測量基本原理課件

1、.n測量的概念測量的概念 1.早期的定義：研究地球的形狀和大小，確定地面點的坐標(biāo)的學(xué)科。 2.當(dāng)前的定義：研究三維空間中各種物體的形狀、大小、位置、方向和其分布的學(xué)科。 測量學(xué)的內(nèi)容包括測定和測設(shè)兩個部分。測定是指使用測量測量學(xué)的內(nèi)容包括測定和測設(shè)兩個部分。測定是指使用測量儀器和工具，通過測量和計算，得到一系列測量數(shù)據(jù)，或把地球儀器和工具，通過測量和計算，得到一系列測量數(shù)據(jù)，或把地球表面的地形縮繪成地形圖。測設(shè)是指把圖紙上規(guī)劃設(shè)計好的建筑表面的地形縮繪成地形圖。測設(shè)是指把圖紙上規(guī)劃設(shè)計好的建筑物、構(gòu)筑物的位置在地面上標(biāo)定出來，作為施工的依據(jù)。物、構(gòu)筑物的位置在地面上標(biāo)定出來，作為施工的依據(jù)。.

2、測量的一些要素測量的一些要素 1、坐標(biāo)系 2、角度 3、距離 4、高程.1. 1. 建立大地坐標(biāo)系的目的建立大地坐標(biāo)系的目的 2. 2. 參心坐標(biāo)系和地心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系和地心坐標(biāo)系 3. 3. 大地坐標(biāo)系的形式大地坐標(biāo)系的形式 表示地面點的空間位置表示地面點的空間位置 參心坐標(biāo)系：參考橢球中心與地球質(zhì)心不重合地心坐標(biāo)系：參考橢球中心與地球質(zhì)心重合空間直角大地坐標(biāo)系 球面大地坐標(biāo)系.1. 19541. 1954年北京坐標(biāo)系年北京坐標(biāo)系n 參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系來歷：原蘇聯(lián)來歷：原蘇聯(lián)19421942年普爾科沃坐標(biāo)系在我國的延伸年普爾科沃坐標(biāo)系在我國的延伸 n 克拉索夫斯基橢球克拉索夫斯基橢球 6

3、378245m1:298.3af n 大地原點：普爾科沃天文臺大地原點：普爾科沃天文臺 要點：要點：.2. 19802. 1980年國家大地坐標(biāo)系年國家大地坐標(biāo)系n 參心坐標(biāo)系參心坐標(biāo)系n IUGG 1975 IUGG 1975年橢球年橢球 6378140 m 1:298.257afn 大地原點：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn)大地原點：陜西省涇陽縣永樂鎮(zhèn) 同一地面點在不同大地坐標(biāo)系中具有不同的坐標(biāo)值同一地面點在不同大地坐標(biāo)系中具有不同的坐標(biāo)值545454(,)XYZ808080(,)XYZ要點要點.NS3. WGS-843. WGS-84坐標(biāo)系坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系地心坐標(biāo)系WGS-84WGS-84橢球橢球 6

4、378137m1:298.257223563afWGS-84WGS-84空間直角坐標(biāo)系空間直角坐標(biāo)系屬于協(xié)議地球坐標(biāo)系屬于協(xié)議地球坐標(biāo)系XZYO.根據(jù)青島驗潮站根據(jù)青島驗潮站1950-19561950-1956年間的驗潮結(jié)果，作年間的驗潮結(jié)果，作為黃海平均海水面為黃海平均海水面4. 19564. 1956年黃海高程系年黃海高程系水準(zhǔn)原點高程：水準(zhǔn)原點高程： 72.289 m 72.289 m根據(jù)青島驗潮站根據(jù)青島驗潮站1952-19791952-1979年間的驗潮結(jié)果，作為年間的驗潮結(jié)果，作為黃海平均海水面黃海平均海水面5. 19855. 1985國家高程基準(zhǔn)國家高程基準(zhǔn)水準(zhǔn)原點高程：水準(zhǔn)原點

