《测量基础知识》课件.ppt

,测 量 基 础,1,第1章 测绘基础知识,2,3,第1章 测绘基础知识 1.1测绘学的任务及作用,测绘学的内容和任务 测绘是指对自然地理要素或者地表的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、表述以及获取的数据、信息、进行处理和提供的活动。 测绘学研究的主要对象是地球的自然表面，研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地球分布，编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图的理论和技术的学科。它是地球科学的重要组成部分。 。,4,第1章 测绘基础知识 1.1测绘学的任务及作用,测绘学研究的具体内容： （）测量学 研究地球形状和大小(包括地球重力场) 确定地面点的空间位置(含地下和空间) （）地图制图学 研究社会和自然信息的地理分布 绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图,5,第1章 测绘基础知识 1.1测绘学的任务及作用,测绘学的分科,大地测量学 摄影测量与遥感学 工程测量学 海洋测量学 地图制图学 测绘仪器学 普通测量学, 几何(天文)大地测量学、物理(重力) 大地测量学、卫星(空间)大地测量学 地面(近景)摄影测量学、航空 摄影测量学、航天遥感测量学 普通工程测量学（包含土木、建筑、 水利、交通、矿山测量等）、精密工 程测量学、特种工程测量学 海洋水体测量学、水下地形测量学、 航道测量 地图学与GIS、地图制图工程 光学测绘仪器学、电子测绘仪器学 局部地区地形测量与一般工程测量,6,第1章 测绘基础知识 1.1测绘学的任务及作用,在国家经济建设中的作用 1. 工程建设的尖兵 2. 军事作战的眼睛 3. 科学研究的工具 4. 现代管理的基础 （数字地球、数字中国和数字城市）,7,第1章 测绘基础知识 1.2 地球的形状和大小,8,第1章 测量学的基础知识 1.2 地球的形状和大小,9,第1章 测量学的基础知识 1.2 地球的形状和大小,10,第1章 测量学的基础知识 1.2 地球的形状和大小,11,第1章 测量学的基础知识 1.2 地球的形状和大小,一、地球形状和大小 1. 地球是一个表面起伏较大的椭球 地球表面最高峰： 8844.43m 海洋底部最深处: 11022.00m 地球表面最大高差近20km 2. 地球又是一个近似光滑的水球 大陆面积: 占29% 海洋面积: 占71 % 3. 地球平均半径: 6371km,2019年9月29日星期日,合肥工业大学 土建学院测量工程系,12,测量工作是在地球表面进行的。地球表面虽然很不规则，有高山、平原、丘陵、海洋等。但这些起伏相对于地球本身十分微小。,13,实际地球,地球表面,大地体,旋转椭球体,大地水准面,参考椭球面,一、地球的形状,14, 1.2 地球的形状和大小,二、基本概念 1. 重力方向线 即铅垂线, 是测量工作的基准线 2. 水准面 自由静止的水面; 是等位面, 有无数个,地心O,离心力,地心引力,重力G,15,设想当海洋处于静止均衡状态时，将它延伸到陆地内部所形成的封闭曲面。,大地水准面,静止海水面,陆地,大地水准面,16,大地水准面,大地水准面和铅垂线示意图,17,大地水准面,E,18,WDM94模型描述的地球形状,19, 1.2 地球的形状和大小,二、基本概念 3. 大地水准面 静止平衡状态下的平均海水面, 向大陆岛屿延伸而形成的闭合水准面 特性: 唯一性、等位面、 不规则曲面 作用：测量野外工作的基准面 4. 大地体 由大地水准面包围的地球形体，是不规则球体。,20,二、基本概念 5. 旋转椭球 与大地体非常接近的 数学椭球 长半径为a，短半径为b 扁率 数学模型 地球平均半径 R=6371km, 1.2 地球的形状和大小,Z,Y,X,21, 1.2 地球形状和大小,旋转椭球理论上是唯一的数学球体 旋转椭球参数，难以全球统一确定；各国自己测定并采用的旋转椭球称为参考椭球 同时顾及地球几何参数和物理参数的旋转椭球称为地球椭球体，又称为参考椭球体 参考椭球面是测量计算和制图的基准面,22, 1.3 测量中常用的坐标系统 地面点位的坐标与选用的地球椭球和坐标系统有关，测量中常用的坐标系统有：天文坐标系、大地坐标系、高斯平面直角坐标系、独立平面直角坐标系,一、天文坐标系 球面坐标，称为地理坐标 基准面：大地水准面 基准线：铅垂线 地面点位用天文经度和天文纬度来表示,23,二、大地坐标系 基准面：参考椭球面 基准线：法线 地面点位用大地经度和大地纬度来表示 1.1954年北京坐标系 2.1980国家大地坐标系 3.WGS-84世界大地坐标系, 1.3 测量中常用的坐标系统,三、空间直角坐标系 三维坐标(X,Y,Z),24,1980国家大地坐标系 大地原点 位于陕西省泾阳县永乐镇,25, 1.3 测量中常用的坐标系统 四、大地坐标和空间直角坐标的转换 五、高斯投影和高斯平面直角坐标系,1.高斯投影横切椭圆柱正形投影。又称为高斯克吕格投影。同时满足等角和高斯投影条件。 目的：将球面坐标转换为平面坐标。,26,中央子午线,高斯投影的概念,27,1.