基于全站仪的天文观测与DGPS组合测量方法研究

　　众所周知，全站仪提供高精度基线测量，包括基线长度、相对方位角和高度角测量，高精度地测量目标点的相对位置，在工程施工测量中已得到广泛的应 用。以海上工程施工为例，导管架(采油平台)的初装要根据潮流向、风向等标定其基准方位(结构北)，以确保作业船停靠及生产的安全。但由于其结构北经常采 用不同的方位测量设备进行测量，存在较大的测量误差，不能满足钻井平台与其高精度对接的技术要求。同样，其位置(大地坐标或投影坐标)的测量是由精度不同 的 DGPS 设备在不同点位上测量得到的。在实际工程施工中需要对导管架位置和基准方位(结构北)进行复测和校核。

　　当导管架安装组块后，其位置基准点和方位基准线往往被组块遮掩，造成电罗经等方位测量设备无法安装，DGPS 接收机的卫星接收信号受阻严重。因此，不能用电罗经和 DGPS 直接安装在基准线和点上进行基准方位和位置测量，需要根据实际作业要求和作业环境采取行之有效的测量方法和手段，确保测量精度达到作业要求。

　　本文利用全站仪提供的高精度基线测量，结合天文方位和大地测量原理，完成恶劣环境下目标的基准方位和位置测量。可应用于钻井平台与导管架对接等 海洋工程中的导管架方位及位置复测，精度完全满足对接工程施工测量的精度要求。将解算公式固化到全站仪解算模块中，将拓展全站仪的测量功能，使其具有基准 方位测量和引点位置测量功能。

　　1 天文方位测量原理

　　基准线的大地方位角，就是以测站为顶点，由测站的子午面与通过地面目标垂直面之间的夹角，由正北起算按顺时针方向标定的。

　　如图 1 所示，为了标定基准线 AB 的大地方位角 Aab，可以在 A 点安装经纬仪，用天文观测方位测定天体 S 的方位角∠AZ，并同时测量天体 S 与目标点 B 之间的水平角∠HR，则基准线 AB 的大地方位角为：Aab=∠AZ+∠HR。若能测定天体 S 的方位角∠AZ，则很容易得出基准线 AB 的大地方位角Aab。

　　1.1 时角法

　　图 2 中已知测站纬度φ，由观测瞬间的时刻所确定的天体时角∠LHA 及在天文年历中查得天体的赤纬 DEC，即可通过解算定位ΔPZS 来计算天体的方位角∠AZ。

　　在定位ΔPZS 中：Z 为天体方位角测站 A 的天顶，H 为天体 S 顶距，PA 为星位角。

　　∠LHA 为天体的地方时角，DEC 为天体的赤纬，φ为测站纬度，∠AZ 为天体的方位角。归化∠AZ，见表 1：

　　北极星任意时角法是时角法的特例，是方位角测定中较理想的方法，但其使用受天气、测站背景光等不利因素影响较大。