道路工程测量第6章全站仪测量及GPS定位技术课件

1、同学们好！课堂！ 欢迎来到 第6章全站仪测量及GPS定位技术在本章，您将要使用全站仪进行角度测量、距离测量、坐标测量和放样测量；学习GPS的发展、特点、GPS的定位技术，GPS测量的设计与实施。第6章全站仪测量及GPS定位技术二、全站仪（total station）构造简介徕卡TPS700系列卓越中文全站仪拓普康GTS 332W 全站仪索佳10系列全站仪 尼康DTM801 系列全站仪宾得全站仪PTS V2南方NTS 202 205全站仪全站仪构造介绍录像6.1全站仪测量全站型电子速测仪简称全站仪，它由光电测距仪、电子经纬仪和数据处理系统组成。一、全站仪的结构原理6.1全站仪测量二、全站仪的构造

2、2.竖轴倾斜的自动补偿竖轴误差对水平方向和竖直角的影响不能通过盘左、盘右读数取中数消除。因此，在一些较高精度的电子经纬仪和全站仪中安置了竖轴倾斜自动补偿器，以自动改正竖轴倾斜对水平方向和竖直角的影响。 6.1全站仪测量二、全站仪的构造3.数据记录与传输观测数据的记录，随仪器的结构不同有三种方式：(1)一种是通过电缆，将仪器的数据传输接口和外接的记录器连接起来，数据直接存储在外接的记录器中；(2)另一种是仪器同部有一个大容量的内存，用于记录数据；(3)还有的仪器是采用插入数据记录卡。 三、全站仪的功能介绍 1角度测量(angle observation) （1）功能： 测水平角（horizont

3、al angle） 竖直角(vertical angle) （2）方法：与经纬仪相同。 若要测出水平角AOB，则：aob A OB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。 （现 场 演 示） aob A OB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，按“置盘”（H SET） 如：配置000230”，则按H SETINPUT “0.0230”-ENT，即可。 提问：测回法操作步骤？ 请一位同学上台演示。A aob BO全站仪测回法录像2距离测量(distance measuring)PSM、PPM设置测距、坐标、放样前。 1）棱镜常

4、数（PSM）的设置。一般： PRISM=0（原配棱镜），-30mm（国产南方棱镜） 2）大气改正数（PPM）（乘常数）设置。 输入测量时的气温（TEMP）、气压（PRESS），或经计算后，输入PPM的值。（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。 全站仪(total station)反光棱镜(reflector)全站仪距离测量录像S=ct/2 3坐标测量(coordinate measuring) （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 4、点位放样 (L

5、ayout)（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。XY后视点测站点待放样点P（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。XY后视点测站点待放样 点P位置当前棱 镜位置 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。 XY后视点测站点当前棱 镜位置待放样点PdDdHR3）根据显示的dD、dHR或X、Y，逐渐找到放样点的位置。XY后视点测站点当前棱 镜位置待放样点PdDdHRdHR=000000” dHD=0 m全站仪点位放样录像6.1.4全站仪辅助设备及其

6、操作1.、仪器面板外观和功能说明 面板上按键功能如下： 进入坐标测量模式键。 进入距离测量模式键。 ANG 进入角度测量模式键。 MENU 进入主菜单测量模式键。 ESC 用于中断正在进行的操作，退回到上一级菜单。 POWER 电源开关键 光标左右移动键 光标上下移动、翻屏键 F1 、 F2 、 F3 、 F4 软功能键，其功能分别对应显示屏上相应位置显示的命令。 显示屏上显示符号的含义： V 竖盘读数；HR 水平读盘读数（右向计数）；HL 水平读盘读数（左向计数）； HD 水平距离； VD 仪器望远镜至棱镜间高差； SD 斜距； * 正在测距； N 北坐标，x ； E 东坐标，y ； Z 天

7、顶方向坐标，高程H 。 4.5.2全站仪的使用一、测量前的准备1. 仪器的检定与校准（1）仪器加常数（2）补偿器零点差的设置（3）轴系的误差设置2仪器的安置（1）用光学对中器安置仪器用光学对中器安置仪器的步骤与第三章经纬仪安置过程相同。5-2全站仪的使用一、测量前的准备2仪器的安置（2）利用补偿器整平仪器(SET2110全站仪 )按SET键进入功能切换状态后，按O键，显示窗内以图形形式显示出圆水准器。按DIGIT键，则仪器显示竖轴在x轴（视准轴方向）和y轴（横轴方向）上的倾斜分量。利用脚螺旋A、B使x轴方向的倾斜分量为零，用脚螺旋C使y轴方向上的分量为零。此时仪器就精确整平了。5-2全站仪的使

