论文_修改稿

毕业设计（论文）中文摘要目 录1 绪论11.1本课题研究背景31.2 本文研究的内容、目的和意义41.3 国内外研究现状及发展趋势41.3.1 工程测量的现状41.3.2 工程测量技术应用的几种制约51.3.3 工程测量技术的发展趋势51.3.4 结论62 工程测量的概述62.1 工程测量概念62.2 工程测量的特点62.3 工程测量的作用62.3.1 图形管理72.3.2 数据共享72.4 工程测量的工作过程与作业模式82.4.1 工程测量采集的方法82.4.2 数字化的方法有两种82.5用CASS7.0 测量系统测绘地形图82.5.2 外业数据处理82.5.2 内业数据处理83 工程测量的应用93.1 工程测量的原理93.2 工程测量需要解决的问题93.3 工程测量系统的构成103.4 工程测量作业模式和过程103.4.1 作业模式113.4.2 作业过程113.4.3 资料和测量准备113.4.4 控制测量113.4.5 野外碎部点采集113.4.6 数据传输与处理113.4.7 图形编辑与内业绘图113.4.8 检查验收113.5 工程测量方法123.5.1 工程测量方法的概述123.5.2 测绘软件的选择123.5.3 工程测量外业工作的实施124 测量误差的基本知识144.1 测量误差及其产生的原因144.1.1 观测误差144.1.2 测量误差的来源144.1.3 测量误差的分类144.2 衡量观测值精度的标准174.2.1 中误差174.2.2 容许误差184.2.3 相对误差184.3 误差传播定律194.3.1 误差传播定律主要公式194.3.2 误差传播定律的应用194.4 等精度直接观测平差204.4.1 平差原则204.4.2 等精度直接平差204.5 测量误差的处理原则215 工程测量技术中误差成因分析和处理方法215.1 水准仪使用中误差问题215.1.1 光学水准仪中误差问题215.1.2 数字水准仪中误差问题275.2 经纬仪使用中误差问题275.2.1 光学经纬仪的组成275.2.2 光学经纬的使用方法285.2.3 经纬仪的测量误差及其消减方法285.3 全站仪使用中的误差问题365.3.1 全站仪的简介365.3.2 全站仪误差分析395.4 GPS定位中误差处理问题435.4.1 GPS的概述435.4.2 GPS测量的误差445.5航测工程测量中误差问题485.5.1 航测工程测量的概述485.5.2航测误差的分析485.6计算机地图制图中误差问题535.6.1 计算机地图制图的概述535.6.2计算机制图制印体化工艺及其优势545.6.3计算机制图制印一体化技术56结论 57致谢 59参考文献 60本科毕业设计（论文） 第 61 页 共 60 页 1绪论1.1 本课题研究背景工程测量是以计算机为核心,在外连输入输出设备硬件、软件的条件下,通过计算机对地形空间数据进行处理得到数字地图的一种自动化作业过程。工程测量又称为计算机成图,主要包括：地面工程测量、航测工程测量、计算机地图制图。在实际工作中,大比例尺工程测量主要指野外实地测量即地面工程测量,也称野外工程测量。在工程测量中, 无论是哪一种数据采集的方法, 测量误差是不可避免的, 控制点本身精度的误差,仪器设备的误差, 观测条件以及人为因素等都会对观测数据的精度带来直接的影响。因此, 只有认真分析误差的成因, 才能有目的的控制误差积累。由于误差的不可避免性，对测量误差的分析和处理就成为测量工作中的重要问题。误差估计过大，会造成不必要的浪费，误差估计过小，会使测量准确度低，导致实验失败或影响产品质量。只有在准确估计测量误码差，合理使用实验设备，正确选用测量方法，严格控制测量环境条件的情况下，才能获得与测量准确度要求相适应的测量结果。随着科学技术的发展，虽然可控制的误差愈来愈小，但始终不能消除，为此必须对测量误差进行研究。 测量误差主要有系统误差和偶然误差。系统误差是由测量设备的精确度造成的，无法避免，只能够改造设备以减少系统误差。偶然误差是由于操作不当,各人的自身因数等造成的,偶然误差可以通过多次测量求平均值的方法来减少误差。 1.2 本文研究的内容，目的和意义研究内容 1）工程测量的特点 2）工程测量的重要性3）误差理论4）工程测量中各种误差成因分析，结合每种测绘仪器的使用来找成因，并给出具体处理办法5）如何尽可能把各种误差的影响缩到最小研究目的：由于仪器本身的精度或者校正不完善; 由于自然界多种因素的影响; 由于观测者的感觉和视觉上的限制。