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文档简介

第四章 水平控制网的建立,本章主要讨论以下几个问题 (1) 分析影响观测精度的主要因素、产生原因、性质和规律 提出消除或减弱观测误差的措施 (2) 制定观测操作的基本规则、具体作业方法和作业限差 (3) 研究观测成果的精度,找出超限原因及处理方法 (4) 水平控制网概算的内容和方法 (5) 依控制网的几何条件检查观测成果质量 (6) 几何条件闭合差超限时的误差分析,外界条件:观测作业时的气象情况及作业地区的地理环境,其 中所起作用最大的因素是太阳热辐射。 一、环境对目标成像质量的影响 1 决定成像质量的因素 目标成像质量是指目标影像的清晰、稳定程度。 是否清晰取决于大气的透明度,即大气中尘粒及水蒸气的含量。 是否稳定取决于视线所经过的大气层的密度结构变化情况 2 减弱措施 选点时要保证视线距地面有足够的高度。 选择有利的时间进行观测。 增大目标对背景的反差。,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,二、折光差,1折光差的产生原因 大气层在重力的作用下,空气分子形成上疏下密的垂直密度梯度。同时大气密度在水平方向上也不均匀,同时存在着水平密度梯度。 观测时视准轴的方向和仪器中心与目标连线之间的夹角称为折光差。折光差在测站目标铅垂面内的分量称为垂直折光差;在测站水平面上的分量称为水平折光差。,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,2 水平折光影响的规律及性质, 不同性质的地物分界附近,往往存在着大气水平密度梯度。 视线方向与大气密度梯度方向愈接近垂直,折光影响愈大。 视线方向距离折光场的地形地物愈近,折光影响也愈大。 视线与形成水平折光的地貌地物平行的距 离愈长,影响愈大。 测站愈接近形成折光场的 地形地物,折光影响愈大 气象条件显著变化时,容易 形成较大的折光。 白天和黑夜水平折光的符号可能相反。,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,水平折光影响的性质 某测站某个方向,在相同的观测时间和类似的气象条件下,折光影响符号相同、数值接近,属于系统误差。 在大面积控制网中,由于各点所受水平折光影响的大小、方向各不相同,对网中所有方向来讲,其影响具有偶然误差的特性。 若锁网中有大的地貌地物,如大山脉、江河、沙漠等,它们边缘的一系列视线就会含有同符号的系统误差,并且累加。,3 水平折光的减弱措施, 视线既要超越障碍物一定高度,也要旁离任何地貌地物一定距离。避免与江河湖海、沙漠的边缘平行,避免通过高大的建筑物、大工厂的侧方。 在水平折光影响严重的地区,应适当缩短边长,或变动点位,或改变点间连接方向以避免选择影响严重的边。 观测时检查各方向是否超出和旁离觇标各部位一定的距离。 气象条件变化显著时,应停止观测。 一等水平角观测,一份成果的全部测回应大致分配在三个时间段(上午、下午、夜间),每个角度的全部测回应尽可能分配在不同的气象条件下完成(日夜各半)。二等观测可以都在白天完成,但必须分配在上、下午进行。 有利观测时间进行观测。影像微有颤动情况下,是有利时间,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,三、 觇标内架及脚架扭转的影响 1觇标内架及脚架扭转产生的原因: 木标 原因:根本原因是湿度的变化。 规律: 以一昼夜为周期, 白天和夜间的扭转量大致相等。 不同觇标扭转的大小方向各异,同一觇标日扭转相似。 主要由湿度变化引起。天气突变时,扭转可发生异常。 脚架扭转情况和木标类似。 钢标 原因:主要原因是温度的变化,钢标组成部件之间的拉力不均匀也产生扭转。,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,钢标扭转规律: 仅白天剧烈扭转,最大1”2”,一天可达12,夜间几乎不扭转 晴天扭转量大且不均匀,阴天较小 不同觇标扭转规律不全一致,同一觇标每天扭转情况大致相似 2减弱觇标内架及脚架扭转影响的措施: 选择适当的观测程序(上下半测回照准目标次序相反)P131 仪器安装偏扭观察镜,进行读数改正。 选择扭转不剧烈的有利时间观测。 仪器脚架应存放在干燥阴凉的地方,避免雨淋和曝晒。 改进觇标结构,提高造标质量。,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,四、照准目标的相位差 1相位差定义: 照准目标的相位差望远镜照准线偏离圆 筒中心轴线的角距。 