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文献综述
一、全站仪自由设站研究的背景
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，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。
二、全站仪自由设站的研究现状
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和效率较低。自由设站作为TPS下的一种测量方法应运而生，其实质是边角后方交会。文献[1]解释了自由设站的原理：在待定控制点上设站，向多个已知控制点观测方向和距离，兵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，根据方向观测值贺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。文献[2]利用严密误差分析方法，对边角后方交会几何图形进行分析，得出最优图形，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有针对性地提出改进或优化图形的方法。文献[3]以具体实例验证了运用自由设站进行点位实例的可行性,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。文献[4]对边角后方交会的多值性问题、危险域问题作了进一步的探讨分析。文献[5]对全站仪边角后方交会自由设站的精度进行了分析,并就如何利用极坐标法对圆形断面隧道进行测量放样进行了论述。文献[6]讨论了利用全站仪在野外进行测量时,出现两个所给控制点不通视的情况。此时利用常规的交会方法将无法进行下一步工作。在对全站仪自由设站的原理和方法进行分析后,全站仪自由设站方法可以快速的解决上述问题。且自由设站方法精度高,设站灵活,不受后方交会危险圆的限制。文献[7]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2种方法对设站精度都有一定的提高。当环境理想时,边角平差法效果较好,当环境较恶劣时,程序补偿法效果更佳。同时,也可以将2种方法结合使用,进一步提高全站仪自由设站的精度。文献[8]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。文献[9]介绍了自由设站的观测方法,推导相应的计算公式,讨论观测值函数的精度,最后指出该方法的特点和应用。文献[10]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。文献[11]介绍了控制测量学的原理与具体施测方法。文献[12-14]介绍了GPS测量的作业方法及其数据处理方法。
三、研究全站仪自由设站的目的
1）了解全站仪后方交会原理。
2）分析后方交会的精度。
3）利用实践数据，用几种方法进行比较。
4）通过计算说明几种方法的优缺点，并说明各自在工程实践中的适用范围。
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