水準儀、經緯儀、全站儀、GPS測量使用基本理論與方法（內容全面）

測量量基本本理理論論內容容提提要要：：1.高高程程測測量量原原理理與與水水準準儀儀操操作作2.角角度度測測量量原原理理與與經經緯緯儀儀操操作作3.全全站站儀儀功功能能介介紹紹4.測測量量計計算算基基本本常常識識5.GPS定定位位原原理理及及應應用用簡簡介介第二二章章水水準準測測量量高程程測量量概念念根據(jù)據(jù)已已知知點點高高程程，，測測定定該該點點與與未未知知點點的的高高差差，，然然后后計計算算出出未未知知點點的的高高程程的的方方法法。。§1.高程程測量量原原理理與與儀儀器器操操作作高程程測測量量的的方方法法分分類類1、、水水準準測測量量2、、三三角角高高程程測測量量3、、GPS測測量量利用用水水準準儀儀提提供供的的““水水平平視視線線””，，測測量量兩兩點點間間高高差差，，從從而而由由已已知知點點高高程程推推算算出出未未知知點點高高程程。。大地水準面

hABA

BHAHB=HA+hAB水平視線水準尺水準尺ab前進方向一、、高高程程測測量量原原理理A————后后視視點點a————后后視視讀讀數(shù)數(shù)B——前視點點b——前視讀讀數(shù)1、A、B兩點間高差2.B點的高程3.視線高程大地水準面

hABA

BHAHB=HA+hAB水平視線水準尺水準尺ab前進方向hAB=h1+h2++hn=(a1-b1)+(a2-b2)++(an-bn)=a-b4.轉點的概概念若A、B兩兩點間布設一一些過渡點（（轉點）1、、2、3…，，將其分為n段，則用水水準儀分別測測得各段高差差為h1，h2…h(huán)n，則有：1、望遠鏡物鏡目鏡十字絲（上、、中、下絲））三個部分組成成。二.水準測量量的儀器與工工具水準儀按精度度分為：DS05、DS1、DS3，其中DS3表示每公公里往返測高高差中誤差。。（一）水準儀儀組成圓水準器：用用于整平。水準管：用用于精平。特性：氣泡始始終向高處移移動。3、基座作用：把儀器器固定在三腳腳架上，下部部腳螺旋用于于整平儀器2、水準器（二）水準尺尺主要有單面尺尺、雙面尺和和塔尺。1、尺面分劃劃為1cm，，每10cm處（E字形形刻劃的尖端端）注有阿拉拉伯數(shù)字。2、雙面尺的的紅面尺底刻刻劃：一把為為4687mm，另一把把為4787mm。（三）尺墊放在轉點上，，以防水準尺尺下沉。操作程序：粗平—瞄準——精平—讀數(shù)數(shù)（一）粗平調節(jié)腳螺旋，，使圓水準氣氣泡居中。1．方法：對向轉動腳螺螺旋1、2———使氣泡移移至1、2方方向中間———轉動腳螺旋旋3，使氣泡泡居中。三、水準儀的的使用圖形：粗平的的操作方法示示意圖

a123b312c3122．規(guī)律：氣泡移動方向向與左手大拇指運動的方向一一致。（二）瞄準準1．方法：先用準星器粗粗瞄，再用微微動螺旋精瞄瞄。2．視差：概念：眼睛在目鏡端端上下移動時時，十字絲與與目標像有相相對運動。產生原因：目標像平面與與十字絲平面面不重合。消除方法：反復交替調節(jié)節(jié)目鏡和物鏡鏡對光螺旋。。（三）精平1、方法：如圖所示，調調節(jié)微傾螺旋旋，使水準管管氣泡成像拋拋物線符合。。2、說明：自動安平水準準儀，不需進進行精平。（四）讀數(shù)精平后，用十十字絲的中絲絲在水準尺上上讀數(shù)。1．方法：米、分米看尺尺面上的注記記，厘米數(shù)尺尺面上的格數(shù)數(shù)，毫米估讀讀。2．規(guī)律：讀數(shù)在尺面上上由小到大的的方向讀。故故儀器若成倒倒像的，從上上往下讀；若若成正像，即即從下往上讀讀。圖形：水準儀儀讀數(shù)實例4.水準儀儀讀數(shù)實例6.2521.4770.725