在现实测量中误差是无法避免的，但是误差总得要处理的，尽量把各种误差的影响缩到最小，以得到最佳的测量结果。研究意义：（1）正确认识测量误差的性质、分析误差产生的原因，掌握测量误码差对测量结果影响的规律，合理组织测量过程、指导实验和测量，以便消除或减小测量误差。（2）正确处理实测数据，合理计算测量结果，以便得到更接近于真值的最佳结果。（3）正确估算测量结果的误差，不致将误差估计过大或过小，以便对测量结果做出科料的评价。（4）正确设计或选用计量器具、测量方法、寻求最佳测量条件，以便在最经济的条件下，得到理想的测量结果。1.3 国内外研究现状及发展趋势 上世纪90年代以前，几乎所有大比例尺地形图的成图方法都是以图解法为主，主要有大平板仪测量法，小平板仪测量法等。这些方法统称为模拟测量。90年代以后，随着测量仪器的更新换代和测量软件的逐步完善，全野外工程测量技术、内外业一体化的作业模式逐步取代了原来的图解法测量作业模式，使大比例尺地形图的生产技术发生了革命性的改变。实现了测绘成果的数字化和现代化。那么截至目前，全野外工程测量的现状发展趋势如何呢？笔者就此问题作如下剖析。1.3.1 工程测量的现状1）工程测量的几种模式电子平板作业模式。该模式是将笔记本电脑通过电缆与全站仪连接，观测数据直接进入电子平板在成图软件的支持下，现场连线成图。绘制草图作业模式。该模式是在全站仪采集数据的同时，绘制观测草图，记录所测地物的形状并注记测点编号，内业将观测数据输入电脑，在测量软件的支持下对照草图进行连线及图形编辑。碎部点编码作业模式。该模式是按照一定的规则给每个所测部点一个编号，即一个编号对应一组坐标（x、y、z），内业将数据输入电脑，在成图软件的支持下，由计算机自动完成测点连线形成图形。2）不同工程测量模式的特点以上三种工程测量模式既有相同点又存在差异，就碎布点的测定精度而言，三者基本相同。只要观测方法正确，测站点与定向点正确，所测点的点位误差均能达到厘米精度。但由于数据记录方式的不同，各种方法在成图质量、作业效率以及对作业人员的要求等方面各有不同。电子平板模式简单直观，每测完一个点，计算机就会将点位在屏幕上显示出来，作业人员可根据实际情况进行现场连线。但由于笔记本电脑不能很好地适应野外作业的环境条件（如防尘、防潮、电池容量、屏幕亮度等等），因此在专业测绘队伍中难以推广。绘制草图模式，成本低，作业简单，绘草图者与立镜者同行，所绘草图能清楚地反映所测碎部点的连线关系，只要草图上标注的点号与记录器中储存的点号一致，则内业连线就不会出现连错现象。但此方法突出缺点是白天作业人员在野外工作一天，晚上还要花几个小时的时间进行连线，此外一旦出现错号还会引发很多麻烦。碎部点编号作业模式，可减轻作业人员的劳动强度，但繁琐的编码规则，使作业人员难以记忆掌握，同时每测定一个点都要通过键盘输入一个至少7位数字的编码，无疑会降低作业速度。综上所述，目前所采用的各种全野外工程测量方法就其碎部点测定精度而言，均可达到较高精度，且与成图比例尺无关。但由于具体作业模式的不同，使得各种作业方法在设备成本、作业效率、劳动强度以及质量等方面存在一定差异，各有利弊，有待于进一步的改革完善。1.3.2 工程测量技术应用的几种制约1） 设备成本偏高相对于模拟测量，所使用的仪器价格更新较快，对计算机相应外设要求较高，投资较大。2）对作业人员的素质要求较高全野外工程测量打破了模拟测量的作业分工，淡化了内外业的区别，对作业人员提出了新的要求，从事数字测绘的人员，不但要有较全面的测绘知识，还要具备较为过硬的计算机应用技术，熟练使用仪器，掌握野外数据采集方法，具有进行数据传输、处理和可视化的本领，同时由于数字测绘技术发展较快，测绘人员应有不断学习的能力。3）数据缺乏统一规范全野外工程测量的核心是测量软件系统，多由专业公司开发，表面上的差别在于界面和成图方法；主要差别在于数据结构和数据组织。多家开发，各有重，各有所长，难于做到彼此的完全兼容，多数系统局限在计算机辅助成图方面，在面向地理信息系统方面，欠缺更大。1.3.3 工程测量技术的发展趋势随着科学技术水平的不断提高和地理信息系统的不断发展，全野外工程测量技术将在以下方面得到较快发展。1）无线传输技术的应用使得以镜站为中心成为可能无线传输技术是指在全站仪的数据端口安装无线数据发射装置，它能将全站仪观测的数据实时地发射出去，开发一套适用于专用电子手簿的工程测量系统，并在手薄上安装无线数据接收装置。