测量学课件(全站仪和gps)

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1、一、全站仪(total station)的发展,第十二章 测量新技术应用,12.1 全站仪(total station) 功能介绍,二、全站仪（total station）构造简介,三、全站仪的功能介绍,A角度测量(angle observation) （1）功能： 测水平角（horizontal angle） 竖直角(vertical angle) （2）方法：与经纬仪相同。 若要测出水平角AOB，则：,当精度要求不高时只需半测回：,瞄准A点置零（0SET）瞄准B点，记下水平度盘HR的大小。,当精度要求高时：可用测回法,步骤同用经纬仪操作，配置度盘时，可以用“置盘”（H SET）,提问：测回

2、法操作步骤？,B距离测量(distance measuring),PSM、PPM设置测距、坐标、放样前。 1）棱镜常数（PSM）的设置。一般： PRISM=0（原配棱镜），-30mm（国产棱镜） 2）大气改正数（PPM）（乘常数）设置。 输入测量时的气温（TEMP）、气压（PRESS），或经计算后，输入PPM的值。,（1）功能：可测量平距、高差和斜距（全站仪 镜点至棱镜镜点间高差及斜距） （2）方法： 照准棱镜点，按MEAS。,S=ct/2,C坐标测量(coordinate measuring),（1）功能： 测出目标点的(X,Y,H) （2）原理 1)平面坐标（X，Y）测量原理,2）高程（Z

3、）测量原理,（3）方法,后视点,测站点,待测量点,1) 输入测站X，Y，H，仪器高i，棱镜高t。 2) 瞄准后视点，将水平度盘读数设置为测站至后视点的坐标方位角。 3) 瞄准目标棱镜点，按MEAS（测量）键。,D、点位放样 (Layout),（1）功能： 根据设计的待放样点P及已知点的坐标，在实地标出P点的平面位置及填挖高度。,（2）原理,1）先在待放样点的大致位置立棱镜对其进行观测，测出当前棱镜位置的坐标。,2）将当前坐标与放样点的坐标相比较，计算出其差值。距离差值dD和角度差dHR或纵向差值X和横向差值Y。,X,Y,后视点,测站点,当前棱 镜位置,待放样点P,dD,dHR,3）根据显示的d

4、D、dHR或X、Y， 逐渐找到放样点的位置。,X,Y,后视点,测站点,当前棱 镜位置,待放样点P,dD,dHR,dHR=000000” dHD=0 m,E程序测量,（1）数据采集 （2）坐标放样 （3）对边测量、悬高测量、面积测量、导线测量、后方交会等。 （4）数据存储管理。包括数据的传输、数据文件的操作（改名、删除、查阅）。,四、拓普康全站仪的使用,见“拓普康全站仪使用简介”讲义,附：TOPCON全站仪放样点位的方法,以下介绍的是少量零星点的坐标放样方法： 1、按MENU进入主菜单测量模式。 2、按LAYOUT进入放样程序，再按SKP略过选择文件。 3、按OOC.PT（F1），再按NEZ，输

5、入测站O点的坐标（x0,y0,H0）；并在INS.HT一栏，输入仪器高。,4、按BACKSIGHT（F2），再按NE/AZ，输入后视点A的坐标（xA, yA）；若不知A点坐标而已知坐标方位角，则可再按AZ，在HR项输入的值。瞄准A点，按YES。 5、按LAYOUT（F3）：输入待放样点B的坐标（xB,yB,HB）及测杆单棱镜的镜高后，按ANGLE（F1）。使用水平制动和水平微动螺旋，使显示的dHR=0，即找到了OB方向，指挥持测杆单棱镜者移动位置，使棱镜位于OB方向上。,6、按DIST，进行测量，根据显示的dHD来指挥持棱镜者沿OB方向移动，若dHD为正，则向O点方向移动；反之若dHD为负，则

6、向远处移动，直至dHD=0时，立棱镜点即为B点的平面位置。其所显示的dZ值即为立棱镜点处的填挖高度，正为挖，负为填。 7、按NEXT放样下一个点C。,1、角度模式（左、右角，没零方向，对度盘、水平角、 竖直角等）,2、距离测量模式 （1）常数设置，气象改正数设置 （2）精测、粗测、距离跟踪方式的选择 （3）施工放样值设定及测设 （4）同时完成角度、距离、高差测量,3、坐标测量模式,4、特殊模式（菜单模式），又称为“仪器内部程序测量 模式”,五、 全站仪测量模式,悬高测量、对边测量、支导线测量等,1、全站仪与棱镜安置,2、开机（检查电池电量）,3、选择测角、测距模式,4、输入棱镜常数 5、输入仪

7、器加、乘常数 6、输入气象改正参数 -自动完成气象改正,7、输入仪器高与棱镜高 -自动完成倾斜改正,六、 全站仪操作,1、全站仪每年按规定必须送仪器检定中心进行仪器检验,主要项目有,2、阳光下作业要打伞遮阳 3、防止仪器淋雨、进水 4、尽可能避开高压线、变电站等强电场干扰源,七、 全站仪使用注意事项,5、搬站一定关机、装箱，不可以带脚架搬站 6、运输和存储过程中应防震、防潮、防高温 7、电池要注意及时充电，仪器不用时，将电,池分开存放。,一、GPS的定义及历史 1定义 全球定位系统GPS（Global Positioning 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

