第5章点位测量(1)_工程测量.ppt

本章摘要本章主要介绍能够直接得到点位三维坐标的三种仪器及相应技术方法 全站仪 三维激光扫描仪和全球卫星导航定位 第五章直接得到点位坐标的仪器和方法 5 1全站仪及其使用 5 2全球卫星导航定位测量基础 5 3三维激光扫描测量技术 本章目录 重点 5 1全站仪及其应用 全站仪是由电子测角 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 竖直角和斜距 借助于机内固化的软件 具有多种测量功能 如可以计算并显示平距 高差及三维坐标 进行偏心测量 悬高测量 对边测量 面积测算等 5 1 1全站仪概述 全站仪结构图 全站仪具有以下特点 1 三同轴望远镜 2 键盘操作全站仪都是通过操作面板键盘输入指令进行测量的 键盘上的键分为硬键和软键两种 3 数据存储与通讯全站仪机内一般都带有可以存储2000个以上点观测数据的内存 有些配有CF卡来增加存储容量 仪器设有一个标准的RS 232C通讯接口 使用专用电缆与计算机连接可以实现全站仪与计算机的双向数据传输 4 电子倾斜传感器为了消除仪器竖轴倾斜误差对角度测量的影响 全站仪上一般设有电子倾斜传感器 当它处于打开状态时 仪器能自动测出竖轴倾斜的角度 据此计算出对角度观测的影响 并自动对角度观测值进行改正 5 1 2NTS 300R系列全站仪及其基本操作 竖盘指标自动归零补偿采用液体电子传感补偿器 补偿范围为 3 测程 在良好大气条件下使用三块棱镜时为3 0km 采用反射片时为800m 无合作目标时为120m 距离测量误差 使用棱镜时为3mm 2ppm 采用反射片或无合作目标时为5mm 2ppm 带有内存的程序模块可以储存3456个点的测量数据和坐标数据 仪器采用6V镍氢可充电电池供电 一块充满电的电池可供连续测量6个小时 5 1 2 1NTS 300R系列全站仪简介 NTS 300R系列全站仪是我国南方测绘仪器公司生产的 主要技术参数 角度测量精度 一测回方向观测中误差 NTS 302B为 2 NTS 300R系列全站仪的操作面板 NTS 300R系列全站仪各键功能表 5 1 2 2NTS 300R系列全站仪的设置 按住F4键开机 可做表5 2所列设置 2 星键按下星键后出现如图5 5 a 所示界面 5 1 2 3NTS 300R系列全站仪的五种模式操作 仪器出厂设置是开机自动进入角度测量模式 当仪器在其他模式状态时 按 测角 键进入角度测量模式 角度测量模式下有P1 P2 P3三页菜单 1 角度测量模式 水平角和竖直角的测量程序 2 距离测量模式仪器照准棱镜中心 按 测距 键 进入距离测量模式 距离测量模式下有P1 P2两页菜单 1 P1页菜单 测量 按设置的测距模式与合作目标进行距离测量 模式 距离测量有 精测 和 跟踪 两种模式 S A 设置棱镜常数和气象改正比例系数 2 P2页菜单 偏心 偏心测量模式有 角度偏心 距离偏心 平面偏心 和 圆柱偏心 等四种 放样 放样平距 高差与斜距 3 坐标测量模式 1 P1页菜单 测量 瞄准棱镜测量并显示镜站点的三维坐标 模式 设置测距模式 S A 设置棱镜常数与气象改正 2 P2页菜单 镜高 输入棱镜高 仪高 输入仪器高 测站 输入测站点的三维坐标 3 P3页菜单 偏心 与测距模式下的偏心命令相同 4 放样模式按 放样 键进入放样模式 坐标放样操作过程 5 菜单模式 1 数据采集 碎部测量操作步骤 2 测量程序 测量程序 菜单下有五种测量功能 悬高测量 对边测量 Z坐标测量 面积测量和点到直线的测量 3 内存管理 内存管理 菜单下有八个命令 NTS 300R系列全站仪的设置通讯参数菜单 将全站仪内存数据传输到微机的操作步骤 在PC机上双击通讯软件NTS300R exe的桌面图标 执行下拉菜单 通讯 通讯参数 命令 在弹出的如图5 19所示的 通讯参敷设置 