作业时，手薄操作者与立镜者同行（，或者立镜者直接操作），每测完一个点，全站仪的发射装置马上将观测数据发射出去，并被手薄所接收。测点的位置即会在手薄的屏幕上显示出来，操作者根据测点的关系完成现场连线构图从而实现效率和质量的双重提高。2） 全站仪与GPS-RTK技术相结合GPS-RTK技术具备定位精度高，不需点间通视，并且测定一个点的时间仅为几秒钟，作业效率与全站仪采集数据相比提高1倍以上。但在建筑密集地区，由于障碍物的遮挡，容易造成卫星失锁现象，使RTK作业模式失效，此时可采用全站仪作为补充。最后将两种仪器采集的数据整合，形成完整的地形图数据文件。在相应的软件支持下，完成地形图的编辑整饰工作。3） 工程测量技术与地理信息系统相结合随着地理信息系统的不断发展，GIS的空间分析功能将不断增强和完善，作为GIS的前端数据采集系统-工程测量技术，必须更好的满足GIS对基础地理信息的要求，地形图不再是简单的点线面的结合,而是空间数据与属性数据的集合。野外数据采集时，不仅仅是采集空间数据，同时还必须采集相应的属性数据。1.3.4 结论目前国内外都在研究测量误差处理方法，可由于误差无法避免，在工程测量中, 无论是哪一种数据采集的方法, 测量误差是不可避免的, 控制点本身精度的误差, 仪器设备的误差, 观测条件以及人为因素等都会对观测数据的精度带来直接的影响。因此, 只有认真分析误差的成因, 才能有目的的控制误差积累。目前在理论上和实践上都存在着对误差认识上的差异。这种差异必然导致数学处理方法上的差异, 因而对同一问题可能出现不同的甚至相反的解释。另外, 随着测绘技术的发展, 不少其他学科的误差术语如噪声、污染等被引入到测绘学领域, 进而充实与扩展了测量误差概念的内涵与外延。从概念上对测量误差进行区分与归类有助于测量误差处理理论和方法的完善与深化。但是由于误差是不可避免的，所以在实际操作作业中必须更加的规范，尽可能的避免误差的产生和扩大，要把误差控制在合理的范围内。2 工程测量的概述 随着计算机、电子全站仪、数字化测绘软件的应用，地形图的成图方法正在逐步地由传统的白纸法成图向字测量方向发展，目前许多测绘部门已经形成了数字图的规模生产。2.1 工程测量概念工程测量又称为计算机成图主要包括：地面工程测量、地图数字化成图、航测工程测量、计算机地图制图。在实际工作中，大比例尺工程测量主要指野外实地测量即地面工程测量，也称野外工程测量。采用常规测量的方式、摄影测量方式或数字化仪方式，将采集的数据用自动化成图软件以数字形式表示地图住处的测量工作，它是以传统的白纸测量原理为基础，采用数据库技术和图形及数字处理方法实现地图住处的获取、变换、传输、识别、存储、处理、显示、编辑、修改和绘图，得到内容丰富的电子地图。需要时由计算机的图形输出设备（如显示器、绘图仪）绘出地形图或各种专题地图。2.2 工程测量的特点1）点位精度高传统的经纬仪配合平板、量角器的图解测量方法，其地物点的平面位置误差主要受展绘误差和测定误差；测定地物点的视距误差和方向误差；地形图上地物点的刺点误差等影响。如在1：500 的地籍测量中测绘房屋要用皮尺或钢尺量距用坐标法展点。沿用白纸测量的方法绘制的地形图无论怎样提高测距和测角的精度，图解地形图的精度变化不大，浪费了应有的精度。这就是白纸测量致命的弱点。而数字地形图可以自动传输、记录、存储、处理和成图。在全过程中原始数据的精度毫无损失，从而获得高精度（与仪器测量同精度）的测量成果，最好地反映了外业测量的高精度，也是最好地体现了仪器发展更新、精度提高的高科技进步的价值。2）改进了作业方式传统的方式主要是通过手工操作，外业人工记录、人工绘制地形图；并且在图上人工量算坐标、距离和面积等。工程测量则使野外测量达到自动记录、自动解算处理、成图，自动化的程度高，出错（读错、记错、展错）的概率小，能自动提取坐标、距离、方位和面积等。3）便于图件的更新和加工利用城镇的发展加速和城镇建筑物的变化，采用地面工程测量能连续更新实地房屋的改建扩建、变更地籍或房产时，只须输入有关的信息，经过数据处理就能方便地做到更新和修改，始终保持图面整体的可靠性和现势性。工程测量不受图面负载量的限制，便于成果的加工利用。房屋、电力线、铁路、道路、水系地貌等存于不同的层中，通过打开或关闭不同的层得到所需的各类专题图，如管线图、水系图、道路图、房屋图等。