电磁波测距高程导线施测等级水准的实验研究

李春波

吉林铁道勘察设计院有限公司吉林132001

摘要：利用水准仪进行的普通水准测量较适用于平坦地区，对于高程差别较大的地区，此方法作业速度慢、工作量大，且有些地形条件下很难进行。利用电磁波测距高程导线方法进行等级水准施测比普通水准测量作业速度要快得多、效率较高，在山区作业优势明显。本文通过理论与工程实验，阐述了利用全站仪进行等级水准测量的理论、方法、精度等，并寻求达到等级水准测量精度的切实可行的方法和措施。

关键词：全站仪；三角高程；水准测量；闭合差；精度

１概述：

测定地面两点间高差常用的方法是普通水准测量，普通水准测量以其较高的精度和可靠性，被广泛用于各等级高程控制测量当中，普通水准测量借助水平视线方法进行，存在局限性，对于高差较大的地区，作业过程缓慢艰难。根据经纬仪测角测边的工作原理，理论上可以解决这一问题，但由于其测距精度较低，所以高差测量精度同样也较低。随着电磁波测距技术的快速进步，一种兼有自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化工具――全站仪随之出现，改善了测距精度低的难题。本文将理论联系实际，验证电磁波测距高程导线施测等级水准的可行性。

2用全站仪进行等级水准测量的可行性

2.1全站仪进行等级水准测量的理论可行性

全站仪通过微处理器的控制，自动完成天顶距（Z）、斜距（D）和水平方向等的测量，根据全站仪的工作原理，利用公式（2.1）计算得出高差。

（2.1）

如果测距精度和测角精度足够高，此方法所得精度能够满足等级水准测量的精度要求的话，那么利用全站仪进行等级水准测量在理论上是可行的。

2.2全站仪进行等级水准测量的实施方案

通过对全站仪工作原理的分析，有如下三种施测方案：一：在两高程点之间设站（量觇标高不量仪器高）、二：在高程点上设站（量仪器高和觇标高）、三：在两高程点之间设站（不量仪器高和觇标高，即：另前后觇标高等高）。经分析，方案三是最理想的，不用测量仪器高和棱镜高，减少了人为测量的偶然误差，也减少了外业工作量。

假设分别在A、B点设置觇标，若A点的高程已知为，在不需要测量仪器高和觇标高的情况下，B点的高程为如下公式（2.2）：

3。

3.３平差计算

已知A1点高程为120.000m，利用DJC数字测绘平差软件对所测得的数据进行平差计算，得到各点平差值及精度如表3.3：

平差计算得到：每公里高差中误差为0.1mm，《工程测量规范》GB50026-2007规定四等水准测量每公里高差全中误差不超过±10mm。四等水准测量：0.1mm<10mm；符合规范要求。

经比较可知，利用全站仪进行电磁波测距高程导线施测等级水准，可以代替普通水准测量中的四等水准测量，能够满足相应规范和实际工作中的精度要求。

４误差来源分析及误差消除方法

4.1误差来源分析

电磁波测距等级水准的精度受天顶距观测误差、边长误差、大气折光误差等诸多因素的影响。用现代仪器测得的边长，精度是相当高的，其影响很小可以忽略，因此，可认为三角高程测量的主要误差来源是天顶距的观测误差和地球曲率以及大气垂直折光系数的误差。

4.2误差消除方法

4.2.1采用适当的观测方法

可通过在两高程点之间架设仪器，使前后视距相等来抵消地球曲率的影响，或在两高程点上分别架设仪器进行对向观测，并计算各自所测得的高差取其绝对值的平均值的方法来消除。

4.2.2加入改正计算进行消除

在独立交会、单向观测等没有抵消误差条件的情况下，需要考虑加入改正计算的方法来消除。借助文献[6]中138至140页单向观测计算高差的基本公式的推导过程来推导两点间设站单向观测计算高差的基本公式：

因为A、B两点上棱镜高相等且仪器高不变，所以可整理为如下公式（4.1）：

此式即为加入大气折光和地球曲率改正后的两点之间的高差计算公式。

５结语

经过以上研究可知，通过采用适当的观测方法或者加入改正计算等方法，利用电磁波测距高程导线测等级水准的方法所测得的数据能够达到预想的结果，所以可得出如下结论：利用全站仪进行电磁波测距高程导线施测等级水准，可以代替普通水准测量中的四等水准测量，能够满足相应的工程测量规范要求和实际工作中的水准测量精度要求，由于光电测距仪和全站仪在高程测量过程中的巨大优越性，因此利用全站仪进行等级水准测量将被广泛应用，这将大大地促进测绘行业的快速发展。

参考文献：

[1]光电测距三角高程导线测量规范[M].北京：地质出版社.1992：1-3，7-9.

[2]郑汉球.电磁波测距三角高程测量[M].北京：地质出版社，1993.

[3]武汉测绘大学.控制测量学[M].北京：测绘出版社，1995.

[4]赵长胜，石金峰.测量平差[M].北京：科学教育出版社，2000.

[5]中国有色金属工业总公司.工程测量规范[S].建设部标准定额研究所，1993：18-22.

[6]潘正风，杨正尧.数字测图原理与方法[M].武汉：武汉大学出版社，2002：77-142.