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1、测量技师、高级技师培训教材测量技师培训教程第一章、自动安平、精密、电子水准仪简介一 自动安平水准仪(compensator level)1原理与普通水准仪相比，在望远镜的光路上加了一个补偿器。2使用粗平后，望远镜内观察警告指示窗若全部呈绿色，方可读数；最好状态是指示窗的三角形尖顶与横指标线平齐。3检校与精通水准仪相比，要增加一项补偿器的检验，即：转动脚螺旋，看警告指示窗是否出现红色；以此来检查补偿器是否失灵。二 精密水准仪（precise level）（每公里往返平均高差中误差1mm）1、精密水准仪提供精确的水平视线和精确读数；2、精密水准尺刻度精确(铟钢带水准尺invar leveling
2、staff)。3、读数方法（1） 精平后，转动测微螺旋，使十字丝的楔形丝精确夹准某一整分划线。（2） 读数时，将整分划值和测微器中的读数合起来。三数字水准仪(digital level)及条纹码水准尺(coding level staff)1、具有自动安平、显示读数和视距功能。2、能与计算机数据通讯，避免了人为观测误差。1.2水准测量误差及注意事项来源有：仪器误差、操作误差、外界条件影响。一 仪器误差主要有：视准轴不平行于水准管轴（i角）的误差、水准尺误差二 操作误差主要有：水准气泡未严格居中、视差、估读误差、水准尺未竖直。 三 外界条件影响的误差主要有：仪器下沉、尺垫下沉、地球曲率、大气折光
3、、气温和风力。 第二章、 GPS2.1GPS的定义及历史1定义全球定位系统GPS（Global Position System）,是一种可以授时和测距的空间交会定点的导航系统,可向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置，三维速度和时间信息。2GPS的产生与发展由TRANSIT到GPS1957年10月第一颗人造地球卫星上天，卫星导航应运而生。美国1964年建成子午卫星导航定位系统(TRANSIT)。美国从1973年开始筹建全球定位系统， 1994年全部建成，投入使用。一 GPS的组成共有24颗GPS工作卫星构成GPS卫星星座。地球上任何地方、高度角在15以上的空间，可同时观测到412颗卫星,卫
4、星分布在6个面相对于地球赤道面倾斜角为55的近圆形轨道面上，高度距地面约2.02万km。 （GPS星座示意图 ）1空间部分。由21颗工作卫星和3颗备用卫星。2地面控制部分。其由1个主控站，5个监控站和3个注入站组成。3用户接收机部分。GPS接收机的基本类型分导航型和大地型。大地型接收机又分单频型（L1）和双频型（L1，L2）。 二 GPS定位方法分类1定位方法的分类（1）绝对定位确定观测点在WGS-84系中的坐标，即绝对位置。（2）相对定位确定观测点在国家或地方独立坐标系中的坐标，即相对位置。后处理定位相对定位 静态（相对）定位动态（相对）定位实时动态定位（RTK）四GPS的后处理定位方法目前
5、在工程中，广泛应用的是相对定位模式。其后处理定位方法有：静态定位和动态定位。1静态相对定位（1） 方法：将几台GPS接收机安置在基线端点上，保持固定不动，同步观测4颗以上卫星。可观测数个时段，每时段观测十几分钟至1小时左右。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐标。GPS星座示意图 （2） 用途：是精度最高的作业模式。主要用于大地测量、控制测量、变形测量、工程测量。（3） 精度：可达到（5mm+1ppm）2动态相对定位（1） 方法：先建立一个基准站，并在其上安置接收机连续观测可见卫星，另一台接收机在第1点静止观测数分钟后，在其他点依次观测数秒。最后将观测数据输入计算机，经软件解算得各点坐
6、标。动态相对定位的作业范围一般不能超过15km。（2） 用途：适用于精度要求不高的碎部测量。（3） 精度：可达到（1020mm+1ppm） 图一：静态相对定位模式 图二：动态相对定位模式五GPS实时动态定位（RTK）方法 1RTK工作原理及方法与动态相对定位方法相比，定位模式相同，仅要在基准站和流动站间增加一套数据链，实现各点坐标的实时计算、实时输出。2RTK用途适用于精度要求不高的施工放样及碎部测量。3作业范围：目前一般为10km左右。4精度：可达到（1020mm+1ppm）六、GPS测量误差GPS卫星在距离地面约20200公里的高空，向地面上的广大用户发送测距信号和导航电文等信息。GPS定
7、位的观测量不可避免地会受到多种误差源影响。按照这些误差源的来源，一般可分为三种情况：(一)与GPS卫星有关的误差(二)与信号传播有关的误差(三)与接收设备有关的误差 (一) 与GPS卫星有关的误差u 卫星星历误差：它是指广播星历或其它轨道信息给出的卫星位置与卫星真实位置之间的差值。u GPS卫星星历是由布设在地面上、具有一定数量与空间分布的监测站连续跟踪观测GPS卫星，并结合环境要素等其它信息，再由主控站对卫星作精密定轨计算得到的。而广播星历又是由定轨结果外推得出，因此广播星历的精度是有限的。u 卫星钟误差：由于卫星位置是时间的函数，所以GPS的观测量均以精密测时为前提。虽然GPS卫星均配有高
