《测量基础知识》课件

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3、击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级列,,*,*,*,,,测 量 基 础,,1,,第,1,章 测绘基础知识,2,3,第,1,章 测绘基础知识,,,§,,测绘学的任务及作用,,测绘学的内容和任务,,测绘,是指对自然地理要素或者地表的形状、大小、空间位置及其属性等进行测定、采集、表述以及获取的数据、信息、进行处理和提供的活动。,,测绘学,研究的主要对象是地球的自然表面，研究测定和推算地面点的几何位置、地球形状及地球重力场，据此测量地球表面自然形态和人工设施的几何分布，并结合某些社会信息和自然信息的地球分布，编制全球和局部地区各种比例尺的地图和专题地图

4、的理论和技术的学科。它是地球科学的重要组成部分。,。,,4,第,1,章 测绘基础知识,,,§,,测绘学的任务及作用,,,测绘学研究的具体内容,：,,（１）测量学,,——,研究地球形状和大小,(,包括地球重力场,),,——,确定地面点的空间位置,(,含地下和空间,),,（２）地图制图学,,,——,研究社会和自然信息的地理分布,,——,绘制全球和局部地区各种比例尺的地形图,5,第,1,章 测绘基础知识,,,§,,测绘学的任务及作用,,,测绘学的分科,１．,大地测量学,,２．,摄影测量与遥感学,,３．,工程测量学,,,４．,海洋测量学,,５．,地图制图学,６．,测绘仪器学,７．,普通测量学,——

5、,几何,(,天文,),大地测量学、物理,(,重力,),,大地测量学、卫星,(,空间,),大地测量学,,,——,地面,(,近景,),摄影测量学、航空,摄影测量学、航天遥感测量学,——,普通工程测量学（包含土木、建筑、,水利、交通、矿山测量等）、精密工,程测量学、特种工程测量学,——,海洋水体测量学、水下地形测量学、,航道测量,——,地图学与,GIS,、地图制图工程,——,光学测绘仪器学、电子测绘仪器学,——,局部地区地形测量与一般工程测量,6,第,1,章 测绘基础知识,,,§,,测绘学的任务及作用,,在国家经济建设中的作用,,1.,工程建设的,尖兵,,2.,军事作战的,眼睛,,3.,科学研究的

6、,工具,,4.,现代管理的,基础,,（数字地球、数字中国和数字城市）,7,第,1,章 测绘基础知识,,,§,1.2,地球的形状和大小,8,第,1,章 测量学的基础知识,,,§,1.2,地球的形状和大小,9,第,1,章 测量学的基础知识,,,§,1.2,地球的形状和大小,10,第,1,章 测量学的基础知识,,§ 1.2,地球的形状和大小,11,第,1,章 测量学的基础知识,,,§,,1.2,地球的形状和大小,一、地球形状和大小,,1.,,地球是一个表面起伏较大的椭球,,地球表面最高峰：,,海洋底部最深处,,地球表面最大高差近,20km,,2.,地球又是一个近似光滑的水球,大陆面积,:,

7、占,29%,,海洋面积,:,占,71 %,,3.,地球平均半径,: 6371km,,,,28 九月 2024,,合肥工业大学,土建学院测量工程系,12,,测量工作是在地球表面进行的。地球表面虽然很不规则，有高山、平原、丘陵、海洋等。但这些起伏相对于地球本身十分微小。,,13,,,,,实际地球,地球表面,大地体,旋转椭球体,大地水准面,参考椭球面,一、地球的形状,14,§,1.2,地球的形状和大小,,二、基本概念,1.,重力方向线,,即铅垂线,,,,是测量工作的,基准线,2.,水准面,,自由静止的水面,;,,是等位面,,,有无数个,,,,,地心,O,离心力,地心引力,重力,G,,重力的方向线称

8、为铅垂线,15,,设想当海洋处于静止均衡状态时，将它延伸到陆地内部所形成的封闭曲面。,,大地水准面,静止海水面,,,,,陆地,大地水准面,16,,,,,地球表面,低密度矿体,高密度矿体,大地水准面,大地水准面和铅垂线示意图,17,,,,,地心,O,O,,,G,格林尼治天文台,G,,地球自转轴,起始天文子午面,地球自然表面,大地水准面,E,18,WDM94,模型描述的地球形状,19,§,1,.2,地球的形状和大小,二、基本概念,3.,大地水准面,,静止平衡状态下的平均海水面,,,向大陆岛屿延伸而形成的闭合水准面,,特性,:,,唯一性、等位面、 不规则曲面,作用：,测量野外工作的,基准面,4.,大

9、地体,由大地水准面包围的地球形体，是不规则球体。,20,二、基本概念,5.,旋转椭球,与大地体非常接近的,数学椭球,,长半径为,a,，短半径为,b,,,扁率,,,数学模型 地球平均半径,R=6371km,,,§ 1.2,地球的形状和大小,,Z,Y,X,21,§,1.2,地球形状和大小,旋转椭球理论上是唯一的数学球体,旋转椭球参数，难以全球统一确定；各国自己测定并采用的旋转椭球称为,参考椭球,同时顾及地球几何参数和物理参数的旋转椭球称为地球椭球体，又称为,参考椭球体,参考椭球面,是测量计算和制图的基准面,,,22,,§ 1.3,