8、用一、测量前的准备2仪器的安置（2）利用补偿器整平仪器(SET2110全站仪 )4.5.2全站仪的使用一、测量前的准备3.仪器参数的设置(1)气象改正:在测量中，可以直接将温度、气压输入到仪器中，让仪器进行自动改正。 (2) 加常数(3) 补偿器及轴系误差改正功能应处于“开”的状态4.5.2全站仪的使用二.基本测量1角度测量用水平制动钮和微动螺旋精确照准后视点；在测量度模式将后视点方向设置成零；精确照准前视点；所显的值，即为两点间的夹角。4.5.2全站仪的使用二.基本测量2距离测量（1）测量前的检查电池电量已充足；度盘指标已设置好；仪器参数已按观测条件设置好；气象改正数、棱镜常数改正数和测距模

9、式已设置完毕；已准确照准棱镜中心，返回信号强度适宜测量。4.5.2全站仪的使用二.基本测量2距离测量（2）距离类型选择和距离测量在测量模式下按测距模式转换键选取距离类型：斜距；平距。按测距键，开始距离测量。 距离测量完成时仪器发出一短声响，并将测得距离值显示，在多次测距求取平均值测量时，仪器在完成所指定测距次数后显示出距离的平均值。 4.5.2全站仪的使用二.基本测量3坐标测量（1）三维坐标测量原理 4.5.2全站仪的使用二.基本测量3坐标测量（2）坐标测量前准备仪器已正确地安置在测点上；电池已充足电；度盘指标已设置好；仪器参数已按观测条件设置好；气象改正数、棱镜类型、棱镜常数改正数和测距模式

10、已准确设置；已准确照准棱镜中心，返回信号强度适宜测量；测站数据已输入。 4.5.2全站仪的使用二.基本测量3坐标测量（3）坐标测量的步骤将全站仪安置在已知点B ，棱镜设置在待定点1，输入B点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点A 并输入A点坐标，然后瞄准1点处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定1的三维坐标。 4.5.2全站仪的使用三.高级测量1后方交会测量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。 4.5.2全站仪的使用三.高级测量2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

11、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。 4.5.2全站仪的使用三.高级测量3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（%）。SHD% 4.5.2全站仪的使用三.高级测量4悬高测量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HHh1h24.5.3全站

12、仪的检定一、全站仪测距误差检定1.仪器外观及功能检查2测距轴与视准轴吻合性检定3测程的检定4调制光相位不均匀误差的检定5. 幅相误差的检定6. 测尺频率的检定 4.5.3全站仪的检定二、全站仪测角误差检定1.补偿器零点差的调整2.照准部旋转时基座位移产生的误差检定3全站仪其他检查项目(1）测量数据记录功能检查(2）数据通信功能检查(3）误差改正软件及其他应用软件检查 4.5.3全站仪的检定三、仪器使用的注意事项和养护1使用注意事项（1）新购置的仪器，如果首次使用，应结合仪器认真阅读仪器使用说明书。（2）测距仪的测距头不能直接照准太阳，以免损坏测距的发光二极管。（3）在阳光下或阴雨天气进行作业时

13、，应打伞遮阳、遮雨。（4）在整个操作过程中，观测者不得离开仪器。（5）仪器应保持干燥，遇雨后应将仪器擦干，放在通风处，完全凉干后才能装箱。（6）全站仪在迁站时，即使很近，也应取下仪器装箱。（7）运输过程中必须注意防震，长途运输最好装在原包装箱内 4.5.3全站仪的检定三、仪器使用的注意事项和养护2仪器的养护（1）仪器应经常保持清洁，用完后使用毛刷、软布将仪器上落的灰尘除去。如果仪器出现故障，应与厂家或厂家委派的维修部联系修理，决不可随意拆卸仪器，造成不应有的损害。仪器应放在清洁、干燥、安全的房间内，并由专人保管。（2）棱镜应保持干净，不用时要放在安全的地方，如有箱子应装在箱内，以避免碰坏。（3

14、）电池充电应按说明书的要求进行。本节结束第二章 水准测量6.2 GPS定位技术及应用一、GPS的定义及历史 1定义 全球定位系统GPS（Global Positioning System）,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。 2GPS的产生与发展由TRANSIT到GPS 1957年10月第一颗人造地球卫星上天，天基电子导航应运而生 利用多普勒频移原理1964年建成子午卫星导航定位系统(TRANSIT)。 美国从1973年开始筹建全球定位系统，1994年投入使用。 经历20年，耗资300亿美元，是继阿波罗登月计划和航天

