测绘学基础五.ppt

1、测绘学基础,第五章 角度、距离与全站仪,第五章 角度、距离测量与全站仪,5-1 角度测量原理,一、水平角测量原理,原理：利用水平度盘测方向线在水平面上的投影。,水平角：空间两直线的夹角在水平面上的垂直投影。,二、竖直角测量原理,1、 竖直角：视线与同一竖直面内水平线的夹角。,2、天顶距：天顶方向到视线的夹角。,Z=90,经纬仪结构特点：,1/、瞄准设备上下转动划出竖直面；,2/、水平转动瞄不同的目标；,3/、有读数设备。,5-2 经纬仪,一、经纬仪的基本构造及分类,（一）经纬仪基本构造,2、水平度盘,3、基座,基座用来支承整个仪器，并借助中心螺旋使经纬仪与脚架结合。其上有三个脚螺旋，用来整平仪

2、器。,度盘轴套套在竖轴轴套的外面，绕轴套旋转。,（二）经纬仪的分类,1、按读数设备：,2、按精度：,见图片,（三）经纬仪轴线关系,1、照准部水准管轴竖轴；,2、横轴竖轴；,3、视准轴横轴；,4、竖丝横轴。,二、光学经纬仪,1、水平度盘和竖直度盘,2、读数设备,组成,分微尺测微器的结构简单，读数方便，具有一定的读数精度，广泛应用于J6级光学经纬仪。,（1）分微尺测微器及其读数方法,（2）J2光学经纬仪读数方法,精密角度测量仪器中，采用对径装置,（3）竖盘设备组成：,指标水准管微动螺旋,竖盘指标水准管,竖直度盘,望远镜与竖盘同步转动；,指标水准管气泡居中时，指标线处于固定位置（应为铅垂状态）；,视

3、准轴水平时，竖盘读数为常数。,电子经纬仪与光学经纬仪的根本区别在于它用微机控制的电子测角系统代替光学读数系统。,三、电子经纬仪简介,1、编码度盘测角系统,组成,将度盘均匀分成n个码道，S=2n个区间。每个区间的码道分为白色透光区和黑色非透光区。设透光为0，非透光为1，则区间的状态可用二进制编码表示。,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。,编码度盘的角度分辨率与区间数S、码道数n之间的关系为：,为提高角度分辨率，必须增加码道数。,例：n=18，S=262144，=4.94。R=50mm，l=0.0012mm,2、光栅度盘测角系统,设d是光栅度盘相对于固定光栅的移动量，w是莫尔条

4、纹在径向的移动量，两光栅间的夹角为，则其关系式为：,由上式可见，只要两光栅之间的夹角较小，很小的光栅移动量就会产生很大的条纹移动量。,当度盘随照准部转动时，由发光管发出的光信号通过莫尔条纹落到光电管上。度盘每转动一条光栅，莫尔条纹就移动一周期。通过莫尔条纹的光信号强度也变化一周期，所以光电管输出的电流就变化一周期。 在照准目标的过程中，仪器接收元件可累计出条纹的移动量，从而测出光栅的移动量，经转换最后得到角度值。,5.3 角度观测方法,一、经纬仪的安置-包括对中和整平。,安置步骤,固定三脚架一脚，双手持脚架另二脚并不断调整其位置，同时观察光学对点器十字分划，使其基本对准测站标志，踩实脚架；,调

5、节脚螺旋，使光学对点器精确对准测站标志-对中；,交替伸缩两个脚架，使圆气泡居中-粗平；,调脚螺旋，在两垂直方向使水准管气泡居中-精平；,对点器中观察点移动量，在脚架头上平移仪器-对中。,需重复步，达到最佳效果,有时需重复步操作,打开三脚架，装上经纬仪，光学对点器调焦；,返回,同向等量旋转1、2 ，气泡居中,旋转3至气泡居中,精确瞄准,例题,2）多测回观测：,目的：提高观测结果精度； 消除度盘分划误差。,要求：测回间改变盘位 ； 测回间角度互差小于30,1）一测回:,1、测回法：适宜测单角,二、水平角观测（DJ6仪器技术指标）,a,b,b/,a/,0 03 24,79 20 30,259 20

