CN104614038A - 利用免棱镜全站仪的平高测量方法 - Google Patents

Abstract

一种利用免棱镜全站仪的平高测量方法，包括监测目标的角度和距离异步观测、监测目标的多点观测以及波浪提前、波浪延迟监测和一定时段内连续观测。所述监测目标的角度和距离异步观测包括：确定水位监测目标位置后，准确测取垂直角，至少2测回数；微移测距目标测取距离；实时计算目标位置水位的平高数据。监测目标的多点观测包括：按照上述角度和距离异步观测方法多观测点观测，实时计算探测剔除粗差值后取多观测点的平均值作为监测目标水位的平高。本发明解决了因水边介质反射面潮湿而影响或不能测距的问题，解决了对目标水位人为瞄准误差或因反射介质面不规则不易照准的误差，解决了激流险滩波浪大产生的影响等等，大大地提高了效益。

Description

利用免棱镜全站仪的平高测量方法

【技术领域】

本发明涉及平高测量领域，尤其涉及一种利用免棱镜全站仪的平高测量方法。

【背景技术】

一般水位观测都是采用水尺观读或采用水准仪、全站仪、GNSS RTK进行常规观测。在人员无法到达或非常危险的地方监测水位采用免棱镜全站仪进行测量，这本是一项成熟的测量方法，通常情况下能够达到要求。然而，在山区河流截流期戗堤口门水位的平高测量中，因为人为瞄准误差、水边线潮湿、反射介质面的不规则、波浪的各种影响等，无法测到满足精度要求的平高数据。

因此，必须根据工作实际，采取一些技术或方法的创新，才能使用免棱镜全站仪进行测量得到正确有效的平高数据。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用免棱镜全站仪的平高测量方法，可适用于山区河流激流险滩等困难河段和地区的地形断面水位的平高测量领域，如山区河流中截流戗堤口门水位、困难河段的地形断面水位的平高测量等解决现有的山区河流特别困难或危险等河段地形断面水位的平高测量、山区河流水利工程截流进展期戗堤口门水位的平高测量的问题。

一种利用免棱镜全站仪的平高测量方法，所述利用免棱镜全站仪的平高测量方法包括监测目标的角度和距离异步观测、监测目标的多点观测以及波浪提前、波浪延迟监测和一定时段内连续观测。所述监测目标的角度和距离异步观测包括以下步骤：确定水位监测目标位置后，准确测取垂直角，至少2测回数；微移测距目标测取距离；实时计算目标位置水位的平高数据。所述监测目标的多点观测包括：按照上述角度和距离异步观测方法多观测点观测，实时计算探测剔除粗差值后取多观测点的平均值作为监测目标水位的平高。所述目标位置水位的平高的计算公式为： $Z=H+S\×\cos (a\±\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})+S^2\×(1-K)/2R;$ 式中，Z为测点高程；H为仪器视线高，测站点高程与仪器高之和；α为垂直角；θ为垂直角指标差；S²×(1-K)/2R为球气差改正值；K为大气折光系数；R为地球半径636900km；γ为免棱镜全站仪的发散角。

在传统观测手段、先进的GNSS技术和单独免棱镜全站仪不能满足作业要求情况下，本发明提供了一种能够利用免棱镜全站仪的平高测量方法，通过：(1)角度、距离异步观测；(2)多点观测，探测剔除粗差值，取其平均；(3)采取适当提前、延迟监测和一定时段内连续观测的办法来消除波浪的影响；解决了测站点远离施工或危险现场，受其影响较小；解决了因水边介质反射面潮湿而影响或不能测距的问题及水位观测员的人身安全问题；解决了对目标水位人为瞄准误差或因反射介质面不规则不易照准的误差；解决了常规水位只有高程没有平面坐标数据；解决了激流险滩波浪大产生的影响等等，大大地提高了效益。

【附图说明】

图1为本发明的较佳实施例的利用免棱镜全站仪的平高测量方法的山区河流截流期戗堤口门水位平高测量示意图。

【具体实施方式】

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

本发明的利用免棱镜全站仪的平高测量方法可用于山区河流陡崖边激流险滩河段地形断面水位的平高测量中，适用于一些测量或工程技术人员无法到达的进展中戗堤口门水位、困难河段地形断面水位的平高测量领域，采用常规的测量手段或使用免棱镜全站仪在一般情况下无法完成而进行的平高测量方法。本发明的基于免棱镜全站仪的平高测量方法，根据实际工作需要采用创新方法使得在有危险或无法到达、不易架设棱镜的地方实现平高测量成为可能并且完全满足精度要求，确保了测量人员的安全，同时节省了大量的人力物力，提高了效益。

在山区河流截流期戗堤口门水位的平高测量中，水位监测过程中对于介质面反射条件较好的，理论上可准确确定水位监测目标位置，准确测量待测目标的垂直角、距离等要素。但是在实际工作中，水边线反射介质面是不规则的，因为波浪的起伏大部分时间是潮湿的，这会影响到免棱镜全站仪能否测得到距离及对平高数据的影响。所以在实际工作中，采取垂直角和距离异步观测、多点观测以探测剔除粗差值、适当提前、延迟监测和一定时段内连续观测等多种办法。

