工程測(cè)量之控制測(cè)量與定位測(cè)量

第五章控制測(cè)量與定位測(cè)量

本章主要講述控制測(cè)量問(wèn)題。內(nèi)容涉及控制測(cè)量概述、導(dǎo)線測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量的內(nèi)業(yè)工作、經(jīng)緯儀前方交會(huì)法、全站儀與GPS測(cè)量等。第五章控制測(cè)量與定位測(cè)量

[重點(diǎn)]坐標(biāo)正反算計(jì)算方法，閉合、附合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計(jì)算過(guò)程。

了解等級(jí)控制網(wǎng)的建立過(guò)程和意義；了解小地區(qū)控制網(wǎng)的建立方法；導(dǎo)線的幾種布設(shè)形式及技術(shù)要求和外業(yè)作業(yè)方法；熟悉坐標(biāo)正反算的概念；基本掌握閉合、附合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計(jì)算過(guò)程；了解前方交會(huì)點(diǎn)的布設(shè)方法及其坐標(biāo)計(jì)算方法；了解全站儀與GPS測(cè)量方面的一些基本知識(shí)。通過(guò)本章教學(xué)，要求學(xué)生熟悉控制測(cè)量概述、導(dǎo)線測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量的內(nèi)業(yè)工作、經(jīng)緯儀前方交會(huì)法、全站儀與GPS測(cè)量等；掌握坐標(biāo)正反算計(jì)算方法，閉合、附合導(dǎo)線的內(nèi)業(yè)計(jì)算過(guò)程。第五章控制測(cè)量與定位測(cè)量§5-1控制測(cè)量概述§5-2定位測(cè)量基本方法§5-3全站儀測(cè)量§

5-4

GPS定位測(cè)量1.定義

控制測(cè)量就是在較大范圍內(nèi)，以較高的精度測(cè)定地面上一些點(diǎn)的平面位置和高程。這些點(diǎn)稱為控制點(diǎn)。2.目的與作用

①建立測(cè)區(qū)統(tǒng)一的平面和高程基準(zhǔn)

②控制誤差的積累

③作為進(jìn)行各種細(xì)部測(cè)量的基準(zhǔn)，保證測(cè)繪和測(cè)設(shè)必要的精度。3.分類

平面控制測(cè)量、高程控制測(cè)量5.1.1控制測(cè)量的概念5.1.2平面控制測(cè)量

——測(cè)定控制點(diǎn)的平面位置(X，Y)。

等級(jí)關(guān)系：分一等、二等、三等、四等，前一等作為以后各等的控制基準(zhǔn)，逐級(jí)控制(由整體到局部，由高級(jí)到低級(jí))。小地區(qū)內(nèi)布置一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和圖根控制。平面控制測(cè)量分類:三角測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、GPS測(cè)量。按方法分：按控制范圍和用途分：國(guó)家大地控制網(wǎng)：測(cè)圖、工程建設(shè)、科研。城市控制網(wǎng)：城市測(cè)圖、市政建設(shè)。工程控制網(wǎng)：為工程服務(wù)。技術(shù)要求：見(jiàn)表5-1、表5-2表5-1三角測(cè)量技術(shù)要求表5-2導(dǎo)線測(cè)量技術(shù)要求等級(jí)平均邊長(zhǎng)(Km)測(cè)角中誤差(″)起始邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差最弱邊邊長(zhǎng)相對(duì)中誤差測(cè)回?cái)?shù)三角形最大閉合差(″)J1J2J6三等首級(jí)4.51.8≤1/150000≤1/7000069--7加密≤1/120000四等首級(jí)22.5≤1/100000≤1/4000046--9加密≤1/70000一級(jí)小三角15≤1/40000≤1/20000--2415二級(jí)小三角0.510≤1/20000≤1/10000--1230等級(jí)導(dǎo)線長(zhǎng)度(Km)平均邊長(zhǎng)(Km)測(cè)角中誤差(″)測(cè)距中誤差(mm)測(cè)距相對(duì)中誤差測(cè)回?cái)?shù)方位角閉合差(″)相對(duì)閉合差(″)J2J6四等91.52.518≤1/800006--5」n≤1/35000一級(jí)40.5515≤1/300002410」n≤1/15000二級(jí)2.40.25815≤1/140001316」n≤1/10000三級(jí)1.20.11215≤1/70001224」n≤1/5000表5-3GPS測(cè)量技術(shù)要求（CJJ73--97）

GPS的出現(xiàn)給控制測(cè)量帶來(lái)突破。只要將GPS接收機(jī)安置于控制點(diǎn)上，接收衛(wèi)星信號(hào)，經(jīng)隨機(jī)處理軟件和平差軟件，即可解算地面控制點(diǎn)的三維坐標(biāo)（x、y、H）。隨著GPS定位技術(shù)的成熟和接收機(jī)價(jià)格的下降，GPS在各級(jí)控制測(cè)量中所占比重越來(lái)越大。等級(jí)平均距離km固定誤差a(mm)比例誤差b(ppm)最弱邊相對(duì)中誤m(mm)三5≤10≤51/80000四2≤10≤101/45000一級(jí)1≤10≤101/20000二級(jí)<1≤15≤201/10000項(xiàng)目等級(jí)觀測(cè)方法二等三等四等一級(jí)二級(jí)衛(wèi)星高度角（o）靜態(tài)≥15≥15≥15≥15≥15有效觀測(cè)衛(wèi)星數(shù)靜態(tài)≥4≥4≥4≥4≥4平均重復(fù)設(shè)站數(shù)靜態(tài)≥2≥2≥1.6≥1.6≥1.6時(shí)段長(zhǎng)度（min）靜態(tài)≥90≥60≥45≥45≥45數(shù)據(jù)采樣間隔(s)靜態(tài)10~6010~6010~6010~6010~60GPS測(cè)量各等級(jí)的作業(yè)的基本技術(shù)要求