6、48,180 03 36,79 17 06,79 17 12,79 17 09,79 17 15,79 17 12,90 02 18,169 19 36,270 02 12,349 19 24,79 17 18,79 17 12,例题,1） 一测回:,2、方向观测法：适宜测多个角,3）方向观测法数据整理：,2c计算：2c=盘左读数-盘右读数180；,盘左、右平均读数：,平均读数=, 方向平均读数归零计算,各测回归零方向值平均值计算,返回,3、方向观测法的技术要求,4、测回法与方向法异同,1）半测回观测目标顺序相同；,2）方向法观测须“归零”。,三、竖直角观测,盘左L=90-L,盘右R=R-27

7、0,=,（见图）,2、竖盘指标差,L理= 90-(L-x)=L+x,R理=(R-x) -270= R-x,=,x=,盘左：,盘右：,（见图）,竖盘顺时针注记,返回,返回,592030,303930,3004000,304000,+15,303945,1240342,-340342,2355654,-340306,+18,-340324,3、竖直角观测,（1）中丝法,一测回：,注：如有竖盘自动补偿器，则测角前将其打开。,（2）三丝法,一测回:,盘左：依次用上、中、下丝观测,盘右：依次用上、中、下丝观测,注：记录时，同一丝读数记录在同一行。,89 39 30,89 22 18,89 05 24,2

8、70 20 18,270 37 30,270 54 36,17 03,-0 06,-17 09,0 37 33,0 37 36,0 37 27,0 37 32,5.4 水平角观测的误差,1、仪器误差影响：指仪器不能满足设计理论要求而产生的误差。,由于仪器制造和加工不完善而引起的误差。,由于仪器检校不完善而引起的误差。,水平度盘偏心误差,度盘分划中心与照准部旋转中心不重合所致。,度盘偏心对度盘不同位置读数的影响 不同,因 ，盘左、盘右读数取平均值，或用对径符合读数进行水平角观测，均可减弱以至消除度盘偏心对水平方向观测值的影响。,视准轴误差影响,望远镜视准轴不垂直于横轴时，其偏离垂直位置的角值C称

9、视准差。,盘左观测时，视准轴左偏，C值为正，导致正确读数L比实际读数L0减小xC： L= L0- xC；,xC的大小随高度角的增大而增大，当高度角为零时，xC=C,盘右观测时，视准轴右偏，C值为负，导致正确读数R比实际读数R0减小xC：R= R0+ xC；,盘左、盘右平均：A=(L+R)/2=(L0+R0)/2。可见：取盘左、盘右读数的平均值可减弱以至消除该误差对水平方向观测值的影响。,盘左、盘右相减：2xC=L0-R0180o。当观测目标的竖角较小时，xCC，则： 2C=L0-R0180o。,横轴误差影响,横轴误差是指横轴不垂直竖轴而导致水平角观测值产生的误差。,当i 一定时，xi的大小随竖

10、直角的增大而增大；当竖直角为零时，xi=0。,盘左观测时，横轴左端低于右端，将导致正确读数L比实际读数L0减小xi，即： L= L0- xi,盘右观测时横轴右端低于左端，又导致正确读数R比实际读数R0增大xi ，即：R= R0+ xi,盘左、盘右平均：A=(L+R)/2=(L0+R0)/2。可见：取盘左、盘右读数的平均值可减弱以至消除该误差对水平方向观测值的影响。,竖轴误差影响,竖轴误差是指横轴垂直于竖轴的情况下，由于竖轴倾斜而导致产生横轴倾斜。,竖轴误差对水平观测值的影响，不仅与竖轴倾斜角有关，还随着照准部目标的竖直角和方向变化而变化。,竖轴倾斜而导致横轴倾斜的方向在盘左、盘右保持不变，同一

