1、Digital Topography数字数字地形测量学地形测量学3.1 角度测量原理角度测量原理3.2 经纬仪的分类及基本结构经纬仪的分类及基本结构3.3 经纬仪（全站仪）的对中整平经纬仪（全站仪）的对中整平3.4 水平角的观测方法水平角的观测方法3.5 水平角观测的误差水平角观测的误差3.6 竖盘构造及竖角测定竖盘构造及竖角测定3.7 经纬仪检验与校正经纬仪检验与校正数字数字地形测量学地形测量学数字数字地形测量学地形测量学 角度测量包括角度测量包括 水平角测量和竖直角测量水平角测量和竖直角测量。 水平角测量用于水平角测量用于确定点的平面位置确定点的平面位置。 竖直角测量用于竖直角测量用于测定
2、高差或将测定高差或将 倾斜距离改化成水平距离倾斜距离改化成水平距离。 常用仪器常用仪器 经纬仪经纬仪 全站仪全站仪数字数字地形测量学地形测量学 水平角：相交的两直线之间的夹角在水平面上的投影。ABOab1O1A1B2O ab 仪器安置的高低及瞄准目标的高低不同部位对水平角的观测有无影响？角值范围：0360数字数字地形测量学地形测量学数字数字地形测量学地形测量学1、游标经纬仪：金属度盘游标经纬仪：金属度盘2、光学经纬仪：、光学经纬仪：通过光学度盘（玻璃度盘）的放大来读数通过光学度盘（玻璃度盘）的放大来读数3、电子经纬仪：、电子经纬仪：用电子学的方法来读数的经纬仪。用电子学的方法来读数的经纬仪。4
3、、电子全站仪：、电子全站仪：能同时测量角度和距离。能同时测量角度和距离。DJ07 DJ01 DJ2 DJ6 DJ15 一测回水平方向观测中误差一测回水平方向观测中误差“数字数字地形测量学地形测量学游标经纬仪金属度盘金属度盘数字数字地形测量学地形测量学玻璃度盘玻璃度盘数字数字地形测量学地形测量学玻璃度盘玻璃度盘数字数字地形测量学地形测量学Wild第一台电子经纬仪第一台电子经纬仪(1978年生产年生产电子度盘电子度盘电子经纬仪电子经纬仪数字数字地形测量学地形测量学电子度盘电子度盘电子经纬仪电子经纬仪数字数字地形测量学地形测量学u（2）经纬仪）经纬仪基本结构基本结构照准部水平制动螺旋、微动螺旋竖轴望
4、远镜竖直制动螺旋、微动螺旋横轴、视准轴水平度盘、竖直度盘及其分划中心圆水准器圆水准器的水准轴水准管水准管轴光学对中器光学垂线数字数字地形测量学地形测量学 DJ6光学经纬仪包括基座、度盘、照准部三大部分。光学经纬仪包括基座、度盘、照准部三大部分。垂直制动水平微动读数目镜水平度盘转换轮垂直微动光学对点器补偿器转换钮望远镜圆水准器数字数字地形测量学地形测量学1、基座、基座 由轴座、脚螺旋、底板、三角压板等组成。由轴座、脚螺旋、底板、三角压板等组成。 作用：用于连接和整平。作用：用于连接和整平。2、度盘、度盘 包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。 注记：注记
5、：0 360 分划：分划：20、30 、1 三种三种注：水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随注：水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随 望远镜转动；望远镜转动； 水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观测水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观测 方向的角度值；方向的角度值； 竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望远竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望远 镜固定，随望远镜一起转动。