工程測量的儀器和方法

1、本章內(nèi)容 角度測量 距離測量 高程測量 準(zhǔn)直測量 坐標(biāo)測量 其他測量 牛牛文庫文檔分享 4.1 角度測量 牛牛文庫文檔分享 角度是幾何測量的基本元素，包括水平角和豎 直角。 水平角是一點到兩目標(biāo)點的方向線垂直投影在 水平面上所構(gòu)成的角度； 豎直角是一點到目標(biāo)點的視線與水平面的夾角， 若方向線在水平面之上，豎直角為正，為仰角， 否則豎直角為負(fù)，為俯角。豎直角也稱垂直角、 俯仰角或高度角，而方向線與鉛垂線的夾角稱 為天頂距。 當(dāng)已知或直接測出真北方向，通過角度測量還 可得到方位角。 角度測量的儀器主要是經(jīng)緯儀，分為光學(xué)經(jīng)緯 儀和電子經(jīng)緯儀二大類。 牛牛文庫文檔分享 4.1.1 光學(xué)經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)

2、 主要包括照準(zhǔn)部、基座和三腳架部分，核心是照準(zhǔn)部。 照準(zhǔn)部又可分為照準(zhǔn)、讀數(shù)、軸系和安平幾部分。照準(zhǔn) 部主要是帶十字絲的望遠(yuǎn)鏡，十字絲與物鏡組中心的連 線稱為視準(zhǔn)軸。讀數(shù)部分包括水平度盤、豎直度盤，以 及為精確讀數(shù)服務(wù)的光路系統(tǒng)和測微裝置。 軸系包括豎直軸（簡稱豎軸）、水平軸（簡稱橫軸）和 視準(zhǔn)軸，豎軸是照準(zhǔn)部水平旋轉(zhuǎn)的中心軸，橫軸是望遠(yuǎn) 鏡在豎直方向旋轉(zhuǎn)的中心軸。 經(jīng)緯儀觀測要求豎軸鉛垂、橫軸正交于豎軸、視準(zhǔn)軸正 交于橫軸，其不正交誤差稱為三軸誤差。 安平設(shè)備主要指水準(zhǔn)管，其主要用途是將豎軸鉛垂，另 外還要使豎直度盤的指標(biāo)線位置正確。 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 經(jīng)緯儀的測角精度主要

3、取決于軸系誤差和讀數(shù)誤差。 我國光學(xué)經(jīng)緯儀系列分為J07、J1、J2、J6等型號，J為經(jīng)緯儀漢語拼音的第一個 字母，下標(biāo)表示儀器的精度指標(biāo)。 牛牛文庫文檔分享 4.1.2 水平角觀測 測回法 全圓測回法（方向觀測法） 全組合測角法 牛牛文庫文檔分享 在工程測量實際應(yīng)用中，相鄰邊長有時相差懸殊，很難做到“一測回中不調(diào) 焦”的規(guī)定。這時，可按下列程序進(jìn)行測角： 盤左，粗略瞄準(zhǔn)一個目標(biāo)； 仔細(xì)對光，消除視差； 精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)，取水平度盤讀數(shù)； 不動調(diào)焦鏡，盤右，精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)，取水平度盤讀數(shù)； 對于下一個目標(biāo)，重復(fù)上述操作。 牛牛文庫文檔分享 4.1.3 垂直角觀測 豎直角觀測的具體操作程序如下： 盤左

4、，按上、中、下三根水平絲的順序依次照準(zhǔn)同一目標(biāo)各 一次，并分別讀豎盤讀數(shù)； 盤右，同一樣的觀測； 分別計算三根水平絲所測得的指標(biāo)差和豎直角，并取豎直角 的平均值作為一個目標(biāo)的一測回之值。 該觀測方法稱為“三絲法”，若僅使用中間水平絲進(jìn)行觀測， 則稱為“中絲法”。 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 360 2 1 180 2 1 LRi LR 垂直角與指標(biāo)差的計算： 牛牛文庫文檔分享 4.1.4 電子經(jīng)緯儀 用電子度盤替代光學(xué)模擬度盤，實現(xiàn)度盤讀數(shù)的自動化，則成為電子經(jīng)緯儀。 在電子經(jīng)緯儀中，雖然實現(xiàn)了度盤讀數(shù)的自動輸出，但在角度觀測的操作方法上， 基本上沿用光學(xué)經(jīng)緯儀的一般要求。 用于電子經(jīng)

5、緯儀的角度傳感器主要有兩種，編碼度盤和動態(tài)測角系統(tǒng)。 牛牛文庫文檔分享 圖4-4 Grey碼盤 圖4-5 動態(tài)測角原理 0 LR LS 牛牛文庫文檔分享 4.1.5 目標(biāo)照準(zhǔn)自動化 20世紀(jì)90年代中葉，自動目標(biāo)識別與照準(zhǔn)技術(shù)的出現(xiàn)，突破了角度測量中需 要人工照準(zhǔn)目標(biāo)的缺陷，使角度測量發(fā)生了質(zhì)的飛躍，實現(xiàn)了真正的自動化。 牛牛文庫文檔分享 自動目標(biāo)識別（ATR）部件被安裝在經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡上，紅外光束通過光學(xué) 部件被同軸地投影在望遠(yuǎn)鏡上，從物鏡發(fā)射出去，反射回來的光束，形成光點由 內(nèi)置CCD相機(jī)接收，其位置以CCD相機(jī)中心作為參考點來精確地確定，假如 CCD相機(jī)中心與望遠(yuǎn)鏡光軸的調(diào)整是正確的，則

