教學(xué)第二章-全站儀的測(cè)量原理課件

第二章全站儀的測(cè)量原理第二章全站儀的測(cè)量原理普通光學(xué)經(jīng)緯儀難以滿足測(cè)角自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄和自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)的要求。世界上第一臺(tái)電子經(jīng)緯儀(electronictheodolite)于1968年研制成功，80年代初生產(chǎn)出商品化的電子經(jīng)緯儀。采用光電掃描度盤(pán)，利用光電轉(zhuǎn)換原理和微處理器將角度方向值變?yōu)殡娦盘?hào)，從而完成自動(dòng)化測(cè)角的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)角度測(cè)量的自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄和自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)。§2.1全站儀的測(cè)角原理普通光學(xué)經(jīng)緯儀難以滿足測(cè)角自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄和自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)的2總述電子經(jīng)緯儀與光學(xué)經(jīng)緯儀外形結(jié)構(gòu)相似，但其測(cè)角讀數(shù)系統(tǒng)采用的是光電掃描度盤(pán)和自動(dòng)顯示系統(tǒng)。根據(jù)光電掃描度盤(pán)獲取電信號(hào)的原理不同，電子經(jīng)緯儀電子測(cè)角系統(tǒng)也不同，主要有以下三種：1.編碼度盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)——即采用編碼度盤(pán)及編碼測(cè)微器的絕對(duì)式測(cè)角系統(tǒng)；

3.動(dòng)態(tài)測(cè)角系統(tǒng)——即采用計(jì)時(shí)測(cè)角度盤(pán)并實(shí)現(xiàn)光電動(dòng)態(tài)掃描的絕對(duì)式測(cè)角系統(tǒng)。

2.光柵度盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)——即采用光柵度盤(pán)及莫爾干涉條紋技術(shù)的增量式測(cè)角系統(tǒng)；總述1.編碼度盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)——即采用編碼度盤(pán)及編碼測(cè)微器的絕對(duì)34全站儀的測(cè)角原理靜態(tài)度盤(pán)測(cè)角動(dòng)態(tài)度盤(pán)測(cè)角編碼度盤(pán)測(cè)角光柵度盤(pán)測(cè)角4全站儀的測(cè)角原理靜態(tài)度盤(pán)測(cè)角動(dòng)態(tài)度盤(pán)測(cè)角編碼度盤(pán)測(cè)角光柵度5

一、編碼度盤(pán)測(cè)角原理

扇區(qū)型碼盤(pán)條碼型碼盤(pán)5一、編碼度盤(pán)測(cè)角原理扇區(qū)型碼盤(pán)光柵度盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)測(cè)角原理光柵度盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)測(cè)角原理67二、編碼度盤(pán)與光柵度盤(pán)測(cè)角特點(diǎn)比較7二、編碼度盤(pán)與光柵度盤(pán)測(cè)角特點(diǎn)比較8三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正

補(bǔ)償：（1）垂直軸傾斜對(duì)垂直度盤(pán)讀數(shù)的影響（2）垂直軸傾斜對(duì)水平度盤(pán)讀數(shù)的影響新型液態(tài)雙軸自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)

8三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正補(bǔ)償：（1）9三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正

軸系改正： （1）視準(zhǔn)軸誤差（C）的改正 （2）垂直度盤(pán)指標(biāo)差（I）的改正 （3）水平軸傾斜誤差（i）的改正

9三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正軸系改10三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正i—垂直度盤(pán)指標(biāo)差，L—補(bǔ)償器零點(diǎn)指標(biāo)差，C—視準(zhǔn)差k—水平軸傾斜對(duì)水平角的影響，T—垂直軸傾斜對(duì)水平角的影響軸系補(bǔ)償與改正開(kāi)關(guān)的不同設(shè)置對(duì)測(cè)角的影響10三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正i—垂直度盤(pán)指標(biāo)差，11四、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與照準(zhǔn)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的類(lèi)型：1）配合式目標(biāo)識(shí)別；2）自主式目標(biāo)識(shí)別。徠卡ATR自動(dòng)目標(biāo)照準(zhǔn)：1）搜索過(guò)程；2）目標(biāo)照準(zhǔn)過(guò)程；3）測(cè)量過(guò)程。11四、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與照準(zhǔn)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的類(lèi)型：徠卡ATR自動(dòng)2.2全站儀的測(cè)距原理根據(jù)載波的不同可分為：

