水准仪、经纬仪、全站仪、GPS测量使用基本理论与方法.ppt

测量基本理论 内容提要 1 高程测量原理与水准仪操作2 角度测量原理与经纬仪操作3 全站仪功能介绍4 测量计算基本常识5 GPS定位原理及应用简介 第二章水准测量 高程测量概念根据已知点高程 测定该点与未知点的高差 然后计算出未知点的高程的方法 1 高程测量原理与仪器操作 高程测量的方法分类1 水准测量2 三角高程测量3 GPS测量 利用水准仪提供的 水平视线 测量两点间高差 从而由已知点高程推算出未知点高程 一 高程测量原理 A 后视点a 后视读数B 前视点b 前视读数 hAB h1 h2 hn a1 b1 a2 b2 an bn a b 4 转点的概念 若A B两点间布设一些过渡点 转点 1 2 3 将其分为n段 则用水准仪分别测得各段高差为h1 h2 hn 则有 1 望远镜物镜目镜十字丝 上 中 下丝 三个部分组成 二 水准测量的仪器与工具水准仪按精度分为 DS05 DS1 DS3 其中DS3表示每公里往返测高差中误差 一 水准仪组成 圆水准器 用于整平 水准管 用于精平 特性 气泡始终向高处移动 3 基座作用 把仪器固定在三脚架上 下部脚螺旋用于整平仪器 2 水准器 二 水准尺主要有单面尺 双面尺和塔尺 1 尺面分划为1cm 每10cm处 E字形刻划的尖端 注有阿拉伯数字 2 双面尺的红面尺底刻划 一把为4687mm 另一把为4787mm 三 尺垫放在转点上 以防水准尺下沉 操作程序 粗平 瞄准 精平 读数 一 粗平调节脚螺旋 使圆水准气泡居中 1 方法 对向转动脚螺旋1 2 使气泡移至1 2方向中间 转动脚螺旋3 使气泡居中 三 水准仪的使用 图形 粗平的操作方法示意图 2 规律 气泡移动方向与左手大拇指运动的方向一致 二 瞄准 1 方法 先用准星器粗瞄 再用微动螺旋精瞄 2 视差 概念 眼睛在目镜端上下移动时 十字丝与目标像有相对运动 产生原因 目标像平面与十字丝平面不重合 消除方法 反复交替调节目镜和物镜对光螺旋 三 精平 1 方法 如图所示 调节微倾螺旋 使水准管气泡成像抛物线符合 2 说明 自动安平水准仪 不需进行精平 四 读数 精平后 用十字丝的中丝在水准尺上读数 1 方法 米 分米看尺面上的注记 厘米数尺面上的格数 毫米估读 2 规律 读数在尺面上由小到大的方向读 故仪器若成倒像的 从上往下读 若成正像 即从下往上读 图形 水准仪读数实例 4 水准仪读数实例 6 252 1 477 0 725 2角度测量原理与经纬仪操作 内容提要 2 1角度测量概念2 2光学经纬仪的使用2 3角度的测量方法2 4经纬仪的检验与校正 角度测量包括 水平角测量竖直角测量 2 1角度测量概念 一 水平角定义 从空间一点出发的两条空间直线在水平投影面上的夹角 范围 顺时针00 3600 计算公式 c 右 终 边c 左 始 边a当c a时 c a当c a时 c 3600 a 二 竖直角定义 在同一竖直面内 瞄准目标的视线与水平视线的夹角 其范围 0 90 仰角为正 俯角为负 2 2光学经纬仪的使用 经纬仪是测角的仪器 按精度 有 DJ6 DJ2 DJ1 其中 DJ6 表示经纬仪 一测回方向观测中误差为6 一 DJ6经纬仪的构造1 照准部2 水平度盘3 基座 1 照准部 照准部 水平 制动 微动 望远镜 竖直 制动 微动 圆水准器 水准管 望远镜目镜调焦 物镜调焦 粗瞄准器 十字丝 读数显微镜 竖直度盘 光学对点器 2 水平度盘 水平度盘由光学玻璃制成 顺时针0 360 刻度 水平度盘与照准部相互脱离 3 基座 作用 把仪器固定在三脚架上 下部脚螺旋用于整平仪器 二 J6经纬仪读数方法 水平度盘读数 73 04 24 1 分微尺的分划值为1 估读到0 1 6 2 H 水平度盘读数 V 竖直度盘读数 三 J2光学经纬仪的构造 如图与J6相比 增加了 1 测微轮 读数时 对径分划线影像符合 2 换像手轮 水平读数和竖直读数间的互换 3 竖直读盘反光镜 竖直读数时反光 测微轮 换像手轮 竖直读盘反光镜 四 DJ2的读数方法 一般采用对径重合读数法 转动测微轮 使上下分划线精确重合后读数 五 经纬仪的安置 1 大致水平大致对中眼睛看着对中器 拖动三脚架两个脚 使仪器大致对中 并保持 架头 大致水平 2 伸缩脚架粗平根据气泡位置 伸缩三脚架两个脚 使圆水准气泡居中 3 脚螺旋精平 左手大拇指法则 气泡居中 1 2等高 气泡居中 