范文一:GPS测量误差来源
GPS 组成及GPS 测量误差来源
GPS 的组成
GPS 的整个系统由空间部分、地面控制部分和用户部分所组成。
空间部分
GPS 的空间部分是由24颗GPS 工作卫星所组成,这些GPS 工作卫星共同组成了GPS 卫星星座,其中21颗为可用于导航的卫星,3颗为活动的备用卫星。这24颗卫星分布在6个倾角为55°的轨道上绕地球运行。卫星的运行周期约为12恒星时。每颗GPS 工作卫星都发出用于导航定位的信号。GPS 用户正是利用这些信号来进行工作的。
控制部分
GPS 的控制部分由分布在全球的由若干个跟踪站所组成的监控系统所构成,根据其作用的不同,这些跟踪站又被分为主控站、监控站和注入站。主控站有一个,位于美国克罗拉多(Colorado )的法尔孔(Falcon )空军基地,它的作用是根据各监控站对GPS 的观测数据,计算出卫星的星历和卫星钟的改正参数等,并将这些数据通过注入站注入到卫星;同时,它还对卫星进行控制,向卫星发布指令,当工作卫星出现故障时,调度备用卫星,替代失效的工作卫星工作;另外,主控站也具有监控站的功能。监控站有五个,除了主控站外,其它四个分别位于夏威夷(Hawaii )、阿松森群岛(Ascencion )、迭哥伽西亚(Diego Garcia)、卡瓦加兰(Kwajalein ),监控站的作用是接收卫星信号,监测卫星的工作状态;注入站有三个,它们分别位于阿松森群岛(Ascencion )、迭哥伽西亚(Diego Garcia)、卡瓦加兰(Kwajalein ),注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。
用户部分
GPS 的用户部分由GPS 接收机、数据处理软件及相应的用户设备如计算机气象仪器等所组成。它的作用是接收GPS 卫星所发出的信号,利用这些信号进行导航定位等工作。 以上这三个部分共同组成了一个完整的GPS 系统
GPS 信号及观测值
GPS 信:GPS 卫星发射两种频率的载波信号,即频率为1575.42MHz 的L11227.60HMz 的L2载波,它们的频率分别是基本频率10.23MHz 的154倍和12倍,它们的波长分别为19.03cm 和24.42cm 。在L1和L2上又分别调制着多种这些信号主要有:C/A码和P 码
C/A码
C/A又被称为粗捕获码,它被调制在L1载波上,是1MHz 的伪随机噪声码(PR 码),其码长为1023位(周期为1ms )。由于每颗卫星的C/A码都不一样,此,我们经常用它们的PRN 号来区分它们。C/A码是普通用户用以测定测站到卫星间的距离的一种主要的信号。
P 码
P 码又被称为精码,它被调制在L1和L2载波上,是10MHz 的伪随机噪声码,其周期为七天。在实施AS 时,P 码与W 码进行模二相加生成保密的Y 码,此时, 一般用户无法利用P 码来进行导航定位。
导航信息
导航信息被调制在L1载波上,其信号频率为50Hz ,包含有GPS 卫星的轨道参数、卫星钟改正数和其它一些系统参数。用户一般需要利用此导航信息来计算某一时刻GPS 卫星在地球轨道上的位置,导航信息也被称为广播星历。
GPS 观测值
在GPS 定位中,经常采用下列观测值中的一种或几种进行数据处理,以确定待定点的坐标或待定点之间的基线向量:
L1载波相位观测值
L2载波相位观测值(半波或全波)
调制在L1上的C/A码伪距
调制在L1上的P 码伪距
调制在L2上的P 码伪距
GPS 误差的主要来源有:
GPS 卫星,卫星信号的传播过程和地面接收设备
卫星星历误差
在进行GPS 定位时,计算在某时刻GPS 卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种 类型的星历[7]提供的,但不论采用哪种类型的星历,所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异,这就是所谓的星历误差。 卫星钟差
卫星钟差是GPS 卫星上所安装的原子钟的钟面时与GPS 标准时间之间的误差。
卫星信号发射天线相位中心偏差