高斯投影,中央子午线和赤道投影后成相互垂直的直线。 中央子午线长度不变，离中央子午线越远变形越大。 为保证投影精度，必须采用分带投影。,6度投影带：中央子午线经度为,28,2.高斯投影分带,（1）6度投影带：中央子午线经度为,（2）3度投影带：中央子午线经度为,29,五、高斯投影和高斯平面直角坐标系,3.高斯平面直角坐标系 x坐标：中央子午线向西平移500km，向北为正。 y坐标：赤道，向东为正。 为区分点位所在的高斯投影带，在Y坐标前必须加两位数的带号。 如：,我国六度带带号 N=1323，三度带带号 n=2545,30,x y 高斯 平面直角坐标系,y x 笛卡尔 平面直角坐标系,3. 测量高斯平面直角坐标系与 数学笛卡尔平面直角坐标系的区别,31,六、墨卡托投影等角正圆柱投影 七、独立平面直角坐标系,在半径R10km的范围内，可用水平面代替大地水准面作为基准面。 以磁子午线的方向作为X轴，向北为正；其垂直方向为Y轴，向东为正。 坐标原点选在测区西南角。,x 测区 o y,32, 1.4 地面点的高程 一、高程 地面点沿铅垂线方向到高程基准面的距离,绝对高程H（海拔）：地面点沿铅垂线方向到大地水准面的距离 相对高程H：地面点沿铅垂线方向到任意水准面的距离 高差h：地面两点高程之差,33,二、我国的高程系统,国家水准原点（高程零点H。）位于青岛观象山， 黄海平均海水面为高程基准面,1956黄海高程系：H。=72.289m 1985国家高程基准：H。=72.260m，相差29mm 合肥市目前仍采用上海吴淞高程系 如合肥市某点: 吴淞高程1.856m=85黄海高程,34, 1.6 测量工作的基本概念,一、测量三项基本工作 测量工作包括测定和测设两部分，其实质都是确定地面点的点位 确定点位的三要素：高差、水平角、水平距离 测量三项基本工作： 高程测量 角度测量 距离测量,35,二、测量工作的原则,从整体到局部，先控制后碎部 减少误差结累 加快测量速度 前项工作未作检核，不进行下一步工作 保证成果质量,36,三、普通测量的基本内容,第2章 水准仪及水准测量,37,38,第2章 水准仪及水准测量 2.1 高程测量概述,测量三项基本工作之一：高程测量 高程测量：测量地面上各点高程的工作 高程测量有下列几种方法： 1.几何水准测量是高程测量最主要的方法 2.三角高程测量 3.物理高程测量 包括: 气压高程测量、液体静力水准测量 4.GPS高程测量,2012年6月,39,第2章 水准仪及水准测量 2.2 水准测量原理,原理：利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得的高差，求出待定点的高程。,1.高差法: hAB=后视读数前视读数，即： 待定点B点的高程：,2.仪高法(视线高法):,40,第2章 水准仪及水准测量 2.3 水准仪及其使用,水准测量所使用的仪器为水准仪，所使用的工具为水准尺和尺垫。,水准仪按其精度划分为四个等级： 精密水准仪DS05、DS1；普通水准仪DS3、DS10 D大地测量；S水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差，即精度）。 水准仪按其构造可分为四种： 微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水准仪 目前，普通工程测量中最常用的水准仪是： DS3微倾式水准仪（或DS3自动安平水准仪）,2012年6月,宁夏国土资源厅,41,第2章 水准仪及水准测量 2.3 水准仪及其使用,一、DS3微倾式水准仪,DS3微倾式水准仪的构造 作用：为测量高差提供一条水平视线 组成：望远镜、水准器、基座,1.微倾螺旋；2.分划板护罩；3.目镜；4.物镜调焦螺旋；5.制动螺旋；6.微动螺旋；7.底板；8.三角压板； 9.脚螺旋；10.弹簧帽； 11.望远镜；12.物镜；13.管水准器；14.圆水准器；15.连接小螺钉；16.轴座,2012年6月,42,第2章 水准仪及水准测量 2.3 水准仪及其使用,2. 水准尺和尺垫 （1）水准尺有单面尺、双面尺、塔尺三种 （2）标准水准尺为一对双面尺， 其中: A尺和B尺黑面03m; A尺红面4.6877.687m, B尺红面4.7877.787m。 （3）尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志转点位置。,43,第2章 水准仪及水准测量 2.3 水准仪及其使用,二、 精密水准仪和精密水准尺,精密水准仪（DS05、DS1）主要用于国家一、二等水准测量(the first and second order leveling)和高精度的工程测量中； 例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。,44,第2章 水准仪及水准测量 2.3 水准仪及其使用,二、 精密水准仪和精密水准尺,1. N3精密水准仪,下图就是新N3微倾式精密水准仪，其每km往返测高差中数的中误差为0.3mm。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器。,2012年6月,45,第2章 水准仪及水准测量 2.3 水准仪及其使用,二、 精密水准仪和精密水准尺,2. 