CN103115610B - 适用于复合水准仪的水准测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于复合水准仪的水准测量方法，可以按照 、精确测定调整对偶观测用复合水准仪的i角，使其满足测量精度要求；然后再进行b1、b2、b3、b4步骤进行两点高差测量，b1是分别用复合水准仪A和B测取和两点高差；b2是计算复合水准仪A和B测取的和两点高差之差；b3是判断是否超限，若在限差之内，进行b4步骤；若超出限差，需重复b1、b2、b3步骤；b4是取两个复合水准仪A和B所测和两点高差的均值作为测量值。
Description
技术领域
本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种可保证测量精度的适用于复合水准仪的水准测量方法。
背景技术
传统的水准测量装置是由一个水准仪和两个水准标尺组成。测量时先将两个水准标尺分别置于地面上的A、B两点，再将水准仪设置在A、B两点的中间位置，利用整平后水准仪望远镜的水平视线分别照准读取两个水准标尺的标高数值，所测标高数值之差即为地面A、B两点的水准高差，若已知其中一点的高程，即可由高差推算出另一点的高程。为了保证测量精度，一是要调整仪器结构，使水准仪的i角（望远镜视轴与水平面的夹角）满足水准测量等级限差（一、二等为15秒；三、四等为20秒）；二是要保证水准仪距两个水准标尺的水平距离相等或大致相等。存在的不足是：（1）测量工作效率及可靠性低。在复杂的地形环境中实现水准仪和水准标尺三点之间位置的合理配置，往往耗费测量人员大量的精力和时间，影响测量效率；（2）测量受到地形环境限制。当遇到陡坡、坑洼、水塘、沟渠、沟壑、江河、山区等复杂地形环境时，往往不能将水准仪架设在两个水准标尺的中间位置，导致水准测量无法实施。
为了克服上述不足，专利申请号为201210411233.1的中国发明专利，公开了一种“对偶式观测用尺仪合一复合水准仪”（以下简称复合水准仪），其结构是设有柱形尺体及水准器，在柱形尺体的同一柱面上固定有与柱形尺体轴线平行的水准标尺及可上下滑动的观测单元，所述观测单元有相互固定连接的对方高度信号测定器和本方高度信号测定器，对方高度信号测定器的视准轴与柱形尺体轴线垂直。其测量方法有如下步骤：安置仪器、同步粗整平、相互照准、同步精整平、对等观测及双向检核等。真正实现了点对点的直接水准测量，无需费时费力地考虑水准仪和水准标尺位置距离的合理配置，同时也由于双观测系统的可靠性检核而不再需要往返测量，提高了水准测量的工作效率及可靠性，水准测量的选点、布点不受地形环境限制，可以方便地在陡坡、坑洼、水塘、沟渠、沟壑、江河、山区等复杂地形环境下实施水准测量。从上述专利申请说明书所公开的技术内容可以看出，与传统测量方法的实质不同是对等观测及双向检核，对等观测是用对方高度信号测定器测取水平视线上对方高度数据，本方高度信号测定器测取水平视线上本方高度数据；双向检核是实时交换双方测量数据并检核双方的测量结果，即按照规范要求对双方测量结果的互差作出是否超限的评判，评判合格转站继续作业，评判不合格则在原站重复测量。由于对方高度信号测定器所采用的是具有瞄准功能的望远镜、电子望远镜、自动安平电子望远镜和复合式自动安平电子望远镜等，因此复合水准仪i角的大小是影响对偶式观测精度的关键因素，然而上述专利申请并未公开测定校正i角、i角对测量值影响的改正及消除等具体的测量方法，难以保证测量精度。
发明内容
本发明是为了解决现有技术存在的上述技术问题，提供一种可保证测量精度的适用于复合水准仪的水准测量方法。
本发明的技术解决方案是：一种适用于复合水准仪的水准测量方法，包括以下步骤：
a. 施测前测定校正复合水准仪的i角
a1. 将两个复合水准仪A和B分别对应安置在固定点 和处，测取第一组对方高度和本方高度数据；然后在和两点互换复合水准仪A和B，测取第二组对方高度和本方高度数据；按照下式计算复合水准仪A和B的i角：
式中：和分别为复合水准仪A、B的i角値，单位为秒；
为206265，单位为角秒；
为和两点之间的水平距离；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的本方高度数据；
a2. 判断复合水准仪A和B的i角是否超限？如复合水准仪A和B的i角均符合要求，进行b步骤；否则调整i角，重新进行a1、a2步骤；
b. 测量任意和两点间的高差
b1. 用复合水准仪A和B分别测取和两点高差；
b2. 计算两个复合水准仪A和B测得的和两点高差之差：
式中：
为由复合水准仪A获得的和两点高差；
为由复合水准仪B获得的和两点高差；
b3. 判断是否超限？若在限差之内，进行b4步骤；若超出限差，则重复b1、b2、b3步骤；
b4. 取两个复合水准仪A和B所测和两点高差的均值作为测量值：
所述b1步骤是：将复合水准仪A和B分别安置于待测水准点和，分别测取和两点高差、，由复合水准仪A和B获得的和两点的高差和：
式中：
为复合水准仪A放置在点获得的和两点的高差；
为复合水准仪A放置在点观测对方高度数据；
为复合水准仪A放置在点观测本方高度数据。
为复合水准仪B放置在点获得的和两点的高差；
为复合水准仪B放置在点观测对方高度数据；
为复合水准仪B放置在点观测本方高度数据；
和分别为复合水准仪A、B的i角値，单位为秒；
为206265，单位为角秒；
为和两点之间的水平距离；