8、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。,12.2 GPS定位原理及应用简介,2GPS的产生与发展由TRANSIT到GPS,1957年10月第一颗人造地球卫星上天，天基电子导航应运而生 利用多普勒频移原理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年投入使用。 经历20年，耗资300亿美元，是继阿波罗登月计划和航天飞机计划之后的第三项庞大空间计划。,二、GPS的组成,GPS定位系统由GPS卫星空间部分、地面控制部分和用户GPS接收机三部分组成。,空间部分：24颗卫星等间距分布在A B C D E F六个轨道面上，轨道

9、倾角55度，轨道近圆形，周期11小时58分，卫星重464千克，主体呈圆形，直径1.5米。,地面部分：四个监控站 一个上行注入站和一个主控站。监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将数据传送到主控站；主控站收集各监控站对GPS卫星的全部数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟差改正值;,外推一天以上的卫星星历及钟差并按一定的格式转化成导航电文。上行注入站在每颗卫星运行到上空时把这类导航数据及主控站的指令注入卫星，每天进行一次。,用户接收机 接收卫星信号获得伪距和导航电文以及接收机本振产生的信号相位与卫星信号的相位之差。 1973年始建至1994年结束，历经二十年耗资三百多亿美元，共发射3

10、9颗卫星（Block I 15颗，Block II 24颗）保证在世界任何地方至少同时看到4颗卫星。,1、空间部分 由21颗工作卫星 和3颗备用卫星。,GPS卫星图片1,GPS卫星图片2,2、地面控制部分。,Colorado springs,Hawaii,Ascencion,Diego Garcia,kwajalein,1个主控站:Colorado springs(科罗拉多.斯平士)。 3个注入站:Ascencion(阿森松群岛)、 Diego Garcia(迭哥伽西亚)、kwajalein(卡瓦加兰)。 5个监控站： 以上主控站、注入站及Hawaii(夏威夷)。,3、用户接收机部分,GPS接

11、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和双频型。,图片：导航型GPS机,手持型GPS机,车载型GPS机,图片：大地型GPS接收机,单频机,双频机,三、GPS定位方法分类,（1）绝对/单点定位(point positioning)确定观测点在WGS-84系中的坐标，即绝对位置。 （2）相对定位(relative positioning)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。,四.GPS定位原理,(一).伪距导航与定位,s1,s2,s3,s4,本振信号,卫星信号,(二)、载波相位法精密定位,本振信号,卫星信号,1,OBS1=2 *N1+ 1,2,本振信号,卫星信号

12、,OBS2=2 *N2+ 1,(X Y Z),基线矢量,D1(X1,Y1,Z1),D2(X2,Y2,Z2),+,=,VRS结构示意图,三个站控制北京市区,一个70KM北京市区面积900多平方公里 ，最大跨度30KM。边长的三角形可控制2200多平方公里。 3个站可控整个北京市区,10个站可控制整个北京,五、GPS的后处理测量方法,1静态测量(static surveying) （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。,（2）用途 是精度最高的作业模式。主要

13、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动态测量(kinematic surveying),（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）,图形：相对定位模式,静态相对定位模式,动态相对定位模式,3、GPS实时动态定位（RTK）方法,(1)RTK(real-time kinematic)工

14、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。,(2)RTK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）,GPS测量工作可分为外业作业和内业两大部分。 外业工作主要包括，选点（即观测站址的选择）、建立测站标志、野外观测作业以及成果质量检核等工作,六 GPS测量的实施,内业工作主要包括，GPS测量的技术设计、测后数据处理以及技术总结等。 如果按照GPS测量实施的工作程序，则大体可分为这样几个阶段：网的优化设计；选点与建立标志；外业

15、观测；成果检核与处理。,GPS测量，是一项技术复杂、要求严格、耗费较大的工作，实施这项工作的原则是，在满足用户对测量精度和可靠性等要求的情况下，尽可能地减少经费、时间和人力的消耗。因此，对其各阶段的工作，都要精心设计，精心组织和实施。,1. 子午仪卫星导航系统 定位原理: 多普勒效应 “单星 低轨 测速”体制 1964年投入使用，系统由6颗卫星组成,轨道倾角90度，间隔1.5小时定位一次,观测8分钟,二维位置精度优于40米。 应用: 潜艇,船舶导航;大地测量,石油物探,地球监测,高精度授时等领域。 2. GPS全球定位系统,七 其它定位系统,3. GLONASS全球定位系统 GLONASS是G

16、LObal NAvigation Satellite System(全球导航卫星系统)的字头缩写，是前苏联从80年代初开始建设的与美国GPS系统相类似的卫星定位系统，也由卫星星座、地面监测控制站和用户设备三部分组成。现在由俄罗斯空间局管理。GLONASS系统的卫星星座由24颗卫星组成，均匀分布在3个近圆形的轨道平面上，每个轨道面8颗卫星，轨道高度19100公里，运行周期11小时15分，轨道倾角64.8。,4. “伽俐略” （GNSS）导航卫星定位系统 伽俐略计划是欧盟实施的一项大型综合性卫星导航定位计划，1994年欧盟开始对伽俐略（GNSS）系统方案实施论证。2000年欧盟已向世界无线电委员会申请并获准建立伽俐略系统的L频段的频率资源。2002年3