lecture4-第四章-工程測量的儀器與方法

1、第四章：工程測量的儀器與方法主要內(nèi)容角度測量距離測量高程測量準(zhǔn)直測量坐標(biāo)測量其他測量儀器工程測量的儀器與方法工程測量的任務(wù)可以歸結(jié)為確定物體與地表面之間、物體之間或物體構(gòu)成之間的相對幾何位置關(guān)系，一般是通過間接測量的方法（如角度測量、距離測量、高差測量等）來獲取物體的幾何信息。測量儀器在工程測量中占有相當(dāng)重要的地位和作用，工程測量儀器必須和測量方法結(jié)合才能完成特定的工程測量任務(wù)。1. 角度測量角度是幾何測量的基本元素，包括水平角和垂直角。角度測量的儀器主要是經(jīng)緯儀，分為光學(xué)經(jīng)緯儀和電子經(jīng)緯儀兩大類1. 角度測量光學(xué)經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)照準(zhǔn)部（望遠(yuǎn)鏡）讀數(shù)裝置（度盤）安平設(shè)備及基座對點(diǎn)器1. 角度測

2、量水平角觀測對儀器進(jìn)行對中和整平盤左，粗略瞄準(zhǔn)一個(gè)目標(biāo)仔細(xì)對光，消除視差精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)，取水平度盤讀數(shù)不動(dòng)調(diào)焦鏡，盤右，精確照準(zhǔn)目標(biāo)，取水平度盤讀數(shù)對準(zhǔn)下一個(gè)目標(biāo)，重復(fù)上述操作1. 角度測量垂直角觀測（三絲法垂直角觀測的具體操作程序）盤左，按上、中、下三根水平絲的順序依次照準(zhǔn)同一目標(biāo)各一次，并分別讀豎盤讀數(shù)；盤右，同上一樣的觀測；分別計(jì)算三根水平絲所測得的指標(biāo)差和垂直角，并取垂直角的平均值作為一個(gè)目標(biāo)的一測回之值。如果僅使用中間的水平絲進(jìn)行觀測，則稱為“中絲法”1. 角度測量電子經(jīng)緯儀在光學(xué)經(jīng)緯儀的照準(zhǔn)部中，將讀數(shù)系統(tǒng)用電子度盤代替光學(xué)模擬度盤，實(shí)現(xiàn)度盤讀數(shù)的自動(dòng)化，則成為電子經(jīng)緯儀。用于電子經(jīng)

3、緯儀的角度傳感器主要有兩種：編碼度盤和動(dòng)態(tài)測角系統(tǒng)1. 角度測量目標(biāo)照準(zhǔn)自動(dòng)化1. 角度測量目標(biāo)照準(zhǔn)自動(dòng)化，在角度測量時(shí)，ATR自動(dòng)識(shí)別并照準(zhǔn)目標(biāo)主要三個(gè)過程：目標(biāo)搜索過程目標(biāo)照準(zhǔn)過程測量過程1. 角度測量全自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀與陀螺儀配合使用，成為陀螺經(jīng)緯儀。目前，自動(dòng)化陀螺經(jīng)緯儀的主要產(chǎn)品有德國威斯特發(fā)倫采礦聯(lián)合公司的Gyromat2000和日本索佳公司AGP1等1. 角度測量全自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀基本結(jié)構(gòu)自動(dòng)定向原理1. 角度測量全自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀測量步驟：將儀器安置到三腳架上并精確對中、整平；連接陀螺儀與經(jīng)緯儀之間的數(shù)據(jù)通信電纜；經(jīng)緯儀開機(jī)，陀螺儀開機(jī)；啟動(dòng)測量程序進(jìn)行定向測量；經(jīng)緯儀照準(zhǔn)測線

4、目標(biāo)，盤左、盤右觀測兩測回，將結(jié)果輸入到陀螺儀中，即可計(jì)算并顯示測線方位角。1. 角度測量全自動(dòng)陀螺經(jīng)緯儀2. 距離測量距離是幾何測量的基本元素，距離測量的方法主要有三種：直接丈量間接視距測量物理測距2. 距離測量剛尺量距，一般包括以下幾方面的工作：定線量距測量定向樁之間的高差成果整理2. 距離測量電磁波測距電磁波測距是通過測定電磁波在待測距離上往返傳播的時(shí)間，利用下列基本公式來計(jì)算待測距離的。2. 距離測量電磁波測距：相位式原理相位式測距是通過測量調(diào)制波在測線上往返傳播所產(chǎn)生的相位移，間接地測定電磁波在測線上往返傳播時(shí)間的。2. 距離測量電磁波測距儀分類按載波分：光波測距儀、微波測距儀和多載

5、波測距儀；按測程分：短程測距儀、中程測距儀、遠(yuǎn)程測距儀和超遠(yuǎn)程測距儀；按精度分：超高精度測距儀、高精度測距儀、一般精度測距儀；按測距方式分：脈沖式測距儀、相位式測距儀和混合式測距儀2. 距離測量電磁波測距儀的使用測距儀一般有照準(zhǔn)頭、控制器、電源和反射器四部分組成，一般與經(jīng)緯儀連接使用：儀器加常數(shù)和乘常數(shù)改正氣象改正傾斜改正2. 距離測量雙頻激光干涉測距2. 距離測量雙頻激光干涉儀檢定測距儀2. 距離測量偏見距測量尼龍絲準(zhǔn)直系統(tǒng)：系統(tǒng)由三部分組成，尼龍絲，帶有探測器的尺子及控制裝置激光準(zhǔn)直系統(tǒng)：該系統(tǒng)有一帶有專門光學(xué)系統(tǒng)的激光源及一臺(tái)差示光電管接收機(jī)組成3.高程測量幾何水準(zhǔn)測量電子水準(zhǔn)儀基本結(jié)構(gòu)