所述b1步骤是：将两个复合水准仪A和B分别安置在测量点和处，测取第一组对方高度和本方高度数据；然后在测量点和处两点互换复合水准仪A和B，测取第二组对方高度和本方高度数据；按照下式计算，得到和两点高差为：
式中：
为由复合水准仪A获得的和两点高差；
为由复合水准仪B获得的和两点高差；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的本方高度数据。
本发明可以精确测定和调整对偶观测用复合水准仪的i角，使其满足测量精度要求，并给出了对i角影响的改正及彻底消除方法，确保复合水准仪的高精度水准测量，使复合水准仪充分发挥优势。
附图说明
图1、2是本发明实施例1、2步骤a复合水准仪A、B的安置示意图。
图3是本发明实施例1、2步骤a的逻辑框图。
图4是本发明实施例1、2步骤b复合水准仪A、B的安置示意图。
图5是本发明实施例1步骤b的逻辑框图。
图6是本发明实施例2步骤b复合水准仪A、B的安置示意图。
图7是本发明实施例2步骤b的逻辑框图。
图8是本发明实施例1、2实现多点水准测量的示意图。
具体实施方式
实施例1：
a. 施测前测定校正复合水准仪的i角
工作原理如图3所示。
a1. 如图1所示：首先在平坦地段选定两个固定点和，将两个复合水准仪A和B分别安置于和，即复合水准仪A安置于，复合水准仪B安置于，然后同现有技术一样同步整平、相互照准、观测本方标尺并读数、相互观测对方标尺并读数，即测取固定点和的第一组对方高度和本方高度数据。
复合水准仪A获得的和两点的高差可表示为（注：计算高差时均为观测对方数据减观测本方数据，以下同）：
式中：
为复合水准仪A的i角产生的误差（i角向上时取为正值，i角向下时取为负值，以下同）；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
同理，复合水准仪B获得的和两点高差可表为：
式中：
为复合水准仪B的i角产生的误差；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的本方高度数据；
上述观测后，如图2所示：在和两点交换两个复合水准仪的位置，即复合水准仪A安置于，复合水准仪B安置于，再次同步整平、相互照准、观测本方标尺并读数、相互观测对方标尺并读数。
此时，由复合水准仪A获得的和两点高差可表示为：
式中：
为复合水准仪A的i角产生的误差；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
同理，由复合水准仪B获得的和两点高差可表示为：
式中：
为复合水准仪B的i角产生的误差；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
理论上应有：；；故由上述式子可得：
当i値较小时，有：
式中：
为和两点之间的水平距离；
和分别为复合水准仪A、B的i角値，单位为弧度；
故最后可得：
式中：
i角値单位为角秒；
为206265（即弧度与角度的转化系数，为180°×60×60/π），单位为角秒。
a2. 判断i角是否超限，如果复合水准仪A和B的i角均符合精度要求（例如按中国国家标准：一、二等水准测量i角限差为15秒；三、四等水准测量i角限差为20秒）进行b步骤；否则通过调整水准仪结构调小i角后，重新进行a1、a2步骤；
b. 测量任意和两点间的高差
工作原理如图5所示。
b1. 如图4所示：将复合水准仪A和B分别对应安置于待测水准点和，分别测取和两点高差、，与传统及现有技术一样，使用复合水准仪观测读数时，高度数据读取需进行二次或多次，当其互差小于设定容限时取其均值作为测量高度数据值，若互差超限则再次观测读数。
如图4所示，高差值、正负号相反，故由复合水准仪A和B获得的和两点的高差和为：
式中：
为复合水准仪A放置在点获得的和两点的高差；
为复合水准仪A放置在点观测对方高度数据；
为复合水准仪A放置在点观测本方高度数据。
为复合水准仪B放置在点获得的和两点的高差；
为复合水准仪B放置在点观测对方高度数据；
为复合水准仪B放置在点观测本方高度数据；
和分别为复合水准仪A、B的i角値，单位为秒；
为206265，单位为角秒；
为和两点之间的水平距离；
上述式中最后一项为i角影响改正。
b2. 计算两个复合水准仪A和B测得的和两点高差之差：
式中：
为由复合水准仪A获得的和两点高差；
为由复合水准仪B获得的和两点高差；
b3. 判断是否超限？若在限差之内，进行b4步骤；若超出限差，则需重新观测计算，即重复b1、b2、b3步骤。
b4. 取其两组高差的均值作为和两点高差测量值：
此时结束任意和两点间的高差测量工作。
实际工作中，往往需要进行多点间的连续水准测量，可如图8所示：沿某一水准路线共设有n个水准点（或水准过渡点）。
按步骤a、b可先获得任意两点和间的高差。
再将点处的复合水准仪A移动安置于水准点并重新命名为复合水准仪B，原复合水准仪B仍安置于水准点并重新命名为复合水准仪A。
重复步骤b，即同理可获得和两点间的高差。
并可得和两点间的高差为：
进一步，再将点的复合水准仪移动安置于水准点重复步骤b，即可获得和两点间的高差，以此类推，可获得某一水准路线上任意两点的高差。
最终可得设有n个水准点的某一水准路线的高差为：
即和两点间的高差，实现了高精度水准测量的目的。
实施例2：
如实施例1的a1、a2步骤进行施测前校正复合水准仪的i角。