6、可從CCD相機(jī)上光點的位置直 接計算并輸出以ATR方式測得的水平角度和垂直角。 牛牛文庫文檔分享 圖4-6 帶ATR望遠(yuǎn)鏡結(jié)構(gòu)示意圖 牛牛文庫文檔分享 與人工照準(zhǔn)目標(biāo)存在視準(zhǔn)差一樣，ATR同樣存在視準(zhǔn)差。ATR視準(zhǔn)差的校準(zhǔn)是提 高其測量精度的重要環(huán)節(jié)。 測定ATR視準(zhǔn)差時，必須人工將望遠(yuǎn)鏡對準(zhǔn)棱鏡中心，望遠(yuǎn)鏡十字絲提供的視準(zhǔn) 線與CCD相機(jī)中心之間的水平和垂直方向上的偏差由儀器計算并存貯下來，用于 ATR方式測量時的角度改正。 牛牛文庫文檔分享 ATR自動識別并照準(zhǔn)目標(biāo)主要有三個過程：目標(biāo)搜索過程、目標(biāo)照準(zhǔn)過程和測 量過程。 在人工粗略照準(zhǔn)棱鏡后，啟動ATR，首先進(jìn)行目標(biāo)搜索過程。在視場內(nèi)如無

7、發(fā) 現(xiàn)棱鏡，望遠(yuǎn)鏡在馬達(dá)的驅(qū)動下按螺旋式或矩形方式連續(xù)搜索目標(biāo)，ATR一旦 探測到棱鏡，望遠(yuǎn)鏡馬上停止搜索，即刻進(jìn)入目標(biāo)照準(zhǔn)過程。 牛牛文庫文檔分享 圖4-8 ATR角度修正與照準(zhǔn) 圖4-7 ATR目標(biāo)搜索方式 牛牛文庫文檔分享 ATR需要一塊棱鏡配合進(jìn)行目標(biāo)識別，在每一次ATR測量過程中，十字絲中心相 對棱鏡中心的角度偏移量都重新測定，并相應(yīng)改正水平方向和垂直角。 當(dāng)使用ATR方式進(jìn)行測量時，由于其望遠(yuǎn)鏡不需要對目標(biāo)調(diào)焦或人工照準(zhǔn)，因此， 不但加快了測量速度，并且測量精度與觀測員的水平無關(guān)，測量結(jié)果更加穩(wěn)定可 靠。 牛牛文庫文檔分享 4.1.6 全自動陀螺經(jīng)緯儀 經(jīng)緯儀與陀螺儀配合使用，成為

8、陀螺經(jīng)緯儀。 利用陀螺儀可以尋找真北，因此利用陀螺經(jīng)緯儀可以測出某一方向與真北方向的 夾角，也就是該方向的地理方位角。 目前，陀螺經(jīng)緯儀的自動化程度已得到較大提高，在工程測量的應(yīng)用更為廣泛。 牛牛文庫文檔分享 GYROMAT2000AGP1 圖4-9 自動化陀螺經(jīng)緯儀 牛牛文庫文檔分享 為了通過觀測陀螺軸的擺動，測定陀螺軸擺動的 平衡位置來實現(xiàn)子午北（真北）定向，以往的光 學(xué)陀螺經(jīng)緯儀一般以人工的方式按逆轉(zhuǎn)點法或中 天法進(jìn)行。 由于人工觀測，對觀測員的操作技術(shù)要求較高， 并且存在效率低，易出錯等缺陷。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，上個世紀(jì)八十年代以來， 世界上開始研制并使用全自動的陀螺經(jīng)緯儀。 目前，

9、自動化陀螺經(jīng)緯儀的主要產(chǎn)品有德國威斯 特發(fā)倫采礦聯(lián)合公司（WBK）的Gyromat2000 和日本索佳公司（SOKKIA）的AGP1等。 自動化陀螺經(jīng)緯儀在無需人工任何干預(yù)的情況下 可快速高精度地實現(xiàn)定向觀測。如 Gyromat2000陀螺經(jīng)緯儀，在不足10分鐘的時 間內(nèi)可達(dá)到優(yōu)于3.2的定向精度。 牛牛文庫文檔分享 自動化陀螺經(jīng)緯儀一般由自動陀螺儀和電子經(jīng)緯儀組成。 陀螺經(jīng)緯儀按靈敏部的結(jié)構(gòu)方式，可分為懸掛式、液體漂浮式及混合式，近代陀 螺經(jīng)緯儀大都采用懸掛式。 對于懸掛式的陀螺經(jīng)緯儀按結(jié)構(gòu)可分為兩類：一類是陀螺儀架在經(jīng)緯儀之上，陀 螺儀作為上架附件，不定向時可將其卸下，經(jīng)緯儀可單獨使用；另

