第五章-全站仪及其使用课件.ppt

1、编辑版pppt1第五章第五章 坐标测量坐标测量 NTS355NTS662NTS362R编辑版pppt2第五章第五章 坐标测量坐标测量 重点问题：高斯平面直角坐标系及高斯坐标高斯平面直角坐标系及高斯坐标 测量平面直角坐标的计算测量平面直角坐标的计算 全站仪的结构及其使用全站仪的结构及其使用1 12 23 3编辑版pppt3P图图5-1 天文地理坐标系天文地理坐标系 ONS赤道大地水准面首子午线5.1 坐标系统坐标系统l一、地理坐标系一、地理坐标系 1、天文地理坐标系l大地水准面和铅垂线是天文地大地水准面和铅垂线是天文地理坐标系的基准面和线理坐标系的基准面和线l地面点的坐标是它沿铅垂线在地面点的坐

2、标是它沿铅垂线在大地水准面上投影点的经度和大地水准面上投影点的经度和纬度（纬度（，）l正高是地面点沿铅垂线到大地正高是地面点沿铅垂线到大地水准面的距离水准面的距离编辑版pppt42、大地地理坐标系、大地地理坐标系NSMP格林尼治格林尼治天天 文文 台台LBHn 大地经度大地经度(L)(L)n 大地纬度大地纬度(B)(B)n 大地高大地高(H)(H)过地面点的子午面与起始过地面点的子午面与起始子午面之间的夹角子午面之间的夹角过地面点的法线与赤道面过地面点的法线与赤道面之间的夹角之间的夹角地面点沿法线至参考椭球地面点沿法线至参考椭球面的距离面的距离G 我国目前常用的坐标系中：我国目前常用的坐标系中

3、：1954年北京坐标系和年北京坐标系和1980年国年国家大地坐标系是参心坐标系，家大地坐标系是参心坐标系，WGS-84大地坐标系和大地坐标系和2000国国家大地坐标系是地心坐标系。家大地坐标系是地心坐标系。编辑版pppt5(1)1954年北京坐标系年北京坐标系 l时间：时间：20世纪50年代 l椭球：椭球：前苏联克拉索夫斯基椭球元素l坐标原点：坐标原点：前苏联境内的普尔科沃l存在问题：存在问题：参考椭球长半轴比地球总椭球的长100多米；椭球基准轴定向不明确；椭球面与我国大地水准面差异不均匀，东部局部地区高程异常达68 m，西部新疆地区高程异常为零；点位精度偏低。编辑版pppt6(2)1980年

4、国家大地坐标系年国家大地坐标系 l时间：时间：20世纪70年代末 l椭球：椭球：IUGG-75（1975年国际大地测量与地球物理联合会第十六届大会）地球椭球l椭球定向：椭球定向：短轴Z轴由地心指向1968.0地极原点（JYD）的方向 l坐标原点：坐标原点：我国中部陕西省泾阳县永乐镇 l精度：精度：椭球面与我国境内大地水准面密合最佳，差距在20 m之内，边长精度为1/500000。编辑版pppt7(3)WGS-84大地坐标系大地坐标系 l时间：时间：美国军方1987年l椭球：椭球：IUGG-79（1979年国际大地测量与地球物理联合会第十七届大会）地球椭球l椭球定向：椭球定向：Z轴由地心指向BI

5、H（国际时间局）1984.0地极原点（CTP）的方向 l坐标原点：坐标原点：地球质心 l应用：应用：GPS卫星定位系统 编辑版pppt8(4)2000国家大地坐标系国家大地坐标系 l时间：时间：2008年7月1日我国开始统一使用 l椭球：椭球：2000参考椭球 l椭球定向：椭球定向：Z轴由地心指向BIH（国际时间局）1984.0地极原点（CTP）的方向l坐标原点：坐标原点：地球质心 l特点：特点：2000国家大地坐标系（China Geodetic Coordinate System 2000，简称CGCS2000）是由2000国家GPS大地控制网、2000国家重力基本网及用常规大地测量技术建

6、立的国家天地大地网联合平差获得的三维地心坐标系统 编辑版pppt9二、空间直角坐标系二、空间直角坐标系l1.定义：定义：坐标原点O选在地球椭球中心，对于总地球椭球，坐标原点与地球质心重合；Z轴指向地球北极；X轴为格林尼治子午面与地球赤道面交线；Y轴垂直于XOZ平面，构成右手坐标系。XYOZzNS图图5-3 空间直角坐标系空间直角坐标系Pxy编辑版pppt10l2.大地坐标与空间直角坐标的转换关系：大地坐标与空间直角坐标的转换关系：2()coscos()cossin(1)sinxNHBLyNHBLzNeHB式中，NP点的卯酉圈曲率半径；e第一偏心率。（B,L,H）（X,Y,Z）221sinaNe