可作为GIS 的重要信息源，具有方便的信息查询功能、空间分析功能以及辅助决策功能，在国民经济、办公自动化及人们日常生活中都有广泛的应用。4） 增加了地图的表现力计算机与显示器、打印机联机，可以显示或打印各种资料信息；与绘图机联机时，可以绘制各种比例尺的地形，也可以分层输出各类专题地图，满足不同的用户的需要。2.3 工程测量的作用2.3.1 图形管理在白纸测量中，保存资料也就是保存所测得的图纸，图纸的体积大，不便于查阅，而且，容易破损与变形。由于只能有一份原始资料，在意外丢失时不能恢复。白纸测量在描图时都是用墨汁，当在测区内部局部的部分发生变化需要对原始资料进行修改时，非常困难。而数字化图却恰恰有存贮空间大、查阅方便、能多份复制、修改容易的特点。2.3.2 数据共享数据的共享可以说成是多类型图的重合：在白纸测量中，每一张图只能有一个侧重点，比如地形图，它的侧重就是地形图的等高线，不能很好地反应地类与地物，而如果是宗地图，则不能很好地反应测区地形，这种缺点，当然主要表现为白纸测量自始至终只能是在一个层内操作，也就是我们实际用来画图的白纸。而数字化侧图却不同，它能够分成多个层，形成数据的共享。2.4 工程测量的工作过程与作业模式2.4.1 工程测量采集的方法由于空间数据的来源不同，采集的仪器和方法不同，目前有如下三种方法（1）野外数据采集：用于没有底图的地区，用全站仪实地测量，精度最高，费用也高。（2）航片数据采集：以航空相片作数据源，在解析测量仪或立体量测仪采集地形特征点。（3）底图数据采集：以旧的地形图为底图，进行数字化。2.4.2 数字化的方法有两种（1）跟踪数字化：用数字化仪对原图的地形特征点逐点进行跟踪采集，将数据自动传输到计算机，处理成数字地形图的过程。它的精度比较低，现在几乎不再使用。（2）扫描数字化：用扫描仪扫描原图，将数据输入计算机，存储、处理并可再回放成图。扫描数字化仪有平台式和滚动式两种。它比使用手扶数字化仪数字化的精度要高，故在地形图数字化生产中常用。2.5用CASS7.0 测量系统测绘地形图2.5.1 外业数据采集工程测量的碎部测量一般用全站仪进行，外业数据采集的方法主要分为种：其一是当地物比较规整时，可以采用“简码法”模式，就是在现场输入简码、室内自动成图，其特点是对野外作业人员要求比较高，跑尺路线要求较严，作业人员应熟记地物代码、符号，但使用方便、灵活，内业自动成图，减少内业工作量。其二是当地物比较凌乱时，最好采用“草图法”模式，现场绘制草图，室内用编码引导文件或用测点点号定位方法进行成图，该方法是一种实用快速的数据采集方法，直观、不容易出错，但工作效率较低，操作比较繁琐，内业工作量较大。2.5.2 内业数据处理内业数据处理的过程，主要是通过计算机及相应的软件系统对全站仪采集来的原始数据进行数据的预处理，并自动快速生成图形，经修改编辑后通过绘图仪输出打印成图。主要用的成图软件有南方CASS 和清华三维等。6 CASS7.0 测量系统在测量应用方面的几点体会（1）CASS7.0 测量系统为设计人员甩开了图板，利用CAD 技术提供了先决条件，改变了过去人工用三角板或比例尺从图上量取数据的方法，使数据更为准确。（2）CASS7.0 测量系统在外业采集数据时，利用全站仪自动测角、测距，自动计算三维坐标并自动存储，消除了人为误差来源，减少了作业人员，缩短了外业工作时间，工效大大提高，生产成本大幅度下降。（3）能够测量到的点尽量实测，尽量避免用皮尺（钢尺）量取。因为用全站仪所测量的速度远非皮尺量取所能比的，而且精度也会高些。（4）同一类地物（貌）应先测，以避免内业造成一些不必要的麻烦，当然，根据实地的实际情况，可作灵活的运用。同时，也方便测站上观测人员的数字及字母输入。（5）测等高线时，除了测量特性线外，还应尽量多测一些加密的点，以满足计算机建模的需要，也能更加详尽地反映出地貌。（6）由于工程测量很多工作是在计算机上完成的，所以如何加强检核是每个单位所必须解决的，特别是在测区远离内业地点时，必须有一定的措施。数字化测绘成图技术的应用研究同时解决了与之配套的相关设备、技术等问题，使之在诸多领域的实际应用越来越广、越来越成熟。从使用效果看，和国外同类软件相比，国产测绘数字化成图系统更易学好用。测绘数字化成图技术应用研究使用了国际上最为先进的GPS 全球卫星定位系统技术和全站仪进行控制和碎部测量，利用数字化地形地籍成图软件和先进的绘图仪或打印机进行成图和绘制各种成果表格，使测量技术得到飞速发展，成为目前和将来最值得推广和应用的测量技术。