5、高程： 72.260 m 72.260 m.1、坐標(biāo)系的定義、坐標(biāo)系的定義 測量上，以測量上，以X軸為縱軸，軸為縱軸，Y軸為橫軸。軸為橫軸。2、特點、特點 坐標(biāo)軸向、象限順序、角度量測方向均坐標(biāo)軸向、象限順序、角度量測方向均與數(shù)學(xué)坐與數(shù)學(xué)坐 標(biāo)系相逆；標(biāo)系相逆； 基于數(shù)學(xué)坐標(biāo)系推證的所有三角函數(shù)公基于數(shù)學(xué)坐標(biāo)系推證的所有三角函數(shù)公式均可直接使用。式均可直接使用。oXY. 基準(zhǔn)方向：坐標(biāo)縱軸方向基準(zhǔn)方向：坐標(biāo)縱軸方向 特點：特點：1 1、正反方位角相差正反方位角相差180 2 2、同一直線上各點坐標(biāo)方位角相等、同一直線上各點坐標(biāo)方位角相等 來源：由坐標(biāo)反算或角度傳遞得到來源：由坐標(biāo)反算或角度傳遞

6、得到.坐標(biāo)方位角特性坐標(biāo)方位角特性坐標(biāo)北坐標(biāo)北ABABBAYX坐標(biāo)北坐標(biāo)北AB.以定向方向（基準(zhǔn)方向）為零，順時針到指定方以定向方向（基準(zhǔn)方向）為零，順時針到指定方向的水平角。向的水平角。.PABabp水平面水平面090180270mno 兩條空間相交直線在某兩條空間相交直線在某一水平面上投影之間的夾一水平面上投影之間的夾角。角。 mn目的：求取平面位置目的：求取平面位置.空間直線與水平面之間空間直線與水平面之間的夾角（豎直角或高度的夾角（豎直角或高度角）。由水平面起，向角）。由水平面起，向上量為正，稱仰角；向上量為正，稱仰角；向下量為負(fù)，稱俯角。下量為負(fù)，稱俯角。900180270PAap水

7、平面水平面鉛垂面鉛垂面P Z垂直指標(biāo)讀數(shù)與垂直角關(guān)系：垂直指標(biāo)讀數(shù)與垂直角關(guān)系： 9090垂直角與天頂距的關(guān)系：垂直角與天頂距的關(guān)系： 9090Z.（1 1）腳架）腳架 （2 2）基座）基座垂直軸水平軸照準(zhǔn)軸水平度盤垂直度盤水準(zhǔn)器（3 3）照準(zhǔn)部）照準(zhǔn)部三軸三軸水平度盤軸垂直垂直度盤軸架支準(zhǔn)照架腳三機座準(zhǔn)部照架支水平軸讀數(shù)顯微鏡. 管水準(zhǔn)器管水準(zhǔn)器 圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器HOH1、管水準(zhǔn)器、管水準(zhǔn)器水準(zhǔn)器的分劃值水準(zhǔn)器的分劃值：相鄰兩分劃間：相鄰兩分劃間弧長所對應(yīng)的圓心角?；￠L所對應(yīng)的圓心角。 t=(2mm/R)p t= 30 60 .OO2mm2、圓水準(zhǔn)器、圓水準(zhǔn)器t= 8 60 水準(zhǔn)器的靈敏度與

8、其分水準(zhǔn)器的靈敏度與其分劃值的大小成反比。劃值的大小成反比。.1 1、對中、對中 使水平度盤中心與地面點標(biāo)志中心在同一鉛垂線上。使水平度盤中心與地面點標(biāo)志中心在同一鉛垂線上。（1 1）垂球法）垂球法（2 2）光學(xué)對點器法）光學(xué)對點器法2 2、整平、整平 使經(jīng)緯儀豎軸處于鉛垂線方向。使經(jīng)緯儀豎軸處于鉛垂線方向。.3 3、調(diào)焦、調(diào)焦 包括物鏡調(diào)焦和目鏡調(diào)焦包括物鏡調(diào)焦和目鏡調(diào)焦物鏡調(diào)焦：使目標(biāo)成像于十字絲分劃板上。物鏡調(diào)焦：使目標(biāo)成像于十字絲分劃板上。目鏡調(diào)焦：使目標(biāo)影像連同十字絲分劃所成虛像一起成像于目鏡調(diào)焦：使目標(biāo)影像連同十字絲分劃所成虛像一起成像于 人眼明視距離處。人眼明視距離處。調(diào)焦的檢驗

