CN117570912A - 一种无需通视无大气折光影响的三角高程测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为“一种无需通视无大气折光影响的三角高程测量方法”，主要用于工程建设中高程的传递。该方法利用GNSS三维基线向量代替传统的全站仪视线，利用GNSS相对定位结合水准测量方法获得测站处天顶方向的三维基线向量，由此计算出目标点的三角高程值。该方法解决了传统三角高程测量中大气折光的问题，且测站点和目标点之间不需要通视，能够代替效率低下的水准测量方法传递高程，因此在铁路、公路等跨越区域较大的工程中有着广泛的用途。

Description

一种无需通视无大气折光影响的三角高程测量方法
技术领域
本发明涉及工程建设中高程测量的技术领域，尤其涉及三角高程测量方法。
背景技术
高程指地面点沿着垂线方向到大地水准面的距离。在工程建设中，高程是一个很重要的参数，用于描述地面点或者构筑物特征点的高度。高程的测量往往通过附近已知高程点传递过来，采用的方法主要有水准测量方法。在精度要求不高的情况下，通常也可以采用三角高程测量方法测量点的高程。水准测量方法精度高，但每测站两点间高程之差理论上不能超过3m，且仪器与前后尺距离之差要求不超过一定限度(精度要求越高，限差越小)，这就导致其推进速度比较慢，尤其是在山区，水准测量更是一项非常繁琐的工作。三角高程测量推进速度远远高于水准测量方法，但是三角高程测量主要受到大气折光和地球曲率的影响，导致其精度远低于水准测量精度，而且大气折光又受到仪器视线上大气温度、湿度、气压等的影响，变化非常复杂，因此大气折光的影响一直是制约三角高程测量精度的一个关键因素。如何提高三角高程测量的精度，以代替水准测量作业，提高工作效率，一直是工程建设中的一个难题。相关文献(徐亚明等.改进的三角高程法在跨海高程传递中的应用.测绘通报；邹进贵等.基于智能全站仪的机载精密三角高程测量***设计与实现.测绘通报；邹进贵等.精密三角高程测量技术在高海拔山区的应用.测绘地理信息)提出了同时对向观测法来削弱大气折光的影响，但该方法通常要求小角度下测量，否则其精度难以得到保证。如下对传统三角高程测量方法进行介绍。
如图1，在测站点O上利用全站仪瞄准目标点T处棱镜进行观测，可得竖直角β和斜距S，设仪器高和棱镜高分别为i和v，测站点处高程为H0，则目标点T处高程值为
HT＝H0+i+s×sinβ-v+C(S×cosβ)2
式中，C为球气差系数，即大气折光和地球曲率的共同影响因子，由于大气折光的不确定性，因此在实际测量中，球气差C值往往难以准确确定，这就严重影响到三角高程测量的精度。
传统三角高程测量使用了望远镜对目标进行瞄准，大气折光是避免不了的，而且目标点与测站点之间必须通视，才能完成上述测量过程，这也是传统三角高程测量的缺点之一。
发明内容
本发明利用GNSS三维基线向量代替传统全站仪的视线，避免了大气折光的影响，同时可以实现非通视条件下的三角高程测量，具体实现过程采用以下几个步骤完成。
1、外业数据采集
如图2，O点为测站点，其高程为HO。现需利用三角高程测量方法测量 T点高程HT。在测站周围均匀布置n个辅助点(要求n≥3)。如果三角高程测量精度要求比较高，可适当增加辅助点的个数以及辅助点与测站点之间的水平距离。
利用水准测量获取各辅助点与测站点之间的高差hOi，其中i＝1、2、…n，i为各辅助点序号(下同)。
在O、T及各辅助点上各安置一台GNSS接收机，进行同步观测(相对定位)，观测时段不小于1h，观测时段数不小于2个。
2、测站处水平面内投影基线的求解
对外业观测所得GNSS原始观测数据进行解算，获得测站点单点定位所得地心坐标(XO，YO，ZO)以及基线向量与/>其中i＝1、2、…n。
令
则各辅助点三维直角坐标为
再将各辅助点三维直角坐标转换为大地坐标
式中，a为地球长半径，e为椭球第一偏心率，N为地球椭球卯酉曲率半径，
由此可得各辅助点在测站点O所在水平面上的投影点i′，其中i′＝1′、 2′、…n′，i′为各辅助投影点序号，与i一一对应(下同)。则各辅助点的大地坐标为
式中i＝1、2、…n，R为地球平均半径，Si为各辅助点到测站点的水平距离。
再将投影点大地坐标转换为三维直角坐标
由此可得投影以后的三维基线向量
式中i′＝1′、2′、…n′。
3、测站处天顶方向基线向量解算
设测站处天顶方向的基线向量为
由于天顶方向与测站点所在水平投影面上各投影基线理论上正交，则
ΔXOi′×a+ΔYOi′×b+ΔZOi′×c＝0
其中i′＝1′、2′、…n′。
利用最小二乘法解算出测站处天顶基线向量
4、目标点高程值计算
计算与/>的夹角
设测站O、目标T处仪器高分别为j、v，R为地球平均半径，则，目标 T点高程为
附图说明
图1:传统三角高程测量示意图
图2:无通视无大气折光影响的三角高程测量方法示意图。

Claims (4)

1.一种无需通视、且无大气折光影响的三角高程测量方法，其特征在于利用GNSS测量所得三维基线向量代替了传统的全站仪视线，在测站处利用GNSS技术结合水准测量方法获取测站处天顶方向三维基线向量，由此可得到用于计算三角高程观测值的天顶距和斜距，再依据测站高程计算出目标点的高程值。
2.根据权利要求1所述的一种无需通视、且无大气折光影响的三角高程测量方法，其特征在于，在测站点O与观测目标点T之间利用GNSS技术进行相对定位，获得三维基线向量用于代替传统三角高程测量中的全站仪视线。
3.根据权利要求1所述的一种无需通视、且无大气折光影响的三角高程测量方法，其特征在于，在测站点O周围布设三个以上的辅助点，利用GNSS技术在各辅助点与测站点之间进行相对定位，获得测站点O到各辅助点之间的三维基线向量，再利用水准测量方法测量各辅助点与测站点O之间的高差，从而获得测站处天顶方向三维基线向量
4.根据权利要求1所述的一种无需通视、且无大气折光影响的三角高程测量方法，其特征在于，所叙目标点T的高程可用下式计算
式中，H0为测站点高程，j、v分别为测站处、目标处仪器高度，R为地球平均半径。
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