精密水准尺(因瓦水准尺),精密水准尺：是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。 长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值分为基辅分划（10mm）和奇偶分划（5mm）两种。 基辅分划差为：3.01550 m,46,第2章 水准仪及水准测量 2.3 水准仪及其使用,三、数字水准仪,（电子水准仪）,47, 2.4 水准测量方法 一、水准测量的外业实施,1. 水准点 事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点(Bench Mark), 常以BM表示。 水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸起的半球面, 用于放置水准尺。,48,2. 待定点高程的测量和计算检核,已知HA， 求高程HB，中间临时放置标尺的过度点1，2.称为转点, 起高程传递作用, 常用TP表示，实测时转点上应使用尺垫 。,49,每测站高差： 各测站高差之和： 待定点B点高程：,施测方法（动画）,2. 待定点高程的测量和计算检核,50,普通水准测量记录表,0.718,2.209,50.583,1.268,1.425,ZD1,ab=5.358 3.867=1.491 h=2.209 0.718=1.491 HB HA=51.491 50.000=1.491 HB HA=h=a b (计算无误),计算检核,3.867,5.358,51.491,0.346,B,50.618,1.581,1.219,ZD3,51.336,0.672,0.863,ZD2,HA=50.000m,50.000,0.583 0.753 0.873,1.851,A,前视,+,后 视,备 注,高 程 （m）,高 差,标尺读数（m）,测点,0.718,51,3. 测站检核,为保证每一测站的高差正确，或在误差允许范围之内，必须进行测站检核。 测站检核有双仪高法和双面尺法 （1）双面尺法：黑面读数高差： 红面读数高差： 红黑面高差之差： 最后高差中数： （2）双仪高法：改变仪器高度10cm以上，测出两次高差，进行检核。,52,双面尺法水准测量观测记录表,53,双仪高法水准测量观测记录表,54,二、水准路线测量的成果检核,1.闭合水准路线 从某已知点BMA出发,经待定点1,2,3,4; 再回到A点。 高差理论值： 高差闭合差： 2.附合水准路线 从已知点BMA出发到另一已知点B, 高差理论值： 高差闭合差：,55,二、水准路线测量的成果检核,3.结点水准网 （1） 独立水准网 （2）单结点附合水准网 4.支水准路线 从已知点BMA出发到待定点B,56,三、水准测量的内业计算 按一定的原则将计算出的水准线路高差闭合差进行分配，确保各测段（或各测站）高差经改正后严格满足检核条件。,等外水准测量 高差闭合差容许误差： 山地： 平地：,国家四等水准测量 高差闭合差容许误差： 山地： 平地：,57,水准测量的内业计算步骤,（附合、闭合水准路线）,h2,1）计算闭合差,2）判断闭合差是否超限,3）计算各测段观测高差的改正数,5）计算各测段的改正后的高差,6）计算各点的高程值,4）检查闭合差是否分配完,2019年9月29日星期日,合肥工业大学 土建学院测量工程系,58,例：附合水准测量内业计算,59,普通水准测量记录计算表,-0.016,-0.014 -0.119,B,56.902,0964 5754,1563 6348,B,fh= h = 0.016 m = 16 mm,检核,BMA,55.352,0772 5560,BMA,E,55.243,2024 6712,0876 5566,E,D,56.332,2100 6886,0932 5720,D,C,57.079,1387 6076,1350 6035,C,HA=55.352m,55.352,25127200,BMA,平均高差,高差,前视,后 视,备 注,高 程 （m）,高 差,标尺读数（m）,测点,7.233 30.869,7.247 30.988,+1.548 +1.446,+0.176 +0.272,-0.750 -0.851,-1.092 -0.992,+0.104 +0.006,+3 +1.547,+3 +0.174,+3 -0.750,+3 -1.092,+4 +0.105,60, 2.5 微倾式水准仪的检验与校正,一、圆水准器的检验与校正 检验目的是保证：圆水准器轴,仪器VV,二、十字丝的检验与校正 检验目的是保证：十字丝横丝 仪器VV,三、管水准器的检验与校正 检验目的是保证：视准轴CC 水准管轴LL （水准仪的主条件）,61, 2.6 水准测量误差分析及注意事项,一、仪器误差 1. 仪器校正后的残余误差 2. 水准尺误差(包含: 刻划、变形和零点误差等）,二、观测误差 1. 读数误差 2. 视差影响 3. 水准管气泡居中误差,三、外界条件的影响 1. 仪器下沉和尺垫下沉误差 2. 地球曲率和大气折光的影响 3. 