测量基本原理课件.ppt（72页）

1、.n测量的概念测量的概念 1.早期的定义：研究地球的形状和大小，确定地面点的坐标的学科。 2.当前的定义：研究三维空间中各种物体的形状、大小、位置、方向和其分布的学科。 测量学的内容包括测定和测设两个部分。测定是指使用测量测量学的内容包括测定和测设两个部分。测定是指使用测量仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据，或把地球仪器和工具，通过测量和计算，得到一系列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图。测设是指把图纸上规划设计好的建筑表面的地形缩绘成地形图。测设是指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。.

2、测量的一些要素测量的一些要素 1、坐标系 2、角度 3、距离 4、高程.1. 1. 建立大地坐标系的目的建立大地坐标系的目的 2. 2. 参心坐标系和地心坐标系参心坐标系和地心坐标系 3. 3. 大地坐标系的形式大地坐标系的形式 表示地面点的空间位置表示地面点的空间位置 参心坐标系：参考椭球中心与地球质心不重合地心坐标系：参考椭球中心与地球质心重合空间直角大地坐标系 球面大地坐标系.1. 19541. 1954年北京坐标系年北京坐标系n 参心坐标系参心坐标系来历：原苏联来历：原苏联19421942年普尔科沃坐标系在我国的延伸年普尔科沃坐标系在我国的延伸 n 克拉索夫斯基椭球克拉索夫斯基椭球 6

3、378245m1:298.3af n 大地原点：普尔科沃天文台大地原点：普尔科沃天文台 要点：要点：.2. 19802. 1980年国家大地坐标系年国家大地坐标系n 参心坐标系参心坐标系n IUGG 1975 IUGG 1975年椭球年椭球 6378140 m 1:298.257afn 大地原点：陕西省泾阳县永乐镇大地原点：陕西省泾阳县永乐镇 同一地面点在不同大地坐标系中具有不同的坐标值同一地面点在不同大地坐标系中具有不同的坐标值545454(,)XYZ808080(,)XYZ要点要点.NS3. WGS-843. WGS-84坐标系坐标系地心坐标系地心坐标系WGS-84WGS-84椭球椭球 6

4、378137m1:298.257223563afWGS-84WGS-84空间直角坐标系空间直角坐标系属于协议地球坐标系属于协议地球坐标系XZYO.根据青岛验潮站根据青岛验潮站1950-19561950-1956年间的验潮结果，作年间的验潮结果，作为黄海平均海水面为黄海平均海水面4. 19564. 1956年黄海高程系年黄海高程系水准原点高程：水准原点高程： 72.289 m 72.289 m根据青岛验潮站根据青岛验潮站1952-19791952-1979年间的验潮结果，作为年间的验潮结果，作为黄海平均海水面黄海平均海水面5. 19855. 1985国家高程基准国家高程基准水准原点高程：水准原点

5、高程： 72.260 m 72.260 m.1、坐标系的定义、坐标系的定义 测量上，以测量上，以X轴为纵轴，轴为纵轴，Y轴为横轴。轴为横轴。2、特点、特点 坐标轴向、象限顺序、角度量测方向均坐标轴向、象限顺序、角度量测方向均与数学坐与数学坐 标系相逆；标系相逆； 基于数学坐标系推证的所有三角函数公基于数学坐标系推证的所有三角函数公式均可直接使用。式均可直接使用。oXY. 基准方向：坐标纵轴方向基准方向：坐标纵轴方向 特点：特点：1 1、正反方位角相差正反方位角相差180 2 2、同一直线上各点坐标方位角相等、同一直线上各点坐标方位角相等 来源：由坐标反算或角度传递得到来源：由坐标反算或角度传递

