第五章-角度、距離測量課件

1、李金平李金平 20132013年年0303月月1 1日日云南師范大學(xué)旅地學(xué)院云南師范大學(xué)旅地學(xué)院數(shù)字測圖原理與方法數(shù)字測圖原理與方法5.1 角度測量原理角度測量原理5.2 角度測量儀器角度測量儀器5.3角度測量方法角度測量方法5.4 距離測量距離測量5 5 角度、距離測量角度、距離測量水平角測量原理水平角測量原理水平角水平角 地面上地面上A點(diǎn)至點(diǎn)至B和和C兩目標(biāo)方向線兩目標(biāo)方向線在水平面在水平面P上投影的夾角上投影的夾角稱為稱為水平角水平角 地面上一點(diǎn)到兩目標(biāo)的方向線間地面上一點(diǎn)到兩目標(biāo)的方向線間所夾的水平角是過這兩方向線所所夾的水平角是過這兩方向線所作兩豎直面間的二面角作兩豎直面間的二面角5

2、.1 角度測量原理角度測量原理nm-5 5 角度、距離測量角度、距離測量豎直角測量原理豎直角測量原理豎直角豎直角 豎直角是同一豎直面內(nèi)傾斜豎直角是同一豎直面內(nèi)傾斜視線與水平線之間的夾角，其角視線與水平線之間的夾角，其角值值 視線水平時豎直度盤讀數(shù)為視線水平時豎直度盤讀數(shù)為 一一 常數(shù)，通常為常數(shù)，通常為 或是的倍數(shù)或是的倍數(shù) 5.1 角度測量原理角度測量原理5 5 角度、距離測量角度、距離測量909090角度測量儀器應(yīng)具備的條件角度測量儀器應(yīng)具備的條件照準(zhǔn)裝置照準(zhǔn)裝置水平度盤水平度盤豎直度盤豎直度盤輔助裝置輔助裝置 5.1 角度測量原理角度測量原理5 5 角度、距離測量角度、距離測量角度測量儀

3、器分類角度測量儀器分類按構(gòu)造原理和讀數(shù)系統(tǒng)按構(gòu)造原理和讀數(shù)系統(tǒng) 游標(biāo)經(jīng)緯儀、光學(xué)經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀（全站儀）游標(biāo)經(jīng)緯儀、光學(xué)經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀（全站儀）按精度分按精度分 精密測角儀器、普通測角儀器精密測角儀器、普通測角儀器5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量光學(xué)經(jīng)緯儀光學(xué)經(jīng)緯儀5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量 J6 J2 J1J6光學(xué)經(jīng)緯儀構(gòu)造光學(xué)經(jīng)緯儀構(gòu)造基座基座 支撐儀器，設(shè)有支撐儀器，設(shè)有3個腳螺旋，個腳螺旋， 作為整平儀器用作為整平儀器用水平度盤水平度盤水平度盤用光學(xué)玻璃刻制而成，水平度盤用光學(xué)玻璃刻制而成，刻有刻有0

4、360分劃分劃照準(zhǔn)部照準(zhǔn)部 望遠(yuǎn)鏡及其相連的橫軸望遠(yuǎn)鏡及其相連的橫軸 豎盤豎盤 光學(xué)讀數(shù)裝置光學(xué)讀數(shù)裝置5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量照準(zhǔn)部照準(zhǔn)部水平度盤部分水平度盤部分基座部分基座部分J6光學(xué)經(jīng)緯儀構(gòu)造光學(xué)經(jīng)緯儀構(gòu)造照準(zhǔn)部照準(zhǔn)部 水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管 水平制動螺旋水平制動螺旋 水平微動螺旋水平微動螺旋 望遠(yuǎn)鏡制動螺旋望遠(yuǎn)鏡制動螺旋 望遠(yuǎn)鏡微動螺旋望遠(yuǎn)鏡微動螺旋 光學(xué)對中器光學(xué)對中器 豎軸豎軸5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量J6光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)裝置光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)裝置5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測

