第5章点位测量(1)_工程测量.ppt

单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,*,本 章 摘 要,本章主要介绍能够直接得到点位三维坐标的三种仪器及相应技术方法：全站仪、三维激光扫描仪和全球卫星导航定位。,第五章 直接得到点位坐标的仪器和方法,5,1,全站仪及其使用,5,2,全球卫星导航定位测量基础,5,3,三维激光扫描测量技术,本章目录,重点,5-1,全站仪及其应用,全站仪是由电子测角、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、竖直角和斜距，借助于机内固化的软件，具有多种测量功能，如可以计算并显示平距、高差及三维坐标，进行偏心测量、悬高测量、对边测量、面积测算等,。,5.1.1,全站仪概述,全站仪结构图,全站仪具有以下特点：,(1),三同轴望远镜,（,2,）键盘操作,全站仪都是通过操作面板键盘输入指令进行测量的，键盘上的键分为硬键和软键两种,（,3,）数据存储与通讯,全站仪机内一般都带有可以存储,2000,个以上点观测数据的内存，有些配有,CF,卡来增加存储容量，仪器设有一个标准的,RS-232C,通讯接口，使用专用电缆与计算机连接可以实现全站仪与计算机的双向数据传输。,（,4,）电子倾斜传感器,为了消除仪器竖轴倾斜误差对角度测量的影响，全站仪上一般设有电子倾斜传感器，当它处于打开状态时，仪器能自动测出竖轴倾斜的角度，据此计算出对角度观测的影响，并自动对角度观测值进行改正。,5.1.2 NTS-300R,系列全站仪及其基本操作,竖盘指标自动归零补偿采用液体电子传感补偿器，补偿范围为,3,；测程：在良好大气条件下使用三块棱镜时为,3.0km,，采用反射片时为,800m,无合作目标时为,120m,；距离测量误差：使用棱镜时为,3mm+2ppm,，采用反射片或无合作目标时为,5mm+2ppm,；带有内存的程序模块可以储存,3456,个点的测量数据和坐标数据；仪器采用,6V,镍氢可充电电池供电，一块充满电的电池可供连续测量,6,个小时。,5.1.2.1 NTS-300R,系列全站仪简介,NTS-300R,系列全站仪是我国南方测绘仪器公司生产的,。,主要技术参数：,角度测量精度（一测回方向观测中误差）：,NTS,302B,为,2,；,NTS-300R,系列全站仪的操作面板,NTS-300R,系列全站仪各键功能表,5.1.2.2NTS-300R,系列全站仪的设置,按住,F4,键开机，可做表,5-2,所列设置,2,星键按下星键后出现如图,5-5,（,a,）所示界面,5.1.2.3 NTS-300R,系列全站仪的五种模式操作,仪器出厂设置是开机自动进入角度测量模式，当仪器在其他模式状态时，按,【,测角,】,键进入角度测量模式。角度测量模式下有,P1,、,P2,、,P3,三页菜单,1,、角度测量模式,水平角和竖直角的测量程序,2,距离测量模式,仪器照准棱镜中心，按,【,测距,】,键，进入距离测量模式。距离测量模式下有,P1,、,P2,两页菜单,（,1,）,P1,页菜单,“,测量,”,：按设置的测距模式与合作目标进行距离测量,“,模式,”,：距离测量有,“,精测,”,和,“,跟踪,”,两种模式,“,S/A,”,：设置棱镜常数和气象改正比例系数,（,2,）,P2,页菜单,“,偏心,”,：偏心测量模式有,“,角度偏心,”,、,“,距离偏心,”,、,“,平面偏心,”,和,“,圆柱偏心,”,等四种,“放样”：放样平距、高差与斜距,3,坐标测量模式,（,1,）,P1,页菜单,“,测量,”,：瞄准棱镜测量并显示镜站点的三维坐标,“,模式,”,：设置测距模式,“,S/A,”,：设置棱镜常数与气象改正,（,2,）,P2,页菜单,“,镜高,”,：输入棱镜高。,“,仪高,”,：输入仪器高。,“,测站,”,：输入测站点的三维坐标。,（,3,）,P3,页菜单,“,偏心,”,：与测距模式下的偏心命令相同,4,放样模式,按,【,放样,】,键进入放样模式,坐标放样操作过程,5,菜单模式,（,1,）数据采集,碎部测量操作步骤,（,2,）测量程序,“,测量程序,”,菜单下有五种测量功能：悬高测量、对边测量、,Z,坐标测量、面积测量和点到直线的测量,（,3,）,),内存管理,“,内存管理,”,菜单下有八个命令,NTS-300R,系列全站仪的设置通讯参数菜单,将全站仪内存数据传输到微机的操作步骤：,在,PC,机上双击通讯软件,NTS300R,exe,的桌面图标，执行下拉菜单,“,通讯,/,通讯参数,”,命令，在弹出的如图,5-19,所示的,“,通讯参敷设置,”,对话框中输入与仪器一致的通讯参数,执行下拉菜单,“,通讯全站仪一微机,”,命令；在全站仪的,“,菜单,”,模式下执行,“,内存管理一数据传输一发送数据一坐标数据,”,命令，键入坐标文件名,“,*,.,dat,”,，按提示操作完成坐标数据的传输。