9、：眼睛在目鏡處微微晃動，若十字絲與目標(biāo)相對調(diào)焦的檢驗：眼睛在目鏡處微微晃動，若十字絲與目標(biāo)相對 移動，則調(diào)焦不正確，此現(xiàn)象稱為移動，則調(diào)焦不正確，此現(xiàn)象稱為十字絲視差。十字絲視差。 若存在十字絲視差，將對角度測量產(chǎn)生影響，若存在十字絲視差，將對角度測量產(chǎn)生影響， 應(yīng)重新調(diào)焦。應(yīng)重新調(diào)焦。調(diào)焦方法：望遠(yuǎn)鏡對向背景明亮處，旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺絲，調(diào)焦方法：望遠(yuǎn)鏡對向背景明亮處，旋轉(zhuǎn)目鏡調(diào)焦螺絲， 使十字絲最黑；照準(zhǔn)目標(biāo)后，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺使十字絲最黑；照準(zhǔn)目標(biāo)后，旋轉(zhuǎn)物鏡調(diào)焦螺 絲，使目標(biāo)影像最為清晰。絲，使目標(biāo)影像最為清晰。.十字絲視差：目標(biāo)影像與十字絲不重合，當(dāng)觀察位置發(fā)生變十字絲視差：目標(biāo)影像與十字

10、絲不重合，當(dāng)觀察位置發(fā)生變 化時，兩者之間產(chǎn)生的相對移動現(xiàn)象?；瘯r，兩者之間產(chǎn)生的相對移動現(xiàn)象。像平面像平面十字絲平面十字絲平面像平面像平面十字絲平面十字絲平面像平面像平面十字絲平面十字絲平面acabbac.望遠(yuǎn)鏡成像原理F1F2十字絲板十字絲板等效透鏡等效透鏡目鏡目鏡.2 2、視場、視場望遠(yuǎn)鏡所能觀察到的物面范圍望遠(yuǎn)鏡所能觀察到的物面范圍v321 1、放大倍率、放大倍率目物ffv/3 3、照準(zhǔn)精度、照準(zhǔn)精度v06 .單絲照準(zhǔn)單絲照準(zhǔn)雙絲照準(zhǔn)雙絲照準(zhǔn)1 1、水平角觀測時目標(biāo)的照準(zhǔn)方法、水平角觀測時目標(biāo)的照準(zhǔn)方法.2 2、安置度盤、安置度盤 消除或減弱度盤分劃誤差對角度觀測的影響。消除或減弱度盤

11、分劃誤差對角度觀測的影響。 G G180180/m/m(k-1)(k-1) 其中：其中：m m為總測回數(shù)，為總測回數(shù)，k k為測繪序號為測繪序號3 3、觀測步驟、觀測步驟（1）上半測回：）上半測回：1、2、3、4、1（2）下半測回：）下半測回：1、4、3、2、1一測回一測回3 32 21 14 4O O.幾個概念1、歸零歸零2 2、半測回（盤左、盤右）、半測回（盤左、盤右）3 3、一測回、一測回4 4、方向值、水平角、方向值、水平角5 5、2C2C差（照準(zhǔn)軸誤差的差（照準(zhǔn)軸誤差的2 2倍）倍）3 32 21 14 4O O.1 1、觀測與計算、觀測與計算（1 1）觀測）觀測盤左橫絲切準(zhǔn)目標(biāo)，指

12、標(biāo)水準(zhǔn)器居中，讀數(shù)盤左橫絲切準(zhǔn)目標(biāo)，指標(biāo)水準(zhǔn)器居中，讀數(shù)L L；盤右橫絲切準(zhǔn)目標(biāo)，指標(biāo)水準(zhǔn)器居中，讀數(shù)盤右橫絲切準(zhǔn)目標(biāo)，指標(biāo)水準(zhǔn)器居中，讀數(shù)R R；以上即為垂直角一測回觀測。以上即為垂直角一測回觀測。（2 2）計算）計算)360(21 RLiiL 90 iR 270 )180(21 LR .2 2、公式的推證、公式的推證指標(biāo)指標(biāo)目標(biāo)指標(biāo)目標(biāo)270180090270180900180270900iii右左指標(biāo)差指標(biāo)差 i：讀數(shù)指標(biāo)偏離正確位置（鉛垂線）的角值：讀數(shù)指標(biāo)偏離正確位置（鉛垂線）的角值iL 90iR2702/ )360(RLi2/ )180(LR.指標(biāo)差的特性特性：特性： （1 1）指

13、標(biāo)差對垂直角觀測的影響，可在一）指標(biāo)差對垂直角觀測的影響，可在一測回觀測中消除；測回觀測中消除； （2 2）短時間內(nèi)指標(biāo)差大小為常數(shù)，故可利）短時間內(nèi)指標(biāo)差大小為常數(shù)，故可利用指標(biāo)差互差檢驗垂直角觀測質(zhì)量。用指標(biāo)差互差檢驗垂直角觀測質(zhì)量。 .度盤容量與碼道數(shù)的關(guān)系：度盤容量與碼道數(shù)的關(guān)系：nM2 1.碼區(qū)度盤碼區(qū)度盤0123456789101112131415度盤中心光電接收管n1SR分辨率與碼道數(shù)的關(guān)系：分辨率與碼道數(shù)的關(guān)系：M/360屬絕對式測角。碼道數(shù)、分屬絕對式測角。碼道數(shù)、分辨率有限，需采用測微裝置辨率有限，需采用測微裝置( 拓普康ET-2 ).2.2.條碼度盤條碼度盤條碼是由一組按

