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四等水准测量精度评定和误差分析.rar

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    水准测量 精度 评定 误差 分析
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    编号:10009410419南阳师范学院 2014 届毕业生毕业论文(设计)题 目: 四等水准测量精度评定和误差分析 完 成 人: 上官磊 班 级: 2010—04 学 制: 4 年 专 业: 测绘工程 指导教师: 杨 杰 完成日期: 2014—04—04 目录 摘要 .........................................................................................................(1)1 引言 ...................................................................................................(1)2 四等水准测量流程 ...........................................................................(1)2.1 四等水准测量外业观测 .............................................................(1)2.1.1 外业流程 ....................................................................................(1)2.1.2 四等水准测量外业观测要求 ........................................................(2)2.1.3 外业观测数据 .............................................................................(2)2.2 内业数据处理要求与处理结果 .................................................(4)2.2.1 数据处理要求 .............................................................................(4)2.2.2 数据处理成果 .............................................................................(4)2.2.3 水准路线略图 ...........................................................................(5)3 四等水准测量精度评定 ...................................................................(6)3.1 GPS 静态测量和四等水准测量的高程比对 ..............................(6)3.1.1 概述 .........................................................................................(6)3.1.2 GPS 高程转换 ........................................................................(6)3.1.3 拟合方法转换 ...........................................................................(6)3.1.4 测量实例 ..................................................................................(7)3.1.5 一致性监视功能分析 .................................................................(8)4 水准测量的误差分析及控制方法 ...................................................(9)4.1 水准测量的误差分析 .................................................................(9)4.1.1 仪器误差 ..................................................................................(9)4.1.2 水准标尺的误差 ......................................................................(10)4.1.3 外界因素引起的误差 ...............................................................(10)4.1.4 观测误差 ................................................................................(11)4.2 四等水准测量误差控制办法 ...................................................(12)5 结束语 .............................................................................................(13)参考文献...............................................................................................(13)Abstract..................................................................................................(13) 第 0 页 (共 13 页)四等水准测量精度评定和误差分析 作 者:上官磊指导老师:杨 杰摘要:四等水准测量与普通水准测量进行的工作大致相同,四等水准测量一般采用单程观测的方式,都需要拟定水准路线、选点、埋石和观测等几大程序,所不同的是四等水准测量必须使用双面尺观测、记录计算观测顺序、精度要求不同。通过分析水准测量误差产生的 3 大因素,提出了减少误差的各种有效措施,认为只有通过消除粗差和减小误差,才能有效控制四等水准测量的作业精度。关键词:四等水准测量;精度评定;误差分析1 引言四等水准测量是几何水准测量的简称,利用仪器的水平视线,从竖立在两地面点的标尺上截取的读数值,以此来测定两地面点间的高差,再推算出地面点的高程,这种方法称之为中间法水准测量 [1]。在国家高程控制网测量中一般使用的仪器是微倾式自动安平水准仪,区格式木质水准尺或线条式铟瓦水准标尺和尺垫。由于所测水准等级不同而所对应的水准仪,标尺及作业方法也有所不同。但它们所在一个测站上操作的基本程序是相同的,即安置仪器、精确整平、瞄准水准尺、读数、记录,重复上述的步骤而测得两水准点的高差叫做复合水准测量。