GPS控制網(wǎng)的主要技術(shù)指標(biāo)5.1.3高程控制測(cè)量——測(cè)定控制點(diǎn)的高程H。

：水準(zhǔn)測(cè)量另外方法：三角高程測(cè)量、全站儀高程測(cè)量。

：分一等、二等、三等、四等，前一等作為以后各等的控制基準(zhǔn)，逐級(jí)控制(由整體到局部，由高級(jí)到低級(jí))。地形測(cè)量時(shí)，布設(shè)圖根水準(zhǔn)(也稱等外水準(zhǔn))。：見(jiàn)表5-4

技術(shù)要求主要方法等級(jí)關(guān)系表5-4水準(zhǔn)測(cè)量技術(shù)要求等級(jí)每千米高差全中誤差(mm)路線長(zhǎng)度(Km)水準(zhǔn)儀的型號(hào)水準(zhǔn)尺觀測(cè)次數(shù)往返測(cè)較差、附合或環(huán)線閉合差與已知點(diǎn)聯(lián)測(cè)與已知點(diǎn)聯(lián)測(cè)平地(mm)山地(mm)二等2--DS1因瓦往返各一次往返各一次4」L--三等6≤50DS1因瓦往返各一次往返各一次12」L4」nDS3雙面四等10≤16DS3雙面往返各一次往一次20」L6」n五等15--DS3單面往返各一次往一次30」L--

第五章控制測(cè)量與定位測(cè)量§5-1控制測(cè)量概述§5-2定位測(cè)量基本方法§5-3全站儀測(cè)量§

5-4

GPS定位測(cè)量已知方位已知點(diǎn)連接角轉(zhuǎn)折角導(dǎo)線邊5.2.1導(dǎo)線測(cè)量

將相鄰的控制點(diǎn)連成互相連接的折線（導(dǎo)線），通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)折角和邊長(zhǎng)，由已知點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算未知點(diǎn)的坐標(biāo)。定位測(cè)量：用測(cè)量技術(shù)方法確定點(diǎn)的三維坐標(biāo)。特點(diǎn)：布設(shè)靈活，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單。在圖根測(cè)量和工程控制網(wǎng)中應(yīng)用普遍。5.2.1.1導(dǎo)線的布置形式

閉合導(dǎo)線:

附合導(dǎo)線：45AB23（1）ABDC（1）234（5）（1）234（5）

如圖，從高級(jí)控制點(diǎn)B(1)和已知方向A1出發(fā)，經(jīng)導(dǎo)線點(diǎn)2、3、4、5再回到B(1)點(diǎn)形成一閉合多邊形。適用于較開(kāi)闊地區(qū)布設(shè)。

由一已知點(diǎn)開(kāi)始，經(jīng)若干控制點(diǎn)的連續(xù)折線到達(dá)另一已知點(diǎn)上。（布設(shè)在兩個(gè)高級(jí)控制點(diǎn)間的導(dǎo)線稱附合導(dǎo)線）由已知點(diǎn)開(kāi)始，經(jīng)若干控制點(diǎn)的連續(xù)折線又回到原來(lái)點(diǎn)。

如圖，從一高級(jí)控制點(diǎn)B和已知方向AB出發(fā)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線點(diǎn)1、2、3、4再附合到另一高級(jí)控制點(diǎn)C和已知方向CD上，形成附合導(dǎo)線。適用于帶狀地區(qū)布設(shè)。有嚴(yán)密的幾何條件，能檢核觀測(cè)成果。

支導(dǎo)線：AB（1）234（5）（1）234（5）

由已知點(diǎn)開(kāi)始，經(jīng)若干控制點(diǎn)的連續(xù)折線沒(méi)有回到原已知點(diǎn)或另一已知點(diǎn)上。（從一個(gè)已知點(diǎn)和一個(gè)已知方向出發(fā)，支出1-2個(gè)點(diǎn)的導(dǎo)線，稱支導(dǎo)線）支導(dǎo)線為一開(kāi)放式導(dǎo)線，只具有必要的起始數(shù)據(jù)，缺乏嚴(yán)密的幾何條件作檢核，因此只適于作圖根控制測(cè)量和一般的定點(diǎn)定位，而且只能支2個(gè)點(diǎn)。區(qū)別：水準(zhǔn)路線考慮的是高程條件；導(dǎo)線考慮的是縱橫坐標(biāo)條件。5.2.1.2導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè)工作

水平角：觀測(cè)導(dǎo)線各連接角、轉(zhuǎn)折角。

連接角：導(dǎo)線定向角，主要取得方位角的起算數(shù)據(jù)。

轉(zhuǎn)折角：附合導(dǎo)線測(cè)左、右角，閉合導(dǎo)線測(cè)內(nèi)角。距離：（光電測(cè)距、鋼尺量距）測(cè)量各導(dǎo)線邊的距離，要求往返測(cè)取平均值。每一步都檢查是否超限

選點(diǎn)觀測(cè)

外業(yè)資料整理導(dǎo)線測(cè)量的外業(yè)工作主要包括：選點(diǎn)、測(cè)距、測(cè)角等三項(xiàng)工作。（通視好、能保存、分布均）在現(xiàn)場(chǎng)選定控制點(diǎn)位置，設(shè)立標(biāo)志。實(shí)地選點(diǎn)注意事項(xiàng)：導(dǎo)線點(diǎn)應(yīng)選在視野廣闊，便于控制點(diǎn)使用的地方。相鄰點(diǎn)必須通視。點(diǎn)均勻分布，相鄰邊長(zhǎng)度相差不宜過(guò)大。點(diǎn)應(yīng)選在不易被行人車馬觸動(dòng)，土質(zhì)堅(jiān)實(shí)便于安置儀器的地方。1、選點(diǎn)2、觀測(cè)①

