測量儀器的發(fā)展及應(yīng)用

1、測量儀器的發(fā)展及應(yīng)用測量儀器的發(fā)展及應(yīng)用象山縣測繪設(shè)計院 （丹西城站路9號）覃桂鵬 139066017992008年7月第一節(jié).測量學(xué)的定義及學(xué)科分類v1.測量學(xué)定義：是研究如何測定地面點的平面位置及高程，將地球表面的起伏態(tài)及各種固定物體測繪成圖，以及確定地球的形狀及大小的科學(xué)。v2.測量學(xué)的分類：v 2.1大地測量學(xué)：以建立大地控制網(wǎng),精確測定地球的形狀和大小以及地球重力場為研究方面的理論、方法的學(xué)科。v 2.2地形測量學(xué)：研究測繪地形圖的基本理論、技術(shù)和方法的學(xué)科。v 2.3攝影測量學(xué)：通過對影像和各種圖像進行處理、量測、判斷和研究，以測得物體的形狀、大小的位置的一門學(xué)科。v 2.4工程測

2、量學(xué)：研究在工程勘察設(shè)計、施工及管理所進行的各種測量工作的學(xué)科。 第一節(jié).測量學(xué)的定義及學(xué)科分類v 2.5制圖學(xué)：研究地圖及其制作的理論、工藝和應(yīng)用的學(xué)科。v測量學(xué)的實質(zhì): v 角度、距離、高度的測量v測量所需要使用到的儀器：v 水準(zhǔn)儀（高度）v 經(jīng)緯儀（角度）v 測距儀 （距離）第二節(jié)幾種主要的測量儀器2.1水準(zhǔn)儀v1.水準(zhǔn)儀:通過提供水平視線以測定兩點間高差的儀器。v根據(jù)精度級別，可分為S05、S1、S3、S10等。其中S05、S1為精密水準(zhǔn)儀， S3、S10為普通水準(zhǔn)儀v根據(jù)整平的方式，可分為定鏡水準(zhǔn)儀及自動安平水準(zhǔn)儀。幾種水準(zhǔn)儀2.2 經(jīng)緯儀v經(jīng)緯儀:測定空間兩直線在水平面及垂面上的水

3、平角及垂直角的儀器。v按精度分，我國分為J05、J1、J2、J6、J15等，其中前三種為精度經(jīng)緯儀， J6、J15為普通工程經(jīng)緯儀。v按照測角的結(jié)構(gòu)分，可分為光學(xué)經(jīng)緯儀或電子經(jīng)緯儀。2.3 測距儀 v測距儀：通過測定電磁波在兩點間的傳播時間，來確定兩點間距離的儀器。v公式：DCT2，（其中C為電磁波的傳播速度，T為電磁波在兩點間的往返傳播時間。v根據(jù)所采用的光源分：可分為普通光測距儀，紅外光測距儀和激光測距儀。2.4 電子速測儀（全站儀 Total Station）v定義：具有光電測距、電子測角和測量數(shù)據(jù)記錄的測量儀器。v根據(jù)發(fā)展階段，有半站儀、普通全站儀、智能全站儀、免棱鏡全站儀、超級測量系

4、統(tǒng)等。v全站儀的生產(chǎn)廠家很多，有瑞士徠卡公司生產(chǎn)的TC系列，日本TOPCON（拓普康）公司生產(chǎn)的GTS系列，SOKKIA（索佳公司）生產(chǎn)的SET系列，PENTAX（賓得）公司生產(chǎn)的PCS系列，尼康公司生產(chǎn)的DMT系列及瑞典捷創(chuàng)力生產(chǎn)的GD系列，美國天寶（Trimble)公司生產(chǎn)的天寶全站儀，但國內(nèi)購買者不多。v目前我國的南方測繪儀器公司也在年代生產(chǎn)了NTS系列全站儀，填補我國的空白。逐漸，中海達，蘇光等廠家也加入了我國全站儀的生產(chǎn)行列中來。 2.5 衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS、GLONASS、AVSAT）vGPS：由美國國防部研究開發(fā)并組織實施的授時與測距導(dǎo)航系統(tǒng)。由24顆工作衛(wèi)星組成。 SA政策：