bc

a§2角度測量原原理與經緯儀儀操作內容提要:2.1角角度測量概念念2.2光光學經緯儀的的使用2.3角角度的測量方方法2.4經經緯儀的檢驗驗與校正角度測量包括：水平角測量豎直角測量2.1角度測測量概念一、水平角定定義從空間一點出出發(fā)的兩條空空間直線在水水平投影面上上的夾角。范圍：順時針00~3600水平面abcABC0ca水平度盤計算公式c水平面acABC0a水平度盤=右(終)邊邊c-左(始始)邊a當c≥a時ββ=c––a當c<a時時β=c+3600–a二.豎直角定定義天頂鉛垂線水平線ACB0°90°180°270°在同一豎直面面內，瞄準目目標的視線與與水平視線的的夾角。其范圍：=090，仰角為正，，俯角為負。。2.2光光學經緯儀的的使用經緯儀是測角角的儀器，按按精度，有：：DJ6、、DJ2、DJ1，其中中“DJ6””表示經緯儀儀“一測回方方向觀測中誤誤差為6”。。一、DJ6經經緯儀的構造造1、照準部2、水平度盤盤3、基座1.照準部照準部(水平平)制動、微微動望遠鏡(豎直直)制動、微微動圓水準器水準管望遠鏡目鏡調焦，物物鏡調焦，粗瞄準器，十十字絲讀數(shù)顯微鏡豎直度盤光學對點器望遠鏡十字絲2.水平度盤盤水平度盤由光光學玻璃制成成順時針0360刻度；水平度盤與照照準部相互脫脫離；0901802700901802703.基座作用：把儀器器固定在三腳腳架上，下部部腳螺旋用于于整平儀器二、J6經緯緯儀讀數(shù)方法法水平度盤讀數(shù)數(shù)：7304240173（1）分微尺尺的分劃值為為1ˊ，估讀讀到0.1ˊ(6")。（2）“H””——水平度度盤讀數(shù)，““V”———豎直度盤讀讀數(shù)。三、J2光學學經緯儀的構構造如圖與J6相相比，增加了了：1、測微輪——讀數(shù)時，，對徑分劃線線影像符合。。2、換像手輪輪——水平讀數(shù)數(shù)和豎直讀數(shù)數(shù)間的互換。。3、豎直讀盤盤反光鏡——豎直讀數(shù)數(shù)時反光。測微輪換像手輪豎直讀盤反光光鏡四、DJ2的的讀數(shù)方法一般采用對徑徑重合讀數(shù)法法——轉動測測微輪，使上上下分劃線精精確重合后讀讀數(shù)。五、經緯儀的的安置（1）大致水水平大致對中中眼睛看著對中中器，拖動三腳架兩個腳腳,使儀器大致對對中,并保持持“架頭”大致水平。（2）伸縮腳腳架粗平根據(jù)氣泡位置置，伸縮三腳腳架兩個腳，，使圓水準氣氣泡居中。（3）腳螺旋旋精平——左左手大拇指法法則氣泡居中，1、2等高123氣泡居中，3與1、2等等高1231）轉轉動儀儀器，，使水水準管管與腳腳螺旋旋1、、2連連線平行。2）根根據(jù)氣氣泡位位置運運用法法則，，對向向旋轉轉腳螺螺旋1、2。。3）轉轉動儀儀器900，運用用法則則，旋旋轉腳腳螺旋旋3。。氣泡居中，1、2等高123氣泡居中，3與1、2等高123（4））架頭上上移動動儀器，，精確確對中中(5)腳螺螺旋精精平(6)反反復復（4）、、（5）兩兩步。。角度測測量方方法包括：：測回法法方向觀觀測法法2.3角度度測量量方法法一、測測回法法1、適適用：：2個方方向的的單角角（∠AOB）2、步步驟：（邊講講邊操操作示示范））（1））盤左左瞄準準左邊邊A，，配度度盤至至000X′′，讀讀取a1。（2））順時時針旋旋轉瞄瞄準右右邊B，讀讀取b1。則上半半測回回角值值:β1=b1-a11測站ABOa1b1（3））倒鏡鏡成盤盤右，，瞄準準右邊邊B，，讀取取b2。（4））逆時時針旋旋轉瞄瞄準左左邊A，讀讀取a2。