《應(yīng)用大地測量學(xué)》第四章-大地測量觀測技術(shù)

1、第四章 大地測量觀測技術(shù),中國礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測繪學(xué)院,應(yīng)用大地測量學(xué),第四章 大地測量觀測技術(shù),應(yīng)用大地測量學(xué),大地測量的基本任務(wù)： ————地面點空間位置 ————重力傳統(tǒng)的測量方法： ————天文測量 ————三角測量 ————導(dǎo)線測量 ———

2、—幾何水準(zhǔn)測量主要觀測元素： ————角度 ————距離 ————高差,,第一節(jié)精密角度測量,第四章 大地測量觀測技術(shù),第一節(jié) 精密角度測量儀器第二節(jié) 角度觀測誤差分析第三節(jié) 方向觀測法第四節(jié) 垂直角測量第五節(jié) 精密距離測量第六節(jié) 精密水準(zhǔn)測量儀器及其檢驗第七節(jié) 精密水準(zhǔn)測量觀測與概算第八節(jié) GPS測量第九節(jié) 天文測量

3、簡介第十節(jié) 重力測量簡介,第四章 大地測量觀測技術(shù),第一節(jié) 精密角度測量儀器第二節(jié) 角度觀測誤差分析第三節(jié) 方向觀測法第四節(jié) 垂直角測量第五節(jié) 精密距離測量第六節(jié) 精密水準(zhǔn)測量儀器及其檢驗第七節(jié) 精密水準(zhǔn)測量觀測與概算第八節(jié) GPS測量第九節(jié) 天文測量簡介第十節(jié) 重力測量簡介,§4.1 精密角度測量儀器,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造§4.1.2 光學(xué)測微器與對

4、徑重合讀數(shù)法§4.1.3 常用的J1、J2級光學(xué)經(jīng)緯儀§4.1.4 電子經(jīng)緯儀,,第一節(jié)精密角度測量,§4.1 精密角度測量儀器,應(yīng)用大地測量學(xué),我國光學(xué)經(jīng)緯儀系列分為：J1、J2、J6等級別。 J為經(jīng)緯儀漢語拼音第一個字母，下標(biāo)表示儀器室內(nèi)檢定時一測回水平方向觀測中誤差。,,第一節(jié)精密角度測量,§4.1 精密角度測量儀器,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀

5、的基本構(gòu)造§4.1.2 光學(xué)測微器與對徑重合讀數(shù)法§4.1.3 常用的J1、J2級光學(xué)經(jīng)緯儀§4.1.4 電子經(jīng)緯儀,,第一節(jié)精密角度測量,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,———望遠(yuǎn)鏡 ———讀數(shù)設(shè)備———水準(zhǔn)器———軸系,第一節(jié)精密角度測量,應(yīng)用大地測量學(xué),,1、望遠(yuǎn)鏡組成：物鏡、調(diào)焦鏡、十字絲分劃板、目鏡,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)

6、造,應(yīng)用大地測量學(xué),,等效物鏡的光心與十字絲中心的連線稱為望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸。 望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦時，調(diào)焦透鏡沿著望遠(yuǎn)鏡內(nèi)壁來回移動。如果調(diào)焦透鏡不是沿著平行于光軸的直線運動，就會導(dǎo)致視準(zhǔn)軸改變方向，給方向觀測成果帶來誤差。 結(jié)論：規(guī)定一個測回內(nèi)不得重新調(diào)焦。微分上式得：,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,2、水準(zhǔn)器（1）作用——使經(jīng)緯儀的垂直軸與測站鉛垂線一致。（2）圓水準(zhǔn)器——用于

7、粗平。,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,2、水準(zhǔn)器（3）管水準(zhǔn)器——用于精平。冰點低、流動性強、附著力小的液體（酒精、硫酸醚）。（4）水準(zhǔn)器格值τ”——一個分格（2mm）所對的圓心角。決定了靈敏度。防止太陽照射儀器，防止手指觸摸水準(zhǔn)管。,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,3、讀數(shù)設(shè)備 （1）度盤（2）光學(xué)測微器（3）讀數(shù)顯微鏡,§4.1.1 精密

8、光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,3、讀數(shù)設(shè)備 （1）水平度盤 玻璃制成，安置在儀器及做到垂直軸套上，儀器轉(zhuǎn)動時不得轉(zhuǎn)動和移動。 度盤是量測角度的標(biāo)準(zhǔn)器，其圓周刻劃著等間距的分劃線，兩相鄰分劃線間的角值稱為格值。精密測角一起的度盤直徑75～160mm，格值4’～20’。如圖4-5。,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,3、讀數(shù)設(shè)備 （1）水平度盤 度盤分化誤差主要表現(xiàn)為系

9、統(tǒng)誤差，其中沿度盤全局逐漸變化，形成以圓周為周期的周期性誤差，稱為長周期誤差；以度盤上一小弧段，約20’～1°為周期，并在圓周上多次重復(fù)出現(xiàn)的周期性誤差，稱為短周期誤差。,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,3、讀數(shù)設(shè)備 （1）水平度盤 為減弱周期誤差對方向觀測到影響，規(guī)范規(guī)定，在方向觀測中，各方向觀測中，各測回之間應(yīng)變換度盤位置。一般按照下式進行配置：m為測回數(shù)，ω為度盤格值的