10、测量中常用的坐标系统,地面点位的坐标与选用的地球椭球和坐标系统有关，测量中常用的坐标系统有：天文坐标系、大地坐标系、高斯平面直角坐标系、独立平面直角坐标系,一、天文坐标系,球面坐标，称为地理坐标,,基准面,：大地水准面,,基准线,：铅垂线,,地面点位用天文经度和天文纬度来表示,23,二、大地坐标系,,基准面,：参考椭球面,,基准线,：法线,地面点位用大地,经度,和大地,纬度,来表示,年北京坐标系,国家大地坐标系,世界大地坐标系,,§ 1.3,测量中常用的坐标系统,,三、,空间直角坐标系,三维坐标,(X,Y,Z),24,1980,国家大地坐标系,大地原点,——,位于陕西省泾阳县永乐镇,25,§

11、1.3,测量中常用的坐标系统,四、大地坐标和空间直角坐标的转换,,五、高斯投影和高斯平面直角坐标系,1.,高斯投影,——,横切椭圆柱正形投影。又称为高斯,—,克吕格投影。同时满足等角和高斯投影条件。,目的：,将球面坐标转换为平面坐标。,,26,,,,,,,,,,,,O,S,N,赤道面,,中央子午线,,,,,,,,,,,M,高斯投影的概念,27,1.,高斯投影,中央子午线和赤道投影后成相互垂直的直线。,中央子午线长度不变，离中央子午线越远变形越大。,为保证投影精度，必须采用,分带投影,。,6,度投影带,：,中央子午线经度为,28,2.,高斯投影分带,（,1,）,6,度投影带,：,中央子午线经度为

12、,,（,2,）,3,度投影带,：,中央子午线经度为,29,五、高斯投影和高斯平面直角坐标系,3.,高斯平面直角坐标系,x,坐标,：中央子午线向西平移,500km,，向北为正。,y,坐标,：赤道，向东为正。,为区分点位所在的高斯投影带，在,Y,坐标前必须加两位数的,带号,。,如：,,我国六度带带号,N=13~23,，三度带带号,n=25~45,30,,,x,,Ⅳ,α,Ⅰ,y,,Ⅲ Ⅱ,,高斯,平面直角坐标系,,,y,,Ⅱ Ⅰ,α,x,,Ⅲ Ⅳ,笛卡尔,平面直角坐标系,,3.,,测量,高斯平面直角坐标系,

13、与,,数学,笛卡尔,平面直角坐标系的区别,,31,六、墨卡托投影,——,等角正圆柱投影,,七、独立平面直角坐标系,在,半径,R<10km,的范围内，可用水平面代替大地水准面作为基准面。,以磁子午线的方向作为,X,轴，向北为正；其垂直方向为,Y,轴，向东为正。,坐标原点选在测区西南角。,,,x,,,测区,,o y,32,,§ 1.4,地面点的高程,一、,高程,地面点沿铅垂线方向到,高程基准面,的距离,绝对高程,H,（海拔）：,地面点沿铅垂线方向到,大地水准面,的距离,,相对高程,H,',：,地面点沿铅垂线方向到,任意水准面

14、,的距离,,高差,h,：,地面两点高程之差,,33,二、我国的高程系统,国家水准原点,（高程零点,H,。,）,位于青岛观象山，,黄海平均海水面为高程基准面,1956,黄海高程系,：,H,。,1985,国家高程基准,：,H,。，相差,29mm,合肥市目前仍采用上海,吴淞高程系,如合肥市某点,:,,吴淞高程,—1.856m=85,黄海高程,34,§,1,.6,测量工作的基本概念,一、测量三项基本工作,测量工作包括,测定,和,测设,两部分，其实质都是确定地面点的点位,确定点位的,三要素,：高差、水平角、水平距离,测量,三项基本工作,：,,高程测量,角度测量,距离测量,35,二、测量工作的原则,,从整

15、体到局部，先控制后碎部,,——,减少误差结累,,——,加快测量速度,,前项工作未作检核，不进行下一步工作,,——,保证成果质量,36,,三、普通测量的基本内容,第,2,章 水准仪及水准测量,37,38,第,2,章 水准仪及水准测量,,,§ 2.1,高程测量概述,,测量三项基本工作之一：高程测量,高程测量,：测量地面上各点高程的工作,高程测量有下列几种方法：,,1.,几何水准测量,——,是高程测量最主要的方法,,2.,三角高程测量,,3.,物理高程测量,包括,:,气压高程测量、液体静力水准测量,,高程测量,2012,年,6,月,39,第,2,章 水准仪及水准测量,,,§ 2.2,水准测量原

16、理,,原理：,利用水准仪提供的一条水平视线，借助水准尺来测定地面两点间的高差，从而由已知点的高程和测得的高差，求出待定点的高程。,1.,高差法,:,h,AB,=,后视读数,—,前视读数，即：,待定点,B,点的高程：,,2.,仪高法,(,视线高法,):,,40,第,2,章 水准仪及水准测量,,,§ 2.3,水准仪及其使用,,水准测量所使用的仪器为,水准仪,，所使用的工具为,水准尺,和,尺垫,。,水准仪按其,精度,划分为四个等级：,精密水准仪,DS05,、,DS1,；普通水准仪,DS3,、,DS10,,D,—,大地测量；,S,—,水准仪；后面的数字代表仪器的测量精度（每公里往返测高差中数的中误差