卫星信号发射天线相位中心偏差是GPS 卫星上信号发射天线的标称相位中与其真实相位中心之间的差异。
与传播途径有关的因素
电离层延迟
由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应,使得GPS 信号的传播速度发生变化,这种变化称为电离层延迟。电磁波所受电离层折射的影响与电磁波的频率以及电磁波传播途径上电子总含量有关。
对流层延迟
由于地球周围的对流层对电磁波的折射效应,使得GPS 信号的传播速度发生变化,这种变化称为对流层延迟。电磁波所受对流层折射的影响与电磁波传播途径上的温度、湿度和气压有关。
多路径效应
由于接收机周围环境的影响,使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有各种反射和折射信号的影响,这就是所谓的多路径效应。 与接收机有关的因素
接收机钟差
接收机钟差是GPS 接收机所使用的钟的钟面时与GPS 标准时之间的差异。
接收机天线相位中心偏差
接收机天线相位中心偏差是GPS 接收机天线的标称相位中心与其真实的相位中心之间的差异。
接收机软件和硬件造成的误差
在进行GPS 定位时,定位结果还会受到诸如处理与控制软件和硬件等的影响。
其它
范文二:测量误差的来源
测量误差的来源
? 测量仪器:
仪器制造有一定的精度和缺陷。
? 观测者:
每个人都有自己的鉴别能力,一定的分 辨率和技术条件,在仪器安置、照准、读数等方 面都会产生误差。
? 外界条件:
观测对外界的温度、湿度、大气折射等对观测结果都会产生影响。
? 仪器工具误差
? 环境误差:随时间变化、大气折光、无线电 ? 传播干扰、多路径效应 ? 图像转换误差 ? 基准误差 ? 定轨误差 ? 输入误差 ? 人员误差
? 减弱偶然误差的方法:系统误差对观测结果有何影响?→累积性 ?
采用高精度的测量仪器 重复观测 多余观测
按规范操作仪器 工作认真 平差
在测量中常采用特定的观测手段和规范消除系统误差的影响
? 设计观测方案予以消除或削弱 ? 公式改正
? 平差模型中予以补偿或消除 消除减弱系统误差:
? 三角高程中的对向观测; ? 测距中加尺长改正;
? 水准测量中要求前后视距相等,往返观测; ? 三角测量中的盘左、盘右观测; ? 在平差中附加系统误差参数;
粗大误差,是指比在正常观测条件下可能出现的最大误差还要 大的误差。比偶然误差大上好几倍。现代数据采集的高自动化,数据海量化,使得粗差问题在现今的高新测量技术(GPS、GIS、RS)中尤为突出。
? 观测时大数读错; ? 计算机输入数据错误 ? 航测像片判读错误 ? 起算数据错误
1.根据图表分析偶然误差的规律性 从频率分布的角度分析误差分布情况
愈接近于零的误差区间,误差出现的频率愈
距离零愈来愈远,误差出现的频率递减 出现在正负误差区间内的频率基本相等
3.根据概率分布曲线分析偶然误差的规律性
偶然误差的概率分布曲线,又称为偶然误差的分布密度 曲线。这一曲线与正态分布密度曲线极为接近,所以一 般总是认为,当时 ,偶然误差的频率分布是以正态分 布为其极限的。
总结:偶然误差规律性
1.在一定的观测条件下,误差的绝对值有一定的限值,或者说,超出一定限值的误差,其出现的概率为零;
2.绝对值较小的误差比绝对值较大的误差出现的概率大; 3.绝对值相等的正负误差出现的概率相同; 4.偶然误差的数学期望为零,即
偶然误差的理论平均值为零
偶然误差的前三个特性可以简要概括为: 界限性 聚中性 对称性 抵偿性
观测值的质量取决于观测误差(偶然误差、系统误差、粗差)的大小。
观测误差较小,观测质量较好,精度高 观测误差较大,观测质量较差,精度低
中误差 ??
n
?
?i2? ??2?limi?1
x??n?方差、中误差计算
?? n
?
?i2? ?2?i?1??
n?方差、中误差的估值
n??? |?i|相同观测条件下,平均误差是一组独立的偶然误差绝对值的算术平均值之极限值。? ?limi?1
x??2n或然误差与中误差的关系
??0.6745???
?
?
?