10、一類是將陀螺 儀安裝在經(jīng)緯儀的下部，兩者緊密相連，經(jīng)緯儀不能單獨使用。 牛牛文庫文檔分享 圖4-10 陀螺儀懸掛結(jié)構(gòu)示意圖 注： 陀螺馬達(dá) 靈敏部 懸掛帶 牛牛文庫文檔分享 自動化陀螺儀一般通過數(shù)據(jù)電纜與電子經(jīng)緯儀聯(lián)接，并在計算機(jī)程序的控制下自 動完成定向的整個操作過程。 Gyromat2000陀螺經(jīng)緯儀的自動定向主要是依靠步進(jìn)測量（概略尋北）和自動 積分測量系統(tǒng)實現(xiàn)。步進(jìn)測量的目的是減小陀螺在靜態(tài)擺動下的擺幅，使擺動的 信號處于光電檢測元件的感光區(qū)內(nèi)，同時在陀螺啟動狀態(tài)下也使擺動平衡位置最 終接近于北。 牛牛文庫文檔分享 圖4-11 積分測量原理示意圖 牛牛文庫文檔分享 Gyromat200

11、0自動陀螺經(jīng)緯儀定向的主要操作步驟如下： 1、將陀螺經(jīng)緯儀安置到三腳架上，對中、整平； 2、連接自動陀螺儀與電子經(jīng)緯儀之間的數(shù)據(jù)通信電纜； 3、經(jīng)緯儀開機(jī)，陀螺儀開機(jī)； 4、啟動測量程序進(jìn)行定向測量： （1）將儀器從任意初始位置依靠步進(jìn)測量自動實現(xiàn)概 略尋北； （2）測定測前懸?guī)Я阄唬?（3）儀器預(yù)定向，使概略指北方向小于0.05g（ 242）； （4）按積分測量精確定向，并顯示照準(zhǔn)部零位與真北 方向的偏角； 5、經(jīng)緯儀照準(zhǔn)測線目標(biāo)，盤左、盤右觀測兩測回，將結(jié) 果輸入到陀螺儀中，即可計算并顯示測線方位角。 牛牛文庫文檔分享 表4-1 自動陀螺經(jīng)緯儀的主要技術(shù)指標(biāo) 牛牛文庫文檔分享 4.2 距離

12、測量 牛牛文庫文檔分享 距離是幾何測量的基本元素，距離測量的方法 主要有三種：直接丈量、間接視距測量和物理 測距。 直接丈量就是用量尺直接在地面上測定兩點間 的距離，精度要求高的用銦瓦尺，一般用鋼卷 尺等。 視距測量是利用裝有視距絲裝置的測量儀器配 合標(biāo)尺，利用相似三角形原理，間接測定兩點 間距離，操作方便，但精度一般較低。 物理測距是利用光波或電磁波的波長與時間的 關(guān)系來測定兩點間的距離，精度高，是測量中 應(yīng)用最多的測距方法，更高精度的干涉測距技 術(shù)一般在計量領(lǐng)域應(yīng)用。 在特殊工程測量應(yīng)用中距離測量還包括偏距測 量。 牛牛文庫文檔分享 4.2.1 鋼尺量距 鋼尺是目前用于直接丈量的主要工具，

13、它實際是一卷鋼帶，帶寬1015mm，厚0.20.4mm，長度有20m、 30m、50m三種，尺面的基本分劃為厘米，分米及米處均有毫米分劃，高精度的尺子還有銦瓦線尺，一般 長24m。 鋼尺量距需要測釬、花桿（標(biāo)桿）、垂球、溫度計、拉力器等。 牛牛文庫文檔分享 4.2.2 電磁波測距 電磁波測距是通過測定電磁波束在待測距離上往返傳播的時間，利用下列基本公 式來計算待測距離的： D tcD 2 2 1 牛牛文庫文檔分享 相位式測距原理 相位式測距是通過測量調(diào)制波在測線上往返傳播所產(chǎn)生的相位移間接地測定電磁 波在測線上往返傳播時間的。 牛牛文庫文檔分享 脈沖式測距原理 由脈沖發(fā)射器發(fā)射一束光脈沖，經(jīng)發(fā)

14、射光學(xué)系統(tǒng)后，射向被測 目標(biāo)。 與此同時，由儀器內(nèi)的取樣棱鏡取出一小部分光脈沖，送入接 收光學(xué)系統(tǒng)，再由光電接收器轉(zhuǎn)換為電脈沖（稱為主波脈沖）， 作為計時的起點。 當(dāng)從目標(biāo)反射回來的電脈沖通過接收光電系統(tǒng)后，也被光電接 收器并轉(zhuǎn)換為電脈沖（稱為回波脈沖），作為計時的終點。 顯然，主波脈沖和回波脈沖之間的時間間隔，就是光脈沖在測 線上往返傳播的時間，可用時標(biāo)脈沖作為標(biāo)準(zhǔn)器來度量。 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 測距儀分類 按載波可分為光波測距儀、微波測距儀和多載波測距儀； 按測程可分為短程測距儀（km以內(nèi)）、中程測距儀（27km）、遠(yuǎn)程測距儀（715km）和超遠(yuǎn)程測 距儀； 按精度可分為超