14、一定編碼規(guī)則條碼是由一組按一定編碼規(guī)則排列的條、空符號，用以表示排列的條、空符號，用以表示一定的字符、數(shù)字及符號組成一定的字符、數(shù)字及符號組成的信息。的信息。1 1、發(fā)光管、發(fā)光管2 2、光路、光路3 3、條碼度盤、條碼度盤4 4、線性、線性CCDCCD陣列陣列.（1）光柵與莫爾條紋光柵與莫爾條紋橫向莫爾條紋的生成：橫向莫爾條紋的生成：橫向莫爾條紋的放大作用：橫向莫爾條紋的放大作用： B 光柵光柵2 2光柵光柵1 1 B BB.莫爾條紋的位移發(fā)大作用：莫爾條紋的位移發(fā)大作用：當(dāng)光柵相對移動一個節(jié)距當(dāng)光柵相對移動一個節(jié)距W W時，時，條紋移動一個寬度周期條紋移動一個寬度周期B B。.縱向莫爾條紋

15、的形成及放大作用：縱向莫爾條紋的形成及放大作用：兩光柵平行，兩光柵平行， 但其節(jié)距有但其節(jié)距有 微小差異。微小差異。主光柵主光柵指示光柵指示光柵(1+)W(1+)WB BW W B莫爾條紋的特性：莫爾條紋的特性：q莫爾條紋的移動量與光柵的移動量相對應(yīng)；莫爾條紋的移動量與光柵的移動量相對應(yīng)；q莫爾條紋具有位移放大作用；莫爾條紋具有位移放大作用；q莫爾條紋具有平均光柵誤差的作用；莫爾條紋具有平均光柵誤差的作用；q莫爾條紋便于實現(xiàn)自動化和數(shù)字化測量。莫爾條紋便于實現(xiàn)自動化和數(shù)字化測量。.縱向莫爾條紋的位移放大作用：縱向莫爾條紋的位移放大作用：.（2 2）常見莫爾條紋模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置）常見莫爾條紋模數(shù)轉(zhuǎn)換

16、裝置1 光源2 透鏡3 主光柵4 指示光柵5 接收物鏡6 光探測器透射式透射式反射式反射式發(fā)光二極管發(fā)光二極管光柵度盤光柵度盤光電接收管光電接收管電子經(jīng)緯儀與全站儀拓普康拓普康GTS-300GTS-300.0LLrs0設(shè)單位角度為：設(shè)單位角度為：0 則任一個角度均可表則任一個角度均可表示為：示為： 0n 利用內(nèi)外光柵探測利用內(nèi)外光柵探測器的信號延遲時間來器的信號延遲時間來測定。測定。n 利用四個標(biāo)志之間的利用四個標(biāo)志之間的時間隔來確定和檢核。時間隔來確定和檢核。威特威特T2000T2000電經(jīng)電經(jīng).度盤測角原理比較光柵度盤光柵度盤編碼度盤編碼度盤動態(tài)度盤動態(tài)度盤測角原理測角原理增量式增量式絕對

17、式絕對式增量式增量式關(guān)機后角度信息關(guān)機后角度信息不保留不保留保留保留保留保留測角誤差測角誤差積累積累不積累不積累不積累不積累制造工藝制造工藝相對簡單相對簡單相對復(fù)雜相對復(fù)雜相對復(fù)雜相對復(fù)雜.1211212212發(fā)光二極管發(fā)光二極管接收二極管接收二極管Z=PPZHHiTT21T21Titip.1 1、距離的概念、距離的概念q距離是指兩點之間的地面實際長度距離是指兩點之間的地面實際長度q不同高程的兩點間的距離稱為不同高程的兩點間的距離稱為斜距斜距q水平面上兩點間的距離稱為水平面上兩點間的距離稱為平距平距q我國一般用米作距離的單位我國一般用米作距離的單位 一、距離測量概述2 2、距離測量常用方法、距

