chap4 大地测量观测技术.ppt

第四章大地测量观测技术 中国矿业大学环境与测绘学院 应用大地测量学 第四章大地测量观测技术 应用大地测量学 大地测量的基本任务 地面点空间位置 重力传统的测量方法 天文测量 三角测量 导线测量 几何水准测量主要观测元素 角度 距离 高差 第一节精密角度测量 第四章大地测量观测技术 第一节精密角度测量仪器第二节角度观测误差分析第三节方向观测法第四节垂直角测量第五节精密距离测量第六节精密水准测量仪器及其检验第七节精密水准测量观测与概算第八节GPS测量第九节天文测量简介第十节重力测量简介 第四章大地测量观测技术 第一节精密角度测量仪器第二节角度观测误差分析第三节方向观测法第四节垂直角测量第五节精密距离测量第六节精密水准测量仪器及其检验第七节精密水准测量观测与概算第八节GPS测量第九节天文测量简介第十节重力测量简介 4 1精密角度测量仪器 应用大地测量学 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 4 1 2光学测微器与对径重合读数法 4 1 3常用的J1 J2级光学经纬仪 4 1 4电子经纬仪 第一节精密角度测量 4 1精密角度测量仪器 应用大地测量学 我国光学经纬仪系列分为 J1 J2 J6等级别 J为经纬仪汉语拼音第一个字母 下标表示仪器室内检定时一测回水平方向观测中误差 第一节精密角度测量 4 1精密角度测量仪器 应用大地测量学 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 4 1 2光学测微器与对径重合读数法 4 1 3常用的J1 J2级光学经纬仪 4 1 4电子经纬仪 第一节精密角度测量 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 望远镜 读数设备 水准器 轴系 第一节精密角度测量 应用大地测量学 1 望远镜组成 物镜 调焦镜 十字丝分划板 目镜 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 等效物镜的光心与十字丝中心的连线称为望远镜的视准轴 望远镜调焦时 调焦透镜沿着望远镜内壁来回移动 如果调焦透镜不是沿着平行于光轴的直线运动 就会导致视准轴改变方向 给方向观测成果带来误差 结论 规定一个测回内不得重新调焦 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 v 0 25mu 2000mdu 1000m时 dv 0 016mm 微分上式得 应用大地测量学 2 水准器 1 作用 使经纬仪的垂直轴与测站铅垂线一致 2 圆水准器 用于粗平 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 2 水准器 3 管水准器 用于精平 冰点低 流动性强 附着力小的液体 酒精 硫酸醚 4 水准器格值 一个分格 2mm 所对的圆心角 决定了灵敏度 防止太阳照射仪器 防止手指触摸水准管 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 3 读数设备 1 度盘 2 光学测微器 3 读数显微镜 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 3 读数设备 1 水平度盘玻璃制成 安置在仪器基座的垂直轴套上 仪器转动时不得转动和移动 度盘是量测角度的标准器 其圆周刻划着等间距的分划线 两相邻分划线间的角值称为格值 精密测角一起的度盘直径75 160mm 格值4 20 如图4 5 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 3 读数设备 1 水平度盘度盘分化误差主要表现为系统误差 其中 沿度盘全局逐渐变化 形成以圆周为周期的周期性误差 称为长周期误差 以度盘上一小弧段 约20 1 为周期 并在圆周上多次重复出现的周期性误差 称为短周期误差 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 3 读数设备 1 水平度盘为减弱周期误差对方向观测到影响 规范规定 在方向观测中 各方向观测中 各测回之间应变换度盘位置 一般按照下式进行配置 m为测回数 为度盘格值的一半 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 2 光学测微器 用于读取不足一个刻划格值的读数 精密经纬仪采用双光学零件的测微器 按对径重合读数法读取读数 可读到1 0 1 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 3 读数显微镜窗口 测微尺分划像度盘对径分划像 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 4 轴系 1 照准部 望远镜 读数设备 水准器 垂直度盘 旋转时 保证轴线定向不变 2 照准部旋转轴心 度盘刻度中心 度盘旋转中心应一致 否则 将产生照准部偏心差 度盘偏心差 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学 4 轴系 3 由于轴与轴套间的间隙 以及受到以及间隙中的润滑油作用 照准部相对于正确的旋转轴线位置也会产生偏差 称为定向偏差 