15、高精度測距儀、高精度測距儀和一般精度測距儀； 按測距方式可將測距儀分為脈沖式測距儀、相位式測距儀和混合式測距儀。 牛牛文庫文檔分享 成果整理 測距讀數(shù)平均值，須經(jīng)多項改正后，才能得到兩點間正確的水平距離。 儀器常數(shù)改正：加常數(shù)改正、乘常數(shù)改正 ； 氣象改正：影響光速的大氣折射率是光的波長、氣溫、氣壓的函數(shù)。 傾斜改正 ：將斜距改化為平距。 投影改正：投影到設(shè)計的投影面。 牛牛文庫文檔分享 4.2.3 雙頻激光干涉測量 雙頻激光干涉儀是目前測長儀中精度較高的一種儀器，它能在較差的環(huán)境中達(dá)到 510-7左右的測量精度，測程可達(dá)幾十米，而且自動化程度高。 由于雙頻激光干涉儀高精度和自動化的特點，因此

16、非常適合于高精度工程測量應(yīng) 用，以及測距儀、全站儀的測距精度自動檢測。 牛牛文庫文檔分享 基本原理 光源采用縱向塞曼He-Ne激光器，產(chǎn)生頻差約為 1.3MHz的左右旋圓偏振光，頻率分別為f1、f2。 經(jīng)1 /4玻片轉(zhuǎn)換為電振動方向正交的兩線偏振光。由 分光器分出一小部分光，經(jīng)過檢偏器P1實現(xiàn)拍頻，光 電檢測器1得到頻率為f= f1-f2的參考信號。其余從光 頭中射出，進(jìn)入由偏振分光鏡PBS、固定角錐棱鏡M1 和可移動角錐棱鏡M2組成的邁克爾遜干涉系統(tǒng)。 激光在PBS上分成兩束，f1頻率的光經(jīng)固定角錐棱鏡返 回；f2頻率的光由可動角錐棱鏡返回，兩束光匯合， 經(jīng)偏振器P2實現(xiàn)拍頻。 當(dāng)可動反射鏡

17、靜止時，光電檢測器2得到拍頻信號f= f1-f2。如果可動角錐棱鏡移動，則得到的拍頻頻率是 f= f1-（f2f），其中f為可動棱鏡運動速度V引 起的多普勒頻移。 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 4.2.4 偏距測量 在許多精密工程測量的實際工作中，往往需要測定一點至一條直線的垂直距離，我們叫它偏距。 偏距測量工作的特點是垂直距離一般比較小，如不超過2m，絕對精度很高，一般要求達(dá)到幾十個微米。 牛牛文庫文檔分享 尼龍絲準(zhǔn)直系統(tǒng) 該系統(tǒng)由三部分組成：尼龍絲、帶有探測器的尺子及控制裝置。 直徑0.25mm的尼龍絲，靠點針對中，并采用一端固定，另一端引張的方 法在兩基準(zhǔn)點間拉緊

18、，形成一條基準(zhǔn)線。 帶有探測器的尺子用定位圓筒強(qiáng)制對中在基準(zhǔn)點的插座中，并靠插座的豎 直性保證尺子水平，用手整置尺子垂直于尼龍絲，從而建立一條通過基準(zhǔn) 點中心且垂直于尼龍絲的垂線。 探測器是安裝在滾筒上的滑座，滾筒由馬達(dá)驅(qū)動的精密螺絲桿使之滾動， 螺距4mm。用一個安裝在螺絲桿一端且與其精密配合，并和帶有顯示器 的可逆計數(shù)器相聯(lián)的增量編碼器，來測量探測器的位置。 牛牛文庫文檔分享 激光準(zhǔn)直系統(tǒng) 該系統(tǒng)由一帶有專門光學(xué)系統(tǒng)的激光源及一臺差示光電管接收機(jī)組成。 基準(zhǔn)線由一束激光束標(biāo)定。由氦氖激光器發(fā)出的功率1mW的激光束。 光電接收機(jī)是在螺絲桿驅(qū)動下移動的滑座?；刂萁z桿的移動，位置的測量和計

19、數(shù)以及激光束中心位 置的探測等與尼龍絲準(zhǔn)直系統(tǒng)都是相似的。 牛牛文庫文檔分享 4.3 高程測量 牛牛文庫文檔分享 高程測量，即高差測量。 主要有幾何水準(zhǔn)測量、液體靜力水準(zhǔn)測量以及三角高程測量等方法 。 牛牛文庫文檔分享 4.3.1幾何水準(zhǔn)測量 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 電子水準(zhǔn)儀 電子水準(zhǔn)儀（或稱數(shù)字水準(zhǔn)儀）以自動安平光學(xué)水準(zhǔn)儀為基礎(chǔ)，在望遠(yuǎn)鏡光路中增加了分光鏡和探測器 （Charge Coupled Device，或簡稱CCD），并采用編碼標(biāo)尺和圖像處理系統(tǒng)，另外還包括微處理器、數(shù) 據(jù)記錄存儲器、串行接口、顯示與操作面板、蓄電池等，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)記錄、存儲、傳輸及各種