邊長(zhǎng)測(cè)量②水平角測(cè)量(連接角及轉(zhuǎn)折角）鋼尺量距：往返丈量相對(duì)中誤差<1/2000或1/1000光電測(cè)距：視距法

：往返相對(duì)誤差<1/300

一般規(guī)定觀測(cè)左角。閉合導(dǎo)線中，導(dǎo)線點(diǎn)按逆時(shí)針編號(hào)，左角即是內(nèi)角。EDCBA121°28′00″90°07′30″84°10′30″108°27′00″135°48′00″96°51′36″(方位角）231.32201.58200.44241.00263.41

1.計(jì)算公式

(1)坐標(biāo)正算公式（x1、y1、D12、α12—x2、y2）5.2.1.3導(dǎo)線測(cè)量的內(nèi)業(yè)計(jì)算

由兩點(diǎn)的邊長(zhǎng)和坐標(biāo)方位角計(jì)算兩點(diǎn)的坐標(biāo)差（坐標(biāo)增量），進(jìn)而由已知點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算未知點(diǎn)的坐標(biāo)。知1、2點(diǎn)坐標(biāo)知D12、α12（2）坐標(biāo)反算公式（x1、y1、x2、y2—

D12、α12）由兩點(diǎn)坐標(biāo)求直線的坐標(biāo)方位角和邊長(zhǎng)。由△x12、△y12的正負(fù)號(hào)判斷所在象限，再換成方位角。計(jì)算前的準(zhǔn)備工作：（1）、全面檢核外業(yè)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄、計(jì)算是否齊全、正確、限差是否合格。（2）、抄錄已知數(shù)據(jù)（已知高級(jí)點(diǎn)坐標(biāo)，方位角等）。（3）、繪導(dǎo)線略圖（注明點(diǎn)、角度、邊長(zhǎng)）。（4）、準(zhǔn)備應(yīng)用的計(jì)算表格。2.閉合導(dǎo)線計(jì)算內(nèi)業(yè)計(jì)算任務(wù)：利用已知數(shù)據(jù)和外業(yè)觀測(cè)成果,計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)（X，Y）。評(píng)價(jià)觀測(cè)質(zhì)量是否合格內(nèi)業(yè)計(jì)算內(nèi)容：①角度閉合差計(jì)算和調(diào)整

②導(dǎo)線邊方位角計(jì)算

③坐標(biāo)增量計(jì)算及坐標(biāo)增量閉合差調(diào)整

④坐標(biāo)計(jì)算（1）、計(jì)算目的

利用已知數(shù)據(jù)和外業(yè)觀測(cè)成果,計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)（X，Y）。閉合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算AB25431（2）、計(jì)算思路X2=X1+△X12=X1+D12×COSα12Y2=Y1+△Y12=Y1+D12×SINα12Xi+1Yi+1βiαi,i+1△Xi,i+1=Di,i+1×COSαi,i+1△Yi,i+1=Di,i+1×SINαi,i+1應(yīng)滿足內(nèi)角和條件：∑βi-(n-2)180°≠0

＝ff滿足限差后βi要改正應(yīng)滿足縱橫坐標(biāo)條件：∑△X≠0＝fx∑△Y≠0＝fy計(jì)算f、K，K滿足限差后△X、△Y要改正閉合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算AB25431β1β2β5β3β4角度調(diào)整：Vi=-fβ/n

即：閉合差反號(hào)平均分配至每個(gè)觀測(cè)，再計(jì)算改正后角值第一步：

角度閉合差計(jì)算和調(diào)整

（3）、計(jì)算步驟和方法（四步）若f＞

f允，不合格，檢查后，重測(cè)。

f＜

f允，合格可進(jìn)行角度調(diào)整檢核：

∑（i+Vi)=(n-2)×180°閉合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算f

=∑測(cè)-∑理=∑測(cè)-(n-2)×180°f允=±16″第二步：導(dǎo)線邊方位角計(jì)算

檢核：

12=

51±180°

+

1左AB25431閉合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算I,i+1=

i-1,i±180°

+

i左i,i+1=

i-1,i±180°

－

i右由起算方位角、調(diào)整后內(nèi)角、連接角逐邊推算，最后再回到起算邊。檢查是否一致。

坐標(biāo)增量計(jì)算

坐標(biāo)增量閉合差計(jì)算閉合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算第三步：坐標(biāo)增量計(jì)算及坐標(biāo)增量閉合差調(diào)整

若K

＞

K允，檢查后，重測(cè)邊長(zhǎng)。

K

＜

K允，合格可進(jìn)行調(diào)整

導(dǎo)線全長(zhǎng)絕對(duì)閉合差：導(dǎo)線全長(zhǎng)相對(duì)閉合差：檢核：

fx=－∑v△xi

fy=－∑v△YiK=f/∑D△xi=Di×cos

△Yi=Di×sin

fx=∑△Xi

fy=∑△Yi改正數(shù)計(jì)算：第四步：坐標(biāo)計(jì)算：檢核：

Y1=Y5+△Y51

(與起始原點(diǎn)坐標(biāo)相等)AB25431Xi+1=Xi+△Xii+1

Yi+1=Yi+△Yii+1閉合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算EDCBA121°28′00″90°07′30″84°10′30″108°27′00″135°48′00″96°51′36″(方位角）231.32201.58200.44241.00263.41閉合導(dǎo)線計(jì)算略圖閉合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算閉合導(dǎo)線計(jì)算表閉合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算閉合導(dǎo)線計(jì)算表閉合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算閉合導(dǎo)線計(jì)算示例（書上示例）閉合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算閉合導(dǎo)線計(jì)算總結(jié)

