在控制測量的布設及外業測量操作講完之後,今天我們來說一下導線測量的內業計算,因為篇幅原因,我們首先講解閉合導線計算。
導線測量內業計算主要是計算導線點的坐標。在計算之前,應全面檢查外業記錄有無遺漏或記錯、是否符合測量限差要求;然後繪製導線略圖,在圖上相應位置註明高級點及導線點點號、已知點坐標、已知邊坐標方位角及導線邊長和角度觀測值。計算在規定的表格中進行,角度值取至秒,長度和坐標值取至釐米。
閉合導線計算
下圖為某閉合導線略圖,圖中已知A點的坐標,A1邊的坐標方位角,觀測值為βA、β1、β2、β3、β4及DA1、A12、D23、D4A。按以下方法步驟在下面表格中計算導線1/2/3/4的坐標。
角度閉合差的計算和調整
按照平面幾何理論,n邊形內角和理論值應該為
Σβ理=(n-2)×180°
由於觀測角不可避免地含有誤差,致使實測的內角之和不等於理論值,而產生角度閉合差,也叫方位角閉合差,以fβ表示:
fβ=Σβ測—Σβ理
各級導線角度閉合差的容許值fβ允,應符合上節介紹倒數第二圖及下圖規定,本例取
如果fβ超過fβ允,則說明所測及角度不符合要求,應重新檢測角。若fβ不超過fβ允,可將閉合差反號平均分配到各觀測角中。改正值寫在表格中角度觀測值的上方,改正后角度值和應等於Σβ理,作為計算的檢核。
坐標方位角的推算
為了計算各導線點的坐標,需要先算出兩相鄰導線點之間的坐標增量,這就要用到邊長和表座方位角,邊長屬觀測值,而坐標方位角必須根據起始邊的坐標方位角及觀測的導線轉折角推算而得。
本例中導線以αA1為起始邊坐標方位角,各轉折角為右角,如下圖,按照公式
α前=α後+180°—β右
逐邊推算坐標方位角,最後應用βA按下式導出起始邊坐標方位角αA1作為計算正確性的檢核,即αA1=α4A+βA-180°。若推算值與原來已知坐標方位角值不相等,應重新檢查計算。
在推算過程中必須注意:如算出的α前>360°,則應該減去360°,如α前<360°,則應該加360°。
坐標增量的計算及其閉合差的調整
1)坐標增量的計算
如圖所示,設點1的坐標和邊12的坐標方位角均為已知,邊長D12也已觀測出,則點2的坐標為
坐標增量代數和理論值
坐標增量閉合差
式中,△x、△y稱為坐標增量,也就是直線兩端點的坐標值之差。上式子表明,欲求待定點2的坐標,必須先求出坐標增量。根據可以寫出坐標增量的計算公式:
本例按以上公式所算得的坐標增量,填入下表中5/6兩欄中。
2)坐標增量閉合差的計算和調整
從以上圖可以看出,閉合導線縱橫坐標增量代數和的理論值應等於零,即
實際上,由於邊長觀測值的誤差和角度閉合差調整後的殘餘誤差,往往使由邊長、方位角推算得的坐標增量也有誤差,這種縱橫坐標增量代數和的推算值與理論值的不符值,成為縱橫坐標增量閉合差,分別以fx、fy表示,即
對閉合導線而言,
從上圖中明顯可以看出,有坐標增量閉合差的存在,使導線在平面圖形上不能閉合,即起始點的實際點位於推算點位不重合,他們之間的距離稱為導線全長閉合差,以f表示
導線越長,邊數越多,導線測角量距過程中誤差的積累越多,因此,f的大小與導線全長ΣD有關。在衡量導線測量的精度的時,將f與ΣD相比,並用分子為1的分式表示,稱為倒下全長相對閉合差,以T表示,即
T的分母越大,精度越高。不同等級的導線全長相對閉合差的容許值T容已列在我們之前的表格當中,本例取T容=1/2000。
當導線全長相對閉合差在允許範圍以內的時候,可將坐標增量閉合差fx、fy按邊長成正比的原則反號分配給各邊的坐標增量。增量改正值按下式計算:
增量閉合差、全長閉合差及全長相對閉合差在表中的5/6欄及表的下方進行計算。各邊增量改正值按照公式計算好以後,寫在增量計算值上方,然後在第7/8欄中寫上改正之後的增量。閉合導線改正之後的縱橫指標量的代數和均應等於零,以資檢核。
導線點坐標計算
根據起點A的已知坐標及改正後的坐標增量,用下式依次推算出1、2、3、4各點的坐標,
算得的坐標值填入表格中的第9/10欄中。最後推算回到A點,應與原來的已知數值相同,作為推算正確性的檢核。
附合導線測量
附合導線的內業計算基本上和閉合導線相同,只是由於導線的形狀、起始點和起始邊方位角位置分布的不同,使得計算角度閉合差和坐標增量閉合差的公式略有不容。下圖為某附合導線略圖,圖中ABCD為已知點,123為代待定位置的導線點,已知數據及觀測值標註在圖上,計算在下表中進行。這裡僅介紹與閉合導線不同的計算方法。
角度閉合差的計算
附合導線不構成閉合多邊形,但是仍然存在角度閉合差,可以根據導線起始邊AB和最終邊CD的坐標方位角αAB、αCD以及導線轉折角進行計算。本例中,根據起始邊坐標方位角及轉折角右角,按照以下公式推算各邊坐標方位角,直至最終邊的坐標方位角:
上面的式子也可以寫成
如果導線的轉折角為左角,則附合導線左角之和的理論值為:
由於在轉折角觀測中不可避免地存在誤差,因此,產生方位角閉合差為:
符合導線的方位角閉合差也可以按從起始邊推算到終邊方位α′終與已知的方位角α終之差來計算,即為
坐標增量閉合差的計算
符合導線兩端點的坐標已知,所以也會產生坐標增量閉合差。如圖所示,附合導線各點坐標按下式推算:
以上兩個式子表明,若導線的邊長和角度觀測中沒有誤差,則導線各邊縱橫坐標增量的綜合理論上應等於重點與起點的坐標差,即:
推廣到一般形式,可得到附合導線坐標增量綜合的理論值表達式
附合導線坐標增量閉合差按下式進行計算
附合導線全長閉合差、全長相對閉合差的計算、調整方法及導線點坐標計算同閉合導線。
全站儀導線測量
目前,全站儀已經廣泛應用於導線測量中。仍舊以圖1附合導線為例,首先將全站儀安置在B點位置,在待定點1處安置稜鏡。利用全站儀三維坐標測量功能,輸入B點坐標及儀器高和稜鏡高后,後視已知點A並輸出A點坐標,然後瞄準導線點1處稜鏡進行觀測,即可顯示點1的坐標和高程。
為減弱儀器對中誤差和目標偏心誤差對測角和測距的影響,全站儀導線測量中常採用三聯腳架法。該方法通常使用三個相同型號的基座和腳架,改基座既可安置全站儀又可安置帶有覘牌的反射稜鏡。如下圖所示,兼顧全站儀安置在測站點B的基座中,帶有覘牌的反射稜鏡分別安置在已知點A和導線點1的基座中進行導線測量。本測站觀測完成後,點B和點1處的腳架和基座保持不動,取下全站儀和帶有覘牌的反射稜鏡,在點1安置全站儀,B點安置帶有覘牌的反射稜鏡,並將點A處的腳架整體遷至下一點。重複上述過程,直至觀測完成整條導線。該種方法由於減少了對中誤差和瞄準誤差,從而提高了坐標傳遞精度。