20、處理的自動 化。 牛牛文庫文檔分享 電子水準(zhǔn)儀是在自動安平水準(zhǔn)儀的基礎(chǔ)上發(fā)展 起來的。各廠家的電子水準(zhǔn)儀采用了大體一致 的結(jié)構(gòu)。 基本構(gòu)造由光學(xué)機(jī)械部分、自動安平補(bǔ)償裝置 和電子設(shè)備組成。 電子設(shè)備主要包括：調(diào)焦編碼器、光電傳感器 （即線陣CCD器件）、讀數(shù)電子元件、單片微 處理機(jī)、GSI接口（外部電源和外部存儲記錄）、 顯示器件、鍵盤以及影像數(shù)據(jù)處理軟件等。 標(biāo)尺采用條形碼標(biāo)尺供電子測量使用。各廠家 標(biāo)尺編碼的條碼圖案不同，不能互換使用。 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 徠卡DNA03/10DNA03/10 蔡司DINI10DINI10 索佳SDL2SDL2拓普康DL1

21、01/102DL101/102 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 主要優(yōu)點： （1）讀數(shù)客觀。因為數(shù)字水準(zhǔn)儀采用CCD光 學(xué)傳感器和圖像處理、識別系統(tǒng)對編碼標(biāo)尺的視 線高進(jìn)行自動讀數(shù)，所以與傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量相比， 它避免了人為的讀數(shù)誤差和記錄誤差。 （2）測量精度高。視線高和視距讀數(shù)都是采 用多個條碼的圖像經(jīng)過處理后取平均得出來的， 因此削弱了標(biāo)尺分劃誤差的影響。同時，測量時 要求儀器市場范圍內(nèi)的可見條碼不能少于一個碼 區(qū)的條碼個數(shù)。 （3）測量速度快。因為測量過程中省去了讀 數(shù)、報數(shù)、記錄、現(xiàn)場計算以及人為出錯的重測 時間，所以，利用數(shù)字水準(zhǔn)儀進(jìn)行測量的時間比 利用傳統(tǒng)水準(zhǔn)儀測量節(jié)省1/3左右

22、。 牛牛文庫文檔分享 （4）測量效率高。在測量過程中，只需進(jìn)行 認(rèn)為調(diào)焦、瞄準(zhǔn)，按下測量鍵就可以進(jìn)行自動 讀數(shù)、記錄，減輕了測量人員的勞動強(qiáng)度。除 此，儀器還能自動檢核和處理測量數(shù)據(jù)，利用 數(shù)據(jù)線可以將各種數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機(jī)進(jìn)行處理， 實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化。 （5）操作簡單。由于儀器實現(xiàn)了讀數(shù)和記錄 的自動化，并預(yù)存了大量測量和檢核程序，在 操作時還有實時提示，因此，測量人員可以很 快熟悉與掌握儀器的使用方法，即使不熟練的 作業(yè)人員也能進(jìn)行高精度測量。 （6）自動改正測量誤差。由于儀器內(nèi)部配有 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，可以對條碼尺的分化誤差、 CCD傳感器的畸變、電子i角、大氣折光等系統(tǒng) 誤差進(jìn)行修正。 牛牛文

23、庫文檔分享 主要缺點： （1）電子水準(zhǔn)儀對標(biāo)尺進(jìn)行讀數(shù)不如光學(xué)水 準(zhǔn)儀靈活，電子水準(zhǔn)儀只能對其配套標(biāo)尺進(jìn)行照 準(zhǔn)讀數(shù)，而在有些部門的應(yīng)用中，使用自制的標(biāo) 尺，甚至是普通的鋼板尺，只要有刻劃線，光學(xué) 水準(zhǔn)儀就能讀數(shù)，而電子水準(zhǔn)儀則無法工作。同 時，電子水準(zhǔn)儀要求有一定的視場范圍，但有些 情況下，只能通過一個較窄的狹縫進(jìn)行照準(zhǔn)讀數(shù)， 這時就只能使用光學(xué)水準(zhǔn)儀； （2）電子水準(zhǔn)儀受外界條件影響較大。由于電 子水準(zhǔn)儀是由CCD探測器來分辨標(biāo)尺條碼的圖象， 進(jìn)而進(jìn)行電子讀數(shù)，而CCD只能在有限的亮度范 圍內(nèi)將圖象轉(zhuǎn)換為用于測量的有效電信號。因此， 水準(zhǔn)標(biāo)尺的亮度是很重要的，要求標(biāo)尺亮度均勻， 并且亮度適