5、人為地將衛(wèi)星星歷和GPS衛(wèi)星鐘的精度降低，以限制廣大民間用戶利用GPS定位的精度。單點定位由2030米降低到100米，隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和全球經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，美國政府宣布2000年至2006期間，在保證美國國家安全不受威脅的前提下，取消SA政策。vGLONASS（格洛納斯） ：由前蘇聯(lián)及俄羅斯開發(fā)并實施的衛(wèi)星定位系統(tǒng)。也是由24顆衛(wèi)星組成。目前已經(jīng)投入運行?！百だ浴庇媱漹NAVSAT（“伽利略”計劃）：是一種中高度圓軌道衛(wèi)星定位方案，其總共發(fā)射30顆衛(wèi)星，其中27顆衛(wèi)星為工作衛(wèi)星，3顆為候補衛(wèi)星。中國擁有該系統(tǒng)20的所有權(quán)和全部使用權(quán)，是一個有自己股權(quán)，能進行管理和控制，進而保障相關(guān)服務(wù)可靠性、穩(wěn)

6、定性、安全性的民用衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。 v相比于目前全球使用廣泛的GPS系統(tǒng)，“伽利略”系統(tǒng)確定物體的精確度要高出10倍。與此同時，GPS系統(tǒng)以軍用為主，并且可能被美國以“軍事”原因隨意切斷衛(wèi)星信號。這無疑讓目前還依賴美國這一技術(shù)的歐洲國家不滿。 從“伽利略”計劃產(chǎn)生之初，在全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)商業(yè)運用上擁有實際壟斷地位的美國就開始對歐洲頻頻施壓。 2.6 RTK技術(shù)vRTK（Real Time Kinematic）技術(shù)，實時動態(tài)測量。在RTK作業(yè)模式下，基準(zhǔn)站通過數(shù)據(jù)鏈將其觀測值和測站坐標(biāo)信息一起傳送給流動站。流動站不僅通過數(shù)據(jù)鏈接收來自基準(zhǔn)站的數(shù)據(jù)，還要采集GPS觀測數(shù)據(jù)，并在系統(tǒng)內(nèi)組成差分觀測值進

7、行實時處理。2.7 虛擬參考站技術(shù)vVRS（Virtual Reference Station虛擬參考站）在RTK多測站解算中,建立了由電離層、對流層和衛(wèi)星軌道引起的GPS觀測誤差在空間和時間的相關(guān)模型 。流動站在初步測定所在點的位置后，參考站馬上計算出流動站所在位置的改正模型并將數(shù)據(jù)通過GPRSCDMA等方式給流動站，從而解算得流動站精確位置的一門新型測量技術(shù)。vVRS技術(shù)，可以在50Km左右時使RTK定位平面位置精度為12cm，并無需設(shè)立自己的基準(zhǔn)站。v目前我國的廣州、成都、深圳都已經(jīng)建立起自己的虛擬參考站，寧波目前正在進行設(shè)備采購，將于今年10月份試運行，明年5月份正式投入運行。GPS在

8、民間的導(dǎo)航應(yīng)用2.8 SmartStation（超站儀）v超站儀：將全站儀技術(shù)、RTK測量技術(shù)相結(jié)合的一種新型儀器。v使用SmartStation無需考慮控制點和導(dǎo)線點、導(dǎo)線和后方交會。 只需要在何時的地點架設(shè)SmartStation，按下GPS鍵并保持平穩(wěn)，在基線50km的范圍內(nèi)只需很短時間即可得到厘米級精度的RTK位置信息。vGPS完全嵌入全站儀完全嵌入全站儀v作為作為SmartStation使用使用, 或者單獨作或者單獨作為全站儀和為全站儀和RTK流動站使用。流動站使用。v右圖為瑞士徠卡公司生產(chǎn)的超站儀。右圖為瑞士徠卡公司生產(chǎn)的超站儀。第三節(jié):全站儀的測量中的應(yīng)用3.1、全站儀的基本功能

