第5章距離測(cè)量與直線定向ppt課件

1、測(cè) 量 學(xué)第5章 距離測(cè)量與直線定向第第5章章 距離測(cè)量與直線定向距離測(cè)量與直線定向 距離測(cè)量是測(cè)量三項(xiàng)基本工作之一距離測(cè)量是測(cè)量三項(xiàng)基本工作之一. 距離測(cè)量的方法主要有距離測(cè)量的方法主要有: 1.鋼尺鋼尺(皮尺皮尺)量距量距. 2.視距測(cè)量視距測(cè)量 3.光電測(cè)距光電測(cè)距 要確定地面點(diǎn)的平面位置要確定地面點(diǎn)的平面位置,還必須測(cè)定直還必須測(cè)定直線的方向線的方向, 即直線定向即直線定向視距測(cè)量圖利用調(diào)制波波長(zhǎng)測(cè)距B測(cè)距儀測(cè)距儀反光棱鏡反光棱鏡S電磁波測(cè)距電磁波測(cè)距電磁波測(cè)距圖A 第第5 5章距離測(cè)量與直線定向章距離測(cè)量與直線定向 5.1 5.1 鋼尺量距鋼尺量距 5.2 5.2 視距測(cè)量視距測(cè)量

2、5.3 5.3 紅外線測(cè)距儀及全站儀紅外線測(cè)距儀及全站儀 5.4 5.4 直線定向直線定向 5.1 鋼尺量距鋼尺量距1.鋼卷尺鋼卷尺 尺長(zhǎng)與規(guī)格：尺長(zhǎng)與規(guī)格：20米、米、30米、米、50米，鋼質(zhì)，涂塑或不涂塑。米，鋼質(zhì)，涂塑或不涂塑。 刻度與注記：毫米刻度，注記厘米、分米、米。零分劃位刻度與注記：毫米刻度，注記厘米、分米、米。零分劃位 置有不同，分刻線尺和端點(diǎn)尺兩種。置有不同，分刻線尺和端點(diǎn)尺兩種。 5.1.1 量距用的工具量距用的工具: 鋼卷尺，花桿，測(cè)釬鋼卷尺，花桿，測(cè)釬一般量距方法 量距相對(duì)精度1200015000精密量距方法 量距相對(duì)精度1100001400002.花桿花桿 定線用量距

3、時(shí)標(biāo)定直線量距的前進(jìn)方向）定線用量距時(shí)標(biāo)定直線量距的前進(jìn)方向）3.測(cè)釬測(cè)釬 量距時(shí)在地面標(biāo)定尺段端點(diǎn)位置。量距時(shí)在地面標(biāo)定尺段端點(diǎn)位置。端點(diǎn)尺 刻線尺測(cè)釬測(cè)釬 花桿花桿皮尺皮尺 測(cè)繩測(cè)繩鋼卷尺鋼卷尺5.1.2 直線定線直線定線 1. 兩點(diǎn)間目估定線兩點(diǎn)間目估定線2. 兩點(diǎn)間互不通視定線兩點(diǎn)間互不通視定線3.經(jīng)緯儀定線經(jīng)緯儀定線: 如果量距要求的精度較高如果量距要求的精度較高, 可在其端點(diǎn)可在其端點(diǎn)A安置經(jīng)緯儀定線安置經(jīng)緯儀定線.5.1.3 丈量方法往返丈量丈量方法往返丈量)）距離用下式計(jì)算：距離用下式計(jì)算：D=nl+l 式中：式中：l整尺段的長(zhǎng)度；整尺段的長(zhǎng)度； n丈量的整尺段數(shù)；丈量的整尺段

4、數(shù)； l零尺段長(zhǎng)度。零尺段長(zhǎng)度。 往返丈量較差往返丈量較差 D = D往往-D返返距離平均值距離平均值 D平平= （D往往+D返）返）DDK/1平211. 在平坦地面丈量在平坦地面丈量相對(duì)誤差相對(duì)誤差2.2.傾斜地面丈量?jī)A斜地面丈量SDh (1)斜量法: 地面坡度均勻，將量得的傾斜距離S歸算成水平距離D。高差h用水準(zhǔn)儀測(cè)定。ShDDSDhSDhh2222或水平距離：水平距離：(2) 在傾斜地面丈量在傾斜地面丈量量距相對(duì)精度可達(dá)量距相對(duì)精度可達(dá)1 1萬(wàn)萬(wàn) 1 4萬(wàn)。萬(wàn)。 3. 鋼尺量距的精密方法鋼尺量距的精密方法精密量距時(shí)采取的措施：精密量距時(shí)采取的措施： 1.用檢定過(guò)的鋼尺；用檢定過(guò)的鋼尺；