17、，即精度）。,水准仪按其,构造,可分为四种：,微倾式水准仪、自动安平水准仪、电子水准仪和数字水准仪,目前，普通工程测量中,最常用,的水准仪是：,,DS3,微倾式水准仪,（或,DS3,自动安平水准仪）,2012,年,6,月,,,宁夏国土资源厅,41,第,2,章 水准仪及水准测量,,,§ 2.3,水准仪及其使用,,一、,DS3,微倾式水准仪,DS3,微倾式水准仪的构造,作用：,为测量高差提供一条水平视线,组成：,望远镜、水准器、基座,1,3,2,7,6,5,4,9,8,10,14,12,13,11,15,16,1.,微倾螺旋；,2.,分划板护罩；,3.,目镜；,4.,物镜调焦螺旋；,5.,制动螺

18、旋；,6.,微动螺旋；,7.,底板；,8.,三角压板；,9.,脚螺旋；,10.,弹簧帽；,11.,望远镜；,12.,物镜；,13.,管水准器；,14.,圆水准器；,15.,连接小螺钉；,16.,轴座,2012,年,6,月,42,第,2,章 水准仪及水准测量,,,§ 2.3,水准仪及其使用,,2.,水准尺和尺垫,（,1,）水准尺有,单面尺、双面尺、塔尺,三种（,2,）标准水准尺为一对双面尺， 其中,: A,尺和,B,尺,黑面,0~3m,;,A,尺红面,~7.687m,,B,尺红面,。（,3,）尺垫半球形顶部用来竖立水准尺，并标志,转点,位置。,43,第,2,章 水准

19、仪及水准测量,,,§ 2.3,水准仪及其使用,,二、 精密水准仪和精密水准尺,精密水准仪（,DS05,、,DS1,）主要用于国家一、二等水准测量,(the first and second order leveling),和高精度的工程测量中；,例如建构筑物的沉降观测，大型桥梁工程的施工测量和大型精密设备安装的水平基准测量等。,,44,第,2,章 水准仪及水准测量,,,§ 2.3,水准仪及其使用,,二、 精密水准仪和精密水准尺,1. N3,精密水准仪,下图就是新,N3,微倾式精密水准仪，其每,km,往返测高差中数的中误差为。为了提高读数精度，精密水准仪上设有平行玻璃板测微器。,2012

20、,年,6,月,45,第,2,章 水准仪及水准测量,,,§ 2.3,水准仪及其使用,,二、 精密水准仪和精密水准尺,2.,精密水准尺,(,因瓦水准尺,),精密水准尺：是在木质尺身的凹槽内，引张一根因瓦合金钢带，其中零点端固定在尺身上，另一端用弹簧以一定的拉力将其引张在尺身上，以使因瓦合金钢带不受尺身伸缩变形的影响。,长度分划在因瓦合金钢带上，数字注记在木质尺身上，精密水准尺的分划值分为基辅分划（,10mm,）和奇偶分划（,5mm,）两种。,基辅分划差为：,3.01550 m,46,第,2,章 水准仪及水准测量,,,§ 2.3,水准仪及其使用,,三、数字水准仪,（电子水准仪）,望远镜,基座,

21、—,,脚螺旋,自动安平补偿器,电子,水准,仪,调焦螺旋,制动、微动螺旋,,,调焦发送器：计算概略视距值；,补偿监视器：监测安平补偿器的工作状态,分光镜 ：将由物镜计入的光分为可见光和红外光,行阵探测器：识别水准尺上的条码，进行读数,47,,§,,2.4,水准测量方法,一、水准测量的外业实施,1.,水准点,,——,事先埋设标志在地面上，用水准测量方法建立的高程控制点,(Bench Mark),,常以,BM,表示。,水准点分为永久性和临时性两种，其顶部通常为凸起的半球面,,,用于放置水准尺。,,48,2.,待定点高程的测量和计算检核,已知,H,A,，,求高程,H,B,，,中间临时放置标尺的过

22、度点,1,，,2….,称为,转点,,,起高程传递作用,,,常用,TP,表示，实测时转点上应使用,尺垫,。,49,每测站高差：,各测站高差之和：,待定点,B,点高程：,施测方法,（,动画,）,2.,待定点高程的测量和计算检核,50,普通水准测量记录表,,,,,,,ZD,1,∑,a,–,∑,b,=5.358,–,∑,h,=2.209,–,H,B,–,,H,A,=51.491,–,H,B,–,,H,A,=∑,h,=∑,a,–,,∑,b,(,计算无误,),计算检核,,,,,Σ,,,,,B,,,,,ZD,3,,,,,ZD,2,H,A,=50.000m,,,,,,,,A,–,前视,+,后 视,备 注,

23、高 程,（,m,）,高 差,标尺读数（,m,）,测点,,51,3,.,测站检核,为保证每一测站的高差正确，或在误差允许范围之内，必须进行测站检核。,测站检核有,双仪高法,和,双面尺法,（,1,）,双面尺法,：,黑面读数高差：,红面读数高差：,红黑面高差之差：,最后高差中数：,,（,2,）,双仪高法,：,改变仪器高度,10cm,以上，测出两次高差，进行检核。,52,,双面尺法水准测量观测记录表,53,,双仪高法水准测量观测记录表,54,,二、水准路线测量的成果检核,1.,闭合水准路线,从某已知点,BMA,出发,,,经待定点,1,2,3,4;,再回到,A,点。,高差理论值：,⊗,高差

