第五章-角度、距离测量

1、李金平李金平 20132013年年0303月月1 1日日云南师范大学旅地学院云南师范大学旅地学院数字测图原理与方法数字测图原理与方法5.1 角度测量原理角度测量原理5.2 角度测量仪器角度测量仪器5.3角度测量方法角度测量方法5.4 距离测量距离测量5 5 角度、距离测量角度、距离测量水平角测量原理水平角测量原理水平角水平角 地面上地面上A点至点至B和和C两目标方向线两目标方向线在水平面在水平面P上投影的夹角上投影的夹角称为称为水平角水平角 地面上一点到两目标的方向线间地面上一点到两目标的方向线间所夹的水平角是过这两方向线所所夹的水平角是过这两方向线所作两竖直面间的二面角作两竖直面间的二面角5

2、.1 角度测量原理角度测量原理nm-5 5 角度、距离测量角度、距离测量竖直角测量原理竖直角测量原理竖直角竖直角 竖直角是同一竖直面内倾斜竖直角是同一竖直面内倾斜视线与水平线之间的夹角，其角视线与水平线之间的夹角，其角值值 视线水平时竖直度盘读数为视线水平时竖直度盘读数为 一一 常数，通常为常数，通常为 或是的倍数或是的倍数 5.1 角度测量原理角度测量原理5 5 角度、距离测量角度、距离测量909090角度测量仪器应具备的条件角度测量仪器应具备的条件照准装置照准装置水平度盘水平度盘竖直度盘竖直度盘辅助装置辅助装置 5.1 角度测量原理角度测量原理5 5 角度、距离测量角度、距离测量角度测量仪

3、器分类角度测量仪器分类按构造原理和读数系统按构造原理和读数系统 游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪（全站仪）游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪（全站仪）按精度分按精度分 精密测角仪器、普通测角仪器精密测角仪器、普通测角仪器5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量光学经纬仪光学经纬仪5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量 J6 J2 J1J6光学经纬仪构造光学经纬仪构造基座基座 支撑仪器，设有支撑仪器，设有3个脚螺旋，个脚螺旋， 作为整平仪器用作为整平仪器用水平度盘水平度盘水平度盘用光学玻璃刻制而成，水平度盘用光学玻璃刻制而成，刻有刻有0

4、360分划分划照准部照准部 望远镜及其相连的横轴望远镜及其相连的横轴 竖盘竖盘 光学读数装置光学读数装置5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量照准部照准部水平度盘部分水平度盘部分基座部分基座部分J6光学经纬仪构造光学经纬仪构造照准部照准部 水准管水准管 水平制动螺旋水平制动螺旋 水平微动螺旋水平微动螺旋 望远镜制动螺旋望远镜制动螺旋 望远镜微动螺旋望远镜微动螺旋 光学对中器光学对中器 竖轴竖轴5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量J6光学经纬仪读数装置光学经纬仪读数装置5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测

5、量0 1 2 3 4 5 6J6光学经纬仪使用光学经纬仪使用对中、整平对中、整平 打开三脚架，装上经纬仪打开三脚架，装上经纬仪 固定三脚架一脚，双手持脚架另固定三脚架一脚，双手持脚架另 二脚并不断调整其位二脚并不断调整其位置，同时观测光学对点器十字分划，使其基本对准测置，同时观测光学对点器十字分划，使其基本对准测站标志，踩实脚架站标志，踩实脚架 调节脚螺旋，使光学对点器精确对准测站标志；调节脚螺旋，使光学对点器精确对准测站标志； 伸缩三脚架伸缩三脚架(二脚二脚)，调平仪器，调平仪器， 使圆气泡居中；使圆气泡居中； 调脚螺旋，精确整平仪器，并通过在脚架头上移动仪调脚螺旋，精确整平仪器，并通过在脚

6、架头上移动仪器，精确对中器，精确对中5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量J6光学经纬仪使用光学经纬仪使用整平整平 使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，竖盘位于铅垂使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，竖盘位于铅垂面内。整平误差面内。整平误差1格格 用左手大拇指法则，转动脚螺旋，调节水准管气泡居中用左手大拇指法则，转动脚螺旋，调节水准管气泡居中5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量123气泡居中，3与1、2等高气泡居中，1、2等高123J6光学经纬仪使用光学经纬仪使用照准照准 用十字丝的竖丝瞄准目标，单丝平分目标，双丝夹住目标用十字丝的

