三坐标测量课程论文

地形测量技术基本介绍

地形测量（topographic survey）指的是测绘地形图的作业。即对地球表面的地物、地形在水平面上的投影位置和高程进行测定，并按一定比例缩小，用符号和注记绘制成地形图的工作。地形图的测绘基本上采用航空摄影测量方法，利用航空像片主要在室内测图。但面积较小的或者工程建设需要的地形图，采用平板仪测量方法，在野外进行测图。

1.主要类型

地形测量包括控制测量和碎部测量。

控制测量

①控制测量是测定一定数量的平面和高程控制点，为地形测图的依据。平板仪测图的控制测量通常分首级控制测量和图根控制测量。首级控制以大地控制点为基础，用三角测量或导线测量方法在整个测区内测定一些精度较高、分布均匀的控制点。图根控制测量是在首级控制下，用小三角测量、交会定点方法等加密满足测图需要的控制点。图根控制点的高程通常用三角高程测量或水准测量方法测定。

碎部测量

②碎部测量是测绘地物地形的作业。地物特征点、地形特征点统称为碎部点。碎部点的平面位置常用极坐标法测定，碎部点的高程通常用视距测量法测定。按所用仪器不同，有平板仪测图法、经纬仪和小平板仪联合测图法、经纬仪（配合轻便展点工具）测图法等。它们的作业过程基本相同。测图前将绘图纸或聚酯薄膜固定在测图板上，在图纸上绘出坐标格网，展绘出图廓点和所有控制点，经检核确认点位正确后进行测图。测图时，用测图板上已展绘的控制点或临时测定的点作为测站，在测站上安置整平平板仪并定向，通过测站点的直尺边即为指向碎部点的方向线，再用视距测量方法测定测站至碎部点的水平距离和高程，按测图比例尺沿直尺边沿自测站截取相应长，即碎部点在图上的平面位置，并在点旁注记高程。这样逐站边测边绘，即可测绘出地形图。

2.测量方法

按所用仪器的不同，碎部测量主要有平板仪测图法、小平板仪和经纬仪联合测图法、经纬仪测绘法等。

a）平板仪测图法

平板仪由平板和照准仪组成。平板又由测图板、基座和三脚架组成；照准仪由望远镜、竖直度盘、支柱和直尺构成。其作用同经纬仪的照准部相似,所不同的是沿直尺边在测图板上画方向线,以代替经纬仪的水平度盘读数。平板仪还有对中用的对点器，用以整平的水准器和定向用的长盒罗盘等附件。测图时，应用测图板上已展绘出的相应于地面控制点A、B的ɑ、b（图2）,在B点安置平板仪,以b为极点，按BA方向将平板仪定向,然后用望远镜照准碎部点C,通过b点的直尺边即为指向C点的方向线。再用视距测量的方法测定B点到C点的水平距离和C点的高程,按测图比例尺沿直尺边自b点截取相应长度，即得C点在图上的平面位置c，并在点旁记其高程,随后逐点逐站边测边绘，即可测绘出地形图。 经纬仪测绘法

将经纬仪安置在控制点上，选一已知方向作为零方向，测定零方向至碎部点方向之间的水平角，同时用视距测量的方法测定水平距离和高程。在经纬仪旁安

置测图板，用量角器和比例尺按极坐标法在测图板上定出碎部点的位置并注记高程。在现场边测边绘。如将观测数据带回室内绘图则称为经纬仪测记法。

在碎部测量过程中，控制点的密度一般不能完全满足施测碎部的需要，因此还要增设一定数量的测站点以施测碎部。

b）小平板仪与经纬仪联合测图法

小平板仪与平板仪不同之处，主要在于照准设备。小平板仪的照准器由直尺和前、后觇板构成，直尺上附有水准器。测图时，将小平板仪安置在控制点上以确定控制点至碎部点的方向。在旁边安置经纬仪，用视距测量的方法测定至碎部点的水平距离和碎部点的高程,定出碎部点在图上的位置,并注记高程，边测边绘。若在平坦地区，可用水准仪代替经纬仪，碎部点的高程用水准测量的方法测定。

以上所陈述的为地行测量的基本方基本概念与方法，主要是将测量技术方面的基本知识运用到地形测量，是测量技术较为实际的运用。地形测量技术可以解决生中常见的地形测量问题，如大楼高度、垂直度等的测量。对于地下的测量如何实现，如对于海底地貌的测量，本文查阅了相关资料，总结如下。