1、光電測(cè)距

（可見(jiàn)光、紅外光、激光）

2、微波測(cè)距

（無(wú)線電波、微波）

電磁波測(cè)距是用電磁波（光波或微波）作為載波傳輸測(cè)距信號(hào)以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的一種方法。2.2全站儀的測(cè)距原理根據(jù)載波的不同可分為：電磁波測(cè)12電磁波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)：

1、測(cè)程遠(yuǎn)、精度高。

2、受地形限制少。

3、作業(yè)快、工作強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。公路工程測(cè)量中應(yīng)用較多的是中短程紅外光電測(cè)距儀。電磁波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)：公路工程測(cè)量中應(yīng)用較多的是中短程紅外13光電測(cè)距儀是通過(guò)測(cè)量光波在待測(cè)距離D上往、返傳播的時(shí)間t2D，計(jì)算待測(cè)距離D：式中：c—光波在空氣中的傳播速度一）測(cè)距原理光電測(cè)距儀是通過(guò)測(cè)量光波在待測(cè)距離D上往、返傳14二）測(cè)距方法光電測(cè)距儀按照t2D的不同測(cè)量方式，可分為：脈沖式（直接測(cè)定時(shí)間）相位式（間接測(cè)定時(shí)間）二）測(cè)距方法光電測(cè)距儀按照t2D的不同測(cè)量方式151、脈沖式脈沖式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)制成一定頻率的尖脈沖，通過(guò)測(cè)量發(fā)射的尖脈沖在待測(cè)距離上往返傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算距離。脈沖測(cè)距原理圖：脈沖的振蕩頻率q：計(jì)數(shù)器計(jì)得的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器只能記憶整數(shù)個(gè)時(shí)鐘脈沖，不足一周期的時(shí)間被丟掉了。測(cè)距精度較低，一般在“米”級(jí)，最好的達(dá)“分米”級(jí)。1、脈沖式脈沖式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)162、相位式相位式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成正弦波的形式，通過(guò)測(cè)量正弦光波在待測(cè)距離上往、返傳播的相位移來(lái)解算時(shí)間。將返程的正弦波以棱鏡站為中心對(duì)稱(chēng)展開(kāi)后的圖形：2、相位式相位式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成17由于，所以則：式中，取，則不同的調(diào)制頻率?對(duì)應(yīng)的測(cè)尺長(zhǎng)見(jiàn)下表：調(diào)制頻率?測(cè)尺長(zhǎng)10m20m100m1km2km調(diào)制頻率越大，測(cè)尺長(zhǎng)度越短。由于，所以則：式中18相位式測(cè)距儀的基本工作原理圖：1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個(gè)調(diào)制光波，同時(shí)至檢相器；2、調(diào)制光波在待測(cè)距離上傳播，反射鏡反射后，經(jīng)接收系統(tǒng)進(jìn)入檢相器；3、檢相器將發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行相位比較，測(cè)出相位差；4、每改變頻率f后的調(diào)制光波，測(cè)出一個(gè)，組合后經(jīng)微處理器計(jì)算顯示結(jié)果。相位式測(cè)距儀的基本工作原理圖：1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個(gè)調(diào)制19第二章-全站儀的測(cè)量原理課件20三）測(cè)程及測(cè)距儀的精度：1、測(cè)程：測(cè)距儀一次所能測(cè)的最遠(yuǎn)距離。短程測(cè)距儀

—測(cè)程小于5km；

中程測(cè)距儀

—測(cè)程在5km-30km；

遠(yuǎn)程測(cè)距儀

—測(cè)程在30km以上。

三）測(cè)程及測(cè)距儀的精度：1、測(cè)程：測(cè)距儀一次所能測(cè)的最遠(yuǎn)距離212、測(cè)距儀的精度：式中：mD—測(cè)距中誤差，單位為mm；

a—固定誤差，單位為mm；

b—比例誤差；

D—以km為單位的距離。某短程紅外測(cè)距儀的精度為

當(dāng)距離D為0.6km時(shí)，測(cè)距精度是mD=±8mm。

(通常寫(xiě)作ppm)2、測(cè)距儀的精度：式中：mD—測(cè)距中誤差，單位為mm；223、全站儀的等級(jí)國(guó)家計(jì)量檢定規(guī)程（JJG100－94）將全站儀準(zhǔn)確度等級(jí)分劃為四個(gè)等級(jí)。3、全站儀的等級(jí)234、距離計(jì)算：1）儀器常數(shù)改正（測(cè)距儀的乘常數(shù)R和加常數(shù)K）加常數(shù)K=L–L′（mm）乘常數(shù)R的單位是mm/km對(duì)于觀測(cè)值為L(zhǎng)′的距離，其常數(shù)改正值為：4、距離計(jì)算：1）儀器常數(shù)改正（測(cè)距儀的乘常數(shù)R和加常數(shù)K）242）氣象改正某測(cè)距儀的氣象改正公式為：式中：ΔLt——?dú)庀蟾恼担瑔挝粸閙m；