10、一半。,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,（2）光學(xué)測微器。 用于讀取不足一個刻劃格值的讀數(shù)，精密經(jīng)緯儀采用雙光學(xué)零件的測微器，按對徑重合讀數(shù)法讀取讀數(shù)，可讀到1”～0.1”。,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,（3）讀數(shù)顯微鏡窗口。 測微尺分劃像 度盤對徑分劃像,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,4、軸系（1）照準(zhǔn)部（

11、望遠(yuǎn)鏡、讀數(shù)設(shè)備、水準(zhǔn)器、垂直度盤）旋轉(zhuǎn)時，保證軸線定向不變。（2）照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)軸心、度盤刻度中心、度盤旋轉(zhuǎn)中心應(yīng)一致，否則，將產(chǎn)生照準(zhǔn)部偏心差、度盤偏心差。,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,應(yīng)用大地測量學(xué),,4、軸系（3）由于軸與軸套間的間隙，以及受到以及間隙中的潤滑油作用，照準(zhǔn)部相對于正確的旋轉(zhuǎn)軸線位置也會產(chǎn)生偏差，稱為定向偏差。 定向偏差造成照準(zhǔn)部在旋轉(zhuǎn)過程中搖晃、歪斜或平移，這種現(xiàn)象叫做照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)不正

12、確。,§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造,§4.1 精密角度測量儀器,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造§4.1.2 光學(xué)測微器與對徑重合讀數(shù)法§4.1.3 常用的J1、J2級光學(xué)經(jīng)緯儀§4.1.4 電子經(jīng)緯儀,,第一節(jié)精密角度測量,應(yīng)用大地測量學(xué),,1、轉(zhuǎn)動測微器測微輪時，測微尺移動，同時，對徑分劃影像上下按相反方向移動。測微尺全長對應(yīng)上下對徑分

13、劃的半個分格。2、光學(xué)測微器有雙平板玻璃、雙光楔等類型。,§4.1.2 光學(xué)測微器與對徑重合讀數(shù),§4.1 精密角度測量儀器,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造§4.1.2 光學(xué)測微器與對徑重合讀數(shù)法§4.1.3 常用的J1、J2級光學(xué)經(jīng)緯儀§4.1.4 電子經(jīng)緯儀,,第一節(jié)精密角度測量,應(yīng)用大地測量學(xué),,1、J1級光學(xué)經(jīng)緯儀－T3水平度盤最小格值

14、4′測微尺最小格值0.2″,§4.1.3 常用的J1、J2級光學(xué)經(jīng)緯儀,應(yīng)用大地測量學(xué),,2、J2級光學(xué)經(jīng)緯儀－T2,§4.1.3 常用的J1、J2級光學(xué)經(jīng)緯儀,應(yīng)用大地測量學(xué),,3、J2級光學(xué)經(jīng)緯儀－Zeiss010,§4.1.3 常用的J1、J2級光學(xué)經(jīng)緯儀,§4.1 精密角度測量儀器,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.1.1 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造§4.1.2 光學(xué)測微器與對徑重

15、合讀數(shù)法§4.1.3 常用的J1、J2級光學(xué)經(jīng)緯儀§4.1.4 電子經(jīng)緯儀,,第一節(jié)精密角度測量,§4.1.4 電子經(jīng)緯儀,應(yīng)用大地測量學(xué),,電子經(jīng)緯儀：安置有電子掃描度盤，在微處理控制下，實現(xiàn)自動化數(shù)字測角的經(jīng)緯儀。電子速測儀：將電子經(jīng)緯儀、光電測距儀和存儲器集成在一起，在微處理器控制下，能同時測定和顯示距離、水平角和垂直角，并能對觀測值進行各種改正、計算和記錄地面點的三維空間坐標(biāo)的電子測量儀器。俗

16、稱全站儀。,§4.1.4 電子經(jīng)緯儀,應(yīng)用大地測量學(xué),,1、構(gòu)成：光學(xué)部件、機械部件、電子掃描度盤、 電子傳感器、微處理機；2、光柵度盤：固定與移動光柵探測器3、工作原理：,第四章 大地測量觀測技術(shù),第一節(jié) 精密角度測量儀器第二節(jié) 角度觀測誤差分析第三節(jié) 方向觀測法第四節(jié) 垂直角測量第五節(jié) 精密距離測量第六節(jié) 精密水準(zhǔn)測量儀器及其檢驗第七節(jié) 精密水準(zhǔn)測量觀測與概算第八節(jié) GPS測量第九節(jié) 天文測量簡介第

17、十節(jié) 重力測量簡介,§4.2 角度觀測誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.2.1 外界條件引起的誤差§4.2.2 儀器誤差§4.2.3 觀測誤差§4.2.4 精密測角的一般原則,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.2 角度觀測誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.2.1 外界條件引起的誤差§4.2.2 儀器誤差§4.2.3 觀測誤差

18、67;4.2.4 精密測角的一般原則,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.2.1 外界條件引起的誤差,應(yīng)用大地測量學(xué),外界條件主要指觀測時大氣的溫度、濕度、密度、太陽照射方位及地形、地物等因素。,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),水平折光影響,,微分折光——實際照準(zhǔn)方向與理想方向的微小夾角δ。大氣垂直折光——微分折光在鉛垂面上的分量。大氣水平折光——微分折光在水平面上的分量。,§4.2.1 外界條件引起的誤差