定向偏差造成照准部在旋转过程中摇晃 歪斜或平移 这种现象叫做照准部旋转不正确 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 4 1精密角度测量仪器 应用大地测量学 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 4 1 2光学测微器与对径重合读数法 4 1 3常用的J1 J2级光学经纬仪 4 1 4电子经纬仪 第一节精密角度测量 应用大地测量学 1 光学测微器有双平板玻璃 双光楔等类型 2 转动测微器测微轮时 测微尺移动 同时 对径分划影像上下按相反方向移动 测微尺全长对应上下对径分划的半个分格 4 1 2光学测微器与对径重合读数 4 1精密角度测量仪器 应用大地测量学 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 4 1 2光学测微器与对径重合读数法 4 1 3常用的J1 J2级光学经纬仪 4 1 4电子经纬仪 第一节精密角度测量 应用大地测量学 1 J1级光学经纬仪 T3水平度盘1度分为3大格 每大格分5小格 最小格值4 采用双平板玻璃光学测微器 测微尺刻有600格 最小格值0 2 4 1 3常用的J1 J2级光学经纬仪 应用大地测量学 2 J2级光学经纬仪 T2 4 1 3常用的J1 J2级光学经纬仪 应用大地测量学 3 J2级光学经纬仪 Zeiss010 4 1 3常用的J1 J2级光学经纬仪 4 1精密角度测量仪器 应用大地测量学 4 1 1精密光学经纬仪的基本构造 4 1 2光学测微器与对径重合读数法 4 1 3常用的J1 J2级光学经纬仪 4 1 4电子经纬仪 第一节精密角度测量 4 1 4电子经纬仪 应用大地测量学 电子经纬仪 安置有电子扫描度盘 在微处理控制下 实现自动化数字测角的经纬仪 电子速测仪 将电子经纬仪 光电测距仪和存储器集成在一起 在微处理器控制下 能同时测定和显示距离 水平角和垂直角 并能对观测值进行各种改正 计算和记录地面点的三维空间坐标的电子测量仪器 俗称全站仪 4 1 4电子经纬仪 应用大地测量学 1 构成 光学部件 机械部件 电子扫描度盘 电子传感器 微处理机 2 光栅度盘 固定与移动光栅探测器3 工作原理 固定光栅探测器 活动光栅探测器 电子测角分类编码度盘测角光栅度盘测角 一 电子测角概述 二 编码度盘测角原理 1 编码度盘码道区间 结论 识别望远镜照准方向落在哪一个区间是编码度盘测角的关键 二 编码度盘测角原理 4码道编码度盘角度对照表 如何识别区间 1 编码度盘 1 0 0 1 E E 旋转轴 发光二极管 接收二极管 R 二 编码度盘测角原理 2 编码度盘光电读数识别原理 度盘 二 编码度盘测角原理 3 角度分辨率设 角度分辨率S 区间数 则设n 码道数 则 若提高角度分辨率 必须增加码道数n 结论 示例 右图角度分辨率为22 5度 若提高至20 由则需刻成360 20 64800个区间 而64800 216 即需16码道 3 角度分辨率 二 编码度盘测角原理 困难 受光电器件尺寸限制 靠增加码道提高角度分辨率很不现实 故直接利用该法精度较低 三 光栅度盘测角原理 1 光栅 具有密集等宽等距线条的光学元件 圆形光栅 特点 栅距越小 则角度分划值越小 即测角精度越高 示例 当角度分划值为1 44 在80mm直径的光栅度盘上 将刻划12500条细线 刻线密度为50条 mm 结论 要想再提高测角精度 必须对其作进一步的细分 然而 这样小的栅距 再细分实属不易 如何提高测角精度呢 三 光栅度盘测角原理 1 光栅 主光栅 栅距 接收二极管 三 光栅度盘测角原理 2 莫尔条纹 3 莫尔条纹的特点 三 光栅度盘测角原理 1 两光栅之间夹角越小 条纹越粗 即相邻明条纹或暗条纹之间的距离越大 2 在垂直于光栅构成的平面方向上 条纹亮度按正弦规律周期性变化 三 光栅度盘测角原理 3 莫尔条纹的特点 3 光栅移动一个光栅距 莫尔条纹移动一个条纹宽度B 莫尔条纹明暗变化一周期 三 光栅度盘测角原理 3 莫尔条纹的特点 4 莫尔条纹对光栅具有位移放大作用 如图 由于 角很小 则 三 光栅度盘测角原理 2 莫尔条纹宽度B对光栅距 的放大关系为 3 莫尔条纹的特点 放大倍数随光栅夹角 的减小而增大 若光栅距 固定 条纹宽度B随 的减小而增大 3 莫尔条纹的特点 4 莫尔条纹对光栅具有位移放大作用 三 光栅度盘测角原理 结论 示例 当 10 0 01mm时 根据B 1 得出B 344 B 344 3 44mm 三 光栅度盘测角原理 结论 光栅距为1个单位 莫尔条纹的宽度就为344个单位 这就有利于我们进行测量 3 莫尔条纹的特点 4 莫尔条纹对光栅具有位移放大作用 莫尔条纹测角原理 三 光栅度盘测角原理 4 莫尔条纹测角装置与原理 指示光栅转动一个光栅距 莫尔条纹明暗变化一个周期 莫尔条纹光信号强度变化一个周期 光电接收管中的电流变化一周期 三 光栅度盘测角原理 莫尔条纹测角原理 在测角装置中 增加一个光电接收管b 它与原来的光电接收管a的间隔为B 4 如下图 B 4 a b 5 光栅度盘转动方向判别 三 光栅度盘测角原理 顺时针转动 莫尔条纹从左向右移动 a管电流信号超前b管电流信号90 指示光栅 三 光栅度盘测角原理 a b 5 光栅度盘转动方向判别 光电流 逆时针转动 莫尔条纹从右向左移动 a管电流信号滞后b管电流信号90 结论 根据a b中电流相位差的不同 