1、南京林业大学本科毕业设计 (论文) 题 目：精密高程测量方法对比与精度分析毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕
2、业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 摘要高程测量是测量工作的一项基本工作，常用的高程测量方法除了几何水准法以外，还包括 EDM 三角高程测量和 GPS 高程测量。首先阐述了几何水准测量、三角高程测量和 GPS 高程测量的原理，然后在校园内通过精密水准仪进行二等水准测量试验，将测得的数据作为基准，最后对三角高程法和 GPS 高程测量结果进行对比分析。此外，在进行三角高程测量试验时，还考虑在不同天
3、气条件下对测量结果的影响。试验结果表明在一定条件下可以使用全站仪代替水准仪进行高程测量，其精度达到三、四等水准测量精度要求。随着高精度全站仪的普及，用三角高程测量代替水准测量建立高程控制网，能够大大提高野外测量的效率。关键词：高程测量;三角高程测量;几何水准测量;GPS高程测量;精度分析ABSTRACTLeveling is a basic working of the measurements, it constantly used geometric leveling , trigonometric leveling and GPS altimetric survey . This pap
4、er introduced the three basic method of trigonometric leveling and theirs precision analysis. Firstly, it introduced this principles of geometric leveling, trigonometric leveling and GPS altimetric survey; Secondly, people used precision level for second-order leveling experiments, these data were c
5、onsidered as a benchmark; finally, we contrasted trigonometric leveling and GPS altimetric survey with second-order leveling. In addition, the different weather conditions can affect the results what we need. The experimental results show that sometimes the water level can be replaced by total stati
6、on. In addition, the accuracy of trigonometric leveling has the possibility to be improved to the grade two specifications for direct leveling. With the popularize of total stations with high accuracy, the control network being built by trigonometric leveling instead of direct leveling can speed up
7、the pace of field survey.KEY WORDS: Leveling; trigonometric leveling; Distance direct leveling; GPS altimetric survey; Accuracy analysis目录摘要 .IABSTRACT.I目录 .11 绪论 .11.1 测量学发展概况 .11.2 本文研究的目的和意义 .21.3 国内外研究现状 .31.3.1 国外研究现状 .31.3.2 国内研究现状 .31.4 本文研究的主要内容 .42 高程测量的原理及方法 .52.1 几何水准测量 .52.1.1 几何水准测量原理 .
8、52.1.2 水准路线的选择 .62.1.3 二等水准测量的误差来源 .72.2 三角高程测量 .82.2.1 三角高程测量原理 .82.2.2 三角高程测量的误差来源 .92.2.3 提高三角高程测量精度的措施 .112.2.4 全站仪三角高程测量的技术要求 .132.3 GPS 高程测量 .142.3.1 GPS 高程测量原理 .142.3.2 GPS 控制网 .152.3.3 GPS 测高转换方法 .163 高程测量试验及精度分析 .193.1 试验方案 .193.2 施测步骤 .203.2.1 几何水准测量步骤 .203.2.2 三角高程测量步骤和数据 .223.2.3 GPS 施测步
9、骤 .223.3 精度分析 .233.3.1 水准测量精度分析 .233.3.2 三角高程精度分析 .243.3.3 GPS 测高精度分析 .273.4 小结 .284 结论与展望 .304.1 结论 .304.2 展望 .30致谢 .31参考文献 .32附录 .3311 绪论1.1 测量学发展概况测量学是一个十分重要的学科，大到国家国土安全，小到一座小水泥桥都需要用到测量，而无论什么测量我们都需要用到高程测量，高程测量在测绘学中有着非常重要的地位,其常用的高程测量方法有几何水准测量、三角高程测量和 GPS 高程测量。随着电子科技的发展，人们的生活习惯也在发展，同样我们的测量仪器也在不断的更新
