全站儀三維導線平差模型探討

張天紅　黃金鑫

摘 要：文章在全站儀三角高程測量可以用來代替水準測量的前提下，研究三維導線的平差模型及數據處理軟件。

關鍵詞：全站儀；高程測量；三維導線；平差模型；程序設計

1 全站儀用于三角高程測量

用水準測量的方法測定點與點之間的高差，即可由已知高程點求得另一點的高程。應用這種方法獲得的高程精度較高，普遍用于建立國家高程控制點及測定高級地形控制點的高程。但是在地形起伏較大的地區或不便進行水準測量的地區，采用此種方法獲得高程數據的進程較慢，甚至非常困難，這時常采用三角高程測量的方法來采集高程數據。

2 全站儀用于三維數據采集

用全站儀進行三維數據采集時觀測的數據是水平角、天頂距和斜距，這些數據既可以記錄在電子手簿中內業計算時傳入計算機，也可由專人手工記錄，在計算時手工輸入到計算機內。實際測量時還須量取儀器高、棱鏡高。精度要求比較高時，在內業計算中還須考慮地球曲率、大氣折光等的影響。

3 三維導線平差模型的建立

在測繪工程中，數據處理是獲得優良成果的關鍵一環。平差是根據一定的平差準則對數據進行處理，獲得觀測數據的最佳估值，在經典平差中所依據的準則是最小二乘原理。常用的平差方法是條件平差和間接平差，其模型如下。

4 基于全站儀三維觀測數據的程序設計

程序中采用ADO控件與數據庫連接，通過DataGrid控件輸入已知數據和觀測數據，計算完成后的導線點近似坐標也通過該控件以表格的形式顯示。

4.1 連接數據庫

連接數據庫時，設置ADO控件屬性值。

4.2 導線的搜索

在代碼中定義三個二維數組，其中knowdata（）用來在運算過程中存儲起始數據，ssarry（）用來在運算過程中存儲觀測數據，dxindex（）用來在導線搜索過程中存儲導線點名。以上三個二維數組的結構如下：

（1）把觀測數據讀入二維數組ssarry（）中，讀取第一行記錄并把測站點名和“右點”點名記錄到數組dxindex（）中，并將其序號設置為0，用來表示該條記錄已經被采用；

（2）讀取第i行記錄，若其測站點名與數組dxindex（）中記錄的最后一個點相同，則考察其“右點”點名，若“右點”點名與上一個被采用的記錄的測站點名不同則把該點記錄到數組dxindex（）中并將其序號設置為0，若“右點”點名與上一個被采用的記錄的測站點名相同則表示此時導線的搜索正按原路返回，此時考察第i條記錄的“左點”點名，若“左點”點名與上一個被采用的記錄的測站點名不同則把該點記錄到數組dxindex（）中并將第i條記錄的序號設置為0，若“左點”點名與上一個被采用的記錄的測站點名相同，則表示一條導線搜索完成，二維數組的行號加一，列號置零，準備下一導線的存儲。

（3）考察數組dxindex（）中記錄的最后一個點，若該點為已知點則表示一條導線搜索完成，二維數組的行號加一，列號置零，準備下一導線的存儲。

（4）搜索到最后一行記錄時，看是否所有的記錄都已經被采用，若是則結束搜索，若否則轉（2），繼續搜索。

4.3 導線的計算

依據上述搜索得到的點序進行導線的計算，并依據計算得到的導線點近似坐標繪制導線計算略圖。

5 算例分析

建立的基于全站儀三維觀測數據的三維導線平差數學模型，結合野外數據采集的實例，分別進行三維導線近似平差和平面導線、三角高程近似平差計算，算出近似坐標和高程并將其平差成果進行比較，具體過程如下。

上述計算成果表明水準測量得到的高程精度高于三角高程測量的精度，但在四等以下使用三角高程觀測成果進行計算已經能夠滿足相應等級的精度要求，所以可以用全站儀同步采集控制網的三維觀測數據整體平差計算。

通過實例計算分析，比較了三維導線的程序計算成果和平面導線控制與高程控制分別計算的成果。根據比較分析可知，三角高程的精度不如水準測量的精度，但是在四等及以下的高程控制中，三角高程的精度能夠滿足需求，從而初步說明，基于全站儀三維觀測數據平差的可行性、科學性與正確性。

6 結束語

文章通過對基于全站儀三維觀測數據平差的研究，推導出了三維導線網平差的條件平差模型和間接平差模型，并編制了相關的計算程序，用來實現控制點近似坐標的自動推算，依據近似坐標繪制控制網計算略圖。

作者簡介：張天紅（1981，9-），女，黑龍江省哈爾濱市（籍貫），現職稱：中級工程師，學歷：大學本科，研究方向：測繪。