温度的影响,62,望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行 i角对读数的影响,向上倾斜i 角的符号为正,63,望远镜的视准轴与水准管的水准轴不平行 i角对高差的影响,向上倾斜i 角的符号为正,第3章 经纬仪及角度测量,64,65,第3章 经纬仪及角度测量,测量三项基本工作之一：角度测量 角度测量的仪器： 经纬仪 角度测量分为：水平角测量和竖直角测量 水平角测量目的：用于求算地面点的平面位置 竖直角测量目的： 1. 测定地面两点的高差 2. 将地面两点的倾斜距离改化成水平距离,66, 3.1 角度测量原理 一、水平角测量原理,水平角定义 1.为地面上O点至A和B 两目标方向线在水平面P上投影的夹角，称为水平角。 2. 地面上一点到两目标的方向线间所夹的水平角，就是过这两方向线所作两竖直面间的二面角。,67,二、竖直角测量原理,竖直角定义 竖直角是同一竖直面内倾斜视线与水平线之间的夹角，其角值 仰角 俯角 视线水平时竖直角 视线水平时竖直度盘读数为一常数，通常为 或是的倍数,68,69, 3.2 经纬仪及角度观测,经纬仪的种类 1. 按构造原理和读数系统分为: 游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪 2. 按精度高低分为： DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ60 3. 一般工程测量最常用: DJ6级光学经纬仪,70,经纬仪的精度系列及用途,71,72,ET-02电子经纬仪的使用 如图为南方测绘仪器公司生产的ET-02电子经纬仪。 一测回方向观测中误差为2，角度最小显示到1，竖盘指标自动归零补偿采用液体电子传感补偿器。 可以与南方测绘公司生产的光电测距仪和电子手簿连接，组成速测全站仪，完成野外数据的自动采集。 仪器设有双操作面板，每个操作面板都有完全相同的一个显示窗和7个功能键，便于正倒镜观测；望远镜的十字丝分划板和显示窗均有照明光源，以便于在黑暗环境中观测。,73,二、经纬仪的安置,1.对中 对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一个铅垂线上。有垂球对中和光学对中两种方法。 对中精度：垂球对中3mm，光学对中1mm 2.整平 整平的目的是使仪器竖轴处于铅直位置和水平度盘处于水平位置。 3.瞄准（注意消除视差） 4.读数,74,测回法：一个测站观测2个方向时用。 方向观测法：一个测站观测3个或3个以上方向时用, 也称“全圆测回法”。,三、水平角测量,J,K,B,测回法,第1方向,第2方向,测站,A,B,C,D,E,方向观测法,75,1.竖直角观测方法,竖直角 (也称垂直角) 在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视 线的夹角。= 090。仰角为正，俯角为负。,天顶,铅垂线,水平线,A,C,B,0,90 ,180,270,ZA,ZC,A,C,四、 竖直角测量,76,77,3.6 经纬仪的检验与校正,一.经纬仪的轴线及其应满足的条件,1.经纬仪的轴线 横轴 HH 视准轴 CC 水准管轴 LL 竖轴 VV 圆水准轴 LL,2.应满足的条件 水准管轴垂直于竖轴 LLVV 视准轴垂直于横轴 CCHH 横轴垂直于竖轴 HHVV 十字竖丝垂直于横轴 竖丝HH 圆水准轴平行于竖轴 LLVV(次要条件), 3.3 经纬仪的检验与校正,78,3.6 经纬仪的检验与校正,二.经纬仪的检验校正内容, 3.3 经纬仪的检验与校正,1.水准管轴垂直于竖轴的检验与校正,2.十字丝竖丝的检校,3.视准轴的检校,4.横轴的检校,5.竖盘指标差的检校,第4章 距离测量,79,80,第4章 距离测量,距离测量是测量三项基本工作之一. 距离测量的方法主要有: 1.钢尺(皮尺)量距. 2.视距测量 3.光电测距 要确定地面点的平面位置,还必须测定直线的方向, 即直线定向,81,视距测量图,82,利用调制波波长测距,B,测距仪,反光棱镜,S,电磁波测距,电磁波测距图,A,83,第4章 距离测量 4.1 钢尺量距 4.2 红外线测距仪及全站仪 4.3 直线定向,84,4.1 钢尺量距,1.钢卷尺 尺长与规格：20米、30米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。 刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位 置有不同，分刻线尺和端点尺两种。,4.1.1 量距用的工具: 钢卷尺，花杆，测钎,2.花杆 定线用（量距时标定直线量距的前进方向） 3.测钎 量距时在地面标定尺段端点位置。,85,端点尺 刻线尺,测钎 花杆,皮尺 测绳,钢卷尺,86,4.1.2 直线定线,3.经纬仪定线: 如果量距要求的精度较高, 可在其端点A安置经纬仪定线.,87,4.2 电磁波测距,电磁波测距仪分类 1. 按其所采用的载波（光源）可分为： 微波测距仪(microwave EDM instrument)； 激光测距仪(laser EDM instrument)； 红外测距仪(infrared EDM instrument);,2. 按测程分为： 短程测距仪(5km) 中程测距仪(515km) 远程测距仪( 15km）,3. 