（1）角度閉合差的計(jì)算與調(diào)整

角度閉合差：fβ=∑β測(cè)-（n-2）×180°

閉合差容許值：

角度改正數(shù)：改正后角值：（2）坐標(biāo)方位角的計(jì)算

用改正后角值按第二章公式計(jì)算。（3）坐標(biāo)增量的計(jì)算

按坐標(biāo)正算公式計(jì)算各邊的坐標(biāo)增量。

(4)坐標(biāo)(增量)閉合差的計(jì)算與調(diào)整a.閉合差測(cè)量值與真值（已知值）之差！全長(zhǎng)閉合差全長(zhǎng)相對(duì)閉合差b.改正數(shù)取位至毫米，檢核！∑vx

=-fx∑vy=-fyc.改正后坐標(biāo)增量檢核！∑△x’=0∑△y’=0（5）導(dǎo)線點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算

根據(jù)起算點(diǎn)的已知點(diǎn)坐標(biāo)和調(diào)整后的坐標(biāo)增量，逐點(diǎn)計(jì)算各點(diǎn)坐標(biāo)。計(jì)算至導(dǎo)線最末一點(diǎn)后，還應(yīng)再次計(jì)算出起算點(diǎn)的坐標(biāo)，檢核其是否一致！計(jì)算目的

利用已知數(shù)據(jù)和外業(yè)觀測(cè)成果,計(jì)算導(dǎo)線點(diǎn)的平面直角坐標(biāo)（X，Y）。附合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算ABDC（1）234（5）3.附合導(dǎo)線的計(jì)算

附合導(dǎo)線計(jì)算步驟與附合導(dǎo)線相同，只是導(dǎo)線形式不同，使角度閉合差和坐標(biāo)增量閉合差的計(jì)算公式有所不同。只介紹不同部分的計(jì)算，其它計(jì)算過(guò)程及要求相同。（1）角度閉合差（2）坐標(biāo)（增量）閉合差實(shí)際上就是終邊的測(cè)量方位角與已知方位角之差！實(shí)際上就是測(cè)量坐標(biāo)增量與已知坐標(biāo)增量之差；或者說(shuō)是終點(diǎn)的測(cè)量坐標(biāo)與已知坐標(biāo)之差！4.支導(dǎo)線的坐標(biāo)計(jì)算直接按照坐標(biāo)正算公式計(jì)算即可！附合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算附合導(dǎo)線計(jì)算總結(jié)DCAB1299°01′00″167°45′36″123°11′24″189°20′56″225.860172.570139.030附合導(dǎo)線計(jì)算略圖附合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算附合導(dǎo)線計(jì)算附合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算附合導(dǎo)線計(jì)算示例（書上示例）附合導(dǎo)線點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算

1、前方交會(huì)法已知:A(xA,yA),B(xB,yB)觀測(cè)值：兩個(gè)已知點(diǎn)處的水平角和。求:P點(diǎn)的坐標(biāo)xP

,yP

計(jì)算公式如下：5.2.2交會(huì)法定位2、側(cè)方交會(huì)法已知:A(xA,yA),B(xB,yB)觀測(cè)值：一個(gè)已知點(diǎn)處的水平角和待定點(diǎn)處的水平角γ

。計(jì)算：先求第三角

=1800-(+γ)然后再按下式計(jì)算P點(diǎn)的坐標(biāo)。3、后方交會(huì)法已知點(diǎn)：A，B，C觀測(cè)值：夾角和。輔助量：r=360°-(+)求：XP，YP第一步：計(jì)算A,B,C角ABCaPβr第二步：計(jì)算權(quán)系數(shù)第三步：計(jì)算待定點(diǎn)P的坐標(biāo)

圖中，A，B點(diǎn)坐標(biāo)已知，P為待定點(diǎn)，若測(cè)量了邊長(zhǎng)a和b，則根據(jù)A，B點(diǎn)坐標(biāo)及邊長(zhǎng)a和b，可以計(jì)算P點(diǎn)的坐標(biāo)，這種方法稱邊長(zhǎng)交會(huì)法，隨著電磁波測(cè)距儀的普及，邊長(zhǎng)交會(huì)將會(huì)成為一種常用的交會(huì)方法，測(cè)邊交會(huì)有兩邊交會(huì)，三邊交會(huì)或四邊交會(huì)，基本的圖形為兩邊交會(huì)如圖。aAPBbD4、邊長(zhǎng)交會(huì)法同GPS,空間后方邊長(zhǎng)交會(huì)。作業(yè)P127-3、4

兩邊交會(huì)圖形的未知點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算公式為

式中：

對(duì)于三邊交會(huì)，可以通過(guò)取兩條近似正交的邊求出P點(diǎn)坐標(biāo)，然后以第三條邊邊長(zhǎng)C作檢核，用下式計(jì)算：

C的計(jì)算值應(yīng)等于實(shí)測(cè)值。

第五章控制測(cè)量與定位測(cè)量§5-1控制測(cè)量概述§5-2定位測(cè)量基本方法§5-3全站儀測(cè)量§

5-4

GPS定位測(cè)量可以進(jìn)行角度測(cè)量(水平角、豎直角)和距離測(cè)量(斜距、平距、高差)；測(cè)距系統(tǒng)光軸與測(cè)角系統(tǒng)視準(zhǔn)軸同軸；顯示測(cè)點(diǎn)的角度(方向值)、距離、高差或三維坐標(biāo)；具有后方交會(huì)、放樣、偏心、懸高、對(duì)邊等高級(jí)測(cè)量功能；具有較大容量的內(nèi)部存儲(chǔ)器，可以存儲(chǔ)測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、編碼、三維坐標(biāo)；

