精密室内三维网观测及数据处理创新实验

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1、精密室内三维网观测及数据处理创新实验一、实验目的1、学习掌握室内精密微型控制网布设、测量的基本理论知识及技术方法；2、掌握室内精密平面基准网的观测方法，包括短边角度测量方法，短边精密距离传递方法等；掌握室内精密高程基准网的观测方法；3、掌握室内精密平面基准网、精密高程基准网的数据处理方法，采用VSC#或Matlab编程实现室内精密平面基准网和高程基准网的平差计算。拓宽思路，提高动手动脑能力。二、实验条件1、0.5秒级全站仪三台；2、精密基座3个；3、精密水准尺一根；4、计算机一台。三、实验知识准备3.1短边角度测量方法1）旋转仪器测角法旋转仪器测角法测定水平角需要同时操作多台经纬仪（或

2、全站仪）。在仪器提手上的任意位置（或仪器上其它通视、便于观测的位置）牢固的安置某种标志，做为另一台仪器的瞄准目标。标志的选择以立体型标志为宜，便于从各个方向照准，且标志在观测工作完成后即可取下，无需长期固定在仪器上。旋转仪器法测定水平角主要作步骤如下：a）在需要进行角度测量的所有测站上架设仪器，稳固的安置瞄准标志，随后严格整平仪器，并用仪器的粗瞄装置瞄准测角顶点测站仪器；b）选择墙壁上一合适位置标志点作为零方向，按方向法依次观测目标测站仪器上的瞄准标志一测回；c）将所有目标测站仪器绕竖轴旋转180°，然后自测角顶点测站按方向法依次观测目标测站仪器上的瞄准标志一测回；d)取b）与c）两测

3、回平均值作为最终测回方向值。e)重复a）至d），依次观测其他水平角。旋转仪器法测定水平角误差，与使用该仪器一次量测所选择的瞄准目标的观测精度相同。根据实际经验，使用2″级以上仪器，仔细操作可将定向精度达到±（1～2）″的级别。2）对称目标测角法对称目标测角法只需要一台经纬仪（或全站仪），以高档仪器的棱镜支架杆的竖轴两侧作为对称的瞄准目标，如图1所示。图1棱镜支架杆对称目标定向法确定水平角起始方向线的步骤是：a）选择同一厂家的观测仪器和棱镜支架杆，以便基座可以通用；b）在测站上架设仪器和棱镜支架杆，并且测站的基座都使用仪器上的长水准管精确整平；c）选择墙壁上一合适位置标志点作为零方向，按

4、方向法依次观测目标方向，竖轴两侧分别观测；d）将同一竖轴两侧的方向取均值，得最终方向；e）一站观测完成后，基座不动，将仪器头及棱镜支架杆部互换，重复a）至d），依次观测其他水平角。此方法的操作较旋转仪器法更为方便，其测角精度与旋转仪器定向法大体相当，作业中还要注意衬托对称目标的颜色及背景照明。3.2基于标准尺的测站间基线长测定方法图2标准尺基线长度测量原理图两测站（）间准确长度B的测定方法：如图2，在设定的物方空间坐标系D‐XYZ内，方向线的方位角设置为已知,测站点坐标分别为及,两测站一般不等高,设标准尺也不水平。在量测间近似基线长度后,可形成一个与四边形相似的四边形，这时.不难注意到

5、有以下关系：(1)当解算得到点点坐标及点坐标后，有间距为：(2)随即求得两测站间得准确基线长为：（3）3.3测站点高差的精密测量为提高观测精度，三维控制场的观测期间，基座一直固定在强制观测墩上不动，通过交换三脚爪和仪器来实现水平方向观测。当基座严格整平后，角螺旋便不需要再调整，可认为基座与三脚爪的固紧面的高度在控制场观测期间不会改变，因此，测站点的高差即为四个基座固紧面之间的高差，三脚爪的高度固定，可采用三角高程的方法，测定测站到三个基座三脚爪顶点之间的垂直角，垂直角照准位置如图3所示，水平距离采用平面网平差后的距离。图3垂直角观测照准位置3.4附有距离限制条件的间接平差模型附有条件的

6、间接平差模型包括观测方程和未知数间的条件方程，其线性化后误差方程可表达为：(4)法方程如下：(5)式中：，可将标准尺的两端点视作未知点，附加两点间的距离约束条件，按上述附有限制条件的间接平差模型来进行平面基准网的平差计算。可假定平面网的计算基准为一个起算点和一个起算方位角。四、实验步骤4.1平面基准网观测(1)按旋转仪器测角法观测平面基准网的水平角（三测回）；(2)按对称目标测角法观测平面基准网的水平角（三测回）；4.2标准尺的观测(1)布设标准尺Z3Z4Z2Z1图4标准尺布设布设位置示意图采用3m因瓦水准标尺作为标准尺，在如图4所示的三个位置布设标准尺，布设标准尺时使交会角尽量保持在

7、90°左右，同时为简化后续计算，标准尺应水平放置。(2)标准尺观测，采用方向法观测3m因瓦水准标尺两端的固定读数处。4.3高程基准网观测当基座严格整平后，角螺旋便不需要再调整，基座与连接器固紧面的高度在控制场观测期间不会改变，测站仪器中心的高差即为四个基座固紧面之间的高差，连接器的高度为定值，采用三角高程的方法，观测仪器与其他三个测站上连接器顶点之间的垂直角，利用平面网平差后的水平距离，采用三角高程的间视法计算连接器顶点之间的两两高差。4.4平