24、闭合差：,,2.,附合水准路线,从已知点,BMA,出发到另一已知点,B,,,高差理论值：,高差闭合差：,,A,B,2,,,,,,h,1,h,3,1,55,,二、水准路线测量的成果检核,3.,结点水准网,,（,1,） 独立水准网,⊗,,（,2,）单结点附合水准网,,4.,支水准路线,从已知点,BMA,出发到待定点,B,,,,,,⊗,,,⊗,,⊗,56,三、水准测量的内业计算,,按一定的原则将计算出的水准线路高差闭合差进行分配，确保各测段（或各测站）高差经改正后严格满足检核条件。,等外水准测量,高差闭合差容许误差：,,山地：,,平地：,国家四等水准测量,高差闭合差容许误差：,,山地：,,平地：,,

25、57,,水准测量的内业计算步骤,,（附合、闭合水准路线）,,h,2,1,）计算闭合差,2,）判断闭合差是否超限,3,）计算各测段观测高差的改正数,5,）计算各测段的改正后的高差,6,）计算各点的高程值,4,）检查闭合差是否分配完,,A,B,2,附合水准路线,,,,,h,1,h,3,1,28 九月 2024,,,合肥工业大学,土建学院测量工程系,58,例：附合水准测量内业计算,59,普通水准测量记录计算表,,,,B,,0964,5754,1563,6348,B,f,h,=,,∑,h,=,–,0.016 m =,–,16 mm,,检核,BMA,,0772,5560,,BMA,E,,2024,671

26、2,0876,5566,E,D,,2100,6886,0932,5720,D,C,,1387,6076,1350,6035,C,H,A,=55.352m,,,25127200,BMA,平均高差,高差,前视,后 视,备 注,高 程,（,m,）,高 差,标尺读数（,m,）,测点,Σ,,,,,,,,,,,,,,,+3,,+3,,+3,,+3,,+4,,60,§,2.5,微倾式水准仪的检验与校正,一、圆水准器的检验与校正,检验目的是保证：,圆水准器轴,∥,仪器,VV,二、十字丝的检验与校正,检验目的是保证：,十字丝横丝⊥ 仪器,VV,三、管水准器的检验与校正,检验目的是保证：,视准轴

27、,CC,∥,水准管轴,LL,,（水准仪的主条件）,61,§,2.6,水准测量误差分析及注意事项,一、仪器误差,,1.,仪器校正后的残余误差,,2.,水准尺误差,(,包含,:,刻划、变形和零点误差等）,,二、观测误差,,1.,读数误差,,2.,视差影响,,3.,水准管气泡居中误差,,三、外界条件的影响,,1.,仪器下沉和尺垫下沉误差,,2.,地球曲率和大气折光的影响,,3.,温度的影响,,62,,望远镜的视准轴与水准管的水准轴,不平行,i,角对,读数,的影响,向上倾斜,i,,角的符号为正,63,,望远镜的视准轴与水准管的水准轴,不平行,i,角对,高差,的影响,向上倾斜,i,,角的符号为正,第,3

28、,章 经纬仪及角度测量,,64,65,第,3,章 经纬仪及角度测量,,测量三项基本工作之一：,角度测量,角度测量的仪器：,经纬仪,角度测量分为：,水平角测量,和,竖直角测量,水平角测量目的,：用于求算地面点的平面位置,竖直角测量目的,：,,1.,测定地面两点的高差,,2.,将地面两点的倾斜距离改化成水平距离,,66,,§ 3.1,角度测量原理,,一、水平,角测量原理,水平角定义,,1.,为地面上,O,点至,A,和,B,两目标方向线在水平面,P,上投影的夹角,β,，称为水平角。,,,2.,地面上一点到两目标的方向线间所夹的水平角，就是过这两方向线所作两竖直面间的二面角。,,,,,,,,,67

29、,二、竖直,角测量原理,竖直角定义,竖直角是同一竖直面内倾斜视线与水平线之间的夹角，其角值,仰角,俯角,视线水平时竖直角,视线水平时竖直度盘读数为一常数，通常为 或是的倍数,,,,,,,68,69,§,,,经纬仪及角度观测,经纬仪的种类,,1.,按构造原理和读数系统分为,:,,游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪,,,2.,按精度高低分为：,,DJ07,、,DJ1,、,DJ2,、,DJ6,、,DJ15,、,DJ60,,3.,一般工程测量最常用,:,DJ6,级光学经纬仪,70,经纬仪的精度系列及用途,技术项目,一测回水平,方向中误差,望远镜有效,孔径不小于,望远镜放大,倍数不小于,水准管

30、,分划值,水平度盘,垂直度盘,主要用途,经纬仪等级,DJ,1,DJ,2,DJ,6, 1  2  6,二等平面控制,测量及精密,工程测量,60mm 40mm 40mm,30,倍,28,倍,26,倍,6/2mm 20/2mm 30/2mm,10/2mm 20/2mm 30/2mm,三、四等平面,控制测量及,一般工程测量,图根控制测量,及,一般工程测量,技术参数,71,72,ET-02,电子经纬仪的使用,如图为南方测绘仪器公司生产的,ET-02,电子经纬仪。,一测回方向观测中

