全站仪高程控制测量精度与误差分析

【摘 要】水准测量操作简单，数据量相对较小，容易计算与处理，而且精度高。但是，由于位置差异，在一些特殊的地理位置采用全站仪进行高程控制测量更能提高效率。例如在一些山区、丘陵地带，应用几何水准测量效率就很会很低，在应用全站仪进行高程测量的时候，采用什么方法来进行数据处理也是非常重要的。为了提高计算精度与工作效率，更有利于设计最佳方案进行测量工作，那么我们将采用几种方法进行精度与误差分析比较。精度与误差也是我们最需要关注的。经过实践操作证明，使用全站仪进行山地水准测量能够达到三、四等要求。因此，采用全站仪进行高程控制测量能够达到精度要求，大大提高了工作效率。

【关键词】全站仪；高程；精度分析；误差分析

1.引言

随着测绘专业的不断发展，全站仪的应用越来越广泛，并以其操作简捷，电脑计算，大大提高工作效率，而被广大测绘人员所青睐。目前，人们对全站仪的研究也是越来越深入，希望能够将它应用到更多的工作中，而在山地高程控制测量中，使用水准仪的传统方式进行测量虽然精度高，但是工作量大，耗时长，效率太低；而采用三角高程控制测量虽不受地形限制，但是它受地球曲率、棱镜高和仪器高的因素的影响，精度与水准测量相比过低，误差相对较大。那么，使用全站仪绝对是一个很好的发展方向，这就可以摆脱传统的水准测量方式，减少了数据量，降低了工作难度，不受地区地形限制，影响测量精度因素较少。我们通过实践与研究，对全站仪高程测量精度与误差进行了分析。

2.全站仪高程测量原理与精度分析

（1）基本原理

全站仪高程测量的基本原理是把全站仪当作水准仪来使用，使棱镜高相同，达到抵消仪器高和棱镜高的目的，从而不必量取棱镜高和仪器高，这样既能在地形复杂地区进行快速的高程传递，又能确保足够的高程测量精度。如果在较短的距离内不考虑两差对高差测量的影响，那么观测计算得到的A， B两点高差只受垂直角测量和距离测量精度的影响。如果两点间高差较大或距离较远，仅安置一次仪器不能测出其高差时，就可以在两点间安置多次仪器，加设多个转点，然后再分段设站观测。图1中各符号所含意义如下：SCA为后视斜距；SCB为前视斜距；DCA为后视平距；DCB为前视平距；iA为后视点棱镜的高度；iB为前视点棱镜的高度； VC为全站仪的高度；hAC为后点A至测站点C的高差；hCB为测站点C至前点B的高差；h1为后视棱镜中心至全站仪横轴的高差；h2为全站仪横轴至前视棱镜中心的高差；hAB为后视点A至前视点B的地面高差；A1为全站仪观测后视棱镜中心点的竖直角（俯角或仰角）；A2为全站仪对前视棱镜中心点的竖直角（俯角或仰角）。原理图如下：

（2）精度分析方法

本研究选取测角精度为 2″的TC R402徕卡全站仪为例，对全站仪高程测量方式的进度进行分析。其测距精度为 = （2+2 10-6D）mm，= 4mm。按全站仪1km的测距进行计算，大气折光系数的误差为 0.02～0.05 mm[15-17]，取mk= 0.04mm，仪器高与棱镜高的量取误差为 3mm，同时取两倍的中误差为极限误差，与三、四等水准测量的限差进行比较分析。

采用中点法测量的高差主要与测量斜距S1和S2、竖直角A1和A2、棱镜高v1和v2，及大气折光系数K1和K2有关，与仪器高无关，从而克服了仪器高量取精度的影响，有利于提高测量精度。当A、B两点采用同一对中杆且不变换高度。当V1=V2时：

h1=SCAsinA1，h2=SCBsinA2；

DCA=SCAcosA1，DCB=SCBcosA2；

hAC=iA+h1-VC，hCB=VC+h2-iB；

hAB=hAC+hCB=（h1+h2）+（iA-iB）

（3）影响精度的主要原因及改进方法

a、受地形不同与已知高程点距离的影响：可以根据高程测量路线地形的变化，选择最佳的测量位置，当待测工程点距已知高程点较远时，可以将高程测量路线分为多段（尽量设为偶数站）。

b、受大气折光、大风等外界环境的影响：尽量选择天气晴朗，风力较小，湿度与温度都适宜的天气进行测量，尽量不要在阴天或者恶劣的天气情况下进行。

C、受仪器本身的影响：在进行测量工作之前，一定要检查好仪器的各部件是否损坏，并及时进行修复，根据测量需要设置好仪器参数等问题，保证仪器有足够的电量。

d、受测量人员和其它原因的影响：一定要保证测量是全站仪与棱镜的对中整平要求，计算时一定要保留到毫米位。

3.全站仪高程测量的误差分析

（1）采用水准测量时，在读取水准尺的时候需要估读会产生读数误差，而使用全站仪测量时，则不需要进行读数，并不会产生读数误差，获得的数据更加精确。

（2）采用水准测量时容易产生i角误差，特别是在山地高程测量时，而采用全站仪时则不需要考虑这方面因素。

（3）采用在水准测量时，测站数越多，误差越大；采用三角高程测量时，测站数越少，误差越大。而在复杂山地高程测量时，测站数并不好控制，采用全站仪测量时，测站数对误差影响不大，并不需要对测站数的多少进行控制，因此，在全站仪高程控制测量时更有优势。

4.总结

经过分析与比较，利用全站仪对地形较复杂的地区进行高程控制测量的精度是可以满足要求的，但同时也要注意一些误差对测量的影。综上而言，利用全站仪进行山区的高程控制测量可以大大提高工作效率，保证测量精度。为我们的测量工作提供了一个新的优良方法。

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[7]全站仪三角高程替代四等水准测量精度分析_靳海亮.

项目：

辽宁科技学院2014“大学生创新创业计划”项目编号：201411430058。