这种方法也是国家等级水准测量的主要方法 [2]。2 四等水准测量流程2.1 四等水准测量外业观测2.1.1 外业流程(1)一人观测、一人记录、两人立尺,施测两个站后应轮换观测员。(2)四等水准测量测站观测程序如下:①照准后视标尺黑面,读取下丝、上丝读数,精平,读取中丝读数;②照准前视标尺黑面,读取下丝、上丝读数,精平,读取中丝读数;第 1 页 (共 13 页)③照准前视标尺红面,精平,读取中丝读数;④照准后视标尺红面,精平,读取中丝读数。这种观测顺序简称为“后前前后” (黑黑红红) 。四等水准测量每站观测顺序也可以 采用“后后前前” [3](黑红黑红)的观测程序。2.1.2 四等水准测量外业观测要求四等水准测量外业限差表 1等级视线高度(m)视距长度(m)前 后视觉差(m)前后视距累积差(m)黑、红面分画读数差(mm)黑、红面分画所测高差之差(mm)路线闭合差(mm)四 0.2 80 3.0 10.0 3.0 5.0 L20注:表中 L 为路线总长,以 km 为单位 [4]。2.1.3 外业观测数据四等水准测量记录表 2下丝 下丝后尺上丝前尺 上丝标尺中丝读数(m)后视距(m)前视距(m)测站编号点号视距差d(m)∑d(m)方向及尺号黑面 红面黑+K-红(mm)高差中数(m)备 注1344 1191 后 47 1550 6337 01755 1600 前 46 1396 6082 +1 41.1 40.9 后-前 +0154 +0255 -11 A+0.2 +0.21281 1327 后 46 1454 6138 +3 2 B1623 1660 前 47 1495 6280 +2第 2 页 (共 13 页)34.2 33.3 后-前 -0041 -0142 +1+0.9 +1.11498 1324 后 47 1606 6392 +11712 1536 前 46 1430 6116 +121.4 21.2 后-前 +0176 +0276 03+0.2 +1.31433 1278 后 46 1558 6246 -11684 1518 前 47 1398 6186 -125.1 24.0 后-前 +0160 +0060 04 C+1.1 +2.41377 1343 后 47 1478 6264 +11577 1568 前 46 1456 6142 +120.0 22.5 后-前 +0022 +0122 05-2.5 -0.11372 1382 后 46 1447 6134 01522 1534 前 47 1457 6245 -115.0 15.2 后-前 -0010 -0110 +16-0.2 -0.31288 1290 后 47 1454 6240 +11620 1600 前 46 1445 6132 0 33.2 31.0 后-前 +0009 +0108 +17+2.2 +1.91290 1171 后 46 1431 6118 01573 1434 前 47 1301 6089 -128.3 26.3 后-前 +0130 +0029 +18 D+2.0 +3.9第 3 页 (共 13 页)注:K 为水准尺常数,K=4.687m 或 4.787m2.2 内业数据处理要求与处理结果2.2.1 数据处理要求全路线施测完毕后计算:(1)路线总长(即各站前、后视距之和);(2)各站前、后视距差之和(应与最后一站累积视距差相等) ;(3)各站后视读数和、各站前视读数和、各站高差中数之和(应为上两项之差的 1/2);(4)路线闭合差(应符合限差要求);(5)各站高差改正数及各待定点的高程。2.2.2 数据处理成果高程配赋表 3点名距离 L(km)平均高差(m)改正数(mm)改正后高差高程(m)备 注1058 1600 后 47 1301 6089 -191548 2077 前 46 1838 6525 049.0 47.7 后-前 -0537 -0436 -1+1.3 +5.21439 1501 后 46 1591 6277 +11741 1794 前 47 1648 6434 +130.2 29.3 后-前 -0057 -0157 010A+0.9 +6.1∑后 +4∑前 +5∑后-∑前-1检核计算 第 4 页 (共 13 页)(m)A 500.1495 +0.112 -1 +0.111B 50.1110.0917 +0.336 -1 +0.335C 50.4460.1915 +0.150 -2 +0.148D 50.5940.1562 -0.593 -1 -0.594A 50Σ 0.5889 +0.005 -5 0辅助计算mm5hfmm1.389.2允 许hf2.2.3 水准路线略图 第 5 页 (共 13 页)图 1 水准路线略图3 四等水准测量精度评定3.1 GPS 静态测量和四等水准测量的高程比对3.1.1 概述目前 GPS 平面控制网在大量工程中己经得到了广泛的运用,但是 GPS 高程却运用得不够,人们期望能够用 GPS 高程测量替代传统的水准测量,从而达到减少野外水准测量的工作量的目的。本文对GPS 高程测量的原理和方法进行初步的探讨,并结合实测量 GPS 高程测量应用的组成 GPS 水准混合网进行平差,并将其精度与四等水准测量精度指标进行比较,经实际工作验证,拟合出的正常高程能够满足一般工程四等水准测量精度要求,在一定程度上降低了生产成本。3.1.2 GPS 高程转换由 GPS 相对定位得到的三维基线向量,通过 GPS 网平差,可以得到高精度的大地高差。如果网中有一点或多点具有精确的 GPS-84 坐标系的大地高程,则在 GPS 网平差后,可求得各 GPS 点第 6 页 (共 13 页)的 GPS-84 大地高 H84。大地高是由地面点沿通过该点的椭球面法线到参考椭球面的距离,是一个几何量,不具有物理上的意义。它通过与水准测量资料、重力测量资料等相结合,来确定测点的正常高,具有重要的意义。但在实际应用中,地面点高程采用正常高系统。地面点的正常高 Hr 是地面点沿铅垂线至似大地水准面的距离。正常高系统为我国通用的高程系统有 1956 年黄海高程系和 1985 国家高程基准,都是正常高系统。这种高程是通过水准测量来确定的。sH正 常 (1)GPS 高程转换的关键是求高程异常值 s,求得 s 之后根据公式 1才能将 GPS 大地高转换成我国目前实用的正常高,才能在实际工作中加以应用 [5]。3.1.3 拟合方法转换二次曲面拟合法是在拟合区域内的水准重合点之间,按削高补低的原则平滑出一个二次多项式曲面来代表拟合区域的似大地水准面,供内插使用。拟合范围越大,高程异常的变化越复杂,削高补低的误差也越大。平面拟合法使用范围比较窄,要求拟合区域地势平坦区域范围较小,用似大地水准面的平面模型来近似表示似大地水准面。多面函数拟合是一种纯数学曲面逼近方法,它的出发点是在每个数据点上同各个已知数据点分别建立函数关系 (这种关系表现为一规则的数学曲面),将这些有规律的数学曲面按一定的比例迭加起来,就可拟合出任何不规则的曲面,且能达到较好的拟合效果。待定点是核函数和求解出的迭加系数的线性函数。很明显,多面函数的解算具有最小二乘配置和推值法的性质。最小二乘配置法中的协方差函数是一种统计函数,在高程异常资料稀少的地区很难确定。而多面函数的核函数可以按几何关系确定,它是距离的函数,且顾及了待定点和已知点间的相关关系,起着权系数矩阵的作用。采用的已知水准点越多,拟合精度就越高。在实际应用中,对于线状的测区,平均每 4~8km 应该有一个几何水准点参与拟合;对于面状测区平均每 10km 应该有一个几何水准点参与计算,这些点应尽可能包围所有的拟合点。在地形复杂的测区,应适当增加水准重合点观测 [6]。
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