电子测绘仪.docx

绪论测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面（包含空中、地下和海底）点位的科学。测量学科按照研究范围和对象的不同，产生了许多分支科学。一般分为：普通测量学、大地测量学、摄影测量学、工程测量学和制图学。工程测量是指工程建设和资源开发的勘测设计、施工、竣工、变形观测和运营管理各阶段中进行的各种测量工作的总称。测量学研究对象： 角度(方向观测:经纬仪)；方位(方位观测:陀螺经纬仪)；距离(距离观测：测距仪)高程(水准仪) ；坐标(GPS)测量的任务： 测定（测绘）由地面到图形。指使用测量仪器，通过测量和计算，得一系列测量数据，或把地球表面的地形缩绘成地形图。测设（放样）由图形到地面。指把图纸上规划设计好的建筑物、构筑物的位置在地面上标定出来，作为施工的依据。平面坐标基准： 测量工作基准面水准面、大地水准面。水准面 静止海水面所形成的封闭的曲面。大地水准面 通过平均海水面及其延伸到大陆内部所形成的闭合曲面。水准面的特性处处与铅垂线正交、封闭的重力等位曲面。铅垂线测量工作的基准线。 测量计算基准面旋转椭球由于地球内部质量分布不均匀，引起铅垂线的方向产生不规则的变化，致使大地水准面成为一个复杂的曲面，无法在这个曲面上进行测量数据的处理。为了计算方便，通常用一个非常接近于大地水准面，并可用数学式来表示的几何体来代替地球的形状，这就产生了“旋转椭球”的概念。旋转椭球：由一椭圆（长半轴 a ，短半轴 b ）绕其短半轴 b 旋转而成的椭球体。测量计算的基准线法线高斯平面坐标系：（1）6 带的划分1）为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度 0 开始， 将整个地球分成 60 个带， 6 为一 带。2）公式： =6N-3 中央子午线经度； N 投影带的带号。（2）3 带的划分1）为限制高斯投影离中央子午线愈远，长度变形愈大的缺点，从经度 0 开始， 将整个地球分成 120 个带， 3 为一 带。2）公式： =3N 中央子午线经度； N 投影带的带号。我国高斯平面直角坐标的表示。1）先将自然值的横坐标 Y 加上 500000 米 ； 2）再在新的横坐标 Y 之前标以 2 位数的带号。高程系统：地面点高程(正高系统)：地面点延铅垂线的方向到大地水准面的距离地面点在大地水准面以上，高程为正，地面点到大地水准面以下，高程为负。大地高=正高+大地水准面差距地面点高程(正常高系统)：地面点延铅垂线的方向到似大地水准面的距离大地高=正常高+高程异常由于正高无法精确测得，采用正常高代替，我国采用正常高系统。大地高：从地面点延法线方向到旋转椭球面的距离测量工作的基本原则： 从整体到局部；先控制后碎部；复测复算，步步检核优点：减少误差积累；避免错误发生；提高工作效率误差的分类：系统误差；偶然误差；粗差偶然误差的特性：有限性：偶然误差的绝对值不超过一定的限值集中性：绝对值小的频率大对称性：出现正，负误差的频率相同抵偿性：观测次数无穷大时，理论平均值为零 中误差：有限次观测的偶然误差计算的到的标准差测量成果的评价精度(Precision)：内符合精度；评价指标：中误差；准确度(Accuracy)：外符合精度 水准测量水准测量原理设水准测量的前进方向是由A点向B点，则规定A点为后视点，其水准尺读数为a，称为后视读数；B点为前视点，其水准尺读数为b，称为前视读数。A,B 两点间的高差计算公式：hAB=a-b;B点的高程计算公式：HB=HA+(a-b)=HA+hAB如果两点之间的距离较远，或高差较大时，仅安置一次仪器便不能测得它们的高差，这时需要加设若干个临时的立尺点，作为传递高程的过渡点，称为转点。每安置一次仪器，称为一个测站 。视差的产生与消除 观测者的眼睛作上、下（或左、右）移动，若发觉目标像与十字丝之间有相对移动，这种现象称为“视差”解决方法：先调目镜，再调物镜自动安平水准仪的原理 方法1：在光路中装置一个“补偿器”使光线偏转而通过十字丝交点 方法2：移动十字丝的“补偿”装置水准仪的误差分析 水准仪、水准尺下沉误差；大气折光的影响；日照及风力引起的误差水准尺磨损(标尺零点差)；水准尺弯曲误差的处理方法 若水准仪在测站上随安置时间的增加而下沉 ，采用“后前前后”的观测程序可减少仪器下沉对高差的影响。 视线应高出地面0.3m，选择合适的天，避开不利的环境 减弱大气折光影响。选择好的天气测量，给仪器打伞遮光等。