CN104316031A - 线微动等效精密高程观测法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线微动等效精密高程观测法；根据高精度全站仪直接测量连续运行参考站观测墩底部高程，加上连续运行参考站观测墩的固定高差与连续运行参考站观测墩顶部到GPS基准站天线相位中心的固定高差之和，再误差修正，即可得到达到二等水准的连续运行参考站观测墩之上的GPS基准站天线相位中心的精密高程。主要用途及优点：当利用高精度全站仪在水平方向微动2度内，垂直角在±10度内时，连续运行参考站观测墩底部高程等效为与在同一水平线上水准标尺读数刻划位置高程，一方面操作简便、工作量小、效率高；另一方面解决连续运行参考站之上的GPS基准站天线相位中心的二等水准联测问题，达到二等水准精度。

Description

线微动等效精密高程观测法

技术领域

本发明涉及一种精密高程观测方法，具体涉及一种线微动等效精密高程观测法。

背景技术

目前，为了建立似大地水准面精化模型，须将正常高精确联测到GPS接收机天线的相位中心，而连续运行参考站多布设在气象观测站的楼顶，一方面从已知水准点接测二等水准到楼顶，高差大，若采用常规的几何水准方法，工作量大，效率低；另一方面连续运行参考站观测墩高2～3m，GPS观测天线通过连接杆安装在墩顶，将二等水准从连续运行参考站观测墩底部联测到GPS观测天线底部是否满足测量精度也不确定。

全站仪，即全站型电子速测仪(Electronic Total Station)。是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距、高差)、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等测量功能于一体的测绘仪器系统，用途广泛，几乎可以用在所有的测量领域。全站仪根据测角精度可分为0.5″，1″，2″，3″，5″，10″等几个等级。

发明内容

本发明针对背景技术中存在的不足，要解决的技术问题是：提供一种用于解决连续运行参考站之上的GPS基准站天线相位中心的二等水准联测问题的线微动等效精密高程观测法。

本发明为解决上述技术问题，采用的技术方案为：一种线微动等效精密高程观测法，包括高精度全站仪、水准标尺、GPS基准站天线和连续运行参考站观测墩，GPS基准站天线底部位于连续运行参考站观测墩顶部，其特征在于：包括如下步骤，

(1)采用高精度全站仪在水平方向微动2度内、且垂直角在±10度内，在水准标尺上选取一临时点，并将水准标尺的临时点读数刻划位置的高程与连续运行参考站观测墩底部的高程处在同一水平线上；

(2)通过高精度全站仪分别测量出，高精度全站仪至GPS基准站天线底部中心的距离、高精度全站仪至位于与GPS基准站天线底部中心同一水平面的水准标尺读数刻划位置的距离；

(3)按照下列公式直接计算出GPS基准站天线相位中心高程，

H_基准点＝H_A+hc+δ_改+Δh，   δ_改＝(d₁-d₂)×tanβ+f×hc+ε，

其中：H_基准点为GPS基准站天线相位中心的高程，H_A为连续运行参考站观测墩底部的高程，hc为水准标尺与GPS基准站天线底部中心同一水平面位置的读数均值，Δh为连续运行参考站观测墩顶部至GPS基准站天线相位中心的固定高差，δ_改为高差修正值，d₁为高精度全站仪至GPS基准站天线底部中心的距离，d₂为高精度全站仪至位于与GPS基准站天线底部中心同一水平面的水准标尺读数刻划位置的距离，β为垂直角的角度，f为水准标尺每米真长改正系数，ε为水准标尺零点差；

(4)按照下列公式计算出GPS基准站天线相位中心高程的高程精度，该精度满足二等水准精度要求，

$m_{\mathrm{\ΔH}}=\sqrt{(f^2+1){m^2}_c+2{\tan }^2\mathrm{\β}{m}_d^2+{(d_1-d_2)}^2{\sec }^4\mathrm{\β}{m}_{\mathrm{\β}}^2/{\mathrm{\ρ}}^2}$