可识别度盘的顺时针或逆时针转动 使电路控制脉冲可逆计数器 顺时针加法计数 逆时针减法计数 三 光栅度盘测角原理 a b 增量式测角角度误差累积关机角度信息不保留开机需要初始化 莫尔条纹测微测角精度高 光栅度盘 测角精度低 绝对式测角角度误差不累积开机即可读取角度信息关机后信息不丢失 编码度盘 缺点 优点 编码度盘和光栅度盘比较分析 第四章大地测量观测技术 第一节精密角度测量仪器第二节角度观测误差分析第三节方向观测法第四节垂直角测量第五节精密距离测量第六节精密水准测量仪器及其检验第七节精密水准测量观测与概算第八节GPS测量第九节天文测量简介第十节重力测量简介 4 2角度观测误差分析 应用大地测量学 4 2 1外界条件引起的误差 4 2 2仪器误差 4 2 3观测误差 4 2 4精密测角的一般原则 第二节角度观测误差分析 4 2角度观测误差分析 应用大地测量学 4 2 1外界条件引起的误差 4 2 2仪器误差 难点 4 2 3观测误差 4 2 4精密测角的一般原则 第二节角度观测误差分析 4 2 1外界条件引起的误差 应用大地测量学 外界条件主要指观测时大气的温度 湿度 密度 太阳照射方位及地形 地物等因素 第二节角度观测误差分析 应用大地测量学 水平折光影响 微分折光 实际照准方向与理想方向的微小夹角 大气垂直折光 微分折光在铅垂面上的分量 大气水平折光 微分折光在水平面上的分量 4 2 1外界条件引起的误差 4 2角度观测误差分析 应用大地测量学 4 2 1外界条件引起的误差 4 2 2仪器误差 难点 4 2 3观测误差 4 2 4精密测角的一般原则 第二节角度观测误差分析 4 2 3仪器误差 应用大地测量学 4 2 2仪器误差 应用大地测量学 一 视准轴误差 视准轴 物镜光心和十字丝中心的连线 视准轴误差 视准轴不垂直于水平轴 对水平观测方向的影响 c c cos 4 2 2仪器误差 应用大地测量学 一 视准轴误差 盘左 视准轴偏向正确方向左侧 c为负 正确方向读数A比有误差读数L小 A L c盘右 视准轴偏向正确方向右侧 c为正 正确方向读数A比有误差读数R大 A R cA L R 2 C对方向观测值的影响 c 盘左盘右大小相等 符号相反 取读数中数可消除视准轴误差的影响 前提 c值在盘左 盘右观测期间保持稳定 规定一测回内不得重新调焦 影响规律 4 2 2仪器误差 应用大地测量学 一 视准轴误差 C对方向观测值的影响 c 随着 的增大而增加 当观测方向为水平时 0 c c 大地测量边长较长 大多在0 左右 0 c c L R 2c即 同一测回中 同一目标的盘左盘右读数之差等于2c 对于2c互差规范规定 一测回中各方向2c值互差 J1不超过9 J2不超过13 对于2c自身大小规范规定 J1不超过20 J2不超过30 影响规律 c c cos 应用大地测量学 二 水平轴误倾斜差 水平轴倾斜误差 水平轴不垂直于垂直轴产生i 4 2 2仪器误差 对方向观测值的影响 i itan 应用大地测量学 二 水平轴误倾斜差 盘左 水平轴倾斜左低右高取i为负 正确读数A比有误差 i的读数L小 A L i盘右 水平轴倾斜左高右低i为正 正确读数A比有误差 i的读数R大 A R i 4 2 2仪器误差 盘左盘右取平均 可消除水平轴倾斜误差的影响 正确读数 A L R 2 影响规律 应用大地测量学 二 水平轴误倾斜差 4 2 2仪器误差 i itan i大小既与i有关 也与 有关 大 则 i大 0 则 i 0 此时水平轴误差对方向观测值没有影响 影响规律 盘左正确读数 A L c i盘右正确读数 A R c i则L R 2 c 2 i 规范规定 某方向 超过 3 则该方向2c互差可按同一观测时间段内的相邻测回进行比较 即 它的2c可以不与 i影响小的方向比 而与该方向在相邻测回中的2c比 应用大地测量学 三 垂直轴误倾斜差 垂直轴倾斜误差 垂直轴本身不竖直 4 2 2仪器误差 偏离铅垂线位置的角度v对方向观测值的影响 v itan i vcos v vcos tan 应用大地测量学 三 垂直轴误倾斜差 V的方向和大小不随照准部转动而变 v的正负号不因盘左盘右而改变 即盘左盘右观测不能消除 v 4 2 2仪器误差 影响规律 v vcos tan 垂直轴倾斜误差对方向观测值的影响 v与垂直轴倾斜角v 照准目标的垂直角 观测目标的方位 都有关系 方法 观测中特别注意垂直轴具有铅垂位置 水准管气泡不得偏移 3 各测回间重新整置一起 是气泡居中 应用大地测量学 三 垂直轴误倾斜差 v itan n tan n为气泡偏离格数 为格值 4 2 2仪器误差 倾斜改正数的计算 4 2角度观测误差分析 应用大地测量学 4 2 1外界条件引起的误差 4 2 2仪器误差 4 2 3观测误差 4 2 4精密测角的一般原则 第二节角度观测误差分析 应用大地测量学 4 2 3观测误差 4 2角度观测误差分析 应用大地测量学 4 2 1外界条件引起的误差 4 2 2仪器误差 4 2 3观测误差 4 2 4精密测角的一般原则 第二节角度观测误差分析 4 2 3精密测角的一般原则 应用大地测量学 1 盘左盘右两个位置进行观测 取上 下半测回平均值作为最后观测值 消除仪器视准轴误差和水平轴倾斜误差影响 2 一测回中 下半测回照准目标的先后次序和上半测回相反 削弱仪器脚架扭转 因气温引起视准轴变化和基座扭转引起的度盘带动等误差影响 3 每半测回开始前 照准部向将要旋转的方向先转1 2周 半测回观测过程中 