11、目标取盘左、盘右读数的平均值的方法，不能减弱该误差对水平方向观测值的影响。,2、仪器对中误差,对中误差是由于对中不准确引起的。,c与偏心距成正比，与两点间距离成反比，且随照准方向而变。短边的水平角观测要特别注意对中。,例如：eY=0.003m， S= 100m时,Cnax=6.2,3、目标偏心误差,由于实际照准点与目标点的标石中心未处于同一铅垂线上而引起的。,r与照准点偏心距成正比，与两点间距离成反比，且随照准方向而变。,照准目标时，尽可能瞄准目标的下部。当目标较近，又不能瞄准目标的底部时，可采用悬吊垂线或选用专用觇牌作为目标。,影响照准精度的主要因素有：望远镜的放大率，目标与照准标志的形状以

12、及人眼的判别能力，目标影像的亮度和清晰度等。,读数误差主要取决于仪器的读数设备、测微器的最小读数、度盘分划线和测微器分划线的清晰程度，当然也与作业员的技术水平有关。视差也是影响读数精度的重要误差源。,4、照准误差与读数误差,5、外界环境的影响,风力、地面辐射、旁折光、温度、大气透明度、地面的松软度等。,选择有利的观测时间和避开不利的观测条件。,5.5 经纬仪的检验与校正,一、经纬仪应满足的几何条件：,竖盘指标差在限差范围内。,照准部水准管轴应垂直于竖轴；,横轴应垂直于竖轴；,视准轴应垂直于横轴；,十字丝竖丝应垂直于横轴；,二、经纬仪的检验与校正,检验与校正项目的安排次序：前面检校的项目不受后面

13、检校项目的影响。,1、照准部水准管轴垂直于竖轴的检验与校正,检验方法,先将仪器大致整平，转动照准部使其水准管与任意两个脚螺旋的连线平行，调整脚螺旋使气泡居中。此时，竖轴倾斜角度。,然后将照准部旋转180，气泡发生偏移，反映出水准管轴倾斜的2角度。,校正方法,利用水准管校正螺丝使气泡退回偏离各数的一半。,再用脚螺旋使气泡居中。,经纬仪上圆水准器，也应进行检校。,2、十字丝竖丝垂直于横轴的检验和校正,检验时用十字丝竖丝瞄准一清晰小点，使望远镜绕横轴上下转动，如果小点始终在竖丝上移动则条件满足，否则需要进行校正。,检验方法,校正方法,校正方法与水准仪类似。,3、视准轴应垂直于横轴的检验和校正,检验：

14、,瞄准水平目标点，盘左、盘右分别观测水平方向值L0、R0，则2C=L0-R0。 C值对于J6经纬仪超过10，J2经纬仪超过8，则应进行校正。,校正：,计算盘右位置正确水平方向值：R=R0+C，调节水平微动螺旋，使水平方向值对R；左右调整十字丝分划板使竖丝对准水平目标点。,4、横轴应垂直于竖轴的检验与校正,检验方法,选择距较高墙壁2030m处安置仪器。分别以盘左、盘右位置瞄准墙壁高处一点P（仰角不小于30），放平望远镜在墙上定出一点P1、P2。,校正方法,瞄准P1、P2的中点PM。,调整横轴一端高度，使十字丝的交点对准P点。,固定照准部，向上转动望远镜，十字丝交点没对准P点。,5、竖盘指标差的检

15、验与校正,检验方法,仪器整平后，以望远镜盘左、盘右两个位置瞄准同一水平的明显目标，读取竖盘读数L0和R0。以指标差计算公式计算x的值。,校正方法,校正时即在当时望远镜位置进行，不动望远镜，使仍照准原目标，计算出正确的读数R=R0-x。,用竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘读数为R，这时水准管气泡一定偏移了，用校正针拨动竖盘水准管校正螺钉使气泡居中。,6、光学对中器的检验与校正,检验校正光学对中器的目的是使光学垂线与仪器旋转轴(竖轴)重合。,检验方法,安置仪器于三脚架上，大致整平后使光学对中器对准点位。然后，将照准部旋转180，观察标志点偏离分划圆圈的情况。,5.6距离测量,一、钢尺量距,2、钢尺量距

