CN104316027B

CN104316027B - 复合水准仪本方高度测定方法

Info

Publication number: CN104316027B
Application number: CN201410585033.7A
Authority: CN
Inventors: 刘雁春; 赵俊生; 孟强
Original assignee: Dalian Shengboer Surveying And Mapping Instrument Technology Co Ltd
Current assignee: DALIAN SHENGBOER SURVEYING AND MAPPING INSTRUMENT TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2014-10-28
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2034-10-28
Also published as: CN104316027A

Abstract

本发明公开一种复合水准仪本方高度测定方法，具体步骤是将复合水准仪A安置在固定点，将复合水准仪B安置在固定点，所述固定点与固定点的间距为S，由复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据，设复合水准仪A本方高度为，则由复合水准仪A获得和两点的高差为；再将复合水准仪B安置于固定点，复合水准仪A安置于固定点，由安置于固定点的复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据，由复合水准仪A获得的和两点的高差为；得复合水准仪A本方高度为：。

Description

复合水准仪本方高度测定方法

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种可保证水准测量精度、提高水准测量效率且可降低水准测量成本的复合水准仪本方高度测定方法。

背景技术

目前，应用于水准测量的设备有传统水准仪和复合水准仪两种。

传统水准仪的特点是尺仪分离，由一个水准仪和两个水准标尺配合使用。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。传统的水准仪存在的不足是：（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。

为了克服传统水准仪的不足，中国专利申请号为201210466871.3的发明专利公开了一种“对偶式观测用尺仪合一复合水准仪”（简称复合水准仪）。与传统水准仪相比较，复合水准仪的使用真正实现了点对点的直接水准测量，提高了水准测量的工作效率及可靠性，并且水准测量的选点、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。复合水准仪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。对方高度信号测定器即为望远镜，而本方高度信号测定器可为指针、微距摄像头、激光或红外测距装置及绝对式直线光栅等。测量时需两个复合水准仪配对使用，即复合水准仪A放置在固定点，复合水准仪B放置在固定点P_y，固定点p_x和固定点y_x间距为（单位为m），由复合水准仪A的对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据，复合水准仪A的本方高度信号测定器测定得本方高度（望远镜视准轴至地面水准点的高度），则由复合水准仪A获得的和两点的高差：

式中：

为复合水准仪A的i角，即剩余i角（指水准仪经检验校正后依然存在的i角），指对方高度信号测定器（望远镜）视准轴与水平视线在垂直面的夹角，单位为角秒;

为206265，单位为角秒。

同理，可用复合水准仪B测得和两点的水准高差，然后再进行双向检核。

从上述公式可以看出，本方高度及剩余i角是影响复合水准仪高差测试精度的重要因素。

为了避免剩余i角影响复合水准仪高差测定，保证复合水准仪达到水准测量等级精度的要求，中国发明专利申请号为201310049994.1公开了一种“适用于复合水准仪的水准测量方法”，具体公开了如何测定校正复合水准仪的剩余i角、如何改正及消除剩余i角对测量值的影响等方法，所述方法中均涉及本方高度数据。然而，迄今为止，本方高度均是由复方水准仪的本方高度信号测定器来测定，存在着以下不足：

（1）若直接用指针为标记，通过标尺丈量本方高度，则一方面因难以精确确定望远镜视准轴位置而存在误差，另一方面还受本方标尺零点差的影响；（2）若采用微距摄像头、激光或红外测距、绝对式直线光栅等竖向电子测距装置获取本方高度，不仅成本高，而且存在着与望远镜视准轴位置的安装匹配误差，同样也存在本方标尺零点差的影响。

即现有技术难以获得精确的本方高度数据，直接影响了水准测量的精度。

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，提供一种保证水准测量精度、提高水准测量效率且可降低水准测量成本的复合水准仪本方高度测定方法。

本发明的技术解决方案是：一种复合水准仪本方高度测定方法，按照如下步骤进行：

a．将复合水准仪A安置在固定点，将复合水准仪B安置在固定点，所述固定点与固定点的间距为S₁，由复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据，设复合水准仪A本方高度为，则由复合水准仪A获得和两点的高差为；

b. 再将复合水准仪B安置于固定点，复合水准仪A安置于固定点，由安置于固定点的复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据，由复合水准仪A获得的和两点的高差为；

c. 由上述两式，得复合水准仪A本方高度为：

；

如，可排除i角影响，则由复合水准仪A获得的本方高度为。

式中：

C为标尺零点差限差，单位mm；

为复合水准仪A的i角，即对方高度信号测定器视准轴与水平视线在垂直面的夹角，单位为角秒；

为206265，单位为角秒。

同理，按照上述步骤亦可测定复合水准仪B的本方高度。

如果需要调整对方高度信号测定器，则需要按照下列步骤，对调整后的本方高度进行测定：

d1. 将已确定本方高度为的复合水准仪A安置在固定点，将复合水准仪B安置在固定点，由复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据；

d2. 调节复合水准仪A对方高度信号测定器的高度，再用复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据，则复合水准仪A新的本方高度为：

。

为了提高本方高度可靠性和精度以及测定复合水准仪的剩余i角，可按下列步骤进行：

取，改变固定点和距离为，且；重复a、b步骤，可得：

式中：

为的复合水准仪A对方高度测定器照准复合水准仪B读取的观测数据；

对于复合水准仪A，可组成联合方程：

求解可得：

。

本发明是利用交换式观测对方标尺的方法测定本方高度，避免了现有技术所存在的精度低的问题，可保证本方高度的精度，进而可保证剩余i角校正及水准测量的精度。无需在水准测量过程中再次对本方高度进行测定，不仅提高了水准测量效率，而且无需在复合水准仪中设置本方高度信号测定器，降低了复合水准仪的制造成本，从而降低了水准测量成本。