其中：m_ΔH为GPS基准站天线相位中心高程的高程精度，f为水准标尺每米真长改正系数，m_c为水准标尺读数均值误差，β为垂直角的角度，m_d为全站仪测距误差，d₁为高精度全站仪至GPS基准站天线底部中心的距离，d₂为高精度全站仪至位于与GPS基准站天线底部中心同一水平面的水准标尺读数刻划位置的距离，m_β为全站仪测角误差，常数ρ为206265。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：当利用高精度全站仪在水平方向微动2度内，垂直角在±10度内时，连续运行参考站观测墩底部高程等效为与在同一水平线上水准标尺读数刻划位置高程，一方面操作简便、工作量小、效率高；另一方面解决连续运行参考站之上的GPS基准站天线相位中心的二等水准联测问题，达到二等水准精度。

附图说明

图1是线微动等效精密高程观测法测量连续运行参考站GPS天线相位中心高程观测示意图；

图2是线微动等效精密高程观测法测量连续运行参考站GPS天线相位中心高程观测平面示意图。

其中：A、水准标尺的临时点；b、GPS基准站天线底部中心；c、与GPS基准站天线底部中心位于同一水平面的水准标尺读数刻划位置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于具体实施例。

见图1至图2所示，一种线微动等效精密高程观测法，包括高精度全站仪、水准标尺、GPS基准站天线和连续运行参考站观测墩，GPS基准站天线底部位于连续运行参考站观测墩顶部，包括如下步骤，

(1)采用高精度全站仪在水平方向微动2度内、且垂直角在±10度内，在水准标尺上选取一临时点，并将水准标尺的临时点读数刻划位置的高程与连续运行参考站观测墩底部的高程处在同一水平线上；

(2)通过高精度全站仪分别测量出，高精度全站仪至GPS基准站天线底部中心的距离、高精度全站仪至位于与GPS基准站天线底部中心同一水平面的水准标尺读数刻划位置的距离；

(3)按照下列公式直接计算出GPS基准站天线相位中心高程，

H_基准点＝H_A+hc+δ_改+Δh，   δ_改＝(d₁-d₂)×tanβ+f×hc+ε，

其中：H_基准点为GPS基准站天线相位中心的高程，H_A为连续运行参考站观测墩底部的高程，hc为水准标尺与GPS基准站天线底部中心同一水平面位置的读数均值，Δh为连续运行参考站观测墩顶部至GPS基准站天线相位中心的固定高差，δ_改为高差修正值，d₁为高精度全站仪至GPS基准站天线底部中心的距离，d₂为高精度全站仪至位于与GPS基准站天线底部中心同一水平面的水准标尺读数刻划位置的距离，β为垂直角的角度，f为水准标尺每米真长改正系数，ε为水准标尺零点差；

(4)按照下列公式计算出GPS基准站天线相位中心高程的高程精度，该精度满足二等水准精度要求，

$m_{\mathrm{\ΔH}}=\sqrt{(f^2+1){m^2}_c+2{\tan }^2\mathrm{\β}{m}_d^2+{(d_1-d_2)}^2{\sec }^4\mathrm{\β}{m}_{\mathrm{\β}}^2/{\mathrm{\ρ}}^2}$

其中：m_ΔH为GPS基准站天线相位中心高程的高程精度，m_c为水准标尺读数均值误差，m_d为全站仪测距误差，m_β为全站仪测角误差，常数ρ为206265。

该方法的核心思路是利用高精度全站仪在水平方向微动2度内，垂直角不大于10度的情况下，连续运行参考站观测墩底部高程可等效为，与在同一水平线上等距离(作业中两个距离实际有一定误差)的水准标尺读数刻划位置高程，即是在水准标尺选择一个临时点A，使临时点A的高程与连续运行参考站观测墩底部高程相同，从而解决连续运行参考站之上的GPS基准站天线相位中心的二等水准联测问题。GPS基准站天线底部与连续运行参考站观测墩顶部在同一水平面，在此同一水平面上对应的水准标尺读数刻划位置为c，GPS基准站天线底部中心为b。其精度与垂直方向角度大小、全站仪测距精度、水准标尺读数精度相关，垂直角β在±10度内时，达到二等水准精度要求，其精度m_ΔH就是GPS基准站天线相位中心高程测量中误差。