24、中。 牛牛文庫文檔分享 應(yīng)用中的一些問題： 1光照的強(qiáng)度對測量精度影響不大。只有當(dāng) 光照特別強(qiáng)或特別弱的時候，儀器會自動中止測 量，并提示“光線錯誤”。因此，在實際測量過 程中，不必過于擔(dān)心光照強(qiáng)度對測量結(jié)果的影響。 2光照的均勻度對測量工作有一定的影響。 當(dāng)標(biāo)尺的光照很不均勻時，儀器會中止測量。因 此，在野外測量時，若自然光足以讓儀器進(jìn)行讀 數(shù)，就沒有必要對標(biāo)尺施加額外照明，因為那樣 會因光照的不均勻使儀器中止測量，從而影響測 量進(jìn)程。 3不同照明光譜對數(shù)字水準(zhǔn)儀的測量結(jié)果沒 有顯著影響。 牛牛文庫文檔分享 4調(diào)焦不準(zhǔn)確對測量結(jié)果的影響較大。當(dāng) 調(diào)焦不足或調(diào)焦過度時，其測量精度會受到較 大影

25、響，且距離越大，所產(chǎn)生的誤差也越大。 因此，在測量過程中，應(yīng)該對調(diào)焦給予足夠的 重視，以保證測量的精度。 5在一般情況下，陰影干擾對測量結(jié)果的 影響不大。當(dāng)標(biāo)尺上陰影的灰度與標(biāo)尺上黑碼 灰度相近時，儀器會自動中止測量。 6標(biāo)尺偏離視場中心對測量結(jié)果影響不大。 當(dāng)十字絲照準(zhǔn)在條碼區(qū)域內(nèi)時，儀器能夠正常 進(jìn)行測量；當(dāng)十字絲照準(zhǔn)在條碼區(qū)域外時，儀 器會自動中止測量。 牛牛文庫文檔分享 7. 在有少數(shù)條狀物遮擋的情況下，一般也能 保證較高的測量精度，在條件不利的情況下， 儀器的觀測精度仍較穩(wěn)定，在觀測條件十分不 利，達(dá)不到觀測要求時，儀器會中止測量，并 提示測量錯誤。 8. 在塊狀物遮擋的情況下，水準(zhǔn)

26、儀的讀數(shù)能 保證較高的精度,在觀測條件達(dá)不到要求時,儀器 會自動中止測量，并提示測量出錯。 9. 在標(biāo)尺被柵格遮擋的情況下，水準(zhǔn)儀的測 量精度會受到明顯的影響。特別是在黑色條碼 被部分遮擋后，標(biāo)尺在儀器內(nèi)部會呈現(xiàn)錯誤的 圖像，從而使讀數(shù)產(chǎn)生粗差。因此，在實際工 作中，應(yīng)十分注意標(biāo)尺被部分遮擋的情況，特 別是當(dāng)水準(zhǔn)測量路線穿越灌木林時，應(yīng)注意清 除視線上的遮擋物，以避免測量數(shù)據(jù)中含有粗 差。 牛牛文庫文檔分享 4.3.2 液體靜力水準(zhǔn)測量 直接利用靜止液體表面求兩點高差的方法稱為液體靜力水準(zhǔn)測量。 22021101 ghpghp 牛牛文庫文檔分享 bah 牛牛文庫文檔分享 測定液面高度的方法主要

27、有以下兩類： 目視接觸法。也可利用轉(zhuǎn)動的測微圓環(huán)帶動水中的觸針上下運動，根據(jù)光學(xué)折 射原理，在觀測窗口可以觀測到觸針尖端的實像和虛像，當(dāng)兩像尖端接觸時，在 測微圓環(huán)上可讀出觸針接觸水面時的高度。 電子傳感器法。通過電子（電感式、光電式或電容式）傳感器不僅可以提高靜 力水準(zhǔn)的讀數(shù)精度，而且可實現(xiàn)測量的自動化。 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 誤差分析： 連通管中液體不能殘存氣泡，否則測量結(jié)果將有粗差；如幾何水準(zhǔn)測量一樣，液體靜力水準(zhǔn)儀也存在零 點差，交換兩臺液體靜力水準(zhǔn)儀的位置可以消除其影響；溫度差影響；氣壓差影響；液面到標(biāo)志高度量測 誤差；液體蒸發(fā)影響；

28、液體弄臟影響；儀器擱置誤差；儀器傾斜誤差影響；儀器結(jié)構(gòu)變化影響等。 牛牛文庫文檔分享 4.3.3 三角高程測量 三角高程測量是根據(jù)兩點間的水平距離和經(jīng)緯儀觀測的豎直角，應(yīng)用三角公 式計算兩地面點間的高差。 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 ABABABABAB lktgDh 當(dāng)A、B兩點較遠(yuǎn)時，三角高程需做球氣差改正： k R D lktgDh AB ABABABABAB 1 2 牛牛文庫文檔分享 4.3.4 傾斜測量 地面或建筑物的傾斜除了用常規(guī)的測量方法測定兩點間高差的變化之外，也可以 用傾斜儀測量。 目前傾斜儀的種類很多，大體可以分為“短基線”傾斜儀和“長基線”傾斜儀兩 種。前者一般用