19、,§4.2 角度觀測誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.2.1 外界條件引起的誤差§4.2.2 儀器誤差（難點）§4.2.3 觀測誤差§4.2.4 精密測角的一般原則,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.2.3 儀器誤差,應(yīng)用大地測量學(xué),,§4.2.2 儀器誤差,應(yīng)用大地測量學(xué),（一）視準(zhǔn)軸誤差,,視準(zhǔn)軸——物鏡光心和十字絲中心的連線。視準(zhǔn)軸誤差——視準(zhǔn)軸不垂

20、直于水平軸。,對水平觀測方向的影響：△c=c／cosα,§4.2.2 儀器誤差,應(yīng)用大地測量學(xué),（一）視準(zhǔn)軸誤差,,盤左：視準(zhǔn)軸偏向正確方向左側(cè)，（c為負(fù)），正確方向讀數(shù)A比有誤差讀數(shù)L小： A = L - △c 盤右：視準(zhǔn)軸偏向正確方向右側(cè)，（c為正），正確方向讀數(shù)A比有誤差讀數(shù)R大： A = R + △c  A=（L+R）／2,C對方向觀測值的影響△c ，盤左盤右大小相等、

21、符號相反，取讀數(shù)中數(shù)可消除視準(zhǔn)軸誤差的影響。前提：c值在盤左、盤右觀測期間保持穩(wěn)定 ——規(guī)定一測回內(nèi)不得重新調(diào)焦）,影響規(guī)律：,§4.2.2 儀器誤差,應(yīng)用大地測量學(xué),（一）視準(zhǔn)軸誤差,,C對方向觀測值的影響△c，隨著α的增大而增加。當(dāng)觀測方向為水平時， α=0，△c = c,大地測量邊長較長，α大多在0°左右： α ≈ 0， △c ≈ c， L - R ≈2c即：同一測

22、回中，同一目標(biāo)的盤左盤右讀數(shù)之差等于2c。,對于2c互差規(guī)范規(guī)定：一測回中各方向2c值互差，J1不超過9”，J2不超過13”。 對于2c自身大小規(guī)范規(guī)定：J1不超過20”，J2不超過30”。,影響規(guī)律：,應(yīng)用大地測量學(xué),（二）水平軸誤傾斜差,,水平軸傾斜誤差——水平軸不垂直于垂直軸產(chǎn)生 i,§4.2.2 儀器誤差,對方向觀測值的影響：△i=itanα,應(yīng)用大地測量學(xué),（二）水平軸誤傾斜差,,盤左：水平軸傾斜左低右高取i為負(fù)，

23、正確讀數(shù)A比有誤差△i 的讀數(shù)L?。?#160; A = L - △i   盤右：水平軸傾斜左高右低i為正，正確讀數(shù)A比有誤差△i 的讀數(shù)R大： A = R + △i,§4.2.2 儀器誤差,盤左盤右取平均，可消除水平軸傾斜誤差的影響。 正確讀數(shù)：A=（L+R）/2,影響規(guī)律：,應(yīng)用大地測量學(xué),（二）水平軸誤傾斜差,,§4.2.2 儀器誤差,△i=itanα △i大小

24、既與i有關(guān)，也與α有關(guān)，α大，則△i大，α=0， 則△i=0，此時水平軸誤差對方向觀測值沒有影響。,影響規(guī)律：,盤左正確讀數(shù)：A = L - △c - △i盤右正確讀數(shù)：A = R + △c + △i 則 L - R = 2△c + 2△i,規(guī)范規(guī)定：某方向α超過±3°，則該方向2c互差可按同一觀測時間段內(nèi)的相鄰測回進行比較。即：它的2c可以不與△i影響小的方向比，而與該方向在相鄰測回中的2c比

25、。,應(yīng)用大地測量學(xué),（三）垂直軸誤傾斜差,,垂直軸傾斜誤差——垂直軸本身不豎直。,§4.2.2 儀器誤差,偏離鉛垂線位置的角度v對方向觀測值的影響：△v =itanα i =vcosβ△v = v cosβtanα,應(yīng)用大地測量學(xué),（三）垂直軸誤傾斜差,,V的方向和大小不隨照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動而變；△v的正負(fù)號不因盤左盤右而改變，即盤左盤右觀測不能消除△v。,§4.2.2 儀器誤差,影響規(guī)律：,垂直軸傾斜誤差對方向觀

26、測值的影響△v與垂直軸傾斜角v、照準(zhǔn)目標(biāo)的垂直角α、觀測目標(biāo)的方位β都有關(guān)系。,方法：觀測中特別注意垂直軸具有鉛垂位置，水準(zhǔn)管氣泡不得偏移 ±3°，各測回間重新整置一起，是氣泡居中。,應(yīng)用大地測量學(xué),（三）垂直軸誤傾斜差,,△v =itanα = nτ″tanαn為氣泡偏離格數(shù)，τ″為格值。,§4.2.2 儀器誤差,傾斜改正數(shù)的計算：,§4.2.3 儀器誤差,應(yīng)用大地測量學(xué),

27、,§4.2 角度觀測誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.2.1 外界條件引起的誤差§4.2.2 儀器誤差§4.2.3 觀測誤差§4.2.4 精密測角的一般原則,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),,§4.2.3 觀測誤差,§4.2 角度觀測誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.2.1 外界條件引起的誤差§4.2.2 儀器誤差

