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第 四 章 工 程 测 量 的 仪 器 与 方 法主 要 内 容‣ 工 程 测 量 中 , 进 行 长 度 和 偏 距 、 角 度 和 方向 、 高 程 和 倾 斜 、 准 直 、 坐 标 等 测 量 的 仪器 及 其 测 量 方 法重 点‣ 专 用 仪 器‣ 特 殊 方 法

§4.1角 度 测 量角 度 是 几 何 测 量 的 基 本 元 素 , 包 括 水 平 角和 垂 直 角 。角 度 测 量 的 仪 器 主 要 是 经 纬 仪 , 分 为 光 学经 纬 仪 和 电 子 经 纬 仪 两 大 类 。

§4.1角 度 测 量一 、 光 学 经 纬 仪 的 基 本 结 构基 本 结 构 主 要 包 括 照准 部 ( 望 远 镜 )、 读 数 装置 ( 含 水 平 度 盘 、 垂 直 度盘 )、 安 平 设 备 及 基 座 和对 点 器 等 。我 国 光 学 经 纬 仪 系 列 分 为 J07、J1、J2、J6 等 型 号 ,J 为 经 纬 仪 汉 语 拼 音 的 第 一 个 字母 , 下 标 表 示 仪 器 的 精 度 指 标 。

§4.1角 度 测 量二 、 水 平 角 观 测 对 仪 器 进 行 “ 对 中 ” 和 “ 整 平 ”; 盘 左 , 粗 略 瞄 准 一 个 目 标 ; 仔 细 对 光 , 消 除 视 差 ; 精 确 瞄 准 目 标 , 取 水 平 度 盘 读 数 ; 不 动 调 焦 镜 , 盘 右 , 精 确 瞄 准 目 标 , 取 水 平度 盘 读 数 ; 对 于 下 一 个 目 标 , 重 复 上 述 操 作 。

三 、 垂 直 角 观 测§4.1角 度 测 量三 丝 法 垂 直 角 观 测 的 具 体 操 作 程 序 : 盘 左 , 按 上 、 中 、 下 三 根 水 平 丝 的 顺 序 依 次照 准 同 一 目 标 各 一 次 , 并 分 别 读 竖 盘 读 数 ; 盘 右 , 同 上 一 样 的 观 测 ; 分 别 计 算 三 根 水 平 丝 所 测 得 的 指 标 差 和 垂 直角 , 并 取 垂 直 角 的 平 均 值 作 为 一 个 目 标 的 一 测回 之 值 。若 仅 使 用 中 间 的 水 平 丝 进 行 观 测 , 则 称 为 “ 中 丝 法 ”

§4.1角 度 测 量四 、 电 子 经 纬 仪在 光 学 经 纬 仪 的 照 准 部 中 , 将 读 数 系 统用 电 子 度 盘 替 代 光 学 模 拟 度 盘 , 实 现 度 盘 读数 的 自 动 化 , 则 成 为 电 子 经 纬 仪 。用 于 电 子 经 纬 仪 的 角 度 传 感 器 主 要 有 两种 : 编 码 度 盘 和 动 态 测 角 系 统 。

§4.1角 度 测 量五 、 目 标 照 准 自 动 化 ( 基 本 原 理 )带 ATR 望 远 镜 结 构 示 意 图

§4.1角 度 测 量五 、 目 标 照 准 自 动 化在 角 度 测 量 时 ,ATR 自 动 识 别 并 照 准 目 标 主要 有 三 个 过 程 : 目 标 搜 索 过 程 目 标 照 准 过 程 和 测 量 过 程

§4.1角 度 测 量六 、 全 自 动 陀 螺 经 纬 仪经 纬 仪 与 陀 螺 仪 配 合 使 用 , 成 为 陀 螺 经 纬仪 。 目 前 , 自 动 化 陀 螺 经 纬 仪 的 主 要 产 品 有 德国 威 斯 特 发 伦 采 矿 联 合 公 司 的 Gyromat2000 和日 本 索 佳 公 司 (SOKKIA) 的 AGP1 等 。GYROMAT2000AGP1