照准部不得有相反方向运动 削弱照准部对度盘的带动误差和脚螺旋空隙带动误差影响 4 测微螺旋 水平微动螺旋的最后操作应为 旋进 削弱测微器 微动螺旋的隙动误差 第二节角度观测误差分析 4 2 3精密测角的一般原则 应用大地测量学 5 各测回的起始方向应均匀分布在度盘和测微器的各个位置上 削弱水平度盘分划的长周期误差和短周期误差 以及测微尺的分划误差 6 观测前认真对焦 消除视差 一测回中不得改变望远镜焦距 以免由于视准轴的变动而引起视准轴误差变化 7 整平仪器时 照准部气泡应严格居中 一测回观测中气泡偏差过大时应停止观测 重新整置仪器 当目标垂直角较大时 应在测回之间重新整置仪器 8 观测要在通视良好 成像稳定和清晰时进行 有条件可在不同时段内完成 尽力减弱旁折光和相位差 第二节角度观测误差分析 第四章大地测量观测技术 第一节精密角度测量仪器第二节角度观测误差分析第三节方向观测法第四节垂直角测量第五节精密距离测量第六节精密水准测量仪器及其检验第七节精密水准测量观测与概算第八节GPS测量第九节天文测量简介第十节重力测量简介 4 3方向观测法 应用大地测量学 4 3 1方向观测法的程序和规则 4 3 2观测手簿的记载 4 3 3观测限差 4 3 4观测成果的取舍和整理 第二节角度观测误差分析 4 3方向观测法 应用大地测量学 4 3 1方向观测法的程序和规则 4 3 2观测手簿的记载 4 3 3观测限差 4 3 4观测成果的取舍和整理 第二节角度观测误差分析 4 3 1方向观测法的程序和规则 应用大地测量学 方向观测法 在三角网和导线网中 一点周围有三个以上方向 方向观测法是在一测回内把测站上所有观测方向 先盘左位置依次观测 再盘右位置依次观测 取盘左 盘右平均值作为各方向的观测值 第三节方向观测 4 3 1方向观测法的程序和规则 应用大地测量学 盘左位置顺时针方向旋转照准部 依次照准A B C D E A 读取观测值 称为上半测回 然后纵转望远镜 盘右位置逆时针方向旋转照准部 仍从A开始 依次照准A E D C B A并读数 称为下半测回 上 下两个半测回合起来称为一个测回 观测到起始方向常称为零方向 要求每半测回观测闭合到零方向 目的在于监测观测过程中水平度盘有无方位变动 此时上 下半测回构成一个闭合圆 所以这种观测又称为全圆观测法 这种闭合操作称为 归零 当方向数不超过3个时 由于半测回持续时间较短 可以不归零 方向数只有2个时 方向观测法也就是测回法 第三节方向观测 应用大地测量学 4 3 1方向观测法的程序和规则 应用大地测量学 观测规则 1 零方向的选择 距离适中 通视良好 成像清晰 2 调焦 消除视差 照准零方向 安置度盘位置 每一测回开始前进行 3 上 下半测回照准目标的次序相反 4 半测回开始前 照准部按规定方向旋转1 2周 5 微动螺旋 测微螺旋最后保持旋进方向 6 一测回观测中 气泡不得偏离一格 4 3 1方向观测法的程序和规则 4 3方向观测法 应用大地测量学 4 3 1方向观测法的程序和规则 4 3 2观测手簿的记载 4 3 3观测限差 4 3 4观测成果的取舍和整理 第二节角度观测误差分析 4 3 2观测手簿的记载 应用大地测量学 1 盘左 上半测回 由上而下 观测每一目标照准一次 读数两次 取平均值作为观测值 2 盘右 下半测回 由下而上 观测每一目标照准一次 读数两次 取平均值作为观测值 3 归零差的计算 4 两倍视准轴2c的计算 5 各方向平均值的计算 6 方向值计算 起始方向值为零度零分零秒 7 凡记错度 分以及算错 可整齐划去 在其上方填写正确数字 不得涂檫 表4 1水平方向观测手簿 表4 3水平方向观测记簿 表4 3水平方向观测记簿 4 3方向观测法 应用大地测量学 4 3 1方向观测法的程序和规则 4 3 2观测手簿的记载 4 3 3观测限差 4 3 4观测成果的取舍和整理 第二节角度观测误差分析 4 3 3观测限差 应用大地测量学 4 3方向观测法 应用大地测量学 4 3 1方向观测法的程序和规则 4 3 2观测手簿的记载 4 3 3观测限差 4 3 4观测成果的取舍和整理 第二节角度观测误差分析 4 3 3观测成果的取舍和整理 应用大地测量学 1 一测回内2c互差或同一方向测回互差超限重测超限方向并联测零方向 2 零方向2c互差或下半测回归零差超限 该测回应全部重测 一测回中重测方向数超过测站方向数的1 3时 也重测全部测回 3 全部基本测回中 重测的方向测回数超过全部方向测回总数的1 3时 全部成果重测 4 基本测回和重测成果均应记入记簿 5 重测数计算方法 测站全部方向测回总数为 n 1 m 基本测回中 重测一个超限方向算作一个方向测回 零方向超限重测整个测回算作n 1个方向测回 6 测站平差 求各方向值的算术平均值 第四章大地测量观测技术 第一节精密角度测量仪器第二节角度观测误差分析第三节方向观测法第四节垂直角测量第五节精密距离测量第六节精密水准测量仪器及其检验第七节精密水准测量观测与概算第八节GPS测量第九节天文测量简介第十节重力测量简介 4 4垂直角测量 应用大地测量学 4 4 1垂直度盘原理与垂直角计算 4 4 2垂直角观测方法 4 4 3垂直角观测成果的检核 第二节角度观测误差分析 4 4垂直角测量 应用大地测量学 4 4 1垂直度盘原理与垂直角计算 4 4 2垂直角观测方法 4 4 3垂直角观测成果的检核 第二节角度观测误差分析 4 4 1垂直度盘原理与垂直角计算 应用大地测量学 一 垂直度盘原理1 垂直度盘与水平轴正交 