第2章常用測(cè)繪方法和儀器

1、第二章第二章 常用測(cè)繪方法和儀器常用測(cè)繪方法和儀器地面點(diǎn)定位是依據(jù)其三維坐標(biāo)進(jìn)行的。角度、距地面點(diǎn)定位是依據(jù)其三維坐標(biāo)進(jìn)行的。角度、距離和高差是地面點(diǎn)的直接定位元素。離和高差是地面點(diǎn)的直接定位元素。本章簡(jiǎn)要介紹以下本章簡(jiǎn)要介紹以下5 5個(gè)內(nèi)容：個(gè)內(nèi)容：2 21 1 角度測(cè)量與測(cè)角儀器角度測(cè)量與測(cè)角儀器2 22 2 距離測(cè)量與測(cè)距儀器距離測(cè)量與測(cè)距儀器2 23 3 高程測(cè)量與水準(zhǔn)儀高程測(cè)量與水準(zhǔn)儀2 24 4 坐標(biāo)計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算2 25 5 地形圖測(cè)繪地形圖測(cè)繪 角度包括水平角和豎直角。 用以測(cè)量角度的儀器有經(jīng)緯儀和全站儀。 經(jīng)緯儀可用以測(cè)角、測(cè)距和測(cè)高差。其主要功能是測(cè)量其主要功能是測(cè)量角度。角

2、度。 經(jīng)緯儀有光學(xué)經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀。2 21 1 角度測(cè)量與測(cè)角儀器角度測(cè)量與測(cè)角儀器一一. 角度測(cè)量的概念角度測(cè)量的概念（一）（一）.水平角測(cè)量水平角測(cè)量 水平角是相交相交的兩條方向線在同一同一水平面上的投影投影所夾的角度，也是包含對(duì)應(yīng)方向線的兩個(gè)豎直面之間的兩面角。 將一臺(tái)經(jīng)緯儀架設(shè)在角度的頂點(diǎn)（兩方向線的交點(diǎn)）N。 用經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡分別照準(zhǔn)M點(diǎn)和P點(diǎn)，即可根據(jù)兩照準(zhǔn)方向在水平水平圓盤(pán)圓盤(pán)（稱(chēng)作水平度盤(pán)）（稱(chēng)作水平度盤(pán)）上的讀數(shù)之差求得水平角。 水平角與經(jīng)緯儀的放置高度無(wú)關(guān)。（二）（二）. .豎直角測(cè)量豎直角測(cè)量u豎直角豎直角是指在同一豎直面內(nèi)，觀測(cè)視線與過(guò)起點(diǎn)過(guò)起點(diǎn)的水平線之間的夾角。

3、u豎直角又稱(chēng)作垂直角，它有仰角和俯角之分，角值分別為正和負(fù)。u將經(jīng)緯儀架設(shè)在視線起點(diǎn)上，用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)。u照準(zhǔn)方向在豎直圓盤(pán)豎直圓盤(pán)（稱(chēng)作（稱(chēng)作豎直度盤(pán)）豎直度盤(pán)）上的讀數(shù)值與視線水平時(shí)的豎盤(pán)讀數(shù)值之差便是該觀測(cè)方向的豎直角。u豎直角的大小與豎直度盤(pán)在過(guò)起點(diǎn)的鉛垂線上的放置高度有關(guān)。水平線二二. . 經(jīng)緯儀的種類(lèi)和基本結(jié)構(gòu)經(jīng)緯儀的種類(lèi)和基本結(jié)構(gòu)（一）. . 經(jīng)緯儀的種類(lèi)經(jīng)緯儀的種類(lèi) 經(jīng)緯儀的類(lèi)型主要有兩種：光學(xué)光學(xué)經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀和電子電子經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀。電子經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀光學(xué)經(jīng)緯儀光學(xué)經(jīng)緯儀 光學(xué)經(jīng)緯儀采用光學(xué)度盤(pán)和光學(xué)測(cè)微讀數(shù)方式。價(jià)格低，性能穩(wěn)定。 電子經(jīng)緯儀又稱(chēng)數(shù)字經(jīng)緯儀、光電經(jīng)緯儀，采