对话框中输入与仪器一致的通讯参数 执行下拉菜单 通讯 全站仪一微机 命令 在全站仪的 菜单 模式下执行 内存管理一数据传输一发送数据一坐标数据 命令 键入坐标文件名 dat 按提示操作完成坐标数据的传输 将全站仪内存数据发送到微机的结果 还需将该数据转换为CASS坐标数据 执行下拉菜单 转换 CASS坐标 ENZ 5 1 3高端全站仪简介 5 1 3 1徕卡TPSl200全站仪 仪器的主要特点如下 1 采用1 4VGA 320 240像素 图形LCD触摸屏 屏幕与键盘均带照明功能 2 照准部上有一个格值为6 2 圆水准器 无管水准器 使用电子气泡精确整平3 仪器自带电子罗盘仪 如图5 23 测定望远镜视线磁方位角的精度为 1 4 无棱镜测距采用徕卡最新专利技术5 在自动目标识别模式下 只需要粗略照准棱镜 仪器内置的CCD相机立即对返回信号图5 23徕卡TPSl200全站仪的电子罗盘加以分析 通过伺服马达驱动照准部与望远镜旋转 自动照准棱镜中心进行删量 并自动进行正 倒镜观测 6 在自动跟踪模式下 仪器能自动锁定目标棱镜并对移动的360 棱镜进行自动跟踪测量7 镜站遥控测量 司镜员单人可以进行整个测量工作 镜站可以通过操作RX1220控制器遥控测站的全站仪进行放样测量 8 TPSl200系列全站仪与徕卡GPSl200使用相同的数据格式和数据管理 两者测量的结果可以通过CF卡从一种设备传送到另一种设备9 测量获取的点位直接展绘在屏幕上 可以为点 线 面附加编码和属性信息 生成的图形文件可以用AutoCAD打开10 采用数据库管理数据和进行质量检查 可以查看 编辑 删除或根据条件搜索数据11 提供大量机载程序 如测量 设站 放样 坐标几何等 徕卡TPSl200全站仪的镜站遥控测量 5 1 3 2拓扑康GPT 3000L长测程 1200m 免棱镜全站仪 5 2全球卫星导航定位测量基础 一 全球卫星导航定位系统的发展与特点二 GNSS定位技术相对于经典测量技术的特点三 美国的GPS组成四 GPS卫星的测距码信号五 载波相位实时差分定位技术 一 全球卫星导航定位系统的发展与特点 1 定义全球导航卫星系统 GlobalNavigationSatelliteSystem 的英文缩写是GNSS 它是所有卫星导航定位系统的统称 目前包括美国的GPS系统 前苏联 现俄罗斯 的GLONASS系统 欧盟的Galileo系统和我国的Compass系统 2 原理P XP YP ZP i XP Xi 2 YP Yi 2 ZP Zi 2 1 2P XP YP ZP T i 1 2 C tk C tj 二 GNSS定位技术相对于经典测量技术的特点 相对于经典的测量技术来说 这一新技术的主要特点如下 1 观测站之间无需通视 GNSS测量虽不要求观测站之间相互通视 但必须保持观测站的上空开阔 净空 以使接收GNSS卫星的信号不受干扰 2 定位精度高3 观测时间短4 提供三维坐标 GNSS测量 在精确测定观测站平面位置的同时 可以精确测定观测站的大地高程 5 操作简便6 全天候作业 三 美国的GPS组成 美国的GPS主要由三大组成部分 即空间星座部分 地面监控部分和用户设备部分 用户部分 地面控制部分 监控站 空间部分 三 美国的GPS组成 1 空间星座部分GPS的空间卫星星座 由24颗卫星组成 其中包括3颗备用卫星 卫星分布在6个轨道面内 每个轨道面上分布有4颗卫星 轨道平均高度约为20200km 卫星运行周期为11时58分 因此 同一观测站上 每天出现的卫星分布图形相同 只是每天提前约4分钟 每颗卫星每天约有5个小时在地平线以上 空间部分的3颗备用卫星 可在必要时根据指令代替发生故障的卫星 这对于保障GPS空间部分正常而高效地工作是极其重要的 三 美国的GPS组成 2 地面监控部分GPS的地面监控部分 目前主要由分布在全球的5个地面站所组成 其中主控站1个 设在科罗拉多 ColoradoSprings 