16、一般方法,1、直线定线,定义：将一段距离分成若干段。,方法：,目估法,仪器法,边定线边量距, 平坦地面距离丈量：,量整尺，加余量。,D=nl+q l代表钢尺长度, 倾斜地面距离丈量,1/、平量法：,D=d+q,平拉尺，量平距。适宜坡度较小的地面。,2/、斜量法：分尺段量斜距，并分别改化成平距。,尺段斜距改化平距方法：,2/、高差改正法：d i =,水平总长度 D=d i, 丈量要求与限差,1/、钢尺量距最低要往返丈量两次，取平均值作为结果；,2/、两次丈量相对误差要求：山地,即D=,，平地,1/、倾角改正法：d i=licosi,3、 钢尺量距的精密方法, 钢尺精密量距的方法：先定线后量距,定

17、线：仪器法,量距：加标准拉力， 丈量三次，测钢尺温度,测尺段两端高差, 尺段长度计算,尺段倾斜实际长度L计算,t0温度时钢尺实长：l/=l 0+l,t温度时钢尺实长：,=1.2510-5米度/米 l 0-钢尺名义长度 l-t 0温度时钢尺尺长改正 t-量距时温度 l t-量距时钢尺实长,+l(t-t 0),因,=,L=,l尺段丈量长度（名义长度）,尺段平距计算,d=,l h=d-L=,d=L+l h=l+l d+l t+l h,例见下页,令：l d,l t,=l(t-t 0),L=,l+l d+l t,l d尺段尺长改正 l t尺段温度改正,l h 尺段倾斜改正,线段AB分五尺段丈量,尺长方程

18、式:30-0.003+1.2510-5(t-20)30,29.486,25.070,28.041,24.121,21.461,128.180,26.0,+1.12,-2.9,+2.2,-21.3,26.0,+0.73,-2.5,+1.9,-10.6,25.5,+0.24,-2.8,+1.9,-1.0,25.0,-0.54,-2.4,+1.5,-6.0,24.0,-0.47,-2.1,+1.1,-5.1,-12.7,+8.6,-44.0,29.464,25.059,28.039,24.115,21.445,128.132,l t =l(t-t 0),二、视距法测距,1、视线水平时（视准轴视距尺）

19、,D=S+f+=kl+c,内对光望远镜c0， 则D=kl,2、视线倾斜时,MN=l,D=k,S=D,=kl,三、 光电测距仪简介,光源：,测程：,精度（中误差）：,基本原理：,激光、红外光、微波,远程（20km）、中程（520km）、短程（5km）,级（5mm）、级（610mm）、 级（1120mm）,测时方法：,相位式测距原理：,2D=(N+N)S,N=,(S=cT=c,),(N+N),D=,=U(N+N),D=,因N不确定，所以:,直接-脉冲式 间接-相位式,(N+N),N= UN,例：N的测量精度为1/1000， f1=15MH,f2=150KH, U1=10m,U2=1000。测：N1

20、=873,D1=8.73mN2=357,D2=357m ，D=358.73m,5.9全站仪和自动全站仪,一、全站仪,电子全站仪是一种可以同时进行角度测量和距离测量，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。由于只要一次安置，仪器便可以完成在该测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”(TOTAL STATION) 。,全站仪几乎可以用在所有的测量领域。电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等组成。,1.同轴望远镜,全站仪的望远镜实现了视准轴、测距光波的发射、接收光轴同轴化。使得望远镜一次瞄准即可实现同时测定水平角、垂直角和斜距等全部基本测量要素的测定功能。,2.竖轴倾斜自动补偿,竖轴倾斜产生垂直角、水平角误差,测量中仪器竖轴在视准轴方向（X轴）的倾斜为ip，横轴方向（Y轴）的倾斜为ib。测得的天顶距为Z，天顶距的真实值为Z，那么存在以下关系： Z=Z+ip 水平方向的误差=ib/tanZ=ib/tan（Z+ip）,双轴补偿器的补偿原理,双轴补偿器一般采用液体补偿器，