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1、測量基本理論,內容提要：,1.高程測量原理與水準儀操作2.角度測量原理與經緯儀操作3.全站儀功能介紹 4.測量計算基本常識5.GPS定位原理及應用簡介,第二章 水準測量,高程測量概念 根據已知點高程，測定該點與未知點的高差，然后計算出未知點的高程的方法。,1.高程測量原理與儀器操作,高程測量的方法分類1、水準測量2、三角高程測量3、GPS測量,利用水準儀提供的“水平視線”，測量兩點間高差，從而由已知點高程推算出未知點高程。,一、高程測量原理,A后視點 a后視讀數B前視點 b前視讀數,hAB=h1+h2+hn=(a1-b1)+(a2-b2)+(an-bn)=a-b,4.轉點的概念,若A、B 兩點2、間布設一些過渡點（轉點）1、2、3，將其分為n段，則用水準儀分別測得各段高差為h1，h2 hn，則有：,1、望遠鏡物鏡目鏡十字絲（上、中、下絲）三個部分組成。,二.水準測量的儀器與工具水準儀按精度分為：DS05、DS1、DS3，其中DS3表示每公里往返測高差中誤差。（一）水準儀組成,圓水準器：用于整平。水準管：用于精平。特性：氣泡始終向高處移動。3、基座作用：把儀器固定在三腳架上，下部腳螺旋用于整平儀器,2、水準器,（二）水準尺主要有單面尺、雙面尺和塔尺。,1、尺面分劃為1cm，每10cm處（E字形刻劃的尖端）注有阿拉伯數字。2、雙面尺的紅面尺底刻劃：一把為4687mm，另一把為4787mm。3、,（三）尺墊 放在轉點上，以防水準尺下沉。,操作程序：粗平瞄準精平讀數（一）粗平 調節腳螺旋，使圓水準氣泡居中。1方法：對向轉動腳螺旋1、2使氣泡移至1、2方向中間轉動腳螺旋3，使氣泡居中。,三、水準儀的使用,圖形：粗平的操作方法示意圖,2規律：氣泡移動方向與左手大拇指運動的方向一致。,（二）瞄準,1方法：先用準星器粗瞄，再用微動螺旋精瞄。2視差：概念：眼睛在目鏡端上下移動時，十字絲與目標像有相對運動。產生原因：目標像平面與十字絲平面不重合。消除方法：反復交替調節目鏡和物鏡對光螺旋。,（三）精平,1、方法：如圖所示，調節微傾螺旋，使水準管氣泡成像拋物線符合。2、說明：自動安平水準儀，不需進行精4、平。,（四）讀數,精平后，用十字絲的中絲在水準尺上讀數。1方法：米、分米看尺面上的注記，厘米數尺面上的格數，毫米估讀。2規律：讀數在尺面上由小到大的方向讀。故儀器若成倒像的，從上往下讀；若成正像，即從下往上讀。,圖形：水準儀讀數實例,4.水準儀讀數實例,6.252,1.477,0.725,2角度測量原理與經緯儀操作,內容提要:2.1 角度測量概念 2.2 光學經緯儀的使用2.3 角度的測量方法2.4 經緯儀的檢驗與校正,角度測量包括：水平角測量豎直角測量,2.1角度測量概念,一、水平角定義,從空間一點出發的兩條空間直線在水平投影面上的夾角。范圍：順時針003600,計算公式,c,=右(終)邊c5、-左(始)邊a當ca時=c a 當ca 時=c+3600 a,二.豎直角定義,在同一豎直面內，瞄準目標的視線與水平視線的夾角。其范圍：=090，仰角為正，俯角為負。,2.2 光學經緯儀的使用,經緯儀是測角的儀器，按精度，有：DJ6、DJ2、DJ1，其中“DJ6”表示經緯儀“一測回方向觀測中誤差為6”。一、DJ6經緯儀的構造1、照準部2、水平度盤3、基座,1.照準部,照準部(水平)制動、微動望遠鏡(豎直)制動、微動圓水準器水準管望遠鏡 目鏡調焦，物鏡調焦，粗瞄準器，十字絲讀數顯微鏡豎直度盤光學對點器,2.水平度盤,水平度盤由光學玻璃制成 順時針0360刻度；水平度盤與照準部相互脫離；,3.