因而它的应用前景是广阔的，在当今的信息时代追求效率、讲求速度、节约经费开支的情况下，大力开展工程测量技术将是必然趋势。3 工程测量的应用3.1 工程测量的原理传统的地形测量(白纸测量) 实质上是将观测值(数字值) 用图解的方法转化为图形。这一转化过程基本都是在野外实现的,同现在的信息化技术相比具有如下缺点:劳动强度大,数据精度低,信息损失大,与信息化建设的步伐不相适应。工程测量就是实现信息数字化和作业过程的自动化,尽可能缩短作业时间,减轻劳动强度,提高成果精度,为信息化建设提供基础数据。工程测量的实质是将图形模拟量(地面模型) 转化为数字量,然后由计算机对其进行处理,得到内容丰富的电子地图,需要时由计算机的图形输出设备(如显示器、绘图仪) 恢复地形图或各种专题图图形。将模拟量转换为数字这一过程通常称为数据采集。目前数据采集方法主要有野外地面数据采集法、航片数据采集法、原图数字化法。工程测量的基本成图过程,就是通过采集有关地物、地貌的各种信息并及时记录在数据终端(或直接传输给便携机) 。然后在室内通过数据接口将采集的数据传输给计算机,并由计算机对数据进行处理而形成能够进入信息系统的数据文件,最后由计算机根据不同的工程需要自动绘制所需的专题图,并将数据和图形根据信息系统分类而进入专用数据库。工程测量不仅可以提供各种不同的地图,关键在于它储存了地形模型及其它地理信息,为资料的高效利用提供了基础,节约了社会资源。3.2 工程测量需要解决的问题(1) 众所周知,计算机只能识别数码,因此,首先必须将图形要素数字化。图形要素可以分解两类信息:一类是定位信息,用平面直角坐标和高程来表示;另一类是图形信息,用数码和文字表示,它包括地物属性,连接关系,绘图方向等。(2) 计算机按照既定的要求对这些信息进行一系列的处理。(3) 如何将经过处理的数据和文字信息转换成图形,输出各种所需的图形。(4) 如何按照一定的数学模型完成各类数字化图形的应用问题,如面积计算与统计,土方计算,坡度计算及图形管理学。为了解决上述4 个问题,工程测量系统需要一系列硬件和软件组成。用于野外采集数据的硬件设备有经纬仪、全站仪或全球定位系统(GPS) 等。用于室内输入,处理和输出的硬件设备有数字化仪,微机,打印机和数控绘图仪。最基本的软件设备有系统软件和应用软件。应用软件主要包括控制测量计算软件,数据采集和传输软件,数据处理软件,图形编辑软件。等高线自动绘制软件、绘图软件及信息应用软件等。3.3 工程测量系统的构成工程测量系统是以计算机为核心,在外连输入、输出设备,硬件在软件的指导下,对地形空间数据进行采集输入、成图、绘图、输出、管理的测绘系统。由于硬件配置、处理方式、成果输出要求的不同产生了专题应用的多种工程测量系统,被广泛应用于各行业。但工程测量系统主要有数据输入、数据处理和数据输出3 部分组成。工程测量系统基本构成如图3-1所示。图3-1工程测量系统基本构成3.4 工程测量作业模式和过程3.4.1 作业模式由于设备不同,软件设计者思路不同,不同软件所支持的作业模式不尽相同。目前国内流行的工程测量软件所支持的作业模式大致有如下几种:全站仪+ 电子手簿测量模式; GPS + 电子手簿测量模式;平板仪测量+ 数字化仪测量模式;旧图数字化,扫描成图模式;电子平板测量模式;航测相片量测成图模式。3.4.2 作业过程工程测量的作业过程与其测量模式可归纳为数字测记和内外业一体化(电子平板测量模式) 两种方式。在内外业一体化测量中,即测即显,实时成图,但在外业测量中,由于地理属性在测站难以明确表示,外业工作者在短时间内完成地理属性的全部输入不太现实,以及连接错误造成内业处理困难,所以目前大多数单位仍采用数字测记模式。本文着重介绍这种测记式工程测量的基本作业过程。3.4.3 资料和测量准备收集高级控制点成果资料,将其按照代码及三维坐标( x , y , h) 或其它成果形式录入电子手簿或磁卡。为了便于野外观测,在野外数据采集之前,通常要在工作底图上对测区进行“作业区”划分,一般以沟渠、道路等明显现状地物将测区划分为若干个作业区,并要有一定的重叠区域,防止出现系统偏差。3.4.4 控制测量工程测量一般不必按常规控制测量逐级发展。对于大测区(大于15 km2) 通常选用GPS 或导线网进行3等控制测量,而后布设2 级导线网。对于小测区(小于15 km2) ,通常直接布设2 级导线网,作为首级控制。