双系统对向观测复合水准仪的导线式测量方法与流程

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种可保证测量精度、避免无效测量、提高作业效率、专用于双系统对向观测复合水准仪的导线式测量方法。

背景技术：

传统的水准测量装置是由一个水准仪和两个水准标尺组成。测量时先将两个水准标尺分别置于地面上的a、b两点，再将水准仪设置在a、b两点的中间位置，利用整平后水准仪望远镜的水平视线分别照准读取两个水准标尺的标高数值，所测标高数值之差即为地面a、b两点的水准高差，若已知其中一点的高程，即可由高差推算出另一点的高程。传统水准测量装置存在的主要不足是：（1）测量工作效率及可靠性低。在复杂的地形环境中实现水准仪和水准标尺三点之间位置的合理配置，往往耗费测量人员大量的精力和时间，影响测量效率；（2）测量受到地形环境限制。当遇到陡坡、坑洼、水塘、沟渠、沟壑、江河、山区等复杂地形环境时，往往不能将水准仪架设在两个水准标尺的中间位置，导致水准测量无法实施。为了克服上述不足，专利申请号为201220611636.6的中国专利，公开了一种“对偶式观测用尺仪合一复合水准仪”（以下简称复合水准仪），其结构是在柱形尺体的同一柱面上固定有与柱形尺体轴线平行的水准标尺及观测单元（即传统的水准仪），所述观测单元视准轴与柱形尺体轴线垂直。其测量方法有如下步骤：安置仪器、同步整平、相互照准、对向观测及双向检核等。可真正实现点对点的直接水准测量，无需费时费力地考虑水准仪和水准标尺位置距离的合理配置，提高了水准测量的工作效率及可靠性，水准测量的选点、布点不受地形环境限制，可以方便地在陡坡、坑洼、水塘、沟渠、沟壑、江河、山区等复杂地形环境下实施水准测量。

中国发明专利申请号为201310049994.1公开了一种“适用于复合水准仪的水准测量方法”，具体公开了测定复合水准仪i角（仪器参数之一）及彻底消除i角影响的方法。中国发明专利申请号为201410585033.7公开了一种“复合水准仪本方高度测定方法”，具体公开了如何精确测定观测单元（即水准仪）自身的高度（仪器参数之一）及与i角联合测定的方法，解决了仪器参数的精密确定问题。然而，上述专利所涉及的高差测量方法仍然沿用了传统水准测量的两点传递推进的导线式测量模式。采用复合水准仪进行的传统两点传递推进的导线式测量模式是按照下列步骤完成的：仪器参数信息测定：测定复合水准仪的高度、i角等性能参数；确定测段的起始测点及终止测点；安置仪器建立测站：在测段的起始测点及终止测点之间会设置大量的测点，称为过渡测点（也称为过渡水准点），从第一个测站开始，将两个复合水准仪分别安置在测站的后测点及前测点上，如图1、图2所示，对测站k而言，测点称为后测点及测点称为前测点，后测点与前测点之间的距离为测站距离，最初建立该测站时的测站距离称为初始测站距离，用表示。初始测站距离确定的原则是：不大于国家规范设定的距离限差（对四等测量，测站距离限差为150m）；保证复合水准仪a与复合水准仪b处于仪器的高差观测范围内（目前复合水准仪的高差观测范围为1.5m）。同步观测之后计算两个复合水准仪所测得有效高差值的平均值为本站高差。然后将本测站k后测点上的复合水准仪移至下一测站的前测点（上一站的前测点则转为下一测站的后测点），继续测量测站k+1的高差，依此类推，直至最后一个测站n及最后一个测点（即终止测点），计算各测站高差之和为本次正向测段高差（称为往测高差）；然后再从最后一个测点（即原终止测点）起按同样方法反向进行高差测量，直至返回原起始测点，再计算各测站高差之和为本次反向测段高差（称为返测高差）。即传统两点传递推进的导线式测量模式必须沿导线往返一个来回进行水准测量，以形成往返测，进行往返闭合高差检核。该测量模式所存在的最大的问题是：（1）当导线较长时，经常难以在有限的时间段内（例如一天以内）完成往返测、构成往返闭合，导致已有测量结果作废；（2）在完成导线往返闭合之前，无法判断成果是否合格，而一旦往返闭合之后高差检核判断为不合格，则已经完成的全部测量成果作废，限制了水准测量整体效率的提高。