能随望远镜俯仰运动 2 指标水准器固定不动 视准轴水平时 指标90 3 指标差 指标水准器气泡居中 指标实际位置与设计位置的微小夹角 第四节垂直角测量 应用大地测量学 二 J2级经纬仪垂直角和指标差计算公式J2级经纬仪垂直度盘0 360 顺时针方向全圆注记 视准轴水平时 读数指标指向90 垂直角公式 推导见P94下 R L 2 90 指标差公式 i L R 2 180 4 4 1垂直度盘原理与垂直角计算 应用大地测量学 三 J1级经纬仪垂直角和指标差计算公式以WildT3经纬仪为例 读数指标安置在水平位置 视准轴水平时读数为90 逆时针方向55 125 注记 对径180 处注记相同 注记名义值比格值实际值减小1倍 55 125 之间的实际值为140 推导见P94下 垂直角公式 L R指标差公式 i L R 180 4 4 1垂直度盘原理与垂直角计算 4 4垂直角测量 应用大地测量学 4 4 1垂直度盘原理与垂直角计算 4 4 2垂直角观测方法 4 4 3垂直角观测成果的检核 第二节角度观测误差分析 4 4 2垂直角观测方法 应用大地测量学 一 中丝法 单丝法 1 盘左 水平中丝照准目标 调平指标水准器气泡 读取垂直度盘读数L 2 盘右 水平中丝照准目标 调平指标水准气泡 读度盘读数R 3 计算指标差i和垂直角 见表4 4 表4 4垂直角观测记录 计算 中丝法 表4 4垂直角观测记录 计算 中丝法T3 应用大地测量学 二 三丝法以三根水平丝为准 依次照准同一目标 1 盘左 按上 中 下三丝依次照准目标 调平气泡后 读数L上 L中 L下 2 盘右 按上 中 下三丝依次照准目标 调平气泡后 读数R下 R中 R上 3 记录按表4 5格式 注意盘左由上往下 盘右由下往上记录 4 计算指标差i和垂直角 4 4 2垂直角观测方法 表4 5垂直角观测的记录 计算 表4 5垂直角观测记录 三丝法 4 4垂直角测量 应用大地测量学 4 4 1垂直度盘原理与垂直角计算 4 4 2垂直角观测方法 4 4 3垂直角观测成果的检核 第二节角度观测误差分析 4 4 3垂直角观测成果的检核 应用大地测量学 测角三角高程对垂直角观测的要求 应用大地测量学 表2测距三角高程对垂直角观测和要求 4 4 3垂直角观测成果的检核 应用大地测量学 重测原则 垂直角和指标差的互差超限时 应分情况进行重测 若一水平丝所测某一方向的垂直角或指标差互差超限 则此方向需用中丝重测一测回 若用三丝法在同一方向一测回中有两根水平丝所测结果超限 则该方向需用中丝重测两个测回 或用三丝法重测一个测回 4 4 3垂直角观测成果的检核 第四章大地测量观测技术 第一节精密角度测量仪器第二节角度观测误差分析第三节方向观测法第四节垂直角测量第五节精密距离测量第六节精密水准测量仪器及其检验第七节精密水准测量观测与概算第八节GPS测量第九节天文测量简介第十节重力测量简介 第五节精密距离测量 应用大地测量学 距离测量是大地测量的一项重要工作 20世纪50年代国家大地网测量中使用因瓦基线尺直接丈量基线或其扩大边 确定大地网的起算边长 70年代以后 开始使用光电测距仪进行精密距离测量 广泛用于导线测量中的边长观测 近10余年来 随着GPS技术的迅速普及 中 远距离的测量已经由GPS测量所取代 目前 高精度的较短距离测量在导线测量 特殊工程测量以及对高精度的大地网的检测测量中还有应用 本节主要介绍光电相位式测距仪的基本结构 测距原理和测距成果的整理计算 第五节精密距离测量 4 5精密距离测量 应用大地测量学 4 5 1距离测量方式及其原理 4 5 2全站仪 4 5 3电磁波测距误差分析 4 5 4测距的作业要求和成果转换 第二节角度观测误差分析 4 5精密距离测量 应用大地测量学 4 5 1距离测量方式及其原理 4 5 2全站仪 4 5 3电磁波测距误差分析 4 5 4测距的作业要求和成果转换 第二节角度观测误差分析 4 5 1距离测量方式及其原理 应用大地测量学 一 长度基准1 国际长度基准 档案米 过巴黎地球子午线的四千万分之一的长度 国际米原器 沿用71年1960年11届国际计量大会 氪 86原子辐射波长的1650763 73倍的长度 1983年第17届国际计量大会规定 光在真空中 在1 299792458秒的时间间隔内经过的距离为1米 2 我国的长度基准我国采用国际适用单位m 应用大地测量学 二 距离的测量方式1 用因瓦基线尺丈量距离在平坦地面上 用24m长的因瓦基线尺一尺接一尺地悬空丈量两点间的基线长度 拉力一定 丈量结果中加入尺长改正 温度改正 悬链线改正 可达几十万 一百万分之一的相对精度 丈量前用水准测量的方法测定每个尺段两端点的高差 进行倾斜改正 以得到基线的水平长度 我国天文大地网的起算边长主要是采用茵瓦基线尺丈量确定 4 5 1距离测量方式及其原理 距离测量仪器 因瓦基线尺 电磁波测距仪 卫星激光测距仪 应用大地测量学 二 距离的测量方式2 电磁波测距分类 红外 微波 激光测距范围 几米 几十公里精度 10 5 10 6基本原理 D 1 2 c t 4 5 1距离测量方式及其原理 应用大地测量学 2 电磁波测距 1 两种方式脉冲式测距 测距仪发射脉冲波 被目标返回后 由仪器接收 测出脉冲往返传播时间t 测程远时 其精度不如相位式的精度高 相位式测距 测距仪发射正弦调制波 反射后由仪器接收 测出调制波在往返距离上的相位差 推算出距离 精度可达1 2cm 4 5 1距离测量方式及其原理 应用大地测量学 3 电磁波测距 