3.4.5 野外碎部点采集碎部点采集的方法随仪器设备不同及编码方式不同而有所区别。一般用“测算法”采集碎部点坐标,并用电子手簿记录碎部点三维坐标及其绘图信息。点号每次自动生成,顺序加1。绘图信息输入主要区分为全码输入、简码输入、无码输入3 种。大部分情况下采集数据时要及时绘制现状图。3.4.6 数据传输与处理用专用电缆将电子手簿与计算机连接起来,将外业采集的数据传输到计算机。首先进行数据预处理,即对外业采集数据的各种可能的错误修改和将野外采集的数据格式转换成图形编辑系统要求的格式。接着对外业数据进行分幅处理,生成平面图形,建立图形文件等操作,再进行等高线数据处理,即生成三角网数字高程模型(DTM) ,自动勾绘等高线等。3.4.7 图形编辑与内业绘图一般采用人机交互图形编辑技术,对照野外草图,对漏测或错测的部分进行补测或重测,消除一些地物、地形的矛盾,进行文字注记说明及地形符号的填充,进行图廓整饰等,再由绘图仪绘制出不同要求、不同目的的图形。3.4.8 检查验收按照工程测量规范的要求,对数字地形图及由绘图仪输出的模拟图进行检查验收。对于工程测量,明显地物点的精度很高。外业检查主要检查隐蔽点的精度和有无漏测。内业验收主要看采集的信息是否丰富与满足,分层情况是否符合要求,尤其是要检查数字成图能否与地理信息系统接轨,为其提供基础信息。总之,随着地面测量技术在测量中的广泛应用,极大地提高了测量工作的精度,减少了作的误差,便于成果的输出和深加工利用。3.5 工程测量方法3.5.1 工程测量方法的概述工程测量也称为内外业一体化工程测量,是我国目前各测绘单位用得最多的工程测量方法。采用该方法所得到的数字地图的特点是精度高,只要采取一定的措施,重要地物相对于邻近控制点的精度控制在5cm内是可以做到的。但它耗费的人力、物力与财力比较大。3.5.2 测绘软件的选择各测绘单位用得比较多的广州南方测绘仪器公司CASS系列,是基于AUTOCAD平台开发的,AUTOCAD的所有功能它都可以用,而AUTOCAD则是世界上大家所公认的绘图平台,其编辑功能是有目共睹的。它提供3种作业方式:电子平板方式、原图数字化方式及内外业一体化。在CAD的基础上,开发了许多功能,如量算定点、图形复制、绘制多功能复合线等。除此之外,还提供了地籍表格绘制与图纸管理等功能。对于那些既想用电子平板方式作业,又能在室内编辑成图的单位而言,可以选择它。3.5.3 工程测量外业工作的实施1）控制测量控制点应选择在没有对GPS信号和电台信号有干扰的区域。高级GPS控制点作点校正,参与点校正的D级GPS控制点不应少于4个,点校正残差应5 cm。参与点校正的控制点范围应能包围待测定的图根点,且分布均匀。基准站与流动站间的距离不应超过3 km,且应至少在两个已知点上进行比较,当较差4 cm时,方可进行图根点测定。流动站天线水准气泡应居中并用对中杆架设流动站天线,观测历元数应不少于10。当局部地区图根点密度不足时,可采用光电测距极坐标法布点加密,且加密点发展不得超过2级。极坐标法加密尽量少用,当受地形条件限制无法闭合时方可使用。2）碎部测量工程测量中,碎部测量的主要方法为极坐标法,在实测得多数碎部点的坐标后,可利用软件中的方向交会、距离交会、十字尺测量法或量算定点等方法来取得其余各点的坐标,再辅以软件中的偏移、拷贝、延伸等功能,得到最后的图形。在非电子平板工程测量中,很多单位所采用的方法为外业草图+室内交互编缉来完成测量工作。但这样一来,势必会降低外业的工作效率,操作也比较繁琐。在测量的运作中,绘制草图并不简单,特别是在建筑物多时,相当麻烦,加上专人画草图,在人力上也是一种浪费。在其它小的测绘单位中的测绘小组中,基本上由2人组成,1人观测并在全站仪上作记录并编码,1人跑尺和内业绘图,经多年的实践,表明是可行的。当完成这项工作后,再把这些图拿到实地对照,量取实地没有测到的各种数据,再在计算机上进行交互编缉,从而得最终的地形图。当然,采用以上方法,对观测及司尺人员的要求是比较高的。第一,配合要默契;对观测人员的输入数字及字母的熟练程度要求较高,一般应在10 s内完成(有的点号是不用输入的)。第二司尺人员担负着室内绘图的工作,是测量过程中的主要人员,所以对于地物(貌)的综合取舍等要心中有数,并且应在跑尺前确定好跑尺的线路,尽量避免走冤枉路。利用该法测量要较草图法省事、快捷。测站上所需要的仅是编码及照准2个过程,而司尺人员所需要做的仅是通过对讲机报编码、摆放棱镜两个过程。