6、得到.坐标方位角特性坐标方位角特性坐标北坐标北ABABBAYX坐标北坐标北AB.以定向方向（基准方向）为零，顺时针到指定方以定向方向（基准方向）为零，顺时针到指定方向的水平角。向的水平角。.PABabp水平面水平面090180270mno 两条空间相交直线在某两条空间相交直线在某一水平面上投影之间的夹一水平面上投影之间的夹角。角。 mn目的：求取平面位置目的：求取平面位置.空间直线与水平面之间空间直线与水平面之间的夹角（竖直角或高度的夹角（竖直角或高度角）。由水平面起，向角）。由水平面起，向上量为正，称仰角；向上量为正，称仰角；向下量为负，称俯角。下量为负，称俯角。900180270PAap水

7、平面水平面铅垂面铅垂面P Z垂直指标读数与垂直角关系：垂直指标读数与垂直角关系： 9090垂直角与天顶距的关系：垂直角与天顶距的关系： 9090Z.（1 1）脚架）脚架 （2 2）基座）基座垂直轴水平轴照准轴水平度盘垂直度盘水准器（3 3）照准部）照准部三轴三轴水平度盘轴垂直垂直度盘轴架支准照架脚三机座准部照架支水平轴读数显微镜. 管水准器管水准器 圆水准器圆水准器HOH1、管水准器、管水准器水准器的分划值水准器的分划值：相邻两分划间：相邻两分划间弧长所对应的圆心角。弧长所对应的圆心角。 t=(2mm/R)p t= 30 60 .OO2mm2、圆水准器、圆水准器t= 8 60 水准器的灵敏度与

8、其分水准器的灵敏度与其分划值的大小成反比。划值的大小成反比。.1 1、对中、对中 使水平度盘中心与地面点标志中心在同一铅垂线上。使水平度盘中心与地面点标志中心在同一铅垂线上。（1 1）垂球法）垂球法（2 2）光学对点器法）光学对点器法2 2、整平、整平 使经纬仪竖轴处于铅垂线方向。使经纬仪竖轴处于铅垂线方向。.3 3、调焦、调焦 包括物镜调焦和目镜调焦包括物镜调焦和目镜调焦物镜调焦：使目标成像于十字丝分划板上。物镜调焦：使目标成像于十字丝分划板上。目镜调焦：使目标影像连同十字丝分划所成虚像一起成像于目镜调焦：使目标影像连同十字丝分划所成虚像一起成像于 人眼明视距离处。人眼明视距离处。调焦的检验

9、：眼睛在目镜处微微晃动，若十字丝与目标相对调焦的检验：眼睛在目镜处微微晃动，若十字丝与目标相对 移动，则调焦不正确，此现象称为移动，则调焦不正确，此现象称为十字丝视差。十字丝视差。 若存在十字丝视差，将对角度测量产生影响，若存在十字丝视差，将对角度测量产生影响， 应重新调焦。应重新调焦。调焦方法：望远镜对向背景明亮处，旋转目镜调焦螺丝，调焦方法：望远镜对向背景明亮处，旋转目镜调焦螺丝， 使十字丝最黑；照准目标后，旋转物镜调焦螺使十字丝最黑；照准目标后，旋转物镜调焦螺 丝，使目标影像最为清晰。丝，使目标影像最为清晰。.十字丝视差：目标影像与十字丝不重合，当观察位置发生变十字丝视差：目标影像与十字

10、丝不重合，当观察位置发生变 化时，两者之间产生的相对移动现象。化时，两者之间产生的相对移动现象。像平面像平面十字丝平面十字丝平面像平面像平面十字丝平面十字丝平面像平面像平面十字丝平面十字丝平面acabbac.望远镜成像原理F1F2十字丝板十字丝板等效透镜等效透镜目镜目镜.2 2、视场、视场望远镜所能观察到的物面范围望远镜所能观察到的物面范围v321 1、放大倍率、放大倍率目物ffv/3 3、照准精度、照准精度v06 .单丝照准单丝照准双丝照准双丝照准1 1、水平角观测时目标的照准方法、水平角观测时目标的照准方法.2 2、安置度盘、安置度盘 消除或减弱度盘分划误差对角度观测的影响。消除或减弱度盘