7、B2222abea（X,Y,Z）（B,L,H）2sinarctantan(1)arctan()coscosaeBBzWyLxRHNB221sinWeBarctan()22zxy222Rxyz式中，；长半轴半径。编辑版pppt11三、平面直角坐标系三、平面直角坐标系l1.高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系 l2.独立平面直角坐标系独立平面直角坐标系 编辑版pppt121、高斯投影与高斯坐标系高斯投影与高斯坐标系l 1、地图投影的概念、地图投影的概念l 2、地图投影的分类、地图投影的分类l 3、高斯、高斯-克吕格投影克吕格投影分带子午线中央子午线赤道母线母线编辑版pppt131、地图投影的概念、

8、地图投影的概念珠穆朗玛峰 8844.43m马里亚纳海沟-11034m陆地面积29%海洋面积71%长半径：6378140m短半径：6356755.3m编辑版pppt14投影过程示意图编辑版pppt15地图投影的内涵地图投影地图投影 依据一定的数学法则，将不可展的地球 曲面运用特定的数学方法展示到平面上，最终在地表面点与地图平面点之间建立一一对应的关系 ),(),(21LBfyLBfx(B,L)(x,y)编辑版pppt162、地图投影的分类、地图投影的分类l按投影面分类l按投影方式分类l变形特征分类编辑版pppt17按投影面分类按投影面分类 方位投影 圆锥投影 圆柱投影 编辑版pppt18按投影方

9、式分类按投影方式分类 横 轴 正 轴 斜 轴 编辑版pppt19变形特征分类变形特征分类 任意投影 等角投影等积投影编辑版pppt203、高斯、高斯-克吕格投影克吕格投影高斯高斯(Gauss,Carl Friedrich,1777-1855)(Gauss,Carl Friedrich,1777-1855)，德国数，德国数学家，天文学家，物理学家。学家，天文学家，物理学家。编辑版pppt21高斯高斯-克吕格平面直角坐标系克吕格平面直角坐标系 （1）.高斯投影的概念 （2）.高斯投影的分带和编号 （3）.高斯平面直角坐标系 （4）、高斯投影的关系式编辑版pppt22（1）.高斯投影的概念高斯投影的

10、概念l等角横轴椭圆柱投影特点：1.中央子午线和地球赤道投影成为直线且为投影对称轴；2.等角投影，经纬线投影后保持相互垂直关系；3.中央子午线上没有长度变形。F投影演示编辑版pppt236 分带法3 分带法（2）.高斯投影的分带和编号高斯投影的分带和编号编辑版pppt24高斯投影的分带和编号高斯投影的分带和编号6分带法：从格林尼治零度经线起，每6分为一个投影带，全球共分为多少个投影带？投影带号n和中央经线经度L0的计算公式为：1 2 3 13 14 15 16 17 29 30 31 120 1 3 5 24 26 28 30 32 34 57 59 616 带3 带 0 6 12 18 72

11、84 96 168 180 3 9 15 75 87 99 171 177 3分带法：从东经130起，每3为一带，将全球划分为多少个投影带？投影带号n和中央经线经度L0的计算公式为：L0=(6*n3)L0=(3*n)编辑版pppt25课堂思考题l1、如何根据某一点的经度来计算其所在投影带的带号？EX：A点的经度为东经11932，则A点所在的6带和3 带的带号分别为多少？1 2 3 13 14 15 16 17 29 30 31 120 1 3 5 24 26 28 30 32 34 57 59 616 带3 带 0 6 12 18 72 84 96 168 180 3 9 15 75 87 9

12、9 171 177F2、为什么3带是东经1.5开始的？编辑版pppt26（3）.高斯平面直角坐标系及坐标高斯平面直角坐标系及坐标本初子午线 =0经线纬线XYZNEW=0-90SPOR=0-180E=0-90N赤道 =0=0-180W-经度-纬度R 地球半径O 地球球心XYo赤道中央经线编辑版pppt27高斯平面直角高斯平面直角坐标系坐标系的特点的特点l1、坐标轴的特点o赤道中央子午线XYXYl2、象限及方位角的特点l3、坐标计算的特点XA=X0+X=X0+DcosYA=Y0+Y=Y0+DsinAD编辑版pppt28高斯平面直角坐标特点高斯平面直角坐标特点F我国规定将各带纵坐标轴西移我国规定将各