可以與計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊；高精度全站儀測(cè)角精度達(dá)0.5秒，測(cè)距精度達(dá)(1+1PPM)；可以實(shí)現(xiàn)無(wú)棱鏡測(cè)距；與計(jì)算機(jī)聯(lián)合組成的智能觀測(cè)系統(tǒng)（測(cè)量機(jī)器人）已面市。與GPS組合成超級(jí)全站儀（超站儀）

全站儀是集電子測(cè)角、光電測(cè)距及微處理器于一體，能夠進(jìn)行水平角測(cè)量、豎直角測(cè)量、距離測(cè)量和具有計(jì)算、顯示、存貯及與計(jì)算機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通訊等功能的儀器。

由于這種儀器可以完成測(cè)站上所有的測(cè)量和計(jì)算工作，故被稱為“全站儀”(TotalStation、全站型電子速測(cè)儀)徠卡TCA2003NikonDTM-502TOPCONGTS-330N南方NTS662

徠卡TPS400索佳set230RPENTAXR-202索佳SET2110超站儀全站儀的構(gòu)造智能型全站儀LeicaTCA2003特點(diǎn)：自動(dòng)無(wú)人值守觀測(cè)，全天候觀測(cè)。全站儀的構(gòu)造徠卡全站儀發(fā)展簡(jiǎn)史

19821986199119941999

TC2000單軸補(bǔ)償彩色組合功能鍵操作（DOS方式）

T3000雙軸補(bǔ)償彩色組合功能鍵操作（DOS方式）

TC1610雙軸補(bǔ)償菜單功能鍵操作

TPS1000雙軸補(bǔ)償軟功能鍵操作(圖標(biāo)操作)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別

TPS1100雙軸補(bǔ)償軟功能鍵操作(圖標(biāo)操作)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別

無(wú)合作目標(biāo)測(cè)距5.3.1全站儀的基本結(jié)構(gòu)框圖光電測(cè)角系統(tǒng)光電測(cè)距系統(tǒng)雙軸補(bǔ)償系統(tǒng)垂直角水平角斜距ΔV.ΔH微處理器鍵盤顯示器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器程序存儲(chǔ)器輸入輸出接口電子經(jīng)緯儀+光電測(cè)距儀+內(nèi)置微處理器

發(fā)展方向：

全站儀一般都有一個(gè)六針圓孔的RS-232接口，通過(guò)專用電纜可以方便地與筆記本電腦或掌上電腦相連，在相應(yīng)的繪圖軟件支持下，實(shí)現(xiàn)野外電子平板測(cè)圖。如清華三維的EPSW2000和EPSCE等。也可將野外采集的測(cè)量數(shù)據(jù)直接存儲(chǔ)在全站儀內(nèi)，作業(yè)完成后用專用通訊電纜將數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)里，通過(guò)繪圖軟件處理后，由繪圖儀直接出圖，實(shí)現(xiàn)數(shù)字地圖的成圖自動(dòng)化。南方測(cè)繪儀器公司CASS系列軟件就是這類成圖軟件。全站儀內(nèi)置式的存儲(chǔ)器和存儲(chǔ)卡與早期全站儀使用的功能單一的電子手簿相比，具有容量大，功能多，速度快，操作方便，安全，可靠的優(yōu)點(diǎn)，因此漸成主流。

全站儀的使用：不同儀器使用方法稍有差別。5.3.2全站儀在工程中的應(yīng)用

普通工程型全站儀除了具有同時(shí)測(cè)量距離和角度的基本功能外，還具有三維坐標(biāo)測(cè)量、、施工放樣測(cè)量、后方交會(huì)測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、懸高測(cè)量、偏心測(cè)量等高級(jí)功能。但象后方交會(huì)測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、懸高測(cè)量、偏心測(cè)量等功能應(yīng)用不多。⑴三維坐標(biāo)測(cè)量(coordinate)—測(cè)繪

如圖，A、B為已知點(diǎn)，在A點(diǎn)上設(shè)站并輸入其坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，后視B點(diǎn)并輸入其坐標(biāo),完成定向后（選擇好模式，設(shè)置好儀器）,瞄準(zhǔn)P點(diǎn)處棱鏡并觀測(cè)，儀器即可顯示待定點(diǎn)P的三維坐標(biāo)。三維坐標(biāo)測(cè)量后方交會(huì)測(cè)量⑵后方交會(huì)測(cè)量(Resection)

如圖，全站儀安置在一待定點(diǎn)上，觀測(cè)兩個(gè)以上已知點(diǎn)的角度和距離，并分別輸入各已知點(diǎn)的三維坐標(biāo)和儀器高、棱鏡高后，全站儀即可計(jì)算出測(cè)站點(diǎn)的坐標(biāo)。并可根據(jù)需要，設(shè)置好方位角。本功能也稱作自由設(shè)站法。(3)對(duì)邊測(cè)量(RDM(remotedistancemeasurement))

如圖，在任意位置設(shè)站，分別瞄準(zhǔn)兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)棱鏡并觀測(cè)其角度與距離，全站儀即可計(jì)算出兩目標(biāo)點(diǎn)間的平距、斜距、高差和坡度。對(duì)邊測(cè)量懸高測(cè)量(4)懸高測(cè)量(REM(remoteelevationmeasurement))

如圖，要測(cè)量某些不能設(shè)置棱鏡的目標(biāo)（如高壓線、懸崖）的高度時(shí)，可在目標(biāo)的正上方或正下方安置棱鏡，并輸入棱鏡高h(yuǎn)1。瞄準(zhǔn)棱鏡并觀測(cè)后，再瞄準(zhǔn)被測(cè)目標(biāo)，全站儀即可顯示被測(cè)目標(biāo)的高度H。(5)放樣測(cè)量S.O(setting-out)—測(cè)設(shè)