28、67;4.2.3 觀測誤差§4.2.4 精密測角的一般原則,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.2.3 精密測角的一般原則,應(yīng)用大地測量學(xué),（1）盤左盤右兩個位置進行觀測，取上、下半測回平均值作為最后觀測值，消除儀器視準(zhǔn)軸誤差和水平軸傾斜誤差影響。（2）一測回中，下半測回照準(zhǔn)目標(biāo)的先后次序和上半測回相反，削弱儀器腳架扭轉(zhuǎn)、因氣溫引起視準(zhǔn)軸變化和基座扭轉(zhuǎn)引起的度盤帶動等誤差影響。（3）每半測回開始前，照準(zhǔn)部向?qū)⒁?/p>

29、轉(zhuǎn)的方向先轉(zhuǎn)1～2周；半測回觀測過程中，照準(zhǔn)部不得有相反方向運動，削弱照準(zhǔn)部對度盤的帶動誤差和腳螺旋空隙帶動誤差影響。（4）測微螺旋、水平微動螺旋的最后操作應(yīng)為“旋進”，削弱測微器、微動螺旋的隙動誤差。,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.2.3 精密測角的一般原則,應(yīng)用大地測量學(xué),（5）各測回的起始方向應(yīng)均勻分布在度盤和測微器的各個位置上，削弱水平度盤分劃的長周期誤差和短周期誤差，以及測微尺的分劃誤差。（6）觀測前認(rèn)真對焦，

30、消除視差，一測回中不得改變望遠(yuǎn)鏡焦距，以免由于視準(zhǔn)軸的變動而引起視準(zhǔn)軸誤差變化。（7）整平儀器時，照準(zhǔn)部氣泡應(yīng)嚴(yán)格居中，一測回觀測中氣泡偏差過大時應(yīng)停止觀測，重新整置儀器；當(dāng)目標(biāo)垂直角較大時，應(yīng)在測回之間重新整置儀器。（8）觀測要在通視良好、成像穩(wěn)定和清晰時進行。有條件可在不同時段內(nèi)完成，盡力減弱旁折光和相位差。,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,第四章 大地測量觀測技術(shù),第一節(jié) 精密角度測量儀器第二節(jié) 角度觀測誤差分析第三節(jié) 方向觀測

31、法第四節(jié) 垂直角測量第五節(jié) 精密距離測量第六節(jié) 精密水準(zhǔn)測量儀器及其檢驗第七節(jié) 精密水準(zhǔn)測量觀測與概算第八節(jié) GPS測量第九節(jié) 天文測量簡介第十節(jié) 重力測量簡介,§4. 3 方向觀測法,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.3.1 方向觀測法的程序和規(guī)則§4.3.2 觀測手簿的記載§4.3.3 觀測限差§4.3.4 觀測成果的取舍和整理,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4

32、. 3 方向觀測法,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.3.1 方向觀測法的程序和規(guī)則§4.3.2 觀測手簿的記載§4.3.3 觀測限差§4.3.4 觀測成果的取舍和整理,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.3.1 方向觀測法的程序和規(guī)則,應(yīng)用大地測量學(xué),方向觀測法——在三角網(wǎng)和導(dǎo)線網(wǎng)中，一點周圍有三個以上方向。方向觀測法是在一測回內(nèi)把測站上所有觀測方向，先盤左位置依次觀測，再盤右位置依次觀測

33、，取盤左、盤右平均值作為各方向的觀測值。,,第三節(jié)方向觀測,§4.3.1 方向觀測法的程序和規(guī)則,應(yīng)用大地測量學(xué),盤左位置順時針方向旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，依次照準(zhǔn)A、B、C、D、E、A，讀取觀測值，稱為上半測回；然后縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，盤右位置逆時針方向旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，仍從A開始，依次照準(zhǔn)A、E、D、C、B、A并讀數(shù)，稱為下半測回。上、下兩個半測回合起來稱為一個測回。 觀測到起始方向常稱為零方向。要求每半測回觀測閉合到零方向（目的在于監(jiān)測觀

34、測過程中水平度盤有無方位變動），此時上、下半測回構(gòu)成一個閉合圓，所以這種觀測又稱為全圓觀測法，這種閉合操作稱為“歸零”。 當(dāng)方向數(shù)不超過3個時，由于半測回持續(xù)時間較短，可以不歸零。方向數(shù)只有2個時，方向觀測法也就是測回法。,,第三節(jié)方向觀測,應(yīng)用大地測量學(xué),,§4.3.1 方向觀測法的程序和規(guī)則,應(yīng)用大地測量學(xué),觀測規(guī)則,,1、零方向的選擇（距離適中、通視良好、成像清晰）；2、調(diào)焦、消除視差。照準(zhǔn)零方向，安置度盤位置

35、；（每一測回開始前進行）3、上、下半測回照準(zhǔn)目標(biāo)的次序相反；4、半測回開始前，照準(zhǔn)部按規(guī)定方向旋轉(zhuǎn)1-2周；5、微動螺旋、測微螺旋最后保持旋進方向；6、一測回觀測中，氣泡不得偏離一格。,§4.3.1 方向觀測法的程序和規(guī)則,§4. 3 方向觀測法,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.3.1 方向觀測法的程序和規(guī)則§4.3.2 觀測手簿的記載§4.3.3 觀測限差§4.3.