7、竖丝瞄准目标，单丝平分目标，双丝夹住目标 旋转目镜螺旋使十字丝成象清晰；旋转目镜螺旋使十字丝成象清晰； 转动照准部，用粗瞄准器瞄准目标；转动照准部，用粗瞄准器瞄准目标； 旋转对光螺旋消除视差；旋转对光螺旋消除视差； 用水平微动螺旋精确瞄准目标用水平微动螺旋精确瞄准目标5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量PPJ6光学经纬仪使用光学经纬仪使用读数读数 度盘上度盘上1度分划的间隔经放大后，与分微尺全长相等。度分划的间隔经放大后，与分微尺全长相等。 分微尺全长分分微尺全长分60格，最小格值为格，最小格值为1 =60秒。秒。 读数时，估读至读数时，估读至0.1格，秒数都应

8、是格，秒数都应是6秒的倍数秒的倍数5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量全站仪全站仪组成：组成：电子经纬仪、电子经纬仪、 光电测距仪、光电测距仪、 微型计算机微型计算机 全站仪的轴系、望远镜和制动、微动构件与光学经纬仪全站仪的轴系、望远镜和制动、微动构件与光学经纬仪相似，根本区别是微处理机控制的电子测角系统代替光学读相似，根本区别是微处理机控制的电子测角系统代替光学读数系统，增加距数系统，增加距 离测量、高差测离测量、高差测 量、坐标测量及量、坐标测量及 专用功能专用功能5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量全站仪全站仪常见品牌全站仪

9、常见品牌全站仪 5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量徕卡徕卡TPS700TPS700系系列全站仪列全站仪拓普康拓普康GTS 332W 全站仪全站仪索佳索佳10系列全站仪系列全站仪全站仪全站仪常见品牌全站仪常见品牌全站仪 5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量尼康尼康DTM801 系列全站仪系列全站仪宾得宾得全站仪全站仪PTS V2南方南方NTS 202 205全站仪全站仪全站仪测角原理全站仪测角原理 5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量全站仪测角原理全站仪测角原理编码度盘测角系统编码度盘测角系统 纯二

10、进制编码度盘纯二进制编码度盘 葛莱葛莱编码度盘编码度盘 矩阵编码度盘矩阵编码度盘理理 纯二进制编码度盘的整个圆纯二进制编码度盘的整个圆周被均匀分为周被均匀分为16个区间，从里到个区间，从里到外有四道环（码道），每个区间外有四道环（码道），每个区间的码道白色为透光（的码道白色为透光（0）区黑色为）区黑色为不透光（不透光（1）区。依据两个区间的）区。依据两个区间的不同状态，可测出该两个区间的不同状态，可测出该两个区间的夹角夹角5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量全站仪测角原理全站仪测角原理编码度盘测角系统编码度盘测角系统 纯二进制编码度盘纯二进制编码度盘 编码度盘得

11、到的角度分辨率编码度盘得到的角度分辨率与区间数有关，区间数又取决于与区间数有关，区间数又取决于码道数。码道数。 区间数：区间数：s=2n 分辨率：分辨率： 为提高编码度盘的角分辨率需为提高编码度盘的角分辨率需增加码道数。困难！增加码道数。困难！5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量360os全站仪测角原理全站仪测角原理光栅度盘测角系统光栅度盘测角系统 在光学度盘的径向上均匀可知明暗相间的等角距细线在光学度盘的径向上均匀可知明暗相间的等角距细线条构成光栅度盘条构成光栅度盘 两个间隔相同的光栅叠放在一起并错开很小的夹角，两个间隔相同的光栅叠放在一起并错开很小的夹角，当