3
3
??1.4826???
2
一、精度 precision 1 定义:
就是指误差分布的密集或离散的程度, 也就是指离散度的大小。
离散度较小,观测质量较好,精度高 离散度较大,观测质量较差,精度低
准确度是随机变量的真值与其数学期望之差,准确度表征了观测结果系统误差大小的程度。 精确度是精度和准确度的合成,是观测结果与其真值的接近程度,包括观测结果与其数学期望接近程度和数学期望与其真值的偏差。精确度反映了偶然误差和系统误差的联合影响的大小程度。
精确度的衡量指标:均方误差 Mean Squared Error
精度-偶然误差
准确度 –系统误差
精确度-偶然误差和系统误差的联合影响的大小程度
函数模型:
是描述观测量与未知量间的数学函数关系模型,是确定客观实际的本质或特征的模型。 附有参数的条件平差法
线性方程情况下 0
c?nn?1c?uu?1c?1
c?1
附有参数条件平差原理 AV?W?0P
在最小二乘原则下有: AP?1ATK?W?0K?(AP?1AT)?1W
~~F(L,X)?0c?1~~
AL?BX?A?0
??L?VL
V?PAK
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VTPV
??
r
20
误差理论与测量平差基础
二、附有参数的条件平差原理1.附有参数的条件平差数学模型函数模型
c?nn?1
??W?0AV?Bx
c?uu?1
c?1
随机模型
22?1
D??0Q??0P
平差准则
VTPV?min
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二、附有参数的条件平差原理
出发点:寻找观测值、参数之间的函数关系式
?,X?)?0F(L
c?nn?1
c?uu?1
c?1
一般式
??BX??A0?0AL
??W?0AV?Bx
c?uu?1
c?1
??L?V?L?
?0???X?X?x?
线性形式
c?nn?1
改正数条件方程
由于选择了u个独立参数,方程总数由r个增加到c=r+u个,故平差的自
由度为r=c-u。
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基础方程
法方程
??W?0?AV?Bx
?T
?BK?0?V?QATK?
将法方程写成矩阵的形式:
??W?0AP?1AT?BxBTK?0
?AP?1AT
?T
B?B??K??W?
????????00??x??0?
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法方程的解
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??T
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????B
平差值
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?1
V?QATK
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?求解也可以采用单独对x
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??W?0AP?1ATK?Bx??W)K??N?1(Bx
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???(BTN?1B)?1BTN?1Wx
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1.平差值方程
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????L3?L4?360??0?
???0?L?X1??
??BX??A0?0AL
??L?V?L?
?
??X0?x??X?
2.改正数方程
v1?v2?v3?wa?0
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v1
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写成矩阵形式
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§6-2 Precision Estimation
2、协因数阵
L,Q??L?VL