36、4 觀測成果的取舍和整理,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.3.2 觀測手簿的記載,應(yīng)用大地測量學(xué),,1、盤左（上半測回）由上而下，觀測每一目標(biāo)照準(zhǔn)一次，讀數(shù)兩次，取平均值作為觀測值；2、盤右（下半測回）由下而上，觀測每一目標(biāo)照準(zhǔn)一次，讀數(shù)兩次，取平均值作為觀測值；3、歸零差的計算；4、兩倍視準(zhǔn)軸2c的計算；5、各方向平均值的計算；6、方向值計算（起始方向值為零度零分零秒）；7、凡記錯度、分以及算錯，可整齊劃去，在其

37、上方填寫正確數(shù)字，不得涂檫。,表4-1 水平方向觀測手簿,,,,表4-3水平方向觀測記簿,表4-3 水平方向觀測記簿,§4. 3 方向觀測法,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.3.1 方向觀測法的程序和規(guī)則§4.3.2 觀測手簿的記載§4.3.3 觀測限差§4.3.4 觀測成果的取舍和整理,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.3.3 觀測限差,應(yīng)用大地測量學(xué),,§4.

38、 3 方向觀測法,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.3.1 方向觀測法的程序和規(guī)則§4.3.2 觀測手簿的記載§4.3.3 觀測限差§4.3.4 觀測成果的取舍和整理,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.3.3 觀測成果的取舍和整理,應(yīng)用大地測量學(xué),,（1）一測回內(nèi)2c互差或同一方向測回互差超限重測超限方向并聯(lián)測零方向；（2）零方向2c互差或下半測回歸零差超限，該測回應(yīng)全部重測；一測回中重

39、測方向數(shù)超過測站方向數(shù)的1/3時，也重測全部測回；（3）全部基本測回中，重測的方向測回數(shù)超過全部方向測回總數(shù)的1/3時，全部成果重測；（4）基本測回和重測成果均應(yīng)記入記簿；（5）重測數(shù)計算方法：測站全部方向測回總數(shù)為（n-1）m，基本測回中，重測一個超限方向算作一個方向測回；零方向超限重測整個測回算作n-1個方向測回。（6）測站平差：求各方向值的算術(shù)平均值。,第四章 大地測量觀測技術(shù),第一節(jié) 精密角度測量儀器第二節(jié) 角度觀測誤

40、差分析第三節(jié) 方向觀測法第四節(jié) 垂直角測量第五節(jié) 精密距離測量第六節(jié) 精密水準(zhǔn)測量儀器及其檢驗第七節(jié) 精密水準(zhǔn)測量觀測與概算第八節(jié) GPS測量第九節(jié) 天文測量簡介第十節(jié) 重力測量簡介,§4. 4 垂直角測量,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.4.1 垂直度盤原理與垂直角計算§4.4.2 垂直角觀測方法§4.4.3 垂直角觀測成果的檢核,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4. 4 垂

41、直角測量,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.4.1 垂直度盤原理與垂直角計算§4.4.2 垂直角觀測方法§4.4.3 垂直角觀測成果的檢核,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.4.1 垂直度盤原理與垂直角計算,應(yīng)用大地測量學(xué),,（一）垂直度盤原理 1、垂直度盤與水平軸正交，能隨望遠(yuǎn)鏡俯仰運動； 2、指標(biāo)水準(zhǔn)器固定不動。視準(zhǔn)軸水平時，指標(biāo)90°； 3、指標(biāo)差——指標(biāo)水準(zhǔn)器氣泡居中，指標(biāo)實際位

42、置與設(shè)計位置的微小夾角。,第四節(jié)垂直角測量,應(yīng)用大地測量學(xué),,（二）J2級經(jīng)緯儀垂直角和指標(biāo)差計算公式 J2級經(jīng)緯儀垂直度盤0°～360 °順時針方向全圓注記，視準(zhǔn)軸水平時，讀數(shù)指標(biāo)指向90 °。垂直角公式： ——推導(dǎo)見P94下。 α=（R-L）/2-90°指標(biāo)差公式： i=（L+R）/2-180°,§4.4.1 垂直度盤原理與垂

43、直角計算,應(yīng)用大地測量學(xué),,（三）J1級經(jīng)緯儀垂直角和指標(biāo)差計算公式以Wild T3經(jīng)緯儀為例，讀數(shù)指標(biāo)安置在水平位置，視準(zhǔn)軸水平時讀數(shù)為90 °，逆時針方向55 °～125 °注記，對徑180 °處注記相同，注記名義值比格值實際值減小1倍， 55 °～125 °之間的實際值為140 °。 ——推導(dǎo)見P94下。垂直角公式：

44、 α= L - R指標(biāo)差公式： i=（L+R）-180°,§4.4.1 垂直度盤原理與垂直角計算,§4. 4 垂直角測量,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.4.1 垂直度盤原理與垂直角計算§4.4.2 垂直角觀測方法§4.4.3 垂直角觀測成果的檢核,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.4.2 垂直角觀測方法,應(yīng)用大地測量學(xué),,（一）中絲法（單絲法）

45、 1、盤左，水平中絲照準(zhǔn)目標(biāo)，調(diào)平指標(biāo)水準(zhǔn)器氣泡，讀取垂直度盤讀數(shù)L。 2、盤右，水平中絲照準(zhǔn)目標(biāo)，調(diào)平指標(biāo)水準(zhǔn)氣泡，讀度盤讀數(shù)R。 3、計算指標(biāo)差i和垂直角α。 見表4-4：,表4-4　垂直角觀測記錄、計算（中絲法）,,,表4-4 垂直角觀測記錄、計算（中絲法）,應(yīng)用大地測量學(xué),,（二）三絲法 以三根水平絲為準(zhǔn)，依次照準(zhǔn)同一目標(biāo)。 1、盤左，按上、中、下三絲依次照準(zhǔn)目標(biāo)。調(diào)平氣泡后，讀數(shù)L上、L中、L下。