5、量0 1 2 3 4 5 6J6光學(xué)經(jīng)緯儀使用光學(xué)經(jīng)緯儀使用對中、整平對中、整平 打開三腳架，裝上經(jīng)緯儀打開三腳架，裝上經(jīng)緯儀 固定三腳架一腳，雙手持腳架另固定三腳架一腳，雙手持腳架另 二腳并不斷調(diào)整其位二腳并不斷調(diào)整其位置，同時觀測光學(xué)對點(diǎn)器十字分劃，使其基本對準(zhǔn)測置，同時觀測光學(xué)對點(diǎn)器十字分劃，使其基本對準(zhǔn)測站標(biāo)志，踩實腳架站標(biāo)志，踩實腳架 調(diào)節(jié)腳螺旋，使光學(xué)對點(diǎn)器精確對準(zhǔn)測站標(biāo)志；調(diào)節(jié)腳螺旋，使光學(xué)對點(diǎn)器精確對準(zhǔn)測站標(biāo)志； 伸縮三腳架伸縮三腳架(二腳二腳)，調(diào)平儀器，調(diào)平儀器， 使圓氣泡居中；使圓氣泡居中； 調(diào)腳螺旋，精確整平儀器，并通過在腳架頭上移動儀調(diào)腳螺旋，精確整平儀器，并通過在腳

6、架頭上移動儀器，精確對中器，精確對中5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量J6光學(xué)經(jīng)緯儀使用光學(xué)經(jīng)緯儀使用整平整平 使儀器縱軸鉛垂，水平度盤與橫軸水平，豎盤位于鉛垂使儀器縱軸鉛垂，水平度盤與橫軸水平，豎盤位于鉛垂面內(nèi)。整平誤差面內(nèi)。整平誤差1格格 用左手大拇指法則，轉(zhuǎn)動腳螺旋，調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管氣泡居中用左手大拇指法則，轉(zhuǎn)動腳螺旋，調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管氣泡居中5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量123氣泡居中，3與1、2等高氣泡居中，1、2等高123J6光學(xué)經(jīng)緯儀使用光學(xué)經(jīng)緯儀使用照準(zhǔn)照準(zhǔn) 用十字絲的豎絲瞄準(zhǔn)目標(biāo)，單絲平分目標(biāo)，雙絲夾住目標(biāo)用十字絲的

7、豎絲瞄準(zhǔn)目標(biāo)，單絲平分目標(biāo)，雙絲夾住目標(biāo) 旋轉(zhuǎn)目鏡螺旋使十字絲成象清晰；旋轉(zhuǎn)目鏡螺旋使十字絲成象清晰； 轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，用粗瞄準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)目標(biāo)；轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，用粗瞄準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)目標(biāo)； 旋轉(zhuǎn)對光螺旋消除視差；旋轉(zhuǎn)對光螺旋消除視差； 用水平微動螺旋精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)用水平微動螺旋精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量PPJ6光學(xué)經(jīng)緯儀使用光學(xué)經(jīng)緯儀使用讀數(shù)讀數(shù) 度盤上度盤上1度分劃的間隔經(jīng)放大后，與分微尺全長相等。度分劃的間隔經(jīng)放大后，與分微尺全長相等。 分微尺全長分分微尺全長分60格，最小格值為格，最小格值為1 =60秒。秒。 讀數(shù)時，估讀至讀數(shù)時，估讀至0.1格，秒數(shù)都應(yīng)

8、是格，秒數(shù)都應(yīng)是6秒的倍數(shù)秒的倍數(shù)5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量全站儀全站儀組成：組成：電子經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀、 光電測距儀、光電測距儀、 微型計算機(jī)微型計算機(jī) 全站儀的軸系、望遠(yuǎn)鏡和制動、微動構(gòu)件與光學(xué)經(jīng)緯儀全站儀的軸系、望遠(yuǎn)鏡和制動、微動構(gòu)件與光學(xué)經(jīng)緯儀相似，根本區(qū)別是微處理機(jī)控制的電子測角系統(tǒng)代替光學(xué)讀相似，根本區(qū)別是微處理機(jī)控制的電子測角系統(tǒng)代替光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)，增加距數(shù)系統(tǒng)，增加距 離測量、高差測離測量、高差測 量、坐標(biāo)測量及量、坐標(biāo)測量及 專用功能專用功能5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量全站儀全站儀常見品牌全站儀

9、常見品牌全站儀 5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量徠卡徠卡TPS700TPS700系系列全站儀列全站儀拓普康拓普康GTS 332W 全站儀全站儀索佳索佳10系列全站儀系列全站儀全站儀全站儀常見品牌全站儀常見品牌全站儀 5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量尼康尼康DTM801 系列全站儀系列全站儀賓得賓得全站儀全站儀PTS V2南方南方NTS 202 205全站儀全站儀全站儀測角原理全站儀測角原理 5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量全站儀測角原理全站儀測角原理編碼度盤測角系統(tǒng)編碼度盤測角系統(tǒng) 純二

