精密测距三角高程的精度分析及应用

精密测距三角高程的精度分析及应用

宋春彦

身份证号码：230125198103140316

摘 要：

传统的高程控制测量方法主要是水准测量，由于全站仪在施工生产上的广泛应用，使得测距工作极为简便、准确、迅速，而且不受地形条件的限制，在铁路、公路等高程控制和平面控制点的高程测定中三角高程测量已广泛使用。三角高程测量是根据由测站向照准点所观测的竖直角和它们之间的水平距离(或斜距)，计算测站点与照准点之间的高差，量取仪器高和棱镜高，从而计算出照准点的高程。三角高程测量常常与平面控制导线合并同时进行，而且三角高程测量也能保证一定的精度。

关键词：

精密测距；三角高程；精度分析；应用。

引言：

光电测距仪的出现给经纬仪导线测量带来了新的生机。它不仅广泛应用于各种平面控制测量，而且还可以代替二、三、四等水准测量，预示着三维控制测量系统的建立有着诱人的前景。三角高程测量作为高程控制测量的重要组成部分，在我国测绘史上发挥了重要作用，它曾在珠穆朗玛峰，长江三峡，地壳沉降观测，跨河跨江等高程测量，特别是高差较大的地区如丘陵地、山地、高山地等地区的高程控制测量中，发挥了独特的优势和价值，并广泛地为工、农、林、气象、卫星等各个领域服务。

1.精密测距技术是“大系统”时代的产物

电子技术的出现标志着当今已进入高科技时代。随着科学的深化，研究对象越加复杂，而复杂的东西是难以精确化的，这就是“大系统”出现给科学造成的突出矛盾。“当一个系统复杂性增大时，我们使它精确化的能力将减弱，在达到一定值阈之上时，复杂性和精确性将互相排斥”。光电测距三角高程测量涉及到大量的模糊概念。例如：气象参数、两差改正都是不确定的。“大系统”不是指系统的测量范围的大小，而是指光电测距系统的复杂性。“大系统”是一个由为同一目标而联合起来的且又具有内在联系的子系统构成的集合，光电测距三角高程系统就是这样一个集合。就仪器子系统而言，它是由测距头、电子计算机、电源、经纬仪、反射镜等部分构成的集合体。电子元件的微小变化，电源电压的强度，使用时间的长短，仪器温度的变化等，都可影响发射电磁波强度，从而影响到效果。因此在确定最佳测距边长度时，自然首先考虑仪器条件。

2. 精密测距三角高程测量的方法

在精密测距三角高程原理的影响下，精密测距三角高程到目前为止国内外使用的方法主要有三种，即：对向测距三角高程测量；测距高程导线测量和跳点法测距高程导线测量，简称：对向法、高程导线法和跳点法。

（1）对向法

为求A、B两点高差，分别在A、B两点设站。在对向测定垂直角的同时，对向测定两点间的距离，为一了减少大气折光的影响，近几年来采用了准同步对向测距三角高程，同步对向测距三角高程和逆转时段对向同步测距三角高程三种对向观测方法。

准同步对向测距三角高程，指对两端点的观测时间虽不同时，但相距很近，且观测时的大气条件基本相同。

同步对向测距三角高程测量，是在对向两端点同一时刻设站观察，使大气观测和大气条件完全相同。

逆转时段是指在日出后和日落前1一2小时这一时何段内大气温度梯度为0，在这种条件下进行对向同步观测，其折光系到K非常接近。

（2） 测距高程导线法

该方法采用分段三角高程测量，逐段传递高差，使边长大大缩短。在A、B两点间设立过渡点K1；，K2，K3，……然后在每一测站设点观测，可采用三联角架或采用标尺上安置砚牌作为标志。

（3）跳点法

与水准测量一样，仪器和照准目标交替前进行测量，观测过程中，如遇到地形变化，则把仪器设在变化点处，使前后视线大致平行于地面，且近似同高，这样，高差成果中折光影响将大部分抵消。

3.布设原则

（1）以高程导线布设测区的基本高程控制，其等级应与测区范围相适应，满足加密需要，一般应与国家水准点联测。
    （2）导线水准点的高程，采用正常高系统和“1985国家高程基准” 。
    （3）各等级高程导线网的最弱点相对于高等级点(或起始点)的高程中误差不超过0.05m 。