則下半半測回回角值值:β2=b2-a22測站ABOa2b2（5））計算算角值值若：β1-β2≤±40"（（圖根根級））則有：：β=（（β1+β2）/23、測測回法法記錄錄格式式25424061800500741906右ABO左AB000418742342741924741915ABO測站豎盤位置目標水平度盤讀數(shù)半測回角值一測回角值示意圖測回法法小結結:度盤配配置方方法:若觀測測N個個測回回，各各測回回間按按180/N的的差值值來配配置度度盤。。二、方方向觀觀測法法1．適適用：：在一個個測站站上需需要觀觀測兩兩個以以上方方向。。2．步步驟：：（有四四個觀觀測方方向））ABOCD（1））上半半測回回選擇一一明顯顯目標標A作作為起起始方方向（（零方方向）），用用盤左左瞄準準A，，配置置度盤盤，順順時針針依次次觀測測A、、B，，C，，D，，A。。盤左零方向（2））下半半測回回倒鏡成成盤右右，逆逆時針針依次次觀測測A，，D，，C，，B，，A。。同理各各測回回間按按1800/N的的差值值，來來配置置水平平度盤盤。ABOCD盤右零方向3．計計算、、記錄錄（1））半測測回歸歸零差差:J2≤12"；J6≤18"。（2））2C值值（（兩兩倍倍照照準準誤誤差差））:2C=盤盤左左讀讀數(shù)數(shù)－－（（盤盤右右讀讀數(shù)數(shù)±±180°°））。。一測測回回內內2C互互差差：：J2≤18"；J6不不作作要要求求。。（3））各各方方向向盤盤左左、、盤盤右右讀讀數(shù)數(shù)的的平平均均值值：：平均均值值=[盤盤左左讀讀數(shù)數(shù)+（（盤盤右右讀讀數(shù)數(shù)±±180o）]/2注意意：：零零方方向向觀觀測測兩兩次次，，應應將將平平均均值值再再取取平平均均。。（4））歸歸零零方方向向值值將各各方方向向平平均均值值分分別別減減去去零零方方向向平平均均值值，，即即得得各各方方向向歸歸零零方方向向值值。。（5））各各測測回回歸歸零零方方向向值值的的平平均均值值同一一方方向向值值各各測測回回間間互互差差:J2≤12"；J6≤24"。三、、豎豎直直角角的的計計算算公公式式順時時針針注注記記α左=90°°-Lα右=R-270°°故一一測測回回豎豎直直角角α=（（αα左+αα右）/22、、逆逆時時針針注注記記故有有:αα左=L-90°°αα右=270°°-R一測測回回豎豎直直角角:α=（（αα左+αα右）/2四、、經經緯緯儀儀放放樣樣方方法法后視視點點測站站點點待測測量量點點經緯緯儀儀常常用用的的放放樣樣方方法法有有極極坐坐標標法法和和交交會會法法，，極極坐坐標標法法需需要要經經緯緯儀儀和和鋼鋼卷卷尺尺配配合合放放樣樣，，其其具具體體過過程程如如下下圖圖所所示示：：1）分分別計計算出出測站站點到到后視視點和和待測測量點點的方方位角角，確確定出出放樣樣的轉轉角αα，，并計計算出出待測測量點點到測測站點點的距距離S。2）將將經緯緯儀架架在測測站點點上，，后視視后視視點，，轉動動轉角角α，，確確定出出待測測量點點的方方向。。3）順順著測測站點點到待待測量量點的的方向向上用用鋼卷卷尺拉拉出距距離S，確確定處處待測測量點點。若：在在放樣樣時，，只有有經緯緯儀或或者只只有鋼鋼卷尺尺的時時候怎怎樣放放樣？？角度交交會法法ABP(XA,YA)(XB,YB)(XP,YP)設計1、適適用：：不便便量距距時2、方方法：：（1））計計算測測設元元素1、2。（2））撥水水平角角，交交出P點。。12測設時，通常先沿AP、BP的方向線打“十字樁”，然后交會出P點位置。注意交會角30150距離交交會法法1、適適用：：距離離較短短，便便于量量距時時。2、方方法：：（1））計算算平距距AP、BP。。（2））量取取AP、BP，，交會會出點點P。。