全站仪实测坐标的单一导线测量数据处理方法的研究

全站仪实测坐标的单一导线测量数据处理方法的研究潘庆林（南京工业大学土木工程学院，南京２１０００９摘要：本文研究了使用全站仪实测坐标的单一导线测量的数据处理方法，并通过工程实例验证，表明这种方法是行之有效的。关键词：全站仪；实测坐标；导线测量；长度比。中图分类号：Ｐ２５８文献标识码：ＢＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｄａｔａ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｆｏｒ　ｔｒａｖｅｒｓｅ　ｓｕｒｖｅｙ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｏｔａｌ　ｓｔａｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ　ｉｓ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．　Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｉｔ　ｗａｓ　ｓｈｏｗｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ． Ｋｅｙ１引言ｗｏｒｄｓ：ｔｏｔａｌ　ｓｔａｔｉｏｎ；　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ；　ｔｒａｖｅｒｓｅ　ｓｕｒｖｅｙ；　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｅｎｇｔｈｘｃＹ。不相同，产生坐标闭合差为 全站仪是集电子经纬仪、光电测距仪和微处理器于一体的当代先进的测量仪器。它安置在已知测站上一经观测，必要的观测数据如距离、角度等均自动显示，而且几乎在同一瞬间可得到待测点的坐标和高程。因此全站仪的功能和效率都比常规测角、量距的仪器有惊人的进步。目前使用常规仪器或全站仪大多通过测角、量距进行导线测量，然后通过常规计算解算导线点坐标。能否直接利用全站仪的坐标测量功能直接测定导线点坐标，然后根据实测坐标进行数据处理，求得各导线点的坐标平差值呢？笔者曾在１９％年在上海内环线高架道路工程中作过试验，效果良好。但由于人们的习惯，仍使用全站仪测角、量距进行导线测量工作，这显然没有充分发挥全站仪的优势，故本文结合笔者工程实践，研究应用全站仪实测导线点坐标，如何进行数据处理，求得导线点坐标平差值，并与常规测角、量距导线测量方法比较，验证该方法的可靠性和实用性。（１）

图１全站仪单一导线略图 同时，也导致已知Ｂ，　Ｃ两控制点的连接ＢＣ闭合边的旋转，产生旋转角ａ为ａ二ａＢｃ一ａ　Ｂｃ二ａｒｃｔｇ乎于夕一ａｒｃｔｇ乒任子１ Ｎｃ一ＮＢ ｗ　Ｃ －Ｂ （２） 参照测角、量距导线测量外业成果检验思路，我们认为两个已知控制点连线闭合边方向的旋转角。类似于导线方位角闭合差ｆａ，坐标闭合差ｓｘｃ　，衍。类似于导线坐标增量闭合差ｆ　Ｉ　ｆ，，故对它们的检验可按下列处理：！．、‘ＩＪ 限 ｋ 毛１一沙 －一ａ　－－　ｆ＂　Ｍ工。黔ｋ＝（３）２全站仪实测坐标导线测ｆ外业施测及其成果检验 如图１所示的单一导线，Ａ，　Ｂ，　Ｃ为已知控制点，其坐标ＸＡＹＡ　Ｉ　ＸＢＹＢ　＋　ｘｃＹ。等均已知，１，　２，　３为待测导线点。现使用全站仪先后安置在Ｂ，　１，　２，３等测站上，按全站仪坐标测量程序操作，分别实测出１，　２，　３及Ｃ点的坐标观测值为：ｘ＇ｌ ，ｘ‘２　Ｙ‘２，ｘ，３Ｙ‘Ｉ，Ｘ‘ＣＹ‘ｃ。 由于存在测量误差，当从已知控制点Ｂ连续测至已知控制点Ｃ时，实测的Ｃ点坐标Ｉｘｃ犷。与已知 ４０工程勘察Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　＆　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ （３）儿限和ｋ限式中：ｌ二，３Ｘ２＋８ｙ愁；，可按常规导线测量等级精度要求选取；习Ｓ’‘为导线各边长ｓ’‘总和实测的坐标反算。ｓ’：可由各个导线点收稿日期：２００５－０２－０１；修订日期：２００５－０９－１４作者简介：潘庆林（１９４３一），男（汉族），浙江温州人 教授．２００５年第‘期 当外业求得ａ，　ｋ满足要求后，认为外业实测坐标观测值成果合格，可以进行内业平差计算。３导线内业数据处理及坐标计算３．１数据处理解算模型 由（２）式可得导线旋转角ａ二ａＢ。一ａ　ＢＣ，导线的闭合边ＢＣ的长度比Ｍ可由下式计算：０．１２９４７５．７４，ｋｍ＝１２０００