如圖，Α、Β是已知點(diǎn)，在A點(diǎn)上安置全站儀，并輸入A點(diǎn)坐標(biāo)、儀器高和棱鏡高，后視B點(diǎn)，再輸入其坐標(biāo)，即完成定向工作。將要測(cè)設(shè)的角度和邊長(zhǎng)（或坐標(biāo)值）輸入全站儀，固定照準(zhǔn)部于測(cè)設(shè)的方位角上，指揮棱鏡進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡十字絲中心并作上下、前后移動(dòng)，使實(shí)測(cè)距離與測(cè)設(shè)距離相等（或差值為零），此時(shí)棱鏡所在的位置就是測(cè)設(shè)的點(diǎn)位。放樣測(cè)量偏心測(cè)量⑹偏心測(cè)量(OffSet)—同懸高測(cè)量。因是一個(gè)平面內(nèi)，一個(gè)豎直面內(nèi)。

如圖，若待定點(diǎn)不能安置棱鏡，則可將棱鏡安置在此待定點(diǎn)一側(cè)，并構(gòu)成等邊三角形。瞄準(zhǔn)偏心點(diǎn)的棱鏡并觀測(cè)；再瞄準(zhǔn)待定點(diǎn)，全站儀即可顯示出待定點(diǎn)坐標(biāo)。

隨著光、機(jī)、電、磁等現(xiàn)代科技的發(fā)展，新型全站儀集成了更多新的功能：如激光對(duì)中器，即使在黑暗的環(huán)境中也可獲得很高的對(duì)中精度；又如激光導(dǎo)向系統(tǒng)，在放樣測(cè)量中，可引導(dǎo)司鏡員快速進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)內(nèi)；有些以激光為光源的全站儀，還可在短距離內(nèi)（100米左右）實(shí)現(xiàn)高精度的無(wú)反射棱鏡測(cè)距，在建筑、橋梁和隧道工程的施工中得到廣泛應(yīng)用。至于具有強(qiáng)大應(yīng)用軟件支持的智能型全站儀(測(cè)量機(jī)器人），更使得諸如核電站反應(yīng)堆外殼形變、水利水電工程大壩形變和礦山的巖移等工程的自動(dòng)化變形監(jiān)測(cè)成為可能。全站儀成為現(xiàn)代建設(shè)工程的質(zhì)量和效率之源。

第五章控制測(cè)量與定位測(cè)量§5-1控制測(cè)量概述§5-2定位測(cè)量基本方法§5-3全站儀測(cè)量§

5-4

GPS定位測(cè)量GPS系統(tǒng)組成GPS

定位原理GPS

定位方法GPS技術(shù)的應(yīng)用

GPS是美國(guó)國(guó)防部1973年開(kāi)始研制，歷經(jīng)20年耗資300億美元,1993年24顆工作衛(wèi)星進(jìn)入軌道，GPS計(jì)劃完成。

GPS由于具有較多優(yōu)點(diǎn)（全球性、全天候、連續(xù)的三維測(cè)速、導(dǎo)航、定位、授時(shí)能力、自動(dòng)化、高精度），GPS定位技術(shù)應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的眾多領(lǐng)域，測(cè)量只是其中之一。5.4.1GPS系統(tǒng)組成

空間部分

提供星歷和時(shí)間信息發(fā)射偽距和載波信號(hào)提供其它輔助信息用戶部分

接收衛(wèi)星信號(hào)記錄處理數(shù)據(jù)提供導(dǎo)航定位信息地面控制部分

中心控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步跟蹤衛(wèi)星進(jìn)行定軌

系統(tǒng)功能?導(dǎo)航?定位?測(cè)速?授時(shí)

1994年GPS全面進(jìn)入正式運(yùn)行階段，空間衛(wèi)星星座由24顆衛(wèi)星組成，大致均勻分布在6個(gè)軌道面上，每個(gè)軌道面上均布有4顆衛(wèi)星。其中21顆為工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星。軌道面相對(duì)于地球赤道面傾角為55°，各軌道平面升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60°。軌道平均高度為20200公里，衛(wèi)星運(yùn)行周期為11小時(shí)58分，在1998年就有27顆GPS衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行。1.空間GPS衛(wèi)星星座

在世界任何時(shí)候、任意地點(diǎn)至少可接收到4顆衛(wèi)星信號(hào)，多則可達(dá)11顆衛(wèi)星信號(hào)，我國(guó)一般可接收到5~6顆衛(wèi)星。GPS是基于精確計(jì)時(shí)的定位系統(tǒng)：高精度原子鐘是GPS衛(wèi)星的核心部件。每顆衛(wèi)星上裝有4個(gè)原子鐘，以標(biāo)準(zhǔn)頻率為GPS定位測(cè)量提供高精度的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。BlockIIRBlockII/IIABlockIIFGPS衛(wèi)星GPS衛(wèi)星星座GPS衛(wèi)星星座GPS衛(wèi)星的主要功能

1）接受和儲(chǔ)存地面控制站發(fā)送的信息，執(zhí)行監(jiān)控站的控制指令；

2）微機(jī)處理機(jī)進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)處理；

3）通過(guò)原子鐘提供精密的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)；

4）以（1575.42MHz）、（1227.60MHz）兩種載波向用戶發(fā)送導(dǎo)航和定位信息。GPS衛(wèi)星信號(hào)構(gòu)成GPS衛(wèi)星信號(hào)測(cè)距碼數(shù)據(jù)碼(導(dǎo)航電文）載波P碼（Y碼）C/A碼L1載波L2載波偽隨機(jī)碼L波段L1載波L2載波

