测量教案3章-全站仪角度测量[123页]课件.ppt
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- 123页 测量 教案 全站仪 角度 123 课件
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1、 角度测量测量地面点连线的水平夹角,视线方向与水平面的竖直角。角度类型水平角,竖直角 仪器经纬仪,全站仪 角度测量的作用 水平角求算点的平面位置 竖直角测定高差,或将斜距化算为平距。第3章 全站仪角度测量 3.1 角度测量原理 1)水平角测量原理 地面一点与两目标点连线 投影至水平面的夹角ABC 或过B、C两点铅垂面 与过B、A两点铅垂面两面角 在B点水平安置刻度圆盘(顺时针注记)测出 BA方向的度盘读数 a BC方向的度盘读数 c 水平角=ca 2)竖直角测量原理 竖直面内,视线与水平线的夹角 视线在水平线以上仰角,竖直角0 视线在水平线以下俯角,竖直角0 竖直面内安置刻度圆盘 视线水平时,
2、竖盘读数为90o 视线倾斜时,竖盘读数为L 视线方向的竖直角=90oL 3.2 全站仪电子测角原理 全站仪(total station)电子测角是利用光电转换原理 和微处理器自动测量度盘的读数 测量结果输出到仪器屏幕显示 两种测角方法:动态测量,静态测量。动态测量主要用于高精度的角度测量 但结构复杂、成本高、可靠性低,现已很少采用。常用静态测量方法 两种静态测量方法:增量式测量,绝对式测量。1)增量式测量 三种增量式测角方法:光栅式、容栅式、磁栅式。上世纪90年代国外和目前国内常用的电子测角方法。由一对光栅度盘组成,分为主光栅和指示光栅。主光栅度盘上均匀刻划16200条线划 相邻两条线划的圆心
3、角为360o3600/16200=80 指示光栅由游标窗口和零位线条组成。主光栅度盘和指示光栅度盘分别安装在全站仪的 竖轴或横轴的定子轴和转子轴上 两盘须保持同心和平行,度盘间隙为0.020.03mm。在平行光的照射下,主光栅和游标窗口相对运动时 产生两路明暗变化周期信号,两路信号相位差为90o 根据两路信号的相位关系、电平变化 把模拟信号变为数字信号后,进行加减计数 得出全站仪竖轴或横轴转动角度的粗略变化(每步80)这两路信号经过CPU采样后,进行反三角函数计算 细分出以秒为单位的角度变化,再和计数值衔接 得到准确的角度值。增量式测角方法的缺点是:主光栅度盘和指示光栅度盘间隙太小0.020.
4、03mm 易蹭盘,不适合在恶劣环境下使用。测量过程中,若计数脉冲丢失,80或80倍数误差将传递下去,零位误差也传递下去。2)绝对式测量 目前国外知名厂家普遍采用的电子测角方法 图像识别技术在电子测角应用的成果。在玻璃度盘上均匀刻划n条圆心角相等,宽度不等线条 一个圆周的圆心角为360o3600=1296000 度盘任意两条相邻线条所夹的圆心角为=1296000n 线条宽b按一定规律变化,设度盘绝对零点线宽b0 第一条线宽为b1,第二条线宽为b2,最后一条线宽为bn,其变化规律预先存入全站仪的主板存储器中。在玻璃度盘上均匀刻划n条圆心角相等,宽度不等线条 测量时用平行光照射玻璃度盘 线条影像投射
5、到度盘另一侧的CCD像元上 CPU读入CCD像元的一帧信号,经计算处理求得:线条在CCD像元投影影像的间距l 读数指标到第i条线条的距离x 一组关于线条宽度b的序列。将这些宽度序列和 预先存入全站仪主板存储器的已知宽度序列比较 求出CCD像元读数指标位于 第i条线条和第i+1条线条之间 全站仪当前视准轴方向以秒为单位的度盘读数为 lxiL 3.3 全站仪的望远镜与补偿器 南方NTS-362LNB系列全站仪2018年1月推出。1)三同轴望远镜 全站仪望远镜的视准轴、激光发射光轴、回光接收光轴三轴同轴,望远镜瞄准棱镜中心,就能同时测定目标点的水平角、竖直角和斜距。NTS-362LNB系列全站仪三同