附图说明

图1、2是本发明实施例1复合水准仪A、B的安置示意图。

图3、4是本发明实施例2复合水准仪A、B的安置示意图。

图5是本发明实施例3步骤的复合水准仪A、B的安置示意图。

图6是本发明实施例复合水准仪A、B水准测量可消除标尺误差影响的示意图。

具体实施方式

实施例１：

a. 首先按照现有传统技术对复合水准仪A、B的对方高度信号测定器本身的i角进行校准，以符合标准规范要求。中国水准测量的i角等级限差是：一、二等水准测量为15秒；三、四等水准测量为20秒。

然后如图1所示：将复合水准仪A安置在固定点，将复合水准仪B安置在固定点，所述固定点与固定点的间距为S1，由复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据，设复合水准仪A本方高度为，则由复合水准仪A获得和两点的高差为（注：依惯例前尺读数减后尺读数）：

距离按照下式要求确定，可排除i角的耦合影响（注：误差理论认为，在中，当Ｂ误差小于Ａ误差的三分之一时，Ｂ误差对Ａ没有影响）。

式中：

为206265，单位为角秒。

C为标尺零点差限差，单位mm；

为固定点与固定点的距离。

由于测定及使用过程中，本方高度与对方标尺零点差的地位及作用相同，并耦合在一起，本方法有意不再区分，因为在使用过程中对方标尺零点差可自动消除（证明见后）。关于标尺零点差限差C的有关要求见下表。

表：中国水准测量标尺零点差限差C的要求

	一等	二等	三等	四等
					标尺零点差限差C（mm）	0.10	0.10	1.0	1.0

例如：

当i角为20秒时，对于三、四等水准测量，C=1.0mm，则S₁≤4m；

当i角为15秒时，对于一、二等水准测量，C=0.1mm，则S₁≤0.5m；

当i角为10秒时，对于三、四等水准测量，C=1.0mm，则S₁≤7m；

当i角为10秒时，对于一、二等水准测量，C=0.1mm，则S₁≤0.7m；

b. 再如图2所示，保持固定点与固定点的间距不变，将复合水准仪B安置于固定点，复合水准仪A安置于固定点，由安置于固定点的复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据，由复合水准仪A获得的和两点的高差为：

；

c. 由上述两式，得复合水准仪A本方高度为：

。

同理，按照上述步骤亦可测定复合水准仪B的本方高度。

实施例2：

然后如图3所示：将复合水准仪A安置在固定点，将复合水准仪B安置在固定点，所述固定点与固定点的间距为，由复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据，设复合水准仪A本方高度为。

距离应按照下式要求，即不排除i角的耦合影响：

则由复合水准仪A获得和两点的高差为：

；

式中：

为206265，单位为角秒。

b. 再如图4所示，保持固定点与固定点的间距为不变，将复合水准仪B安置于固定点，复合水准仪A安置于固定点，由安置于固定点的复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据，由复合水准仪A获得的和两点的高差为：

；

c. 由上述两式，得复合水准仪A本方高度为：

。

同理，按照上述步骤亦可测定复合水准仪B的本方高度。

与实施例1不同，本实施例顾及了i角的影响。

实施例3：

当遇到较大地面高差、需调节复合水准仪对方高度测定器的高度时，则需要在实施例1或实施例2之后按照下列步骤，对调整后的本方高度进行测定，如图5所示：

d1. 将已确定本方高度为的复合水准仪A安置在固定点，将复合水准仪B安置在固定点，同样保持固定点与固定点的间距不变，由复合水准仪A对方高度信号测定器照准复合水准仪B读取观测数据；

。

同理，亦可测定复合水准仪B新的本方高度。

实施例4：

为了提高本方高度可靠性和精度以及测定复合水准仪的剩余i角，可在实施例的基础上按下列步骤进行：

取，改变固定点和距离为，且；重复a、b步骤，可得：

式中：

对于复合水准仪A，可组成联合方程：

求解可得：

。

同理可测定复合水准仪B的本方高度及剩余i角。

为了进一步提高可靠性和精度，可按测量学惯例，再进一步改变固定点和距离为或等增加测定的观测组数，重复上述a1、a2步骤，可组成多余观测方程组，采用传统误差处理理论的最小二乘法，即可求出更为精确的仪器高和剩余i角。

关于本发明实施例可自动消除复合水准仪标尺误差影响的证明如下：

假设复合水准仪A和B分别存在零点差和，则上述求出的本方高度应为：

如图6所示，按现有复合水准仪作业模式，测定任意两点和两点高差时，由复合水准仪A可得和两点高差为：

同理，由复合水准仪B可得和两点高差为：

显然，测定的水准高差中已完全自动消除了零点差和的影响。

Claims

1.一种复合水准仪本方高度测定方法，其特征在于按照如下步骤进行：

c. 由上述两式，得复合水准仪A本方高度为：

；

当，可排除i角影响，则由复合水准仪A获得的本方高度为；

式中：

C为标尺零点差限差，单位mm；

为206265，单位为角秒。

2.根据权利要求1所述的复合水准仪本方高度测定方法，其特征在于：

。

3.根据权利要求1所述的复合水准仪本方高度测定方法，其特征在于：

取，并改变固定点和距离为，且；重复a、b步骤，可得：

式中：

为的复合水准仪A照准复合水准仪B读取的观测数据；

对于照准复合水准仪A，可组成联合方程：

求解可得：

。