与实施例1所不同的是b1步骤。工作原理如图7所示。
b1. 交换式安置测量。如图4所示：将复合水准仪A和B分别对应安置于待测水准点和，即复合水准仪A安置于，复合水准仪B安置于，然后同现有技术一样同步整平、相互照准、观测本方标尺并读数、相互观测对方标尺并读数，即测取固定点和的第一组对方高度和本方高度数据。
由复合水准仪A安置于获得的和两点的高差可表示为：
式中：
为复合水准仪A的i角产生的误差（i角向上时取为正值，i角向下时取为负值，以下同）；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
同理，由复合水准仪B安置于获得的和两点高差可表为：
式中：
为复合水准仪B的i角产生的误差；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的本方高度数据；
上述观测后，如图6所示：在和两点交换两个复合水准仪的位置，即复合水准仪A安置于，复合水准仪B安置于，再次同步整平、相互照准、观测本方标尺并读数、相互观测对方标尺并读数，即测取固定点和的第二组对方高度和本方高度数据。
此时，由复合水准仪A安置于获得的和两点高差可表示为：
式中：
为复合水准仪A的i角产生的误差；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
同理，由复合水准仪B安置于获得的和两点高差可表示为：
式中：
为复合水准仪B的i角产生的误差；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
理论上应有：；；故由上述式子可得：
式中：
为由复合水准仪A获得的和两点高差；
为由复合水准仪B获得的和两点高差；
上述式中已彻底消除了i角的影响。
b2. 计算两个复合水准仪A和B测得的和两点高差之差：
b3. 判断是否超限。若在限差之内，进行b4步骤；若超出限差，则需重新安置仪器观测，即重复步骤b1、b2、b3步骤。
b4. 取其复合水准仪A和B测得的两组高差的均值作为和两点高差测量值：
此时结束任意和两点间的高差测量工作。
如要进行多点间的连续水准测量，如图8所示：沿某一水准路线共设有n个水准点（或水准过渡点），可依次在相邻水准点安置复合水准仪，重复步骤b1、b2、b3、b4即可测得任意相邻两点和间的高差。
最终可得设有n个水准点的某一水准路线的高差为：
。
Claims (1)
1.一种适用于复合水准仪的水准测量方法，其特征在于包括以下步骤：
a. 施测前测定校正复合水准仪的i角
a1. 将两个复合水准仪A和B分别对应安置在固定点 和处，测取第一组对方高度和本方高度数据；然后在和两点互换复合水准仪A和B，测取第二组对方高度和本方高度数据；按照下式计算复合水准仪A和B的i角：
式中：和分别为复合水准仪A、B的i角值，单位为秒；
为206265，单位为角秒；
为和两点之间的水平距离；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的本方高度数据；
a2. 判断复合水准仪A和B的i角是否超限，如复合水准仪A和B的i角均符合要求，进行b步骤；否则调整i角，重新进行a1、a2步骤；
b. 测量任意和两点间的高差
b1. 用复合水准仪A和B分别测取和两点高差：
将两个复合水准仪A和B分别安置在测量点和处，测取第一组对方高度和本方高度数据；然后在测量点和处两点互换复合水准仪A和B，测取第二组对方高度和本方高度数据；按照下式计算，得到和两点高差为：
式中：
为由复合水准仪A获得的和两点高差；
为由复合水准仪B获得的和两点高差；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪A在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的本方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的对方高度数据；
为复合水准仪B在点测取的本方高度数据；
b2. 计算两个复合水准仪A和B测得的和两点高差之差：
式中：
为由复合水准仪A获得的和两点高差；
为由复合水准仪B获得的和两点高差；
b3. 判断是否超限，若在限差之内，进行b4步骤；若超出限差，则重复b1、b2、b3步骤；
b4. 取两个复合水准仪A和B所测和两点高差的均值作为测量值：
。
Priority Applications (1)
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| CN201310049994.1A CN103115610B (zh) | 2013-02-08 | 2013-02-08 | 适用于复合水准仪的水准测量方法 |
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Publications (2)
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- 2013-02-08 CN CN201310049994.1A patent/CN103115610B/zh active Active
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