??X0?(BTN?1B)?1BTN?1WX?X0?xW?AL?W0??W)K??N?1(BxV?P?1ATK
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范文三:测量误差的来源
测量误差的来源:
仪器误差,影响误差,理论误差和方法误差,人身误差,测量对象变化误差。
频率测量时的误差来源:量化误差,触发误差和标准频率误差。
绝对误差:实测值与真值的差 相对误差:绝对误差与真值之比
测量系统的动态模型:微分方程,传递函数,频率响应函数。
测量的基本要素及相互作用:被测对象,测量仪器,测量技术,测量人员和测量环境。 测量的对象是被测的客体中取出的信息;测量仪器系统包括测量器具与标准器;测量技术是根据被测对象和测量要求采用的测量原理、方法及相应技术措施;测量人员是获取信息和实施测量的主体;测量环境是测量所处空间的一切物理和化学条件的总和。
扫描:示波器光点在锯齿波电压的作用下扫动的过程称为扫描。
扫描正程:光点自左向右的连续扫动称为扫描正程。
扫描回程:光点自荧光屏右端迅速返回起扫点称为扫描回程。
实时采样:在信号实际经历的时间内完成了全部采样,称为实时采样。
非实时采样:需经过若干次信号波形才完成采样,称为非实时采样。
自动测试系统是指在人工最少参与的情况下,能自动进行测量、数据处理,并以适当方式显示或输出测试结果的系统。
测量是以确定量值为目的的一组操作。在操作过程中常借助专门的设备,把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较,取得用数值和单位共同表示的测量结果
计量是实现单位统一、量值准确可靠地活动。其主要特点是统一性,准确性和法制性。 测量与计量的联系:没有测量就谈不上计量,没有计量测量就失去了价值。
测量不确定度是表征合理的赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数。
当用标准偏差表示不确定度时,称为标准不确定度。当规定一个区间,被测之值的分布大部
分可望含于此区间时,把此区间定为扩展不确定度。 测量不确定度从评定方法上分可分为:不确定度的A类评定和B类评定。
扫频图示仪的基本原理:扫频信号发生器输出频率随扫频电压变化的扫频信号,该信号进入被测系统后,被测系统的输出信号经峰值检波,获得被测系统的幅频特性,经放大被加至显示器Y输入端。同时,扫描电压发生器产生的扫频电压被加至显示器的X输入端,用来显示代表频率的横轴。X,Y轴相互配合,即可得到被测系统的幅频特性曲线。
幅频特性曲线的增辉信号是幅频特性电压v2与光栅电压v1比较产生的。二者在比较微分器中比较,当二者幅值相等时,比较器输出的信号经微分产生窄脉冲信号,即幅频特性曲线的增辉信号。
频谱分析仪分辨力带宽:反映了该滤波器能够区分两个相同幅度、不同频率的信号的能力。 模拟(通用)示波器的基本组成及工作原理
基本组成包括示波管(电子枪,偏转系统,荧光屏),Y通道(输入电路,Y前置放大器,延迟线,Y后置放大器)和X通道(触发电路,扫描电路,水平放大器)。
Y通道输入被测信号,经放大器放大后加到Y偏转板。
X通道通过扫描发生器环产生扫描信号,经放大器放大后加到X偏转板;
电子枪中阴极发射大量电子,由栅极和阳极调节电子密度、速度并进行聚焦。经偏转板后打在荧光屏上,利用荧光物质的余辉效应和人眼的视觉残留效应,可以看到荧光屏上连续的波形。
逻辑分析仪基本组成部分为:触发识别、数据获取、数据存储、数据显示。
逻辑分析仪的终端触发是指在触发前,逻辑分析仪就向存储器以先入先出的方式存储着数据。当存储器存满后,逻辑分析仪才开始搜索触发字,一旦发现触发字,立即停止存储。 锁相环基本原理图及其工作原理
如图。压控振荡器的输出频率受控制电压的控制,鉴相器输出的误差电压经过环路滤波器滤波后,去控制压控振荡器的输出信号频率,实现了相位的反馈控制,将输出信号频率f0锁定在输入信号频率fi上。当环路稳定时,f0=fi,具有同等的稳定度。 P319
电子计数器的测量原理(频率,周期,时间间隔)
频率:输入信号通过放大整形电路形成计数的窄脉冲;晶体振荡器产生高稳定度的时基信号,经过分频作为门控双稳态电路的开门信号;在开门时间内,被测信号通过闸门进入计数器并显示。若闸门开启时间为TC,输入信号频率为fx,则计数值为 N=TC/TX=TCfx P158 周期:由于周期和频率互为倒数,因此在测频的原理电路中对换一下被测信号和时标信号的输入通道就能完成周期的测量。如图,被测信号TX从B输入端输入,经脉冲形成电路取出一个周期额方波信号加到门控电路。若时标信号周期为T0,计数器读数为N,被测周期的表达式应为TX=N*T0 P158