5、2.經(jīng)緯儀定線；經(jīng)緯儀定線； 3.釘尺段樁釘尺段樁(概量得概量得)，用水準(zhǔn)儀測(cè)量樁間高差；，用水準(zhǔn)儀測(cè)量樁間高差； 4.對(duì)鋼尺施加固定拉力，并測(cè)量溫度；對(duì)鋼尺施加固定拉力，并測(cè)量溫度； 5.對(duì)量距結(jié)果加三項(xiàng)改正數(shù)。對(duì)量距結(jié)果加三項(xiàng)改正數(shù)。三項(xiàng)改正數(shù)三項(xiàng)改正數(shù)5 . 1 . 4 鋼尺量距的成果整理鋼尺量距的成果整理每尺段經(jīng)改正后的水平距離： htdilllld總的水平距離： idD往5.1.5 鋼尺檢定鋼尺檢定 目的：求得鋼尺兩端點(diǎn)刻劃間的實(shí)際長(zhǎng)度。 方法：用鋼尺對(duì)一段精確的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度進(jìn)行丈量，從而求得 鋼尺的尺長(zhǎng)改正數(shù)。該檢定場(chǎng)地也稱為“比尺場(chǎng)”。 。L比尺場(chǎng)示意圖作法：作法： “比尺場(chǎng)為理想的

6、砼條形場(chǎng)地，埋有尺段標(biāo)志。將比尺場(chǎng)為理想的砼條形場(chǎng)地，埋有尺段標(biāo)志。將 待檢定的鋼尺，用精密量距的方法，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)距離待檢定的鋼尺，用精密量距的方法，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)距離L 進(jìn)行丈量。通過(guò)對(duì)量距結(jié)果的整理，得出該鋼尺的進(jìn)行丈量。通過(guò)對(duì)量距結(jié)果的整理，得出該鋼尺的 尺長(zhǎng)方程式。尺長(zhǎng)方程式。 0 0 鋼尺名義長(zhǎng)鋼尺名義長(zhǎng)(m)(m)； t0 t0 標(biāo)準(zhǔn)溫度，一般取標(biāo)準(zhǔn)溫度，一般取2020； d d 尺長(zhǎng)改正值尺長(zhǎng)改正值(mm)(mm)； t t 丈量時(shí)溫度丈量時(shí)溫度()() 鋼的膨脹系數(shù)，鋼的膨脹系數(shù)，1.21.210-5 / 10-5 / ；1.1.尺長(zhǎng)方程式：尺長(zhǎng)方程式： = = 0+0+d+d+(t-

7、t0)(t-t0) 0 0例：用一檢定過(guò)的例：用一檢定過(guò)的30米鋼尺沿傾斜地面丈量米鋼尺沿傾斜地面丈量AB距離，數(shù)據(jù)見(jiàn)距離，數(shù)據(jù)見(jiàn) 下表。該鋼尺的尺長(zhǎng)方程式如下，請(qǐng)整理量距成果。下表。該鋼尺的尺長(zhǎng)方程式如下，請(qǐng)整理量距成果。 mCtmmm30)20(102 .18 .1305(注：鋼尺膨脹系數(shù)注：鋼尺膨脹系數(shù) =0.00001150.0000125為鋼尺溫度變?yōu)殇摮邷囟茸?化化1度時(shí)，單位長(zhǎng)度的變化量。度時(shí)，單位長(zhǎng)度的變化量。)尺段長(zhǎng)度及量距精度計(jì)算 5.2 5.2 視距測(cè)量視距測(cè)量5.2.1 5.2.1 視距測(cè)量概述視距測(cè)量概述視距測(cè)量是一種間接測(cè)距方法視距測(cè)量是一種間接測(cè)距方法; ; 它利

8、用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)十字絲分劃它利用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)十字絲分劃板上的視距絲及刻有厘米分劃板上的視距絲及刻有厘米分劃的視距標(biāo)尺的視距標(biāo)尺( (地形塔尺或普通水地形塔尺或普通水準(zhǔn)尺準(zhǔn)尺) )，根據(jù)光學(xué)原理可以同時(shí)，根據(jù)光學(xué)原理可以同時(shí)測(cè)定兩點(diǎn)間的水平距離和高差測(cè)定兩點(diǎn)間的水平距離和高差. .其中測(cè)量距離的相對(duì)誤差約為其中測(cè)量距離的相對(duì)誤差約為1/3001/300，低于鋼尺量距；，低于鋼尺量距；測(cè)定高差的精度低于水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)定高差的精度低于水準(zhǔn)測(cè)量; ;視距測(cè)量廣泛用于地形測(cè)量的視距測(cè)量廣泛用于地形測(cè)量的 碎部測(cè)量中。碎部測(cè)量中。5.2.2 視準(zhǔn)軸水平時(shí)的視距計(jì)算公式視準(zhǔn)軸水平時(shí)的視距計(jì)算公式AB為待測(cè)距離，在為待測(cè)距