15、飞机计划之后的第三项庞大空间计划。 二、GPS的组成 GPS定位系统由GPS卫星空间部分、地面控制部分和用户GPS接收机三部分组成。 1、空间部分由21颗工作卫星和3颗备用卫星。 请看GPS卫星图片1请看GPS卫星图片2请看GPS卫星图片3GPS卫星图片1GPS卫星图片2GPS卫星图片32、地面控制部分。 Colorado springs 55 Hawaii Ascencion Diego Garcia kwajalein 1个主控站:Colorado springs(科罗拉多.斯平士)。 3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、 Diego Garcia(迭哥伽西亚)、kwajalei

16、n(卡瓦加兰)。 5个监控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。3、用户接收机部分 GPS接收机的基本类型分导航型和大地型。 大地型接收机又分单频型和双频型。请看导航型GPS接收机图片请看大地型GPS接收机图片图片：导航型GPS机手持型GPS机车载型GPS机图片：大地型GPS接收机单频机双频机3 GPS系统的特点GPS系统的特点：高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等。1）定位精度高 2）观测时间短 3）测站间无须通视4）可提供三维坐标 5）操作简便 6）全天候作业 7）功能多、应用广 6.2.3.GPS坐标系统GPS卫星是绕地球运行的运动物体，卫星所在的位置与其选择

17、的坐标系统和时间系统是分不开的。GPS系统采用的是WGS-84世界大地坐标系，GPS接收机所观测得到的成果正是基于WGS-84世界大地坐标系，而用户的测量成果往往得属于某一国家或某一地区的大地坐标系，这就需要将 WGS-84世界大地坐标转换成国家(或地区)的大地坐标，进而转换成平面直角坐标。6.2.4. GPS卫星定位原理测量学中有测距交会确定点位的方法。与其相似，无线电导航定位系统、卫星激光测距定位系统，其定位原理也是利用测距交会的原理确定点位。三、GPS定位方法分类 （1）绝对/单点定位(point positioning)确定观测点在WGS-84系中的坐标，即绝对位置。（2）相对定位(r

18、elative positioning)确定观测点在国家或地方独立坐标系中的坐标，即相对位置。 基 线 向 量 B A S1 S2 S4 S3 相对定位(relative positioning)的分类 6.2.5. GPS测量的设计与实施与常规测量相类似，GPS测量外业可分为外业准备、外业实施和外业结束三个阶段。外业准备阶段的主要内容是根据测量任务的性质和技术要求，编写技术设计书，进行踏勘、选点，制订外业实施计划；外业实施阶段主要包括外业的观测和记录以及有关的后勤管理；外业结束阶段主要内容为观测数据和其它资料的检查、整理和上交，对不合格的数据或资料进行重测或淘汰。1 GPS控制网的技术设计技

19、术设计是根据测量任务书提出的任务范围、目的、精度和密度的要求以及完成任务的期限和经济指标，结合测区的自然地理条件，依据测量规范的有关技术条款，选择适宜的GPS接收机，设计出最佳GPS卫星定位网形，提出观测纲要和实施计划，编写技术设计是建网的技术依据。2、选点与建立标志由于GPS测量测站之间不要求通视，而且网的图形结构比较灵活，故选点工作较常规测量简便。但GPS测量又有自身的特点，因此选取时满足的要求：网点应尽量选在视野内不应有成片障碍物，以免阻挡来自卫星的信号；网点应避开高压输电线、变电站等设施，其最近处不得小于米，同时距离强辐射电台、电视台、微波站等不得小于米；网点应尽量选在交能方便的地方。

20、 3 外业观测1）天线安置天线的相位中心是GPS测量的基准点，所以妥善安置天线是实现精密定位的重要条件之一。天线安置的内容包括对中、整平、定向和量测天线高。2）观测作业3）观测记录观测记录的形式一般有两种。一种是接收机自动形成，并保存在接收机存储器中供随时调用和处理；另一种是需要记录在测量手薄上。4 成果检核与数据处理GPS测量外业结束后，必须对采集的数据进行处理，以求得观测基线和观测点位的成果，同时进行质量检核，以获得可靠的最终定位成果。数据处理是用专业软件进行，不同的接收机以及不同的作业模式配置各自的数据处理软件。四、GPS的后处理测量方法 1静态测量(static surveying) （1）方法：将几台GPS接收机安置在基线端点上，保持固定不动，同步观测4颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几分钟至1小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。 （2）用途 主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。 （3）精度 精度最高的作业模式，可达到（5mm+1ppm） 2动态测量(kinematic surveying) （1）方法：先建立一个基准站，并在其上安置接收机连续观测可见卫星，另一台接收机在第1点静止观测数分钟后，在