46、 2、盤右，按上、中、下三絲依次照準(zhǔn)目標(biāo)。調(diào)平氣泡后，讀數(shù)R下、R中、R上。 3、記錄按表4-5格式。注意盤左由上往下，盤右由下往上記錄。 4、計算指標(biāo)差i和垂直角α。,§4.4.2 垂直角觀測方法,表4－5　垂直角觀測的記錄、計算,表4-5 垂直角觀測記錄（三絲法）,§4. 4 垂直角測量,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.4.1 垂直度盤原理與垂直角計算§4.4.2 垂直角觀測方法§

47、;4.4.3 垂直角觀測成果的檢核,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.4.3 垂直角觀測成果的檢核,應(yīng)用大地測量學(xué),,測角三角高程對垂直角觀測的要求,,應(yīng)用大地測量學(xué),,,表2  測距三角高程對垂直角觀測和要求,§4.4.3 垂直角觀測成果的檢核,應(yīng)用大地測量學(xué),,,重測原則： 垂直角和指標(biāo)差的互差超限時，應(yīng)分情況進行重測： ——若一水平絲所測某一方向的垂直角或指標(biāo)差互差超限，則此方向需用中絲

48、重測一測回； ——若用三絲法在同一方向一測回中有兩根水平絲所測結(jié)果超限，則該方向需用中絲重測兩個測回，或用三絲法重測一個測回。,§4.4.3 垂直角觀測成果的檢核,第四章 大地測量觀測技術(shù),第一節(jié) 精密角度測量儀器第二節(jié) 角度觀測誤差分析第三節(jié) 方向觀測法第四節(jié) 垂直角測量第五節(jié) 精密距離測量第六節(jié) 精密水準(zhǔn)測量儀器及其檢驗第七節(jié) 精密水準(zhǔn)測量觀測與概算第八節(jié) GPS測量第九節(jié) 天文測量簡介第十節(jié) 重

49、力測量簡介,第五節(jié) 精密距離測量,應(yīng)用大地測量學(xué),,距離測量是大地測量的一項重要工作。20世紀(jì)50年代國家大地網(wǎng)測量中使用因瓦基線尺直接丈量基線或其擴大邊，確定大地網(wǎng)的起算邊長；70年代以后，開始使用光電測距儀進行精密距離測量，廣泛用于導(dǎo)線測量中的邊長觀測；近10余年來，隨著GPS技術(shù)的迅速普及，中、遠(yuǎn)距離的測量已經(jīng)由GPS測量所取代。目前，高精度的較短距離測量在導(dǎo)線測量、特殊工程測量以及對高精度的大地網(wǎng)的檢測測量中還有應(yīng)用。本節(jié)主要介

50、紹光電相位式測距儀的基本結(jié)構(gòu)、測距原理和測距成果的整理計算。,,第五節(jié)精密距離測量,§4. 5 精密距離測量,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.5.1 距離測量方式及其原理§4.5.2 全站儀§4.5.3 電磁波測距誤差分析§4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4. 5 精密距離測量,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.5.1 距離測量方式及其原理

51、§4.5.2 全站儀§4.5.3 電磁波測距誤差分析§4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.5.1 距離測量方式及其原理,應(yīng)用大地測量學(xué),,,（一）長度基準(zhǔn) 1、國際長度基準(zhǔn) “檔案米”——過巴黎地球子午線的四千萬分之一的長度——國際米原器——沿用71年 1960年11屆國際計量大會——氪-86原子輻射波長的1650763.73倍的長度； 1983年

52、第17屆國際計量大會規(guī)定：光在真空中，在 1/299792458 秒的時間間隔內(nèi)經(jīng)過的距離為1米。 2、我國的長度基準(zhǔn) 我國采用國際適用單位m。,應(yīng)用大地測量學(xué),,（二）距離的測量方式 1、用因瓦基線尺丈量距離 在平坦地面上，用24m長的因瓦基線尺一尺接一尺地懸空丈量兩點間的基線長度。拉力一定，丈量結(jié)果中加入尺長改正、溫度改正、懸鏈線改正，可達(dá)幾十萬～一百萬分之一的相對精度。 丈量前用水準(zhǔn)測量的方法測定每個尺段兩

53、端點的高差，進行傾斜改正，以得到基線的水平長度。 我國天文大地網(wǎng)的起算邊長主要是采用茵瓦基線尺丈量確定。,,§4.5.1 距離測量方式及其原理,距離測量儀器：因瓦基線尺、電磁波測距儀,,衛(wèi)星激光測距儀,應(yīng)用大地測量學(xué),,（二）距離的測量方式2、電磁波測距 分類:紅外、微波、激光測距 范圍:幾米——幾十公里 精度:10-5——10-6 基本原理：D=(1/2)c·t,,

54、67;4.5.1 距離測量方式及其原理,應(yīng)用大地測量學(xué),,2、電磁波測距（1）兩種方式 脈沖式測距——測距儀發(fā)射脈沖波，被目標(biāo)返回后，由儀器接收，測出脈沖往返傳播時間t。測程遠(yuǎn)時，其精度不如相位式的精度高。 相位式測距——測距儀發(fā)射正弦調(diào)制波，反射后由儀器接收，測出調(diào)制波在往返距離上的相位差，推算出距離，精度可達(dá)1—2cm。,,§4.5.1 距離測量方式及其原理,應(yīng)用大地測量學(xué),,3、電磁波測距（2）相位式