9、離，在A點(diǎn)點(diǎn)安置經(jīng)緯儀，安置經(jīng)緯儀，B點(diǎn)豎立視點(diǎn)豎立視距尺，設(shè)望遠(yuǎn)鏡視線水距尺，設(shè)望遠(yuǎn)鏡視線水平，瞄準(zhǔn)平，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)的視距尺，點(diǎn)的視距尺，此時(shí)視線與視距尺垂直。此時(shí)視線與視距尺垂直。視線水平時(shí)的視距測(cè)量公式:(1) 水平距離公式:(2) 高差公式:vihABlcKlD100(3) B點(diǎn)高程:viHhHHAABAB5.2.3 視線傾斜時(shí)視線傾斜時(shí)的視距測(cè)量公式的視距測(cè)量公式(1) 水平距離公式水平距離公式:(2) 初算高差初算高差:(3) 高差公式高差公式:2coscosKlDDsincossinKlDhABviKlhAB2sin21（1 1在測(cè)站在測(cè)站 A A 安置安置經(jīng)緯儀，量取儀器高經(jīng)緯儀，

10、量取儀器高 i i，在測(cè)點(diǎn)在測(cè)點(diǎn) B B 豎立視距尺；豎立視距尺； （2 2照準(zhǔn)視距尺，用上下視距絲分別在尺上讀取讀數(shù)，照準(zhǔn)視距尺，用上下視距絲分別在尺上讀取讀數(shù)，算出視距間隔算出視距間隔l ll =l =下絲讀數(shù)下絲讀數(shù)- -上絲讀數(shù)）。也可先將中絲上絲讀數(shù)）。也可先將中絲對(duì)準(zhǔn)儀器高讀豎直角，然后把上絲對(duì)準(zhǔn)鄰近整數(shù)刻劃后直對(duì)準(zhǔn)儀器高讀豎直角，然后把上絲對(duì)準(zhǔn)鄰近整數(shù)刻劃后直接讀取視距間隔；接讀取視距間隔；5.2.4 5.2.4 視距測(cè)量觀視距測(cè)量觀測(cè)與計(jì)算方法測(cè)與計(jì)算方法（3 3轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋使豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管管微動(dòng)螺旋使豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤(pán)讀數(shù)，算氣泡居

11、中，讀取豎盤(pán)讀數(shù)，算出豎直角。對(duì)有豎盤(pán)指標(biāo)自動(dòng)出豎直角。對(duì)有豎盤(pán)指標(biāo)自動(dòng)歸零裝置的儀器，應(yīng)打開(kāi)自動(dòng)歸零裝置的儀器，應(yīng)打開(kāi)自動(dòng)歸零裝置后再讀數(shù)；歸零裝置后再讀數(shù)；5.2.4 5.2.4 視距測(cè)量觀視距測(cè)量觀測(cè)與計(jì)算方法測(cè)與計(jì)算方法（4 4根據(jù)視距公式，計(jì)算水平距離和高差及立尺根據(jù)視距公式，計(jì)算水平距離和高差及立尺點(diǎn)的高程。點(diǎn)的高程。一、概述一、概述電磁波測(cè)距電磁波測(cè)距(Electro-magnetic Distance Measuring，EDM) 是用電磁波是用電磁波(光波或微光波或微波波)作為載波，傳輸測(cè)距信號(hào)，以測(cè)量?jī)勺鳛檩d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。點(diǎn)間距離的一種方法。

12、EDM具有測(cè)程長(zhǎng)、精度高、作業(yè)快、工作具有測(cè)程長(zhǎng)、精度高、作業(yè)快、工作強(qiáng)度低、幾乎不受地形限制等優(yōu)點(diǎn)。強(qiáng)度低、幾乎不受地形限制等優(yōu)點(diǎn)。1948年，瑞典年，瑞典AGA(阿嘎阿嘎)公司公司(現(xiàn)更名為現(xiàn)更名為Geotronics捷創(chuàng)力公司捷創(chuàng)力公司)研制成功了世界上研制成功了世界上第一臺(tái)電磁波測(cè)距儀，第一臺(tái)電磁波測(cè)距儀，它采用白熾燈發(fā)射的光波作載波，應(yīng)用了大它采用白熾燈發(fā)射的光波作載波，應(yīng)用了大量的電子管元件，儀器相當(dāng)笨重且功耗大。量的電子管元件，儀器相當(dāng)笨重且功耗大。為避開(kāi)白天太陽(yáng)光對(duì)測(cè)距信號(hào)的干擾，只能為避開(kāi)白天太陽(yáng)光對(duì)測(cè)距信號(hào)的干擾，只能在夜間作業(yè)，測(cè)距操作和計(jì)算都比較復(fù)雜。在夜間作業(yè)，測(cè)距操