镜固定，随望远镜一起转动。数字数字地形测量学地形测量学3、照准部、照准部 主要由望远镜、支架、竖直轴、水平轴、竖直制动微动螺旋、主要由望远镜、支架、竖直轴、水平轴、竖直制动微动螺旋、水平制动微动螺旋、读数设备、水准器和光学对
6、点器等组成水平制动微动螺旋、读数设备、水准器和光学对点器等组成。 望远镜望远镜 用于瞄准目标用于瞄准目标 圆水准器圆水准器 用于粗略整平仪器用于粗略整平仪器 管水准器管水准器 用于精确整平仪器用于精确整平仪器 光学对点器光学对点器 用于使度盘中心和测点用于使度盘中心和测点 在同一铅垂线上在同一铅垂线上 读数装置读数装置用于读数用于读数数字数字地形测量学地形测量学4、辅助工具 测钎、标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的测钎、标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具。照准工具。 数字数字地形测量学地形测量学总结总结 经纬仪常用旋钮的作用经纬仪常用旋钮的作用（1）望远镜物镜对光螺旋望远镜物镜
7、对光螺旋：调清物像，让目标成像：调清物像，让目标成像在十字丝分划板上。在十字丝分划板上。（2）望远镜目镜对光螺旋望远镜目镜对光螺旋：调清十字丝，放大物像：调清十字丝，放大物像（3）水平制动螺旋水平制动螺旋：限制照准部在水平方向上转动：限制照准部在水平方向上转动（4）水平微动螺旋水平微动螺旋：精确控制水平方向对点，只有在水平制动旋钮锁定后：精确控制水平方向对点，只有在水平制动旋钮锁定后才起作用才起作用（5）水平度盘位置变换手轮：用于设定某一个方向的水平角为某一角度值）水平度盘位置变换手轮：用于设定某一个方向的水平角为某一角度值（6）望远镜制动旋钮望远镜制动旋钮：控制望远镜绕横轴转动：控制望远镜绕
8、横轴转动（7）望远镜微动螺旋望远镜微动螺旋：精确控制竖直方向对点，只在望远镜制动旋钮锁定：精确控制竖直方向对点，只在望远镜制动旋钮锁定后才起作用后才起作用数字数字地形测量学地形测量学 （8）反光镜反光镜：调节读数窗口的亮度：调节读数窗口的亮度 （9）读数目镜对光螺旋读数目镜对光螺旋：控制读数窗口的清晰度：控制读数窗口的清晰度 （10）测微轮测微轮：用于调整读数窗口中上下对径分划线的相：用于调整读数窗口中上下对径分划线的相对位置（对位置（当上下对径分划线对齐时才能读数当上下对径分划线对齐时才能读数） （11）光学对中器光学对中器：用于观察仪器中心是否与地面测站点：用于观察仪器中心是否与地面测站点
9、对准对准 （12）对中器对光螺旋对中器对光螺旋：用于调节对中器目镜及物镜的清：用于调节对中器目镜及物镜的清晰度，以便能看清地面上的测站点晰度，以便能看清地面上的测站点 （13）度盘换像轮度盘换像轮：用于在读数窗口中切换水平度盘和竖：用于在读数窗口中切换水平度盘和竖直度盘的影像。直度盘的影像。数字数字地形测量学地形测量学1、带分划尺的显微镜、带分划尺的显微镜 2、单平板玻璃测微器、单平板玻璃测微器 3、双平板玻璃测微器的基本原理、双平板玻璃测微器的基本原理数字数字地形测量学地形测量学1、带分划尺的显微镜、带分划尺的显微镜01234566068195J6光学经纬仪水平竖直HV水平度盘竖直度盘数字数