55、測距分類按測程分有短程（15km）按精度分為Ⅰ級（每km中誤差≤5mm）、Ⅱ級（5—10mm）、 Ⅲ級（10—20mm）按載波頻率分為光波（光速、紅外、激光）、微波、多載波,,§4.5.1 距離測量方式及其原理,應(yīng)用大地測量學(xué),,（三）相位式測距原理 1、相位式測距基本公式相位差：φ=ωt=2πft，得t=φ/2πf，則因φ=N 2π+△φ，λ=c/f， 意義：用半波長電測尺，測

56、了N尺段和不足一尺段的尾數(shù)△N。,,相位式測距原理,§4.5.1 距離測量方式及其原理,應(yīng)用大地測量學(xué),,（三）相位式測距原理 2、相位式測距原理示意圖,,§4.5.1 距離測量方式及其原理,應(yīng)用大地測量學(xué),,（三）相位式測距原理 3、N值確定基本原理（1）直接測尺頻率方式儀器中有精測尺、粗測尺固定頻率。精測頻率 f1=15MHz，λ1/2=c/2f1=10m，量出米、分米、厘米、毫米的位數(shù)。粗測精度 f

57、2=150kHz，λ2/2=c/2f2=1000m，量出百米、十米、米、分米的位數(shù)。組合起來，加上已知概略距離的公里數(shù)，得完整的距離讀數(shù)。,,§4.5.1 距離測量方式及其原理,應(yīng)用大地測量學(xué),,（三）相位式測距原理 3、N值確定基本原理（2）間接測尺頻率方式 原因：測程較長，粗、精測尺頻率相差懸殊，電路中放大器的增益和相對穩(wěn)定性難于一致。 采用一組數(shù)值接近的測尺頻率，用其差頻頻率作為粗測頻率，放大器對各

58、種頻率增益相近。,,§4.5.1 距離測量方式及其原理,應(yīng)用大地測量學(xué),,（三）相位式測距原理 3、N值確定基本原理（2）間接測尺頻率方式例：精測頻率 f1=15MHz，λ1/2=10m，測得如 5.67mf2=0.9f1, f1-f2=1.5MHz，λ2/2=100m，測得如 45.6mf3=0.99f1, f1-f3=0.15MHz, λ3/2=1000m，測得如 345mf4=0.999f1, f1-f4=

59、0.015MHz, λ4/2=10000m，測得如 2340mf5=0.9999f1, f1-f5=0.0015MHz, λ5/2=100000m，測得如 12300m組合后,得距離12345.67m。,,§4.5.1 距離測量方式及其原理,§4. 5 精密距離測量,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.5.1 距離測量方式及其原理§4.5.2 全站儀§4.5.3 電磁波測距誤差分析&#

60、167;4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.5.2 全站儀,應(yīng)用大地測量學(xué),,全站儀最早出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代末，它將電子測距、電子測角和微處理機結(jié)合成一個整體，能自動記錄、存儲并具備某些固定計算程序。因為在一個測站點能快速進行三維坐標(biāo)測量、定位和自動數(shù)據(jù)采集、處理、存儲等工作，實現(xiàn)了測量和數(shù)據(jù)處理過程的電子化和一體化，所以稱為“全站型電子速測儀”，或簡稱“全站儀”（Total station

61、）。,,§4.5.2 全站儀,應(yīng)用大地測量學(xué),,1 全站儀基本結(jié)構(gòu)： 電子測角 電子測距 電子補償 微機處理：微處理器、存儲器、輸入、輸出,,自動全站儀：自動識辨、照準(zhǔn)、跟蹤目標(biāo)，又稱測量機器人。 徠卡公司生產(chǎn)的TPS1100系列全站儀（TCA2003自動全站儀）,,§4.5.2 全站儀,應(yīng)用大地測量學(xué),,2 全站儀精度及等級 全站儀精度由測角精度和測距精度共同決定。在

62、設(shè)計時，對測距和測角精度的匹配采用“等影響”的原則，即：,,取D=1～2km，ρ〃=206265，則有表4-7。《國家計量檢定規(guī)程》（JJG100-94）將全站儀劃分為四個精度等級，見表4-8.,§4.5.2 全站儀,應(yīng)用大地測量學(xué),,3 全站儀參數(shù)設(shè)置 （1）氣象改正： （2）棱鏡常數(shù)改正： （3）儀器加常數(shù)改正：,,§4. 5 精密距離測量,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.5.1

63、距離測量方式及其原理§4.5.2 全站儀§4.5.3 電磁波測距誤差分析§4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.5.3 電磁波測距誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),,（一）測距誤差種類分析方法：從原理公式——相位測距基本公式,,測距誤差分析,依據(jù)協(xié)方差傳播率：,§4.5.3 電磁波測距誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),（一）測距誤差種類,,測距誤差分析,利用

64、誤差傳播定律，再顧及到儀器加常數(shù)測定誤差mk，對中或歸心改正誤差me，由高差測量誤差mh引起斜距化為平距的誤差 ，儀器內(nèi)部信號之間的串?dāng)_引起的與距離成周期變化的周期誤差mR，則有：,其中，與距離成比例增大的稱為——比例誤差；與距離無關(guān)的稱為——固定誤差。,mD為測距中誤差，mm；a為固定誤差，mm；b為比例誤差系數(shù)，mm/km；D為距離值，km。,應(yīng)用大地測量學(xué),,（二）比例誤差 1、真空中光速c0的誤差  