29、垂直擺錘或水準(zhǔn)氣泡作為參考線；后者一般根據(jù)靜力水準(zhǔn)測量的 原理做成。 牛牛文庫文檔分享 4.4 準(zhǔn)直測量 牛牛文庫文檔分享 準(zhǔn)直測量用于測定某一方向上點位的相對變化， 可以是水平方向，也可以是垂直方向。準(zhǔn)直測 量方法很多，有測小角法、活動標(biāo)牌法、激光 準(zhǔn)直法和引張線法等。 激光準(zhǔn)直法根據(jù)其原理分為兩類：利用激光 方向性強(qiáng)的特點，進(jìn)行直接測量；利用激光 單色性好的優(yōu)點，進(jìn)行衍射法準(zhǔn)直。 在大氣條件下，激光準(zhǔn)直的精度為10-510-6， 提高精度的主要障礙是大氣折光的影響。在真 空條件下，準(zhǔn)直精度可達(dá)10-710-8 。水平激光 準(zhǔn)直廣泛用于大壩等線狀工程建筑物的變形觀 測。 牛牛文庫文檔分享 在

30、沒有氣流影響的地方，也可以采用鋼絲或尼龍絲準(zhǔn)直，由于它們不受折光影響， 精度也能達(dá)到10-6。 垂直激光準(zhǔn)直（激光鉛直儀）可用于測定高層建筑物的擺動。 機(jī)械法垂直準(zhǔn)直有正錘或倒錘兩種，它們用于觀測建筑物的撓度和傾斜。埋設(shè)在 穩(wěn)固基巖上的倒錘還可以用作變形觀測的基準(zhǔn)點。 牛牛文庫文檔分享 4.4.1 光的相干性原理 因為光具有波動性，所以如機(jī)械波那樣，當(dāng)兩列光波頻率相同、方向相同、相 位相同或相位差恒定時，這兩列光波將產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 )cos( 11 tae)cos( 22 tae )cos(tAe 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 4.4.2 波帶板激光準(zhǔn)直測量設(shè)備 He-Ne激光器 ； 波

31、帶板 ； 激光探測器 。 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 在基準(zhǔn)點A安置激光器； 在基準(zhǔn)點B安置探測器； 在待測點i安置一特定的波帶板。 當(dāng)激光照滿波帶板時，在B點探測器上測得i，從而： 4.4.3 波帶板激光準(zhǔn)直測量方法 i AB Ai i s s 牛牛文庫文檔分享 i AB Ai i s s 牛牛文庫文檔分享 AB BAiABi ii s ss 牛牛文庫文檔分享 4.5 坐標(biāo)測量 牛牛文庫文檔分享 工程測量的主要任務(wù)之一是測量空間點的三維坐標(biāo)，通過邊、角測量能直接得到 空間點的相對或絕對三維坐標(biāo)的技術(shù)稱為坐標(biāo)測量技術(shù)。 所使用的主要儀器有全站儀、GPS接收機(jī)以及激光跟蹤儀和激光掃描儀等

32、。 牛牛文庫文檔分享 4.5.1 全站儀測量 全站儀（total station），又稱全站型電子速測儀，是一種兼有電子測距、電子測 角、計算和數(shù)據(jù)自動記錄及傳輸功能的自動化、數(shù)字化的三維坐標(biāo)測量與定位系統(tǒng)。 全站型電子速測儀（Electronic Total Station）是由電子測角、電子測距等系統(tǒng)組 成，測量結(jié)果能自動顯示、計算和存儲，并能與外圍設(shè)備自動交換信息的多功能測 量儀器。通常簡稱為全站儀。 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 Leica Tc400 全站儀 牛牛文庫文檔分享 博 飛 牛牛文庫文檔分享 博 飛 牛牛文庫文檔分享 Geodimeter 全站儀600s 使用 牛牛文

33、庫文檔分享 Geodimeter 全站儀600s 牛牛文庫文檔分享 Geodimeter 全站儀數(shù)據(jù)采集器 牛牛文庫文檔分享 Geodimeter 全站儀電子手簿 牛牛文庫文檔分享 Geodimeter 650s 全站儀 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 Tpcon全站儀 牛牛文庫文檔分享 南方 ET02/05 全站儀 牛牛文庫文檔分享 南方 ETD2/5 速測全站儀 牛牛文庫文檔分享 南方 ET02 全站儀 牛牛文庫文檔分享 PENTAX PTS-V2 全站儀 牛牛文庫文檔分享 索佳 牛牛文庫文檔分享 索佳 牛牛文庫文檔分享 索佳 牛牛

34、文庫文檔分享 索佳 牛牛文庫文檔分享 索佳 牛牛文庫文檔分享 尼 康 牛牛文庫文檔分享 大 地 牛牛文庫文檔分享 Leica TCA2003全站儀 牛牛文庫文檔分享 發(fā)展趨勢： 1、全站儀的小型化、系列化發(fā)展趨勢。 2、全站儀的本地化發(fā)展趨勢。 3、全站儀的功能集成化發(fā)展趨勢。 牛牛文庫文檔分享 超站儀及其炮兵定位定向系統(tǒng) 牛牛文庫文檔分享 4.5.3 激光跟蹤儀 和全站儀一樣，激光跟蹤儀是一種精密三坐標(biāo)測量儀器，它具有測量精度高、實時快速、動態(tài)測量、便于 移動等優(yōu)點。 在航空航天、汽車制造、電子工業(yè)、高能粒子加速器工程的設(shè)備檢測與安裝，以及大尺寸計量等行業(yè)中， 有廣泛應(yīng)用。 牛牛文庫文檔分享

