基于tca2003的精密三角高程测量研究

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1、基于TCA2003的精密三角高程测量研究【摘要】文章分析了三角高程测量的原理和误差来源，进一步分析了对向观测的误差源，得出了减弱各项误差和提高精度的一些结论。结合目前的TCA2003测量机器人，探讨了实现精密三角高程测量的可行性和便利性。【关键词】精密三角高程测量；过河水准；测量机器人；精度估计由于受到仪器精度、大气折光、垂线偏差、地球曲率等因素的限制，三角高程测量的精度一直没有得到突破性的提高。三角高程测量作为一种灵活的高程测量方法，在很多时候仅能应用于低等级水准测量、较低精度要求的施工控制等测量中。三角高程测量是测量高程的传统方法，以其快速、简便且能保证一定精度而深受测

2、绘工作者喜爱。特别是近年来全站仪的发展提高了测角和测距的精度，目前TCA2003测量机器人测角精度达到±0.5″，测距精度达到MD＝±（0.5mm6+10-6×D），同时自动化程度越来越高。自动全站仪能自动识别、跟踪和精确照准目标，大大提高了工作效率。因此，以测量机器人代替水准仪进行高程测量，无疑具有明显的经济效益和社会效益。目前，三角高程测量已可以代替三四等跨河水准测量，但用于代替更高等级的精密过河水准测量仍处在研究阶段。1三角高程测量原理及误差分析三角高程测量的基本思想是利用测站对照准点所观测的竖角（天顶距）和距离，计算测站点与照准点之间的高差。在不考虑大气折射、地球曲

3、率等因素的影响下，可得(1)（1)即为利用三角高程计算A、B两点高差的基本公式。三角高程测量误差主要可分为三个方面，即测距误差、测角误差和外界环境的影响，详细可分为仪器高、觇标高、垂线偏差、地球曲率影响等误差。考虑这些误差影响后，三角高程测量单向观测的高差计算为(2)其中，为平距；为垂直角；为仪高；为标高，为大气垂直折光系数；为地球半径。令，一般称为球气差系数。由此可以看出，三角高程测量的精度受测距中误差、垂直角观测中误差、仪器标量高误差外，大气折光和地球曲率的共同影响。对于仪器和规标高测量中误差，可以采用水准标尺读数法确定仪器高和规标高，在测站通过全站仪观测水平视线在近标

4、尺点上的标尺读数，根据两点间的已测水准高差计算仪器高。这种方法测定的仪器高比直接量取准确，精度可以达到±0.1mm。6大气折光影响也是三角高程测量的一项主要误差来源。在跨河三角高程测量时，大气折光对高差的影响具有一定的特殊性。跨河视线不仅通过地面，而且通过水面，由于地面和水面上空空气密度分布不均，形成了视线两端向上弯曲，中间向下弯曲的“U”型曲线。故通过对向观测取平均值，可以消除一部分大气折光影响。如果观测是在同样情况下进行的，特别是同一时间内进行对向观测，则可以近似地假定对向观测的折光系数是相同的。因此，为了削弱大气折光对三角高程测量的影响，凡是三等以上（含三等）三角高程

5、测量的垂直角都应做到对向观测，最好是同时对向观测。2对向观测的误差分析要测跨河的A,B点之间的高差，必须采用2台同样精度的全站仪和2个同样的照准装置，进行对向观测，即先将仪器置于A点，B点安置反射棱镜，直接测定高差，再将仪器置于B点，A点安置反射棱镜，直接测定高差。然后取两高差的中数作为观测结果。仪器高通过水准标尺读数法获得，观测之前将2个照准装置的棱镜高设置成相同的，边长垂直角均对向观测，观测使用TCA2003全站仪。对向观测误差源分为下面几项：2.1仪器的观测误差在对向观测中，仪器观测误差对高差的影响项6。2.2垂线偏差的影响在对向观测中，垂线偏差的影响项为，如果没有垂

6、线偏差的影响，对向观测取平均值可以消除垂线偏差对高差的影响。在山区，可以通过缩短边长的方法来减少垂线偏差的影响。2.3大气折光的影响在对向观测中，大气折光对高差的影响因子为。对于对向观测的两点，在相同的一段时刻，其折光路径大致相同，大气折光积分系数大致相等，可以大大削弱大气折光对高差的影响。2.4地球曲率的影响对向观测完全消除掉了地球曲率对高差的影响。2.5仪器高和目标高的量测误差在对向观测中，仪器高和目标高的量测误差对高差的影响项为。长期以来，三角高程测量都受制于上述误差的影响。许多专家通过各种方法削弱或消除了部分误差。测量仪器的精度提高，将会带来三角高程测量更高的精度和

7、新的应用与发展。3TCA2003进行三角高程测量误差分析6TCA2003测量机器人是集自动目标识别、自动照准、自动测角、自动测距、自动跟踪目标及自动记录于一体的测量系统。测量机器人用于跨河测量具有以下优点：（1）测角精度很高，大大减小了由测角引起的误差；（2）具有自动目标识辨（AutomaticTargetRecognition，简称ATR）功能，可以自动寻找并精确照准目标；允许在目标处使用普通的棱镜，而无需昂贵的特殊棱镜或添置电源等配件；（3）可以自动进行气象改正，克服气象代表性误差；（4）建立高精度的参考站，采