65、 ，對測距影響可忽略不計。 2、大氣折射率n的誤差 大氣中的光速為 ，可見大氣折射率的變化將使光在大氣中的傳播速度發(fā)生變化，將引起測距誤差。溫度t、氣壓p及濕度e產(chǎn)生的測距誤差比率約：19：7.4：1。 3、調(diào)制頻率的誤差 誤差來源：（1）儀器制造時頻率校正不精確；（2）晶振頻率不穩(wěn)定。 措施：測前對晶振頻率進行測定、校正或測定后計算頻率改正。,,,§4.5.3 電磁波測距誤差

66、分析,應(yīng)用大地測量學(xué),,（三）固定誤差 1、相位差△φ的測定誤差 與測相電路本身的穩(wěn)定性和測相器件對時間的分辨率有關(guān)，其誤差大小<±1個最小顯示單位,可以多測幾組取平均值，減小測相誤差影響。 幅相誤差，即接收信號強弱使其幅度變化引起的測距誤差。儀器電路設(shè)有幅度自動控制系統(tǒng)，使信號幅度保持在一定范圍。 發(fā)射光束相位不均勻引起照準(zhǔn)誤差。發(fā)射光束相位不均勻使信號強度不同，引起照準(zhǔn)誤差。采取措施：調(diào)整望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸和發(fā)射、

67、接收光軸三軸平行；在信號最強時測距。,,§4.5.3 電磁波測距誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),,（三）固定誤差 2、儀器常數(shù)誤差 儀器加常數(shù)——實測結(jié)果與已知基線長度之間存在固定不變的常數(shù)。 作業(yè)前應(yīng)精確測定儀器加常數(shù)，測定不準(zhǔn)會帶來誤差。 測距時應(yīng)注意儀器與反射鏡配套使用。,,§4.5.3 電磁波測距誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),,（三）固定誤差3、對中誤差

68、 安置儀器和反光鏡時，應(yīng)使中心位置位于地面標(biāo)志中心的鉛垂線上。用經(jīng)過檢查的光學(xué)對中器，線量偏差：±3mm～ ±1mm 。,,§4.5.3 電磁波測距誤差分析,應(yīng)用大地測量學(xué),,（四）周期誤差 周期誤差——儀器內(nèi)部信號串?dāng)_引起的以距離為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差。測距信號E1與串?dāng)_信號E2有一定的相位差φ，合成信號EK，引起附加相位誤差△φ，隨φ不同（距離不同）近似成正弦規(guī)律變化。措施：（1）強信號時測距；

69、 （2）測定周期誤差，其振幅值較大時加改正。,,§4.5.3 電磁波測距誤差分析,§4. 5 精密距離測量,應(yīng)用大地測量學(xué),§4.5.1 距離測量方式及其原理§4.5.2 全站儀§4.5.3 電磁波測距誤差分析§4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,,第二節(jié)角度觀測誤差分析,§4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,應(yīng)用大地測量學(xué),,（一

70、）測距作業(yè)及有關(guān)規(guī)定 1、測距邊的選設(shè)（1）測距邊最好在儀器的最佳測程內(nèi)（2）測線高出地面或障礙物1.3m以上，離開高壓線2～5m（3）測線避免通過發(fā)熱體或水面上空，避免背景反光物體（4）測距中避開外界電磁場干擾（5）測距邊高差過大時，應(yīng)精確測定兩端的高差和高程，保證測距邊的化算精度。,,應(yīng)用大地測量學(xué),,（一）測距作業(yè)及有關(guān)規(guī)定 2、測距的主要技術(shù)要求,,§4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,應(yīng)用大地測量學(xué),

71、,（一）測距作業(yè)及有關(guān)規(guī)定 3、測距作業(yè)中的注意事項（1）在大氣穩(wěn)定、成像清晰條件下進行；（2）氣象儀表置于通風(fēng)、陰涼、與儀器同高處；（3）預(yù)熱，電池電壓符合要求，回光信號較強；（4）使用配套的反射鏡（與檢定時相同）；選取合適的棱鏡個數(shù)；中間不能出現(xiàn)兩個棱鏡；觀測中停止對講機通話；（5）儀器防曬，專人保養(yǎng)、看護；測距儀和反射器都要打傘。,,§4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,應(yīng)用大地測量學(xué),,（二）距離觀測值的

72、改正計算換算為儀器中心至反光鏡中心的斜距。 1、氣象改正△Dn（1）輸入氣象因子后，儀器自動改正；（2）按公式計算氣象改正（注意不同儀器氣象改正公式不同）； 2、周期誤差改正 按△Dφ=A sin（θ+φi）計算，式中 3、儀器常數(shù)改正 △DK=K，其值由檢測結(jié)果給出。 4、頻率改正,,§4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,應(yīng)用大地測量學(xué),,（三）測距成果的換算 1、斜距換算至標(biāo)石中心的歸心計

73、算,,§4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,2、斜距化為平距,應(yīng)用大地測量學(xué),（三）測距成果的換算 3、平距化至橢球面上,,§4.5.4 測距的作業(yè)要求和成果轉(zhuǎn)換,近似公式：,式中，d為斜距，h為兩點高差，Hm為兩點高程平均值，RA為A點處橢球平均曲率半徑。（用于10km內(nèi)距離化算）,弧長S：,弦長S0：,近似公式：,式中，ym為A、B兩點高斯平面y坐標(biāo)的平均值，R同上RA。,′,（三）測距成果的換算4、橢球面