论文总字数：15063字

摘 要

利用全站仪进行野外测量作业时，我们经常会遇到两个控制点不通视或者地形不方便，甚至由于种种自然或者人为因素的影响，导致原有控制点受到不同程度的破坏而无法正常使用，这给施工和后续的测量工作带来了很大的困难。为了不影响工作的进度，本文提出了使用全站仪自由设站的方法，快速计算出第三个点的坐标来完成测量工作。

论文采用试验的方法来验证全站仪自由设站的可行性，将自由设站的试验数据与导线测量数据、GPS静态数据进行对比，研究其精度并讨论其实用性。比较几种方法的优缺点，并对全站仪自由设站的实际应用提出建议。

关键字：全站仪 自由设站 应用 精度

The application research of free station method for total station

Abstract

When the field station instruments measuring operation, we often encounter the two control points can not be viewed or terrain inconvenient, or even due to a variety of natural or man-made factors, leading to the original control points are subject to different degrees of damage that does not work this has brought great difficulties to the construction and subsequent measurements. In order not to affect the progress of the work, we propose using Total Station method, quickly calculate the coordinates of the third point to complete survey work.

Thesis using the method to test the feasibility of Total Station, the test data and the free stationing traverse data, GPS static data were compared to study the accuracy and discuss their usefulness. Comparative advantages and disadvantages of several methods, and suggestions Free Station of Total Station practical application.

Key word:Total station ;Free Station ;Application ;Accuracy

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1选题的目的和意义 1

1.2研究现状和动态 1

1.3研究内容 3

1.4解决的问题 3

1.5研究的方法和步骤 3

第二章 理论基础 5

2.1全站仪简介 5

2.2后方交会 5

2.2.1测角交会 5

2.2.2测边交会 7

2.2.3自由设站 8

2.3全站仪自由设站程序 12

第三章 试验论证 15

3.1试验方案 15

3.1.1试验概况 15

3.1.2试验器材 15

3.1.3试验场地选址 15

3.1.4试验步骤 15

3.2试验数据处理 21

3.2.1导线数据处理 21

3.2.2数据对比 22

3.3实验分析 23

3.3.1误差来源分析 23

3.3.2试验角度分析 23

3.3.3导线测量点位中误差与点位相对位移分析 24

3.3.4自由设站在工程建设领域的应用分析 24

3.3.5 三种测量方法优缺点分析 25

第四章 结论与展望 26

4.1研究成果 26

4.1.1总结 26

4.1.2结论 26

4.2存在的问题 26

4.3需进一步研究的问题 26

参考文献 28

致 谢 29

附 录 观测记录表 30

1. 导线测量观测记录表 30

2.全站仪自由设站观测记录表 30

第一章 绪论

1.1选题的目的和意义

随着现代科技的发展，同时也促进了测绘科技的发展，测绘手段和测绘结果的表现形式及测绘成果的应用等方面都发生了质的变化。现代全站仪以其精确、高效、灵活的特点，在各种测量工作中得到了普及和运用。但是，按照全站仪传统方法进行外业操作时，必须先根据两个已知坐标点进行定向，然后才能开展下一步工作，然而在野外操作时，我们经常会遇到两个控制点不通视或者地形不方便，甚至由于种种自然或者人为因素的影响，导致原有控制点受到不同程度的破坏而无法正常使用，这给施工和后续的测量工作带来了很大的困难。为了不影响工作的进度，本文提出了使用全站仪自由设站的方法，快速计算出第三个点的坐标来完成测量工作。传统的后方交会方法是指在未知点设站，向三个已知点观测得到两个水平夹角和边长，根据所得角度、边长和三个已知点坐标来计算未知点的坐标。但传统的后方交法有一个前提限制，即待定点不能位于由已知三点所决定的外接圆圆周上，否则无法确定待定点的唯一性，而且越靠近该危险圆，待定点的可靠性越低。自由设站法是指在待定控制点设站或者临时设站，向多个已知控制点观测方向和距离，根据所得方向和距离观测值建立方向误差方程和边长误差方程，应用最小二乘原理，按间接平差方法来计算待定点坐标的一种控制测量方法。

本文通过实验来验证全站仪自由设站方法的可行性，并对其在工程上的实际应用提出相应建议，以期实现节省测绘外业成本，节省工作时间，提高工作效率。

1.2研究现状和动态

随着科学技术的发展，测绘手段日益多样化、现代化、高科技化，全站仪作为一种集测边、测角于一体的新型测绘仪器，正在全面普及。但在实际施工过程中，往往由于种种原因，导致原有控制点无法直接使用，需加密控制点。传统做法是用交会法和无定向导线来加密控制点，但这种方法作业精度不高，效率也较低。自由设站作为TPS（Total-station Posting System）下的一种测量方法应运而生，其实质是边角后方交会。

潘正风等从理论上解释了自由设站方法，即在待定控制点上设站，向多个已知控制点观测方向和距离，并按间接平差的方法计算待定点坐标的一种控制测量方法。间接平差以待定点的坐标平差值作为未知参数，根据方向观测值和边长观测值建立方向误差方程和边长误差方程，然后按最小二乘原理计算待定点坐标的平差值。崔有祯等采用了严密误差分析方法，分析了边角后方交会的几何图形，得出了最优图形，并根据得出的点位误差等值线圈定边角后方交会图形的“危险区域”。同时根据工程现场实际情况提出了优化图形的方法。刘红英等以具体实例验证了运用自由设站进行点位测定实例的可行性,通过分析指出全站仪自由设站法不论其工作效率还是精度方面都是可取的,较一般的施工放样、点位测定自由设站具有较高的实用价值。郭宗河从理论上进一步分析了边角后方交会的多值性问题、危险域问题。邱章云分析了全站仪自由设站的精度,对全站仪自由设站精度分析提供了相应理论依据。骆旭佳等对全站仪自由设站的原理和方法进行了分析，指出了该方法不收传统后方交会危险圆的限制。朱洪涛等通过采用全站仪对轨道测量中边角平差法和程序补偿法的研究和实验,证明这两种方法对设站精度都有一定的提高。并对如何提高自由设站法的精度提供了指导性意见。李锋介绍了全站仪的自由设站施测方法,并探讨了该方法的测量精度。分析了自由设站点位与精度的关系,并与直接测定方法进行了比较。杨守菊等介绍了自由设站的观测方法,推导出相应的计算公式,讨论观测值函数的精度,最后指出了该方法的特点和应用。孙永毅等讨论了自由设站在实际工程中的应用，并解决了传统作业模式先控制、后细部而带来的诸多不便,可以控制、细部同时进行,有时还可以先测细部后做控制,使测量的作业方法更加灵活。

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