10、字地形测量学地形测量学水平读数：215 0648 竖直读数：78 5200测微尺测微尺数字数字地形测量学地形测量学2、单平板玻璃测微器、单平板玻璃测微器05测微分划尺的像最小分划20 939291 度盘像，最小分划30单平板玻璃度盘分划30，测微分划尺90小格数字数字地形测量学地形测量学竖直读数：竖直读数：92 17 30水平读数：转动测微轮重合读数水平读数：转动测微轮重合读数测微器测微轮水平、竖直度盘转换手轮DJ2光学经纬仪2、单平板玻璃测微器、单平板玻璃测微器数字数字地形测量学地形测量学2、单平板玻璃测微器、单平板玻璃测微器1510测微分划尺的像 939291度盘像旋转测微手轮及转动单平板
11、玻璃 301492数字数字地形测量学地形测量学3、双平板玻璃测微器的基本原理、双平板玻璃测微器的基本原理转动测微手轮时，一对平板玻璃作等量相反方向转动可使度盘分划线影像转动测微手轮时，一对平板玻璃作等量相反方向转动可使度盘分划线影像作相向移动而彼此接合，这个移动量可在秒盘相应的转动量上显示出来。作相向移动而彼此接合，这个移动量可在秒盘相应的转动量上显示出来。78918718850102度盘最小分划度盘最小分划20转动测微手轮度盘使转动测微手轮度盘使对径分划影像重合。对径分划影像重合。整整10在度盘上读取。在度盘上读取。10对应对应600小格小格最小分划最小分划1不足不足10在秒盘上读取在秒盘上
12、读取 5 .54517数字数字地形测量学地形测量学数字数字地形测量学地形测量学 20 20世纪世纪6060年代，电子度盘的出现，使电子经纬仪实现了角度的自动读数、自动显年代，电子度盘的出现，使电子经纬仪实现了角度的自动读数、自动显示、自动记录、自动改正等功能。示、自动记录、自动改正等功能。内存内存电源控制电源控制实时时钟实时时钟CPU微处微处理器理器门阵列门阵列模数转换模数转换GSI/RS232接口控制接口控制角度传感器角度传感器倾斜传感器倾斜传感器马达板马达板键盘键盘/显示器显示器组件组件存储卡板存储卡板PCMCIA卡卡主板主板数字数字地形测量学地形测量学电子测角方法静态度盘测角编码度盘测角
13、光栅度盘测角动态度盘测角电子度盘经纬仪的测量原理可分为以下几种：电子度盘经纬仪的测量原理可分为以下几种：1、光栅度盘测角原理、光栅度盘测角原理 码区度盘码区度盘 条码度盘条码度盘2、编码度盘测角原理、编码度盘测角原理3、动态度盘测角原理、动态度盘测角原理数字数字地形测量学地形测量学1 编码度盘编码度盘 角度信息直接刻在度盘上，每一度盘区域与某一角度值具有角度信息直接刻在度盘上，每一度盘区域与某一角度值具有绝对的一一对应关系，角度传感器通过对编码信息的解读即可绝对的一一对应关系，角度传感器通过对编码信息的解读即可直接显示角度信息，因此常称直接显示角度信息，因此常称编码度盘测角为绝对式测角编码度盘
14、测角为绝对式测角。 角度信息直接刻在度盘上，有具体的物质载体角度信息直接刻在度盘上，有具体的物质载体 ，因此当仪，因此当仪器关机时角度信息任然保留，并且在仪器开机时即可显示角度器关机时角度信息任然保留，并且在仪器开机时即可显示角度信息。采用绝对式测角方式，直接获取度盘某一区域的角度信信息。采用绝对式测角方式，直接获取度盘某一区域的角度信息，没有累计测量过程，因此不存在度盘测角误差的积累。息，没有累计测量过程，因此不存在度盘测角误差的积累。 数字数字地形测量学地形测量学216ns码区： =最低位最高位编码度盘示意图 二进制编码度盘理 码道码道 码区码区4n码道： = 编码度盘测角数字数字地形测量