衛(wèi)星由于受到地球引力、太陽(yáng)、月亮及其他星體引力、太陽(yáng)光壓、大氣阻力和地球潮汐力等因素的影響，衛(wèi)星的運(yùn)行軌道會(huì)發(fā)生攝動(dòng)，地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是了解衛(wèi)星的工作狀態(tài)并及時(shí)調(diào)整衛(wèi)星運(yùn)行軌道等的工作。地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括1個(gè)主控站，3個(gè)注入站和5個(gè)監(jiān)測(cè)站，分布在美國(guó)本土和其國(guó)外空軍基地，其具體分布見(jiàn)圖5—3。

圖5—3地面監(jiān)測(cè)站分布

2.地面監(jiān)測(cè)部分主控站的作用：收集監(jiān)測(cè)站所測(cè)得的偽距和積分多普勒觀測(cè)值、環(huán)境要素等數(shù)據(jù)；計(jì)算每顆GPS衛(wèi)星的星歷（軌道參數(shù)）、時(shí)鐘改正量、狀態(tài)數(shù)據(jù)、以及信號(hào)的大氣層傳播改正，并按一定的形式編制成導(dǎo)航電文，傳送到主控站。控制和監(jiān)視其它站的工作情況并管理調(diào)度GPS衛(wèi)星。注入站的作用：將主控站傳來(lái)的導(dǎo)航電文，用微波作載波，分別注入到相應(yīng)的GPS衛(wèi)星中，通過(guò)衛(wèi)星將導(dǎo)航電文傳遞給地面上的用戶。由于導(dǎo)航電文是GPS用戶所需要的一項(xiàng)重要信息，通過(guò)導(dǎo)航電文才能確定出GPS衛(wèi)星在各時(shí)刻的具體位置，因此注入站的作用是很重要的。監(jiān)測(cè)站的任務(wù)：為主控站編算導(dǎo)航電文提供原始觀測(cè)數(shù)據(jù)。每個(gè)監(jiān)測(cè)站上都有GPS信號(hào)接收機(jī)對(duì)所見(jiàn)衛(wèi)星作偽距測(cè)量和積分多普勒觀測(cè)，采集環(huán)境要素等數(shù)據(jù)，經(jīng)初步處理后發(fā)往主控站。

用戶設(shè)備部分可分GPS接收機(jī)和數(shù)據(jù)處理軟件兩部分。GPS接收機(jī)主要由天線、微處理機(jī)及其終端設(shè)備、電源組成。GPS接收機(jī)主要任務(wù)是接收、跟蹤、變換和測(cè)量衛(wèi)星信號(hào)，以獲取必要的定位信息和觀測(cè)量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理計(jì)算出測(cè)站的三維坐標(biāo)，完成導(dǎo)航與定位任務(wù)。按用途可分導(dǎo)航型和測(cè)地型兩類。測(cè)地型GPS接收機(jī)按頻率分可分單頻機(jī)和雙頻機(jī)。3.用戶設(shè)備部分導(dǎo)航型：用于運(yùn)動(dòng)載體的導(dǎo)航，實(shí)時(shí)測(cè)出載體的位置、速度。分手持型、車載型、機(jī)載型、星載型。絕對(duì)定位，精度低，賤。測(cè)地型：用于大地測(cè)量、工程測(cè)量等。相對(duì)定位，精度高，貴。分為

單頻機(jī)：接收L1載波，不能消除電離層延遲影響，短基線定位。

雙頻機(jī)：接收L2載波，能消除電離層延遲影響，長(zhǎng)基線定位。

用戶設(shè)備作用：接收GPS衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，獲得必要的導(dǎo)航和定位信息及觀測(cè)量，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得觀測(cè)時(shí)刻接收機(jī)天線相位中心的位置坐標(biāo)。

用戶設(shè)備部分：包括GPS接收機(jī)、天線、數(shù)據(jù)處理軟件包、硬件。GPS接收機(jī)有多種類型，對(duì)于大地測(cè)量而言應(yīng)用的有單頻接收機(jī)或雙頻接收機(jī)，后者可作精密測(cè)量，定位精度高。信號(hào)接收機(jī)

基本結(jié)構(gòu)主體（天線、信號(hào)接收機(jī)）控制顯示裝置記錄裝置附件（電池等）十多個(gè)國(guó)家，60多家公司生產(chǎn)，300多種型號(hào)的接收機(jī)。5.4.2GPS定位原理距離觀測(cè)值—①偽距觀測(cè)值②載波相位觀測(cè)值

空間后方距離交會(huì)

通過(guò)測(cè)量衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)至接收機(jī)的傳播時(shí)間，得到衛(wèi)星與接收機(jī)之間的距離，然后根據(jù)多個(gè)（4個(gè)）這樣的距離來(lái)解算接收機(jī)天線所在的位置坐標(biāo)。1.GPS偽距測(cè)量由于測(cè)定時(shí)間時(shí)存在衛(wèi)星鐘誤差、接收機(jī)鐘誤差及衛(wèi)星信號(hào)在電離層和對(duì)流層中傳播的延遲誤差，接收機(jī)測(cè)定的ρ是有誤差的，所以通常稱求得的距離為“偽距”,用表示。因此,測(cè)站至衛(wèi)星的幾何距離為：偽距測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：是數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，對(duì)定位條件的要求低，不存在整周模糊度的問(wèn)題，可以非常容易地實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位；

缺點(diǎn)：觀測(cè)值精度低，C/A碼（粗測(cè)碼）偽距觀測(cè)值的精度一般為3米，而P碼（精測(cè)碼）偽距觀測(cè)值的精度一般也在30個(gè)厘米左右，從而導(dǎo)致定位成果精度低，另外，若采用精度較高的P碼偽距觀測(cè)值，還存在AS政策（限制絕對(duì)定位）的問(wèn)題。