按精度分为： 级测距仪(mD 5mm) 级测距仪(5 mD 10mm) 级测距仪(mD 10mm ）,4. 按测距原理分为： 脉冲式； 相位式,88,5 光电测距仪的组成,第5章 全站仪和GPS及其使用,89,90,5 全站仪和GPS及其使用,5.1全站仪 （一） 全站仪概述 （二） 全站仪的功能 （三） 几种全站仪及其基本应用,91,南方NTS全站仪,TOPCON GTS全站仪,92,Leica 全站仪,93,棱镜杆,单棱镜,三棱镜,94,（一） 全站仪概述,全站仪(total station)是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。 全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和距离。 全站仪具有如下特点： 同时进行角度测量(水平角、竖直角) 和距离测量(斜距S、平距D、高差h) ； 测距系统光轴与测角系统视准轴同轴（三轴同一）； 显示测点的角度(方向值)、距离、高差或三维坐标； 拥有后方交会、放样、偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等高级测量功能。,95,全站仪特点,拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式存储已知点和观测点的点号、编码、三维坐标； 实现全站仪与计算机的数据通讯； 高精度全站仪测角达0.5秒级，测距精度达(0.1mm+0.1PPM)； 与计算机联合组成的智能观测系统能实现全自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机器人。,96,三轴同一望远镜 在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴和接收光轴是同轴的，其光路如图所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距,97,测量仪器总的发展过程,测量仪器总的发展过程： 光学经纬仪 电子经纬仪 速测全站仪 全站仪。 全站仪的发展过程： 1.普通型全站仪 2.功能型全站仪 3.磁卡型全站仪 4.内存式全站仪 5.全自动智能全站仪 全站仪生产厂家： 瑞士：徕卡Leica 德国：蔡司Zeiss 日本：拓普康TOPCON，索佳SOKKIA，宾得,尼康 中国：南方、苏州、北京,98,（二） 全站仪的功能,对边测量、 悬高测量、 后方交会、 放样、 偏心测量、 面积计算等高级测量功能。,99,全站仪的功能,1、对边测量 如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。对边测量可以连续进行。,V,2019年9月29日星期日,100,全站仪的功能,2、悬高测量 如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高h1，瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度H,宁夏国土资源厅,101,全站仪的功能,3、后方交会测量 如图，全站仪安置在某一待定点上，通过对两个以上的已知点处的棱镜进行观测，并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显示待定点的三维坐标。,102,4、三维坐标测量 如图，将全站仪安置在已知点A，棱镜设置在待定点P，输入A点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点B并输入B点坐标（后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准P点处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定P的三维坐标。,A,P,B,全站仪的功能,2019年9月29日星期日,103,全站仪的功能,5、放样测量 将要测设的角度和边长（或坐标值）输入全站仪，在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样值之差，根据显示的偏离值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的点位。有的电子全站仪还可通过图形显示出棱镜上下左右前后的移动方向。,宁夏国土资源厅,104,全站仪的功能,6、偏心测量 如图，若侍定点处不能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点的左侧或右侧，并使棱镜至站点的距离相当，瞄准棱镜并进行观测，再照准待定点，仪器即可显示待定点的坐标。,不同厂家生产的电子全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测量功能的按键程序和步骤也不完全一样，具体使用应参见厂家的使用说明书。