35、 徠卡LTD500SMX Tracker4500API TrackerII 激光跟蹤儀 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 基本組成： 角度測量部分； 距離測量部分； 跟蹤部分； 控制部分； 支撐部分。 牛牛文庫文檔分享 牛牛文庫文檔分享 車身在線檢測設(shè)備 牛牛文庫文檔分享 4.5.4 激光掃描儀 牛牛文庫文檔分享 LR200激光雷達(dá) 牛牛文庫文檔分享 三維激光掃描測量技術(shù)是近幾年來發(fā)展起來的一項高新技術(shù)，利用這一先進(jìn) 技術(shù)，可快速獲取特定目標(biāo)的立體模型。與傳統(tǒng)的激光測距技術(shù)即點對點的距離 測量不同，無合作目標(biāo)激光掃描技術(shù)的發(fā)展，為人們在空間信息的獲取方面提供 了全新的技術(shù)手段，使人們從傳統(tǒng)的

36、人工單點數(shù)據(jù)獲取變?yōu)檫B續(xù)自動獲取數(shù)據(jù)， 提高了觀測的精度和速度。 牛牛文庫文檔分享 三維激光掃描系統(tǒng)主要由三維激光掃描儀 和系統(tǒng)軟件組成，其工作目標(biāo)就是快速、方便、 準(zhǔn)確地獲取近距離靜態(tài)物體的空間三維模型， 以便對模型進(jìn)行進(jìn)一步的分析和數(shù)據(jù)處理。其 應(yīng)用與攝影測量大致相同，但激光掃描系統(tǒng)具 有精度高，測量方式更加靈活、方便的特點， 因此三維激光掃描可更精密地用來測量古建筑 和珍貴文物的三維模型。根據(jù)實際工作的應(yīng)用 需要，由模型可以生成斷面圖、投影圖、等值 線圖等，并可將模型以Auto CAD和 Microstation的格式輸出。 牛牛文庫文檔分享 激光掃描采樣 三維激光掃描儀的工作過程，實際

37、上就是一個不斷重復(fù)的數(shù)據(jù)采集和處理 過程，它通過具有一定分辨率的空間點所組成的點云圖來表達(dá)系統(tǒng)對目標(biāo)物體表 面的采樣結(jié)果。 牛牛文庫文檔分享 原始觀測數(shù)據(jù) 根據(jù)2個連續(xù)轉(zhuǎn)動的用來反射脈沖激光的鏡子的角度值得到的激光束的水 平方向值和豎直方向值； 根據(jù)脈沖激光傳播的時間而計算得到的儀器到掃描點的距離值； 掃描點的反射強(qiáng)度等。 前2種數(shù)據(jù)用來計算掃描點的三維坐標(biāo)值，掃描 點的反射強(qiáng)度則用來給反射點匹配顏色。 牛牛文庫文檔分享 模型生成及坐標(biāo)匹配 在任意一幅點云圖中，掃描點間的相對位置關(guān) 系是正確的，而不同點云圖間點的相對位置關(guān) 系的正確與否，則取決于它們是否處于同一個 坐標(biāo)系下。 大多數(shù)情況下，一

38、幅掃描點云圖無法建立物體 的整個模型，因此，如何將多幅點云圖精確地 “裝配”在一起，處于同一個坐標(biāo)系下，是要 解決的問題。目前采用的方法稱之為坐標(biāo)匹配。 坐標(biāo)匹配是在掃描區(qū)域中設(shè)置控制點或控制靶 標(biāo)，從而使得相鄰的掃描點云圖上有三個以上 的同名控制點或控制靶標(biāo)。通過控制點的強(qiáng)制 符合，可以將相鄰的掃描點云圖統(tǒng)一到同一個 坐標(biāo)系中。 牛牛文庫文檔分享 三維激光掃描與近景攝影測量的區(qū)別 （1）原始數(shù)據(jù)格式不同。 （2）拼合各測站間數(shù)據(jù)的方式不同。 （3）測量精度不同。 （4）對外界環(huán)境的要求不同。 （5）模型建立方式不同。 （6）對實物材質(zhì)的獲取方式不同。 牛牛文庫文檔分享 徠卡公司的Cyra三維 激光掃描系統(tǒng)，它由Cyrax 2500激光掃描儀和 Cyclone3.0系統(tǒng)軟件組成。 掃描儀最大測距范圍為200 米，單點位置測量精度為 6mm。掃描速率為1列/ 秒（采樣率為1000點/列） 或2列/秒（采樣率為200點 /列）。掃描密度為每行、 每列最多可達(dá)1000點。 牛牛文庫文檔分享 清華大學(xué)校門掃描