13、作和計(jì)算都比較復(fù)雜。5.3 5.3 電磁波測(cè)距及全站儀電磁波測(cè)距及全站儀n1960年世界上成功研制出了第一臺(tái)紅寶石激光器和第一臺(tái)年世界上成功研制出了第一臺(tái)紅寶石激光器和第一臺(tái)氦氦-氖激光器，氖激光器，1962年砷化鎵半導(dǎo)體激光器研制成功。年砷化鎵半導(dǎo)體激光器研制成功。n與白熾燈比較，激光的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)散角小、穿透力強(qiáng)、傳輸與白熾燈比較，激光的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)散角小、穿透力強(qiáng)、傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)、不受太陽(yáng)光干擾、基本上可以全天侯作業(yè)。的距離遠(yuǎn)、不受太陽(yáng)光干擾、基本上可以全天侯作業(yè)。n1967年年AGA公司推出了世界上第一臺(tái)商品化的激光測(cè)距儀公司推出了世界上第一臺(tái)商品化的激光測(cè)距儀AGA-8。n該儀器采用該儀器采用

14、5mw的氦的氦-氖激光器作發(fā)光元件，白天測(cè)程為氖激光器作發(fā)光元件，白天測(cè)程為40km，夜間測(cè)程達(dá)，夜間測(cè)程達(dá)60km，測(cè)距精度，測(cè)距精度(5mm+1ppm)，主機(jī)重，主機(jī)重量量23kg。n我國(guó)的武漢地震大隊(duì)也于我國(guó)的武漢地震大隊(duì)也于1969年研制成功了年研制成功了JCY-1型激光型激光測(cè)距儀，測(cè)距儀，1974年又研制并生產(chǎn)了年又研制并生產(chǎn)了JCY-2型激光測(cè)距儀。該儀型激光測(cè)距儀。該儀器采用器采用2.5mw的氦的氦-氖激光器作發(fā)光元件，白天測(cè)程為氖激光器作發(fā)光元件，白天測(cè)程為20km，測(cè)距精度測(cè)距精度(5mm+1ppm)，主機(jī)重量，主機(jī)重量16.3kg。n隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，從隨著半導(dǎo)體技術(shù)

15、的發(fā)展，從60年代末年代末70年代初起，采年代初起，采用砷化鎵發(fā)光二極管作發(fā)光元件的紅外測(cè)距儀逐漸在用砷化鎵發(fā)光二極管作發(fā)光元件的紅外測(cè)距儀逐漸在世界上流行起來(lái)。世界上流行起來(lái)。n與激光測(cè)距儀比較，紅外測(cè)距儀有體積小、重量輕、與激光測(cè)距儀比較，紅外測(cè)距儀有體積小、重量輕、功耗小、測(cè)距快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。功耗小、測(cè)距快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。n由于紅外光的發(fā)散角比激光大，所以紅外測(cè)距儀的測(cè)由于紅外光的發(fā)散角比激光大，所以紅外測(cè)距儀的測(cè)程一般小于程一般小于15km。n現(xiàn)在的紅外測(cè)距儀已經(jīng)和電子經(jīng)緯儀及計(jì)算機(jī)軟硬件現(xiàn)在的紅外測(cè)距儀已經(jīng)和電子經(jīng)緯儀及計(jì)算機(jī)軟硬件制造在一起，形成了全站儀，并向著自動(dòng)化

16、、智能化制造在一起，形成了全站儀，并向著自動(dòng)化、智能化和利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸方向飛速發(fā)和利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸方向飛速發(fā)展。展。二、電磁波測(cè)距儀分類二、電磁波測(cè)距儀分類1. 按其所采用的載波光源可分為：按其所采用的載波光源可分為：微波測(cè)距儀微波測(cè)距儀(microwave EDM instrument)；激光測(cè)距儀激光測(cè)距儀(laser EDM instrument)；紅外測(cè)距儀紅外測(cè)距儀(infrared EDM instrument);2. 按測(cè)程分為：按測(cè)程分為：短程測(cè)距儀短程測(cè)距儀(5km)中程測(cè)距儀中程測(cè)距儀(515km)遠(yuǎn)程測(cè)距儀遠(yuǎn)程測(cè)距儀( 15km）3.

17、 按精度分為：按精度分為：級(jí)測(cè)距儀級(jí)測(cè)距儀(mD 5mm) 級(jí)測(cè)距儀級(jí)測(cè)距儀(5 mD 10mm) 級(jí)測(cè)距儀級(jí)測(cè)距儀(mD 10mm ）4. 按測(cè)距原理分為：按測(cè)距原理分為： 脈沖式；脈沖式； 相位式相位式5.3.1 5.3.1 紅外測(cè)距的測(cè)距原理紅外測(cè)距的測(cè)距原理 基本公式基本公式:tncDg021c0光在真空中的速度光在真空中的速度ng光在大氣中傳輸?shù)恼凵渎使庠诖髿庵袀鬏數(shù)恼凵渎蕋光波在光波在AB間往返傳輸時(shí)間間往返傳輸時(shí)間直接測(cè)時(shí)直接測(cè)時(shí)-該類測(cè)距儀稱為脈沖式測(cè)距該類測(cè)距儀稱為脈沖式測(cè)距儀，該儀器因其精度較低，通常只用于精儀，該儀器因其精度較低，通常只用于精度較低的遠(yuǎn)距離測(cè)量、地形測(cè)量和