11、分划误差对角度观测的影响。 G G180180/m/m(k-1)(k-1) 其中：其中：m m为总测回数，为总测回数，k k为测绘序号为测绘序号3 3、观测步骤、观测步骤（1）上半测回：）上半测回：1、2、3、4、1（2）下半测回：）下半测回：1、4、3、2、1一测回一测回3 32 21 14 4O O.几个概念1、归零归零2 2、半测回（盘左、盘右）、半测回（盘左、盘右）3 3、一测回、一测回4 4、方向值、水平角、方向值、水平角5 5、2C2C差（照准轴误差的差（照准轴误差的2 2倍）倍）3 32 21 14 4O O.1 1、观测与计算、观测与计算（1 1）观测）观测盘左横丝切准目标，指

12、标水准器居中，读数盘左横丝切准目标，指标水准器居中，读数L L；盘右横丝切准目标，指标水准器居中，读数盘右横丝切准目标，指标水准器居中，读数R R；以上即为垂直角一测回观测。以上即为垂直角一测回观测。（2 2）计算）计算)360(21 RLiiL 90 iR 270 )180(21 LR .2 2、公式的推证、公式的推证指标指标目标指标目标270180090270180900180270900iii右左指标差指标差 i：读数指标偏离正确位置（铅垂线）的角值：读数指标偏离正确位置（铅垂线）的角值iL 90iR2702/ )360(RLi2/ )180(LR.指标差的特性特性：特性： （1 1）指

13、标差对垂直角观测的影响，可在一）指标差对垂直角观测的影响，可在一测回观测中消除；测回观测中消除； （2 2）短时间内指标差大小为常数，故可利）短时间内指标差大小为常数，故可利用指标差互差检验垂直角观测质量。用指标差互差检验垂直角观测质量。 .度盘容量与码道数的关系：度盘容量与码道数的关系：nM2 1.码区度盘码区度盘0123456789101112131415度盘中心光电接收管n1SR分辨率与码道数的关系：分辨率与码道数的关系：M/360属绝对式测角。码道数、分属绝对式测角。码道数、分辨率有限，需采用测微装置辨率有限，需采用测微装置( 拓普康ET-2 ).2.2.条码度盘条码度盘条码是由一组按

14、一定编码规则条码是由一组按一定编码规则排列的条、空符号，用以表示排列的条、空符号，用以表示一定的字符、数字及符号组成一定的字符、数字及符号组成的信息。的信息。1 1、发光管、发光管2 2、光路、光路3 3、条码度盘、条码度盘4 4、线性、线性CCDCCD阵列阵列.（1）光栅与莫尔条纹光栅与莫尔条纹横向莫尔条纹的生成：横向莫尔条纹的生成：横向莫尔条纹的放大作用：横向莫尔条纹的放大作用： B 光栅光栅2 2光栅光栅1 1 B BB.莫尔条纹的位移发大作用：莫尔条纹的位移发大作用：当光栅相对移动一个节距当光栅相对移动一个节距W W时，时，条纹移动一个宽度周期条纹移动一个宽度周期B B。.纵向莫尔条纹

15、的形成及放大作用：纵向莫尔条纹的形成及放大作用：两光栅平行，两光栅平行， 但其节距有但其节距有 微小差异。微小差异。主光栅主光栅指示光栅指示光栅(1+)W(1+)WB BW W B莫尔条纹的特性：莫尔条纹的特性：q莫尔条纹的移动量与光栅的移动量相对应；莫尔条纹的移动量与光栅的移动量相对应；q莫尔条纹具有位移放大作用；莫尔条纹具有位移放大作用；q莫尔条纹具有平均光栅误差的作用；莫尔条纹具有平均光栅误差的作用；q莫尔条纹便于实现自动化和数字化测量。莫尔条纹便于实现自动化和数字化测量。.纵向莫尔条纹的位移放大作用：纵向莫尔条纹的位移放大作用：.（2 2）常见莫尔条纹模数转换装置）常见莫尔条纹模数转换