,2019年9月29日星期日,105,全站仪测量的流程,野外采集数据：南方NTS、 TOPCON全站仪+PDA（测图精灵） 传输数据：将数据文件传入计算机 处理数据：用测图软件 （南方测绘CASS）处理、编辑 输出成果：数字化地 形图、电子地图（.dwg）、工程图。,宁夏国土资源厅,一、GPS概述,5.2 GPS,宁夏国土资源厅,106,2019年9月29日星期日,（一）GPS及其背景 它的全称是卫星授时测距导航系统/全球定位系统（NAVSTAR/GPS；Navigation System timing And Ranging/Global Positioning System） GPS是美国军方研制的第二代卫星导航系统 (1)全球通用，24小时可以定位，测速和授时 (2)确保美国军事安全，服务于全球战略 (3)导航精度可达1020m (4)1994年3月28日建成，取代其它导航系统,107,GPS用于军事,飞行高度 9,840 英尺/ 3,000米,108,GPS与NNSS的主要特征比较,注：NNSS是美国于1964年建成的海军导航系统,109,宁夏国土资源厅,2019年9月29日星期日,GPS与GLONASS的主要特征比较,注：GLONASS是俄罗斯于1996年建成的全球定位系统,110,（二）GPS的特点 全球性，全天候，高精度，保密性,GPS测量与经典测量方法的对比：,不需要相互通视 观测作业不受天气条件的影响 网的质量与点位的分布情况无关 能达到大地测量所需要的精度水平 白天和夜间均可作业 经济效益显著,111,GPS用于大地测量,112,（三）GPS 的系统组成,空间部分 24颗GPS卫星组成,用户部分 GPS接收机,控制部分 1个主控站 5个监控站 3个注入站,注入站,监控站,主控站,113,空间星座部分： 提供星历和时间信息 发射伪距和载波信号 提供其它辅助信息,地面控制部分： 中心控制系统 实现时间同步 跟踪卫星进行定轨,用户部分： 接收卫星信号 记录处理数据 提供导航定位信息,宁夏国土资源厅,2019年9月29日星期日,114,GPS 空间星座部分,115,24颗卫星(21+3) 6个轨道平面 55轨道倾角 20200km轨道高度(地面高度) 11小时58分(恒星时)轨道周期 5个多小时出现在地平线以上(每颗星) 在全球各处能观测到高度角15的卫星 4 颗以上,GPS卫星,（目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了32颗）,116,GPS 卫星在轨道上的分布,宁夏国土资源厅,117,2019年9月29日星期日,118,GPS 地面监控部分,119,GSP地面控制站,一个主控站：科罗拉多斯必灵司 三个注入站：阿松森(Ascencion)大西洋 迭哥伽西亚(Diego Garcia)印度洋 卡瓦加兰(kwajalein)太平洋 五个监测站 = 1个主控站+3个注入站+夏威夷(Hawaii),120,GPS 用户部分,宁夏国土资源厅,2019年9月29日星期日,121,1. GPS接收机的功能 跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间。 解译导航电文，实时解算测站三维位置。 2. GPS接收机的类型 3. GPS接收机的发展 1981年GPS接收机问世 测地型已从第一代发展到第三代,目前还在飞速发展。,（2）按信号频率分： 单频（L1） 双频（L1和L2）,（1）按用途分： 导航型 授时型 测地型,122,GPS天线部分 将微弱的卫星电磁波信号转变为电信号,并放大,GPS主机部分 1.变频器 2.信号通道 3.微处理器 4.存储器 5.显示器,GPS电源部分,123,测地型GPS接收机,导航型GPS接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备(手持机),124,（四）GPS的功能 导航 海空导航、车辆引行、导弹制导等 测速 其精度可达0.1m/s 测时与授时 其精度可达340ns（1纳秒=10-9秒） 定位,125,二、GPS定位原理,宁夏国土资源厅,126,2019年9月29日星期日,（一） GPS 坐 标 系,WGS-84坐标系 World Geodetic System-1984坐标是GPS所采用的坐标系统， GPS发布的星历参数都是基于此坐标系的。 WGS-84的椭球参数：a=6378137m, 1/f=298.257 2.1954北京坐标系(C54) 克拉索夫斯基椭球参数： a=6378245m, 1/f=298.3 3.1980西安坐标系(C80) IUGG1975椭球参数： a=6378140m, 1/f=298.257,127,2019年9月29日星期日,X轴=0经度 X轴在赤道平面内,Y轴=东经90度 Y轴在赤道平面内,地心坐标为（0，0，0）,Z轴=旋转轴（极轴BIH1984.0）,地球质心为原点的坐标系统 （空间直角坐标系）,128,2019年9月29日星期日,依定位时的状态 动态定位 静态定位 依定位模式 绝对定位（单点定位） 相对定位 差分定位,依定位采用的观测值 伪距测量（伪距定位） 载波相位测量 依时效 实时定位 事后定位,（二）GPS测量定位的分类,129,2019年9月29日星期日,GPS定位的误差来源,与GPS卫星有关的因素 