时间间隔:如图,时间的起始和停止脉冲经B和C两个输入通道,分别触发RS触发器产生Tx=Tc-Tb的闸门信号宽度。在时间间隔TX所形成的开门时间内,对A通道输入的时标信号进行计数,若计数值为N,则TX=NT0。 P159
函数发生器的工作原理:如图,频率控制网络控制恒流源电流大小,即改变积分器充放电斜率,进而改变输出三角波的周期,从而控制输出信号频率。恒流源提供一个稳定的充放电电流,以使积分电路输出电压呈线性上升和下降。比较器将三角波与两个门限电压比较,从而控制恒流源的工作,达到双稳态电路的功能。正弦波波形综合电路由三角波得到一个正弦波输出,而方波电路是由三角波产生一个方波输出。函数选择及其他波形产生部分则根据需要选择一个波形输出,或由三种基本波形产生锯齿波等波形并输出。输出级完成对输出信号的放大或者衰减,阻抗匹配及直流补偿等。 P317
双积分式ADC的工作过程及特点:
工作过程:1、复零阶段 2、对被测电压定时积分 3、对参考电压反向定值积分
特点:1、积分器的R、C元件及时钟频率对A/D转换结果不会产生影响,因而对元件参数的精度和稳定性要求不高 2、参考电压Ur的精度和稳定性直接影响A/D转换的结果,故需采用精密基准电压源 3、具有较好的抗干扰能力,因为积分器响应的是输入电压偶的平均值。 数字电压表的性能指标:显示位数,量程,分辨力,测量速度,测量精度,输入阻抗
范文四:测量误差的来源分析
摘要: 在测量过程中,无论是直接测量还是间接测量,都无法做到完全消除测量误差。测量误差的来源是多方面的,本文通过对测量误差主要来源的分析,以有效的对其产生来源进行控制,以减少测量误差的产生。 Abstract: In the measurement process, Whether it is direct measurement or indirect measurement, it can not be completely eliminated measurement error. There are many sources of measurement error, and this paper analysises the main source of measurement error to effectively control the sources of its production to reduce the measurement error generated. 关键词: 测量误差;方法;环境 Key words: measurement error;method;environment 中图分类号:TH12 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)01-0032-01 1测量误差的定义 在测量过程中,由于测量器具本身的误差以及测量方法、测量环境等因素制约,导致测得值与被测真值之间存在一定的差异,这种差异称为测量误差。 2测量误差来源分析及措施 测量误差的来源是多方面的,影响测量误差的产生,主要有下几个方面因素: 2.1 测量器具误差测量器具误差包括测量器具本身的原理误差和制造误差。①原理误差。测量器具在设计时,经常采用近似的实际工作原理代替理论的工作原理所造成的测量误差,称为原理误差。为了减少测量误差,一般在仪器设计时都进行了修正。②制造误差。测量器具一般是由多个零部件组成的,在制造和安装中不可避免的存在误差,这种误差即为制造误差。因此在测量工件时,要选择测量误差小的测量器具或带有修正值的测量器具,以减少测量误差。 2.2 测量方法误差测量方法误差主要包括对准误差、测量力误差、阿贝误差及定位安装方法误差四个方面。 2.2.1 对准误差对准误差分为被测量对准误差和读数对准误差两种。①被测量对准误差主要是因定位不准确,测量方向偏离被测尺寸所造成的误差。例如:测量方向倾斜,侧头偏移等,对准误差的大小主要取决于测量人员的技术水平。②读数对准误差主要是因读数时,人的视线与测量器具刻度不垂直所引起的偏视误差。因此操作者在目视测量读数时,要尽可能做到在垂直位置读数,以减少测量误差。 2.2.2 测量力误差采用接触测量时,为保证可靠的接触,必须给测头施加一定的测量力,测量力使被测工件和测量器具产生弹性变形而引起的测量误差。对于一些细长工件,如:细长轴、1米以上的刻线尺、长丝杠等,由于测量力的作用和本身自重而产生的弯曲变形,引起的测量误差。