18、炮瞄雷度較低的遠(yuǎn)距離測(cè)量、地形測(cè)量和炮瞄雷達(dá)測(cè)距。達(dá)測(cè)距。間接測(cè)時(shí)間接測(cè)時(shí)-用測(cè)定相位的方法來(lái)測(cè)定距用測(cè)定相位的方法來(lái)測(cè)定距離，此類儀器稱為相位式測(cè)距儀。離，此類儀器稱為相位式測(cè)距儀?，F(xiàn)有的精密光電測(cè)距儀都不采用直接測(cè)時(shí)現(xiàn)有的精密光電測(cè)距儀都不采用直接測(cè)時(shí)的方法，而采用間接測(cè)時(shí)。的方法，而采用間接測(cè)時(shí)。電磁波測(cè)距方式電磁波測(cè)距方式 脈沖式測(cè)距原理脈沖式測(cè)距原理 假設(shè)時(shí)鐘脈沖的震蕩頻率為假設(shè)時(shí)鐘脈沖的震蕩頻率為 , 震震蕩周期為蕩周期為 計(jì)數(shù)器記錄的震蕩次數(shù)為計(jì)數(shù)器記錄的震蕩次數(shù)為N, 則脈沖光波在則脈沖光波在AB兩點(diǎn)間兩點(diǎn)間 往返的時(shí)間為往返的時(shí)間為:0f001fT 00fNNTttncDg0

19、212. 相位式測(cè)距原理相位式測(cè)距原理 用測(cè)定相位的方法來(lái)測(cè)定距離，此類儀器稱為相位式測(cè)距儀。它是用一種連續(xù)波精密光波測(cè)距儀采用光波作為“運(yùn)輸工具”（稱為載波），通過(guò)一個(gè)調(diào)制器使載波的振幅或頻率按照調(diào)制波的變化做周期性變化。測(cè)距時(shí)，通過(guò)測(cè)量調(diào)制波在待測(cè)距離上往返傳播所產(chǎn)生的相位變化，間接地確定傳播時(shí)間t，進(jìn)而求得待測(cè)距離D。 相位式測(cè)距原理相位式測(cè)距原理 調(diào)制波的調(diào)制頻率調(diào)制波的調(diào)制頻率f f，角頻率，角頻率 ，周期，周期T T， 波長(zhǎng)波長(zhǎng): : 設(shè)調(diào)制波在距離設(shè)調(diào)制波在距離D D往返一次產(chǎn)生的相位變化為往返一次產(chǎn)生的相位變化為 ，調(diào)，調(diào)制信號(hào)一個(gè)周期相位變化為制信號(hào)一個(gè)周期相位變化為22，則

20、調(diào)制波的傳播時(shí)間，則調(diào)制波的傳播時(shí)間t t為：為： 代入基本公式得代入基本公式得 : :fccT ft2fcD4f2相位式測(cè)距原理相位式測(cè)距原理設(shè)調(diào)制信號(hào)為正弦信號(hào)，包含2的整倍數(shù)N2，和不足2的尾數(shù)部分，即：)(2)2(22NNNN代入前面公式: )(2)(2NNNNfcD2NfcD4相位式測(cè)距原理相位式測(cè)距原理 令令 : -: -單位長(zhǎng)，單位長(zhǎng)，“光測(cè)尺光測(cè)尺”，“電子尺電子尺” ” 22fcLs公式改寫(xiě)成公式改寫(xiě)成 : :)(NNLDs上式就是相位式測(cè)距原理公式。上式就是相位式測(cè)距原理公式。相位式測(cè)距儀是用長(zhǎng)度為相位式測(cè)距儀是用長(zhǎng)度為L(zhǎng)SLS的的“測(cè)尺去量測(cè)距離，測(cè)尺去量測(cè)距離，量了量了

21、N N個(gè)整尺段加上不足一個(gè)個(gè)整尺段加上不足一個(gè)LSLS的長(zhǎng)度就是所測(cè)距離。的長(zhǎng)度就是所測(cè)距離。 采用多個(gè)采用多個(gè)“測(cè)尺組合實(shí)現(xiàn)測(cè)距技術(shù)過(guò)程。測(cè)尺組合實(shí)現(xiàn)測(cè)距技術(shù)過(guò)程。設(shè)計(jì)；精測(cè)尺設(shè)計(jì)；精測(cè)尺+ +粗測(cè)尺測(cè)距。粗測(cè)尺測(cè)距。相位式測(cè)距原理相位式測(cè)距原理調(diào)制頻率與測(cè)尺長(zhǎng)度的關(guān)系調(diào)制頻率f15MHz7.5MHz1.5MHz150kHz75kHz15kHz測(cè)尺長(zhǎng)度/210m20m100m1km2km10km精度1cm2cm10cm1m2m10m5.3.2 5.3.2 光電測(cè)距儀的組成光電測(cè)距儀的組成5.3.2 5.3.2 光電測(cè)距儀的組成光電測(cè)距儀的組成5.3.4 全站儀及其使用全站儀及其使用（一）（一