10、進(jìn)制編碼度盤純二進(jìn)制編碼度盤 葛萊葛萊編碼度盤編碼度盤 矩陣編碼度盤矩陣編碼度盤理理 純二進(jìn)制編碼度盤的整個圓純二進(jìn)制編碼度盤的整個圓周被均勻分為周被均勻分為16個區(qū)間，從里到個區(qū)間，從里到外有四道環(huán)（碼道），每個區(qū)間外有四道環(huán)（碼道），每個區(qū)間的碼道白色為透光（的碼道白色為透光（0）區(qū)黑色為）區(qū)黑色為不透光（不透光（1）區(qū)。依據(jù)兩個區(qū)間的）區(qū)。依據(jù)兩個區(qū)間的不同狀態(tài)，可測出該兩個區(qū)間的不同狀態(tài)，可測出該兩個區(qū)間的夾角夾角5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量全站儀測角原理全站儀測角原理編碼度盤測角系統(tǒng)編碼度盤測角系統(tǒng) 純二進(jìn)制編碼度盤純二進(jìn)制編碼度盤 編碼度盤得

11、到的角度分辨率編碼度盤得到的角度分辨率與區(qū)間數(shù)有關(guān)，區(qū)間數(shù)又取決于與區(qū)間數(shù)有關(guān)，區(qū)間數(shù)又取決于碼道數(shù)。碼道數(shù)。 區(qū)間數(shù)：區(qū)間數(shù)：s=2n 分辨率：分辨率： 為提高編碼度盤的角分辨率需為提高編碼度盤的角分辨率需增加碼道數(shù)。困難！增加碼道數(shù)。困難！5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量360os全站儀測角原理全站儀測角原理光柵度盤測角系統(tǒng)光柵度盤測角系統(tǒng) 在光學(xué)度盤的徑向上均勻可知明暗相間的等角距細(xì)線在光學(xué)度盤的徑向上均勻可知明暗相間的等角距細(xì)線條構(gòu)成光柵度盤條構(gòu)成光柵度盤 兩個間隔相同的光柵疊放在一起并錯開很小的夾角，兩個間隔相同的光柵疊放在一起并錯開很小的夾角，當(dāng)

12、它們相對移動時，可看到明暗相間的干涉條紋，稱為當(dāng)它們相對移動時，可看到明暗相間的干涉條紋，稱為莫爾干涉條紋莫爾干涉條紋 兩光柵之間的傾角越小，條兩光柵之間的傾角越小，條 紋越粗，即相鄰明條紋紋越粗，即相鄰明條紋(或暗條或暗條 紋紋)之間的間隔越大之間的間隔越大 在垂直于光柵構(gòu)成的平面的在垂直于光柵構(gòu)成的平面的 方向上，條紋亮度是按正弦周方向上，條紋亮度是按正弦周 期變化期變化5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量全站儀測角原理全站儀測角原理光柵度盤測角系統(tǒng)光柵度盤測角系統(tǒng) 設(shè)設(shè)x是光柵度盤相對于固定光柵的移動量，是光柵度盤相對于固定光柵的移動量，y是莫爾干是莫爾干

13、涉條紋在徑向的移動量，兩光柵間的夾角為涉條紋在徑向的移動量，兩光柵間的夾角為，則，則 5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量cotyx 全站儀測角原理全站儀測角原理光柵度盤測角系統(tǒng)光柵度盤測角系統(tǒng) 兩光柵的相對移動是沿兩光柵的相對移動是沿x x方向從一條分劃線移到相鄰的方向從一條分劃線移到相鄰的另一條分劃線，為一個格柵距離另一條分劃線，為一個格柵距離x x；則干涉條紋在；則干涉條紋在y y方向方向上移動一周，即光線由暗到明、再由明到暗的變化是一上移動一周，即光線由暗到明、再由明到暗的變化是一個周期，為一個條紋寬度個周期，為一個條紋寬度y y；干涉條紋移動的周期總數(shù)

14、就干涉條紋移動的周期總數(shù)就等于所通過的格線數(shù)等于所通過的格線數(shù)。累計出和記錄光電傳感器所接收。累計出和記錄光電傳感器所接收的光強(qiáng)變化周期總數(shù)，可測得移動量，再經(jīng)光電信號轉(zhuǎn)的光強(qiáng)變化周期總數(shù)，可測得移動量，再經(jīng)光電信號轉(zhuǎn)換，最后得到角度值換，最后得到角度值 由于只累計出移動光柵的條數(shù)計數(shù)，稱為增量式光柵由于只累計出移動光柵的條數(shù)計數(shù)，稱為增量式光柵度盤度盤 5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量全站儀測角原理全站儀測角原理動態(tài)度盤測角系統(tǒng)動態(tài)度盤測角系統(tǒng) 在測角時儀器的度盤分別繞垂直軸和橫軸恒速旋轉(zhuǎn)，在測角時儀器的度盤分別繞垂直軸和橫軸恒速旋轉(zhuǎn)，稱之為動態(tài)式稱之為動