31、误差为,±2″,，角度最小显示到,1″,，竖盘指标自动归零补偿采用液体电子传感补偿器。,可以与南方测绘公司生产的光电测距仪和电子手簿连接，组成速测全站仪，完成野外数据的自动采集。,仪器设有双操作面板，每个操作面板都有完全相同的一个显示窗和,7,个功能键，便于正倒镜观测；望远镜的十字丝分划板和显示窗均有照明光源，以便于在黑暗环境中观测。,73,二、,经纬仪的安置,1.,对中,对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一个铅垂线上。,有垂球对中和光学对中两种方法。,,对中精度,：垂球对中,3mm,，光学对中,1mm,2.,整平,整平的目的是使仪器竖轴处于铅直位置和水平度盘处于水平位置。,,3.,瞄准,

32、（注意消除,视差,）,4.,读数,74,,测回法：,一个测站观测,2,个方向时用。,,方向观测法：,一个测站观测,3,个或,3,个以上方向时用,,,,也称“全圆测回法”。,三、水平角测量,,,,,J,K,B,,测回法,第,1,方向,第,2,方向,测站,,,,,,,,,,,,,,A,B,C,D,E,,方向观测法,75,1,.,竖直角观测方法,竖直角,,(,也称,垂直角,),——,在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视,线的夹角。,α= 0,,±90,,。仰角为,正,，俯角为,负,。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,天顶,铅垂线,水平线,A,C,,B,0°

33、,90,°,180°,270°,,,,,Z,A,Z,C,,A,,C,四、,,竖直角测量,76,77,3.6,经纬仪的检验与校正,,一,.,经纬仪的轴线及其应满足的条件,1.,经纬仪的轴线,横轴,HH,,视准轴,CC,,水准管轴,LL,,竖轴,VV,,圆水准轴,L,,L,,,2.,应满足的条件,水准管轴垂直于竖轴,LL,⊥,VV,,视准轴垂直于横轴,CC,⊥,HH,,横轴垂直于竖轴,HH,⊥,VV,,十字竖丝垂直于横轴 竖丝,⊥,HH,,圆水准轴平行于竖轴,L,,L,,∥,VV,(,次要条件,),§,3.3,经纬仪的检验与校正,78,3.6,经纬仪的检验与校正,,二,.,经纬

34、仪的检验校正内容,§,3.3,经纬仪的检验与校正,1.,水准管轴垂直于竖轴的检验与校正,2.,十字丝竖丝的检校,3.,视准轴的检校,4.,横轴的检校,5.,竖盘指标差的检校,第,4,章 距离测量,79,80,第,4,章 距离测量,距离测量是测量三项基本工作之一,.,距离测量的方法主要有,:,1.,钢尺,(,皮尺,),量距,.,2.,视距测量,,3.,光电测距,要确定地面点的平面位置,,,还必须测定直线的方向,,,即直线定向,,,,81,视距测量图,,82,,利用调制波波长,测距,,,,,,,,,B,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,测距仪,反光棱镜,S,电磁波测距,电

35、磁波测距图,,A,,83,,第,4,章 距离测量,,,§4.1,钢尺量距,,§4.2,红外线测距仪及全站仪,,§4.3,直线定向,,,84,§4.1,钢尺量距,1.,钢卷尺,,尺长与规格：,20,米、,30,米、,50,米，钢质，涂塑或不涂塑。,刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位,置有不同，分,刻线尺,和,端点尺,两种。,,4.1.1,量距用的工具,:,钢卷尺，花杆，测钎,,,一般量距方法 量距相对精度,1,,2000,15000,,精密量距方法 量距相对精度,1,10,000,140000,2.,花杆,定线用（量距时标定直线量距的前进方向）,3

36、.,测钎,量距时在地面标定尺段端点位置。,,,,,,,,,,,,,,,,,,85,端点尺 刻线尺,测钎 花杆,皮尺 测绳,钢卷尺,86,4.1.2,直线定线,,1.,两点间目估定线,,2.,两点间互不通视定线,,,3.,经纬仪定线,:,如果量距要求的精度较高,,,可在其端点,A,安置经纬仪定线,.,87,§4.2,电磁波测距,电磁波测距仪分类,1.,按其所采用的载波（光源）可分为：,①微波测距仪,(microwave EDM instrument),；,②激光测距仪,(laser EDM instrument),；,③红外测距仪

37、,(infrared EDM instrument,);,2.,按测程分为：,①短程测距仪,(≤5km),②,中程测距仪,(5~15km),③,远程测距仪,(≥ 15km,）,3.,按精度分为：,①,Ⅰ,级测距仪,(m,D,≤5mm),②,Ⅱ,级测距仪,(5 ≤ m,D,≤10mm),③,Ⅲ,级测距仪,(m,D,≥,,10mm,）,4.,按测距原理分为：,①脉冲式； ②相位式,88,5,光电测距仪的组成,第,5,章 全站仪和,GPS,及其使用,89,90,5,全站仪和,GPS,及其使用,全站仪,,（一） 全站仪概述,（二）,全站仪的功能,,（三） 几种全站仪及其基本应用,,91,南方,NTS,

38、全站仪,TOPCON GTS,全站仪,92,Leica,全站仪,93,棱镜杆,单棱镜,三棱镜,94,（一） 全站仪概述,,全站仪,(total station),是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。,全站仪的基本功能是,测量水平角、竖直角和距离,。,全站仪具有如下特点：,同时进行角度测量,(,水平角、竖直角,),和距离测量,(,斜,距,S,、平距,D,、高差,h),；,测距系统光轴与测角系统视准轴同轴（,三轴同一,）；,显示测点的角度,(,方向值,),、距离、高差或三维坐标；,拥有后方交会、放样、,偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算,等高级测量功能。,95,

