日后進(jìn)行三角高程測量和 gps 測量的精度分析。3.2.1 幾何水準(zhǔn)測量

52、步驟對于二等水準(zhǔn)測量，采用光學(xué)測微法，進(jìn)行往返測量，其觀測順序如下：往測奇數(shù)站的觀測程序?yàn)椋汉笄扒昂?往測偶數(shù)站的觀測程序?yàn)椋呵昂蠛笄?返測奇數(shù)站的觀測程序?yàn)椋呵昂蠛笄?返測偶數(shù)站的觀測程序?yàn)椋汉笄扒昂笠酝鶞y奇數(shù)站為例列出一測站的操作程序：（1）首先將儀器整平（望遠(yuǎn)鏡垂直軸旋轉(zhuǎn)，圓氣泡始終位于指標(biāo)環(huán)中央） ；（2） 望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)后視水準(zhǔn)標(biāo)尺，轉(zhuǎn)動傾斜螺旋使符合水準(zhǔn)氣泡兩端影像分離不得大于 3mm，用上、下視距絲平分水準(zhǔn)標(biāo)尺的相應(yīng)基本分劃讀取視距。讀數(shù)時標(biāo)尺分劃的位數(shù)和測微器的第一位數(shù)共四個數(shù)字要連貫出； （3）接著轉(zhuǎn)動傾斜螺旋使氣泡影像精密符合，并轉(zhuǎn)動測微螺旋使楔形絲照準(zhǔn)基本分劃，讀分劃線三位數(shù)

53、和測微器二位數(shù)；（4）旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)前視水準(zhǔn)尺，使氣泡精密居中，用楔形絲照準(zhǔn)基本分劃并讀數(shù)，然后按下、上絲視距絲讀取視距；（5）用楔形絲對準(zhǔn)輔助分劃進(jìn)行讀數(shù)；（6）再轉(zhuǎn)向后視標(biāo)尺，轉(zhuǎn)動傾斜螺旋使氣泡影像精密符合，進(jìn)行輔助分劃的讀數(shù)。至此一個測站的觀測工作結(jié)束。以上為奇數(shù)的后前前后觀測程序，偶數(shù)站的觀測程序?yàn)榍昂蠛笄?；?）已知點(diǎn)與待測點(diǎn)之間要觀測偶數(shù)站。在進(jìn)行觀測試驗(yàn)時，嚴(yán)格按照下表 3.1 所示各等水準(zhǔn)觀測的視線長度、前后視距差、視線高度要求進(jìn)行測量。分別對試驗(yàn) 1 和試驗(yàn) 2 進(jìn)行往返測量三次，同時，在每個測站上也要嚴(yán)格控制觀測限差符合表 3.2 所示二等水準(zhǔn)測站觀測限差。表 3.1 各等

54、水準(zhǔn)觀測的視線長度、前后視距差、視線高度要求視線長度視線高度 項(xiàng)目 等級標(biāo)尺類型儀器類型視距（m）前后視距差（m）前后視距累積差（m）視線長度在20m 外（m）視線長度在 20內(nèi)（m）ds150二等因瓦尺ds05601.03.00.50.3雙面標(biāo)尺ds165三等因瓦尺ds05803.06.0三絲能讀數(shù)單雙面標(biāo)尺ds380四等因瓦尺ds11005.010.0三絲能讀數(shù)表 3.2 二等水準(zhǔn)測量的測站觀測限差基、輔分劃（紅黑面）讀數(shù)差基、輔分劃（紅黑面）所測高差的差監(jiān)測間歇點(diǎn)高差的差（mm）上下絲讀數(shù)平均值與中絲讀數(shù)的差（mm）（mm）（mm）二等水準(zhǔn)0.50.71.03.03.2.2 三角高程測量

55、步驟和數(shù)據(jù)分別用單向觀測法、對向觀測法和中間觀測法進(jìn)行三角高程試驗(yàn)。垂直角數(shù)值按中絲法進(jìn)行觀測，觀測時嚴(yán)格按照表 3.3 所示的垂直角觀測測回數(shù)與限差，每站需觀測 4 個測回。 表 3.3 垂直角觀測測回數(shù)與限差二、三等四等等級項(xiàng)目dj1dj2dj2dj6中絲法424測回數(shù)三絲法212垂直角互差（）指標(biāo)差互差（）10151525測量之前首先在全站儀內(nèi)輸入此時的溫度和氣壓。照準(zhǔn)棱鏡，分別記錄下垂直角、平距、斜距、和儀器測量得到的儀器中心和棱鏡中心之間的豎直距離。試驗(yàn) 1 和試驗(yàn) 2的單向觀測、對向觀測和對中間法觀測的具體數(shù)據(jù)見附錄中表 1 和表 2 的三角高程測量實(shí)測數(shù)據(jù)。3.2.3 gps 施