为了解决传统两点传递推进的导线式测量模式所存在的上述问题，中国专利号为201410044122.0的发明专利公开了一种“用于复合水准仪的三点闭合布设测量法”，具体公开了一种可随时实现区域空间闭合检核、保证测量精度、提高整体水准测量可靠性及效率的用于复合水准仪的三点闭合布设测量法。是将传统的两点导线式的水准测量推广至三点闭合的面式水准测量，即水准测量点是按照每相邻三个测量点的连线构成一个三角形且每相邻三角形有一个或两个公共水准测量点的方式设置，然后用三个复合水准仪依次对每三个相邻水准测量点进行两两高差测量并以所构成的空间闭合区域（三角形）进行区域空间闭合高差检核，得到符合闭合限差要求的高差测量结果，最后得到目标水准点的高程。由于在测量线路中形成多个连续的空间闭合区域，可充分满足有限时间段内水准测量导线构成自身闭合的要求，并且在保证测量精度下可以随测随停，避免了不能在有限时间段内构成自身闭合而使测量成果无效的现象发生，有效提高了总体测量的工作效率。然而，使用三点闭合布设测量法仍存在如下问题：（1）需要增加仪器和人员数量，且工作量巨大，即人力物力成本高；（2）对地形条件要求高。换言之，除非有特别需求或区域性追求更高的精度和可靠性，否则，从经济效益、工程需求及用户实用的角度出发，三点闭合布设测量法不是复合水准仪首选的测量方法。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有技术存在的上述技术问题，提供一种可保证测量精度、避免无效测量、提高作业效率、专用于双系统对向观测复合水准仪的导线式测量方法。

本发明的技术解决方案是：一种双系统对向观测复合水准仪的导线式测量方法，其特征在于按照如下步骤进行：

步骤1：仪器参数信息测定；

步骤2：确定测段的起始测点及终止测点，并将复合水准仪a置于起始测点；

步骤3：安置仪器建立测站；

步骤4：设定首次观测次数；

步骤5：复合水准仪a和复合水准仪b分别按设定次数观测读数，并分别计算读数误差；

步骤6：判断读数误差是否超限；

不超限进行步骤7；超限，则增加观测次数，判断观测次数是否超过阈值m；如不超过m，返回步骤5，如超过m，移动前测点位置缩小测站距离，再判断测站距离是否小于阈值,小于，则结束测量，否则，返回步骤3；

步骤7：计算复合水准仪a读数均值作为a仪测站高差；计算复合水准仪b读数均值作为b仪测站高差；计算两仪测站高差互差；

步骤8：判断是否超出限差;

不超出，进行步骤9；

超出，则增加观测次数，再判断观测次数是否超过阈值m，如不超过m，返回步骤5，如超过m，移动前测点位置缩小测站距离，再判断测站距离是否小于阈值,小于，则结束测量，否则，返回步骤3；

步骤9：计算两仪测站高差的均值作为本测站的高差；

步骤10：计算复合水准仪a的累计测站高差；计算复合水准仪b的累计测站高差；

步骤11：计算两仪的累计测站高差之差；

步骤12：判断是否超出限差；

超出，移动前测点位置缩小测站距离，再判断测站距离是否小于阈值,小于，则结束测量，否则，返回步骤3；

不超出，进行步骤13；

步骤13：计算各测站高差之和；

步骤14：判断复合水准仪a是否设置在终止测点，否，则移动后测点上的复合水准仪，返回步骤3；是，结束测量。

本发明是针对双系统对向观测复合水准仪所提出的一体化三级误差控制环检核的智能化导线式测量方法，具体采用测站单仪检核、测站双仪互检及多测站双仪累计互检，并通过调整观测次数、调整测站距离等实时动态控制测量误差，保证测站及测段的高差测量随时随地满足其预设的精度要求，避免了传统水准测量装置经常出现的无效测量，提高了复合水准仪的作业效率和经济效益。