39、全站仪特点,拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式存储已,知点和观测点的点号、编码、三维坐标；,实现全站仪与计算机的数据通讯；,高精度全站仪测角达秒级，测距精度达,(0.1mm+0.1PPM),；,与计算机联合组成的智能观测系统能实现全自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机器人。,96,,三轴同一望远镜,,在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴和接收光轴是同轴的，其光路如图所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距,97,测量仪器总的发展过程,,测量仪器总的发展过程：,光学经纬仪 电子经纬仪,,速测全站仪

40、全站仪。,全站仪的发展过程：,,1.,普通型全站仪,,,2.,功能型全站仪,,,3.,磁卡型全站仪,,,4.,内存式全站仪,,5.,全自动智能全站仪,全站仪生产厂家：,瑞士：徕卡,Leica,德国：蔡司,Zeiss,日本：拓普康,TOPCON,，索佳,SOKKIA,，宾得,,,尼康中国：南方、苏州、北京,98,（二）,全站仪的功能,对边测量,、,悬高测量,、,后方交会,、,放样,、,偏心测量、,面积计算,等高级测量功能。,,99,全站仪的功能,1,、对边测量,如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距,(HD),、斜距,(S),、高差,(V),和坡度（,%,）

41、。对边测量可以连续进行。,,,,,,,,,,,,,,V,S,HD,,%,28 九月 2024,,100,全站仪的功能,2,、悬高测量,如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（,高压电线、桥梁桁架,）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高,h1,，瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度,H,,,,,,,,,,,,,H,h,1,h,2,,,,,宁夏国土资源厅,101,全站仪的功能,3,、后方交会测量,如图，全站仪安置在某一待定点上，通过对两个以上的已知点处的棱镜进行观测，并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显示待定点的三维坐标。,,,,,,,,,,,,

42、,,,,,,102,4,、三维坐标测量,如图，将全站仪安置在已知点,A,，棱镜设置在待定点,P,，输入,A,点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点,B,并输入,B,点坐标（后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准,P,点处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定,P,的三维坐标。,,,,,,,,,,,,,,,,A,P,,,B,全站仪的功能,28 九月 2024,,103,全站仪的功能,5,、放样测量,将要测设的角度和边长（或坐标值）输入全站仪，在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样值之差，根据显示的偏离值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的点位。有的电子全站仪还可通

43、过图形显示出棱镜上下左右前后的移动方向。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,宁夏国土资源厅,104,全站仪的功能,,,,,,,,,,,,,,,,6,、偏心测量,如图，若侍定点处不能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点的左侧或右侧，并使棱镜至站点的距离相当，瞄准棱镜并进行观测，再照准待定点，仪器即可显示待定点的坐标。,,不同厂家生产的电子全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测量功能的按键程序和步骤也不完全一样，具体使用应参见厂家的使用说明书,。,28 九月 2024,,105,全站仪测量的流程,,野外采集数据,：,南方,NTS,、,TOPCON,全站仪,+PDA,（测图精灵）,传输数据,

44、：将数据文件传入计算机,处理数据,：用测图软件 （南方测绘,CASS,）处理、编辑,输出成果,：数字化地 形图、电子地图（,.dwg,）、工程图。,,,宁夏国土资源厅,一、,GPS,概述,§5.2 GPS,,,宁夏国土资源厅,106,28 九月 2024,,（一）,GPS,及其背景,它的全称是卫星授时测距导航系统,/,全球定位系统,（,NAVSTAR/,GPS,；,Navigation System timing And Ranging/,G,lobal,P,ositioning,S,ystem,）,,GPS,是美国军方研制的第二代卫星导航系统,,(1),全球通用，,24,小时可以定位，测

45、速和授时,,(2),确保美国军事安全，服务于全球战略,,(3),导航精度可达,10,—,20m,(4)1994,年,3,月,28,日建成，取代其它导航系统,,107,,,,GPS,用于军事,,飞行高度,9,840,英尺,/ 3,000,米,,,,108,系统特征,NNSS,GPS,载波频率,GHz,0.15,0.40,1.23,1.58,卫星高度,km,1070,20200,卫星数,6,21+3,卫星周期,min,1:47,11:58,卫星钟稳定度,10,-11,10,-12,GPS,与,NNSS,的主要特征比较,注：,NNSS,是美国于,1964,年建成的海军导航系统,109,,,宁夏国土资

46、源厅,28 九月 2024,,系统特征,GLONASS,GPS,载波频率,GHz,1.61,1.25,1.23,1.58,卫星高度,km,19100,20200,卫星数,21+3,21+3,卫星周期,h,11:15,11:58,卫星钟稳定度,10,-11,10,-12,GPS,与,GLONASS,的主要特征比较,注：,GLONASS,是俄罗斯于,1996,年建成的全球定位系统,110,（二）,GPS,的特点,,全球性，全天候，高精度，保密性,,GPS测量与经典测量方法的对比,：,不需要相互通视,观测作业不受天气条件的影响,网的质量与点位的分布情况无关,能达到大地测量所需要的精度水平,白天和夜间

47、均可作业,经济效益显著,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,111,GPS,用于大地测量,112,（三）,GPS,的系统组成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,空间部分,24,颗,GPS,卫星组成,用户部分,,GPS,接收机,控制部分,,1,个主控站,,5,个监控站,,3,个注入站,,,注入站,,,监控站,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

48、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,主控站,,,,,,,,,,,,113,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