9、介紹 1角度測量角度測量(angle observation)（1）功能：）功能：v測水平角（測水平角（horizontal anglehorizontal angle）v豎直角豎直角(vertical angle)(vertical angle)（2）方法：）方法：與經(jīng)緯儀相同。與經(jīng)緯儀相同。若要測出水平角若要測出水平角AOBAOB，則：，則：aobAOB2距離測量(distance measuring)uPSM、PPM設(shè)置設(shè)置測距、坐標(biāo)、放樣前。測距、坐標(biāo)、放樣前。1 1）棱鏡常數(shù)（）棱鏡常數(shù)（PSMPSM）的設(shè)置。）的設(shè)置。一般：一般： PRISM=0PRISM=0（原配棱鏡），（原配棱

10、鏡），-30mm-30mm（國產(chǎn)棱鏡）（國產(chǎn)棱鏡）2 2）大氣改正數(shù)（）大氣改正數(shù)（PPMPPM）（乘常數(shù)）設(shè)置。）（乘常數(shù)）設(shè)置。 輸入測量時的氣溫（輸入測量時的氣溫（TEMPTEMP）、氣壓（）、氣壓（PRESSPRESS），或經(jīng)計算后，），或經(jīng)計算后，輸入輸入PPMPPM的值。的值。（1）功能：）功能：可測量平距、高差和斜距（全站儀可測量平距、高差和斜距（全站儀 鏡點至棱鏡鏡點間高差及斜距）鏡點至棱鏡鏡點間高差及斜距）（2）方法：）方法： 照準(zhǔn)棱鏡點，按照準(zhǔn)棱鏡點，按MEAS。 全站儀全站儀(total station)反光棱鏡反光棱鏡(reflector)S=ct/23坐標(biāo)測量（1）功

11、能：）功能：測出目標(biāo)點的測出目標(biāo)點的(X,Y,H)(X,Y,H)（2）原理）原理1)1)平面坐標(biāo)（平面坐標(biāo)（X X，Y Y）測量原理）測量原理 2）高程（Z）測量原理 （3）方法后視點后視點測站點測站點待測量點待測量點v1) 輸入測站輸入測站X，Y，H，儀器高，儀器高i，棱鏡高，棱鏡高t。v2) 瞄準(zhǔn)后視點，將水平度盤讀數(shù)設(shè)置為測站至后視瞄準(zhǔn)后視點，將水平度盤讀數(shù)設(shè)置為測站至后視點的坐標(biāo)方位角。點的坐標(biāo)方位角。v3) 瞄準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡點，按瞄準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡點，按MEAS（測量）鍵。（測量）鍵。4、點位放樣 (Layout)（1）功能：）功能： 根據(jù)設(shè)計的待放樣點根據(jù)設(shè)計的待放樣點P P及已知點的坐標(biāo)，及已知點的坐標(biāo)，在實地標(biāo)出在實地標(biāo)出P P點的平面位置及填挖高度。點的平面位置及填挖高度。XY后視點后視點測站點測站點待放樣點待放樣點P（2）原理 1 1）先在待放樣點的大致位置立棱鏡對其）先在待放樣點的大致位置立棱鏡對其進行觀測，測出當(dāng)前棱鏡位置的坐標(biāo)。進行觀測，測出當(dāng)前棱鏡位置的坐標(biāo)。XY后視點后視點測站點測站點待放樣待放樣點點P位置位置當(dāng)前棱當(dāng)前棱鏡位置鏡位置 2）將當(dāng)前坐標(biāo)與放樣點的坐標(biāo)相比較，計算出其差值。距離差值dD和角度差dHR或縱向差值X和橫向差值Y。XY后視點后視點測站點測站點當(dāng)前棱當(dāng)前棱鏡位