18、離測量常用方法1 1）直接丈量）直接丈量2 2）視距測量）視距測量3 3）電磁波測距）電磁波測距.用經(jīng)過鑒定的鋼尺（或皮尺）直接量取兩點的距離，用經(jīng)過鑒定的鋼尺（或皮尺）直接量取兩點的距離，再進(jìn)行一系列改正（如尺長、溫度、傾斜的改正等），再進(jìn)行一系列改正（如尺長、溫度、傾斜的改正等），得到兩點間的平距。得到兩點間的平距。 當(dāng)當(dāng)?shù)氐孛婷嫫狡教固箷r時二、鋼尺量距.ABDDCtD221( 6.710-11 s).1、按載波分、按載波分電磁波測距儀電磁波測距儀光電測距儀光電測距儀微波測距儀微波測距儀單載波單載波多載波多載波紅外線紅外線白熾燈和汞燈白熾燈和汞燈激光激光2 2、按測程、按測程 短程短程 3

19、km 15km15km 3 3、按精度、按精度分為分為1 1（5mm)測程時測程時N0，N無需確定。但當(dāng)測程較大時，無需確定。但當(dāng)測程較大時， 就必就必須很大，在測相精度一定的情況下，測距精度將降低。為解須很大，在測相精度一定的情況下，測距精度將降低。為解決此矛盾，在測距儀中，常采用多頻率測距措施：決此矛盾，在測距儀中，常采用多頻率測距措施：直接測尺頻率方式：直接測尺頻率方式：如測定長度為如測定長度為573.682米米 /2 10米米 3.682米米 1000米米 573.6米，米， 兩個結(jié)果組合為兩個結(jié)果組合為573.682米。米。間接測尺頻率方式：間接測尺頻率方式：兩個頻率測定的相位差之差

20、與其差頻信兩個頻率測定的相位差之差與其差頻信號測定的相位差相等，即相當(dāng)于設(shè)置了又一個頻率較低的信號測定的相位差相等，即相當(dāng)于設(shè)置了又一個頻率較低的信號。號。 . 1、斜距計算、斜距計算（1）加常數(shù)加常數(shù)改正改正C （d1+C)+(d2+C)=d3+C C=d3-d1-d2dDd12BCA（2）氣象改正）氣象改正光的傳播速度與氣壓、溫度有關(guān)，即測尺長度發(fā)生變化，光的傳播速度與氣壓、溫度有關(guān)，即測尺長度發(fā)生變化，所加改正數(shù)稱為所加改正數(shù)稱為氣象改正氣象改正，與距離成正比，與距離成正比標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)大氣狀態(tài)為 760mmHg 20C.2、距離歸算、距離歸算（1 1）水平距離歸算）水平距離歸算 o

21、sDS)(DS2ch 2 2（2 2）水平距離歸算到參考橢球面）水平距離歸算到參考橢球面ACBHmabSooSRmOS)-(1HRHSSmmm 0 0（3 3）參考橢球面化算到高斯平面）參考橢球面化算到高斯平面)(1mmRySD2 22 22 2 . HB=HA+hAB hAB=Dtg+K-L .用水平面代替水準(zhǔn)面對高用水平面代替水準(zhǔn)面對高差影響，稱為地球彎曲差，差影響，稱為地球彎曲差，簡稱球差簡稱球差EF= D/2 D/R 球差球差: EF= D2/2R 1、球差、球差 特性：球差的影響總是使所測特性：球差的影響總是使所測得的高差減小得的高差減小。 .2、氣差、氣差大氣折光對高差的影響，稱為

22、大氣折光對高差的影響，稱為大氣折光差，簡稱氣差大氣折光差，簡稱氣差。 氣差氣差: MM=D2/2R 特性：氣差總是使所測特性：氣差總是使所測高差增大高差增大.兩差：球差及氣差對高差的綜合影響兩差：球差及氣差對高差的綜合影響) /1 (22RRRD設(shè)設(shè)K K = = R/RR/R，稱為稱為折光系數(shù)折光系數(shù)。 )1 (22KRD因為因為大于，故大于，故 K 介于介于0與與1之間。值變化比較復(fù)雜，之間。值變化比較復(fù)雜，在作業(yè)中，很難也不可能確定每一方向的折光系數(shù)，只能在作業(yè)中，很難也不可能確定每一方向的折光系數(shù)，只能求出某一地區(qū)折光系數(shù)平均值，在我國大部分地區(qū)折光系求出某一地區(qū)折光系數(shù)平均值，在我國大部分地區(qū)折光系數(shù)的平均值取數(shù)的平均值取0.110.11比較合適比較合適。 顧及兩差改正的三角高程測量高差計算公式為：顧及兩差改正的三角高程測量高差計算公式為：