4、用光電（電子）度盤(pán)，能以數(shù)字形式顯示角度值，便于儲(chǔ)存和記錄數(shù)據(jù)。電子經(jīng)緯儀常與光電測(cè)距儀結(jié)合在一起，構(gòu)成全站儀全站儀。（二）（二）. . 經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)經(jīng)緯儀由照準(zhǔn)部照準(zhǔn)部【含望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、操作旋鈕、豎盤(pán)、支架【含望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器、操作旋鈕、豎盤(pán)、支架等】等】、水平度盤(pán)和基座水平度盤(pán)和基座組成。豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋三三. . 經(jīng)緯儀的基本操作經(jīng)緯儀的基本操作 用經(jīng)緯儀測(cè)量角度，需將儀器安置在待測(cè)角度的頂點(diǎn)上。 經(jīng)緯儀的基本操作包括安置、瞄準(zhǔn)和讀數(shù)。（一）（一）. . 經(jīng)緯儀的安置經(jīng)緯儀的安置 安置儀器包括對(duì)中、整平對(duì)中、整平兩項(xiàng)內(nèi)容。1.1.對(duì)中對(duì)中

5、目的是使儀器中心與測(cè)點(diǎn)標(biāo)志中心位于同一鉛垂線上。OAB2. 2. 整平整平 目的是使經(jīng)緯儀水平度盤(pán)處于水平狀態(tài)。 整平的標(biāo)志：水準(zhǔn)氣泡居中。水準(zhǔn)氣泡居中水準(zhǔn)氣泡居中（二）（二）. . 瞄準(zhǔn)瞄準(zhǔn)瞄準(zhǔn)就是用望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)待測(cè)目標(biāo)，獲得確定的觀測(cè)方向線。旋轉(zhuǎn)水平和垂直微動(dòng)螺旋，使望遠(yuǎn)鏡十字絲精確對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。（三）（三）. . 讀數(shù)讀數(shù)照準(zhǔn)目標(biāo)后，讀取相應(yīng)的度盤(pán)讀數(shù)值。采用光學(xué)經(jīng)緯儀時(shí)，須從讀數(shù)窗內(nèi)根據(jù)度盤(pán)分劃線的影像讀取.采用電子經(jīng)緯儀或全站儀時(shí)，從顯示屏上直接讀取。 距離也是地面點(diǎn)定位的直接定位元素之一。距離也是地面點(diǎn)定位的直接定位元素之一。 距離測(cè)量方法有鋼尺量距、視距測(cè)量、電磁波測(cè)距離測(cè)量方法有鋼尺

6、量距、視距測(cè)量、電磁波測(cè)距等。距等。2 22 2 距離測(cè)量與測(cè)距儀器距離測(cè)量與測(cè)距儀器一一. . 鋼尺量距鋼尺量距 鋼尺量距是用鋼尺沿地面直接丈量距離。 過(guò)去，鋼尺量距是主要的精密測(cè)距方法。現(xiàn)代也偶爾使用。1前尺手前尺手 B后尺手后尺手2二二.視距測(cè)量（光學(xué)測(cè)距）視距測(cè)量（光學(xué)測(cè)距） 鋼尺量距費(fèi)力、費(fèi)時(shí)，速度慢、成本高。 視距測(cè)量則方便、快捷得多。視距測(cè)量又叫光學(xué)測(cè)距，只需一臺(tái)光學(xué)經(jīng)緯儀或水準(zhǔn)儀和一把標(biāo)尺，300米以?xún)?nèi)的距離不用一分鐘就可測(cè)出。 用經(jīng)緯儀或水準(zhǔn)儀的望遠(yuǎn)鏡十字絲的上、下絲分別在標(biāo)尺上讀數(shù)，其差值為l 。則儀器中心到標(biāo)尺的距離為： D 100 l 三三. 光電測(cè)距（電磁波測(cè)距）光電