12、它们相对移动时，可看到明暗相间的干涉条纹，称为当它们相对移动时，可看到明暗相间的干涉条纹，称为莫尔干涉条纹莫尔干涉条纹 两光栅之间的倾角越小，条两光栅之间的倾角越小，条 纹越粗，即相邻明条纹纹越粗，即相邻明条纹(或暗条或暗条 纹纹)之间的间隔越大之间的间隔越大 在垂直于光栅构成的平面的在垂直于光栅构成的平面的 方向上，条纹亮度是按正弦周方向上，条纹亮度是按正弦周 期变化期变化5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量全站仪测角原理全站仪测角原理光栅度盘测角系统光栅度盘测角系统 设设x是光栅度盘相对于固定光栅的移动量，是光栅度盘相对于固定光栅的移动量，y是莫尔干是莫尔干

13、涉条纹在径向的移动量，两光栅间的夹角为涉条纹在径向的移动量，两光栅间的夹角为，则，则 5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量cotyx 全站仪测角原理全站仪测角原理光栅度盘测角系统光栅度盘测角系统 两光栅的相对移动是沿两光栅的相对移动是沿x x方向从一条分划线移到相邻的方向从一条分划线移到相邻的另一条分划线，为一个格栅距离另一条分划线，为一个格栅距离x x；则干涉条纹在；则干涉条纹在y y方向方向上移动一周，即光线由暗到明、再由明到暗的变化是一上移动一周，即光线由暗到明、再由明到暗的变化是一个周期，为一个条纹宽度个周期，为一个条纹宽度y y；干涉条纹移动的周期总数

14、就干涉条纹移动的周期总数就等于所通过的格线数等于所通过的格线数。累计出和记录光电传感器所接收。累计出和记录光电传感器所接收的光强变化周期总数，可测得移动量，再经光电信号转的光强变化周期总数，可测得移动量，再经光电信号转换，最后得到角度值换，最后得到角度值 由于只累计出移动光栅的条数计数，称为增量式光栅由于只累计出移动光栅的条数计数，称为增量式光栅度盘度盘 5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量全站仪测角原理全站仪测角原理动态度盘测角系统动态度盘测角系统 在测角时仪器的度盘分别绕垂直轴和横轴恒速旋转，在测角时仪器的度盘分别绕垂直轴和横轴恒速旋转，称之为动态式称之为动

15、态式 5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量全站仪测角原理全站仪测角原理动态度盘测角系统动态度盘测角系统 n为度盘刻划条数为度盘刻划条数 两个光电传感器之间的夹角两个光电传感器之间的夹角就是要测定的角度值。就是要测定的角度值。值包括了值包括了 n。和不足一个。和不足一个的角度值的角度值，角值为，角值为: = n。+ 动态测角包括粗测动态测角包括粗测n。、精测。、精测两部分，在仪器完成两部分，在仪器完成角度的粗测、精测之后，由微处理器进行衔接，才能得到完角度的粗测、精测之后，由微处理器进行衔接，才能得到完整的整的。 5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离

16、测量角度、距离测量0360n全站仪测角原理全站仪测角原理角度电子测微技术角度电子测微技术 测量角度时，无论采用何种电子度盘，必须采用适当的测量角度时，无论采用何种电子度盘，必须采用适当的角度电子测微器技术，提高角度分辨率，满足角度测量角度电子测微器技术，提高角度分辨率，满足角度测量的精度要求的精度要求 角度电子测微器技术是运用电子技术对交变的电信号角度电子测微器技术是运用电子技术对交变的电信号 进行内插，提高计数脉冲的频率，以达到细分的效果进行内插，提高计数脉冲的频率，以达到细分的效果统统 四倍频直接测微法四倍频直接测微法 正弦比内插测微法正弦比内插测微法 光学测微电子重合读数法光学测微电子重

17、合读数法 分散细分小因子内插法分散细分小因子内插法5.2 角度测量仪器角度测量仪器5 5 角度、距离测量角度、距离测量水平角观测水平角观测-方向观测法方向观测法对中、整平对中、整平 对中：对中： 将仪器中心安置在过将仪器中心安置在过测测 站站C点的铅垂线上。点的铅垂线上。 整平：整平：使仪器纵轴铅垂，水使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，平度盘与横轴水平， 竖盘位竖盘位于铅垂面内。整平误差于铅垂面内。整平误差1格格 采用光学对中时要求对中、整平采用光学对中时要求对中、整平同时完成同时完成5.3 角度测量方法角度测量方法5 5 角度、距离测量角度、距离测量水平角观测水平角观测-方向观测法方向观测