§4.1角 度 测 量六 、 全 自 动 陀 螺 经 纬 仪‣ 陀 螺 经 纬 仪 的 基 本 结 构‣ 自 动 定 向 原 理注 :1 陀 螺 马 达2 灵 敏 部3 悬 挂 带陀 螺 仪 悬 挂 结 构 示 意 图

§4.1角 度 测 量六 、 全 自 动 陀 螺 经 纬 仪‣ 测 量 步 骤 将 仪 器 安 置 到 三 脚 架 上 并 精 确 对 中 、 整 平 ; 连 接 陀 螺 仪 与 经 纬 仪 之 间 的 数 据 通 信 电 缆 ; 经 纬 仪 开 机 , 陀 螺 仪 开 机 ; 启 动 测 量 程 序 进 行 定 向 测 量 ; 经 纬 仪 照 准 测 线 目 标 , 盘 左 、 盘 右 观 测 两 测回 , 将 结 果 输 入 到 陀 螺 仪 中 , 即 可 计 算 并 显 示测 线 方 位 角 。

§4.1角 度 测 量六 、 全 自 动 陀 螺 经 纬 仪测 角 装 置 采 用 TDA5005 全站 仪 , 还 实 现 了 目 标 的 自动 跟 踪 功 能 。国 产 TDA5005+Y/JTG-1 陀 螺 经 纬 仪

§4.2距 离 测 量距 离 是 几 何 测 量 的 基 本 元 素 , 距 离 测 量 的方 法 主 要 有 三 种 : 直 接 丈 量 间 接 视 距 测 量 物 理 测 距

§4.2距 离 测 量二 、 电 磁 波 测 距电 磁 波 测 距 是 通 过 测 定 电 磁 波 在 待 测距 离 上 往 返 传 播 的 时 间 , 利 用 下 列 基本 公 式 来 计 算 待 测 距 离 的 。D1= c⋅t22D

§4.2距 离 测 量二 、 电 磁 波 测 距‣ 相 位 式 测 距 原 理 :相 位 式 测 距 是 通 过 测 量 调 制 波 在 测 线上 往 返 传 播 所 产 生 的 相 位 移 间 接 地 测 定 电磁 波 在 测 线 上 往 返 传 播 时 间 的 。N⋅2πΔΦ往 程Φ=N⋅2π+ΔΦ返 程相 位 式 测 距 原 理

二 、 电 磁 波 测 距§4.2距 离 测 量‣ 电 磁 波 测 距 仪 分 类 按 载 波 分 : 光 波 测 距 仪 、 微 波 测 距 仪 和 多 载波 测 距 仪 ; 按 测 程 分 : 短 程 测 距 仪 、 中 程 测 距 仪 、 远 程测 距 仪 和 超 远 程 测 距 仪 ; 按 精 度 分 : 超 高 精 度 测 距 仪 、 高 精 度 测 距 仪 、一 般 精 度 测 距 仪 ; 按 测 距 方 式 分 : 脉 冲 式 测 距 仪 、 相 位 式 测 距仪 和 混 合 式 测 距 仪

§4.2距 离 测 量二 、 电 磁 波 测 距‣ 电 磁 波 测 距 仪 的 使 用测 距 仪 一 般 由 照 准 头 、 控 制 器 、 电 源 和 反射 器 四 部 分 组 成 , 一 般 与 经 纬 仪 连 接 使 用 。 仪 器 加 常 数 和 乘 常 数 改 正 气 象 改 正 倾 斜 改 正

§4.2距 离 测 量三 、 双 频 激 光 干 涉 测 距12f> f > >2< 1f 2±Δf>>M 2’>

§4.2距 离 测 量三 、 双 频 激 光 干 涉 测 距‣ 用 双 频 激 光 干 涉 仪 检 定 测 距 仪干 涉 仪 、 测 距 仪 反 射 镜激 光 干 涉 仪导 轨测 距 仪干 涉 仪 计 算 机用 户 计 算 机