15、学地形测量学绝对式编码度盘测角绝对式编码度盘测角 0123456789101112131415二进制四码道度盘不透光区（非导电区）信号0透光区（导电区）信号11624 nsn区间：码道：度盘上部发光二极管度盘下部光电二极管如：0011获取区间状态信号s360 码道角分辨率：不易达到较高的测角精度数字数字地形测量学地形测量学 在玻璃圆盘上刻划几个同心圆带，每一个环带表示一位二进制编在玻璃圆盘上刻划几个同心圆带，每一个环带表示一位二进制编码，称为码，称为码道码道。 如果再将全圆划成若干扇区，则每个扇形区有几个梯形，如果每如果再将全圆划成若干扇区，则每个扇形区有几个梯形，如果每个梯形分别以个梯形分别
16、以“亮亮”和和“黑黑”表示表示“0”和和“1”的信号，则该扇形的信号，则该扇形可用几个二进数表示其角值。可用几个二进数表示其角值。 例如，用四位二进制表示角值，则全圆只能刻成例如，用四位二进制表示角值，则全圆只能刻成2416个扇形，个扇形，则度盘刻划值为则度盘刻划值为360o/16=22.5o，如图所示，这显然是没有什么，如图所示，这显然是没有什么实际意义的。实际意义的。 如果最小值为如果最小值为20”，则需刻成，则需刻成(3606060)/20=64800个扇形区，个扇形区，而而64800216个码道。因为度盘直径有限，码道愈多，靠近度盘个码道。因为度盘直径有限，码道愈多，靠近度盘中心的扇形
17、间隔愈小，又缺乏使用意义，中心的扇形间隔愈小，又缺乏使用意义， 故一般将度盘刻成适当的码道，再利用故一般将度盘刻成适当的码道，再利用测微装置来测微装置来达到细分角值达到细分角值的目的的目的。 数字数字地形测量学地形测量学序序号号码道图形码道图形二进制二进制代码代码方向值方向值000001000122 302001045 003001167 304010090 0050101112 3060110135 0070111157 3081000180 0091001202 30 101010225 00111011247 30121100270 00131101292 30141110315 001
18、51111337 303001167 3060110135 00编码度盘原理示意图二极管二极管编码度盘0 0 1 10 1 1 0135 0067 3067 30bab=-=-= 二进制编码度盘测角原理数字数字地形测量学地形测量学2 光栅度盘光栅度盘 测角测定的是照准部旋转或望远镜上测角测定的是照准部旋转或望远镜上下俯仰时下俯仰时指示光栅指示光栅相对相对光栅度盘光栅度盘的转动量，的转动量，其角度输出量随上述转动量的变化而累计其角度输出量随上述转动量的变化而累计变化，故称变化，故称光栅度盘测角为相对增量式测光栅度盘测角为相对增量式测角角。 测角是累计显示指示光栅相对光栅度测角是累计显示指示光栅相
19、对光栅度盘的转动信息，该信息是一个过程概念，盘的转动信息，该信息是一个过程概念，没有具体的物质载体，因此当仪器关机后没有具体的物质载体，因此当仪器关机后该信息即刻消失，不能保留。当仪器再次该信息即刻消失，不能保留。当仪器再次开机时，或者角度信息显示为零，或者需开机时，或者角度信息显示为零，或者需要预先转动仪器探测度盘零位后才能显示要预先转动仪器探测度盘零位后才能显示角度信息。采用指示光栅相对光栅度盘转角度信息。采用指示光栅相对光栅度盘转动的增量式测角方式，因此度盘光栅刻划动的增量式测角方式，因此度盘光栅刻划误差、角度读数电路噪声误差等都有积累误差、角度读数电路噪声误差等都有积累的影响的影响 。