通过合理的选择支承点位置,可以减少弯曲变形所引起的那部分测量误差。因此在测量中可选择适当的支点位置以减小自重变形对测量结果的影响。 例如:长度为L的细长杆,采用两点自由支撑,其变形最小的支点位置有以下几种类型:a=0.22031L,杆的长度变化量最小;a=0.2113L,杆的两端平行度变化量最小;a=0.2336L,杆的中间弯曲量最小;a=0.2232L,杆的中间与两端的变形(挠度)相等。[3] 2.2.3 阿贝误差被测工件的测量轴线与测量仪器的测量轴线重合或在其延长线上,称为阿贝原则。违反阿贝原则产生的误差称为阿贝误差。 2.2.4 定位安装方法误差由于被测工件测量基准面的选定和安装方式造成的误差,包括由于测量基准面和设计基准或工艺基准不一致造成的定位误差,也包括由于安装方式造成的测量误差。因此在测量过程中,遵守基准同一原则,即设计、工艺、装配和检验等基准尽可能的一致,以减少误差的产生。 2.3 环境误差在测量工件时通常会因受到不同的温度、湿度、气压、振动、噪声等诸多因素的影响,工件在不同的测量环境下,测量值都存在变化,这种变化即为环境误差。在环境误差中,温度是主要的影响因素。在几何测量过程中,标准测量温度为20℃。当测量温度偏离标准温度或变动时,或测量器具与被测工件存在温差时,都会产生测量误差。 工业中规定以20℃为标准温度。任何温度对标准温度引起的尺寸变化量为:△L=L?鄢α(t-20°)[2]。 式中:L为物体长度;α为物体材料膨胀系数(1/℃);t为测量时的物体温度。 绝对测量中,用量具或仪器中的标尺与被测工件作比较;相对测量中用标准件与被测工件作比较,如果它们之间的线膨胀系数不同,引起尺寸变化量为: △L=L[α1(t1-20)-α2(t2-20)][1] 式中α1为量具的线膨胀系数;α2为被测工件的线膨胀系数;t1为量具的温度;t2为被测工件的温度。 消除温度误差的措施: 2.3.1 定温法把量具或仪器与被测工件置于同一温度条件下,使两者与周围温度相同,然后进行测量。定温后,对标准温度引起的变化量为:△L=L[(α1-α2)(t-20)]=L[(α1-α2)?鄢t-20?鄢(α1-α2)](1) 式中 t为定温后两者的温差。 2.3.2 尽可能使被测工件与量具或仪器材料的线膨胀系数相同:根据公式(1)可以得出,在定温后,被测件与量具或仪器就算偏离了标准温度,也不会引起测量误差。 2.3.3 尽可能避免其它因素造成的误差,如阳光、灯光等直接长时间照射以及手传递热量等造成的误差。 2.4 测量人员除完全自动测量外,测量总离不开人的操作。测量人员的工作责任心、技术水平、操作的熟练程度以及测量习惯等因素都可能造成测量误差的产生。因此,加强测量人员的业务素质和技能培训也是减少测量误差的一种有用途径。 3结束语 在实际的工作中,测量误差不可能完全消除,但通过对其产生来源进行分析,在实际操作中尽可能避免和减少这些因素的影响,可以有效的控制和减少测量误差的产生。 参考文献: [1]何永熹.机械精度设计与检测[M].国防工业出版社,2006. [2]孟少农.机械加工工艺手册第三卷[M].机械工业出版社,1992. [3]罗南星.测量误差及数据处理[M].计量出版社,1984.
范文五:论水准测量误差来源控制
论水准测量误差的来源及控制
摘要:水准测量是采用几何原理,利用水平视线测定两点间高差,工程测量过程中会出现各种各样的误差。本文首先概括了水准测量的工作原理,紧接着分析了水准测量误差的来源因素,并提出了一些控制方法。
关键词:水准测量、工作原理、误差、来源、控制
一、引言
20世纪80年代以来出现许多先进的地面测量仪器,为工程测量提供了先进的技术工具和手段。先进的技术工具和手段的出现,改变了传统的工程控制网布网、地形测量、道路测量和施工测量等的作业方法,为工程测量向现代化、自动化、数字化方向发展创造了有利的条件。高程测量是测量任务中的一部分。其中,水准测量是高程测量中精度最高、用途最广、一种普遍采用的测量方法。
二、水准测量工作原理
水准测量的原理是利用水准仪提供的一条水平视线,测出两地面点之间的高差,然后根据已知点的高程和高差,推算出另一个点的高程。已知地面上a点的高程为ha,欲测定b点的高程hb,需要先测出a、b两点问的高差hab,为此在a、b之间安置一台水准仪,再在a、b两点上各竖立一根水准尺。根据仪器的水平视线,分别读取a、b尺上的读数a和b,则b点对于a点的高差为:hab=a-b。如果水准测量是由a到b进行的,则a点尺上的读数称为后视读数,记为a;b点为待定高程点,b点尺上的读数称为前视读数记为b;