2.載波相位測(cè)量

載波相位測(cè)量是高精度觀測(cè)數(shù)據(jù)的方法。載波相位定位所采用的觀測(cè)值為GPS的載波相位觀測(cè)值，即L1、L2或它們的某種線性組合。通過(guò)測(cè)定衛(wèi)星載波信號(hào)在衛(wèi)星處某時(shí)刻的相位與該信號(hào)到達(dá)待定點(diǎn)天線時(shí)刻的相位間的相位差：（5－4－4）式中：N——信號(hào)的整周數(shù)；——不足整周數(shù)的相位差。衛(wèi)星與待測(cè)點(diǎn)天線間的距離則為：

(5－4－5）式中：——波長(zhǎng)。

相位測(cè)量只能測(cè)定不足一個(gè)整周數(shù)的相位差，無(wú)法直接測(cè)定整周數(shù)，因此這種載波相位測(cè)量的解算比較復(fù)雜。載波相位測(cè)量是利用衛(wèi)星載波波長(zhǎng)為單位進(jìn)行量度的，衛(wèi)星載波波長(zhǎng)=19.03cm，波長(zhǎng)=24.42cm，如果測(cè)相（比相）的精度達(dá)到百分之一周期，則測(cè)量的分辨率分別可達(dá)0.19cm，和0.24cm，測(cè)距中誤差分別為（3mm~5mm）和（3mm~7mm），從而保證了測(cè)量定位精度。

優(yōu)點(diǎn)：觀測(cè)值的精度高，一般優(yōu)于2個(gè)毫米。

缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理過(guò)程復(fù)雜，存在整周模糊度的問(wèn)題。

現(xiàn)有GPS接收機(jī)多采用載波相位測(cè)量載波相位測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)5.4.3GPS定位方法定位方式依觀測(cè)值分:偽距載波相位依待定點(diǎn)狀態(tài)分:靜態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位依定位模式分:絕對(duì)定位(單點(diǎn)定位）相對(duì)定位（差分定位）依定位結(jié)果時(shí)間分:實(shí)時(shí)定位非實(shí)時(shí)定位--依載波頻道數(shù)分:單頻雙頻絕對(duì)定位實(shí)時(shí)偽距差分(RTD)實(shí)時(shí)載波相位差分(RTK)載波相位平滑偽距差分事后差分網(wǎng)絡(luò)RTK廣域網(wǎng)差分(SBAS差分)靜態(tài)定位快速靜態(tài)定位動(dòng)態(tài)定位靜態(tài)定位（經(jīng)典、精密）動(dòng)態(tài)定位（經(jīng)典、精密）定位模式相對(duì)定位差分定位1.靜態(tài)定位

所謂靜態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是保持不變的。也就是說(shuō)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)不隨時(shí)間的改變而改變的量。在測(cè)量中，靜態(tài)定位一般用于高精度的測(cè)量定位，其具體觀測(cè)模式多臺(tái)接收機(jī)在不同的測(cè)站上進(jìn)行靜止同步觀測(cè)，時(shí)間由幾分鐘、幾小時(shí)甚至數(shù)十小時(shí)不等。靜態(tài)定位是待定點(diǎn)相對(duì)于周圍固定點(diǎn)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的GPS定位方法，通過(guò)大量的重復(fù)觀測(cè)，高精度測(cè)定GPS信號(hào)傳播時(shí)間，根據(jù)已知GPS衛(wèi)星瞬間位置，準(zhǔn)確確定接收機(jī)的三維坐標(biāo)。靜態(tài)定位多余觀測(cè)量大、可靠性強(qiáng)、定位精度高，是測(cè)量工程中精密定位的基本方法。2.動(dòng)態(tài)定位

所謂動(dòng)態(tài)定位，就是在進(jìn)行GPS定位時(shí)，認(rèn)為接收機(jī)的天線在整個(gè)觀測(cè)過(guò)程中的位置是變化的。也就是說(shuō)，在數(shù)據(jù)處理時(shí)，將接收機(jī)天線的位置作為一個(gè)隨時(shí)間的改變而改變的量。動(dòng)態(tài)定位是待定點(diǎn)相對(duì)于周圍固定點(diǎn)顯著運(yùn)動(dòng)（相對(duì)于地球運(yùn)動(dòng)）的GPS定位方法，以車輛、艦船、飛機(jī)和航天器為載體，實(shí)時(shí)測(cè)定GPS信號(hào)接收機(jī)的瞬間位置，定位精度低。它發(fā)展速度最快，應(yīng)用較廣，尤其是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)（RTK）測(cè)量系統(tǒng)，是GPS測(cè)量技術(shù)與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合的一種新的定位方法。

基本做法是在基準(zhǔn)站上安置一臺(tái)GPS接收機(jī)，對(duì)所有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)觀測(cè)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線電傳輸設(shè)備，實(shí)時(shí)發(fā)送給動(dòng)態(tài)用戶觀測(cè)站，從而可實(shí)時(shí)高精度地解算用戶站的三維坐標(biāo)。從動(dòng)態(tài)定位的精度來(lái)看，可分20m左右的低精度，5m左右的中等精度，0.5m左右的高精度定位。在測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的實(shí)時(shí)位置的同時(shí)，測(cè)得運(yùn)動(dòng)載體的速度、時(shí)間和方位等狀態(tài)參數(shù)，進(jìn)而引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)載體駛向預(yù)定的后續(xù)位置，稱之為導(dǎo)航。導(dǎo)航是一種廣義的動(dòng)態(tài)定位。

精度

10-30m

單機(jī)定位用于導(dǎo)航，其定位精度大約在10到30m左右，觀測(cè)值可為偽距或相位差。3.GPS單點(diǎn)定位（絕對(duì)定位）受AS政策的影響，定位精度低。