现在全站仪测量一个坐标,基本上在1 s以内,有的甚至达到了0.3 s。受司尺员走路等原因的影响,测地物约30 s一个点、地貌在1min以内,可以说,主要的时间是从一个点到另一个点的时间,而在这么短的时间内,画草图的人员基本上是跟不上这个思路与速度的。每人每天约可测600-900点,而且连线的成功率在95%以上。3）碎部点的确定原则(1)依比例的、规则的建(构)筑物只需测出3点,第4点可由计算机来完成。(2)不规则的地貌应尽量多测一些点,因为在传统测量中,一些细小的变化可通过手工来完成,但计算机的模拟是无法比较真实的反映出这些实际地形的。(3)对于程序中规定顺序绘制的图块,如桥梁,广告牌等,最好能按其顺序进行测量。4）工程测量外业工作注意事项(1)测量单元的划分,尽量以自然分界为界,如河流、道路等等,以便于地形图的施测,也减少了接边的问题。(2)能够测量到的点尽量实测,尽量避免用皮尺(钢尺)量取。因为用全站仪所测量的速度远非皮尺量取所能比的,而且精度也会高些。(3)同一类地物(貌)应先测,以避免内业造成一些不必要的麻烦,当然,根据实地的实际情况,可作灵活的运用。同时,也方便测站上观测人员的数字及字母输入。(4)测等高线时,除了测量特性线外,还应尽量多测一些加密的点,以满足计算机建模的需要,也能更加详尽地反映出地貌。(5)由于工程测量很多工作是在计算机上完成的,所以如何加强检核是每个单位必须解决的,特别是在测区远离内业地点时,必须有一定的措施。4 测量误差的基本知识4.1 测量误差及其产生的原因4.1.1 观测误差当对某观测量进行观测，其观测值与真值(客观存在或理论值)之差，称为测量误差。 用数学式子表达： i = Li-X (i=1,2n) L观测值 X真值4.1.2 测量误差的来源测量误差产生的原因很多，但概括起来主要有以下三个方面：1、仪器的原因 仪器结构、制造方面，每一种仪器具有一定的精确度，因而使观测结果的精确度受到一定限制例 如：DJ6型光学经纬仪基本分划为1，难以确保分以下估读值完全准确无误。使用只有厘米刻划的普通钢尺量距，难以保证厘米以下估读值的准确性。 仪器构造本身也有一定误差。例 如：水准仪的视准轴与水准轴不平行，则测量结果中含有i 角误差或交叉误差。水准尺的分划不均匀，必然产生水准尺的分划误差。2、人的原因观测者感官鉴别能力有一定的局限性。观测者的习惯因素、工作态度、技术熟练程度等也会给观测者成果带来不同程度的影响。3、外界条件例如：外界环境如温度、湿度、风力、大气折光等因素的变化，均使观测结果产生误差。例如：温度变化使钢尺产生伸缩阳光曝晒使水准气泡偏移，大气折光使望远镜的瞄准产生偏差，风力过大使仪器安置不稳定等。人、仪器和外界环境通常称为观测条件；观测条件相同的各次观测称为等精度观测； 观测条件不相同的各次观测称为不等精度观测。4.1.3 测量误差的分类先作两个前提假设： 观测条件相同. 对某一量进行一系列的直接观测在此基础上分析出现的误差的数值 、符号及变化规律。 表4-1 尺段数 一二三四五 N观测值 306090120150 30 n真实长度30.0460.0890.12120.16150.20 30.04n真误差-0.04-0.08-0.12-0.16-0.20-0.04 n先看两个实例：例1：用名义长度为30米而实际长度为30.04米的钢尺量距。 丈量结果见下表4-1：可以看出： 误差符号始终不变，具有规律性。 误差大小与所量直线成 正比，具有累积性。 误差对观测结果的危害性很大。1系统误差系统误差总是使测量结果向一个方向偏离，其数值一定或按一定规律变化。它的来源有以下几方面：(1) 仪器误差。这是由于仪器本身的缺陷或没有按规定条件使用仪器而造成的。例如，仪器零点不准，放大器的非线性，照相底板的收缩，在20下标定的标准电阻30下使用等，产生的误差都属于仪器误差。图4-2 (2) 理论(方法)误差。这是由于测量所依据的理论公式本身的近似性，或实验条件不能达到理论公式所规定的要求，或测量方法所带来的误差。例如，理论公式中没有把散热考虑在内，没有把接线电阻和接触电阻考虑在内；摆的周期公式：T = 2的成立条件是摆角趋于零，这在实际上是达不到的；用伏安法测电阻时电表内阻的影响等，都属于理论（方法）产生的误差。 (3) 个人误差。这是由于观测者本人生理或心理特点造成的。例如，用停表计时，有人常失之过长，有人常失之过短。