SA技术：人为的降低广播星历精度(技术，2000年5月取消), AS技术：防电子欺骗技术；卫星星历误差； 卫星钟差 与传播途径有关的因素 电离层延迟； 对流层延迟； 多路径效应 与接收机有关的因素 接收机钟差； 天线相位中心误差； 接收机软件和硬件误差 另外有接收机的对中、整平误差等,130,2019年9月29日星期日,常规GPS的测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而RTK是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分(Real - Time Kinematic)方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。 RTK定位时要求基准站接收机实时地把观测数据(伪距观测值，相位观测值)及已知数据传输给流动站接收机。,什么是RTK技术,131,2019年9月29日星期日,发射电台,GPS主机,基准站,移动站,GPS主机,RTK测量原理图,采集器,接收电台,132,2019年9月29日星期日,2019年9月29日星期日,133,第6章 控制测量,134,2019年9月29日星期日,135,6-1 控制测量概述,一.控制测量的概念 二.平面控制测量 三.高程控制测量,第6章 控制测量,2019年9月29日星期日,136,一.控制测量的概念,1.目的与作用,为测图或工程建设的测区建立统一的平面和高程控制网 控制误差的积累 作为进行各种细部测量的基准,2.控制测量分类 按内容分：平面控制测量、高程控制测量 按精度分：一等、二等、三等、四等；一级、二级、三级,按方法分：天文测量、常规测量(三角测量、导线测量、水准测量)、卫星定位测量,2019年9月29日星期日,137,控制点：对整个测区起控制作用的测量标志点。 控制网：由按一定规范布设，由一系列相互联系的 控制点所构成的网状几何图形。 图根控制网：直接为测图而建立的控制网。 图根点： 图根控制网中的控制点。,3.有关名词,一.控制测量的概念,控制测量： 为建立控制网所进行的测量工作。,2019年9月29日星期日,138,二.平面控制测量,建立平面控制网，测定各平面控制点的坐 标X、Y。,1.一般概念 等级关系：分一等、二等、三等、四等，前一等 级作为以后各等的控制基准；小地区 内布置一级、二级、三级和图根控制。,布置形式：三角锁、三角网(三边网、边角网)、 导线网、交会定点、GPS测量等。,布网原则：从整体到局部，由高级到低级，分级 布网，逐级控制。,2019年9月29日星期日,139,2.常规平面控制测量的等级关系,城市平面控制网的等级关系,2019年9月29日星期日,140,一等三角锁为全国平面控制网的基础,3.各级平面控制网布置形式,二等连续网充填一等三角锁，成为全国平面控制网的骨干。,一等三角锁,二等连续网,2019年9月29日星期日,141,三等、四等三角网和导线网,根据测区的需要，在二 等三角网的基础上进行加密，基本图形如下：,图7-3 三角网或三边网,图7-4 导线网,2019年9月29日星期日,142,4.常规平面控制测量的主要技术要求,城市三角测量的主要技术要求,表7-2,2019年9月29日星期日,143,2019年9月29日星期日,144,表7-4,城市导线控制测量的主要技术要求,2019年9月29日星期日,145,图根导线的技术要求,2019年9月29日星期日,146,三.高程控制测量,建立高程控制网，测定各控制点的高程H。,等级关系：分一等、二等、三等、四等，前一等作 为以后各等的控制基准；地形测量时， 布设图根水准(也称等外水准)。,布网原则：从整体到局部，由高级到低级，分级 布网，逐级控制。,宁夏国土资源厅,2019年9月29日星期日,147,城市水准网主要技术要求,城市水准网主要技术要求,注：R为测段的长度；L为附合路线的长度，均以km为单位。,2019年9月29日星期日,148,7-2导线测量,6-2 导线测量,一.导线测量概述 二.导线测量的外业 三.导线测量的内业计算,2019年9月29日星期日,149,导线测量是平面控制测量中最常 用的方法。,导线测量概述,导线的已知点和新建点组成的若 干条直线(即导线边)联结成一系 列折线或闭合多边形。,闭合导线和附合导线也称为单导 线，结点导线和两个环以上的导 线称为导线网。,导线测量概述,导线测量时，通常只需要前后两 点相互通视。,2019年9月29日星期日,150,一.单导线的布置形式,一.单导线的布置形式,1.闭合导线 2.附合导线 3.支导线,2019年9月29日星期日,151,1.闭合导线,已知数据：AB，XB，YB,观测数据：连接角B； 导线转折角0，1，,5； 导线各边长DB1，D12，D51。,1.闭合导线,闭合导线图,A、B为已知点，1、2、3、4、5为新建导线点。,2019年9月29日星期日,152,2.附合导线图,2.附合导线,A,B,1,2,3,4,C,D,已知数据：AB,XB,YB；CD,XC,YC。,AB、CD为已知边，点1、2、3、4为新建导线点。,AB,CD,(XB,YB),观测数据：连接角B 、C ； 导线转折角1, 2, 3 ,4 ； 导线各边长DB1，D12，D4C。