基座,6、作用：把儀器固定在三腳架上，下部腳螺旋用于整平儀器,二、J6經緯儀讀數方法,水平度盤讀數：730424,（1）分微尺的分劃值為1，估讀到 0.1(6)。（2）“H”水平度盤讀數，“V”豎直度盤讀數。,三、J2光學經緯儀的構造,如圖與J6相比，增加了：1、測微輪讀數時，對徑分劃線影像符合。2、換像手輪水平讀數和豎直讀數間的互換。3、豎直讀盤反光鏡豎直讀數時反光。,測微輪,換像手輪,豎直讀盤反光鏡,四、DJ2的讀數方法,一般采用對徑重合讀數法轉動測微輪，使上下分劃線精確重合后讀數。,五、經緯儀的安置,（1）大致水平大致對中眼睛看著對中器，拖動三腳架兩個腳,使儀器大致對中,并保持“架頭”大致水平。（7、2）伸縮腳架粗平 根據氣泡位置，伸縮三腳架兩個腳，使圓水準氣泡居中。,（3）腳螺旋精平左手大拇指法則,氣泡居中，1、2等高,氣泡居中，3與1、2等高,1）轉動儀器，使水準管與腳螺旋1、2連線平行。2）根據氣泡位置運用法則，對向旋轉腳螺旋1、2。3）轉動儀器900，運用法則，旋轉腳螺旋3。,（4）架頭上移動儀器，精確對中(5)腳螺旋精平(6)反復（4）、（5）兩步。,角度測量方法包括：測回法方向觀測法,2.3角度測量方法,一、測回法1、適用：2個方向的單角（AOB）,2、步驟：（邊講邊操作示范）（1）盤左瞄準左邊A，配度盤至000X，讀取a1。（2）順時針旋轉瞄準右邊B，讀取b1。則上半測回角值8、:1=b1-a1,1,a1,b1,（3）倒鏡成盤右，瞄準右邊B，讀取b2。,（4）逆時針旋轉瞄準左邊A，讀取a2。則下半測回角值:2=b2-a2,2,a2,b2,（5）計算角值 若：1-240（圖根級）則有：=（1+2）/2,3、測回法記錄格式,254 24 06,180 05 00,74 19 06,00 04 18,74 23 42,74 19 24,74 19 15,測回法小結:,度盤配置方法:若觀測N個測回，各測回間按180/N的差值來配置度盤。,二、方向觀測法,1適用：在一個測站上需要觀測兩個以上方向。2步驟：（有四個觀測方向）,A,B,O,C,D,（1）上半測回選擇一明顯目標A作為9、起始方向（零方向），用盤左瞄準A，配置度盤，順時針依次觀測A、B，C，D，A。,（2）下半測回,倒鏡成盤右，逆時針依次觀測A，D，C，B，A。同理各測回間按1800/N的差值，來配置水平度盤。,3計算、記錄,（1）半測回歸零差:J2 12；J6 18。（2）2C值（兩倍照準誤差）:2C=盤左讀數（盤右讀數180）。一測回內2C互差：J218；J6不作要求。,（3）各方向盤左、盤右讀數的平均值：平均值=盤左讀數+（盤右讀數180）/2 注意：零方向觀測兩次，應將平均值再取平均。（4）歸零方向值 將各方向平均值分別減去零方向平均值，即得各方向歸零方向值。（5）各測回歸零方向值的平均值 同一方向值各10、測回間互差:J2 12；J6 24。,三、豎直角的計算公式,順時針注記左=90-L 右=R-270 故一測回豎直角=（左+右）/2,2、逆時針注記,故有:左=L-90 右=270-R一測回豎直角:=（左+右）/2,四、經緯儀放樣方法,后視點,測站點,待測量點,經緯儀常用的放樣方法有極坐標法和交會法，極坐標法需要經緯儀和鋼卷尺配合放樣，其具體過程如下圖所示：1）分別計算出測站點到后視點和待測量點的方位角，確定出放樣的轉角，并計算出待測量點到測站點的距離S。,2）將經緯儀架在測站點上，后視后視點，轉動轉角，確定出待測量點的方向。3）順著測站點到待測量點的方向上用鋼卷尺拉出距離S，確定處待測量點。若11、：在放樣時，只有經緯儀或者只有鋼卷尺的時候怎樣放樣？,角度交會法,1、適用：不便量距時2、方法：（1）計算測設元素1、2。（2）撥水平角，交出P點。,1,2,距離交會法,1、適用：距離較短，便于量距時。