現(xiàn)代測量儀器與技術(shù)

現(xiàn)代測量儀器與技術(shù)第一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三§5.1全站儀測量原理及使用一、何謂全站儀

是指能完成一個(gè)測站上的全部測量工作的測量儀器。二、全站儀的組成電子經(jīng)緯儀光電測距儀微型計(jì)算機(jī)第二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三三、全站儀的發(fā)展opticaltheodolite—electronictheodoliteSteeltape———EDM第三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三半站儀圖片第四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三四、常見品牌全站儀簡介：徠卡TPS700系列卓越中文全站儀拓普康GTS332W全站儀索佳10系列全站儀第五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三尼康DTM801系列全站儀賓得全站儀PTSV2南方NTS202205全站儀第六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三五、全站儀構(gòu)造簡介：第七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三六、全站儀的功能特點(diǎn)自動(dòng)化、數(shù)字化程度高，控制面板具有人機(jī)對話功能。全站測量，功能全面，測量快效率高。自動(dòng)進(jìn)行氣象和地球曲率改正以及軸系誤差改正，精度高、穩(wěn)定可靠。電子記錄、自動(dòng)存儲(chǔ)。有的全站儀能自動(dòng)跟蹤目標(biāo)。能夠與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。內(nèi)置常用固化軟件，或根據(jù)需要自編程序。第八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三七、全站儀的常用功能1.基本功能角度測量距離測量高差測量坐標(biāo)測量2.專用功能點(diǎn)位放樣對邊測量懸高測量后方交會(huì)面積測量…………第九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三八、全站儀的使用操作1.測前準(zhǔn)備工作檢查、充電、安裝電池（內(nèi)部電池、外部電池）設(shè)置儀器有關(guān)參數(shù)：如棱鏡常數(shù)、氣象改正、數(shù)據(jù)單位等設(shè)計(jì)測量作業(yè)模式2.測站操作要點(diǎn)（坐標(biāo)測量為例）安置儀器，進(jìn)行對中和整平瞄準(zhǔn)后視方向輸入坐標(biāo)方位角，或后視點(diǎn)坐標(biāo)（N，E）輸入儀器高、棱鏡高輸入測站三維坐標(biāo)（N0、E0、H0）選擇測距模式（標(biāo)準(zhǔn)、精密、快速、跟蹤測距）測量（瞄準(zhǔn)測點(diǎn)、測距）第十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三九、全站儀三維坐標(biāo)測量原理OABβN式中：S—OB的斜距；τ—豎直角；i、l—儀器高、棱鏡高。NB=NO+ScosτcosαEB=EO+ScosτsinαHB=HO+Ssinτ+i－lSlhOBτiOB第十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三十、內(nèi)置軟件測量范例1.極坐標(biāo)法放樣

系根據(jù)水平角和水平距離來放樣點(diǎn)的平面位置的一種方法。該方法具有操作簡單、方便、靈活以及受地形變化限制小、不受圖形條件約束，特別適用于全站儀的應(yīng)用。A（XA，YA）B（XB，YB）P（XP，YP）αAPαABNSAP第十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三放樣方法：第十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三2.懸高測量

為了得到不能放置棱鏡的目標(biāo)點(diǎn)高度，只須將棱鏡架設(shè)于目標(biāo)點(diǎn)所在鉛垂線上的任一點(diǎn)，進(jìn)行懸高測量。第十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三α2α1hh3（棱鏡高）h2h1S原理：h=h2－h(huán)1＋h3

=Scosα1tgα2－Ssinα1＋h3第十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三3.對邊測量測量兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)之間水平距離和高差的一種方法。baOSABhABAB原理：β第十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三

對邊測量的兩種作業(yè)模式1、MOD-1（A-B，A-C）：測量A-B，A-C，A-D……2、MOD-2（A-B，B-C）：測量A-B，B-C，C-D……第十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三`23.5637.8935.4336.3837.67

測量儀器的發(fā)展也象奧運(yùn)精神一樣走向：精度更高、速度更快、功能更強(qiáng)。α原理：c2=a2+b2-2abcosα更高更快更強(qiáng)奧林匹克運(yùn)動(dòng)第十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三§5.2GPS定位原理及應(yīng)用一、GPS的概念及歷史發(fā)展全球定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositioningSystem）,是利用衛(wèi)星發(fā)射的無線電信號(hào),向全球用戶提供連續(xù)、實(shí)時(shí)、高精度的三維導(dǎo)航、定位以及測速和授時(shí)服務(wù)的系統(tǒng)。美國從1973年開始籌建全球定位系統(tǒng)，經(jīng)歷20年，耗資300億美元，于1994年投入使用。是繼阿波羅登月計(jì)劃和航天飛機(jī)計(jì)劃之后的第三項(xiàng)龐大空間計(jì)劃。第十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三

GPS的出現(xiàn)對古老的測繪科學(xué)帶來了革命性的變革，并在眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，極大地推動(dòng)了現(xiàn)代測繪科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。