Ｍ二 丫（ｘ。一ｘＢ　）２＋（ｙ。一ＹＢ　）２ＢＣ一丫（二，。一二，），＋（，，。一，，），ＳＢＣ（４）参照无定向导线坐标解算的推导思路，对照图现直接写出计算各导线点坐标平差值的公式为：ｘ，＝ｘＢ＋Ｍｃｏｓａ　（　ｘ＇，一ｘＢ）一Ｍｓｉｎａ　（ｙ“一ＹＢ　）Ｙｉ＝ＹＢ＋Ｍｃｏｓａ　（　ｙ“一ＹＢ　）＋Ｍｓｉｎａ　（　ｘ“一ＸＢ）． （５）（５）式中：ｘＢ，　ｙ，为已知控制点坐标； ｘ＇；、 Ｙｆ‘为全站仪实测各导线点的坐标 观测值； Ｍ为长度比，由（４）式求取； ａ为旋转角，由（２）式求取。３．２工程实例 如图２所示为某工程图根导线，使用索佳ＳＥＴ６１０型全站仪实测该单一导线的各导线点坐标，实测坐标观测值如下： ｘ＇，＝８７４．３７３ｍ；　ｘ＇２＝８９５．８２７ｍ；　ｘ＇，＝８５７．８７２ｍ ｙ＇，　＝　２８４．４０１ｍ；　ｙ＇２二４４１．７３５ｍ；　ｙ＇。二５６５．３７０ｍ 本例中：Ｂ，　Ｃ为已知控制点，其已知坐标如下： ｘＢ＝９２１．３２０ｍ； ｘＣ＝８５７．９８０ｍ ＹＢ＝１０２．７５０ｍ； ｙｃ＝５６５．３００ｍ 本例中：已知坐标方位角ａ，Ｂ　＝　４５０００＇　１２＂ ：．ｋ＿＜ｋ限 因此外业施测成果合格 。．，．、、、，￣，，一．，＿＿＿ＳＲ。 ４６６．８６７ ②由（４）式计算长度比Ｍ＝二竺三二于弓子二关升二 。￣、・・－、ｒ・，「Ｆ－件护一‘￣ＳＩＢ， ４６６．９５１０．９９９８２ ③由（５）式计算出导线点坐标平差值为 ｘ，＝８７４．４２０ｍ； ｘ２＝８９５．９０３ｍ Ｙｌ＝２８４．３７８ｍ； Ｙ２二科１．　６７９ｍ （２）应用ＭＡＴＬＡＢ软件计算（程序从略） 应用ＭＡＴＬＡＢ软件，只要输入已知数据和观测数据，根据上述有关公式，可以很方便地求得导线点１，　２的坐标平差值，并能评定导线点的点位精度，计算结果如下： ｘ，＝８７４．４１９４ｍ； ｘ２＝８９５．９０２４ｍ Ｙｉ＝２８４．３７８１　ｍ；　ｙ２＝科１．６７９３ｍ 根据该图根导线相应的测角和测边精度，以及导线平均边长，当不顾及起算数据误差时，评定１，２点点位精度Ｍ，、Ｍ２为： Ｍ，＝土１６ｍｍ ＭＺ＝士１５　ｍｍ （３）当图２实例采用测角、量距导线方法施测，其施测略图为图３所示的附合导线形式（观测数据从略）