10、换代，其发展大致分为三个阶段 1：（1）电子测距仪(EDM) 的出现。 电子测距仪使得距离测量工作更为简单和方便它的观测精度也大大提高了。它将传统的三角测量转变成三角三边测量，提升了三角网的精度，也同时降低图形强度对三角网选点的限制。（2）全站仪的出现。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，是集垂直角、水平角、距离、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因为其只需要安置一次仪器就可完成这一测站上的全部测量工作，所以我们把它称为全站仪。全站仪广泛用于地上的大型建筑和地下的隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。不得不
11、说全站仪的出现是测绘史上最浓墨重彩的一笔，它给测量人员带来的福利是巨大的，它集水准仪和经纬仪为一体，使用电子化操作。目前的全站仪己具备观测、资料编辑与储存、传输等功能。全站仪使得测量得以全面自动化和数值化。外业测量中全站仪成了必备的重要测量仪器。（3）GPS 的出现。GPS 是利用布设在天空的动态卫星，达到全球即时空间定位的。就测量而言，GPS 除了能涵盖全站仪的功能及优点之外，还突破了两点必须通视的限制。GPS 测量主要是根据天空的几大卫星定位系统提供的定位信息，通过我们陆地上的接收机接收后进行解算求出当前点的坐标信息的过程。GPS 测量是一项技术复杂、要求严格的工作，实施的原则是，在满足用
12、户对测量精度和可靠性的情况下，尽可能的减少经费、时间和人力的消耗。GPS 、GIS 及 RS 的技术结合又给测量带来新的发展方向。如果 GPS能够将精度再次提高的话，必定能够在工程测量中大有发展。水准测量是一种直接测量高程的方法，它是测定两点间高差的主要方法，也是最精密的方法，主要用于建立国家或地区的高程控制网虽然具有精度高及符合物理性质，但是易受地形条件或通视观测环境影响，而且观测转点多，作业速度慢，无法提高有效提2升效率3和降低成本，整体效益降低。传统三角高程测量时一种间接高程测量的方法，常用于三角点的高程测定或水准测量无法实施的地方相对于水准测量它具有跨距大、速度快、外业负担少的优点。但
13、是其成果精度低不能取代水准测量。 随着全站仪的高速发展和普及，同时也提高了垂直角及距离的观测精度，若加上适当观测方法和误差改正，以提升三角高程测量的精度，应可以代替三四等水准测量，将有助于高程测量作业效率的提升。而在长距离和不易测量地区，用 GPS 高程定位比传统的水准测量法在效率、费用、精度上都有更大优越性。1.2 本文研究的目的和意义高程测量的方法有很多种，其三种常用方法包括几何水准测量、三角高程测量和GPS 高程测量。本文对这三种方法分别研究对比精度，从而可以根据不同条件选择不同的测量方法。几何水准测量精度虽然比较高，但是自身的测量工作量大，速度慢，测量所需的人员较多，尤其是在地面起伏较
14、大的地区，用这种方法测量速度缓慢。在一些比较极端的地形条件下甚至无法测量。相比而言，三角高程测量以其简便、省时省力、受地形条件制约较少的优势，正在逐步代替一定范围内的水准测量工作，但是大气折光系数则是限制三角高程精度提高的主要障碍。GPS 接收机在工程测量中的运用也越来越频繁。几何水准测量是高程测量的传统方法，其最显著的优点是测量精度高。在测量条件允许的情况下，如果工程需求的精度比较高并且工作量不太大的时候，我们可以选择几何水准测量法。在山区受地形条件的限制，用光电测距三角高程测量代替传统几何水准测量得到国内外测绘界的普遍关注和研究。在线路勘测中, 由于线路长, 沿线会经过山地、河流、丘陵、隧
15、道等较复杂的地形, 给水准导线测量带来很大很大的难度, 并且要测量的工作量太大了，及其影响工程效益。近年来,全站仪广泛应用于各种工程测量中。由于其测距精度及垂直角的测量精度有较大的提高,我们可以用三角高程测量代替几何水准测量。在长距离和不易测量地区，用 GPS 高程定位比传统的水准测量法在效率、费用上都有更大的优越性，但是 GPS 所测的的大地高需要进行高程拟合求出各点的高程异常值之后再计算出各点的正常高。虽然 GPS 测的的高程精度不高，但是就目前大多数精度需求不是很高的工程测量中，还是可以作为一种不错的测量手段的。相信在不久以后 GPS 精度会越来越高，成为工程测量中不可或缺的仪器。41.
16、3 国内外研究现状1.3.1 国外研究现状德国的露天煤矿大型挖煤机开挖量的动态测量计算系统。大型挖煤机长 140m，高 65m，自重 8000t，挖斗轮的直径达 17.8m，每天挖煤量可达 10 多万吨。为了实时动态地得到挖煤机的采煤量，在其上安置了 3 台 GPS 接收机，与参考站无线电实时数据传输和差分动态定位，挖煤机上两点间距离的精度可达 1.5cm。根据 3 台接收机的坐标，按一定几何模型可计算出挖煤机挖斗轮的位置及采煤层截曲面，可计算出采煤量，经对比试验，其精度达 7%4%。 6加拿大的新不伦斯威克大学在 1984 年，采用 T2000 经纬仪和 DIS 测距仪组成的全站型仪器在大学
17、校园内 600m 的道路上按中间法进行试验，边长分别为200、250、300m，垂直角观测 8 至 12 个测回，求得的每公里往返测平均值的标准差为士 2.2mm，其精度非常之高了。 7在澳大利亚悉尼北部面积为 80Km2 的果园所进行的中间法试验中，采用HP3820A、DM502 测距仪加 DKM2A 及 T2 经纬仪等观测，垂直角用三丝法挂测一测回，与几何水准测量比较，求得 1km 高差中误差为 4.3mm。 71.3.2 国内研究现状在我国，近十几年来，对高程测量尤其是三角高程的研究相当普遍。比如在 1982 年11 月和 1987 年 9 月在昆明和北京召开了“电磁波测距仪在工程测量中
18、的应用” 的学术讨论,还有在 1992 年 11 月厦门召开的“大气折射与测距三角高程代替水准测量” 的学术讨论会，这些会议的成功召开都标志着我国对高程测量的重视程度是很高的。 2我国长江流域规划办公室在 9km 过江传递高程时，照准目标采用了专门设计的发光标志，使其光亮能调节得恰到好处，以利于照准和提高观测精度，并以实践证实，在阴天雨雾天气也可进行观测，从而减弱了照准误差和大气折光的影响。 11我国三峡水利枢纽工程变形监测和库区地壳形变、滑坡、岩崩以及水库诱发地震监测，监测仪器采用了目前国内外最成熟最先进的测量仪器设备，在实践中还采用了新的技术手段和方法，比如对滑坡体变形的计算机智能仿真系统和三峡大坝库区的滑坡泥石流预警系