水下地形测量，就是利用测量仪器来确定水底点三维坐标的过程。它一般包括海洋地形测量、河流水下地形测量和各种湖泊的水下地形测量。在我国，江河湖海众多，随着国民经济的发展，水下地形测量日益显露出其重要性。尤其在现代施工设计和规划中，更迫切需要解决水下地形测量的精确性和时势性问题。研究水下测深方法并利用先进技术测深可提高水下地形测量精度和作业效率，解决当前水下测量中面临的许多问题。

1.传统水下地形测量方法

传统水下地形测量作业过程是:在已知点上设置测距测角仪器，测定目标船之方位及测站至船的水平距离，确定船的平面位置，再利用静水面高程及目标船处的水深求取水下点的高程。

常见的测深仪器有测深杆、测深绳或测深仪,常见的测距测角仪有全站仪、平板仪、激光测距仪、经纬仪、无线电定位仪。

传统的水下测量方法有如下几种：

1.1 交会定位法，平板仪或光学经纬仪配合测深仪

交会定位法可利用经纬仪进行前方交会，即利用已知方位角作为后视方向，此时各测点的读数，即为相应的方位角值。但由于地球曲率、通视及测站条件的限制难以满足需要，导致精度低，并且同时要进行水位测量。

1.2 地面无线电定位技术配合测深仪

无线电定位技术是利用船上无线电接收台与陆地上两个以上的无线电发射台之间的联系来确定船舶的位置。这种方法精度高，速度快，可以用来定点，也可以导航。该方法成本比较高，在规划设计和工程施工测量中实用性较差。该方法的采用也需要同时进行水位测量和水深测量。

2.现代水下地形测量方法

现代水下地形测量是利用自动化仪器设备同步采集坐标点和水深，实现坐标点和水深数据的自动存储，它是一种全自动化水下地形数据采集技术，它具有自动化程度高、测量精确等特点。主要方法有：

2.1 测量机器人+数字测深仪

测量机器人是采用极坐标法实现坐标点自动化测量和存储，测深仪实现水深

的自动化采集和存储，通过解决测量机器人与测深仪的同步数据获取问题，实现水下地形测量自动化。在长距离水下地形测量中，由于该方法受通视条件等限制，没能广泛应用

2.2 RTD GPS或RTK GPS +数字测深仪

伪距差分RTD( Real-Time Dist)测量技术是以测码伪距观测量为根据的实时差分GPS测量技术。它通过两台接收机同时测量来自相同GPS卫星的导航定位信号，基准接收机所测得的三维位置与该点已知值进行比较，可以获得GPS定位数据的改正值，据此来改正动态接收机所测得的实时位置。载波相位差分技术又称为RTK(Real - time kinematic)技术，是一种能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，能实时提供观测点的三维坐标。通过软件支持，该水下地形测量方法可以实现定位和测深的实时显示，并能自动存储、导航，是目前水下地形测量方法的首选。由于该测量方法配备设备比较多，加上需人员实地操作计算机，为保证人员和设备安全，一般都需配备载重较大的船，对于小面积水域和陡岸坎下的水下地形，有种鞭长莫及之感。

2.3 RTK GPS +多波束数字测深仪

多波束数字测深及前视声纳系统是20世纪70年代开始发展起来的一种新的测量手段。它通过发射一束波束，接收多个窄的波束来形成多波束测深信号，从而获知水下地形的信息。它具有测深点多、测量迅速快捷、全覆盖等优点。多波束系统与双频接收机结合可提高坐标定位和水下测深的效率和精度。多波束测深系统具有实时监测功能，可以现场监视水下地物地貌的细微变化，因而在堤防安全、溃口、崩岸监测及水下物体打捞等方面具有重要作用，尤其在海洋测量和大面积水域测量中，该方法具有无可比拟的优势。

随着基础设施建设的进一步加快，快速获取高精度的水下地形数据对于工程规划设计、施工进度控制和堤防除险加固都有着重要意义。采用先进的水下地形测量方法，可大大提高水下地形测量的工作效率和精度。随着该测量技术在水利、航运、环保、资源调查等领域的进一步推广，必将带来水下地形测量的新革命。

参考文献:

【1】地形控制测量

【2】城市地形测量

【3】数字化地形测量

【4】城市测量

【5】大陆架地形测量

【6】地形测量探讨

【7】水下地形测量技术发展述评

【8】水下地形测量方法介绍及展望

【9】水下地形测量技术探讨

【10】21世界地形测量

由于参考文献较多，这里不再列举参考文献的作者名字，仅列举参考文献标题。本文搜集的资料为参考文献中共有的，这里不再文中注明标号。