进展期的截流戗堤口门是非常危险的区域，其水位平高数据是标定上下游截流戗堤分担落差的重要指标之一，要求准确、及时。利用免棱镜全站仪接测水位本是一项成熟的测量方法，但是在截流戗堤口门水位的平高测量中，无法得到满足精度要求的成果。因此必须根据工作实际，采取一些技术创新措施，才能使用免棱镜激光全站仪进行接测。为保证观测精度，山区河流截流期戗堤口门水位的平高测量采取了如下办法：

在水位平高测量过程中，理论上能够准确确定水位监测目标位置，准确测量待测目标的垂直角、距离等要素。但在实际工作中，水边线因为波浪起伏是潮湿的，会影响到激光全站仪的测距。所以在实际工作中，采取了垂直角和距离异步观测。具体步骤如下：确定水位监测目标位置后，准确测取垂直角，至少2测回数；微移测距目标(尽可能贴近目标位置)测取距离；实时计算目标位置水位的平高数据。

下面将对因垂直角和距离异步观测对水位接测带来的误差作简要分析。

解析法接测水位的计算公式为：

$Z=H+S\×\cos (a\±\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})+S^2\×(1-K)/2R---\left(1\right)$

式中，Z为测点高程；

H为仪器视线高，测站点高程与仪器高之和；

α为垂直角；

θ为垂直角指标差；

S²×(1-K)/2R球气差改正值；

K为大气折光系数；

R地球半径636900km；

γ为激光测距仪发散角。

对上式微分并转为中误差公式，可以得到：

$m_Z=\sqrt{({m^2}_s\×\cos {\mathrm{\α}}^2+{m^2}_a\×s^2\×\sin a/{\mathrm{\ρ}}^2)}---\left(2\right)$

式中，ρ＝206265；

m_s可看作仪器测距标称精度(3mm+2×10^-6D)；

m_a是仪器的垂直测角误差(2秒)。

经过两个测回观测，指标差控制在5秒以内，测回差控制在2秒内，m_a可计算为1.77秒。

因此采用垂直角和距离异步观测时，垂直角观测是准确的，当距离控制在其测程范围时，水位接测精度是完全能达到规范要求的。

除了采用角度和距离异步观测外，在水位接测中，对水边线的判断及人为瞄准和反射介质面的不规则引起的不易照准也是误差来源之一。为了减少这种误差，消除照准误差，按照以上角度和距离异步观测的方法和步骤并采用多点观测，实时计算探测剔除粗差值，取多点的平均值作为监测目标水位的平高数据。

由于船只的航行和裹头投料、激流险滩等都可以产生波浪，影响水面线的确定，波浪也是水位误差来源之一。为确保水位监测精度，还可以采取适当提前、延迟监测和一定时段内连续观测的办法来消除波浪的影响。

本发明在传统观测手段、先进的GNSS技术和单独免棱镜全站仪不能满足作业要求情况下，本发明提供了一种能够利用免棱镜全站仪的平高测量方法，通过：

(1)角度、距离异步观测；

(2)多点观测，探测剔除粗差值，取其平均；

(3)采取适当提前、延迟监测和一定时段内连续观测的办法来消除波浪的影响；

解决了测站点远离施工或危险现场，受其影响较小；解决了因水边介质反射面潮湿而影响或不能测距的问题及水位观测员的人身安全问题；解决了对目标水位人为瞄准误差或因反射介质面不规则不易照准的误差；解决了常规水位只有高程没有平面坐标数据；解决了激流险滩波浪大产生的影响等等，大大地提高了效益。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种利用免棱镜全站仪的平高测量方法，其特征在于，所述利用免棱镜全站仪的平高测量方法包括监测目标的角度和距离异步观测、监测目标的多点观测以及波浪提前、波浪延迟监测和一定时段内连续观测；

所述监测目标的角度和距离异步观测包括以下步骤：确定水位监测目标位置后，准确测取垂直角，至少2测回数；微移测距目标测取距离；实时计算目标位置水位的平高数据；

所述监测目标的多点观测包括：按照上述角度和距离异步观测方法多观测点观测，实时计算探测剔除粗差值后取多观测点的平均值作为监测目标水位的平高；

所述目标位置水位的平高的计算公式为：

$Z=H+S\×\cos (a\±\mathrm{\θ}+\frac{\mathrm{\γ}}{2})+S^2\×(1-K)/2R;$

式中，Z为测点高程；

H为仪器视线高，测站点高程与仪器高之和；

α为垂直角；

θ为垂直角指标差；

S²×(1-K)/2R为球气差改正值；

K为大气折光系数；

R为地球半径636900km；

γ为免棱镜全站仪的发散角。