20、 光栅尺光栅尺数字数字地形测量学地形测量学光栅 将密度相同的将密度相同的两块光栅重两块光栅重叠，并使它们的刻线相互叠，并使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度倾斜一个很小的角度，这，这时就会产生明暗相同的条时就会产生明暗相同的条纹（莫尔条纹）。夹角越纹（莫尔条纹）。夹角越小，条纹越粗。条纹的亮小，条纹越粗。条纹的亮度按正弦周期性变化。度按正弦周期性变化。数字数字地形测量学地形测量学 光栅的两个基本参数光栅的两个基本参数q 单位毫米长度范围内的线条数，称为单位毫米长度范围内的线条数，称为线条密度线条密度q 相邻线条之间的距离，称为相邻线条之间的距离，称为光栅距光栅距 计量光栅（计量光栅（Metrol
21、ogy Optical Grating ）q 线条密度为线条密度为25125光栅尺光栅尺光栅盘光栅盘数字数字地形测量学地形测量学 莫尔条纹莫尔条纹2tan2Bwq=Bwq=B22数字数字地形测量学地形测量学莫尔条纹莫尔条纹优点优点与光栅移动相与光栅移动相对应对应光栅移动一个光栅距光栅移动一个光栅距，莫尔条纹就移动，莫尔条纹就移动一个条纹宽度一个条纹宽度B位移放大作用位移放大作用K=b/=1/动态莫尔条纹演示动态莫尔条纹演示莫尔条纹优点数字数字地形测量学地形测量学光栅度盘指示光栅发光管照明光学系统接收光学系统光电接收管光栅度盘转动光电流转动一条光栅莫尔条纹与接收管电流关系莫尔条纹光栅度盘测角示意
22、图指示光栅发光管照明光学系统接收光学系统光电接收管光栅度盘测角原理0数字数字地形测量学地形测量学 设光栅度盘全周划线为设光栅度盘全周划线为m，则相邻两光栅间的夹角则相邻两光栅间的夹角 0为：为：m/36000 n 如果接收管光电计数测得光栅度盘转动的光栅数为如果接收管光电计数测得光栅度盘转动的光栅数为n，则其转动的角度为：则其转动的角度为：q 光栅度盘是测定光栅转动的增加量，被称为光栅度盘是测定光栅转动的增加量，被称为增量式测角增量式测角q 度盘测角误差具有积累性度盘测角误差具有积累性q 关机后角度信息不保留关机后角度信息不保留q 开机需要初始化开机需要初始化 数字数字地形测量学地形测量学光栅
23、度盘转动方向判别光栅度盘转动方向判别 光栅度盘应该能自动判断转动方向，即当照准部顺时针旋转时，计数系统做光栅度盘应该能自动判断转动方向，即当照准部顺时针旋转时，计数系统做加法计数，逆时针旋转时，做减法计数。加法计数，逆时针旋转时，做减法计数。B/4ab 基本结构基本结构 在测角装置中，增加一个在测角装置中，增加一个光电接收管光电接收管b，它与原来的光电它与原来的光电 接收管接收管a的间隔为的间隔为B/4。数字数字地形测量学地形测量学q 顺时针转动，莫尔条纹从左向右移动，顺时针转动，莫尔条纹从左向右移动，a管电流信号管电流信号超前超前b 管电流信号管电流信号90； q 逆时针转动，莫尔条纹逆时针
24、转动，莫尔条纹 从右向左移动，从右向左移动，a管电管电 流信号流信号滞后滞后b管电流信管电流信 号号90； 光栅度盘转动方向判别的原理光栅度盘转动方向判别的原理q 转动方向不同，则转动方向不同，则a、b 管的电流管的电流相位差相位差不同，不同，从而使电路控制从而使电路控制脉冲可逆计数器脉冲可逆计数器，当顺时针转动时进行加法，当顺时针转动时进行加法计数，逆时针转动时进行减法计数。计数，逆时针转动时进行减法计数。 B/4ab数字数字地形测量学地形测量学光栅度盘转动方向的判别 数字数字地形测量学地形测量学光栅度盘测角中的电子测微技术光栅度盘测角中的电子测微技术 原因原因 直接用光栅度盘测角，其角度分