（4）高程导线一般应在高级点间布设成附合路线或高程导线网。当测区远离国家水准点时，也可布设支线引测国家水准点高程，作为测区的高程起算点。
    （5）当采用支线引测高程时，引测路线的等级不应低于测区基本高程控制的等级引测高程的起算点必须进行检测 引测支线的长度可按表2的规定放宽0.5倍。
    （6）高程导线测量可与同等级水准测量混合使用，但在同一测段中只能使用一种方法。

4.精密测距三角高程精度分析及提高精度的几点措施

1.精密测距三角高程精度分析

（1）当对向观测边长在50Om，垂直角误为土1.5″，测距边长误差为士6mm时，其误差总和为3.5mm一4.3mm，其中垂直角测量误差和目标高、仪器高的影响为主要因素，测距误差随着倾斜角的增大而增大。

（2）水平距直接影响各项误差增大并成正比。

（3）附合高程导线的总误差与对向观测误差成正比，因此在估算高程导线的误差时可直接由对向误差计算。

（4）比较而言高程导线总误差比对向观测误差大。

2.提高精度的几点措施

（1）边长不宜过长

大气折光差对精度的影响与距离平方成正比，四等点边长不宜大于70cm左右，三等点边长不宜大于500m左右，三角高程线路不宜过长，应尽快与已知水准点闭合及进行联测，布网时宜结合5″导线布网以符合闭合导线线型为宜。

（2） 垂直角应对向观测

根据测角中误差四等为土士2″，三等为士1″，可根据要求确定测回数，实践证明：2测回是四等水准垂直角观测的最佳测回数，往返测时间一般不超过30分钟为宜。

（3） 斜距测量

斜距可往返各测一测回，读数2一3次，斜距应加气象、加、乘常数改正，当D<200m时，Z<70°时，斜距应增加一测回，以减少斜距误差影响。

（4）视线长度及天顶距限值

实测资料证明，当Z≥75°，200m

（5）选点

测站点应通视良好，，远离障碍物及视线离地面高度应在1.3m以上。以减少折光误差，必要时，可采用两点间设站三联架进行观测，中间点应选在两点连线上并与两点间距离大致相等。

5.精密测距三角高程测量的代替三、四等水准的应用

近年来，电磁光电测距仪以其体积小、重量轻、精度高，既可测边，又能测角，故广泛用于测绘工作中。但利用电磁波测距仪进行间接三角高程测量代替四等水准，已成为工程测量极为关注的问题之一。为了进一步探索光电测距三角高程测量代替四

等水准的可行性和实用性，在多个小型水电站、高速公路、隧道、城镇规划及大比例尺测图中进行探索，实现了平面、高程一体化，取得了较好的效果，找出了一条解决森林密布悬岩陡壁，无路可通的高程测量的新路子。

6.精密测距三角高程测量的发展前景

（1）根据理论研究和大量试验成果表明，精密三角高程能够代替等级水准测量，代替三、四等水准测量的经验更广泛，认识更一致，已逐步用于生产作业中，获得较高的经济效益，代替二等水准测量的经验也是成功的，该方法为精密高程测量开辟了新的途径。

（2）电子全站仪+棱镜+站标高+标尺是目前测距三角高程测量钢钒应用的组合形式，这种组合方式既方便又经济，且易提高作业精度和速度。

（3）跳点法由于只要一台经纬仪，且作业灵活，无需量仪器高，一次设站，可降低对边长的限制，并有利于减弱与边长有关的各项误差影响，是测距三角高程测量的最佳作业方法。

（4）推广和应用光电测距三角高程测量，对于完善和扩大我市高程控制网的覆盖面，解决东西北山高程控制测量，解决其山区、丘陵区等级水准测量的空白，已经发挥并将继续发挥不可估量的作用，对于全省范围的高程测量也将产生重大影响，如采用测距三角高程测量这项新技术项目占领测绘市场，将会带来不可估计的经济效益和社会效益。

（5）用计算机进行野外观测记录，不但减少了工作量，提高了工作效率，而且准确性也有很大程度的提高，该软件主要用于地籍测量的控制网(点)野外数据采集，同样也可用于其它方面的导线和电磁波三角高程测量的野外数据采集，并为内业数据处理提供了方便。

在科技白新月异发展的近代，随着光电测距仪的普及和应用，应用精密测距三角高程代替等级水准测量的研究中，只要我们能够扬长避短，提高所求高程点的精度，提高工作效率，采取切实可行的测量方法，精密测距高程导线代替水准测量则是可行的，精密测距高程导线测量的应用同样会为测量事业带来新的生机，发挥了独特的优势和价值，在以后的广泛应用中创造诱人的前景，显示了巨大的优势和效益。

参考文献

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