2 相位式测距分类按测程分 短程 15km 按精度分 级 每km中误差 5mm 级 5 10mm 级 10 20mm 按载波频率分 光波 光速 红外 激光 微波 多载波 4 5 1距离测量方式及其原理 应用大地测量学 三 相位式测距原理1 相位式测距原理示意图 4 5 1距离测量方式及其原理 t 2 ft 应用大地测量学 三 相位式测距原理2 相位式测距基本公式相位差 t 2 ft 得t 2 f 则因 N2 c f 意义 用半波长电测尺 测了N尺段和不足一尺段的尾数 N 相位式测距原理 4 5 1距离测量方式及其原理 应用大地测量学 三 相位式测距原理3 N值确定基本原理 1 直接测尺频率方式仪器中有精测尺 粗测尺固定频率 精测频率f1 15MHz 1 2 c 2f1 10m 量出米 分米 厘米 毫米的位数 粗测精度f2 150kHz 2 2 c 2f2 1000m 量出百米 十米 米 分米的位数 组合起来 加上已知概略距离的公里数 得完整的距离读数 4 5 1距离测量方式及其原理 应用大地测量学 三 相位式测距原理3 N值确定基本原理 2 间接测尺频率方式原因 测程较长 粗 精测尺频率相差悬殊 电路中放大器的增益和相对稳定性难于一致 采用一组数值接近的测尺频率 用其差频频率作为粗测频率 放大器对各种频率增益相近 4 5 1距离测量方式及其原理 应用大地测量学 三 相位式测距原理3 N值确定基本原理 2 间接测尺频率方式例 精测频率f1 15MHz 1 2 10m 测得如5 67mf2 0 9f1 f1 f2 1 5MHz 2 2 100m 测得如45 6mf3 0 99f1 f1 f3 0 15MHz 3 2 1000m 测得如345mf4 0 999f1 f1 f4 0 015MHz 4 2 10000m 测得如2340mf5 0 9999f1 f1 f5 0 0015MHz 5 2 100000m 测得如12300m组合后 得距离12345 67m 4 5 1距离测量方式及其原理 4 5精密距离测量 应用大地测量学 4 5 1距离测量方式及其原理 4 5 2全站仪 4 5 3电磁波测距误差分析 4 5 4测距的作业要求和成果转换 第二节角度观测误差分析 4 5 2全站仪 应用大地测量学 全站仪最早出现于20世纪60年代末 它将电子测距 电子测角和微处理机结合成一个整体 能自动记录 存储并具备某些固定计算程序 因为在一个测站点能快速进行三维坐标测量 定位和自动数据采集 处理 存储等工作 实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化 所以称为 全站型电子速测仪 或简称 全站仪 Totalstation 4 5 2全站仪 应用大地测量学 1全站仪基本结构 电子测角电子测距电子补偿微机处理 微处理器 存储器 输入 输出 自动全站仪 自动识辨 照准 跟踪目标 又称测量机器人 徕卡公司生产的TPS1100系列全站仪 TCA2003自动全站仪 4 5 2全站仪 应用大地测量学 2全站仪精度及等级全站仪精度由测角精度和测距精度共同决定 在设计时 对测距和测角精度的匹配采用 等影响 的原则 即 取D 1 2km 206265 则有表4 7 国家计量检定规程 JJG100 94 将全站仪划分为四个精度等级 见表4 8 4 5 2全站仪 应用大地测量学 3全站仪参数设置 1 气象改正 2 棱镜常数改正 3 仪器加常数改正 4 5精密距离测量 应用大地测量学 4 5 1距离测量方式及其原理 4 5 2全站仪 4 5 3电磁波测距误差分析 4 5 4测距的作业要求和成果转换 第二节角度观测误差分析 4 5 3电磁波测距误差分析 应用大地测量学 一 测距误差种类分析方法 从原理公式 相位测距基本公式 测距误差分析 依据协方差传播率 推导步骤 4 5 3电磁波测距误差分析 应用大地测量学 一 测距误差种类 测距误差分析 利用误差传播定律 再顾及到仪器加常数测定误差mk 对中或归心改正误差me 由高差测量误差mh引起斜距化为平距的误差 仪器内部信号之间的串扰引起的与距离成周期变化的周期误差mR 则有 其中 与距离成比例增大的称为 比例误差 与距离无关的称为 固定误差 mD为测距中误差 mm a为固定误差 mm b为比例误差系数 mm km D为距离值 km 应用大地测量学 二 比例误差1 真空中光速c0的相对误差 对测距影响可忽略不计 2 大气折射率n的误差大气中的光速为 可见大气折射率的变化将使光在大气中的传播速度发生变化 将引起测距误差 温度t 气压p及湿度e产生的测距误差比率约 19 7 4 1 3 调制频率的误差误差来源 1 仪器制造时频率校正不精确 2 振荡器所用晶体频率稳定性差 措施 测前对晶振频率进行测定 校正或测定后计算频率改正 4 5 3电磁波测距误差分析 应用大地测量学 三 固定误差1 相位差 的测定误差与测相电路本身的稳定性和测相器件对时间的分辨率有关 其误差大小 1个最小显示单位 可以多测几组取平均值 减小测相误差影响 幅相误差 即接收信号强弱使其幅度变化引起的测距误差 仪器电路设有幅度自动控制系统 使信号幅度保持在一定范围 发射光束相位不均匀引起照准误差 发射光束相位不均匀使信号强度不同 引起照准误差 采取措施 调整望远镜视准轴和发射 接收光轴三轴平行 在信号最强时测距 4 5 3电磁波测距误差分析 应用大地测量学 三 固定误差2 仪器常数误差仪器加常数 实测结果与已知基线长度之间存在固定不变的常数 