25、辨率较低，要达到秒级的测角精度，必直接用光栅度盘测角，其角度分辨率较低，要达到秒级的测角精度，必须利用须利用角度测微技术角度测微技术。 当光栅度盘直径为当光栅度盘直径为7cm，圆周长约为圆周长约为22cm，线条密度为线条密度为100，则两光栅，则两光栅刻线对应的夹角：刻线对应的夹角：09 .5822000/360数字数字地形测量学地形测量学 在光学玻璃度盘的径向上均匀地刻制明暗相间的在光学玻璃度盘的径向上均匀地刻制明暗相间的等角距细线条等角距细线条就构成就构成光栅度光栅度盘盘。设光栅的栅线（不透光区）宽度为设光栅的栅线（不透光区）宽度为 a ，缝隙宽度为，缝隙宽度为 b ，栅距，栅距 d a
26、b ，通常，通常 a b ，它们都对应一角度值。，它们都对应一角度值。 在光栅度盘的在光栅度盘的上下对应位置上装上光源、计数器等上下对应位置上装上光源、计数器等，使，使其随照准部相对于光其随照准部相对于光栅度盘转动栅度盘转动，可由计数器累计所转动的栅距数，从而求得所转动的角度值。，可由计数器累计所转动的栅距数，从而求得所转动的角度值。因为光栅度盘上没有绝对度数，只是累计移动光栅的条数计数，故称为因为光栅度盘上没有绝对度数，只是累计移动光栅的条数计数，故称为增量增量式光栅度盘式光栅度盘，其读数系统为增量式读数系统。，其读数系统为增量式读数系统。 数字数字地形测量学地形测量学当当度盘随照准部度盘随
27、照准部移动时，莫尔条纹落在接收管上。度盘每转动一移动时，莫尔条纹落在接收管上。度盘每转动一条光栅，莫尔条纹在接收管上移动一周，流过接收管的电流变化条光栅，莫尔条纹在接收管上移动一周，流过接收管的电流变化一周。当仪器照准零方向时，让仪器的计数器处于零位，而当度一周。当仪器照准零方向时，让仪器的计数器处于零位，而当度盘随照准部转动照准某目标时，流过接收管电流的周期数就是两盘随照准部转动照准某目标时，流过接收管电流的周期数就是两方向之间所夹的光栅数。由于方向之间所夹的光栅数。由于光栅之间的夹角是已知光栅之间的夹角是已知，计数器所，计数器所计的电流周期数经过处理就刻有显示处角度值。如果在电流波形计的电
28、流周期数经过处理就刻有显示处角度值。如果在电流波形的每一周期内再均匀内插的每一周期内再均匀内插n个脉冲，计算器对脉冲进行计数，所个脉冲，计算器对脉冲进行计数，所得的脉冲数就等于两个方向所夹光栅数的得的脉冲数就等于两个方向所夹光栅数的n倍，就相当于把光栅倍，就相当于把光栅刻划线增加了刻划线增加了n倍，角度分辨率也就提高了倍，角度分辨率也就提高了n倍。使用增量式光栅倍。使用增量式光栅度盘测角时，度盘测角时，照准部转动的速度要均匀，不可突快或太快，以保照准部转动的速度要均匀，不可突快或太快，以保证计数的正确性。证计数的正确性。 数字数字地形测量学地形测量学比较项目编码度盘光栅度盘测角方式绝对式绝对式