7、測(cè)距（電磁波測(cè)距） 鋼尺量距精度高，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力； 視距測(cè)量速度快，但精度不高，且不能測(cè)長(zhǎng)距離。 光電測(cè)距則完全保留了二法的優(yōu)點(diǎn)，且克服了各自的缺點(diǎn)。但儀器價(jià)格相對(duì)較高。 光電測(cè)距又叫電磁波測(cè)距（electromagnetic distance measuring），簡(jiǎn)稱(chēng)EDM。光電測(cè)距儀包括激光和紅外（光）測(cè)距儀。（一）（一）. 基本原理基本原理 通過(guò)測(cè)量電磁波在待測(cè)距離上往返傳播所需的時(shí)間來(lái)間通過(guò)測(cè)量電磁波在待測(cè)距離上往返傳播所需的時(shí)間來(lái)間接測(cè)量距離。接測(cè)量距離。 如下圖所示，欲測(cè)量地面上A、B兩點(diǎn)間的距離。 在A點(diǎn)安置光電測(cè)距儀，在B點(diǎn)架設(shè)反射棱鏡(反光鏡反光鏡)。 A點(diǎn)儀器發(fā)射的光波（

8、電磁波）經(jīng)大氣傳播后射至B點(diǎn)，被反光鏡反射回來(lái)，儀器便可接收到返回的光波。 （儀器和棱鏡見(jiàn)右下圖） 設(shè)發(fā)射光波的時(shí)刻為t1，接收光波的時(shí)刻為t2，則時(shí)間間隔為：t2Dt2t1 t2D即光波在待測(cè)的A、B兩點(diǎn)間往返傳播所花的時(shí)間。 設(shè)光波在大氣中的傳播速度為C，則有： 2D C t2D 由此可見(jiàn)，只要測(cè)出發(fā)射和接收光波的時(shí)間差t2D就可求出距離D。22DtCD 光電測(cè)距的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題是“測(cè)時(shí)測(cè)時(shí)”。 （精度要求高，不能用手表或運(yùn)動(dòng)秒表測(cè)時(shí)！) 光電測(cè)時(shí)的精度可達(dá)0.10.01ns（納秒，即納秒，即109 s），對(duì)應(yīng)的測(cè)距精度約為cm級(jí)mm級(jí)。（二）（二）. 測(cè)距操作測(cè)距操作 現(xiàn)代光電測(cè)距儀的自動(dòng)

9、化程度都很高，測(cè)時(shí)、計(jì)算、顯示均可由儀器內(nèi)部相應(yīng)部件自動(dòng)完成。測(cè)距操作實(shí)現(xiàn)了“傻瓜型傻瓜型作業(yè)”模式。 在架好儀器、瞄準(zhǔn)反光鏡之后，只需輕按一下儀器操作面板上的測(cè)距按鈕，幾秒鐘之后即可將距離值（自動(dòng)重自動(dòng)重復(fù)測(cè)量上千次的平均值復(fù)測(cè)量上千次的平均值）顯示在屏幕上。 測(cè)定地面點(diǎn)高程的工作，稱(chēng)為高程測(cè)量。測(cè)定地面點(diǎn)高程的工作，稱(chēng)為高程測(cè)量。 高程測(cè)量方法有高程測(cè)量方法有水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量、三角高程測(cè)量三角高程測(cè)量、GPSGPS高程測(cè)量高程測(cè)量、液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量液體靜力水準(zhǔn)測(cè)量等。等。 本節(jié)簡(jiǎn)要介紹水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹水準(zhǔn)測(cè)量和三角高程測(cè)量。23 高程測(cè)量與水準(zhǔn)儀高程測(cè)量與水準(zhǔn)儀 ab1

10、H1H2b2aABh12一一. . 水準(zhǔn)測(cè)量原理水準(zhǔn)測(cè)量原理 水準(zhǔn)測(cè)量的基本原理是利用水準(zhǔn)儀提供的水平視利用水準(zhǔn)儀提供的水平視線在前后兩把豎直的標(biāo)尺上的讀數(shù)之差來(lái)測(cè)定兩線在前后兩把豎直的標(biāo)尺上的讀數(shù)之差來(lái)測(cè)定兩點(diǎn)間的高差點(diǎn)間的高差，再根據(jù)已知點(diǎn)高程計(jì)算待定點(diǎn)高程。 在A、B兩點(diǎn)上豎立水準(zhǔn)標(biāo)尺（尺上刻有標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的厘米分劃，由下而上注記至分米）； 在A、B兩點(diǎn)的中間位置安置一臺(tái)能提供水平視線的儀器水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀。 利用水準(zhǔn)儀給出的水平視線分別在A、B兩水準(zhǔn)尺上讀出讀數(shù)a和b，則A、B兩點(diǎn)間的高差為： hABab 求得高差hAB之后，B點(diǎn)的高程為： HB HA hAB二二. . 水準(zhǔn)測(cè)量工具水準(zhǔn)測(cè)量工