6、：基本構(gòu)造由光學(xué)機(jī)械部分、自動(dòng)安平補(bǔ)償裝置和電子設(shè)備組成。電子設(shè)備主要包括：調(diào)焦編碼器、光電傳感器（即線陣CCD器件）、讀數(shù)電子元件、單片微處理機(jī)、接口（外部電源和外部存儲(chǔ)記錄）、顯示器件、鍵盤以及影像數(shù)據(jù)處理軟件等，標(biāo)尺采用條形碼標(biāo)尺供電子測量使用。3.高程測量幾何水準(zhǔn)測量3.高程測量電子水準(zhǔn)儀的測量原理由于生產(chǎn)電子水準(zhǔn)儀的各廠家采用不同的專利，測量標(biāo)尺也各不相同，因此讀數(shù)原理各異，下面主要介紹徠卡和蔡司兩家公司生產(chǎn)的電子水準(zhǔn)儀的測量原理：3.高程測量徠卡電子水準(zhǔn)儀原理3.高程測量蔡司電子水準(zhǔn)儀原理3.高程測量電子水準(zhǔn)儀的性能及特點(diǎn)：3.高程測量電子水準(zhǔn)儀的應(yīng)用由于電子水準(zhǔn)儀的優(yōu)點(diǎn)顯著，目前

7、已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大地測量、工程測量、工業(yè)測量等領(lǐng)域。3.高程測量液體靜力水準(zhǔn)測量3.高程測量三角高程測量3.高程測量傾斜測量雖然地面或建筑物的傾斜可用常規(guī)的測量方法測定兩點(diǎn)間高差的變化，從而求出傾斜值，但在一些工作面傾斜測量和連續(xù)自動(dòng)化傾斜監(jiān)測中，一般采用專用的傾斜測量儀。目前傾斜儀的種類很多，大體可以分為“短基線”傾斜儀和“長基準(zhǔn)”傾斜儀兩種。前者一般用垂直擺錘或水準(zhǔn)氣泡作為參考線；后者一般根據(jù)靜力水準(zhǔn)測量的原理做成。4. 準(zhǔn)直測量光的相干性原理因?yàn)楣饩哂胁▌?dòng)性，所以如機(jī)械波那樣，當(dāng)兩列光波頻率相同、方向相同、相位相同或相位差恒定時(shí)，這兩列光波將產(chǎn)生于干涉現(xiàn)象。4. 準(zhǔn)直測量波帶板激光準(zhǔn)直測量

8、的設(shè)備4. 準(zhǔn)直測量波帶板激光準(zhǔn)直測量方法在基準(zhǔn)點(diǎn)A安裝激光器；在另一基準(zhǔn)點(diǎn)B安裝探測器；在待測點(diǎn)i安置一特定“焦距”的波帶板4. 準(zhǔn)直測量激光準(zhǔn)直測量的精度與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明這種裝置準(zhǔn)直，測定偏離值的精度可達(dá)測線長度的10-6；由于激光準(zhǔn)直受大氣的影響，如果將高精度的激光準(zhǔn)直系統(tǒng)安裝在真空管道內(nèi)，則準(zhǔn)直精度還可達(dá)到10-7 -10-8由于波帶板激光準(zhǔn)直測量的高精度，目標(biāo)已被廣泛應(yīng)用于線狀工程建筑物的變形觀測，如大壩變形觀測，精密導(dǎo)軌標(biāo)定和高能粒子加速器直線段的安裝與變形檢測中，也用于高能粒子加速器環(huán)形網(wǎng)三角高的測量中。5.坐標(biāo)測量全站儀測量速測術(shù)與速測儀全站型電子速測儀全站儀的體系結(jié)構(gòu)全站儀的分

9、類全站儀的發(fā)展趨勢5.坐標(biāo)測量全球定位系統(tǒng)偽距法定位原理載波相位測量原理GPS作業(yè)方式GPS數(shù)據(jù)處理GPS定位的誤差來源5.坐標(biāo)測量激光跟蹤儀目前，國際上主要有三家儀器公司生產(chǎn)激光跟蹤儀，分別為瑞士徠卡公司，美國SMX公司（現(xiàn)已加入FARO）、API公司。5.坐標(biāo)測量激光跟蹤儀：激光跟蹤儀的基本組成角度測量部分距離測量部分跟蹤部分控制部分支撐部分5.坐標(biāo)測量激光跟蹤儀：激光跟蹤儀的測量原理和坐標(biāo)系5.坐標(biāo)測量激光跟蹤儀的測量原理和坐標(biāo)系5.坐標(biāo)測量激光跟蹤儀應(yīng)用5.坐標(biāo)測量激光掃描儀6. 水深測量回聲探測儀6. 水深測量多波束測探儀與傳統(tǒng)的單波束測探儀比較，多波束測深儀具有測量范圍大、速度快、精度高、記錄數(shù)字化以及成圖自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，它把測深技術(shù)從點(diǎn)、線擴(kuò)展到面，并進(jìn)一步發(fā)展到立體測深和自動(dòng)成圖，從而使水下地形測量技術(shù)發(fā)展到了一個(gè)較高的水平。6. 水深測量水位測量水深測量需與陸地上平面位置與高程聯(lián)系起來才具有地下地形測繪等實(shí)用價(jià)值。測深的平面定位可籍助陸地測量技術(shù)，如傳統(tǒng)的方向交會(huì)、距離交會(huì)、極坐標(biāo)法等，目前主要采用GPS動(dòng)態(tài)定位方法和無線電定位等。6. 水深測量深度基準(zhǔn)面的概念在