ABP(XA,YA)(XB,YB)(XP,YP)設計2.4經緯緯儀的的檢驗驗與校校正經緯儀儀的主主要軸軸線:1、豎豎軸VV2、水水準管管軸LL3、橫橫軸HH4、視視準軸軸CC5、圓圓水準準器軸軸L’’L’’LLHHCCVVL’L’一、經經緯儀儀軸線線應滿滿足的的條件件1、VV⊥⊥LL———照照準部部水準準管軸軸的檢檢校。。2、HH⊥⊥十字字絲豎豎絲———十十字絲絲豎絲絲的檢檢校3、HH⊥⊥CC———視視準軸軸的檢檢校LLHHCCVVL’L’4．HH⊥⊥VV———橫軸軸的檢檢校5．．豎盤盤指標標差應應為零零———指指標差差的檢檢校6．光光學垂垂線與與VV重合合———光光學對對中器器的檢檢校7.LL∥VV———圓水水準器器的檢檢驗與與校正正(次次要要)LLHHCCVVL’L’二、光光學對對中器器的檢檢校（1））檢驗驗：精密安安置儀儀器后后，將將刻劃劃中心心在地地面上上投下下一點點，再再旋轉轉照準準部，，每隔隔120°°投下下一點點，若若三點點不重重合，，則需需校正正。（2））校正正：用撥針針使刻刻劃中中心向向三點點的外外接圓圓心移移動一一半。。三、圓圓水準準器的的檢校校（1））檢驗驗：精平（（水準準管氣氣泡居居中））后，，若圓圓水準準氣泡泡不居居中，，則需需校正正。（2））校正正：用圓水水準氣氣泡校校正螺螺絲使使其居居中。。內容提提要:全站儀儀簡介介全站儀儀的功功能全站儀儀中線線測設設及斷斷面測測量簡簡介3.全全站儀儀功能能介紹紹全站儀儀簡介介一、全全站儀儀的發(fā)發(fā)展opticaltheodolite—electronictheodoliteSteeltape———EDM(圖片)二、全全站儀儀構造造徠卡TPS700系列卓越中文全站儀拓普康GTS332W全站儀索佳10系列全站儀尼康DTM801系列全站儀賓得全站儀PTSV2南方NTS202205全站儀棱鏡全站儀儀的功功能介介紹1．角角度測測量（1））功能能：測水平平角豎直角角（2））方法法：與經緯緯儀相相同。。若要測測出水水平角角∠AOB，，則：：aobAOB當精度度要求求不高高時——只需半半測回回：瞄準A點———置置零（（0SET）———瞄瞄準B點，，記下下水平平度盤盤HR的大大小。。aobAOB當精度度要求求高時時：——可可用測測回法法步驟同同用經經緯儀儀操作作，配配置度度盤時時，可可以用用“置置盤””（HSET）AaobBO2.距距離離測量量（1））功能能：可測量量平距距、高高差和和斜距距（全全站儀儀鏡鏡點點至棱棱鏡鏡鏡點間間高差差及斜斜距））（2））方法法：照準棱棱鏡點點，按按MEAS。全站儀(totalstation)反光棱鏡(reflector)S=cΔt/23．坐坐標測測量（1））功能能：測出目目標點點的(X,Y,H)（2））原理理1)平平面坐坐標（（X，，Y））測量量原理理2）高高程（（Z））測量量原理理（3））方法法后視點點測站點點待測量量點1)輸輸入入測站站X，，Y，，H，，儀器器高i，棱棱鏡高高t。。2)瞄瞄準準后視視點，，將水水平度度盤讀讀數(shù)設設置為為測站站至后后視點點的坐坐標方方位角角。3)瞄瞄準準目標標棱鏡鏡點，，按MEAS（（測量量）鍵鍵。4、點點位放放樣（1））功能能：根據(jù)設設計的的待放放樣點點P及及已知知點的的坐標標，在在實地地標出出P點點的平平面位位置及及填挖挖高度度。XY后視點測站點待放樣點P（2））原理理1）先先在待待放樣樣點的的大致致位置置立棱棱鏡對對其進進行觀觀測，，測出出當前棱棱鏡位位置的坐標標。XY后視點測站點待放樣點P位置當前棱鏡位置2）將將當前前坐標標與放放樣點點的坐坐標相相比較較，計計算出出其差差值。。