11、具 水準(zhǔn)測(cè)量所用的儀器是水準(zhǔn)儀，配套工具有水準(zhǔn)尺等。（一）（一）. 水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀 水準(zhǔn)儀的主要功能是提供水平視線提供水平視線，并能照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺進(jìn)照準(zhǔn)水準(zhǔn)尺進(jìn)行讀數(shù)行讀數(shù)。 工程中常用的水準(zhǔn)儀如下圖所示。 水準(zhǔn)儀主要由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和基座三部分組成。另外還有水平制動(dòng)、微動(dòng)螺旋，微傾螺旋等。（二）（二）. 水準(zhǔn)尺和尺墊水準(zhǔn)尺和尺墊 水準(zhǔn)尺又叫水準(zhǔn)標(biāo)尺，其面上繪有寬度為1厘米的標(biāo)準(zhǔn)刻劃間隔。工程中常用雙面（黑面與紅面）標(biāo)尺。三三. 水準(zhǔn)觀測(cè)水準(zhǔn)觀測(cè)包括架設(shè)儀器、整平、立尺、照準(zhǔn)和讀數(shù)等。 架設(shè)儀器； 儀器整平； 豎立標(biāo)尺； 瞄準(zhǔn)標(biāo)尺；1. 讀數(shù)、記錄、計(jì)算。四四. . 三角高程測(cè)量三角高程測(cè)量 在山區(qū)

12、特別是高山地區(qū)，采用水準(zhǔn)測(cè)量方法速度慢、效率低，有時(shí)甚至無(wú)法實(shí)施。所以，在山區(qū)通常采用三角高程測(cè)量方法測(cè)量高差。 測(cè)量出直角三角形的斜邊及其垂直角之后，按三角函數(shù)推算測(cè)站點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的高差的方法稱(chēng)為三角高程測(cè)量。 三角高程測(cè)量不僅可用在山區(qū)，平地也可采用。 三角高程測(cè)量分為“光電測(cè)距三角高程測(cè)量光電測(cè)距三角高程測(cè)量”和“視距視距三角高程測(cè)量三角高程測(cè)量”。前者簡(jiǎn)稱(chēng)EDM測(cè)高，精度較高；后者精度較低。二者的區(qū)別在于斜距測(cè)量方法不同區(qū)別在于斜距測(cè)量方法不同。 如圖所示，A、B為地面上的兩點(diǎn)，欲測(cè)量A、B的高差。 在A點(diǎn)安置全站儀（或經(jīng)緯儀），在B點(diǎn)架設(shè)反光鏡（或豎立標(biāo)桿）。 測(cè)出儀器中心至反光鏡中心

13、（或標(biāo)桿頂端）的距離S以及垂直角 ，用小鋼尺量取儀器高i和目標(biāo)高（又稱(chēng)覘高）v，則A、B兩點(diǎn)間的高差計(jì)算式為： hAB S sin ivhAB一一. . 方位角的概念方位角的概念 進(jìn)行地面點(diǎn)定位時(shí)，既需確定點(diǎn)的絕對(duì)位置，也需確定點(diǎn)與點(diǎn)之間的相對(duì)位置。 確定兩個(gè)地面點(diǎn)之間的相對(duì)位置時(shí)，光有距離還不夠，還需知道兩點(diǎn)連線的方向。 在測(cè)量上，常用方位角方位角來(lái)表示直線的方向，而確定直線方向的工作叫做確定直線方向的工作叫做直線定向直線定向。 以某一標(biāo)準(zhǔn)方向的北端標(biāo)準(zhǔn)方向的北端為基準(zhǔn)，順時(shí)針順時(shí)針量至某直線的水平夾角水平夾角，稱(chēng)為該直線的方位方位角角，角值為0360，如右圖。 標(biāo)準(zhǔn)方向不同時(shí)，同一直線的方