作业前应精确测定仪器加常数 测定不准会带来误差 测距时应注意仪器与反射镜配套使用 4 5 3电磁波测距误差分析 应用大地测量学 三 固定误差3 对中误差安置仪器和反光镜时 应使中心位置位于地面标志中心的铅垂线上 用经过检查的光学对中器 线量偏差 3mm 1mm 4 5 3电磁波测距误差分析 应用大地测量学 四 周期误差周期误差 仪器内部信号串扰引起的以距离为周期重复出现的误差 测距信号E1与串扰信号E2有一定的相位差 合成信号EK 引起附加相位误差 随 不同 距离不同 近似成正弦规律变化 措施 1 强信号时测距 2 测定周期误差 其振幅值较大时加改正 4 5 3电磁波测距误差分析 4 5精密距离测量 应用大地测量学 4 5 1距离测量方式及其原理 4 5 2全站仪 4 5 3电磁波测距误差分析 4 5 4测距的作业要求和成果转换 第二节角度观测误差分析 4 5 4测距的作业要求和成果转换 应用大地测量学 一 测距作业及有关规定1 测距边的选设 1 测距边最好在仪器的最佳测程内 2 测线高出地面或障碍物1 3m以上 离开高压线2 5m 3 测线避免通过发热体或水面上空 避免背景反光物体 4 测距中避开外界电磁场干扰 5 测距边高差过大时 应精确测定两端的高差和高程 保证测距边的化算精度 应用大地测量学 一 测距作业及有关规定2 测距的主要技术要求 4 5 4测距的作业要求和成果转换 应用大地测量学 一 测距作业及有关规定3 测距作业中的注意事项 1 在大气稳定 成像清晰条件下进行 2 气象仪表置于通风 阴凉 与仪器同高处 3 预热 电池电压符合要求 回光信号较强 4 使用配套的反射镜 与检定时相同 选取合适的棱镜个数 中间不能出现两个棱镜 观测中停止对讲机通话 5 仪器防晒 专人保养 看护 测距仪和反射器都要打伞 4 5 4测距的作业要求和成果转换 应用大地测量学 二 距离观测值的改正计算换算为仪器中心至反光镜中心的斜距 1 气象改正 Dn 1 输入气象因子后 仪器自动改正 2 按公式计算气象改正 注意不同仪器气象改正公式不同 2 周期误差改正按 D Asin i 计算 式中3 仪器常数改正 DK K 其值由检测结果给出 4 频率改正 当实际测尺频率f与标准测尺频率f0计算的频偏度时 应加入频偏改正 4 5 4测距的作业要求和成果转换 应用大地测量学 三 测距成果的换算1 斜距换算至标石中心的归心计算 4 5 4测距的作业要求和成果转换 2 斜距化为平距 应用大地测量学 三 测距成果的换算3 平距化至椭球面上 4 5 4测距的作业要求和成果转换 近似公式 式中 d为斜距 h为两点高差 Hm为两点高程平均值 RA为A点处椭球平均曲率半径 用于10km内距离化算 弧长S 弦长S0 近似公式 式中 ym为A B两点高斯平面y坐标的平均值 R同上RA 三 测距成果的换算4 椭球面上长度S化算为高斯投影平面边长D 4 5 4测距的作业要求和成果转换 第四章大地测量观测技术 第一节精密角度测量仪器第二节角度观测误差分析第三节方向观测法第四节垂直角测量第五节精密距离测量第六节精密水准测量仪器及其检验第七节精密水准测量观测与概算第八节GPS测量第九节天文测量简介第十节重力测量简介 4 6精密水准测量仪器及其检验 应用大地测量学 4 6 1精密水准仪 水准尺 4 6 2精密水准仪及水准尺的检验 第二节角度观测误差分析 4 6精密水准测量仪器及其检验 应用大地测量学 4 6 1精密水准仪 水准尺 4 6 2精密水准仪及水准尺的检验 第二节角度观测误差分析 4 6 1精密水准仪 水准尺 应用大地测量学 一 分类与技术要求精密水准仪一般是指S3以上的各种水准仪 由于仪器的功能不同 常见的精密水准仪可分为常规精密水准仪 自动安平精密水准仪和电子数字精密水准仪 瑞士WildN3水准仪 北光S1水准仪 第六节精密水准测量 应用大地测量学 德国蔡司厂生产的Koni007自动安平水准仪 瑞士徕卡生产的DNA03电子数字水准仪 4 6 1精密水准仪 水准尺 应用大地测量学 精度指标 水准仪所能达到的每千米往返测高差中数偶然中误差 4 6 1精密水准仪 水准尺 应用大地测量学 二 精密水准仪的结构原理1 倾斜螺旋装置 调节望远镜视准轴水平与附合水准气泡居中的装置 2 光学测微装置 精密测量不足一个基本分划间隔的读数部分 3 光学补偿装置 解决视准轴的置平精度与观测速度 补偿装置设置阻尼器 4 数字编码与自动记录装置 由传感器识别水准标尺上的条形码分划 应用数字影像处理技术 计算出水准标尺读数和视距 以数字形式显示或记录在存储卡上 仪器有自动安平补偿器 每km往返测中误差0 3mm 配条形码和铟钢尺 4 6 1精密水准仪 水准尺 应用大地测量学 二 精密水准仪的结构原理 精密水准仪光学测微器 4 6 1精密水准仪 水准尺 应用大地测量学 4 6 1精密水准仪 水准尺 二 精密水准仪的结构原理 精密水准仪光学测微器 应用大地测量学 二 精密水准仪的结构原理 NA2002电子水准仪 4 6 1精密水准仪 水准尺 精密水准仪光学补偿装置 应用大地测量学 三 精密水准尺格值为l0mm的精密水准标尺如图4 42 a 格值为5mm的精密水准尺如图4 42 b 电子数字水准仪使用的是条形码水准尺 如图4 42 c 尺桩 尺垫 4 6 1精密水准仪 水准尺 3 00m 0 00m 3 00m 6 00m 基辅差 尺常数 3 01550m 4 6精密水准测量仪器及其检验 应用大地测量学 4 6 1精密水准仪 