§4.2距 离 测 量四 、 偏 距 测 量‣ 尼 龙 丝 准 直 系 统系 统 由 三 部 分 组 成 : 尼 龙 丝 , 带 有 探 测器 的 尺 子 及 控 制 装 置‣ 激 光 准 直 系 统该 系 统 由 一 带 有 专 门 光 学 系 统 的 激 光 源及 一 台 差 示 光 电 管 接 收 机 组 成

§4.3高 程 测 量一 、 几 何 水 准 测 量‣ 电 子 水 准 仪 基 本 结 构基 本 构 造 由 光 学 机 械 部 分 、 自 动 安 平 补 偿装 置 和 电 子 设 备 组 成 。 电 子 设 备 主 要 包 括 :调 焦 编 码 器 、 光 电 传 感 器 ( 即 线 阵 CCD 器件 )、 读 数 电 子 元 件 、 单 片 微 处 理 机 、 接 口( 外 部 电 源 和 外 部 存 储 记 录 )、 显 示 器 件 、键 盘 以 及 影 像 数 据 处 理 软 件 等 , 标 尺 采 用 条形 码 标 尺 供 电 子 测 量 使 用 。

一 、 几 何 水 准 测 量§4.3高 程 测 量徕 卡 DNA03/10徕 卡 D 拓 普 康DL101/102NA03/10徕 卡 DNA03/ 蔡 司 DINI1010徕 卡 DNA 索 佳 SDL203/10部分电子水准仪的外观图

§4.3高 程 测 量一 、 几 何 水 准 测 量‣ 电 子 水 准 仪 的 测 量 原 理由 于 生 产 电 子 水 准 仪 的 各 厂 家 采 用 不 同 的 专利 , 测 量 标 尺 也 各 不 相 同 , 因 此 读 数 原 理 各异 , 下 面 主 要 介 绍 徕 卡 和 蔡 司 两 家 公 司 生 产的 电 子 水 准 仪 的 测 量 原 理 。

§4.3高 程 测 量一 、 几 何 水 准 测 量 ( 徕 卡 电 子 水 准 仪 原 理 )物 镜调 焦 发 送 器补 偿 器 监 视CCD 探 测 器目 镜参 考 信 号( 存 入 NA2000 中 的标 尺 像 )2最 佳 相 关 时 的 位 置0.116m10调 焦 透 镜补 偿 器分 光 镜分 划 板基 码测 量 信 号( 标 尺 可 见 部 分 )

§4.3高 程 测 量一 、 几 何 水 准 测 量 ( 蔡 司 电 子 水 准 仪 原 理 )粗码近距离码11000111双 相位 码精 测G i间距中点g(I+0.5)A(b i+1 +b i )/2G NG i+1G iG 0标 尺 底 面物 镜光 轴 ( 中 丝 )B 0B iB i+1B Nb i1b i+1标 尺CCD 阵 列

§4.3高 程 测 量一 、 几 何 水 准 测 量‣ 电 子 水 准 仪 的 性 能 及 特 点它 与 传 统 光 学 水 准 仪 相 比 有 以 下 :优 点 : 读 数 客 观 精 度 高 速 度 快 效 率 高缺 点 : 电 子 水 准 仪 对 标 尺 进 行 读数 不 如 光 学 水 准 仪 灵 活 电 子 水 准 仪 受 外 界 条 件 影响 较 大 操 作 简 单

§4.3高 程 测 量一 、 几 何 水 准 测 量‣ 电 子 水 准 仪 的 应 用由 于 电 子 水 准 仪 优 点 显 著 , 目 前 已 经 广泛 应 用 于 大 地 测 量 、 工 程 测 量 、 工 业 测量 等 领 域 。

§4.3高 程 测 量二 、 液 体 静 力 水 准 测 量P01P 02气 管C 1C 2h 1ρ 1ρ 2h 2a水 管bⅠAⅡABh连 通 器 内 液 体 的 平 衡液 体 静 力 水 准 测 量 原 理

§4.3高 程 测 量三 、 三 角 高 程 测 量j Bα ABD ABi ABH AA水 平 面H Bh = D ⋅ tgα+ i − jAB AB AB A Bh = S ⋅ sinα+ i − jAB AB AB A B