14、位角值也不同。AB直線直線AB的的方位角方位角北北標(biāo)準(zhǔn)方向標(biāo)準(zhǔn)方向24 坐標(biāo)計(jì)算坐標(biāo)計(jì)算 以坐標(biāo)縱軸北方向(線)為基準(zhǔn)的方位角叫坐標(biāo)方位角坐標(biāo)方位角，用表示。 在高斯平面直角坐標(biāo)系中，投影帶中央子午線的北方向就是坐標(biāo)縱軸(x)方向。 在同一投影帶內(nèi)，過(guò)任意一點(diǎn)作中央子午線的平行線（x），均可作為軸北方向。 直線的方位角可以直接測(cè)定（如用陀螺經(jīng)緯儀等），也可以通過(guò)測(cè)量水平角進(jìn)行推算。xPQ坐標(biāo)縱軸PQyxx二二. 平面直角坐標(biāo)的正算與反算平面直角坐標(biāo)的正算與反算平面直角坐標(biāo)的正、反算問(wèn)題在中學(xué)就已學(xué)過(guò)，此處結(jié)合測(cè)量坐標(biāo)系進(jìn)行復(fù)習(xí)。1. 坐標(biāo)正算坐標(biāo)正算根據(jù)直線始點(diǎn)的坐標(biāo)和始點(diǎn)至終點(diǎn)的長(zhǎng)度與方位角

15、計(jì)算終點(diǎn)的坐標(biāo)，稱(chēng)為坐標(biāo)正算坐標(biāo)正算。在右圖中，由i點(diǎn)的坐標(biāo)和直線ij的邊長(zhǎng)S、方位角ij計(jì)算j點(diǎn)坐標(biāo)的過(guò)程便是坐標(biāo)正算。 xj xi +xij = xi + S cosi j yj yi +yij = yi + S sini jxij 、 yij稱(chēng)為縱、橫坐標(biāo)增量。xyoij(x)ijyiyjxjxiSyijxij2. 坐標(biāo)反算坐標(biāo)反算根據(jù)直線始點(diǎn)和終點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算直線的長(zhǎng)度和方位角，稱(chēng)為坐標(biāo)反算坐標(biāo)反算。在右圖中，i-j的坐標(biāo)增量為： xij = xj xi yij = yj yi按下式計(jì)算i-j的邊長(zhǎng)S和方位角ij：22)()(ijijyxSoijijijxytg360)(1oijijij

16、xytg180)(1 及（ xij 0）（ xij 0）xyoij(x)ijyiyjxjxiSyijxij2 25 5 地形圖測(cè)繪地形圖測(cè)繪一、地形圖的概念一、地形圖的概念地形圖是普通地圖的一種。它是根據(jù)正射（保角）投影原理，以一定的測(cè)量方法，將地球局部表面的地物、地貌地物、地貌通過(guò)概括和取舍概括和取舍，按一定比按一定比例縮繪，并用專(zhuān)門(mén)的符號(hào)表示例縮繪，并用專(zhuān)門(mén)的符號(hào)表示的平面圖形。1：500二、測(cè)繪地形圖的基本工作程序二、測(cè)繪地形圖的基本工作程序 先建立控制網(wǎng)控制網(wǎng)【由若干個(gè)彼此有聯(lián)系的控制點(diǎn)（坐標(biāo)已知）組【由若干個(gè)彼此有聯(lián)系的控制點(diǎn)（坐標(biāo)已知）組成的網(wǎng)狀圖形】成的網(wǎng)狀圖形】，然后根據(jù)控制網(wǎng)進(jìn)行碎部（又稱(chēng)細(xì)部）測(cè)量。l1l2l3用經(jīng)緯儀或全站儀測(cè)出控制點(diǎn)至碎部點(diǎn)（即地物特征點(diǎn)）的距離、角度和高差，則可計(jì)算出碎部點(diǎn)的三維坐標(biāo)（x、y、H）。l1l2l3依據(jù)碎部點(diǎn)的平面坐標(biāo)可在圖上按比例尺繪出該點(diǎn)，再在旁邊注上其高程。大學(xué)城大學(xué)城（0.10.1）100100200200300300400500600400500600ABC 19.25 同法可繪制控制點(diǎn)周?chē)械乃椴奎c(diǎn)。 根據(jù)所測(cè)碎部點(diǎn)，對(duì)照實(shí)地的地物形狀連線，并進(jìn)行必要的注記，按地形圖圖式繪出地形圖。