全站仪测量精度分析

武汉大学测绘学院毕业论文专业班级：工程测量6班姓名：刘亚鹏学号：200853103671题目：全站仪测量精度分析指导教师：张朝玉摘要随着电子技术的发展，GPS与全站仪的普及越来越广，而测距精度已大大提高。

三角高程测量作为高程控制测量的一种有效手段，已受到广大测绘工作者的青睐。

全站仪测距精度高，使用十分方便，可以同时测定角度、距离和高差，具有精度高、速度快、使用十分方便、作业效率高的特点，特别是在许多用水准测量方法十分困难的地区，用电子测距三角测量方法能很方便地进行高程测量。

通过实地地段分析和测量并且进行了计算，通过EXCEL软件对测量数据进行整理分析，应用数学方法的辅助分析，比较出其测量方法的精度。

[关键词] 全站仪三角高程对向观测法水准式观测法精度AbstractWith the development of electronic technology, GPS Total Station and the growing popularity of wide, and the location accuracy has been greatly enhanced. 1.30 elevation measurement as a measurement of height control an effective tool, has been mapping the broad masses of workers of all ages. Total Station range of high precision, easy to use, while in perspective, distance and height difference, with high precision, speed, the use of a convenient, efficient operating characteristics, especially the standard of measurement used in many ways very difficult , The electronic location triangulation method can be easily measured for height. Through field measurement and analysis and lots were calculated by measuring EXCEL software to collate data analysis, applied mathematical methods of supporting analysis, to compare the accuracy of its measurement methods.[Keywords] Total Station Trigonometric Leveling Method Reciprocal trigonometric levelling Standard trigonometric levelling Accuracy目录第1章绪论 (3)1．1测绘的发展 (4)1.2研究背景 (4)1.3研究方法 (5)1.3.1对向观测法 (5)1.3.2水准式观测法 (6)第2章测量数据 (8)2.1 测量类型 (8)2.2 测量数据 (8)第3章精度分析 (12)3.1理论研究 (13)3.2 数据分析 (14)第4章精度及作业方法的比较 (15)4.1精度比较 (16)4.2作业方法比较 (17)第5章结论 (17)参考文献 (18)第一章绪论1．1测绘的发展科学的产生和发展是由生产决定的。

测绘科学也不例外，它是人类长期以来，在生活和生产方面与自然界斗争的结晶。

测绘科学技术的发展也和其他科学技术的发展一样，由原始的、落后的方式，经漫长的人类社会发展的历程，一步步发展起来。

是生产促进了测绘科学的发展，同时测绘科学又为发展生产力创造了条件[1]。

在古代已经具有了使用“准、绳、规、矩”四种测量工具和方法。

而随着近代的科学技术的快速发展，特别是电子学、信息学、电子计算机科学和空间科学等的发展，测绘学的发展也在快速的发展，从中有光波测距仪的问世使长期以来艰苦的手工业生产方式的测距工作，发生了根本性的变革。

而随着光源和微处理机的问世和应用，使测距工作向着自动化方向发展。

而随着电子技术的发展，GPS与全站仪的普及，测距精度已大大提高。

三角高程测量作为高程控制测量的一种有效手段，已受到广大测绘工作者的青睐。

全站仪测距精度高，使用十分方便，可以同时测定角度、距离和高差[2]，具有精度高、速度快、使用十分方便、作业效率高的特点，特别是在许多用水准测量方法十分困难的地区，用电子测距三角测量方法能很方便地进行高程测量。

目前常用的电子测距三角高程测量方法有对向观测法、水准式观测法和单向观测法3种方法。

在众多的文献中对测量方法的精度有着不同的看法，因此我们必须对各种测量方法从精度上进行分析比较，验证其测量精度，指出其方法的适用范围，进而使今后人们在测量中选择有效的测量方法提供依据。

1.2研究背景19世纪以前，三角高程测量是测量控制点高程的基本方法,广泛应用。

由于其精度受垂直折光影响很大，后来被几何水准测量所取代[3]。

近年来,随着全站仪精度的提高,研究三角高程测量精度、计算公式及在各领域具体应用,三角高程取代三、四等水准测量已得到共识，有的实际测量应用和计算还证明了在一定条件下，三角高程甚至可取代二等水准测量[4]。

