三角高程測量原理、誤差分析及應(yīng)用

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1、三角高程測量1三角高程測量的基本原理三角高程測量是通過觀測兩點(diǎn)間的水平距離和天頂距（或高度角）求定兩點(diǎn)間的高差的方法。它觀測方法簡單，不受地形條件限制，是測定大地控制點(diǎn)高程的基本方法。目前，由于水準(zhǔn)測量方法的發(fā)展，它已經(jīng)退居次要位置，但在山區(qū)和丘陵地帶依然被廣泛采用。在三角高程測量中，我們需要使用全站儀或者經(jīng)緯儀測量出兩點(diǎn)之間的距離(水平距離或者斜距)和高度角，以及測量時的儀器高和棱鏡高，然后根據(jù)三角高程測量的公式推算出待測點(diǎn)的高程。由圖中各個觀測量的表示方法，AB兩點(diǎn)間高差的公式為：h=S0tanα+i1-i2①但是，在實(shí)際的三角高程測量中，地球曲率、大氣折光等因素對測量結(jié)

2、果精度的影響非常大，必須納入考慮分析的范圍。因而，出現(xiàn)了各種不同的三角高程測量方法，主要分為：單向觀測法，對向觀測法，以及中間觀測法。1.1單向觀測法單向觀測法是最基本最簡單的三角高程測量方法，它直接在已知點(diǎn)對待測點(diǎn)進(jìn)行觀測，然后在①式的基礎(chǔ)上加上大氣折光和地球曲率的改正，就得到待測點(diǎn)的高程。這種方法操作簡單，但是大氣折光和地球曲率的改正不便計(jì)算，因而精度相對較低。1.2對向觀測法對向觀測法是目前使用比較多的一種方法。對向觀測法同樣要在A點(diǎn)設(shè)站進(jìn)行觀測，不同的是在此同時，還在B點(diǎn)設(shè)站，在A架設(shè)棱鏡進(jìn)行對向觀測。從而就可以得到兩個觀測量：直覘：hAB=S往tanα往+i往-v往

3、+c往+r往②反覘：hBA=S返tanα返+i返-v返+c返+r返③S——A、B間的水平距離；α——觀測時的高度角；i——儀器高；v——棱鏡高；c——地球曲率改正；r——大氣折光改正。然后對兩次觀測所得高差的結(jié)果取平均值，就可以得到A、B兩點(diǎn)之間的高差值。由于是在同時進(jìn)行的對向觀測，而觀測時的路徑也是一樣的，因而，可以認(rèn)為在觀測過程中，地球曲率和大氣折光對往返兩次觀測的影響相同。所以在對向觀測法中可以將它們消除掉。h=0.5(hAB-hBA)=0.5[(S往tanα往+i往-v往+c往+r往)-(S返tanα返+i返-v返+c返+r返)]=0.5(S往tanα往-S返tan

4、α返+i往-i返+v返-v往)④與單向觀測法相比，對向觀測法不用考慮地球曲率和大氣折光的影響，具有明顯的優(yōu)勢，而且所測得的高差也比單向觀測法精確。1.3中間觀測法中間觀測法是模擬水準(zhǔn)測量而來的一種方法，它像水準(zhǔn)測量一樣，在兩個待測點(diǎn)之間架設(shè)儀器，分別照準(zhǔn)待測點(diǎn)上的棱鏡，再根據(jù)三角高程測量的基本原理，類似于水準(zhǔn)測量進(jìn)行兩待測點(diǎn)之間的高差計(jì)算。此種方法要求將全站儀盡量架設(shè)在兩個待測點(diǎn)的中間位置，使前后視距大致相等，在偶數(shù)站上施測控制點(diǎn)，從而有效地消除大氣折光誤差和前后棱鏡不等高的零點(diǎn)差，這樣就可以像水準(zhǔn)測量一樣將地球曲率的影響降到最低。而且這種方法可以不需要測量儀器高，這樣在觀測

5、時可以相對簡單些，而且減少了一個誤差的來源，提高觀測的精度。全站儀中間觀測法三角高程測量可代替三、四等水準(zhǔn)測量。在測量過程中，應(yīng)選擇硬地面作轉(zhuǎn)點(diǎn)，用對中腳架支撐對中桿棱鏡，棱鏡上安裝覘牌，保持兩棱鏡等高，并輪流作為前鏡和后鏡，同時將測段設(shè)成偶數(shù)站，以消除兩棱鏡不等高而產(chǎn)生的殘余誤差影響。與對向觀測法相比，中間觀測法有自己的優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)兩觀測點(diǎn)間的水平距離小于或等于1km時，對向觀測法三角高程測量精度一般高于中間觀測法三角高程測量精度，而當(dāng)兩觀測點(diǎn)間的水平距離大于1km時，中間觀測法三角高程測量精度一般高于對向觀測法三角高程測量精度。在長距離、高低起伏大的區(qū)域高程測量中，可選擇用

6、中間觀測法三角高程測量，其精度可達(dá)三、四等水準(zhǔn)測量精度，在提高觀測條件的情況下，理論上可達(dá)二等水準(zhǔn)測量精度。2三角高程測量的誤差分析根據(jù)三角高程測量的基本原理，以及在觀測過程中的各種影響因素，三角高程法測量高差主要的誤差來源有：測距誤差、測量高度角的誤差、測量儀器高和棱鏡高的誤差、大氣折光誤差、以及地球曲率所引起的誤差。2.1測距誤差在上述的基本計(jì)算式中，用到的平距或者斜距都是用全站儀直接測量所得，而儀器本身有其精度限制，因而不可避免的會產(chǎn)生誤差。因此，可以采用相對精確的測距儀器來獲取兩點(diǎn)之間的水平距離或者斜距。然后根據(jù)儀器本身提供的相關(guān)參數(shù)對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的改正，提高數(shù)

7、據(jù)的精度。2.2測角誤差垂直角觀測誤差mα對高差的影響隨邊長D的增大而增大。豎直角觀測誤差包括儀器誤差、觀測誤差及外界條件的影響等。儀器誤差不可避免，可以根據(jù)具體情況選取更精密的儀器來測量。垂直角的觀測誤差主要有照準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差、氣泡居中誤差。由于人眼的分辨力有限，在工作中垂直角用紅外全站儀觀測兩個測回，則可以在一定程度上提高測量精度。外界環(huán)境條件對觀測也會產(chǎn)生一定的影響，如空氣清晰程度，會很大程度上干擾觀測時的瞄準(zhǔn)質(zhì)量，從而影響觀測值得精度。對于上述誤差，有的也可以通過觀測方法來減弱或者消除：事先仔