15、態(tài)式 5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量全站儀測角原理全站儀測角原理動態(tài)度盤測角系統(tǒng)動態(tài)度盤測角系統(tǒng) n為度盤刻劃條數(shù)為度盤刻劃條數(shù) 兩個光電傳感器之間的夾角兩個光電傳感器之間的夾角就是要測定的角度值。就是要測定的角度值。值包括了值包括了 n。和不足一個。和不足一個的角度值的角度值，角值為，角值為: = n。+ 動態(tài)測角包括粗測動態(tài)測角包括粗測n。、精測。、精測兩部分，在儀器完成兩部分，在儀器完成角度的粗測、精測之后，由微處理器進(jìn)行銜接，才能得到完角度的粗測、精測之后，由微處理器進(jìn)行銜接，才能得到完整的整的。 5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離

16、測量角度、距離測量0360n全站儀測角原理全站儀測角原理角度電子測微技術(shù)角度電子測微技術(shù) 測量角度時，無論采用何種電子度盤，必須采用適當(dāng)?shù)臏y量角度時，無論采用何種電子度盤，必須采用適當(dāng)?shù)慕嵌入娮訙y微器技術(shù)，提高角度分辨率，滿足角度測量角度電子測微器技術(shù)，提高角度分辨率，滿足角度測量的精度要求的精度要求 角度電子測微器技術(shù)是運(yùn)用電子技術(shù)對交變的電信號角度電子測微器技術(shù)是運(yùn)用電子技術(shù)對交變的電信號 進(jìn)行內(nèi)插，提高計數(shù)脈沖的頻率，以達(dá)到細(xì)分的效果進(jìn)行內(nèi)插，提高計數(shù)脈沖的頻率，以達(dá)到細(xì)分的效果統(tǒng)統(tǒng) 四倍頻直接測微法四倍頻直接測微法 正弦比內(nèi)插測微法正弦比內(nèi)插測微法 光學(xué)測微電子重合讀數(shù)法光學(xué)測微電子重

17、合讀數(shù)法 分散細(xì)分小因子內(nèi)插法分散細(xì)分小因子內(nèi)插法5.2 角度測量儀器角度測量儀器5 5 角度、距離測量角度、距離測量水平角觀測水平角觀測-方向觀測法方向觀測法對中、整平對中、整平 對中：對中： 將儀器中心安置在過將儀器中心安置在過測測 站站C點(diǎn)的鉛垂線上。點(diǎn)的鉛垂線上。 整平：整平：使儀器縱軸鉛垂，水使儀器縱軸鉛垂，水平度盤與橫軸水平，平度盤與橫軸水平， 豎盤位豎盤位于鉛垂面內(nèi)。整平誤差于鉛垂面內(nèi)。整平誤差1格格 采用光學(xué)對中時要求對中、整平采用光學(xué)對中時要求對中、整平同時完成同時完成5.3 角度測量方法角度測量方法5 5 角度、距離測量角度、距離測量水平角觀測水平角觀測-方向觀測法方向觀測

18、法對中、整平對中、整平 方法方法 將全站儀安裝在三腳架；在將全站儀安裝在三腳架；在C點(diǎn)一點(diǎn)一側(cè)固定腳架一腳，雙手持腳架另二側(cè)固定腳架一腳，雙手持腳架另二腳使光學(xué)對中器十字分劃對準(zhǔn)測站腳使光學(xué)對中器十字分劃對準(zhǔn)測站標(biāo)志，踩實腳架；調(diào)節(jié)腳螺旋，使標(biāo)志，踩實腳架；調(diào)節(jié)腳螺旋，使光學(xué)對中器標(biāo)志與測站標(biāo)志重合；光學(xué)對中器標(biāo)志與測站標(biāo)志重合；伸縮三腳架伸縮三腳架(二腳二腳)，使圓氣泡居中；，使圓氣泡居中；調(diào)腳螺旋，精確整平儀器，在腳架調(diào)腳螺旋，精確整平儀器，在腳架頭上平移儀器，精確對中頭上平移儀器，精確對中 5 5 角度、距離測量角度、距離測量5.3 角度測量方法角度測量方法水平角觀測水平角觀測-方向觀測