22、） 全站儀概述全站儀概述（二）（二） 全站儀的功能全站儀的功能 （三）（三） 幾種全站儀及其基本應(yīng)用幾種全站儀及其基本應(yīng)用 南方南方NTSNTS全站儀全站儀TOPCON GTSTOPCON GTS全站儀全站儀Leica Leica 全站儀全站儀（一）（一） 全站儀概述全站儀概述n全站儀全站儀(total station)是由電子測(cè)角、光電測(cè)距、微型是由電子測(cè)角、光電測(cè)距、微型機(jī)及其軟件組合而成的智能型光電測(cè)量?jī)x器。機(jī)及其軟件組合而成的智能型光電測(cè)量?jī)x器。n全站儀的基本功能是測(cè)量水平角、豎直角和距離。全站儀的基本功能是測(cè)量水平角、豎直角和距離。n全站儀具有如下特點(diǎn)：全站儀具有如下特點(diǎn)：n同時(shí)進(jìn)行

23、角度測(cè)量同時(shí)進(jìn)行角度測(cè)量(水平角、豎直角水平角、豎直角) 和距離測(cè)量和距離測(cè)量(斜斜距距S、平距、平距D、高差、高差h) ； n測(cè)距系統(tǒng)光軸與測(cè)角系統(tǒng)視準(zhǔn)軸同軸三軸同一）；測(cè)距系統(tǒng)光軸與測(cè)角系統(tǒng)視準(zhǔn)軸同軸三軸同一）；n顯示測(cè)點(diǎn)的角度顯示測(cè)點(diǎn)的角度(方向值方向值)、間隔、高差或三維坐標(biāo)；、間隔、高差或三維坐標(biāo)；n擁有后方交會(huì)、放樣、偏心測(cè)量、懸高測(cè)量、對(duì)邊測(cè)擁有后方交會(huì)、放樣、偏心測(cè)量、懸高測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、面積計(jì)算等高級(jí)測(cè)量功能。量、面積計(jì)算等高級(jí)測(cè)量功能。全站儀特點(diǎn)全站儀特點(diǎn)擁有較大容量的內(nèi)部存儲(chǔ)器，以數(shù)據(jù)文件形式存擁有較大容量的內(nèi)部存儲(chǔ)器，以數(shù)據(jù)文件形式存儲(chǔ)已知點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、編碼、三維坐

24、標(biāo)；儲(chǔ)已知點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、編碼、三維坐標(biāo)； 實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊；實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊； 高精度全站儀測(cè)角達(dá)高精度全站儀測(cè)角達(dá)0.50.5秒級(jí)，測(cè)距精度達(dá)秒級(jí)，測(cè)距精度達(dá)(0.1mm+0.1PPM)(0.1mm+0.1PPM)； 與計(jì)算機(jī)聯(lián)合組成的智能觀測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全自與計(jì)算機(jī)聯(lián)合組成的智能觀測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)瞄準(zhǔn)、觀測(cè)、記錄、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的傳輸，被稱動(dòng)瞄準(zhǔn)、觀測(cè)、記錄、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的傳輸，被稱為測(cè)量機(jī)器人。為測(cè)量機(jī)器人。 三軸同一望遠(yuǎn)鏡三軸同一望遠(yuǎn)鏡在全站儀的望遠(yuǎn)鏡中，照準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)軸、光電測(cè)距的紅外在全站儀的望遠(yuǎn)鏡中，照準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)軸、光電測(cè)距的紅外光發(fā)射光軸和接收光軸是同軸

25、的，其光路如圖所示。因此，光發(fā)射光軸和接收光軸是同軸的，其光路如圖所示。因此，測(cè)量時(shí)使望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心，就能同時(shí)測(cè)定水平角、測(cè)量時(shí)使望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心，就能同時(shí)測(cè)定水平角、垂直角和斜距垂直角和斜距測(cè)量?jī)x器總的發(fā)展過(guò)程測(cè)量?jī)x器總的發(fā)展過(guò)程 測(cè)量?jī)x器總的發(fā)展過(guò)程：光學(xué)經(jīng)緯儀 電子經(jīng)緯儀 速測(cè)全站儀 全站儀。全站儀的發(fā)展過(guò)程： 1.普通型全站儀2.功能型全站儀3.磁卡型全站儀4.內(nèi)存式全站儀 5.全自動(dòng)智能全站儀全站儀生產(chǎn)廠家：瑞士：徠卡Leica德國(guó)：蔡司Zeiss 美國(guó): 天寶trimble 日本：拓普康TOPCON，索佳SOKKIA，賓得,尼康中國(guó)：南方、蘇州、北京（二）（二）