6、轴光路图 2)按键 全站仪测量通过操作面板按键选择命令进行 面板按键分硬键和软键(也称功能键)两种。每个硬键有一个固定功能,或兼有第二、第三功能 软键 用于执行机载软件的菜单命令 软键的功能通过屏幕最下一行对应位置的字符提示 在不同模式或执行不同命令时,软键的功能也不相同。3)电子补偿器 仪器未精确整平致使竖轴倾斜引起的角度误差 不能通过盘左、盘右观测取平均抵消 为了消除竖轴倾斜误差对角度观测的影响 全站仪设有电子补偿器。打开电子补偿器时,系统将竖轴倾斜量 分解成视准轴方向(X轴)和横轴方向(Y轴)两个分量 进行倾斜补偿,简称双轴补偿。点光源影像偏移面阵图像传感器中心的距离为d,偏距d在X轴方
7、向的分量为dX 在Y轴方向的分量为dY,则仪器竖轴在X轴方向的倾角X 在Y轴方向的倾角Y的计算公式为 n为补偿器液体的折射率,f为透镜的焦距 若液体腔的面积足够大,和空气介面形成镜面反射 当倾斜角不是很大时,该传感器的线性度很好 是目前精度较高的双轴倾斜补偿器。南方NTS-362LN系列全站仪反射式双轴补偿器的 补偿范围理论上可以达到27,补偿精度为2。)arctan(2)arctan(2XYXXfdnfdn 液体反射式双轴电子补偿器原理南方测绘集团北京三鼎光电仪器有限公司自主研发的第4代液体反射式双轴电子补偿器理论补偿范围高达27。3.4 全站仪的结构与安置 南方NTS-362R6LNB蓝牙
8、免棱镜测距全站仪 南方NTS-362R6LNB全站仪主要技术参数 望远镜:正像,物镜孔径45mm,放大倍率30 视场角1o30,最短对光距离1.4m 度盘:绝对式测角度盘,直径79mm 测距光波波长0.650.69m的红色激光 测角精度:双轴补偿,一测回方向观测中数中误差2 测距:最大测程5km(单棱镜),误差2mm+2ppm 免棱镜测程300m,反射片测程600m,误差3mm+2ppm 内存:4MB闪存,最多可以存储3.7万个点的数据。通讯接口:RS-232C接口/miniUSB接口/SD卡插口 内置蓝牙模块;电池:LB-01可充电锂电池,7.4V/3100mAh 一块满电电池可供连续测距8
9、h。1)全站仪的结构 全站仪由三大构件组成:基座、水平盘、照准部。三大构件:基座、水平盘、照准部。(1)基座(tribrach)三个脚螺旋,一个圆水准器用于粗平仪器。水平盘旋转轴套在竖轴套外围。(2)水平盘(horizontal circle)绝对式测量的水平盘为圆环形编码玻璃盘片 盘片上均匀刻划了360条圆心角相等宽度不等的线条。(3)照准部(alidade)照准部是水平盘之上,能绕竖轴旋转的全部部件总称 包括竖轴、U形支架、望远镜、横轴、竖盘、管水准器 补偿器、水平制微动螺旋、望远镜制微动螺旋 屏幕与键盘等。2)全站仪的屏幕与键盘 屏幕用于显示测量结果和机载软件菜单 硬键、软键用于执行全站
10、仪的各种功能。3)棱镜圆棱镜,mini棱镜,棱镜对中杆 4)开关机操作 按住 键1s开机,出厂设置为进入角度模式界面 按 键切换屏幕显示仪器信息数据界面 再按 键返回角度模式界面 按 (硬件信息)键显示仪器硬件信息 在开机状态,按住 键4s关机。5)全站仪的安置 内容对中,整平 使仪器竖轴位于过测站点的铅垂线上 水平盘和横轴处于水平位置,竖盘位于铅垂平面内 方法垂球对中,激光对中(光学对中)打开三脚架腿,调整长度使脚架高度适于观测者高度 张开三脚架,架设在测站点上,架头大致水平 取出全站仪放置在三脚架头上 仪器基座中心基本对齐三脚架头的中心 旋紧连接螺旋。(1)垂球对中法安置全站仪 垂球悬挂于
11、连接螺旋中心下的挂钩上 调整垂球线长度,使垂球尖略高于测站点 粗对中与粗平平移三脚架 使垂球尖大致对准测站点中心 将三脚架的脚尖踩入土中 精对中稍微旋松连接螺旋,双手扶住仪器基座 在架头上移动仪器,使垂球尖准确对准测站点 旋紧连接螺旋,垂球对中误差3mm 精确整平旋转脚螺旋 在相互垂直的两个方向,使照准部管水准气泡居中。旋转脚螺旋精确整平不会破坏垂球对中。脚螺旋旋转方向与圆水准气泡运动方向的关系在相互垂直的两个方向居中管水准气泡(2)激光对中法安置全站仪 粗对中手握三脚架,观察地面的下激光点 移动三脚架,使对中标志基本对准测站点标志中心 脚尖踩入土中 精对中旋转脚螺旋对中,对中误差1mm 粗平