,(XC,YC),B,C,1,2,3,4,附合导线图,2019年9月29日星期日,153,3.支导线,3.支导线图,观测数据：转折角B, 1 边长DB1，D12,2019年9月29日星期日,154,二.导线测量的外业,二.导线测量的外业,1.踏勘选点（选点） 2.导线边长测量（测边） 3.导线角度测量（测角） 4.导线连接测量（连测）,2019年9月29日星期日,155,导线测量外业的准备工作,准备工作： 收集资料：测区旧地形图、已知点(平面和程控制 点)资料、测量规范； 仪器工具：所用仪器(包括仪器的检验和校正)、工 具、记录手簿、材料。,1.踏勘选点及建立标志,(1).踏勘测区 实地了解测区地形； 了解已知点状况。,(2).图上(指原有旧图)设计布网方案 导线网形、等级； 导线边长、总长、点位密度等符合规范要求。,1.踏勘选点及建立标志,2019年9月29日星期日,156,(3).实地选点(4).建立标志,(3).实地选点(考虑以下因素)：,视野开阔，便于测图(重要)；,2019年9月29日星期日,157,临时性标志,大铁钉,沙石路、沥青、 砖石缝,临时性标志图,2019年9月29日星期日,158,(5).绘制点位图 在现场丈量23个攀距，便于以后寻找或确定点位。 用红油漆标出攀距出发点，并写点号与攀距尺寸。 画出攀距关系的平面示意图，作为控制点资料。 攀距交会角度要好。,(5).绘制点位图,电杆,房屋,道路,控制点,2019年9月29日星期日,159,点 号 D5 桩 别 大铁钉 埋设日期 1999年5月20日 备 注,导线点的点位图,导线点的点之记,2019年9月29日星期日,160,2.导线边长测量 测定导线各边长(往返丈量)。,精度要求：符合规范规定。,2.导线边长测量,例：图根导线,2019年9月29日星期日,161,3.导线角度测量 观测导线各转折角、连接角。,DJ6一个测回(图根导线)。 边长较短时，采用光学对点。,全部测左角，或全部测右角；闭合导线测内角。,4.导线连接测量 导线定向 （包括连接角 和连接边测量）,2019年9月29日星期日,162,三.导线测量的内业计算,三.导线测量的内业计算,1.附合导线的计算 2.闭合导线的计算 3.支导线计算 4.无定向附合导线的特点,导线计算目的：计算各导线点的坐标。 要求：合理分配测量误差，评定导线测量的精度。,2019年9月29日星期日,163,三、导线测量的内业计算,思路：,由水平角观测值，计算方位角； 由方位角、边长D，计算坐标 增量X 、 Y； 由坐标增量X 、 Y，计算X、Y。,（计算前认真检查外业记录，满足规范 限差要求后，才能进行内业计算）,2019年9月29日星期日,164,1、坐标计算公式：,（1） 坐标正算（由、D，求 X、Y）,已知A（ ）， ， 求B点坐标 。,2019年9月29日星期日,165,注：计算出的 AB ，应根据X 、 Y的正负， 判断其所在的象限。,（2） 坐标反算（由X、Y，求、D， ）,已知A（ ）、B（ ）,求 。,2019年9月29日星期日,166,2、附合导线的计算,如图，A、B、C、D是已知点，起始边的 方位角 和终止边的方位角 为已知。外业观测资料为导线边距离和各转折角。,2019年9月29日星期日,167,B,（1）计算角度闭合差：,如图：以右转折角为例 计算 。,一般公式：,同理：以左角计算,2019年9月29日星期日,168,即：,（各级导线的限差见规范）,检核：,（2）闭合差分配（计算角度改正数）：,式中：n 包括连接角在内的导线转折角数,2019年9月29日星期日,169,（3）计算改正后的角度改：,计算检核条件：,（4）推算各边的坐标方位角： （用改正后的改）,计算出的 ， 否则，需重算。,2019年9月29日星期日,170,（5）计算坐标增量X、Y：,（6）计算坐标增量闭合差：,由于 的存在，使导线不能和CD连接，存在导线全长闭合差 ：,导线全长相对闭合差：,2019年9月29日星期日,171,（7）分配闭合差 ：,检核条件：,（8）计算改正后的坐标增量：,检核条件：,2019年9月29日星期日,172,（9）计算各导线点的坐标值：,依次计算各导线点坐标，最后推算出的终点C的坐标，应和C点已知坐标相同。,2019年9月29日星期日,合肥工业大学 土建学院测量工程系,173,205 36 48,290 40 54,202 47 08,167 21 56,175 31 25,214 09 33,1256 07 44,-13,-13,-13,-13,-13,-12,-77,205 36 35,290 40 42,202 46 55,167 21 43,175 31 12,214 09 20,1256 06 25,236 44 28,211 07 53,100 27 11,77 40 16,90 18 33,94 47 21,60 38 01,125.36,98.71,114.63,116.44,156.25,641.44,+0.04 -107.31,+0.03 -17.92,+0.04 +30.88,+0.03 -0.63,+0.05 -13.05,-108.03,-0.02 -64.81,-0.02 +97.12,-0.02 +141.29,-0.02 +116.44,-0.03 +155.70