56、測步驟在長距離和不易測量地區(qū)，用 gps 高程定位比傳統(tǒng)的水準(zhǔn)測量法在效率、費(fèi)用、精度上都有更大的優(yōu)越性。下面就 trimble r8-modle 3gps 接收機(jī)談?wù)劸唧w步驟：（1）在已知的 gps 點(diǎn)之間建立 gps 控制網(wǎng)，采用三臺 gps 聯(lián)測的方法進(jìn)行測量；（2）gps 儀器的對中和整平，尤其要注意的是需要精平，之后再用鋼尺測出 gps 點(diǎn)到 gps 帽頂?shù)木嚯x記作儀器高；（3）一個三角網(wǎng)的三臺聯(lián)測的 gps 都完成對中整平之后同時開機(jī)測量；（4）完成全部三角網(wǎng)的測量后導(dǎo)出數(shù)據(jù)并計算平差符合條件后得出的各點(diǎn)高程即為各點(diǎn)的大地高。3.3 精度分析3.3.1 水準(zhǔn)測量精度分析（1）校園控

57、制網(wǎng)二等水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理）校園控制網(wǎng)二等水準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理表 3.4 校園控制網(wǎng)二等水準(zhǔn)成果起始點(diǎn)終止點(diǎn)距離(m)往測高差(mm)返測高差(mm)高差不符值(mm)/r高差中數(shù)（mm）gps4gps2786.1-98689862.4-5.60.04-9865.2gps2gps1222.3-419.4421.11.70.01-420.3gps1gps6589.21456.5-1458.6-2.10.01-1457.5gps6gps570-116.91170.10-117gps5gps7306.51640.3-1640.20.10-1640.3gps7gps3420.32522.7-2517.84.90.0

58、62520.3gps3gps42644781.7-4779.720.024780.72658.4-3.14.21.1每公里的水準(zhǔn)測量的偶然中誤差dm(/ r/ 4*n)0.07mm閉合水準(zhǔn)路線閉合差f4* l6.5mm（2）水準(zhǔn)測量試驗(yàn)精度分析）水準(zhǔn)測量試驗(yàn)精度分析本次水準(zhǔn)測量共兩次試驗(yàn)，其中 a、b 兩點(diǎn)間的距離大約為 69.857m, c、d 兩點(diǎn)間的距離大約為 91.747m。我們把 a、b 點(diǎn)作為試驗(yàn) 1，c、d 點(diǎn)作為試驗(yàn) 2。二等水準(zhǔn)的高差中誤差 m為： （3.1）nrm4式（3.1）中， 為往返測高差不符值，單位 mm；r 為測段長度，單位 km；n 為測段數(shù)。將兩次水準(zhǔn)測量的試

59、驗(yàn)數(shù)據(jù)代入（3.1）式得兩次測量中誤差如表 3.7 所示：表 3.7 兩次試驗(yàn)的二等水準(zhǔn)中誤差二等水準(zhǔn)中誤差（mm）二等水準(zhǔn)限差（mm）試驗(yàn) 10.1651.057試驗(yàn) 20.3341.212根據(jù)規(guī)范可知二等水準(zhǔn)測量的限差為,三等水準(zhǔn)測量的限差為，四等水準(zhǔn)測l4l12量的限差為，其中：l 為測段長度，單位為 km，限差單位為 mm。l20計算得出兩次試驗(yàn)的二等水準(zhǔn)限差為：m限差 ab=1.057mm； m限差 cd=1.212mm所以，兩次試驗(yàn)的二等水準(zhǔn)測量完全滿足表 3.7 所列的限差要求。兩次試驗(yàn)所得的中誤差略有差異，其原因是 c、d 兩點(diǎn)坡度較大，水準(zhǔn)測量需要在中間多架幾次儀器，造成誤差

60、比平坦的 a、b 兩點(diǎn)稍大。3.3.2 三角高程精度分析（1）單向觀測法測高程高差中誤差）單向觀測法測高程高差中誤差評定三角高程測量精度的指標(biāo),是每一公里的高差中誤差。我們首先研究單向觀測，設(shè)mh 、m 、md、ms、mk 、mi為高差、測角、測定垂直角、測距、確定大氣折光系數(shù)、儀器目標(biāo)高測量中誤差（其中mi一般取0.002m） ，則單向觀測的高差中誤差表達(dá)式為： （3.2）222222222222cossiniksmmrsmsmm單向蘇一光 rts632 全站儀精度為測角2，測距(2mm2106d)將兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入（3.2）式，得單向觀測高差中誤差分別為：m單向 ab=4.52mm ；m單