2相位差产生原因: 当背景是较暗的地物时,容易偏向亮的一侧。当背景是较明朗的天空时,容易偏向暗的一侧。,3相位差的规律 相位差的大小与太阳的方位有关。 同一时间相位差的大小与目标的大小、距离、方位有关。 目标的颜色、形状和背景也有一定影响。,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,四、照准目标的相位差,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,3相位差的性质 相位差对水平观测值的影响属系统误差。 4减弱影响的措施 采用反射光线较少的微 相位差圆筒。一等观测中, 照准目标采用回光。 上午、下午各测半数测回 观测时,要尽可能地分辨 出圆筒的 整个轮廓进行照准。,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,五、视准轴受温度变化的影响 1视准轴变化的原因 观测中,由于外界气温的变化,视准轴也会随之变化,使观测精度受到影响,通常称之为视准轴受温度变化的影响。 通常可分为两部分: 由测站周围气温的变化使仪器“全面受热”的影响; 由热辐射和冷空气固定在测站一侧使仪器“单面受热” 影响 2视准轴变化的性质和规律 随温度变化的系统误差。(2C随时间变化)0.3/-0.5/C0 正、倒镜位置,视准轴变动使得取中数无法消除其影响。,4.1 外界条件对水平角观测精度的影响,五、视准轴受温度变化的影响,3 减弱影响的措施 缩短一测回的观测时间。 采用“上、下半测回观测目标次序相反”的观测程序。 观测过程中必须打伞或张挂测橹复,使仪器不受阳光曝晒 通常 Li-Ri180o 可反映它们的影响。综合环境影响包括: 二倍视准差的影响 二倍水平轴倾斜的影响 觇标内架或仪器脚架扭转的影响 视准轴单面受热变化的影响,4.2 水平角观测的基本规则,综合第三章对仪器误差的讨论,以及第一节对外界条件影响的分析,为最大限度的减弱或消除各种观测误差的影响,测出高精度的水平角,可以将分析讨论所得的各种误差影响的减弱措施汇总成 水平角观测基本规则,观测的基本规则: 在通视良好、成像清晰稳定时进行观测。一、二等观测应遵守规范中时间段的规定。(提高观测照准目标的精度) 观测前调好焦距,消除视差。观测中不得在一测回内调焦 (目标成像质量的影响,视差) 各测回起始方向应均匀分配在度盘和测微器的不同位置上。(度盘分划长、短周期误差,测微器分划误差) 在上下半测回之间纵转望远镜,计算盘左、盘右读数之差以获得二倍视准轴误差。(视准轴误差,水平轴倾斜误差),4.2 水平角观测的基本规则, 上、下半测回照准目标的次序相反,并保持照准每一目标的操作时间大致相同。(觇标内架和脚架扭转的影响,视准轴单面受热的影响) 每半测回观测前,照准部应按将要观测的方向先旋转12周;在半测回过程中,照准部不得反旋,如视准轴旋过目标,应多旋一周。(度盘带动、空隙带动误差) 测微螺旋和微动螺旋最后操作一律按压紧弹簧的方向转动。 (微动螺旋的隙动差) 观测中应保持视准部水准气泡居中,如超出规定的最大偏移量,应停止观测,重新整置仪器后再进行观测。测回间要经常整置仪器,使垂直轴与铅垂线一致。 (垂直轴倾斜误差),4.2 水平角观测的基本规则,4.3 水平角观测方法,一、方向观测法 (一)观测方法 1、方向法定义:在每一测回中把测站上所有待测方向逐一观测,以测得各方向的方向值。,基于方向法而在每半测回的末尾再观测一次零方向T0(称为归零),由于每半个测回末尾都“闭合”到起始方向,称为全圆方向法。闭合到起始方向的目的在于检查半测回过程中仪器座架有无变化。 方向观测法和全圆方向法基本上是一种方法,可统称为方向法。,讨论水平角观测的具体作业方法和作业限差,2、 方向法的使用条件 观测方向数3时,采用全圆方向法,=3时,用方向法(不归零) 方向法主要应用于三、四等三角测量,通视良好时,可用于二等测量,一般不用于一等测量。 3、 零方向的选择 要选择边长适中、通视条件良好、目标成像清晰的方向 4、 度盘位置 首先根据规范中规定的测回数m,按相应公式编制出各测回零方向的度盘位置和测微器位置表。然后在上半测回对好零方向的度盘、测微器位置,照准部顺转12周,再重新照准并读数;下半测回纵转望远镜后,要先逆转12周,再重新照准目标并读数。