P——測(cè)站氣壓，單位為mmHg，

1mmHg=133.322Pa；

t——測(cè)站溫度，單位為°C；

L——距離，單位為km。2）氣象改正某測(cè)距儀的氣象改正公式為：式中：ΔLt——?dú)庀蟾?53）傾斜改正L——經(jīng)過(guò)常數(shù)改正和氣象改正后的斜距；α——經(jīng)緯儀測(cè)定的測(cè)線豎直角。3）傾斜改正L——經(jīng)過(guò)常數(shù)改正和氣象改正后的斜距；26第二章全站儀的測(cè)量原理第二章全站儀的測(cè)量原理普通光學(xué)經(jīng)緯儀難以滿足測(cè)角自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄和自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)的要求。世界上第一臺(tái)電子經(jīng)緯儀(electronictheodolite)于1968年研制成功，80年代初生產(chǎn)出商品化的電子經(jīng)緯儀。采用光電掃描度盤(pán)，利用光電轉(zhuǎn)換原理和微處理器將角度方向值變?yōu)殡娦盘?hào)，從而完成自動(dòng)化測(cè)角的全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)角度測(cè)量的自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄和自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)?！?.1全站儀的測(cè)角原理普通光學(xué)經(jīng)緯儀難以滿足測(cè)角自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄和自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)的28總述電子經(jīng)緯儀與光學(xué)經(jīng)緯儀外形結(jié)構(gòu)相似，但其測(cè)角讀數(shù)系統(tǒng)采用的是光電掃描度盤(pán)和自動(dòng)顯示系統(tǒng)。根據(jù)光電掃描度盤(pán)獲取電信號(hào)的原理不同，電子經(jīng)緯儀電子測(cè)角系統(tǒng)也不同，主要有以下三種：1.編碼度盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)——即采用編碼度盤(pán)及編碼測(cè)微器的絕對(duì)式測(cè)角系統(tǒng)；

3.動(dòng)態(tài)測(cè)角系統(tǒng)——即采用計(jì)時(shí)測(cè)角度盤(pán)并實(shí)現(xiàn)光電動(dòng)態(tài)掃描的絕對(duì)式測(cè)角系統(tǒng)。

2.光柵度盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)——即采用光柵度盤(pán)及莫爾干涉條紋技術(shù)的增量式測(cè)角系統(tǒng)；總述1.編碼度盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)——即采用編碼度盤(pán)及編碼測(cè)微器的絕對(duì)2930全站儀的測(cè)角原理靜態(tài)度盤(pán)測(cè)角動(dòng)態(tài)度盤(pán)測(cè)角編碼度盤(pán)測(cè)角光柵度盤(pán)測(cè)角4全站儀的測(cè)角原理靜態(tài)度盤(pán)測(cè)角動(dòng)態(tài)度盤(pán)測(cè)角編碼度盤(pán)測(cè)角光柵度31

一、編碼度盤(pán)測(cè)角原理

扇區(qū)型碼盤(pán)條碼型碼盤(pán)5一、編碼度盤(pán)測(cè)角原理扇區(qū)型碼盤(pán)光柵度盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)測(cè)角原理光柵度盤(pán)測(cè)角系統(tǒng)測(cè)角原理3233二、編碼度盤(pán)與光柵度盤(pán)測(cè)角特點(diǎn)比較7二、編碼度盤(pán)與光柵度盤(pán)測(cè)角特點(diǎn)比較34三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正

補(bǔ)償：（1）垂直軸傾斜對(duì)垂直度盤(pán)讀數(shù)的影響（2）垂直軸傾斜對(duì)水平度盤(pán)讀數(shù)的影響新型液態(tài)雙軸自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)

8三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正補(bǔ)償：（1）35三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正