29、增量式增量式关机后角度信息保留保留不保留不保留误差与噪声不积累不积累积累积累制造工艺复杂复杂简单简单编码度盘与光栅度盘测角特点比较编码度盘与光栅度盘测角特点比较数字数字地形测量学地形测量学3 动态度盘动态度盘 角度信息体现在随角度信息体现在随照准部旋转的传感器与固定传感器之间所形成的夹角照准部旋转的传感器与固定传感器之间所形成的夹角，该夹，该夹角通过累计测定某一光栅度盘刻线分别经过两传感器的时间差而求得，因此属角通过累计测定某一光栅度盘刻线分别经过两传感器的时间差而求得，因此属增量增量式测角式测角方式。方式。 角度信息由角度信息由两个传感器之间的夹角两个传感器之间的夹角来表示，有具体的物质载体
30、来表示，有具体的物质载体 ，因此当仪器关，因此当仪器关机时角度信息仍然保留，并且在仪器开机时即可显示角度信息。动态度盘因所有刻机时角度信息仍然保留，并且在仪器开机时即可显示角度信息。动态度盘因所有刻划参加积分扫描测角，可消除度盘分划误差的影响，因此不存在度盘测角误差的积划参加积分扫描测角，可消除度盘分划误差的影响，因此不存在度盘测角误差的积累。累。 数字数字地形测量学地形测量学 动态光栅度盘测角原理如下图。动态光栅度盘测角原理如下图。 度盘光栅度盘光栅可以旋转，可以旋转，另有两个另有两个与度盘光栅交角为与度盘光栅交角为的指标光栅的指标光栅S和和R，S为固为固定光栅，位于度盘外侧；定光栅，位于度
31、盘外侧；R为可动光栅，位于度盘内侧为可动光栅，位于度盘内侧。同时，度盘上还有两个。同时，度盘上还有两个标志点标志点a和和b，S只接收只接收a的信号，的信号，R只接收只接收b的信号。的信号。数字数字地形测量学地形测量学 动态测角除具有前两种测角方式的优点外，最大的特点在于动态测角除具有前两种测角方式的优点外，最大的特点在于消除了度消除了度盘刻划误差盘刻划误差等，因此在高精度（等，因此在高精度（0.5级）的仪器上采用。但级）的仪器上采用。但动态测角动态测角需要马达带动度盘需要马达带动度盘，因此在结构上比较复杂，耗电量也大一些。，因此在结构上比较复杂，耗电量也大一些。 测角时，测角时，S代表任一原方
32、向，代表任一原方向，R随着照准部旋转，当照准目标后，随着照准部旋转，当照准目标后，R位位置已定置已定，此时启动测角系统，使度盘在马达的带动下，始终以一定的速度，此时启动测角系统，使度盘在马达的带动下，始终以一定的速度逆时针旋转，逆时针旋转，b点先通过点先通过R，开始计数。接着，开始计数。接着a通过通过S，计数停止，此时计，计数停止，此时计下了下了RS之间的栅距（之间的栅距（0）的整倍）的整倍n和不是一个分划的小数和不是一个分划的小数0，则水平，则水平角为角为=n0+0。事实上，每个栅格为一脉冲信号，由。事实上，每个栅格为一脉冲信号，由R、S的粗测功能的粗测功能可计数得可计数得n；利用；利用R、
33、S的精测功能可测得不足一个分划的相位差的精测功能可测得不足一个分划的相位差0，其，其精度取决于将精度取决于将0划分成多少相位差脉冲。划分成多少相位差脉冲。数字数字地形测量学地形测量学 度盘测角原理度盘测角原理q 光栅度盘光栅度盘 测角测定的是指示光栅相对光栅度盘的转动量的累计，故称光栅度盘测角为测角测定的是指示光栅相对光栅度盘的转动量的累计，故称光栅度盘测角为相相对增量式测角对增量式测角。q 编码度盘编码度盘 角度信息直接刻在度盘上，度盘区域与角度值一一对应，传感器将编码信息解角度信息直接刻在度盘上，度盘区域与角度值一一对应，传感器将编码信息解读得到角度信息，被称为读得到角度信息，被称为绝对式