§4.3高 程 测 量四 、 倾 斜 测 量虽 然 地 面 或 建 筑 物 的 倾 斜 可 用 常 规 的 测 量方 法 测 定 两 点 间 高 差 的 变 化 , 从 而 求 出 倾 斜值 , 但 在 一 些 工 作 面 倾 斜 测 量 和 连 续 自 动 化 倾斜 监 测 中 , 一 般 采 用 专 用 的 倾 斜 测 量 仪 。 目 前倾 斜 仪 的 种 类 很 多 , 大 体 可 以 分 为 “ 短 基 线 ”倾 斜 仪 和 “ 长 基 线 ” 倾 斜 仪 两 种 。 前 者 一 般 用垂 直 摆 锤 或 水 准 气 泡 作 为 参 考 线 ; 后 者 一 般 根据 静 力 水 准 测 量 的 原 理 做 成 。

§4.4准 直 测 量一 、 光 的 相 干 性 原 理因 为 光 具 有 波 动 性 , 所 以 如 机 械 波 那 样 ,当 两 列 光 波 频 率 相 同 、 方 向 相 同 、 相 位 相 同 或相 位 差 恒 定 时 , 这 两 列 光 波 将 产 生 干 涉 现 象 。SArp O qK光 的 相 干 性

§4.4准 直 测 量二 、 波 带 板 激 光 准 直 测 量 的 设 备波 带 板 激 光 准 直 设 备 主 要 有 以 下 部 件 组 成 : He-Ne 激 光 器 , 用 于 发 射 激 光 。 波 带 板(a) 圆 形 波 带 板(b) 方 形 波 带 板 激 光 探 测 器

§4.4准 直 测 量三 、 波 带 板 激 光 准 直 测 量 方 法波 带 板 激 光 准 直 测 量 步 骤 如 下 : 在 一 基 准 点 A 安 置 激 光 器 ; 在 另 一 基 准 点 B 安 置 探 测 器 ; 在 待 测 点 i 安 置 一 特 定 “ 焦 距 ” 的 波 带 板 。A(S)iδ iΔ iB(K)δi=ssAiABΔi激 光 波 带 板 准 直 测 量

§4.4准 直 测 量四 、 激 光 准 直 测 量 的 精 度 与 应 用实 验 表 明 用 这 种 装 置 准 直 , 测 定 偏 离 值 的精 度 可 达 测 线 长 度 的 10 -6 ; 由 于 激 光 准 直 受 大气 的 影 响 , 如 果 将 高 精 度 激 光 准 直 系 统 安 装 在真 空 管 道 内 , 则 准 直 精 度 还 可 达 10 -7 ~10 -8 。由 于 波 带 板 激 光 准 直 测 量 的 高 精 度 , 目 前已 被 广 泛 应 用 于 线 状 工 程 建 筑 物 的 变 形 观 测 ,如 大 坝 变 形 观 测 , 精 密 导 轨 标 定 和 高 能 粒 子 加速 器 直 线 段 的 安 装 与 变 形 检 测 中 , 也 用 于 高 能粒 子 加 速 器 环 形 网 三 角 形 高 的 测 量 中 。

§4.5坐 标 测 量一 、 全 站 仪 测 量‣ 速 测 术 与 速 测 仪‣ 全 站 型 电 子 速 测 仪 全 站 仪 的 系 统 结 构 全 站 仪 的 分 类‣ 全 站 仪 的 发 展 趋 势

§4.5坐 标 测 量二 、 全 球 定 位 系 统 (GPS)‣ 伪 距 法 定 位 原 理‣ 载 波 相 位 测 量 原 理‣ GPS 作 业 方 式‣ GPS 数 据 处 理‣ GPS 定 位 的 误 差 来 源

徕 卡 LTD500 SMXTracker4500 API TrackerII§4.5坐 标 测 量三 、 激 光 跟 踪 仪目 前 , 国 际 上 主 要 有 三 家 仪 器 公 司 生 产 激 光跟 踪 仪 , 分 别 是 瑞 士 徕 卡 公 司 , 美 国 SMX 公 司( 现 已 并 如 FARO)、API 公 司 。