水准尺 4 6 2精密水准仪及水准尺的检验 第二节角度观测误差分析 4 6 2精密水准仪及水准尺的检验 应用大地测量学 一 精密水准仪的检验1 仪器检视 外观检视 2 圆水准器安置正确性的检校 使各方向位置气泡都居中 3 光学测微器效用正确性和分划值的检定根据测微螺旋旋进旋出时读数之差 判断效用正确性 将测微分划尺与特制分划尺相比较 求出测微器分划尺的分划值 4 6 2精密水准仪及水准尺的检验 应用大地测量学 一 精密水准仪的检验4 视准轴与水准管轴相互关系的检校i角误差 视准轴与水准管轴夹角在铅垂面上的投影 对水准标尺读数的影响与距离成正比 交叉误差 视准轴与水准管轴夹角在水平面上的投影 应用大地测量学 一 精密水准仪的检验4 视准轴与水准管轴相互关系的检校 1 精密水准仪的检验 i角误差检验 4 6 2精密水准仪及水准尺的检验 i角大于20 时 在J2点校正 应用大地测量学 一 精密水准仪的检验4 视准轴与水准管轴相互关系的检校 2 交叉误差的检校仪器整平后 用脚螺旋使望远镜绕视准轴左右旋转 看气泡是否向不同方向移动较大的距离 大于2mm 4 6 2精密水准仪及水准尺的检验 应用大地测量学 二 水准尺检验1 检查水准尺各部分是否牢固无损 2 水准尺上圆水准器安置正确性的检验与校正 3 水准标尺分划面弯曲差 矢距 的测定 过水准标尺两端引一条细直线 在标尺尺面的两端及中点处 分别量取标尺分划面至细直线的距离 两端读数的平均值与中点读数之差称为标尺弯曲差 对于线条式因瓦水准标尺 标尺弯曲差不得大于4mm 如果超限 按下式对标尺长度加以改正 4 6 2精密水准仪及水准尺的检验 应用大地测量学 二 水准尺检验4 水准标尺分划线每米分划间隔真长的测定 使用一米长的一级线纹尺与待检水准标尺的分划逐段比较 确定水准标尺每米真长的平均值 量测时需加尺长和温度改正 5 一对水准标尺零点差及基辅分划读数差常数的测定 1 水准标尺零点差 标尺底面与第一注记分划中线的距离与注记不符 2 一对水准标尺零点差对每测站两标尺间的高差产生影响 偶数站时可消除一对标尺零点差 4 6 2精密水准仪及水准尺的检验 应用大地测量学 二 水准尺检验 3 基辅差 又称尺常数 如3 01550m 即对同一视线高度水准尺上基本分划与辅助分划读数之差 4 测定方法 位于水准仪20 30m处用三个不同高度的木桩 高差互差约20cm 对因瓦尺依次立于木桩顶 测三个测回 每次读基本分划与辅助分划读数3次 分别计算一对标尺零点差 两标尺基本分划读数中差之差 每根标尺基辅读数差常数 记录与计算方法见表4 13 4 6 2精密水准仪及水准尺的检验 第四章大地测量观测技术 第一节精密角度测量仪器第二节角度观测误差分析第三节方向观测法第四节垂直角测量第五节精密距离测量第六节精密水准测量仪器及其检验第七节精密水准测量观测与概算第八节GPS测量第九节天文测量简介第十节重力测量简介 应用大地测量学 4 7 1精密水准测量的主要误差来源及其影响 4 7 2精密水准测量的实施 4 7 3精密水准测量的概算 4 7 4光电测距三角高程测量及其精度 第二节角度观测误差分析 4 7精密水准测量观测与概算 应用大地测量学 4 7 1精密水准测量的主要误差来源及其影响 4 7 2精密水准测量的实施 4 7 3精密水准测量的概算 4 7 4光电测距三角高程测量及其精度 第二节角度观测误差分析 4 7精密水准测量观测与概算 4 7精密水准测量观测与概算 应用大地测量学 第七节水准测量观测与计算 应用大地测量学 4 7 1精密水准测量的主要误差来源及其影响 4 7 2精密水准测量的实施 4 7 3精密水准测量的概算 4 7 4光电测距三角高程测量及其精度 第二节角度观测误差分析 4 7精密水准测量观测与概算 4 7 2精密水准测量的实施 应用大地测量学 一 精密水准观测注意事项1 仪器防晒 观测时打伞 2 前后视距尽量相等 其差小于规定限值 3 标定倾斜螺旋的置平零点 使用螺旋中部 4 前后视标尺与测站尽量位于一直线上 以减少观测站数 5 同一测站上观测时不得重复调焦 倾斜螺旋和测微螺旋最后为旋进 6 安置水准仪 使其中两个脚螺旋与水准路线方向平行 第三个脚螺旋轮换置于路线方向的左侧与右侧 4 7 2精密水准测量的实施 应用大地测量学 一 水准观测注意事项7 每一测段的水准路线应进行往测与返测 8 往测奇数站按 后前前后 偶数站按 前后后前 的观测顺序在相邻测站交替进行 返测时程序反过来 9 测站数均应为偶数 原则应加入标尺零点差改正 往测改为返测时 2根标尺互换位置并重新整置仪器 10 一个测段水准路线的往返测尽量在不同气象条件下观测 11 观测前水准器严格居中 12 观测间隔时 结束在固定的水准点上 否则选择2个坚稳可靠的固定点作为间歇点 应用大地测量学 4 7 2精密水准测量的实施 二 精密水准测量测站观测程序 视距差 水准观测手簿 以往测奇数站为例 测自至年月日 4 7 2精密水准测量的实施 二 精密水准测量测站观测程序 表4 16水准观测主要技术要求 三 精密水准测量的主要技术要求 4 7 2精密水准测量的实施 应用大地测量学 三 精密水准测量的主要技术要求 4 7 2精密水准测量的实施 应用大地测量学 四 水准测量的精度按测段往返测高差不符值 计算的每公里高差中数偶然中误差 计算公式为 4 35 式中n为测段数 R为测段长度 以公里计 按水准环线闭合差计算的每公里高差中数全中误差 计算公式为 4 36 式中N为水准环个数 W为经过正