26、全站儀的功能全站儀的功能對(duì)邊測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、懸高測(cè)量、懸高測(cè)量、后方交會(huì)、后方交會(huì)、放樣、放樣、偏心測(cè)量、偏心測(cè)量、面積計(jì)算等高級(jí)測(cè)量功能。面積計(jì)算等高級(jí)測(cè)量功能。全站儀的功能全站儀的功能1、對(duì)邊測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量如圖，分別瞄準(zhǔn)兩個(gè)如圖，分別瞄準(zhǔn)兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)處的棱鏡并觀目標(biāo)點(diǎn)處的棱鏡并觀測(cè)后，儀器即可顯示測(cè)后，儀器即可顯示出兩個(gè)棱鏡之間的平出兩個(gè)棱鏡之間的平距距(HD)、斜距、斜距(S)、高差高差(V)和坡度和坡度（%）。對(duì)邊測(cè)量可）。對(duì)邊測(cè)量可以連續(xù)進(jìn)行。以連續(xù)進(jìn)行。VSHD%全站儀的功能全站儀的功能2、懸高測(cè)量、懸高測(cè)量如圖，要測(cè)量某些不如圖，要測(cè)量某些不能設(shè)置反射棱鏡的目能設(shè)置反射棱鏡的目標(biāo)高

27、壓電線、橋梁標(biāo)高壓電線、橋梁桁架的高度時(shí)，可桁架的高度時(shí)，可在目標(biāo)正上方或正下在目標(biāo)正上方或正下方處安置棱鏡，輸入方處安置棱鏡，輸入棱鏡高棱鏡高h(yuǎn)1，瞄準(zhǔn)棱鏡，瞄準(zhǔn)棱鏡并觀測(cè)后，再瞄準(zhǔn)目并觀測(cè)后，再瞄準(zhǔn)目標(biāo)，儀器即可顯示目標(biāo)，儀器即可顯示目標(biāo)的高度標(biāo)的高度HHh1h2全站儀的功能全站儀的功能3、后方交會(huì)測(cè)量、后方交會(huì)測(cè)量如圖，全站儀安置在某如圖，全站儀安置在某一待定點(diǎn)上，通過(guò)對(duì)兩一待定點(diǎn)上，通過(guò)對(duì)兩個(gè)以上的已知點(diǎn)處的棱個(gè)以上的已知點(diǎn)處的棱鏡進(jìn)行觀測(cè)，并輸入各鏡進(jìn)行觀測(cè)，并輸入各已知點(diǎn)三維坐標(biāo)及儀器已知點(diǎn)三維坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，全站儀高和棱鏡高后，全站儀即可顯示待定點(diǎn)的三維即可顯示待定點(diǎn)的三

28、維坐標(biāo)。坐標(biāo)。 4、三維坐標(biāo)測(cè)量、三維坐標(biāo)測(cè)量 如圖，將全站儀安置如圖，將全站儀安置在已知點(diǎn)在已知點(diǎn)A，棱鏡設(shè)置，棱鏡設(shè)置在待定點(diǎn)在待定點(diǎn)P，輸入，輸入A點(diǎn)點(diǎn)已知坐標(biāo)及儀器高和已知坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，先后視已棱鏡高后，先后視已知點(diǎn)知點(diǎn)B并輸入并輸入B點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)后視已知點(diǎn)是為了后視已知點(diǎn)是為了設(shè)置方向位角然后設(shè)置方向位角然后瞄準(zhǔn)瞄準(zhǔn)P點(diǎn)處棱鏡并進(jìn)行點(diǎn)處棱鏡并進(jìn)行觀測(cè)，儀器即可顯示觀測(cè)，儀器即可顯示待定待定P的三維坐標(biāo)。的三維坐標(biāo)。APB全站儀的功能全站儀的功能全站儀的功能全站儀的功能5、放樣測(cè)量、放樣測(cè)量將要測(cè)設(shè)的角度和邊將要測(cè)設(shè)的角度和邊長(zhǎng)或坐標(biāo)值輸入長(zhǎng)或坐標(biāo)值輸入全站儀，在放樣過(guò)程全站