49、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,注入站,空间星座部分：,提供星历和时间信息,发射伪距和载波信号,提供其它辅助信息,地面控制部分：,中心控制系统,实现时间同步,跟踪卫星进行定轨,用户部分：,接收卫星信号,记录处理数据,提供导航定位信息,,,宁夏国土资源厅,28 九月 2024,,114,GPS,空间星座部分,,,,115,24,颗卫星,(21+3),6,个轨道平面,55,º,轨道倾角,20200,km,轨道高度,(,地面高度

50、,),11,小时,58,分,(,恒星时,),轨道周期,5,个多小时出现在地平线以上,(,每颗星,),在全球各处能观测到高度角,>15°,的卫星,4,颗以上,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

51、,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,GPS,卫星,（,目前轨道上实际运行的卫星个数已经超过了,32,颗,）,116,GPS,卫星在轨道上的分布,,,宁夏国土资源厅,117,28 九月 2024,,118,GPS,地面监控部分,,,,控 制 部 分,,1,个 主 控 站,,3,个 注入站,,5,个 监 控 站,119,GSP,地面控制站,一个主控站,：,科罗拉多,•,斯必灵司,三个注入站：,阿松森(A,scencion),—,大西洋,,,迭哥,•,伽西

52、亚(Diego Garcia),—,印度洋,,,,卡瓦加兰(kwajalein),—,太平洋,五个监测站,,=,,1个主控站+3个注入站+夏威夷(H,awaii),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

53、,,,55,,,,,,H,awaii,A,scencion,Diego Garcia,kwajalei,n,Colorado springs,120,,GPS,用户部分,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,宁夏国土资源厅,28 九月 2024,,121,1. GPS,接收机的功能,跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间。,解译导航电文，实时解算测站三维位置。,2. GPS,接收机的类型,,,,,3. GPS,接收机的发展,1981,年,GPS,接收机问世,测地

54、型已从第一代发展到第三代,,,目前还在飞速发展。,,（,2,）按信号频率分：,单频（,L1,）,双频（,L1,和,L2,）,（,1,）按用途分：,导航型,授时型,测地型,122,GPS,天线,部分,将微弱的卫星电磁波信号转变为电信号,,,并放大,GPS,主机,部分,1.,变频器,2.,信号通道,3.,微处理器,4.,存储器,5.,显示器,GPS,电源,部分,123,测地型,GPS,接收机,导航型,GPS,接收机一般情况下无数据输出的记录存储设备,(,手持机,),天线,前置放大器,电源部分,射电部分,微处理器,数据存器,显示控制器,供电,信号,信息,命令,数据,供电，控制,供电,数据,控制,,1

55、24,（四）,GPS,的功能,,导航,,,海空导航、车辆引行、导弹制导等,测速,,其精度可达,测时与授时,,其精度可达,340ns,（,1,纳秒,=10,-9,秒）,定位,125,二、,GPS,定位原理,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,Time (0),Ambiguity,Time (i),Ambiguity,Counted Cycles,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,

56、,,,,,,,,,,,Phase Measurement,,,宁夏国土资源厅,126,28 九月 2024,,,,（一）,GPS,坐 标 系,,,WGS-84,坐标系,World Geodetic System-1984,坐标是,GPS,所采用的坐标系统，,GPS,发布的星历参数都是基于此坐标系的。,,WGS-84,的椭球参数：,,北京坐标系,(C54),,克拉索夫斯基椭球参数：,,西安坐标系,(C80),,IUGG1975,椭球参数：,127,28 九月 2024,,,,X,轴,=0,经度,X,轴在赤道平面内,Y,轴,=,东经,90,度,Y,轴在赤道平面内,地心坐标为（,0,，,0,，,0,

57、）,Z,轴,=,旋转轴（极轴）,地球质心为原点的坐标系统（空间直角坐标系）,128,28 九月 2024,,,,,依定位时的状态,动态定位,静态定位,,,依定位模式,绝对定位（单点定位）,相对定位,差分定位,,依定位采用的观测值,伪距测量（伪距定位）,载波相位测量,,,依时效,实时定位,事后定位,,,（二）,GPS,测量定位的分类,129,28 九月 2024,,GPS,定位的误差来源,与,GPS,卫星有关的因素,,SA,技术：人为的降低广播星历精度,(ε,技术，,2000,年,5,月取消,),,AS,技术：防电子欺骗技术；卫星星历误差； 卫星钟差,与传播途径有关的因素,,电离层延迟；

58、对流层延迟； 多路径效应,与接收机有关的因素,,接收机钟差； 天线相位中心误差； 接收机软件和硬件误差,另外有接收机的对中、整平误差等,130,28 九月 2024,,,常规,GPS,的测量方法，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而,RTK,是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分,(,R,eal -,T,ime,K,inematic),方法，是,GPS,应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新曙光，极大地提高了外业作业效率。,,RTK,定位时要求基准站接收机实时地把观测数据,(,伪距观测值，相位观测

59、值,),及已知数据传输给流动站接收机。,,,,,,什么是,RTK,技术,131,28 九月 2024,,,,,,,发射电台,GPS,主机,基准站,移动站,,,GPS,主机,,,,,,,,,,,,,RTK,测量原理图,采集器,,,,,,接收电台,132,28 九月 2024,,28 九月 2024,,133,第,6,章 控制测量,134,28 九月 2024,,135,§6-1,控制测量概述,一,.,控制测量的概念,二,.,平面控制测量,三,.,高程控制测量,第,6,章,,控制测量,28 九月 2024,,136,一,.,控制测量的概念,1.,目的与作用,,为测图或工程建设的测区建立统一的平面