系统误差有些是定值的，例如，游标卡尺的零点不准；有些是积累性的，例如，用受热膨胀的钢质米尺进行测量，其指示值就小于真实长度，误差值随待测长度成比例增加；还有些是周期性变化的，例如，仪器的转动中心读数与刻度盘的几何中心不重合造成的偏心差就是一种周期性变化的系统误差。如图4-2所示，停表秒针的转轴O与表盘中心不重合，秒针转过圈时指14.8秒，转过半圈时指30.0秒。显然，秒针在不同位置时系统误差数值不同，它是周期性变化的，但对于指针的一定位置，它是定值的；还有些系统误差是按其他一些特定的规律变化的。系统误差总是使测量结果偏向一边，即或者偏大，或者偏小。因此，多次测量求平均值并不能消除系统误差。对于不同学科领域、不同类型仪器、不同测量方法，往往有某些共同性的系统误差。例如，热学实验中常见的有温度计的误差、测温没有达到热平衡及散热的误差，金属量具的残余应力误差，电子仪表的零点漂移和非线性误差等，都属于个人误差。 找到了某个系统误差产生的原因，就可以采取一定的方法去消除它的影响或对测量结果进行修正。2偶然误差在测量时，即使排除了产生系统误差的因素（实际上不可能也不必要绝对排除），进行了精心的观测，仍将存在一定的误差。这种误差是由于人的感官灵敏程度和仪器精密程度有限，周围环境的干扰以及随测量而来的其他不可预测的偶然因素造成的。例如，用米尺测量一组振幅，每次判断振幅大小以及用米尺去对准它，并估计毫米以下的一位读数值，都有一定的偶然性，都会带来误差。又如，测量时温度的微小起伏，气流的扰动等会造成测量结果的无序变化。不规则的地脉动和杂散电磁场会影响精密测量等等。这些由于偶然的或不确定的因素所造成的每一次测量值的无规则的涨落，称为偶然误差，也叫随机误差。偶然误差的存在使每次测量值偏大或偏小是不定的，但它服从一定的统计规律。常见的一种是比真值大或比真值小的测量值出现的概率相等，而且误差较小的数据比误差较大的数据出现的概率大；同时，绝对值很大的误差出现的概率趋于零。因此，增加测量次数，可以减小偶然误差。这就是我们在实际工作中常常采取重复多次测量的依据。但是，偶然误差是不能消除的。根据偶然误差的性质，有多种处理偶然误差的理论和方法。总之，系统误差与偶然误差性质不同，来源不同，处理方法也不同。测量精密度高，是指偶然误差小；测量准确度高，是指系统误差小；而精确度是把两者都包括进去了。影响测量结果的精确度的，有时主要因素是偶然误差，有时主要因素是系统误差，对于每项具体工作需要进行具体分析。测量结果的总误差是系统误差和偶然误差的总合。有时候，系统误差与偶然误差是加以区别、分别处理的。在精密测量时尤其如此。有时候，只为了说明总误差的限度，就不加以区别，许多不太精密的仪器的最大允许误差(如电表的精度级别)就是既包括系统误差又包括偶然误差。有时候，也难于划分或区别它们。某些情况，例如，刻度尺的刻度的不均匀性，球不圆等都属于这种情况。对于尺上或球上的某个确定的位置，它与准确值或平均值的偏差是确定的；但是对于各处来说，又有随机性，对这类测量对象的不确定性以及一些有抵消性的误差，可以当作偶然误差来处理，以多次测量表示其结果及计算误差。3疏失误差 明显歪曲测量结果的误差，称为疏失误差。这种误差是由于观测者对仪表的不了解或因思想不集中，疏忽大意导致错误的读数。就数值大小而言，它通常明显地超过正常条件下的系统误差和随机误差。含有疏失误差的测量值称为坏值或异常值。正常的测量结果中不应含有坏值，应予以剔除，但不是主观随便除去，必须根据统计检验方法的某些准则判断哪个测量值是坏值，然后科学地舍弃之。至于因仪器损坏、设计错误、操作不当等而造成的测量错误，不是测量误差。4.2 衡量观测值精度的标准4.2.1 中误差 误差的概率密度函数为： 标准差 在测量工作中，观测个数总是有限的，为了评定精度，一般采用下述误差公式： 标准差中误差 m 的不同在于观测个数 n 上； 标准差表征了一组同精度观测在(n)时误差分布的扩散特征，即理论上的观测指标； 而中误差则是一组同精度观测在为 n 有限个数时求得的观测精度指标； 所以中误差是标准差的近似值估值； 随着 n 的增大，m 将趋近于必须指出： 同精度观测值对应着同一个误差分布，即对应着同一个标准差，而标准差的估计值即为中误差。 同精度观测值具有相同的中误差。例3: 设对某个三角形用两种不同的精度分别对它进行了10次观测，求得每次观测所得的三角形内角和的真误差为 第一组： +3, -2,