世界各國建設(shè)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)：美國建立的“GPS”；俄羅斯建立的“GLONASS”；歐盟正在實(shí)施的“伽利略”計(jì)劃；中國正在建立的“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)（COMPASS）。第二十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三二、GPS的優(yōu)點(diǎn)全球覆蓋、全天候作業(yè)；測站之間不需要通視；定位精度高；觀測速度快；自動(dòng)化程度高；經(jīng)濟(jì)效益顯著。第二十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三三、GPS的組成

GPS定位系統(tǒng)由空間衛(wèi)星部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分三部分組成。第二十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三1.空間星座部分

衛(wèi)星布設(shè)方案：由24棵衛(wèi)星（21棵工作衛(wèi)星和3棵備用衛(wèi)星）組成；6個(gè)不同的軌道面，55°軌道傾角，每個(gè)軌道分布著4棵衛(wèi)星；20200km軌道高度；衛(wèi)星運(yùn)行周期為11h58min。

GPS衛(wèi)星圖片這樣的布網(wǎng)方案將保證地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)間都能同時(shí)觀測到最少4棵衛(wèi)星，最多達(dá)11棵衛(wèi)星。第二十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第二十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三

GPS衛(wèi)星信號(hào)

衛(wèi)星信號(hào)結(jié)構(gòu)：每顆衛(wèi)星都發(fā)射一系列無線電信號(hào)（基準(zhǔn)頻率?）兩種載波（L1和L2）兩種碼信號(hào)（C/A碼和P碼）一組導(dǎo)航電文（信息碼，D碼）基準(zhǔn)頻率10.23MHZ

L11575.42MHZC/A碼

1.023MHZP?碼10.23MHZL21227.60MHZ15412050比特/S衛(wèi)星信息電文（D碼）第二十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三衛(wèi)星導(dǎo)航電文：

是用戶用來導(dǎo)航和定位的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，它包含該衛(wèi)星的星歷、工作作態(tài)、時(shí)鐘改正、電離層時(shí)延改正、對流層時(shí)延改正、以及由C/A碼捕獲P碼的信息，以二進(jìn)制碼形式發(fā)送，故導(dǎo)航電文又叫數(shù)據(jù)碼，或稱之為D碼。

GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)是將導(dǎo)航電文D（t）經(jīng)過兩級調(diào)制后的信號(hào)。第一級是將D（t）調(diào)制為C/A碼和P碼；然后將它們的組合碼再分別調(diào)制到兩個(gè)載波L1和L2上。第二十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三2.地面監(jiān)控部分一個(gè)主控站：科羅拉多?斯必靈司(Coloradosprings)三個(gè)注入站：阿松森(

Ascencion)

迭哥?伽西亞(DiegoGarcia)

卡瓦加蘭(kwajalein)五個(gè)監(jiān)測站=1個(gè)主控站+3個(gè)注入站+夏威夷(Hawaii)55HawaiiAscencionDiegoGarciakwajaleinColoradosprings第二十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三3.用戶接收部分GPS接收機(jī)的分類：手持型車載型單頻型雙頻型導(dǎo)航型測地型接收機(jī)GPS接收機(jī)的組成：

天線：天線單元和前置放大器。

主機(jī)：變頻器、信號(hào)通道、微處理器、存儲(chǔ)器和顯示器。

電源：內(nèi)接電源和外接電源。第二十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三圖片：導(dǎo)航型GPS機(jī)手持型GPS機(jī)車載型GPS機(jī)第二十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三圖片：測地型GPS接收機(jī)單頻機(jī)雙頻機(jī)第三十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三四、GPS坐標(biāo)系統(tǒng)1.WGS-84坐標(biāo)系（WorldGeodeticSystem）

GPS所采用的坐標(biāo)系統(tǒng)，GPS所發(fā)布的星歷參數(shù)就是基于此坐標(biāo)系統(tǒng)的。WGS-84坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點(diǎn)位于地球的質(zhì)心，Z軸指向BIH1984.0定義的協(xié)議地球極方向，X軸指向BIH1984.0的起始子午面和赤道的交點(diǎn)，Y軸與X軸和Z軸構(gòu)成右手系。第三十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三2.GPS坐標(biāo)轉(zhuǎn)換在實(shí)際測量工作中，往往需要將GPS測量成果WGS-84坐標(biāo)換算到用戶所采用的區(qū)域性坐標(biāo)系統(tǒng)。

基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型：

基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)：3個(gè)平移參數(shù)（ΔX0、ΔY0、ΔZ0）；3個(gè)旋轉(zhuǎn)參數(shù)（ωX、ωY、ωZ）；1個(gè)尺度因子M。必須至少在三個(gè)已知參心坐標(biāo)點(diǎn)上進(jìn)行GPS測量，獲得WGS-84坐標(biāo)，再由上式平差解出7個(gè)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)。第三十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三五、GPS定位原理1.絕對定位原理