13、带纵坐标轴西移500公里（实质是将所有公里（实质是将所有y值加上值加上500公里）公里）FY坐标值前再加上所在投影带带号坐标值前再加上所在投影带带号EX:假设某点在第18带Y=743.353kmX=464.784kmY+500km加带号Y=243.353kmX=464.784km原始坐标（真实坐标）Y=18 743.353kmX=464.784km高斯坐标（名义坐标）500km第X带编辑版pppt294、高斯投影的关系式、高斯投影的关系式l高斯-克吕格投影正解公式：（B,L）(X,Y)，原点纬度 0，中央经度L0l上面公式中东纬偏移FE=500000米+带号*1000000；l高斯-克吕格投影

14、比例因子k0=1编辑版pppt30高斯-克吕格投影反解公式：(X,Y)（B,L），原点纬度 0，中央经度L0 F坐标换算程序编辑版pppt31编辑版pppt32 2.独立平面直角坐标系独立平面直角坐标系 l假定坐标系常用于测区范围较小（一般面积S25 km2）时，可不经过高斯投影直接把球面视为平面，简化计算。OY 图图5-8 独立平面直角坐标系独立平面直角坐标系X测 区编辑版pppt335.2 坐标计算坐标计算l1.坐标方位角推算坐标方位角推算 i180后左前i180后前右当转折角为左角时：当转折角为右角时：编辑版pppt34l2.坐标增量计算坐标增量计算图5-10 坐标增量计算2112211

15、2xxxyyy 121212121212cossinxDayDa编辑版pppt35l3.坐标正算坐标正算 12123.45Dm1278 3648211221123145.67123.45*cos78 36483170.04m4234.78123.45*sin78 36484355.80mxxxyyy 【例5-3】假设1-2边长为，方位角为，1点坐标为（3345.67，4234.78）（单位：m），求2点坐标。解：编辑版pppt36l4.坐标反算坐标反算 222212212112122112122112()()arctanarctanDxxyyxyyyyxxx 2212212122()()(24

16、04.504342.99)(525.723814.29)3817.39mDxxyy211221525.723814.29arctanarctan239 28562404.504342.99yyxx【例5-4】已知1、2点坐标分别为（4342.99，3814.29）、（2404.50，525.72）（单位：m），试计算1-2边长 及其坐标方位角。解：解：编辑版pppt375.3 全站仪及其使用全站仪及其使用 一、概述l全站仪全站仪（Total Station），是全站型电子速测仪的简称。它由电子测角、光电测距、微处理机及其软件组成，在测站上能完成测量水平角、竖直角、斜距等，并能自动计算平距、高差

17、、方位角和坐标等全部基本测量工作，还可以将测量数据传输给计算机实现测图的自动化。l全站仪结构全站仪结构上可分为组合式和整体式两种类型。l全站仪测量全站仪测量是通过键盘输入指令进行工作。键盘上的键分为硬键和软键，每一个硬键都对应着一个固定功能，或兼有第二、第三功能，软键是与屏幕上显示的功能菜单或子菜单相对应。编辑版pppt38二、二、NTS355的基本结构及其功能的基本结构及其功能 图5-11 NTS-355全站仪1-手柄，2-手柄固定螺丝，3-电池盒，4-电池盒按钮，5-物镜，6-物镜调焦螺旋，7-目镜调焦螺旋，8-瞄准器，9-望远镜制动螺旋，10-望远镜微动螺旋，11-管水准器，12-管水准

18、器校正螺丝，13-水平制动螺旋，14-水平微动螺旋，15-光学对中器物镜调焦螺旋，16-光学对中器目镜调焦螺旋，17-显示窗，18-电源开关，19-通讯接口，20-圆水准器，21-轴套锁定纽，22-脚螺旋，23-通讯电缆编辑版pppt39NTS355操作面板图5-12 NTS-355操作面板表51 NTS-355键盘功能表按 键名 称功 能角度测量键进入角度测量模式（上移键）距离测量键进入距离测量模式（下移键）坐标测量键进入坐标测量模式（左移键）菜单键进入菜单模式（右移键）退出键返回上一级状态或返回测量模式电源开关键电源开关软键（功能键）对应于显示的软键信息数字键输入数字和字母、小数点、负号星