19、法方向觀測法觀測觀測 盤左位置，瞄準(zhǔn)起始目標(biāo)盤左位置，瞄準(zhǔn)起始目標(biāo)A，將水平度盤讀數(shù)設(shè)置在略大將水平度盤讀數(shù)設(shè)置在略大于于0處，讀取水平度盤讀數(shù)處，讀取水平度盤讀數(shù)a，記入手簿，記入手簿 順時針方向轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，分順時針方向轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，分別照準(zhǔn)目標(biāo)別照準(zhǔn)目標(biāo)B、D、E并讀取并讀取讀數(shù)，記入手簿讀數(shù)，記入手簿5 5 角度、距離測量角度、距離測量5.3 角度測量方法角度測量方法水平角觀測水平角觀測-方向觀測法方向觀測法觀測觀測 再次瞄準(zhǔn)點(diǎn)再次瞄準(zhǔn)點(diǎn)A，讀取讀數(shù)，讀取讀數(shù)a，稱為歸零。稱為歸零。a與與a 之差叫做歸之差叫做歸零差。以上稱為上半測回零差。以上稱為上半測回 盤右位置，縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，逆盤右位置

20、，縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，逆時針依次觀測時針依次觀測A、E、D、B、A，讀取水平讀盤讀數(shù)并記入，讀取水平讀盤讀數(shù)并記入手簿。以上稱為下半測回手簿。以上稱為下半測回5 5 角度、距離測量角度、距離測量5.3 角度測量方法角度測量方法水平角觀測水平角觀測-方向觀測法方向觀測法計算計算 兩倍照準(zhǔn)差兩倍照準(zhǔn)差2c 2c = 盤左讀數(shù)盤左讀數(shù)-( 盤右讀數(shù)盤右讀數(shù)180） 各方向的平均讀數(shù)各方向的平均讀數(shù) 平均讀數(shù)平均讀數(shù)=1/2盤左讀數(shù)盤左讀數(shù)+(盤右讀數(shù)盤右讀數(shù)180) 歸零后方向值歸零后方向值 歸零方向值歸零方向值=方向平均讀數(shù)方向平均讀數(shù)- 起始方向平均讀數(shù)起始方向平均讀數(shù) 各測回歸零后方向值的平均值各測回

21、歸零后方向值的平均值5 5 角度、距離測量角度、距離測量5.3 角度測量方法角度測量方法水平角觀測水平角觀測-方向觀測法方向觀測法5 5 角度、距離測量角度、距離測量5.3 角度測量方法角度測量方法豎直角觀測豎直角觀測 豎盤隨望遠(yuǎn)鏡一起轉(zhuǎn)動。豎盤隨望遠(yuǎn)鏡一起轉(zhuǎn)動。 豎盤與讀數(shù)指標(biāo)相互脫離。豎盤與讀數(shù)指標(biāo)相互脫離。 讀數(shù)指標(biāo)與豎盤水準(zhǔn)管固定在一起，氣泡居中，指標(biāo)鉛垂。讀數(shù)指標(biāo)與豎盤水準(zhǔn)管固定在一起，氣泡居中，指標(biāo)鉛垂。 視線水平、指標(biāo)鉛垂時，豎盤讀數(shù)為常數(shù)：視線水平、指標(biāo)鉛垂時，豎盤讀數(shù)為常數(shù)： 盤左時一般盤左時一般 L0=90 ，盤右時一般，盤右時一般 R0=270 5 5 角度、距離測量角度、距離測量5.3 角度測量方法角度測量方法180270 090盤左盤左270900180盤右盤右豎直角觀測豎直角觀測 儀器對中整平后，盤左位置，十字絲橫絲精確切準(zhǔn)目標(biāo)儀器對中整平后，盤左位置，十字絲橫絲精確切準(zhǔn)目標(biāo)頂部。轉(zhuǎn)動頂部。轉(zhuǎn)動豎盤水準(zhǔn)管微動螺旋，豎盤水準(zhǔn)管微動螺旋，使使豎盤水準(zhǔn)管氣泡居中豎盤水準(zhǔn)管氣泡居中。讀取盤左讀數(shù)讀取盤左讀數(shù) L，得上半測回豎角：，得上半測回豎角： 盤右位置：十字絲橫絲精確切準(zhǔn)同一目標(biāo)，盤右讀數(shù)盤右位置：十字絲橫絲精確切準(zhǔn)同一目標(biāo)，盤右讀數(shù)為為R， 得下半測回豎角：得下半測回豎角： 一測回豎角一測回豎角LL-90=5 5 角度、距離測量角度、距離測量5.