三边测量
外观
三边测量(Trilateration)是一种通过测量三角形的三个边长来确定点位坐标的测量方法。它与三角测量(测量角度)和导线测量(测量角度和边长)共同构成了地面控制测量的基本方法。
随着电磁波测距技术的发展,高精度测距仪(如全站仪)的出现使得距离测量的精度和效率大大提高,三边测量因此得到了广泛应用,特别是在地形平坦、通视条件较差的地区。
基本原理
三边测量的基本原理是利用三角形的几何性质:当一个三角形的三条边长确定后,其形状和大小也唯一确定。在实际测量中,通常在一个区域内布设一系列相互连接的三角形,构成一个三边测量网。
假设有两个已知坐标的控制点A和B,以及一个待定点P。通过测量距离AP和BP,可以确定P点的位置。以A点为圆心,AP为半径画圆;以B点为圆心,BP为半径画圆。两个圆的交点即为P点的位置。在实际三维空间中,这是一个以A、B为球心,AP、BP为半径的球面交会问题。通常会有两个解,需要根据点的概略位置来确定正确的解。
作业流程
1. 外业观测
- 选点与布网:根据测区地形、控制点分布和精度要求,设计三边测量网的图形结构。网形应尽量避免过于细长的三角形,以保证交会精度。
- 边长测量:使用全站仪或其他高精度测距设备,精确测量网中所有三角形的边长。为消除误差,通常需要进行多次观测,并进行必要的物理改正(如气象改正、仪器加常数改正等)。
2. 内业计算
- 数据预处理:对观测的边长数据进行各项改正,得到归算到参考椭球面上的边长。
- 坐标计算:
* 对于单个三角形,若已知一边(如AB)上两点的坐标,可以通过余弦定理计算出角度,再推算方位角,最后通过坐标正算公式计算待定点P的坐标。 * 对于整个三边网,通常采用最小二乘法进行平差计算。将所有观测边长作为观测值,建立观测方程,解求出所有待定点的最或然坐标,并评定其精度。
精度与应用
三边测量的精度主要取决于边长测量的精度。现代高精度全站仪的测距精度可以达到毫米级,因此三边测量能够建立高精度的控制网。
与三角测量相比,三边测量有以下特点:
- 优点:
* 外业工作相对简单,无需精确测量角度,劳动强度较低。 * 受大气水平折光影响小,精度较高且均匀。 * 选点灵活,对通视要求不如三角测量严格。
- 缺点:
* 网形强度不如三角测量网,误差积累可能较快。 * 内业计算相对复杂,尤其是严密平差计算。
在实际应用中,为了同时发挥测角和测边的优势,经常采用边角同测的方法,即同时测量三角形的边长和角度,建立测边测角网(Triangulateration),这是目前建立高精度控制网最主要的方式。