§4.5坐 标 测 量三 、 激 光 跟 踪 仪‣ 激 光 跟 踪 仪 的 基 本 组 成 角 度 测 量 部 分 距 离 测 量 部 分 跟 踪 部 分 控 制 部 分 支 撑 部 分

§4.5坐 标 测 量三 、 激 光 跟 踪 仪‣ 激 光 跟 踪 仪 的 测 量 原 理 和 坐 标 系固 定 反 射 镜He-Ne 激 光 器光 束 1分 光 镜光 束 2移 动 棱 镜干 涉 条 纹检 测 、 记 数激 光 干 涉 测 距 原 理

§4.5坐 标 测 量三 、 激 光 跟 踪 仪‣ 激 光 跟 踪 仪 的 测 量 原 理 和 坐 标 系ZPVDHzzyxzYX激 光 跟 踪 仪 坐 标 测 量 原 理 图

§4.5坐 标 测 量三 、 激 光 跟 踪 仪‣ 激 光 跟 踪 仪 应 用车 身 在 线 检 测 设 备CCD 传 感 器 的 校 准

§4.5坐 标 测 量四 、 激 光 扫 描 仪不 同 厂 家 激 光 扫 描 仪 外 型LR200 激 光 雷 达

§4.6水 深 测 量一 、 回 声 测 深 仪显 示 设 备激 发 器 电 源 接 收 放 大 器发 射 换 能 器接 收 换 能 器回 声 测 深 原 理h=v⋅Δtv 为 超 声 波 在 水 中 的 传 播 速 度 , 约 为 1500m/sΔ t 为 水 面 至 水 底 反 射 往 返 的 时 间 间 隔

§4.6水 深 测 量二 、 多 波 束 测 深 仪与 传 统 的 单 波 束 测 深 仪 比 较 , 多 波 束 测深 仪 具 有 测 量 范 围 大 、 速 度 快 、 精 度 高 、 记录 数 字 化 以 及 成 图 自 动 化 等 优 点 , 它 把 测 深技 术 从 点 、 线 扩 展 到 面 , 并 进 一 步 发 展 到 立体 测 深 和 自 动 成 图 , 从 而 使 水 下 地 形 测 量 技术 发 展 到 了 一 个 较 高 的 水 平 。

§4.6水 深 测 量三 、 水 位 观 测水 深 测 量 需 与 陆 地 上 平 面 位 置 与 高 程 联 系起 来 才 具 有 水 下 地 形 测 绘 等 实 用 价 值 。 测 深 的平 面 定 位 可 籍 助 陆 地 测 量 技 术 , 如 传 统 的 方 向交 会 、 距 离 交 会 、 极 坐 标 法 等 , 目 前 主 要 采 用GPS 动 态 定 位 方 法 和 无 线 电 定 位 等 。

§4.6水 深 测 量四 、 深 度 基 准 面 的 概 念在 工 程 测 量 中 , 水 下 地 形 点 竖 向 位 置的 描 述 可 使 用 与 陆 地 同 样 的 高 程 系 统 , 由此 得 到 水 下 地 形 图 。 但 有 时 需 用 水 深 描 述水 下 地 形 点 的 竖 向 位 置 , 则 得 到 用 等 深 线表 示 的 水 深 图 或 海 图 。 水 深 计 算 的 起 算 面称 为 深 度 基 准 面 。

§4.7其 他 测 量 仪 器一 、 手 持 式 激 光 测 距 仪

§4.7其 他 测 量 仪 器一 、 手 持 式 激 光 测 距 仪‣ 手 持 式 激 光 测 距 仪 的 应 用测 量 不 便 时环 境 干 扰 时装 修 与 房 产

§4.7其 他 测 量 仪 器二 、 激 光 扫 平 仪水 平 面垂直面激 光 扫 平 仪 和 探 测 器水 平 和 垂 直 平 面 扫 描

§4.7其 他 测 量 仪 器三 、 投 点 仪A. 天 顶 仪 B. 天 底 仪 C. 天 顶 天 底 仪 D. 激 光 天 顶 仪光 学 或 激 光 投 点 仪

谢 谢 大 家 !