用一臺(tái)接收機(jī)將捕獲到的衛(wèi)星信號(hào)加以解算，以直接求得接收機(jī)天線WGS-84坐標(biāo)的一種定位方法。GPS絕對定位，實(shí)質(zhì)上是空間距離的后方交會(huì)，在一個(gè)測站點(diǎn)，原則上只需三個(gè)獨(dú)立的距離觀測值，以3棵衛(wèi)星為球心，相應(yīng)距離為半徑的球面交點(diǎn)，即為測站位置。第三十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三式中：xi、yi、zi——第i棵衛(wèi)星坐標(biāo)；X、Y、Z——待測點(diǎn)坐標(biāo)；ρi——偽距，ρi=C?t；C——光速，3×108m/s；δρI——電離層延遲改正；δρt——對流層延遲改正；δit——衛(wèi)星鐘差改正；δtan——接收機(jī)鐘差改正。第三十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三2.相對定位原理GPS相對定位，也叫差分GPS定位，是目前GPS定位精度最高的一種方法。相對定位是用兩臺(tái)或多臺(tái)用戶接收機(jī)安置在一條或多條基線的端點(diǎn)上，同步觀測GPS衛(wèi)星信號(hào)，解算基線向量（ΔX、ΔY、ΔZ）。T1T2第三十五頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三在兩個(gè)或多個(gè)觀測站同步觀測相同衛(wèi)星的情況下，衛(wèi)星的軌道誤差、衛(wèi)星鐘差、接收機(jī)鐘差以及電離層和對流層的折射誤差等，對觀測量的影響具有一定的相關(guān)性，所以利用這些觀測量的不同線性組合，進(jìn)行相對定位，可有效消除或減弱上述誤差的影響，從而大大提高相對定位的精度。相對定位靜態(tài)相對定位動(dòng)態(tài)相對定位第三十六頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三圖形：相對定位模式靜態(tài)相對定位模式流動(dòng)站動(dòng)態(tài)相對定位模式基準(zhǔn)站第三十七頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三3.GPS實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（RTK）

RTK(real-timekinematic)工作原理第三十八頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第三十九頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三第四十頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三

RTK用途：工程放樣、地形測圖、各種控制測量，外業(yè)效率高。

精度：可達(dá)到（10~20mm+1ppm）。

RTK特點(diǎn)：常規(guī)GPS測量，不論是靜態(tài)還是動(dòng)態(tài)測量都需要事后進(jìn)行解算才能獲得厘米級的精度；而RTK是能夠在野外實(shí)時(shí)得到厘米級定位精度的測量方法，它采用的是載波相位動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)差分技術(shù)，是GPS應(yīng)用發(fā)展的重大里程碑。

作業(yè)范圍：目前一般為10km左右。第四十一頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三GPS定位原理小結(jié)

絕對定位和相對定位；

靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位；

偽距測量法定位和載波相位測量法定位；

數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理和測后處理。第四十二頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三一、3S技術(shù)簡介GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系統(tǒng)是美國從本世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有在海、陸、空進(jìn)行全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)。經(jīng)近10年我國測繪等部門的使用表明，GPS以全天候、高精度、自動(dòng)化、高效益等顯著特點(diǎn)，贏得廣大測繪工作者的信賴，并成功地應(yīng)用于大地測量、工程測量、航空攝影測量、運(yùn)載工具導(dǎo)航和管制、地殼運(yùn)動(dòng)監(jiān)測、工程變形監(jiān)測、資源勘察、地球動(dòng)力學(xué)等多種學(xué)科，從而給測繪領(lǐng)域帶來一場深刻的技術(shù)革命?！?.33S技術(shù)與4D產(chǎn)品簡介第四十三頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三RS(RemoteSystem)即遙感系統(tǒng)，其主要應(yīng)用于衛(wèi)星遙感和航空攝影方面。衛(wèi)星遙感應(yīng)用包括土地分類、環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害評估、態(tài)勢圖等；航空攝影應(yīng)用主要是制作各類真彩色或偽彩色的正射影像圖及基于影像圖基礎(chǔ)上的各類專題圖。

在1998年黑龍江省松花江、嫩江抗洪期間，利用同期的衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)，采用RS技術(shù)進(jìn)行水情分析和災(zāi)害評估。第四十四頁，共五十一頁，編輯于2023年，星期三數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，縮寫DEM）是在某一投影平面（如高斯投影平面）上規(guī)則格網(wǎng)點(diǎn)的平面坐標(biāo)（X，Y）及高程（Z）的數(shù)據(jù)集。DEM的格網(wǎng)間隔應(yīng)與其高程精度相適配，并形成有規(guī)則的格網(wǎng)系列。根據(jù)不同的高程精度，可分為不同類型。為完整反映地表形態(tài)，還可增加離散高程點(diǎn)數(shù)據(jù)。二、4D產(chǎn)品簡介數(shù)字線劃地圖（DigitalLineGraphic，縮寫