3与1 2等高 1 转动仪器 使水准管与脚螺旋1 2连线平行 2 根据气泡位置运用法则 对向旋转脚螺旋1 2 3 转动仪器900 运用法则 旋转脚螺旋3 4 架头上移动仪器 精确对中 5 脚螺旋精平 6 反复 4 5 两步 角度测量方法包括 测回法方向观测法 2 3角度测量方法 一 测回法1 适用 2个方向的单角 AOB 2 步骤 边讲边操作示范 1 盘左瞄准左边A 配度盘至000X 读取a1 2 顺时针旋转瞄准右边B 读取b1 则上半测回角值 1 b1 a1 1 a1 b1 3 倒镜成盘右 瞄准右边B 读取b2 4 逆时针旋转瞄准左边A 读取a2 则下半测回角值 2 b2 a2 2 a2 b2 5 计算角值若 1 2 40 图根级 则有 1 2 2 3 测回法记录格式 2542406 1800500 741906 000418 742342 741924 741915 测回法小结 度盘配置方法 若观测N个测回 各测回间按180 N的差值来配置度盘 二 方向观测法 1 适用 在一个测站上需要观测两个以上方向 2 步骤 有四个观测方向 A B O C D 1 上半测回选择一明显目标A作为起始方向 零方向 用盘左瞄准A 配置度盘 顺时针依次观测A B C D A 2 下半测回 倒镜成盘右 逆时针依次观测A D C B A 同理各测回间按1800 N的差值 来配置水平度盘 3 计算 记录 1 半测回归零差 J2 12 J6 18 2 2C值 两倍照准误差 2C 盘左读数 盘右读数 180 一测回内2C互差 J2 18 J6不作要求 3 各方向盘左 盘右读数的平均值 平均值 盘左读数 盘右读数 180 2注意 零方向观测两次 应将平均值再取平均 4 归零方向值将各方向平均值分别减去零方向平均值 即得各方向归零方向值 5 各测回归零方向值的平均值同一方向值各测回间互差 J2 12 J6 24 三 竖直角的计算公式 顺时针注记 左 90 L 右 R 270 故一测回竖直角 左 右 2 2 逆时针注记 故有 左 L 90 右 270 R一测回竖直角 左 右 2 四 经纬仪放样方法 后视点 测站点 待测量点 经纬仪常用的放样方法有极坐标法和交会法 极坐标法需要经纬仪和钢卷尺配合放样 其具体过程如下图所示 1 分别计算出测站点到后视点和待测量点的方位角 确定出放样的转角 并计算出待测量点到测站点的距离S 2 将经纬仪架在测站点上 后视后视点 转动转角 确定出待测量点的方向 3 顺着测站点到待测量点的方向上用钢卷尺拉出距离S 确定处待测量点 若 在放样时 只有经纬仪或者只有钢卷尺的时候怎样放样 角度交会法 1 适用 不便量距时2 方法 1 计算测设元素 1 2 2 拨水平角 交出P点 1 2 距离交会法 1 适用 距离较短 便于量距时 2 方法 1 计算平距AP BP 2 量取AP BP 交会出点P 2 4经纬仪的检验与校正 经纬仪的主要轴线 1 竖轴VV2 水准管轴LL3 横轴HH4 视准轴CC5 圆水准器轴L L 一 经纬仪轴线应满足的条件1 VV LL 照准部水准管轴的检校 2 HH 十字丝竖丝 十字丝竖丝的检校3 HH CC 视准轴的检校 4 HH VV 横轴的检校5 竖盘指标差应为零 指标差的检校6 光学垂线与VV重合 光学对中器的检校7 L L VV 圆水准器的检验与校正 次要 二 光学对中器的检校 1 检验 精密安置仪器后 将刻划中心在地面上投下一点 再旋转照准部 每隔120 投下一点 若三点不重合 则需校正 2 校正 用拨针使刻划中心向三点的外接圆心移动一半 三 圆水准器的检校 1 检验 精平 水准管气泡居中 后 若圆水准气泡不居中 则需校正 2 校正 用圆水准气泡校正螺丝使其居中 内容提要 全站仪简介全站仪的功能全站仪中线测设及断面测量简介 3 全站仪功能介绍 全站仪简介 一 全站仪的发展 二 全站仪构造 棱镜 全站仪的功能介绍 1 角度测量 1 功能 测水平角竖直角 2 方法 与经纬仪相同 若要测出水平角 AOB 则 当精度要求不高时 只需半测回 瞄准A点 置零 0SET 瞄准B点 记下水平度盘HR的大小 当精度要求高时 可用测回法 步骤同用经纬仪操作 配置度盘时 可以用 置盘 HSET 2 距离测量 1 功能 可测量平距 高差和斜距 全站仪镜点至棱镜镜点间高差及斜距 2 方法 照准棱镜点 按MEAS S c t 2 3 坐标测量 1 功能 测出目标点的 X Y H 