60、和高程控制网,,控制误差的积累,,作为进行各种细部测量的基准,,2.,控制测量分类,,按内容分：平面控制测量、高程控制测量,,按精度分：一等、二等、三等、四等；一级、二级、三级,,按方法分：天文测量、常规测量,(,三角测量、导线测量、水准测量,),、卫星定位测量,28 九月 2024,,137,,控制点：对整个测区起控制作用的测量标志点。,,控制网：由按一定规范布设，由一系列相互联系的,控制点所构成的网状几何图形。,图根控制网：直接为测图而建立的控制网。,图根点： 图根控制网中的控制点。,3.,有关名词,一,.,控制测量的概念,,控制测量： 为建立控制网

61、所进行的,测量工作,。,28 九月 2024,,138,二,.,平面控制测量,——,建立平面控制网，测定各平面控制点的坐,标,X,、,Y,。,1.,一般概念,,,等级关系：,分一等、二等、三等、四等，前一等,级作为以后各等的控制基准；小地区,内布置一级、二级、三级和图根控制。,,布置形式：,三角锁、三角网,(,三边网、边角网,),、,导线网、交会定点、,GPS,测量等。,,布网原则：,从整体到局部，由高级到低级，分级,布网，,逐级控制。,28 九月 2024,,139,2.,常规,平面控制,测量,的等级关系,,,城市平面控制网的等级关系,三角,(,三边,),网,城市导线,控制范围,,二

62、等,三等,三等,,四等,四等,一级小三角,一级导线,二级小三角,二级导线,,三级导线,城市基本控制,小地区首级控制,图根控制,图根导线,图根三角,28 九月 2024,,140,,一等三角锁为全国平面控制网的基础,3.,各级平面控制网布置形式,,二等连续网充填一等三角锁，成为全国平面控制网的骨干。,一等三角锁,,二等连续网,28 九月 2024,,141,,三等、四等三角网和导线网,,,根据测区的需要，在二,等三角网的基础上进行加密，基本图形如下：,图,7-3,三角网或三边网,图,7-4,导线网,28 九月 2024,,142,4.,常规,平面控制,测量,的主要技术要求,城市三角测量的主

63、要技术要求,表,7-2,28 九月 2024,,143,城市三边网的主要技术要求,表,7-3,28 九月 2024,,144,表,7-4,城市导线控制测量的主要技术要求,28 九月 2024,,145,图根导线的技术要求,,测图 附合导 平均边 测距相对 测 角 测回数,,导线全 方位角,比例尺 线长度 长,(m),中误差 中误差,DJ,6,,长相对 闭合差,,(km) (mm) (,,),闭合差,1:500 500 75,一般地区,1:1000 1000 110,,,1/3000,,20 1 1/2000 6

64、0,n,1:2000 2000 180,28 九月 2024,,146,三,.,高程控制测量,——,建立高程控制网，测定各控制点的高程,H,。,,主要方法：,水准测量,另外方法：,三角高程测量、电子全站仪高程测量。,,等级关系：,分一等、二等、三等、四等，前一等作,为以后各等的控制基准；地形测量时，,布设图根水准,(,也称等外水准,),。,,布网原则：,从整体到局部，由高级到低级，分级,布网，逐级控制。,,,宁夏国土资源厅,28 九月 2024,,147,城市水准网主要技术要求,城市水准网主要技术要求,注：,R,为测段的长度；,L,为附合路线的长度，均以,km,为单位。,等级,每公里

65、高,差中误差,(mm),附合路线长度,(km),水准仪,级别,测段往返测高差不符值,(mm),附合路线或环线闭合差,(mm),二等, 2,400,DS1,4, 4,三等, 6,45,DS3,12,12,四等,10,15,DS3,20,20,等外,20,8,DS10,,40,28 九月 2024,,148,7-2,导线测量,§6-2,,导线测量,一,.,导线测量概述,二,.,导线测量的外业,三,.,导线测量的内业计算,28 九月 2024,,149,,导线测量是平面控制测量中最常,用的方法。,导线测量概述,,导线的已知点和新建点组成的若,干条直线,(,即导线边,),联结

66、成一系,列折线或闭合多边形。,,,,,,,,,附合导线,,,,,,,,闭合导线,,,,,,,,,,,,,单结点导线,,,,,闭合导线和附合导线也称为,单导,,线，,结点导线和两个环以上的导,线称为,导线网,。,导线测量概述,,导线测量时，通常只需要前后两,点相互通视。,28 九月 2024,,150,一,.,单导线的布置形式,一,.,单导线的布置形式,1.,闭合导线,2.,附合导线,3.,支导线,28 九月 2024,,151,1.,闭合导线,已知数据,：,,AB,，,X,B,，,Y,B,观测数据：连接角,,B,；,,导线转折角,0,，,,1,，,……,,,,5,；,,导线各边长,D,B1,，,D,12,，,……,，,D,51,。,1.,闭合导线,D,B1,D,12,D,23,D,34,D,45,D,51,,,,,,,,,B,0,1,2,3,4,5,,,,,,(X,B,,Y,B,),,,,,,,,A,B,1,2,3,4,5,闭合导线图,,A,、,B,为已知点，,1,、,2,、,3,、,4,、,5,为新建导线点。,28 九月 2024,,152,2.,附