29、儀，在放樣過(guò)程中儀器顯示角度和邊中儀器顯示角度和邊長(zhǎng)的實(shí)測(cè)值與放樣值長(zhǎng)的實(shí)測(cè)值與放樣值之差，根據(jù)顯示的偏之差，根據(jù)顯示的偏離值及符號(hào)調(diào)整棱鏡離值及符號(hào)調(diào)整棱鏡位置，直至偏離值為位置，直至偏離值為零，此時(shí)棱鏡所處位零，此時(shí)棱鏡所處位置即為要測(cè)設(shè)的點(diǎn)位。置即為要測(cè)設(shè)的點(diǎn)位。有的全站儀還可通過(guò)有的全站儀還可通過(guò)圖形顯示出棱鏡上下圖形顯示出棱鏡上下左右前后的移動(dòng)方向。左右前后的移動(dòng)方向。D全站儀的功能全站儀的功能6、偏心測(cè)量、偏心測(cè)量如圖，若侍定點(diǎn)處如圖，若侍定點(diǎn)處不能設(shè)置棱鏡，可不能設(shè)置棱鏡，可將棱鏡設(shè)置在待定將棱鏡設(shè)置在待定點(diǎn)的左側(cè)或右側(cè)，點(diǎn)的左側(cè)或右側(cè)，并使棱鏡至站點(diǎn)的并使棱鏡至站點(diǎn)的距離相當(dāng)，

30、瞄準(zhǔn)棱距離相當(dāng)，瞄準(zhǔn)棱鏡并進(jìn)行觀測(cè)，再鏡并進(jìn)行觀測(cè)，再照準(zhǔn)待定點(diǎn)，儀器照準(zhǔn)待定點(diǎn)，儀器即可顯示待定點(diǎn)的即可顯示待定點(diǎn)的坐標(biāo)。坐標(biāo)。不同廠家生產(chǎn)的電子全不同廠家生產(chǎn)的電子全站儀其鍵盤(pán)設(shè)計(jì)并不完站儀其鍵盤(pán)設(shè)計(jì)并不完全相同，實(shí)現(xiàn)相同測(cè)量全相同，實(shí)現(xiàn)相同測(cè)量功能的按鍵程序和步驟功能的按鍵程序和步驟也不完全一樣，具體使也不完全一樣，具體使用應(yīng)參見(jiàn)廠家的使用說(shuō)用應(yīng)參見(jiàn)廠家的使用說(shuō)明書(shū)。明書(shū)。全站儀測(cè)量的流程全站儀測(cè)量的流程野外采集數(shù)據(jù)：南方NTS、 TOPCON全站儀+PDA測(cè)圖精靈）傳輸數(shù)據(jù)：將數(shù)據(jù)文件傳入計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)：用測(cè)圖軟件 （南方測(cè)繪CASS處置、編輯輸出成果：數(shù)字化地 形圖、電子地圖（.dw

31、g）、工程圖。 5.4 直線定向直線定向5.4.1 直線定向的概念確定地面上兩點(diǎn)之間的相對(duì)位置，僅知道兩點(diǎn)之間的水平距離是不夠的，還必須確定此直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平夾角。確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱為直線定向。 標(biāo)準(zhǔn)方向的種類 1 真子午線方向 通過(guò)地球表面某點(diǎn)真子午線的切線方向，稱為該點(diǎn)的真子午線方向，真子午線方向是用天文測(cè)量方法或用陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的。 2 磁于午線方向 磁子午線方向是磁針在地球磁場(chǎng)的作用下，磁針自由靜止時(shí)其軸線所指的方向。磁子午線方向可用羅盤(pán)儀測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)方向的種類 3 坐標(biāo)縱軸方向(中央子午線方向) 第二章已述及，我國(guó)采用高斯平面直角坐標(biāo)系，每一6帶或3帶內(nèi)都以該帶

32、的中央子午線為坐標(biāo)縱軸方向。因此，該帶內(nèi)直線定向，就用該帶的坐標(biāo)縱軸方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向。 如假定坐標(biāo)系，則用假定的坐標(biāo)縱軸(X軸)作為標(biāo)準(zhǔn)方向。 5.4.2 表示直線方向的方法 測(cè)量工作中，常采用方位角來(lái)表示直線的方向。 由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起，順時(shí)針?lè)较蛄康侥持本€的夾角，稱為該直線的方位角，其角值從0 360。 由不同的標(biāo)準(zhǔn)方向所得到的方位角，分別為： 真方位角：A 磁方位角：Am 坐標(biāo)方位角：標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)方方向向O OP P幾種方位角之間的關(guān)系 1 真方位角與磁方位角之間的關(guān)系 由于地磁南北極與地球的南北極并不重合，因此，過(guò)地面上某點(diǎn)的真子午線方向與磁子午線方向常不重合，兩者之間的夾角稱為磁偏角，磁針北端偏于其子午線以東稱東偏，偏于其子午線以西稱西偏。直線的真方位角與磁方位角，可用下式進(jìn)行換算 東偏取正值，西偏取負(fù)值。我國(guó)磁偏角的變化大約在+6到-10之間。 mAA幾種方位角之間的關(guān)系 2真方位角與坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系 中央子午線在高斯平面上是一條直線，作為該帶的坐標(biāo)縱軸，而其它子午線投影后為收斂于兩極的曲線，地面點(diǎn)M、N等點(diǎn)的真子午線方向與中央子午線