8、精度的原子钟，但它们与理想的GPS时之间仍会有偏差或漂移，难以避免。 (二) 与信号传播有关的误差l 大气折射误差：根据其性质，分为电离层折射影响和对流层折射影响。对流层折射影响包括有来自平流层与中间层的折射，因此也可合称为中性大气折射影响，但一般还是简单地称为对流层折射。l 多路径效应：是指接收机天线除直接收到来自GPS卫星的信号外，还可能收到天线周围地物反射来的信号。这两种信号叠加在一起将会引起测量参考点(相位中心)的变化，而且这种变化随天线周围反射面的性质而异，难以控制。多路径效应具有周期性误差，其变化幅度可达数厘米。l 消除或减弱多路径效应，除了采用载波相位测量方法外，可采用造型适宜且
9、屏蔽良好的天线。这种天线一般装备有抑径板或抑径圈，可以阻挡来自水平面以下的多路径信号被接收。有些多路径信号来自竖立的高大建筑物表面，经过这种表面反射的多路径信号，往往也具有较大的高度角值，可以从水平面以上进入接收机天线。因此在进行GPS测量选址工作时，还应当考虑多路径信号产生的可能性，尽量避开这种高大建筑物。 (三) 与接收设备有关的误差l 观测误差：分观测分辨误差与接收机天线相对测站点的安置误差。一般认为观测分辨误差约为信号波长的1%。由于载波的波长远小于GPS伪随机测距码的波长，因此采用载波相位观测量一般可以达到更高的精度。而天线的安置误差主要有天线的置平与对中误差和量取天线高的误差。只要
10、在观测中认真操作，可以尽量减少这些误差的影响。l 接收机的钟差：对于这种误差，一般是在数据处理中作为未知数来解出。另外在作差分法相对定位时，也可以通过在不同卫星之间求差来消除这部分影响。 l 天线的相位中心误差：GPS测量的观测值都是以天线的相位中心为准的，而我们一般只能观察到天线的几何中心，因此要求天线的几何中心与相位中心一致，这应在天线的生产和设计上达到。另外，若采用同种型号的接收机天线，可以近似认为相位中心与几何中心的偏离情况是一样的，因此用观测值的求差和相对定位能削弱这种影响，但这时要求统一按天线的方向标定向，使各天线的指北极都指向正北方向。l 载波相位测量的整周不定性误差：主要是指观
11、测中整周未知数的跳变现象(周跳)。另外也有在数据处理时求解整周未知数时的失败，不能将整周未知数固定为某一整数，而只能取实数解的情况。周跳的发生是与多种因素有关的，如信号受阻挡失锁、接收机内部热噪声影响、电离层活动出现异常变化等。第三章、建筑物变形观测Monitoring Deformations of Structural Bodies垂直位移观测方法 基本方法 垂直位移观测的高程依据是水准基点，即在水准基点高程不变的前提下，定期地测出变形点相对于水准基点的高差，并求出其高程，将不同周期的高程加以比较，即可得出变形点高程变化的大小及规律 垂直位移监测网由水准基点构成水准网，可布设成闭合环、结点
12、或附合水准路线 如果设置有工作基点，则每年应进行一至两次与水准基点的联测，以检查工作基点是否发生变动。联测工作应尽可能选择固定的月份，即保证外界条件基本相同，以减少外界条件变化对成果的影响。垂直位移监测网的主要技术要求 注：n为测段的测站数 等级相邻基准点高差中误差(mm)每站高差中误差(mm)往返较差、附合或环线闭合差(mm)检测已测高差较差(mm)使用仪器、观测方法及要求一等0.30.070.150.2DS0.5型仪器，视线长度15m，前后视距差0.3m，视距累计差1.5m，宜按国家一等水准测量的技术要求施测二等0.50.130.300.5DS0.5型仪器，宜按国家一等水准测量的技术要求施
13、测三等1.00.300.600.8DS0.5或DS1型仪器，宜按国家二等水准测量的技术要求施测四等2.00.701.402.0DS0.5或DS1型仪器，宜按国家三等水准测量的技术要求施测变形点垂直位移观测的精度要求注：n为测段的测站数 等级高程中误差(mm)相邻点高差中误差(mm)观测方法往返较差、附合或环线闭合差(mm)一等0.30.15除按国家一等水准测量的技术要求施测外，尚需设双转点，视线15m，前后视距差0.3m，视距累计差1.5m二等0.50.30按国家一等水准测量的技术要求施测三等1.00.50按国家二等水准测量的技术要求施测四等2.01.00按国家三等水准测量的技术要求施测变形观
14、测注意点 设置固定的测站与转点，使每次观测在固定的位置上进行 人员固定，以减少人差的影响 使用固定的仪器和水准尺，以减少仪器误差的影响水平位移观测方法 水平位移观测基础：水平位移监测网（平面控制网）、一次布网 一般采用独立坐标系统，例如大坝、桥梁等往往以它的轴线方向作为x轴，而y坐标的变化，即是它的侧向位移。为使各控制点的精度一致，都采用一次布网。 监测网的精度，应能满足变形点观测精度的要求。在设计监测网时，根据变形点的观测精度要求，预估对监测网的精度要求，并选择适宜的观测等级与方法。水平位移监测网的主要技术要求等级相邻基准点的点位中误差(mm)平均边长(m)测角中误差()最弱边相对中误差作业要求一等1.53000.71/250 000按国家一等三角要求施测1501.01/120 000按国家二等三角要求施测二等3.03001.01/120 000按国家二等三角要求施测1501.81/70 000按国家三等三角要求施测三等6.03501.81/70 000按国家三等三角要求施测2002.51/40 000按国家四等三角要求施测四等12.04002.5