12、伸缩脚架腿,圆水准气泡居中 精平转动照准部,旋转脚螺旋 使管水准气泡,在相互垂直的两个方向居中 精平操作会略微破坏已完成的对中关系 再次精对中旋松连接螺旋,观察下激光点 平移仪器基座(注意,不要有旋转运动)对中标志准确对准测站点标志中心,拧紧连接螺旋 旋转照准部,相互垂直两方向检查管水准气泡居中 否则从再次精对中再次精对中开始重复操作。6)星键菜单 按 键开启星键菜单 使用光标键 与功能键(软键)设置星键菜单,按 键为关闭星键菜单。(1)光标键设置内容 反射器:出厂设置为无棱镜,多次按 键 可使反射器在棱镜无棱镜反射片之间循环切换。对中器:下激光点光强,出厂设置为2,多次按 键 可使下激光点光
13、强在数字21043之间 循环切换,0为关闭激光对中器。屏幕对比度:出厂设置为10,多次按 键 可使屏幕对比度在数字0016之间循环切换。十字照明:出厂设置为0,多次按 键 可使十字丝照明光强在数字01234之间 循环切换,0为关闭十字丝照明。(2)功能键设置内容 照明:出厂设置为开,按 键 使屏幕背光与键盘背景灯在打开与关闭之间切换。补偿:出厂设置为双轴补偿 按 键进入补偿器1/2界面,屏幕显示电子气泡 打开补偿器时,仪器自动将竖轴倾斜量 分解成视准轴方向(X轴)和横轴方向(Y轴)两个分量 进行倾斜补偿,简称双轴补偿。按 (单轴)键设置单轴补偿 按 (双轴)键设置双轴补偿 按 (关)键关闭补偿
14、器。按 (P1)键翻页到补偿器2/2界面 屏幕显示仪器当前的竖轴倾斜量在视准轴方向(X轴)和横轴方向(Y轴)的两个分量。指向:出厂设置为关闭红色指向激光 按 键使指向激光在打开/关闭之间切换。3.5 角度模式 按 键开机,仪器出厂设置为进入角度模式 当前模式为距离模式或坐标模式时 按 键进入角度模式。角度模式有三页功能菜单,按 键翻页功能菜单。1)角度模式P1页功能菜单(1)(测存)将水平盘与竖盘读数存入内存当前测量文件 用户要改变当前文件或新建一个文件作为当前文件 应先执行P3页功能菜单的“文件”命令。(2)(置零)配置水平盘读数为0o0000 按 (置零)(是)键。(3)(置盘)设置水平盘
15、读数为用户输入值 按 键分隔度、分、秒值。例如,设置水平盘读数为0o0030的方法是 按 (置盘)键。2)角度模式P2页功能菜单(1)(锁定)锁定命令是模拟复测经纬仪的测角方式 与方向经纬仪不同,复测经纬仪没有水平盘配置旋钮。锁定水平盘读数为当前值,旋转仪器照准部时,水平盘读数不变。锁定命令是配置水平盘读数的另一种方式。例如,执行锁定命令配置水平盘读数90o0035方法是 转动照准部,当水平盘读数接近90o0035时 旋紧水平制动螺旋,旋转水平微动螺旋 使水平盘读数为90o0035;按 (锁定)键,松开水平制动螺旋,瞄准觇点 水平盘读数不变,按 (是)键完成操作 常用置盘命令,很少使用锁定命令
16、。(2)(复测)复测命令是模拟复测经纬仪单盘位累积测角方式 它要求水平盘设置为右旋角HR(水平盘顺时针注记)该命令现已很少使用。(3)(坡度)重复按 (坡度)键 使竖盘读数V在天顶距与坡度之间切换。竖盘读数V的出厂设置为天顶零,设盘左竖盘读数为L=75o0000 则望远镜视准轴方向的盘左竖角为 L=90oL=90o75o=15o0000”坡度为i=100tan 15o0000=26.7949%26.79%3)角度模式P3页功能菜单(1)(竖角)竖直角为水平方向与全站仪望远镜视准轴方向的夹角 仰角为正数角,俯角为负数角。重复按 (竖角)键为使竖盘读数 在天顶距与竖直角之间切换。设盘左竖盘读数为L
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