测线的全站仪实测边长与坐标反算边长不符解析

摘要: 在我们实际的测绘工作中,经常会碰到的全站仪现场实测控制网中已知边的边长与坐标反算的边长之间存在不符值情况.针对这种情况,文章详细解析了产生这种不符值的原因,并以NIKON全站仪为例,对全站仪的测量参数进行了详细介绍,并介绍了有关参数的计算方法.最后通过测量实例,采用合理设置全站仪的测量参数的方法解决了测线实测边长与坐标反算边长不符的问题.

关键词: 测线边长不符值全站仪比例系数

中图分类号：TU113文献标识码： A

Analysis for the Side Length Discrepancy of the Survey Line between the Length Measured by Total Station and Calculated by the Coordinates

JIANG Wei

(WUHAN DESIGN & RESEARCH INSTITUTE CO.,LTD OF CHINA COAL TECHNOLOGY & ENGINEERING GROUP,WUHAN, 430064, CHINA)

Abstract: In our surveying project, we always came up against the instances that some side lengths of the survey line measured by the total station had discrepancy with the lengths calculated by the coordinates of the points of the survey line, according this condition, this paper analyzed amply the cause of the discrepancy, and using the NIKON total station for example, introduced the surveying parameters of total station and the calculations of some parameters. At last we solved the problem by setting proper parameters for total station.

Key words:Survey line Side length Discrepancy Total station Scale factor

在实际的测绘工作中,经常听到测量人员反映,他们使用全站仪现场实测控制网中已知边的边长与坐标反算的边长之间存在不符值,有时这种不符值还较大,此时他们都会向我们反映是我们的控制点发生了移位造成的,但经我们复测发现其实控制点并没有发生移位,而是他们的作业方法存在问题.

通过检查他们的仪器,并实测边长发现,他们在作业过程中主要存在以下几个方面的问题:

(1)测距之前对所使用仪器的常数没有设置,主要是棱镜的常数设置,通常我们所使用的测距棱镜常数有0mm,-30mm,30mm.;

(2)气象参数设置,如温度,气压等;

(3)距离改化参数的设置等.

以上的几个问题中前面两个问题处理起来很方便,设置正确就可以了,第三个问题要稍复杂些,下面将对其进行详细的介绍.

1 坐标系与高斯投影

我国现在使用的坐标系有2000国家大地坐标系,1980西安坐标系及1954年北京坐标系等.[1]而我们通常所使用的坐标都为高斯坐标,是将大地坐标经过高斯投影后所得到的平面坐标.由于投影存在着投影变形,而高斯投影是一种横轴椭圆柱面正形投影,亦称为等角投影,所以必然存在着长度变形.这种变形的大小与投影带的选择,离中央经线的距离等都有关系.[2][3]

全站仪是采用电磁波测距的,影响电磁波测距边长测量值的因素有很多[4],如气象因素,大气折光,加常数,乘常数,棱镜常数等.经过上述多项改正的测线水平距离再经过如下的两项改正就改化到了高斯平面上[5]:

(1)将测线的水平距离归算到参考椭球面上的测距边长

(1)

式中 归算到参考椭球面上的测距边长度(m);

测线的水平距离(m);

测距边两端点的平均高程(m);

测区大地水准面高出参考椭球面的高差(m);

参考椭球体在测距边方向法截弧的曲率半径(m).

(2) 参考椭球面上的测距边长度再归算到高斯投影面上的长度

(2)

式中 测距边在高斯投影面上的长度(m);

测距边两端点横坐标的平均值(m);

测距边中点处在参考椭球面上的平均曲率半径(m);

测距边两端点横坐标的增量(m).

从上述的归算公式可知,高海拔地区以及偏离投影中央经线很远的地区,距离改化及高斯投影变形很大.

测线的水平距离经严格的气象改正后,由于有以上两项改化,所以必然与根据已知坐标反算的水平距离存在差异.

2 NIKON全站仪的测量参数解析

以NIKON NIVO1.M全站仪为例,其他全站仪与其类似.其主要测量设置参数如下:

T-P 此参数设置温度气压改正;

C&R 此项参数用以设置大气折光与地球曲率改正值 通常取值为0.132;

比例系数用以设置投影的变形系数,即改化到的比例系数;

海平面改正此项参数是将平均高程面上的测线改化到椭球面上,即到的改正.

对于有些全站仪并没有设置海平面改正这一项,可将海平面改正合并到比例系数中去,此时比例系数实际包括式(1)和(2)两项改正.

3 实例

以陕西北部某地,其概略大地坐标为东经110.4°,北纬38.9°,平均海拔为1180米的测线为例,按其已知坐标反算的边长为361.390米,详细的测量参数设置及全站仪实测平距如下表:

表 1全站仪参数设置及测线边长实测值

此时还需要注意的是,若要设置NIKON全站仪的海平面改正生效,海平面改正设置为”开”的同时还必须要设置测站高程,然后仪器才会根据测站高程按照近似公式进行海平面改正.

由结果可知,上表中全站仪测量参数设置为3的实测边长与由已知边长反算的边长最为接近,但还是有3毫米的差距,这主要是以下几个方面的影响:

1.C&R参数取值为经验值;

2.全站仪海平面改正是以测站高程并使用近似公式来计算的改正,具体公式可参照该仪器相关资料;

3.投影参数中部分参数未知,如测区高程异常值等,而是采用近似方法处理;

4.全站仪的测距精度;

5.仪器安置误差等几方面的影响.

从上表可以看出,由于测区海拔较高,海平面改正的影响很大,对该边影响达约60mm,但其投影变形对测线边长的影响相对较小.

4.结论与建议

由于距离改化参数随测线位置及测线平均高程的变化而变化;我们在实际的测量作业中,如果对整个测区取一组平均参数,且通过设置以上的测量参数能达到所需的测量精度要求,则可在测绘作业过程中只设置一次此参数.然而,对于精度要求很高的测量项目,由于不同测线的参数都会不同,此方法即不能采用. 此时,可以通过建立抵偿坐标系[6][7],选取合理的投影面及中央经线来消除投影变形及海拔对测线边长的影响,具体方法可查阅相关文献.

参考文献:

[1] 程鹏飞,成英燕,文汉江等. 2000国家大地坐标系实用宝典[M]. 北京:测绘出版社,2008.

[2] 张凤举,张华海,赵长胜等. 控制测量学[M]. 北京:煤炭工业出版社,1999.

[3] 孔祥元,梅是义. 控制测量学[M]. 武汉:武汉大学出版社,2002.

[4] 周丙申,将芷华,孙鹤群. 光电大地测量仪器学[M]. 徐州:中国矿业大学出版社,1993.

[5] 中国有色金属工业协会. 工程测量规范GB500262007[M]. 北京:中国计划出版社,2008.

[6] 李祖锋 限制边长投影变形最佳抵偿投影面的确定[J]. 工程勘察,2010,02:75-78.

[7] 赵建三,封良泉,陈宗成. 具有抵偿面的任意带高斯投影法的应用[J]. 工程勘察,2009,07:59-62.

姜伟 (1981- ) 男 汉族 湖北武汉人 硕士研究生 工程师 现在中煤科工集团武汉设计研究院有限公司从事大地测量,变形监测及工程测量等方面的工作