作业过程中，测站(高精度全站仪)至连续运行参考站之上的GPS基准站天线底部中心与水准标尺的距离尽量相等，较差控制在0.5m内，且垂直角不大于10度，可忽略垂直角测量误差影响。

采用本发明的方案后，技术人员可根据高精度全站仪直接测量连续运行参考站观测墩底部高程，加上连续运行参考站观测墩底部至天线相位中心的固定高差(固定高差即连续运行参考站观测墩的固定高差与连续运行参考站观测墩顶部到GPS基准站天线相位中心的固定高差之和)，再误差修正，即可得到达到二等水准的连续运行参考站观测墩之上的GPS基准站天线相位中心的精密高程。

为了验证线微动等效精密高程观测法的测量精度及效率，在两个相距0.5m、高差约1.5m的水准点上做实验。分别采用二等水准测量方法获取两个水准点高差和全站仪(测角精度2″，测距精度2mm+2ppm*D)按线微动等效精密高程观测法进行高差测量，测量结果见下表。从表数据可以看出，线微动等效精密高程观测法测量精度可靠，完全满足二等水准测量规范要求。

线微动等效精密高程观测法与直接水准观测高差比较表

测站号	距离差(m)	垂直角(°′″)	高差较差(mm)	限差(mm)
					1	0.067	3.0541°	0.022	0.7
2	0.239	1.4644°	0.023	0.7
					3	0.500	9.5142°	0.158	0.7

当利用高精度全站仪在水平方向微动2度内，垂直角在±10度内时，连续运行参考站观测墩底部高程等效为与在同一水平线上水准标尺读数刻划位置高程，一方面操作简便、工作量小、效率高；另一方面解决连续运行参考站之上的GPS基准站天线相位中心的二等水准联测问题，达到二等水准精度。

Claims (1)

1.一种线微动等效精密高程观测法，包括高精度全站仪、水准标尺、GPS基准站天线和连续运行参考站观测墩，GPS基准站天线底部位于连续运行参考站观测墩顶部，其特征在于：包括如下步骤，

(1)采用高精度全站仪在水平方向微动2度内、且垂直角在±10度内，在水准标尺上选取一临时点，并将水准标尺的临时点读数刻划位置的高程与连续运行参考站观测墩底部的高程处在同一水平线上；

(2)通过高精度全站仪分别测量出，高精度全站仪至GPS基准站天线底部中心的距离、高精度全站仪至位于与GPS基准站天线底部中心同一水平面的水准标尺读数刻划位置的距离；

(3)按照下列公式直接计算出GPS基准站天线相位中心高程，

H_基准点＝H_A+hc+δ_改+Δh，

δ_改＝(d₁-d₂)×tanβ+f×hc+ε，

其中：H_基准点为GPS基准站天线相位中心的高程，H_A为连续运行参考站观测墩底部的高程，hc为水准标尺与GPS基准站天线底部中心同一水平面位置的读数均值，Δh为连续运行参考站观测墩顶部至GPS基准站天线相位中心的固定高差，δ_改为高差修正值，d₁为高精度全站仪至GPS基准站天线底部中心的距离，d₂为高精度全站仪至位于与GPS基准站天线底部中心同一水平面的水准标尺读数刻划位置的距离，β为垂直角的角度，f为水准标尺每米真长改正系数，ε为水准标尺零点差；

(4)按照下列公式计算出GPS基准站天线相位中心高程的高程精度，该精度满足二等水准精度要求，

$m_{\mathrm{\ΔH}}=\sqrt{(f^2+1)m^{2}c+{2\tan }^2{\mathrm{\βm}}_d^2+{(d_1-d_2)}^2{\sec }^4{\mathrm{\βm}}_{\mathrm{\β}}^2/{\mathrm{\ρ}}^2}$

其中：m_ΔH为GPS基准站天线相位中心高程的高程精度，f为水准标尺每米真长改正系数，m_c为水准标尺读数均值误差，β为垂直角的角度，m_d为全站仪测距误差，d₁为高精度全站仪至GPS基准站天线底部中心的距离，d₂为高精度全站仪至位于与GPS基准站天线底部中心同一水平面的水准标尺读数刻划位置的距离，m_β为全站仪测角误差，常数ρ为206265。