距離差差值dD和角度差差dHR或縱向向差值值ΔX和橫橫向差差值ΔΔY。。XY后視點點測站點點當前棱棱鏡位置置待放樣樣點PdDdHR3）根根據(jù)顯顯示的的dD、dHR或ΔΔX、、ΔY，逐逐漸漸找到到放樣樣點的的位置置。XY后視點點測站點點當前棱棱鏡位置置待放樣樣點PdDdHRdHR=0000’’00”dHD=0m全站儀儀中線線測設設及斷斷面測測量簡簡介基本原原理中線測測設：：計算中中樁坐坐標———全全站儀儀點位位放樣樣（極極坐標標法））縱斷面面測量量：全站儀儀測量量點的的高程程（三三角高高程測測量））橫斷面面測量量：確定橫橫斷面面點位位———全站站儀測測量點點的高高程（（三角角高程程測量量）1.中中樁坐坐標的的計算算（1））直線線段中中樁由起起始始點點坐坐標標和和樁樁號號里里程程，，按按““坐坐標標正正算算””公公式式，，可可計計算算出出各各中中樁樁的的坐坐標標。。（2））曲曲線線段段中中樁樁根據(jù)據(jù)曲曲線線要要素素按按照照““坐坐標標正正算算””公公式式計計算算出出曲曲線線上上各各中中樁樁的的坐坐標標。。2.中中樁樁的的實實地地放放樣樣架全全站站儀儀在在（（導導線線））控控制制點點上上，，利利用用全全站站儀儀““點點位位放放樣樣””功功能能，，放放樣樣出出各各中中樁樁。。道路中線測站導線點D5后視導線點D43.中中樁樁高高程程測測量量（（縱縱斷斷面面測測量量））中樁樁高高程程測測量量是是在在中中樁樁放放樣樣的的同同時時進進行行的的。。在在中中樁樁位位置置立立棱棱鏡鏡，，輸輸入入儀儀器器高高和和棱棱鏡鏡高高，，即即可可利利用用全全站站儀儀““三三維維坐坐標標測測量量””功功能能，，在在（（導導線線））控控制制點點上上，，測測出出中中樁樁處處的的地地面面高高程程。。4.橫橫斷斷面面測測量量橫斷斷面面測測量量也也可可在在中中樁樁測測設設、、縱縱斷斷面面測測量量的的同同時時進進行行。。關關鍵鍵在在于于如如何何將將棱棱鏡鏡立立在在中中樁樁的的橫橫斷斷面面方方向向上上。。其其方方法法主主要要是是：：在大大致致橫橫斷斷面面方方向向上上的的變變坡坡點點處處立立棱棱鏡鏡，，測測出出點點的的平平面面坐坐標標。。注意意：：在使使用用全全站站儀儀觀觀測測角角度度的的時時候候，，為為了了消消除除視視差差的的影影響響，，必必須使使十十字字絲絲與與棱棱鏡中中心心重重合合。。十字字絲絲與與棱棱鏡鏡是是否否重重合合辨辨別別方方法法是是：：上上下下左左右右晃晃動動眼眼睛睛，，十十字字絲絲始始終終與與棱棱鏡鏡的的中中心心相相重重合合，，若若二二者者有有相相對對的的移移動動，，則則說說明明有有視視差差，，就就會會影影響響觀觀測測結結果果的的精精度度，，這這樣樣就就要要需需要要重重新新調調整整十十字字絲絲和和望望遠遠鏡鏡的的清清晰晰度度。。調整整時時，，先先把把十十字字絲絲跳跳到到最最清清晰晰，，然然后后調調節(jié)節(jié)望望遠遠鏡鏡，，不不時時的的晃晃動動眼眼睛睛，，直直到到十十字字絲絲與與棱棱鏡鏡中中心心沒沒有有相相對對的的移移動動便便可可讀讀數(shù)數(shù)。。4.測測量量計計算算基基本本常常識識一、、幾幾個個基基本本公公式式1、、坐坐標標方方位位角角的的推推算算注意意：：若若計計算算出出的的方方位位角角>360°°，，則則減減去去360°°；；若為為負負值值，，則則加加上上360°°。。或：：2、、坐坐標標正正算算公公式式由A、、B兩兩點點邊邊長長DAB和坐坐標標方方位位角角ααAB，，計算算坐坐標標增增量量。。見見圖圖有有：：DABABABXy0XABYAB其中中，，ΔXAB=XB-XAΔYAB=YB-YA