19、键进入星键模式ANGMENUF1F4ESC09POWER编辑版pppt40角度测量模式H-蜂鸣 R/L 竖角 P3倾斜 -V%P2V：901020HR：1220930 置零 锁定 置盘 P1F1F2F3F4 图5-2 角度测量模式菜单表52 角度测量模式各键和显示符号的功能表页 数软 键显示符号功 能第1页（P1）置零将当前视线方向的水平度盘读数设置为0锁定将当前视线方向的水平度盘读数锁定置盘将当前视线方向的水平度盘读数设置为输入值P1显示第二页软键功能第2页（P2）倾斜设置倾斜改正开或关，若选择开则显示倾斜改正的角度值-V%切换竖盘读数的显示方式，是以角度制显示或是以斜率百分比显示P2显示第

20、三页软键功能第3页（P3）H-蜂鸣水平度盘读数分别为0、90、180、270时是否蜂鸣R/L水平度盘读数按右/左方向计数的切换竖角竖直角显示方式的切换，高度角或天顶角P3显示第一页软键功能F1F2F3F4F1F2F3F4F1F2F3F4编辑版pppt41距离测量模式偏心 放样 m/f/i P2HR：1220930HD*r -OK?是 否F1F2F3F4点号：J35 标识符：仪高：1.421m记录?是 否F1F2F3F4编辑版pppt46数据采集数据采集3l设置后视点设置后视点图图5-26 设置后视点设置后视点后视点 J34 编码：镜高：1.680m输入 置零 测量 后视F1F2F3F4后视点

21、J34 编码：镜高：1.680m角度 *斜距 坐标 -F1F2F3F4编辑版pppt47数据采集数据采集4l碎部点测量碎部点测量图图5-27 碎部测量碎部测量点号：8 标识符：FW仪高：1.421m输入 查找 测量 同前 F1F2F3F4点号：8 标识符：FW仪高：1.421m角度 斜距 坐标 偏心F1F2F3F4点号：9 标识符：FW仪高：1.421m输入 查找 测量 同前F1F2F3F4编辑版pppt48三、三、NTS662的基本结构及其功能的基本结构及其功能 图图5-30 NTS662 NTS662型型全站仪的结构全站仪的结构1-望远镜调焦螺旋，2-望远镜把手，3-目镜调焦螺旋，4-目镜

22、，5-管水准器，6-显示屏，7-圆水准器，8-电池，9-电池锁紧杆，10-垂直制动螺旋，11-垂直微动螺旋，12-SD卡接口，13-USB接口，14-粗瞄准器，15-物镜，16-水平制动螺旋，17-水平微动螺旋，18-基座锁紧钮，19-仪器中心标志，20-光学对中器，21-数据通讯串口，22-脚螺旋，23-底板编辑版pppt49编辑版pppt50编辑版pppt51编辑版pppt52编辑版pppt53编辑版pppt54编辑版pppt55编辑版pppt56编辑版pppt57编辑版pppt58编辑版pppt59四、四、NTS362R全站仪的基本结构及其功能全站仪的基本结构及其功能 NTS360NTS

23、360型型全站仪的结构全站仪的结构1-粗瞄准器，2-物镜，3-管水准器，4-显示屏，5-基座锁定钮，6-电池，7-电池锁紧杆，8-SD卡接口，9-USB接口，10-水平微动螺旋，11-水平制动螺旋，12-仪器中心标志，13-光学对中器，14-数据通讯接口，15-脚螺旋，16-底板，17-望远镜把手，18-目镜，19-垂直制动螺旋，20-垂直微动螺旋，21-键盘，22-园水准器编辑版pppt60NTS360型全站仪操作面板及相应功能 NTS360NTS360型型全站仪的结构全站仪的结构1-坐标测量（左移键），2-距离测量（下移键），3-角度测量（上移键），4-数字键盘，5-电源开关键，6-星键，7-退出键，8-回车键，9-菜单键，10-F1-F4功能键编辑版pppt61键盘功能表键盘功能表 编辑版pppt62思考题l1.测量中常用的坐标系有哪些？各自有哪些特点？l2.简述高斯投影的过程和特点。l3.简述高斯坐标系的特点；若某点A在6带中的通用高斯坐标为（3344572，20 527680）（单位：m），试该点所在投影带的中央子午线经度并说明该坐标的意义？l4.简述坐标测量的基本原理。l5.全站仪的测量模式有哪些？每个模式具备哪些功能？l6.简述全站仪采集数据的基本过程。l7.简述三款常用的南方全站仪仪器结构上的不同之处。