Математическая обработка измерений
Конечной целью обработки электрооптических и радиогеодезических измерений является получение расстояний или координат, которые затем используются в зависимости от конкретно решаемой геодезической задачи. Поэтому само понятие «обработка результатов измерений» в электронной дальномет — рии является достаточно гибким и может варьироваться с учетом требований точности конечного результата, диапазона длин, в котором выполняются линейные измерения, масштабных критериев и т. п. Так, например, можно выделить задачи топографического и прикладного характера (топографические съемки, обеспечение инженерных работ, геодезия в строительстве и т. д.) — задачи локального порядка, решаемые с использованием приборов массового применения — светодальномеров малой дальности действия и электронных тахеометров. В этих случаях, как правило, при обработке измерений достаточно ограничиться получением расстояний, приведенных к горизонту (горизонтальных проложений), или получением координат на основании информации, обеспечиваемой непосредственно из измерений электронным тахеометром в полевых условиях (расстояния, углы, превышения). В других случаях, когда имеют дело со значительными длинами и высокими точностями, конечный результат должен быть отнесен к некоторой математической поверхности, на которой удобно выполнять решение различных геодезических задач. В качестве такой поверхности, называемой поверхностью относимости, принимается обычно поверхность референц-эллипсоида, и измеренные величины (расстояния, разности расстояний) необходимо редуцировать (привести) на эту поверхность. При построении сетей 2-го и низших классов обработка ведется не на референц-эллипсоиде, а на плоскости в определенной проекции, обычно в проекции Гаусса—Крюгера, и тогда возникает дополнительная задача редукции с референц-эллипсоида на плоскость в указанной проекции. Перед редуцированием на поверхность относимости полученные из измерений величины необходимо определенным образом «подготовить», внеся соответствующие поправки.
Таким образом, содержание обработки измерений оказывается различным в двух указанных типах случаев. В первом из них (короткие расстояния) используются приборы, большинство которых отличается высоким уровнем автоматизации. Естественно, что при конструировании таких приборов предусмотрена возможность не только автоматического выполнения измерений, но и автоматизация процесса их обработки с целью освобождения потребителя от дополнительных вычислений.
Приборы с микропроцессорами дают возможность тут же обрабатывать результаты путем введения необходимой дополнительной информации ручным набором на клавиатуре. В электронных тахеометрах последних моделей имеются мини-ЭВМ, представляющие собой сочетание микропроцессора с памятью и устройствами ввода и вывода данных; они содержат постоянно заложенные в память («зашитые») программы, позволяющие осуществить непосредственно в полевых условиях полную обработку измерений вплоть до получения координат с регистрацией их в различной форме (отображение в цифровом виде на дисплее, запись на перфоленту или магнитный носитель) .
Разумеется, столь высокий уровень автоматизации достигнут не во всех приборах, и во многих топографических светодальномерах требуется вмешательство человека для обработки измерений. Степень участия оператора различна для разных приборов. Если дальномер имеет цифровой фазометр с электронным табло, то на нем может отображаться расстояние, в которое затем необходимо вручную вводить различные поправки, либо расстояние, автоматически полученное с учетом поправок при ручной установке входных данных соответствующими переключателями на панели прибора. В других дальномерах — неавтоматизированных — даже получение наклонного расстояния требует ручных вычислительных операций.
Из сказанного следует, что практически невозможно изложить общую унифицированную процедуру обработки измерений применительно к приборам малой дальности действия — в каждом конкретном случае она осуществляется по-разному с учетом аппаратурных возможностей данного прибора и детально поясняется в технической документации на прибор. Поэтому мы в данной главе не будем ориентироваться на приборы-автоматы, которые созданы лишь для коротких расстояний и в этом смысле представляет собой частный случай дальномерной техники, хотя и весьма важный ввиду своей массовости. Мы рассмотрим лишь теоретические принципы, заложенные в основу обработки измерений, выполняемых дальномерной аппаратурой, независимо от способа их технического осуществления.
Определение координат в случае РГС также характеризуется разной степенью автоматизации в различных радиогеодезических системах. Последние модели РГС сопрягаются с ЭВМ, выдающими координаты на печать и графопостроителем, автоматически вычерчивающим курс подвижной станции. В других, менее автоматизированных РГС данные получают в цифровом виде на счетчике или в форме, удобной для ввода в ЭВМ при последующей камеральной обработке. В отдельных случаях используются и более старые системы, требующие ручных вычислений. Поэтому при рассмотрении обработки измерений, выполненных при помощи РГС, мы также будем касаться лишь общих математических соотношений, положенных в основу получения конечного результата.
Обработка дальномерной информации в общем случае сводится к введению различных поправок в полученную из измерений величину. На первой стадии обработки в измеренные значения вводятся аппаратурные поправки и поправки за влияние внешних условий, т. е. атмосферы. При свето — и ра — диодальномерных измерениях, кроме того, может вводиться поправка за приведение линии к центрам пунктов. После введения этой группы поправок мы получаем наклонное расстояние, подготовленное ко второй стадии обработки — редуцированию на поверхность относимости. Еще раз подчеркнем, что в случае коротких расстояний редуцирования не требуется, а вводится еще поправка за наклон линии, и полученное таким образом горизонтальное расстояние представляет собой окончательный результат.
Редуцирование, необходимое в случае больших расстояний, с практической точки зрения также сводится к введению некоторых поправок по стандартным формулам. Поэтому разделение поправок на две группы — предварительные и редукционные — имеет целью лишь оттенить смысл выполняемой математической обработки на различных ее этапах; кроме того, раздельное рассмотрение двух указанных групп поправок более целесообразно и с методической стороны. В соответствии с этим и построено изложение материала данной главы: в первых двух параграфах раздельно рассматриваются указанные группы поправок, а в последующих параграфах освещаются вопросы, связанные с вычислением координат по результатам радиогеодезических измерений и обработкой в случае измерения больших расстояний методом пересечения створа. Вопросы определения координат наземных пунктов по измерениям спутниковыми системами изучаются в курсе космической геодезии и здесь не затрагиваются.