XAB=DABcosAB

YAB=DABsinAB3、、坐坐標標反反算算公公式式由A、、B兩兩點點坐坐標標來來計計算算ααAB、DABDABABABXy0XABYABαAB的具具體體計計算算方方法法如如下下：：（1）計算：（2））計計算算：：（3））根根據(jù)據(jù)ΔXAB、、ΔYAB的正正負負號號判判斷斷αAB所在在的的象象限限。。二、、曲曲線線要要素素與與坐坐標標的的計計算算1、、圓圓曲曲線線的的要要素素（已已知知轉轉角角α及半半徑徑R）切線長

曲線長外距

切曲差

2、、主主點點里里程程的的計計算算ZY里里程程=JD里里程程-T；；YZ里里程程=ZY里里程程+LQZ里里程程=YZ里里程程-L/2；；JD里里程程=QZ里里程程+D/23、、圓圓曲曲線線中中樁樁坐坐標標計計算算1））方方位位角角法法如圖圖所所示示，，已已知知曲曲線線起起點點的的坐坐標標（（X,Y),起起點點處處的的切切線線方方位位角角為為β，圓圓曲曲線線的的半半徑徑為為R，，轉轉角角為為α，則則曲曲線線上上任任意意一點點Pi的坐坐標標計計算算如如下：：任意意點點到到起起點點的的圓圓曲曲長為為l=任意意點點樁樁號號-ZY樁樁號號對應應的的圓圓心心角角為為則任任意意點點Pi與與起起始始點點連連線線的的方方位位角角和和距距離離分分別別為為：：Pi點坐坐標標為為：：2））切切線線支支距距法法如圖圖所所示示，，以以ZY或或YZ為為坐坐標標原原點點，，切切線線為為X軸軸，，過過原原點點的的半半徑徑為為Y軸軸，，建建立立坐坐標標系系，，則則Pi點在在改改坐坐標標系系中中的的坐坐標標為為：：特點點：：測點點誤誤差差不不積積累累。。宜以以QZ為為界界，，將將曲曲線線分分兩兩部部分分進進行行測測設設。。為了了在在已已知知坐坐標的的測測量量控控制制點上上進進行行曲曲線線放樣樣，，必必須須將將在過過ZY點點的的切線線直直角角坐坐標標系中中的的曲曲線線坐坐標轉轉換換到到測測量量坐標標中中去去。。ZY點點切切線線在在控制制點點坐坐標標系系中的的方方位位角角為為β，曲曲線線位位于于ZY點點切切線線的的右右側側，，ZY點點的的測測量量坐坐標標為為XZH和YZH,則則曲曲線線任任意意點點P在在測測量量坐坐標標系系中中的的坐坐標標為為：：如果果曲曲線線位位于于ZY點點切切線線的的左左側側，，則則曲曲線線任任意意點點P在在測測量量坐坐標標系系中中的的坐坐標標為為：：第二二章章水水準準測測量量5.GPS定定位位原原理理及及應應用用簡簡介介一、、GPS的的定定義義全球球定定位位系系統(tǒng)統(tǒng)GPS（（GlobalPositioningSystem））,是是一一種種可可以以授授時時和和測測距距的的空空間間交交會會定定點點的的導導航航系系統(tǒng)統(tǒng),可可向向全全球球用用戶戶提提供供連連續(xù)續(xù)、、實實時時、、高高精精度度的的三三維維位位置置，，三三維維速速度度和和時時間間信信息息。。GPS的的特特點點1、、全球球，，全全天天候候工工作作：：能能為為用用戶戶提提供供連連續(xù)續(xù)，，實實時時的的三三維維位位置置，，三三維維速速度度和和精精密密時時間間。。不不受受天天氣氣的的影影響響。。2、、定定位位精精度度高高：：定定位位精精度度可可達達厘