减弱日照，风力影响偶数站消除标尺零点差。尺长改正消除水准尺弯曲i角检验原理（重点）测距仪光波的调制光波调制使光波的振幅、频率或相位发生有规律变化的过程。调制有调幅、调频、调相三种。激光测距仪大多用调幅。电磁波测距公式：D=1/2vt电磁波测距的精度 电磁波测距仪的精度公式： mD =A+BD其中：A代表固定误差，单位mm，主要由仪器加常数的测定误差、对中误差、测相误差等引起。该误差与测量的距离无关，即不管实际距离多长，都存在不大于该值的固定误差。（1-5mm）。BD为比例误差。主要由仪器频率误差、大气折射率误差引起。其中B的单位为ppm，是百分之几的意思，它由生产厂家给定，用来表征比例误差中比例的大小，为一固定值。一般在1-5ppm之间；D的单位为Km，即1106mm,为一变化值。一旦距离确定，则比例误差部分就会确定。n 现行城市测量规范将测距仪划分为以下几级：级：mD 5mm;级：5mm mD 10mm;级：10mm mD 20mm.测距导线也分三级。仪器常数：包括仪器加常数和乘常数。加常数是由于仪器电子中心和其机械中心不重合而形成的；而乘常数主要是由于测距频率偏移所产生的。加常数包括仪器加常数与棱镜加常数加常数测定方法：6段法 经纬仪水平角测量原理 水平角：相交的两直线之间的夹角在水平面上的投影。 目前根据取得电信号的方式不同而分为绝对式编码度盘测角和增量式光栅度盘测角两种经纬仪的观测方法-测回法 盘左：先瞄准左边的目标A读数 ；再瞄准右边的目标B读数 盘右：先瞄准目标B读数 ；再瞄准目标A读数 在不同的测回间，为了减小度盘刻划的误差，须配度盘限差：1、两个半测回方向值之差；2、各测回方向值之差适用：单个方向测量方向观测法盘左：先瞄准零方向A读数，顺时针依次瞄准B、C、D读数，再瞄准零方向归零读数。 盘右：先瞄准零方向A读数，逆时针依次瞄准D、C、B读数，再瞄准零方向归零读数。 限差：1、归零差；2、上、下半测回同一方向值之差；3、各测回同一方向值之差 归零差的计算:分别计算盘左、盘右两次瞄准起始方向读数 之差；（若超限，应及时重测）计算2c值（两倍视准误差）：2c = 盘左读数-（盘右读数180）若2c超限，应及时重测。各方向平均读数的计算：归零后方向值的计算：各方向平均读数分别减起始方向平均读数。各测回归零后平均方向值的计算：各测回归零后方向值的平均值。水平角的计算：相邻方向值之差，即为相邻方向所夹的水平角。水平角观测误差分析 仪器误差：主要包括仪器检校后的残余误差和仪器制造、 加工不完善所引起的误差。 1、视准轴误差（视准轴不垂直于横轴,2c值，盘左、盘右取平均消除）2、横轴倾斜误差（横轴垂直于竖轴,i角，盘左、盘右取平均可消除）3、度盘偏心差（照准部旋转中心与水平度盘分划中 心不重合，盘 左、盘右取平均可消除） 4、度盘刻划误差（度盘刻划不均匀，测回间变换度盘可减弱）5、竖轴倾斜误差（盘左、盘右取平均不可消除，精确整平减弱） 三轴误差(1.视准轴误差、2.横轴误差、3.竖轴误差）仪器的视准轴不与横轴垂直所产生的误差称为视准轴误差。产生视准轴误差的主要原因有：十字丝分划板安置不正确；调焦透镜运行时晃动；气温变化引起仪器部件的胀缩，特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化。规定：盘左时视准轴物镜端向左偏斜时，c 为正，向右偏斜时，c 为负。 横轴倾斜误差 仪器的横轴与竖轴不垂直，所产生的误差称为横轴倾斜误差横轴倾斜误差产生原因： 仪器支架两端不等高, 横轴两端轴径不相等。 规定：盘左时横轴左端低于另一端时， i 为正，高于另一端时， i 为负。 竖轴倾斜误差若视准轴与横轴正交，横轴垂直于竖轴，竖轴与照准部水准管轴垂直，由于仪器未严格整平而使竖轴不在竖直位置，竖轴偏离铅垂线一微小角度，这就是竖轴倾斜误差。盘左盘右的平均值不能消除竖轴倾斜误差对水平方向的影响。天顶距：目标方向和天顶方向在同一竖直面内所构成的角度。（0180）高度角：目标方向和水平方向在同一竖直面内所构成的角度。（-9090）天顶距和高度角统称为竖角。但竖角一般意义是指高度角，有的资料称为垂直角。读数指标与正确位置之间的小夹角x，称为竖盘指标差。竖直角：同一竖直面内目标方向与一特定方向之间的夹角。全站仪全站仪的分类积木式：也称组合式，它是指电子经纬仪和测距仪可以分离开使用，照准部与测距轴不共轴。作业时，测距仪安装在电子经纬仪上，相互之间用电缆实现数据通讯，作业结束后卸下分别装箱。