将全站仪内存数据发送到微机的结果，还需将该数据转换为,CASS,坐标数据，执行下拉菜单,“,转换,/CASS,坐标（,ENZ,）,”,5.1.3,高端全站仪简介,5.1.3.1,徕卡,TPSl200,全站仪,仪器的主要特点如下：,1),采用,1,4VGA(320,240,像素,),图形,LCD,触摸屏，屏幕与键盘均带照明功能；,2),照准部上有一个格值为,6,2,圆水准器，无管水准器，使用电子气泡精确整平,3,）仪器自带电子罗盘仪（如图,5-23,），测定望远镜视线磁方位角的精度为,1,4),无棱镜测距采用徕卡最新专利技术,5),在自动目标识别模式下，只需要粗略照准棱镜，仪器内置的,CCD,相机立即对返回信号图,5-23,徕卡,TPSl200,全站仪的电子罗盘加以分析，通过伺服马达驱动照准部与望远镜旋转，自动照准棱镜中心进行删量，并自动进行正、倒镜观测。,6),在自动跟踪模式下，仪器能自动锁定目标棱镜并对移动的,360,棱镜进行自动跟踪测量,7),镜站遥控测量，司镜员单人可以进行整个测量工作。镜站可以通过操作,RX1220,控制器遥控测站的全站仪进行放样测量,8)TPSl200,系列全站仪与徕卡,GPSl200,使用相同的数据格式和数据管理，两者测量的结果可以通过,CF,卡从一种设备传送到另一种设备,9),测量获取的点位直接展绘在屏幕上，可以为点、线、面附加编码和属性信息，生成的图形文件可以用,AutoCAD,打开,10),采用数据库管理数据和进行质量检查，可以查看、编辑、删除或根据条件搜索数据,11),提供大量机载程序，如测量、设站、放样、坐标几何等,徕卡,TPSl200,全站仪的镜站遥控测量,5.1.3.2,拓扑康,GPT-3000L,长测程,(1200m),免棱镜全站仪,5-2,全球卫星导航定位测量基础,一、,全球卫星导航定位系统的发展与特点,二、,GNSS,定位技术相对于经典测量技术的特点,三,、美国的,GPS,组成,四,、,GPS,卫星的测距码信号,五,、载波相位实时差分定位技术,一、全球卫星导航定位系统的发展与特点,（,1,）,、定义,全球导航卫星系统,(Global Navigation Satellite System),的英文缩写是,GNSS,，它是所有卫星导航定位系统的统称，目前包括美国的,GPS,系统、前苏联,(,现俄罗斯,),的,GLONASS,系统、欧盟的,Galileo,系统和我国的,Compass,系统。,（,2,）、原理,P(X,P,Y,P,Z,P,),i,=(X,P,-X,i,),2,+(Y,P,-Y,i,),2,+(Z,P,-Z,i,),2,1/2,P(X,P,Y,P,Z,P,，,T),=,i,+,1,+,2,+C,tk,+,C,tj,(X,1,Y,1,Z,1,),SV,1,(X,2,Y,2,Z,2,),SV,2,(X,3,Y,3,Z,3,),SV,3,(X,4,Y,4,Z,4,),SV,4,(X,Y,Z,),USER,Pseudorange,二、,GNSS,定位技术相对于经典测量技术的特点,相对于经典的测量技术来说，这一新技术的主要特点如下：,1),观测站之间无需通视。,GNSS,测量虽不要求观测站之间相互通视,但必须保持观测站的上空开阔（净空）,以使接收,GNSS,卫星的信号不受干扰。,2),定位精度高,3),观测时间短,4),提供三维坐标。,GNSS,测量，在精确测定观测站平面位置的同时，可以精确测定观测站的大地高程。,5),操作简便,6),全天候作业,三、美国的,GPS,组成,美国的,GPS,主要由三大组成部分，即空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分。,用户部分,地面,控制部分,监控站,空间部分,三、美国的,GPS,组成,1,、空间星座部分,GPS,的空间卫星星座,由,24,颗卫星组成,其中包括,3,颗备用卫星。卫星分布在,6,个轨道面内,每个轨道面上分布有,4,颗卫星。,轨道平均高度约为,20200km,卫星运行周期为,11,时,58,分。因此,同一观测站上,每天出现的卫星分布图形相同,只是每天提前约,4,分钟。每颗卫星每天约有,5,个小时在地平线以上。,空间部分的,3,颗备用卫星,可在必要时根据指令代替发生故障的卫星,这对于保障,GPS,空间部分正常而高效地工作是极其重要的。,三、美国的,GPS,组成,2,、地面监控部分,GPS,的地面监控部分，目前主要由分布在全球的,5,个地面站所组成。,其中主控站,1,个，设在科罗拉多（,Colorado Springs,）。注入站现有,3,个，分别设在印度洋的迭哥加西亚（,Diego Garcia,）、南大西洋的阿松森岛（,Ascension,）和南太平洋的卡瓦加兰（,Kwajalein,）。现有,5,个地面站均具有监测站的功能。