2、方法：（1）計算平距AP、BP。（2）量取AP、BP，交會出點P。,2.4經緯儀的檢驗與校正,經緯儀的主要軸線:1、豎軸VV2、水準管軸LL3、橫軸HH4、視準軸CC5、圓水準器軸LL,一、經緯儀軸線應滿足的條件1、VVLL 照準部水準管軸的檢校。2、HH十字絲豎絲十字絲豎絲的檢校3、HHCC 視準軸的檢校,4HHVV橫軸的檢校5豎盤指標差應為零 指標差的檢校6光學垂線與VV重合 光學對中器12、的檢校7.LLVV圓水準器的檢驗與校正(次 要),二、光學對中器的檢校,（1）檢驗：精密安置儀器后，將刻劃中心在地面上投下一點，再旋轉照準部，每隔120投下一點，若三點不重合，則需校正。（2）校正：用撥針使刻劃中心向三點的外接圓心移動一半。,三、圓水準器的檢校,（1）檢驗：精平（水準管氣泡居中）后，若圓水準氣泡不居中，則需校正。（2）校正：用圓水準氣泡校正螺絲使其居中。,內容提要:全站儀簡介全站儀的功能全站儀中線測設及斷面測量簡介,3.全站儀功能介紹,全站儀簡介,一、全站儀的發展,二、全站儀構造,棱鏡,全站儀的功能介紹,1角度測量（1）功能：測水平角豎直角（2）方法：與經緯儀相同。若要測出水平13、角AOB，則：,當精度要求不高時只需半測回：,瞄準A點置零（0SET）瞄準B點，記下水平度盤HR的大小。,當精度要求高時：可用測回法,步驟同用經緯儀操作，配置度盤時，可以用“置盤”（H SET）,2.距離測量（1）功能：可測量平距、高差和斜距（全站儀 鏡點至棱鏡鏡點間高差及斜距）（2）方法：照準棱鏡點，按MEAS。,S=ct/2,3坐標測量,（1）功能：測出目標點的(X,Y,H)（2）原理1)平面坐標（X，Y）測量原理,2）高程（Z）測量原理,（3）方法,后視點,測站點,待測量點,1)輸入測站X，Y，H，儀器高i，棱鏡高t。2)瞄準后視點，將水平度盤讀數設置為測站至后視點的坐標方位角。3)瞄準14、目標棱鏡點，按MEAS（測量）鍵。,4、點位放樣,（1）功能：根據設計的待放樣點P及已知點的坐標，在實地標出P點的平面位置及填挖高度。,（2）原理,1）先在待放樣點的大致位置立棱鏡對其進行觀測，測出當前棱鏡位置的坐標。,2）將當前坐標與放樣點的坐標相比較，計算出其差值。距離差值dD和角度差dHR或縱向差值X和橫向差值Y。,X,Y,后視點,測站點,當前棱鏡位置,待放樣點P,dD,dHR,3）根據顯示的dD、dHR或X、Y，逐漸找到放樣點的位置。,X,Y,后視點,測站點,當前棱鏡位置,待放樣點P,dD,dHR,dHR=000000”dHD=0 m,全站儀中線測設及斷面測量簡介,基本原理中線測設：計15、算中樁坐標全站儀點位放樣（極坐標法）縱斷面測量：全站儀測量點的高程（三角高程測量）橫斷面測量：確定橫斷面點位全站儀測量點的高程（三角高程測量）,1.中樁坐標的計算,（1）直線段中樁由起始點坐標和樁號里程，按“坐標正算”公式，可計算出各中樁的坐標。（2）曲線段中樁根據曲線要素按照“坐標正算”公式計算出曲線上各中樁的坐標。,2.中樁的實地放樣,架全站儀在（導線）控制點上，利用全站儀“點位放樣”功能，放樣出各中樁。,3.中樁高程測量（縱斷面測量）,中樁高程測量是在中樁放樣的同時進行的。在中樁位置立棱鏡，輸入儀器高和棱鏡高，即可利用全站儀“三維坐標測量”功能，在（導線）控制點上，測出中樁處的地面高程。16、,4.橫斷面測量,橫斷面測量也可在中樁測設、縱斷面測量的同時進行。關鍵在于如何將棱鏡立在中樁的橫斷面方向上。其方法主要是：在大致橫斷面方向上的變坡點處立棱鏡，測出點的平面坐標。,注意：,在使用全站儀觀測角度的時候，為了消除視差的影響，必須使十字絲與棱,鏡中心重合。十字絲與棱鏡是否重合辨別方法是：上下左右晃動眼睛，十字絲始終與棱鏡的中心相重合，若二者有相對的移動，則說明有視差，就會影響觀測結果的精度，這樣就要需要重新調整十字絲和望遠鏡的清晰度。