16、装置1 光源2 透镜3 主光栅4 指示光栅5 接收物镜6 光探测器透射式透射式反射式反射式发光二极管发光二极管光栅度盘光栅度盘光电接收管光电接收管电子经纬仪与全站仪拓普康拓普康GTS-300GTS-300.0LLrs0设单位角度为：设单位角度为：0 则任一个角度均可表则任一个角度均可表示为：示为： 0n 利用内外光栅探测利用内外光栅探测器的信号延迟时间来器的信号延迟时间来测定。测定。n 利用四个标志之间的利用四个标志之间的时间隔来确定和检核。时间隔来确定和检核。威特威特T2000T2000电经电经.度盘测角原理比较光栅度盘光栅度盘编码度盘编码度盘动态度盘动态度盘测角原理测角原理增量式增量式绝对

17、式绝对式增量式增量式关机后角度信息关机后角度信息不保留不保留保留保留保留保留测角误差测角误差积累积累不积累不积累不积累不积累制造工艺制造工艺相对简单相对简单相对复杂相对复杂相对复杂相对复杂.1211212212发光二极管发光二极管接收二极管接收二极管Z=PPZHHiTT21T21Titip.1 1、距离的概念、距离的概念q距离是指两点之间的地面实际长度距离是指两点之间的地面实际长度q不同高程的两点间的距离称为不同高程的两点间的距离称为斜距斜距q水平面上两点间的距离称为水平面上两点间的距离称为平距平距q我国一般用米作距离的单位我国一般用米作距离的单位 一、距离测量概述2 2、距离测量常用方法、距

18、离测量常用方法1 1）直接丈量）直接丈量2 2）视距测量）视距测量3 3）电磁波测距）电磁波测距.用经过鉴定的钢尺（或皮尺）直接量取两点的距离，用经过鉴定的钢尺（或皮尺）直接量取两点的距离，再进行一系列改正（如尺长、温度、倾斜的改正等），再进行一系列改正（如尺长、温度、倾斜的改正等），得到两点间的平距。得到两点间的平距。 当当地地面面平平坦坦时时二、钢尺量距.ABDDCtD221( 6.710-11 s).1、按载波分、按载波分电磁波测距仪电磁波测距仪光电测距仪光电测距仪微波测距仪微波测距仪单载波单载波多载波多载波红外线红外线白炽灯和汞灯白炽灯和汞灯激光激光2 2、按测程、按测程 短程短程 3

19、km 15km15km 3 3、按精度、按精度分为分为1 1（5mm)测程时测程时N0，N无需确定。但当测程较大时，无需确定。但当测程较大时， 就必就必须很大，在测相精度一定的情况下，测距精度将降低。为解须很大，在测相精度一定的情况下，测距精度将降低。为解决此矛盾，在测距仪中，常采用多频率测距措施：决此矛盾，在测距仪中，常采用多频率测距措施：直接测尺频率方式：直接测尺频率方式：如测定长度为如测定长度为573.682米米 /2 10米米 3.682米米 1000米米 573.6米，米， 两个结果组合为两个结果组合为573.682米。米。间接测尺频率方式：间接测尺频率方式：两个频率测定的相位差之差

20、与其差频信两个频率测定的相位差之差与其差频信号测定的相位差相等，即相当于设置了又一个频率较低的信号测定的相位差相等，即相当于设置了又一个频率较低的信号。号。 . 1、斜距计算、斜距计算（1）加常数加常数改正改正C （d1+C)+(d2+C)=d3+C C=d3-d1-d2dDd12BCA（2）气象改正）气象改正光的传播速度与气压、温度有关，即测尺长度发生变化，光的传播速度与气压、温度有关，即测尺长度发生变化，所加改正数称为所加改正数称为气象改正气象改正，与距离成正比，与距离成正比标准大气状态为标准大气状态为 760mmHg 20C.2、距离归算、距离归算（1 1）水平距离归算）水平距离归算 o