18、法对中、整平对中、整平 方法方法 将全站仪安装在三脚架；在将全站仪安装在三脚架；在C点一点一侧固定脚架一脚，双手持脚架另二侧固定脚架一脚，双手持脚架另二脚使光学对中器十字分划对准测站脚使光学对中器十字分划对准测站标志，踩实脚架；调节脚螺旋，使标志，踩实脚架；调节脚螺旋，使光学对中器标志与测站标志重合；光学对中器标志与测站标志重合；伸缩三脚架伸缩三脚架(二脚二脚)，使圆气泡居中；，使圆气泡居中；调脚螺旋，精确整平仪器，在脚架调脚螺旋，精确整平仪器，在脚架头上平移仪器，精确对中头上平移仪器，精确对中 5 5 角度、距离测量角度、距离测量5.3 角度测量方法角度测量方法水平角观测水平角观测-方向观测

19、法方向观测法观测观测 盘左位置，瞄准起始目标盘左位置，瞄准起始目标A，将水平度盘读数设置在略大将水平度盘读数设置在略大于于0处，读取水平度盘读数处，读取水平度盘读数a，记入手簿，记入手簿 顺时针方向转动照准部，分顺时针方向转动照准部，分别照准目标别照准目标B、D、E并读取并读取读数，记入手簿读数，记入手簿5 5 角度、距离测量角度、距离测量5.3 角度测量方法角度测量方法水平角观测水平角观测-方向观测法方向观测法观测观测 再次瞄准点再次瞄准点A，读取读数，读取读数a，称为归零。称为归零。a与与a 之差叫做归之差叫做归零差。以上称为上半测回零差。以上称为上半测回 盘右位置，纵转望远镜，逆盘右位置

20、，纵转望远镜，逆时针依次观测时针依次观测A、E、D、B、A，读取水平读盘读数并记入，读取水平读盘读数并记入手簿。以上称为下半测回手簿。以上称为下半测回5 5 角度、距离测量角度、距离测量5.3 角度测量方法角度测量方法水平角观测水平角观测-方向观测法方向观测法计算计算 两倍照准差两倍照准差2c 2c = 盘左读数盘左读数-( 盘右读数盘右读数180） 各方向的平均读数各方向的平均读数 平均读数平均读数=1/2盘左读数盘左读数+(盘右读数盘右读数180) 归零后方向值归零后方向值 归零方向值归零方向值=方向平均读数方向平均读数- 起始方向平均读数起始方向平均读数 各测回归零后方向值的平均值各测回

21、归零后方向值的平均值5 5 角度、距离测量角度、距离测量5.3 角度测量方法角度测量方法水平角观测水平角观测-方向观测法方向观测法5 5 角度、距离测量角度、距离测量5.3 角度测量方法角度测量方法竖直角观测竖直角观测 竖盘随望远镜一起转动。竖盘随望远镜一起转动。 竖盘与读数指标相互脱离。竖盘与读数指标相互脱离。 读数指标与竖盘水准管固定在一起，气泡居中，指标铅垂。读数指标与竖盘水准管固定在一起，气泡居中，指标铅垂。 视线水平、指标铅垂时，竖盘读数为常数：视线水平、指标铅垂时，竖盘读数为常数： 盘左时一般盘左时一般 L0=90 ，盘右时一般，盘右时一般 R0=270 5 5 角度、距离测量角度、距离测量5.3 角度测量方法角度测量方法180270 090盘左盘左270900180盘右盘右竖直角观测竖直角观测 仪器对中整平后，盘左位置，十字丝横丝精确切准目标仪器对中整平后，盘左位置，十字丝横丝精确切准目标顶部。转动顶部。转动竖盘水准管微动螺旋，竖盘水准管微动螺旋，使使竖盘水准管气泡居中竖盘水准管气泡居中。读取盘左读数读取盘左读数 L，得上半测回竖角：，得上半测回竖角： 盘右位置：十字丝横丝精确切准同一目标，盘右读数盘右位置：十字丝横丝精确切准同一目标，盘右读数为为R， 得下半测回竖角：得下半测回竖角： 一测回竖角一测回竖角LL-90=5 5 角度、距离测量角度、距离测量5.