图３测角、量距附合导线经常规导线计算得： ｘ，二８７４．４１９ｍ； ｘ２＝８９５．９０３ｍ Ｙｌ＝２８４．３７７ｍ； Ｙ２＝４４１．６７９ｍ此结果与上述实测坐标导线的结果是一致的。 图ｚ单一图根导线略图 （１）使用编程计算器计算 ①由（１），　（２），　（３）式代人观测数据可进行外业检验： ａ二ａ　ＢＣ一ａ，　ｓｃ二９Ｔ４７＇５１＂一９７０４８＇３４＂＝一４３＂寿限二土叮石二土４０＂行＝士６９＂此处。为边数） …ａ　－－　ｆ＂　ｗ １／　（　ｘ＇。一二。）‘＋（Ｙ，。一Ｙｃ　），一Ｓ＇，＋Ｓ＇，＋Ｓ＇，ｆ一３沙ｋ＝２００５年第６期４结语 （１）全站仪实测坐标导线测量是用全站仪加密控制点的有效的、方便的方法，适用于数字化测图、地籍图根控制测量、施工控制网加密等场合。本文采用的解算模型是合理的，经工程实例验证，其数据处理方法是实用、可靠的。 （２）全站仪实测坐标导线测量充分发挥全站仪坐标测量功能，在布设单一导线时，可比常规测 （下转５６页） 工程勘察Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　＆　Ｓｕｒｖｅｖｉｎｒ ４１表中的距离要长的一些。因此、我们从实际计算的结果看来，ＧＰＳ高程测量的精度比几何水准的精度要差一些，这主要是观测的基线边平均只有５００米，ＧＰＳ短基线的精度较差，但只要布设合理、有足够的水准联测点、用适合的拟合模型、严格控制基线的观测质量和平差中的各项检测等方法。同样可以达到四等水准的要求。５结论与建议 在水利水电工程中采用ＧＰＳ高程测量与几何水准相比较，具有许多优越性，主要表现在电间无须通视、观测操作简单、网型连接要求不严、减轻外业作业人员的劳动强度、提高工作效率，具有良好的经济效益和社会效益。 １）在水利水电工程的各个测绘方面，ＧＰＳ高程测量有着广阔的应用前景。虽然以上的事例说明可以达到山区四等水准要求，但我们还应该不断实践和探索，以期发挥ＧＰＳ在水利水电工程中发挥更大的作用，真正实现三维ＧＰＳ测绘。 ２）在山区ＧＰＳ网中，只要联测适量的几何水准，利用数值拟合法求解ＧＰＳ正常高，可以达到山区四等水准的要求。 ３）　ＧＰＳ高程控制网的设计应根据高程异常的变化情况，对水准联测进行设计，应做到精心设计、精心观测和精心解算。联测的几何水准应分布于线型网的两端和中部。如果是区域网应分均匀布于周边和网的内部。这样的布设拟合的精度最好和最合理。网型传递应采用网连式，高程的传递应采用符合方式进行高程推算进行设计。控制点的选点应尽量选择适合ＧＰＳ观测的环境，以保证观测质量。减少外业的返工率和作业时间。同时作好星历预报，计划好观测时间，确保卫星数量和接受数据的质量。 ４）基线数据处理必须细心，保证参加高程控制拟合计算的基线全部同过ＱＡ和Ｔａｕ测试，对于未通过的基线应根据是否影响高程传递进行补测。 ５）由于水利水电工程对高程的要求十分严格。目前ＧＰＳ高程测量主要用于水利水电工程像控点的测量、地形测绘等工作。要用于等级控制的测量还有待于进一步的实践和探索。对施测几何水准极为困难的地区，以不失为一种有效的方法。 ６）随着ＧＰＳ技术的不断发展和普及，布设足够密度、精度和数量的几何水准，结合重力测量，地形测绘资料，精密确定大地水准面的高程，逐步代替常规几何水准测量。我们可以肯定地说高程测量的现代在于ＧＰＳ高程测量的应用，因此探索ＧＰＳ高程测量在水利水电工程中的应用具有广泛的社会价值和深远的实际意义。参考文献杨爱明．水利水电测绘科技论文集【Ｊ］．湖北：辞书出版社，２００３，徐绍拴２００２．１０．．ＧＰＳ测量原理及应用ｌＪ］武汉：武汉大学出版社，，．．Ｊ，ｅｓＪ，且２ｒｅｓＬＬｅｓＬ

［ｌ］侧「一一口，．，Ｊ内Ｊ４ｆ』ｒｅｓＬ（上接４１页）角、量距附合导线少用一个控制点，且计算较方便，可以在现场用编程计算器计算，也可用ＭＡＴＩＡＢ软件进行计算，并可评定点位精度。 （３）全站仪实测坐标导线测量的外业坐标观测值检验，可参照相应等级导线测量的精度要求进行。 参考文献胡伍生，潘庆林．土木工程测量【Ｍ］．南京：东南大学出版社，２００２．陈龙飞，金其坤．工程测量［Ｍ］．上海：同济大学出版社，１９９０．詹长根地籍测量学〔Ｍ］‘武汉：武汉大学出版社，２００４．城市测量规范（ＧＪＪ８－９９　）．北京：中国建筑工业出版社，１９９９．姚晓乐，王宇坤等．Ｗｅｂ开发技术．人民邮电出版社，１９９９．董哲仁．堤防抢险实用技术．中国水利水电出版社，１９９９．５．常乐，彭晖，陈宏盛ＷｅｂＧＩＳ应用系统设计【Ｊ〕计算机工程，２００１．４国家防汛指挥系统工程防洪工程数据库设计报告，２００１．　８．国际数字化城市发展高层论坛与技术应用研讨会论文集，２００２．『仁一一Ｊｌｅｓｅｓｌ４ｌｊｒｅｓＬＬ！Ｌ（上接５９页）参考文献，‘Ｊ〕飞ＩＪ飞ｅｓＪ６７卫ＵｒｅｓＬｒＩＬｒｗｅ‘［１］黄金锋，方锋等缄市基础地理信息系统数据集成应用问题 的研究［ｌ７．工程勘察，２００３．　２．［２］张雪松，边馥荃，黄文治．面向ＧＩＳ的地形图数据改造方法 与过程一以汕头市基础地理信息系统为例【ｌＩ．工程勘察， ２００４．　２．［３〕陈述彭．城市化与城市地理信息系统，科学出版社，１９９９ ５６工程勘察Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　＆　Ｓｕｒｖｅｙｉｎｇ２００５年第６期