三角高程虽可取代水准测量，但都局限于毫米以下的精度。

在产品质量检验、设备安装等精密工程测量实践中，基于全站仪的三维测量、放样等工作，在高程方向的精度也需要和平面的精度匹配,达到亚毫米级的精度。

这些工作的测量视距一般小于35m,原本是几何水准特别擅长的范围。

但是，正如自由设站法广泛应用的理由一样，由全站仪获得高程避免了水准仪的使用，带来了效率的大大提高，在工程中应用很多。

对精度进行探索，可为广大工程测量工作者测量方案的制定提供依据[5]。

随着测量技术的高速发展，用全站仪进行三角高程测量完全可以替代四等水准测量，全站仪三角高程测量甚至可以达到二等水准测量的精度[6]。

这使全站仪三角高程测量用于高等级高程控制测量成为可能，也将使全站仪三角高程测量在地质勘探、采矿、石油、水利、农业、公路、交通、国土等行业得到广泛的应用[7]。

1.3研究方法全站仪的三角高程测量的几种方法是从测量精度及其作业特点进行分析与比较，通过实际测量的数据及其具体的测量过程，进行分析与比较，在综合分析这三种观测法的测量精度及其作业特点的基础上，指出它们的适用范围，进而使今后人们在测量中选择有效的测量方法提供依据。

主要是对对向观测法、水准式观测法和单向观测法3种方法的研究，但3种方法的对向观测法与单向观测法作业特点基本相同，在已知大气折光系数和工作量相同的条件下，这两种测量方法的测量精度也相同，因此本文只就对向观测法、水准式观测法的测量精度及其作业特点进行分析与比较。

1.3.1对向观测法对向观测法是在假定测线两端的大气折光系数相同的条件下，分别在A ，B 两点安置全站仪和反光棱镜进行对向观测(如图2-1所示)，A ，B 两点高差的计算公式为式(1-3-1)[8]AB AB AB BA BA A B A B 1h =(S sin - S sin +i -i +-)2αανν （1-3-1）式中，AB h 为A ，B 两点的高差，AB S 和BA S 为A ，B 两点间的斜距，AB α和BA α为A 至B 的竖直角，A i 和B i 为仪器高，A ν和B ν为棱镜高，D 为A ，B 两点间的平距。

图 1-3-1对向观测法示意图若A ，B 两点相距较远，可在A ，B 两点间设置n-1个转点将AB 边分成n 条边，这时将A 视为0，B 视为n ，则A ，B 两点间的高差为式（1-3-2）n-1AB j,j+1j,j+1j,+1,j j+1,j j j+1j j+1j=01 h =(S sin - S sin +i -i +v -v )2αα∑ (1-3-2)1.3.2水准式观测法水准式观测法是在假定测线中点的各方向大气折光系数相同条件下，在测点A ，B 安置反射棱镜并在中点O 安置仪器同时测量A ，B 两方向的斜距和垂直角（如图2-2所示），其高差等于OA 与OB 两方向的高差之差。

由于这种测量方式类似水准测量，因此本文称其为水准式观测法，当D =D'时，A ，B 两点高差的计算公式为(2-3)[9]，式中，AB h 为A ，B 两点的高差，OB S 和OA S 分别为O 至B 与O 至A 两点间的斜距，OB α和OA α为O 至B 和O 至A 的竖直角，ν和'ν为棱镜高，D 和D'为O 至A 和O 至B 两点间的平距。

AB OB OB OA OA h =S sin - S sin +'-αανν (1-3-3)图 2-2水准式观测法示意图若在A ，B 两点间设置n-1个转点，将AB 边分成n 条边进行观测，由于各转点均不需求量取仪器高，这时将A 视为0，B 视为n ，则A ，B 两点间的高差为式（1-3-4）n-1AB O,j+1O,j+1O,j O,j j=0h = (S sin -S sin )+'- αανν∑ （1-3-4）式中，O 表示各测站点，其他的符号代表的意义则和式（1-3-1）和式（1-3-2）相同。

第二章测量数据2.1 测量类型随着测量技术的高速发展，全站仪已普遍用于控制测量、地形测量和工程测量，并以其不受地形起伏的限制施测速度较快、测量手段简捷、高速的电脑计算和精确的边长测量等优势，而且在测定高差方面比普通三角高程测量节省了大量的计算工作, 从经济指标方面比较, 是水准测量无法比拟的,所以深受广大测绘人员的青睐。

因为该测量方法可以应用在大部分的地形中测量，且具有多种优势所以我们在验证两种测量方法的精度的时候，我们须选取三种包含各种类型的不同地段来进行测量，取其数据，便对该数据进行精度分析。

以下是经过认真研究选取的三种不同地形的地段：（一）只有一个测回站该地段的类型主要是：中间没有任何阻碍视线，直接观测站点与棱镜点两点之间的高差。

因此我选取了测量南安市南大路外二环AB两点间的高差，以进行精度分析。

（二）路线较长，中间需设立几个测站该地段的类型主要是：路线比较长，不能直接测取站点与棱镜点两点间的高差，需在中间设立几个测站，以便测取两点间的高差。