附图说明

图1是本发明实施例的测段测站布置示意图。

图2是本发明实施例的复合水准仪a、b测点安置示意图。

图3是本发明实施例的流程图。

具体实施方式

本发明的双系统对向观测复合水准仪的导线式测量方法如图1、2、3所示，按照如下步骤进行：

步骤1：仪器参数信息测定：即按照现有技术的方法测定复合水准仪a、复合水准仪b的性能参数，如复合水准仪高度、i角等参数，应满足复合水准仪的设计要求；

步骤2：确定测段的起始测点及终止测点，并将复合水准仪a置于起始测点；如图1所示。

步骤3：安置仪器建立测站：即将两个复合水准仪a、复合水准仪b分别安置在相邻测点进行同步观测即构成一个测站。对建立第一个测站而言，由于在步骤2中已将复合水准仪a置于起始测点，则仅需将复合水准仪b安置在相邻测点即可。对建立第k个测站而言，如图2所示。安置仪器后进行同步整平、相互照准对方标尺；

步骤4：设定首次观测次数为5次；

步骤5：复合水准仪a按设定次数观测读数（观测读数是指：复合水准仪观测单元的照准读数，按现有技术经过i角、仪高等仪器参数信息改正后的数值），计算观测读数极差ra（最大观测读数-最小观测读数）；复合水准仪b按设定次数观测读数，计算读数极差rb；也可分别计算观测读数的标准差及，观测读数的标准差及可依现有技术的公式计算；

步骤6：判断读数误差是否超限；

判断观测读数极差和是否超限，即判断、，本实施例取，可按国家水准测量等级要求导出或经过大量实践统计得出。亦可采用标准差进行判断，即判断，本实施例取，可按国家水准测量等级要求直接给出或经过大量实践统计得出。

不超限进行步骤7；

超限，则增加观测次数（可逐次增加，亦可按照一定步长增加），判断观测次数是否超过阈值m（本实施例取30次）；如不超过m，返回步骤5，如超过m，则移动前测点位置缩小测站距离，再判断测站距离是否小于阈值，所述阈值可根据国家水准测量等级的距离要求按某种比例直接给出或经过大量实践统计得出，本实施例中取，对应四等水准测量，m，；若小于，则说明测量条件差（一般是风大造成的），而过分缩小观测距离会导致测量效率低下，应直接结束测量；否则，返回步骤3；

说明：上述步骤1~步骤6构成一级误差控制环。

步骤7：计算复合水准仪a读数均值作为测站a仪高差；计算复合水准仪b读数均值作为测站b仪高差；计算两仪测站高差互差；

步骤8：判断是否超出限差;限差可按国家水准测量等级要求直接给出或经过大量实践统计得出，本实施例取，

不超出，进行步骤9；

超出，则如步骤6增加观测次数，再判断观测次数是否超过阈值m，如不超过m，返回步骤5，如超过m，移动前测点位置缩小测站距离，再判断测站距离是否小于阈值，小于，则结束测量，否则，返回步骤3；

步骤9：计算本测站高差：即计算两仪测站高差和的均值，，即本测站k的高差结果；

说明：上述步骤7~步骤9构成二级误差控制环。

步骤10：计算复合水准仪a的测站累计高差；计算复合水准仪b的测站累计高差，即分别记算复合水准仪a、复合水准仪b从第一测站开始至所在测站k的累计高差：

步骤11：计算两仪的测站累计高差之差；

步骤12：判断是否超出限差：限差可按国家水准测量等级要求直接给出或经过大量实践统计得出，本实施例取（l为累计的测站距离，即）；

超出，则移动前测点位置缩小测站距离，再判断测站距离是否小于阈值，小于，则结束测量，否则，返回步骤3；

不超出，进行步骤13；

步骤13：计算各测站高差之和；

步骤14：判断复合水准仪a是否设置在终止测点，否，即复合水准仪a还未到达终止测点，则移动本测站k的后测点上的复合水准仪，返回步骤3（安置所移动的复合水准仪至下一测站的前侧点，建立新的测站）；是，结束测量。

建立测段测站时，以复合水准仪a（或复合水准仪b）从第一测点（即起始测点）至最后一个测点（即终止测点），可以保证测点（包含起始测点及终止测点）的总数n+1为奇数、测站的总数n为偶数，进一步保证高差测量的精准度。

说明：上述步骤10~步骤13构成三级误差控制环。

由实施例可知，实施本发明只有以下两种情况：（1）如能测量，就会测出合格的成果；（2）如因测量条件差不能测量，则直接放弃本次测量。可有效避免传统导线模式测量时所出现的无效测量，有效提高水准测量的工作效率。