調整時，先把十字絲跳到最清晰，然后調節望遠鏡，不時的晃動眼睛，直到十字絲與棱鏡中心沒有相對的移動便可讀數。,4.測量計算基本常識,一、幾個基本公式1、坐標17、方位角的推算,注意：若計算出的方位角360，則減去360；若為負值，則加上360。,或：,2、坐標正算公式,由A、B兩點邊長DAB和坐標方位角AB，計算坐標增量。見圖有：,其中，XAB=XB-XA YAB=YB-YA,3、坐標反算公式,由A、B兩點坐標來計算AB、DAB,AB的具體計算方法如下：,（2）計算：,（3）根據XAB、YAB的正負號判斷AB所在的象限。,二、曲線要素與坐標的計算1、圓曲線的要素（已知轉角及半徑R）,2、主點里程的計算ZY里程=JD里程-T；YZ里程=ZY里程+LQZ里程=YZ里程-L/2；JD里程=QZ里程+D/2,3、圓曲線中樁坐標計算1）方位角法 如圖所示，已知曲18、線起點的坐標（X,Y),起點處的切線方位角為，圓曲線的半徑為R，轉角為，則曲線上任意 一點Pi的坐標計算如 下：任意點到起點的圓曲 長為 l=任意點樁號-ZY樁號 對應的圓心角為,則任意點Pi與起始點連線的方位角和距離分別為：Pi點坐標為：,2）切線支距法,如圖所示，以ZY或YZ為坐標原點，切線為X軸，過原點的半徑為Y軸，建立坐標系，則Pi點在改坐標系中的坐標為：,特點：測點誤差不積累。宜以QZ 為界，將曲線分兩部分進行測設。,為了在已知坐標的測量控制點上進行曲線放樣，必須將在過ZY點的切線直角坐標系中的曲線坐標轉換到測量坐標中去。ZY點切線在控制點坐標系,中的方位角為，曲線位于ZY點切線的右19、側，ZY點的測量坐標為XZH和YZH,則曲線任意點P在測量坐標系中的坐標為：如果曲線位于ZY點切線的左側，則曲線任意點P在測量坐標系中的坐標為：,第二章 水準測量,5.GPS定位原理及應用簡介,一、GPS的定義 全球定位系統GPS（Global Positioning System）,是一種可以授時和測距的空間交會定點的導航系統,可向全球用戶提供連續、實時、高精度的三維位置，三維速度和時間信息。,GPS的特點,1、全球，全天候工作：能為用戶提供連續，實時的三維位置，三維速度和精密時間。不受天氣的影響。2、定位精度高：定位精度可達厘米級和毫米級。3、功能多，應用廣：隨著人們對GPS認識的加深，G20、PS不僅在測量，導航，測速，測時等方面得到更廣泛的應用，而且其應用領域不斷擴大。,二、GPS的組成,GPS定位系統由GPS衛星空間部分、地面控制部分和用戶GPS接收機三部分組成。,1、空間部分由21顆工作衛星和3顆備用衛星。,GPS衛星圖片1,2、地面控制部分。,Colorado springs,Hawaii,Ascencion,Diego Garcia,kwajalein,1個主控站:科羅拉多.斯平士。3個注入站:阿森松群島、迭哥伽西亞、卡瓦加蘭。5個監控站：以上主控站、注入站及夏威夷。,3、用戶接收部分,組成用戶接收設備接收設備GPS信號接收機其它儀器設備,按參考點的不同位置劃分為：（1）絕對定位（單點定位）：在地球協議坐標系中，確定觀測站相對地球質心的位置。（2）相對定位：在地球協議坐標系中，確定觀測站與地面某一參考點之間的相對位置。按用戶接收機作業時所處的狀態劃分：（1）靜態定位：在定位過程中，接收機位置靜止不動，是固定的。靜止狀態只是相對的，在衛星大地測量中的靜止狀態通常是指待定點的位置相對其周圍點位沒有發生變化，或變化極其緩慢，以致在觀測期內可以忽略。,GPS定位的方法,（2）動態定位：在定位過程中，接收機天線處于運動狀態。在絕對定位和相對定位中，又都包含靜態和動態兩種形式。動態定位,動態定位 靜態定位,