这种仪器可根据作业精度要求，用户可以选择不同测角、测距设备进行组合，灵活性较好。整体式：也称集成式，它是将电子经纬仪和测距仪融为一体，共用一个光学望远镜，使用起来更方便。全站仪的特点：1、仪器操作简单，高效。全站仪具有现代测量工作所需的所有功能。2、快速安置：简单地整平和对中后，仪器一开机后便可工作。3、适应性强：可以在雨天、潮湿、冲撞、尘土和高温等环境下工作4、全站仪设有双向倾斜补偿器, 还可进行地球曲率改正、折光误差以及温度、气压改正。5、控制面板具有人机对话功能。6、具有双向通讯功能.全站仪与经纬仪相比具有以下优点: 1、测量结果自动记录在电子手簿中,减少了读数的错误和记录的粗差,提高了功效。 2、利用全站仪中的微处理器,通过传感器可以自动的改正仪器轴系误差,提高测量精度;3、距离改正,高差计算和坐标计算在仪器上自动完成,减少了内业计算工作量;4、角度测量中自动扫描整个度盘,并求出平均值作为结果,消除了度盘的刻 划误差和偏心差。 陀螺经纬仪没有任何外力作用，并具有三个自由度的陀螺仪称为自由陀螺仪。自由陀螺仪的特性： 定轴性：陀螺轴在不受外力矩作用时，它的方向始终指向初始恒定方位进动性：陀螺轴在受外力作用时，将产生非常重要的效应“进动”陀螺仪的结构均可划分为灵敏部、光学观测系统、锁紧限幅机构以及机体外壳等四部分。应用陀螺经纬仪进行定向的操作过程课概括为以下几个步骤：（1）在已知方位边上测定仪器常数；（2）在待定边上测定陀螺方位角（3）在已知方位边上重新测定仪器常数；（4）计算测线的坐标方位角。陀螺方位角 x:坐标北 M:陀螺北 r0 坐标收敛角 仪器常数 aT陀螺方位角粗略定向 进行陀螺经纬仪精密定向的前提之一是望远镜近似指北，即粗略定向。粗略定向可利用罗盘仪，一般用陀螺经纬仪。陀螺经纬仪粗略定向方法：两逆转点法 四分之一周期法精密定向在灵敏部拖起状态下，启动陀螺马达，当其达到额定转速后，缓慢而均匀地下放灵敏部。光标线开始晃动表明灵敏部处于半脱状态，稍停几秒，待光标线稳定，再慢慢下放，直至灵敏部全脱。若发现光标线晃动或摆动很快，则需使灵敏部返回半脱，重新慢慢下放，直至满足要求。，此时，就可以通过对光标线的观测来研究陀螺轴的摆动规律。逆转点法和中天法是精密定向的经典方法。GPS卫星信号组成：导航电文测距码 ：P1,P2 C1,C2(未来)载波相位L1 (154*f0=1575.42MHz) L2(120*f0=1227.60MHz) L5(未来)GPS系统组成空间部分 设计是24+3颗卫星,目前是31颗地面监控部分 主控站，监测站，注入站，通信和辅助系统用户部分 GPS天线，GPS接收机(导航型，测量型)接收通道：接收机中用来跟踪，处理，量测卫星信号的部件，由无线电元器件，数字电路等硬件和专用软件组成，简称通道。一个通道在一个时刻只能跟踪一个卫星某一频率的信号根据跟踪卫星信号方式不同，接收机分为序贯通道，多路复用通道和多通道GPS误差源 与卫星有关的误差：卫星轨道误差、卫星钟差、相对论效应与传播途径有关的误差：电离层延迟、对流层延迟、多路径效应与接收设备有关的误差：接收机天线相位中心的偏移和变化、接收机钟差、接收机内部噪声GPS误差的消除与削弱 模型改正法原理：利用模型计算出误差影响的大小，直接对观测值进行修正适用情况：对误差的特性、机制及产生原因有较深刻了解，能建立理论或经验公式所针对的误差源：相对论效应、电离层延迟、对流层延迟、卫星钟差限制：有些误差难以模型化求差法原理：通过观测值间一定方式的相互求差，消去或消弱求差观测值中所包含的相同或相似的误差影响适用情况：误差具有较强的空间、时间或其它类型的相关性。所针对的误差源：电离层延迟、对流层延迟、卫星轨道误差限制：空间相关性将随着测站间距离的增加而减弱参数法原理：采用参数估计的方法，将系统性偏差求定出来适用情况：几乎适用于任何的情况限制：不能同时将所有影响均作为参数来估计回避法原理：选择合适的观测地点，避开易产生误差的环境；采用特殊的观测方法；采用特殊的硬件设备，消除或减弱误差的影响适用情况：对误差产生的条件及原因有所了解；具有特殊的设备。所针对的误差源：电磁波干扰、多路径效应限制：无法完全避免误差的影响，具有一定的盲目性GPS测量精度指标：:标准差(mm)a:固定误差(mm) b:比例误差系数(ppm) d：相邻点间距离(km)GPS控制测量通常采用静态相对定位的方式垂准测量垂直测量的作用平面位置传递垂直度检查变形监测基准点的稳定性检查垂准测量的方法经纬仪法、垂准仪法、精密光电投影法、机械法