,三、美国的,GPS,组成,3,、用户设备部分,用户设备的主要任务是，接收,GPS,卫星,发射的无线电信号，以获得必要的定位信息,及观测量，并经过数据处理而完成定位工作。,用户设备，主要由,GPS,接收机硬件和数,据处理软件，以及微处理机及其终端设备组,成，而,GPS,接收机的硬件，一般包括主机、,天线和电源。,四、,GPS,卫星的测距码信号,1,、,GPS,卫星信号,GPS,卫星所发播的信号，包括载波信号、,P,码（或,Y,码）、,C/A,码和,数据码（或称,D,码）等多种信号分量，而其中的,P,码和,C/A,码，统称为,测距码。,2,、,C/A,码,特征值为,:,码长,Nu=2,10,-1=1023,比特；,码元宽为,tu,=1/f0.97752s,；,（相应距离为,293.1m,）；,周期,Tu,=,Nutu,=1ms,；,数码率,=1.023Mbit,s,。,四、,GPS,卫星的测距码信号,3,、,P,码,特征值为,:,码长,Nu 2.35*1014,比特；周期,Tu,=,Nutu,267,天；,码元宽度,tu0.097752s,；（相应距离为,29.3m,）,数码率,=10.23Mbit,S,。,由于,C/A,码易于捕获，所以，通常,C/A,码也称为捕获码。,C/A,码的码元,宽度较大。假设两个序列的码元对齐误差，为码元宽度的,1,100,，则这,时相应的测距误差可达,2.9m,。由于其精度较低，,C/A,码也称为粗码。,由于,P,码的码元宽度，为,C/A,码的,1,10,，则由此引起的相应距离误差,约为,0.29m,，仅为,C/A,码的,1,10,。所以,P,码可用于较精密的定位，故通,常也称之为精码。,四、,GPS,卫星的测距码信号,4,、,GPS,卫星信号的构成,前已指出，,GPS,卫星信号包含有三种信号分量，即载波、测距码和数,据码。而所有这些信号分量，都是在同一个基本频率,f,0,=10.23MHz,的控,制下产生的。,GPS,卫星取,L,波段的两种不同频率的电磁波为载波，即,L,1,载波，其频率,f,1,=154*f,0,=1575.42MHz,，波长,1,=19.03cm,。,L,2,载波，其频率,f,2,=120*f,0,=1227.60MHz,，波长,2,=24.42cm,。,在载波,L,1,上，调制有,C/A,码、,P,码（或,Y,码）和数据码，而在载波,L,2,上，,只调制有,P,码（或,Y,码）和数据码。,五、载波相位实时差分定位技术,1,、,GPS,实时动态定位方法概述,实时动态（,Real Time KinematicRTK,）测量系统，是,GPS,测量,技术与数据传输技术相结合，而构成的组合系统，它是,GPS,测量技术发,展中的一个新的突破。,实时动态测量的基本思想是,:,在基准站上,安置一台,GPS,接收机，对所有可见,GPS,卫星,进行连续地观测，并将其观测数据，通过无,线电传输设备，实时地发送给用户观测站。,在用户站上，,GPS,接收机在接收,GPS,卫星信,号的同时，通过无线电接收设备，接收基准站传输的观测数据，然后根,据相对定位的原理，实时地计算并显示用户站的三维坐标及其精度。,五、载波相位实时差分定位技术,2,、区域,CORS,系统,依据,RTK,的测量原理,利用多基站网络,RTK,技术取代,RTK,单独设站,80,年代,加拿大首先提出了建立连续运行参考站系统（,Continuous,Operational,eference,System,简称,CORS,系统），并于,1995,年建成了,第一个,CORS,台站网。,CORS,系统主要优势体现在：,1,）改进了初始化时间、扩大了有效工,作的范围；,2,）采用连续基站，用户随时可以观测，使用方便，提高了,工作效率；,3,）拥有完善的数据监控系统，可以有效地消除系统误差；,4,）用户不需架设参考站，真正实现单机作业；,5,）使用固定可靠的数据,链通讯方式，减少了噪声干扰；,6,）提供远程,INTERNET,服务,实现了数,据的共享；,7,）扩大了,GPS,在动态领域的应用范围,更有利于车辆、飞机,和船舶的精密导航；,8,）为建设数字化城市提供了新的契机。,五、载波相位实时差分定位技术,下图为北京,CORS,系统的简单网络结构图。,北京,CORS,系统由北京市,及河北省境内的,28,个连续运,行基准站组成的基准站系统、,管理系统、监测系统、服务,系统及用户系统五部分组成,涉及各种硬件、管理控制软,件、通信传输、网络系统、,数据库、数据处理等众多领,域,是集设计、开发、集成为,一体的综合应用服务系统。,五、载波相位实时差分定位技术,载波相位实时差分定位技术的几个应用,:,*,在城市交通管理中的应用,五、载波相位实时差分定位技术,*在汽车导航中的应用,五、载波相位实时差分定位技术,*在精细农业中的应用,五、载波相位实时差分定位技术,*在道路图绘制中的应用,