21、sDS)(DS2ch 2 2（2 2）水平距离归算到参考椭球面）水平距离归算到参考椭球面ACBHmabSooSRmOS)-(1HRHSSmmm 0 0（3 3）参考椭球面化算到高斯平面）参考椭球面化算到高斯平面)(1mmRySD2 22 22 2 . HB=HA+hAB hAB=Dtg+K-L .用水平面代替水准面对高用水平面代替水准面对高差影响，称为地球弯曲差，差影响，称为地球弯曲差，简称球差简称球差EF= D/2 D/R 球差球差: EF= D2/2R 1、球差、球差 特性：球差的影响总是使所测特性：球差的影响总是使所测得的高差减小得的高差减小。 .2、气差、气差大气折光对高差的影响，称为

22、大气折光对高差的影响，称为大气折光差，简称气差大气折光差，简称气差。 气差气差: MM=D2/2R 特性：气差总是使所测特性：气差总是使所测高差增大高差增大.两差：球差及气差对高差的综合影响两差：球差及气差对高差的综合影响) /1 (22RRRD设设K K = = R/RR/R，称为称为折光系数折光系数。 )1 (22KRD因为因为大于，故大于，故 K 介于介于0与与1之间。值变化比较复杂，之间。值变化比较复杂，在作业中，很难也不可能确定每一方向的折光系数，只能在作业中，很难也不可能确定每一方向的折光系数，只能求出某一地区折光系数平均值，在我国大部分地区折光系求出某一地区折光系数平均值，在我国

23、大部分地区折光系数的平均值取数的平均值取0.110.11比较合适比较合适。 顾及两差改正的三角高程测量高差计算公式为：顾及两差改正的三角高程测量高差计算公式为： k-LDhABtg.导线测量导线测量 三角测量三角测量 GPSGPS测量测量 三边测量三边测量边角网测量边角网测量 交会测量交会测量等等.导线导线的布设形式：附合导线、闭合导线、支导线、导线导线的布设形式：附合导线、闭合导线、支导线、导线网等形式网等形式1.1.附合导线附合导线23nPPPBNMASSS12n12n+1n（a a）双定向导线）双定向导线多余观测数：多余观测数：3.导线（b b）单定向导线）单定向导线23nPPPBMAS

24、SS12n12n.导线（c c）无定向导线）无定向导线3nPPPBASSS12n1n1.导线2.2.闭合导线闭合导线3nPPMSnn+1n1A2S2P2S1.导线3.3.支导线支导线23PPMASS1212P4.导线4.导线网MACOBND1CBADDDD1234D5(a)(a)单结点导线网单结点导线网(b)(b)多结点导线网多结点导线网.ABPCABCPPABABCKP(a)(a)前方交会前方交会(d)(d)后方交会后方交会(b)(b)侧方交会侧方交会(c)(c)单三角形单三角形.a仪器标称精度中的固定误差，以仪器标称精度中的固定误差，以mm为单位；为单位； b仪器标称精度中的比例误差系数，以仪器标称精度中的比例误差系数，以mm/km为单为单 位，位，也常表示为也常表示为ppm（part per million）；）； D测距边长度，以测距边长度，以km为单位。为单位。测距仪的精度测距仪的精度 a+b*D.动态测角原理示意.水准器分划值HHHHRt .经纬仪三轴垂直轴 （竖轴）：照准部赖以水平旋转的轴。 水平轴 （横轴）：望远镜赖以俯仰的轴。 照准轴（视准轴）：望远镜物镜中心与十字丝交 点的连线，它是照准目标的基准方向线。 .