軸系改正： （1）視準(zhǔn)軸誤差（C）的改正 （2）垂直度盤(pán)指標(biāo)差（I）的改正 （3）水平軸傾斜誤差（i）的改正

9三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正軸系改36三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正i—垂直度盤(pán)指標(biāo)差，L—補(bǔ)償器零點(diǎn)指標(biāo)差，C—視準(zhǔn)差k—水平軸傾斜對(duì)水平角的影響，T—垂直軸傾斜對(duì)水平角的影響軸系補(bǔ)償與改正開(kāi)關(guān)的不同設(shè)置對(duì)測(cè)角的影響10三、電子測(cè)角中的軸系補(bǔ)償與改正i—垂直度盤(pán)指標(biāo)差，37四、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與照準(zhǔn)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的類(lèi)型：1）配合式目標(biāo)識(shí)別；2）自主式目標(biāo)識(shí)別。徠卡ATR自動(dòng)目標(biāo)照準(zhǔn)：1）搜索過(guò)程；2）目標(biāo)照準(zhǔn)過(guò)程；3）測(cè)量過(guò)程。11四、自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別與照準(zhǔn)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的類(lèi)型：徠卡ATR自動(dòng)2.2全站儀的測(cè)距原理根據(jù)載波的不同可分為：

1、光電測(cè)距

（可見(jiàn)光、紅外光、激光）

2、微波測(cè)距

（無(wú)線電波、微波）

電磁波測(cè)距是用電磁波（光波或微波）作為載波傳輸測(cè)距信號(hào)以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的一種方法。2.2全站儀的測(cè)距原理根據(jù)載波的不同可分為：電磁波測(cè)38電磁波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)：

1、測(cè)程遠(yuǎn)、精度高。

2、受地形限制少。

3、作業(yè)快、工作強(qiáng)度低等優(yōu)點(diǎn)。公路工程測(cè)量中應(yīng)用較多的是中短程紅外光電測(cè)距儀。電磁波測(cè)距的優(yōu)點(diǎn)：公路工程測(cè)量中應(yīng)用較多的是中短程紅外39光電測(cè)距儀是通過(guò)測(cè)量光波在待測(cè)距離D上往、返傳播的時(shí)間t2D，計(jì)算待測(cè)距離D：式中：c—光波在空氣中的傳播速度一）測(cè)距原理光電測(cè)距儀是通過(guò)測(cè)量光波在待測(cè)距離D上往、返傳40二）測(cè)距方法光電測(cè)距儀按照t2D的不同測(cè)量方式，可分為：脈沖式（直接測(cè)定時(shí)間）相位式（間接測(cè)定時(shí)間）二）測(cè)距方法光電測(cè)距儀按照t2D的不同測(cè)量方式411、脈沖式脈沖式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)制成一定頻率的尖脈沖，通過(guò)測(cè)量發(fā)射的尖脈沖在待測(cè)距離上往返傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算距離。脈沖測(cè)距原理圖：脈沖的振蕩頻率q：計(jì)數(shù)器計(jì)得的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器只能記憶整數(shù)個(gè)時(shí)鐘脈沖，不足一周期的時(shí)間被丟掉了。測(cè)距精度較低，一般在“米”級(jí)，最好的達(dá)“分米”級(jí)。1、脈沖式脈沖式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)422、相位式相位式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成正弦波的形式，通過(guò)測(cè)量正弦光波在待測(cè)距離上往、返傳播的相位移來(lái)解算時(shí)間。將返程的正弦波以棱鏡站為中心對(duì)稱(chēng)展開(kāi)后的圖形：2、相位式相位式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成43由于，所以則：式中，取，則不同的調(diào)制頻率?對(duì)應(yīng)的測(cè)尺長(zhǎng)見(jiàn)下表：調(diào)制頻率?測(cè)尺長(zhǎng)10m20m100m1km2km調(diào)制頻率越大，測(cè)尺長(zhǎng)度越短。由于，所以則：式中44相位式測(cè)距儀的基本工作原理圖：1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個(gè)調(diào)制光波，同時(shí)至檢相器；2、調(diào)制光波在待測(cè)距離上傳播，反射鏡反射后，經(jīng)接收系統(tǒng)進(jìn)入檢相器；3、檢相器將發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行相位比較，測(cè)出相位差；4、每改變頻率f后的調(diào)制光波，測(cè)出一個(gè)，組合后經(jīng)微處理器計(jì)算顯示結(jié)果。相位式測(cè)距儀的基本工作原理圖：1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個(gè)調(diào)制45第二章-全站儀的測(cè)量原理課件46三）測(cè)程及測(cè)距儀的精度：1、測(cè)程：測(cè)距儀一次所能測(cè)的最遠(yuǎn)距離。短程測(cè)距儀

—測(cè)程小于5km；

中程測(cè)距儀

—測(cè)程在5km-30km；

遠(yuǎn)程測(cè)距儀

—測(cè)程在30km以上。

三）測(cè)程及測(cè)距儀的精度：1、測(cè)程：測(cè)距儀一次所能測(cè)的最遠(yuǎn)距離472、測(cè)距儀的精度：式中：mD—測(cè)距中誤差，單位為mm；