,4.3 水平角观测方法,5、 测回数表和度盘位置计算 公式依据: (其中:m为测回数,i为测回次序,u为分格数) 度盘位置计算公式:,4.3 水平角观测方法,4.3 水平角观测方法,上次课内容回顾 1、外界因素对水平角观测条件的影响 环境对目标成像质量的影响;折光差;觇标和脚架扭转影响;照准目标相位差;视准轴变化影响 2、水平角观测的基本规则 3、水平角观测方法 方向(全园)观测法,使用条件; 零方向选择,度盘位置;,(二)、观测手簿的记录和计算,1 要求 观测过程中,记簿者要及时记录观测者报读的各项内容,并迅速完成可以完成的各项计算,及时地检查成果是否合格 特别强调:野外观测成果,是计算大地点位置的原始数据,是国家长期保存、使用的重要原始资料。所以,必须做到认真细致、字体清楚、注记明确、整饰及时、清洁美观、格式统一。,4.3 水平角观测方法,2、 记录与计算过程, 测量读数记录 上半测回由上往下记,下半测回由下往上记(原始的秒不能改动)。 读数与计算 照准每一个方向一次时,用测微器两次重合读数,立即检查两次读数之差是否合限,合限便取其中数作为该方向的读数。 每半测回结束后,检查归零差是否合限。 进行下半测回观测中,随时计算出各方向盘左、盘右的读数之差,记入(2C)栏中,并检查是否合限。然后计算出盘左、盘右读数的中数,计算两个零方向的中数平均值,均填入相应栏中。 最后,将零方向的方向值化为零,并算出其它方向相应的方向值,记入(方向值)栏中。该栏为该测回的观测成果。,4.3 水平角观测方法,2、 记录与计算过程,方向法观测限差表 单位:”,(三)、观测成果的质量检核,4.3 水平角观测方法,(四)、重测、补测与重测数计算,1重测的基本原则和规定 重测与补测 重测:因超限而需要重新观测的完整测回 补测:因对错度盘、测错方向、读记错误或因观测条件 不佳等原因而中途放弃的测回,重新观测时,称为补测。补测不算重测数。,4.3 水平角观测方法, 重测原则和规定 因测回观测值互差超限时,一般重测最大和最小的测回。 一测回中,若重测方向超过总方向数1/3,应全测回重测。 观测三方向,若一方向重测,应全部重测。 零方向超限时,需全测回重测。 一测站上,若基本测回重测方向数,超过全部测回中总数的 1/3,该份成果全部重测。 重测时,只须联测零方向。 三角形闭合差、极校验、基线和方位角条件自由项超限时,分析原因,重测有关点的全部成果。,4.3 水平角观测方法,2重测数的计算 一份成果中,一个完整测回内包含n个方向,因零方向值为零,一测回中的方向测回值只有(n-1)个。若一份成果共有m个基本测回,则该份成果的总方向测回值有(m(n-1))个。 基本测回观测成果中,重测一个方向便算一个方向测回。 因零方向超限而全测回重测时,重测数算作(n-1)个方向测回。既每个方向各加一个方向测回。 一测回中,重测方向数超过所测方向总数的三分之一,需全测回重测时,重测数按超限方向数计算。,4.3 水平角观测方法,(五)、测站平差,1、测站平差目的: 根据测站点的观测成果求出各个方向的最或然值(测站平差值);计算这些观测值一测回方向值的中误差 和m个测回平差值的方向中误差 M方 。 2、求测站平差方向值,4.3 水平角观测方法,3、精度估算公式, 各观测方向的改正数: 平差观测值与其观测方向值之差, 一测回观测方向值的中误差: 一测回观测方向值的中误差算式:, m个测回方向值中数中误差:由公式: ,得:, m个测回方向值中数的权 取一测回方向值的权P方为1,则m个测回方向值中数的权为,4.3 水平角观测方法, 角度的中误差和权 各个角度值等于组成该角的两个方向之差。 因为平差后方向值是相互独立,且中误差均为M方。 角度的中误差为: 角度权为:,(六)、 等权完全方向组的概念 1 锁网的平差条件 对水平网来讲,其平差条件有两部分:一是测站条件,二是锁网几何条件。最严格的平差方法是两部分条件结合起来进行整体平差。 2 分部平差的充要条件 为了保证全国性高级锁网平差的严格性和简便性,测站平差方向值必须是独立的、等权的。,4.3 水平角观测方法,3 等权完全方向组 等权完全方向组就是具有相同的、唯一确定权的测站平差方向组。显然,它可以满足上述的独立、等权的条件。,4归零、不归零的方向法与全圆方向法 不归零的方向法 经过测站平差得到的平差值仍旧保持着独立等权这一特征,因而是个等权完全方向组。 严格的讲,如果有的测回某些方向不合格或漏掉,虽经过重测或补测,其测站平差方向值就不是等权完全方向组了。对于三、四等水平角观测而言,上述“不严格”可忽略。,4.3 水平角观测方法,4归零、不归零的方向法与全圆方向法 全圆方向法(三、四等水平角观测) 因一测回内对零方向测了两次,所以是不等权的。因而用全圆方向法取得的测站平差结果是不等权完全方向组。对于三、四等水平角观测而言,上述“不严格”可忽

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