全站仪三维导线平差模型探讨

张天红　黄金鑫

摘 要：文章在全站仪三角高程测量可以用来代替水准测量的前提下，研究三维导线的平差模型及数据处理软件。

关键词：全站仪；高程测量；三维导线；平差模型；程序设计

1 全站仪用于三角高程测量

用水准测量的方法测定点与点之间的高差，即可由已知高程点求得另一点的高程。应用这种方法获得的高程精度较高，普遍用于建立国家高程控制点及测定高级地形控制点的高程。但是在地形起伏较大的地区或不便进行水准测量的地区，采用此种方法获得高程数据的进程较慢，甚至非常困难，这时常采用三角高程测量的方法来采集高程数据。

2 全站仪用于三维数据采集

用全站仪进行三维数据采集时观测的数据是水平角、天顶距和斜距，这些数据既可以记录在电子手簿中内业计算时传入计算机，也可由专人手工记录，在计算时手工输入到计算机内。实际测量时还须量取仪器高、棱镜高。精度要求比较高时，在内业计算中还须考虑地球曲率、大气折光等的影响。

3 三维导线平差模型的建立

在测绘工程中，数据处理是获得优良成果的关键一环。平差是根据一定的平差准则对数据进行处理，获得观测数据的最佳估值，在经典平差中所依据的准则是最小二乘原理。常用的平差方法是条件平差和间接平差，其模型如下。

4 基于全站仪三维观测数据的程序设计

程序中采用ADO控件与数据库连接，通过DataGrid控件输入已知数据和观测数据，计算完成后的导线点近似坐标也通过该控件以表格的形式显示。

4.1 连接数据库

连接数据库时，设置ADO控件属性值。

4.2 导线的搜索

在代码中定义三个二维数组，其中knowdata（）用来在运算过程中存储起始数据，ssarry（）用来在运算过程中存储观测数据，dxindex（）用来在导线搜索过程中存储导线点名。以上三个二维数组的结构如下：

（1）把观测数据读入二维数组ssarry（）中，读取第一行记录并把测站点名和“右点”点名记录到数组dxindex（）中，并将其序号设置为0，用来表示该条记录已经被采用；

（2）读取第i行记录，若其测站点名与数组dxindex（）中记录的最后一个点相同，则考察其“右点”点名，若“右点”点名与上一个被采用的记录的测站点名不同则把该点记录到数组dxindex（）中并将其序号设置为0，若“右点”点名与上一个被采用的记录的测站点名相同则表示此时导线的搜索正按原路返回，此时考察第i条记录的“左点”点名，若“左点”点名与上一个被采用的记录的测站点名不同则把该点记录到数组dxindex（）中并将第i条记录的序号设置为0，若“左点”点名与上一个被采用的记录的测站点名相同，则表示一条导线搜索完成，二维数组的行号加一，列号置零，准备下一导线的存储。

（3）考察数组dxindex（）中记录的最后一个点，若该点为已知点则表示一条导线搜索完成，二维数组的行号加一，列号置零，准备下一导线的存储。

（4）搜索到最后一行记录时，看是否所有的记录都已经被采用，若是则结束搜索，若否则转（2），继续搜索。

4.3 导线的计算

依据上述搜索得到的点序进行导线的计算，并依据计算得到的导线点近似坐标绘制导线计算略图。

5 算例分析

建立的基于全站仪三维观测数據的三维导线平差数学模型，结合野外数据采集的实例，分别进行三维导线近似平差和平面导线、三角高程近似平差计算，算出近似坐标和高程并将其平差成果进行比较，具体过程如下。

上述计算成果表明水准测量得到的高程精度高于三角高程测量的精度，但在四等以下使用三角高程观测成果进行计算已经能够满足相应等级的精度要求，所以可以用全站仪同步采集控制网的三维观测数据整体平差计算。

通过实例计算分析，比较了三维导线的程序计算成果和平面导线控制与高程控制分别计算的成果。根据比较分析可知，三角高程的精度不如水准测量的精度，但是在四等及以下的高程控制中，三角高程的精度能够满足需求，从而初步说明，基于全站仪三维观测数据平差的可行性、科学性与正确性。

6 结束语

文章通过对基于全站仪三维观测数据平差的研究，推导出了三维导线网平差的条件平差模型和间接平差模型，并编制了相关的计算程序，用来实现控制点近似坐标的自动推算，依据近似坐标绘制控制网计算略图。

作者简介：张天红（1981，9-），女，黑龙江省哈尔滨市（籍贯），现职称：中级工程师，学历：大学本科，研究方向：测绘。