2 原理1 平面坐标 X Y 测量原理 2 高程 Z 测量原理 3 方法 后视点 测站点 待测量点 1 输入测站X Y H 仪器高i 棱镜高t 2 瞄准后视点 将水平度盘读数设置为测站至后视点的坐标方位角 3 瞄准目标棱镜点 按MEAS 测量 键 4 点位放样 1 功能 根据设计的待放样点P及已知点的坐标 在实地标出P点的平面位置及填挖高度 2 原理 1 先在待放样点的大致位置立棱镜对其进行观测 测出当前棱镜位置的坐标 2 将当前坐标与放样点的坐标相比较 计算出其差值 距离差值dD和角度差dHR或纵向差值 X和横向差值 Y X Y 后视点 测站点 当前棱镜位置 待放样点P dD dHR 3 根据显示的dD dHR或 X Y 逐渐找到放样点的位置 X Y 后视点 测站点 当前棱镜位置 待放样点P dD dHR dHR 0000 00 dHD 0m 全站仪中线测设及断面测量简介 基本原理中线测设 计算中桩坐标 全站仪点位放样 极坐标法 纵断面测量 全站仪测量点的高程 三角高程测量 横断面测量 确定横断面点位 全站仪测量点的高程 三角高程测量 1 中桩坐标的计算 1 直线段中桩由起始点坐标和桩号里程 按 坐标正算 公式 可计算出各中桩的坐标 2 曲线段中桩根据曲线要素按照 坐标正算 公式计算出曲线上各中桩的坐标 2 中桩的实地放样 架全站仪在 导线 控制点上 利用全站仪 点位放样 功能 放样出各中桩 3 中桩高程测量 纵断面测量 中桩高程测量是在中桩放样的同时进行的 在中桩位置立棱镜 输入仪器高和棱镜高 即可利用全站仪 三维坐标测量 功能 在 导线 控制点上 测出中桩处的地面高程 4 横断面测量 横断面测量也可在中桩测设 纵断面测量的同时进行 关键在于如何将棱镜立在中桩的横断面方向上 其方法主要是 在大致横断面方向上的变坡点处立棱镜 测出点的平面坐标 注意 在使用全站仪观测角度的时候 为了消除视差的影响 必须使十字丝与棱 镜中心重合 十字丝与棱镜是否重合辨别方法是 上下左右晃动眼睛 十字丝始终与棱镜的中心相重合 若二者有相对的移动 则说明有视差 就会影响观测结果的精度 这样就要需要重新调整十字丝和望远镜的清晰度 调整时 先把十字丝跳到最清晰 然后调节望远镜 不时的晃动眼睛 直到十字丝与棱镜中心没有相对的移动便可读数 4 测量计算基本常识 一 几个基本公式1 坐标方位角的推算 注意 若计算出的方位角 360 则减去360 若为负值 则加上360 或 2 坐标正算公式 由A B两点边长DAB和坐标方位角 AB 计算坐标增量 见图有 其中 XAB XB XA YAB YB YA 3 坐标反算公式 由A B两点坐标来计算 AB DAB AB的具体计算方法如下 1 计算 2 计算 3 根据 XAB YAB的正负号判断 AB所在的象限 二 曲线要素与坐标的计算1 圆曲线的要素 已知转角 及半径R 切线长 曲线长 外距 切曲差 2 主点里程的计算ZY里程 JD里程 T YZ里程 ZY里程 LQZ里程 YZ里程 L 2 JD里程 QZ里程 D 2 3 圆曲线中桩坐标计算1 方位角法如图所示 已知曲线起点的坐标 X Y 起点处的切线方位角为 圆曲线的半径为R 转角为 则曲线上任意一点Pi的坐标计算如下 任意点到起点的圆曲长为l 任意点桩号 ZY桩号对应的圆心角为 则任意点Pi与起始点连线的方位角和距离分别为 Pi点坐标为 2 切线支距法 如图所示 以ZY或YZ为坐标原点 切线为X轴 过原点的半径为Y轴 建立坐标系 则Pi点在改坐标系中的坐标为 特点 测点误差不积累 宜以QZ为界 将曲线分两部分进行测设 为了在已知坐标的测量控制点上进行曲线放样 必须将在过ZY点的切线直角坐标系中的曲线坐标转换到测量坐标中去 ZY点切线在控制点坐标系 中的方位角为 曲线位于ZY点切线的右侧 ZY点的测量坐标为XZH和YZH 则曲线任意点P在测量坐标系中的坐标为 如果曲线位于ZY点切线的左侧 则曲线任意点P在测量坐标系中的坐标为 第二章水准测量 5 GPS定位原理及应用简介 一 GPS的定义全球定位系统GPS GlobalPositioningSystem 是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统 可向全球用户提供连续 实时 高精度的三维位置 三维速度和时间信息 GPS的特点 1 全球 全天候工作 能为用户提供连续 实时的三维位置 三维速度和精密时间