注入站现有3个 分别设在印度洋的迭哥加西亚 DiegoGarcia 南大西洋的阿松森岛 Ascension 和南太平洋的卡瓦加兰 Kwajalein 现有5个地面站均具有监测站的功能 三 美国的GPS组成 3 用户设备部分用户设备的主要任务是 接收GPS卫星发射的无线电信号 以获得必要的定位信息及观测量 并经过数据处理而完成定位工作 用户设备 主要由GPS接收机硬件和数据处理软件 以及微处理机及其终端设备组成 而GPS接收机的硬件 一般包括主机 天线和电源 四 GPS卫星的测距码信号 1 GPS卫星信号GPS卫星所发播的信号 包括载波信号 P码 或Y码 C A码和数据码 或称D码 等多种信号分量 而其中的P码和C A码 统称为测距码 2 C A码特征值为 码长Nu 210 1 1023比特 码元宽为tu 1 f 0 97752 s 相应距离为293 1m 周期Tu Nutu 1ms 数码率 1 023Mbit s 四 GPS卫星的测距码信号 3 P码特征值为 码长Nu 2 35 1014比特 周期Tu Nutu 267天 码元宽度tu 0 097752 s 相应距离为29 3m 数码率 10 23Mbit S 由于C A码易于捕获 所以 通常C A码也称为捕获码 C A码的码元宽度较大 假设两个序列的码元对齐误差 为码元宽度的1 100 则这时相应的测距误差可达2 9m 由于其精度较低 C A码也称为粗码 由于P码的码元宽度 为C A码的1 10 则由此引起的相应距离误差约为0 29m 仅为C A码的1 10 所以P码可用于较精密的定位 故通常也称之为精码 四 GPS卫星的测距码信号 4 GPS卫星信号的构成前已指出 GPS卫星信号包含有三种信号分量 即载波 测距码和数据码 而所有这些信号分量 都是在同一个基本频率f0 10 23MHz的控制下产生的 GPS卫星取L波段的两种不同频率的电磁波为载波 即L1载波 其频率f1 154 f0 1575 42MHz 波长 1 19 03cm L2载波 其频率f2 120 f0 1227 60MHz 波长 2 24 42cm 在载波L1上 调制有C A码 P码 或Y码 和数据码 而在载波L2上 只调制有P码 或Y码 和数据码 五 载波相位实时差分定位技术 1 GPS实时动态定位方法概述实时动态 RealTimeKinematic RTK 测量系统 是GPS测量技术与数据传输技术相结合 而构成的组合系统 它是GPS测量技术发展中的一个新的突破 实时动态测量的基本思想是 在基准站上安置一台GPS接收机 对所有可见GPS卫星进行连续地观测 并将其观测数据 通过无线电传输设备 实时地发送给用户观测站 在用户站上 GPS接收机在接收GPS卫星信号的同时 通过无线电接收设备 接收基准站传输的观测数据 然后根据相对定位的原理 实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度 五 载波相位实时差分定位技术 2 区域CORS系统依据RTK的测量原理 利用多基站网络RTK技术取代RTK单独设站 80年代 加拿大首先提出了建立连续运行参考站系统 ContinuousOperationaleferenceSystem简称CORS系统 并于1995年建成了第一个CORS台站网 CORS系统主要优势体现在 1 改进了初始化时间 扩大了有效工作的范围 2 采用连续基站 用户随时可以观测 使用方便 提高了工作效率 3 拥有完善的数据监控系统 可以有效地消除系统误差 4 用户不需架设参考站 真正实现单机作业 5 使用固定可靠的数据链通讯方式 减少了噪声干扰 6 提供远程INTERNET服务 实现了数据的共享 7 扩大了GPS在动态领域的应用范围 更有利于车辆 飞机和船舶的精密导航 8 为建设数字化城市提供了新的契机 五 载波相位实时差分定位技术 下图为北京COR