34、测角。绝对式测角。q 动态度盘动态度盘 角度信息体现在运动传感器与固定传感器之间所形成的夹角，通过累计测定某角度信息体现在运动传感器与固定传感器之间所形成的夹角，通过累计测定某一光栅度盘刻线分别经过两传感器的时间差而求得，因此属一光栅度盘刻线分别经过两传感器的时间差而求得，因此属增量式测角方式。增量式测角方式。电子测角的比较电子测角的比较数字数字地形测量学地形测量学 度盘测角误差的积累度盘测角误差的积累q 光栅度盘光栅度盘 采用采用指示光栅相对光栅度盘转动的增量式测角方式，因此度盘光栅刻划误差、指示光栅相对光栅度盘转动的增量式测角方式，因此度盘光栅刻划误差、角度读数电路噪声误差等都有积累的影响
35、角度读数电路噪声误差等都有积累的影响 q 编码度盘编码度盘 采用绝对式测角方式，直接获取度盘某一区域的角度信息，没有累计测量过采用绝对式测角方式，直接获取度盘某一区域的角度信息，没有累计测量过程，因此不存在度盘测角误差的积累。程，因此不存在度盘测角误差的积累。q 动态度盘动态度盘 动态度盘因所有刻划参加积分扫描测角，可消除度盘分划误差的影响，但同样动态度盘因所有刻划参加积分扫描测角，可消除度盘分划误差的影响，但同样有角度读数电路噪声误差的积累。有角度读数电路噪声误差的积累。数字数字地形测量学地形测量学 仪器转动速度的限制仪器转动速度的限制q 光栅度盘光栅度盘 仪器一边转动一边要采集角度信息，由
36、于电路响应速度等方面的限制，所以仪仪器一边转动一边要采集角度信息，由于电路响应速度等方面的限制，所以仪器转动的速度不能太快，否则不能保证正确角度读数而显示错误信息。器转动的速度不能太快，否则不能保证正确角度读数而显示错误信息。 q 编码度盘编码度盘 编码度盘在仪器转动过程中不需要采集角度信息，故对仪器转动速度没有限制。编码度盘在仪器转动过程中不需要采集角度信息，故对仪器转动速度没有限制。q 动态度盘动态度盘 在正常角度测量模式下，仪器转动时度盘测角机构并不工作，因此对转动速度在正常角度测量模式下，仪器转动时度盘测角机构并不工作，因此对转动速度没有限制。没有限制。 数字数字地形测量学地形测量学
37、综合分析综合分析 在现代全站仪（电子经纬仪）中广泛采用编码度盘测角，在现代全站仪（电子经纬仪）中广泛采用编码度盘测角， 不同电子度盘测角不同电子度盘测角原理的比较情况：原理的比较情况： 光栅度盘光栅度盘编码度盘编码度盘动态度盘动态度盘测量原理测量原理增量式增量式绝对式绝对式增量式增量式关机后角度信息关机后角度信息不保留不保留保留保留保留保留度盘测角误差度盘测角误差积累积累不积累不积累积累积累仪器转动速度仪器转动速度有限制有限制无限制无限制无限制无限制制造工艺制造工艺相对简单相对简单相对复杂相对复杂相对复杂相对复杂度盘类型度盘类型比较内容比较内容数字数字地形测量学地形测量学1、同时测角同时测角（
38、水平角和竖角）；（水平角和竖角）；2、望远镜的视准轴和测距仪的视准轴是、望远镜的视准轴和测距仪的视准轴是同轴同轴的；的；3、对水平角和竖角进行、对水平角和竖角进行补偿补偿（具有双轴补偿器）；（具有双轴补偿器）； 作业时若全站仪纵轴倾斜，会引起角度观测的误差，盘左、盘右观测值取中不能作业时若全站仪纵轴倾斜，会引起角度观测的误差，盘左、盘右观测值取中不能使之抵消。而全站仪特有的双轴使之抵消。而全站仪特有的双轴(或单轴或单轴)倾斜自动补偿系统，可对纵轴的倾斜进行倾斜自动补偿系统，可对纵轴的倾斜进行监测，并在度盘读数中对因纵轴倾斜造成的测角误差自动加以改正监测，并在度盘读数中对因纵轴倾斜造成的测角误差
39、自动加以改正(某些全站仪纵某些全站仪纵轴最大倾斜可允许至轴最大倾斜可允许至6)。，也可通过将由竖轴倾斜引起的角度误差，由微处理。，也可通过将由竖轴倾斜引起的角度误差，由微处理器自动按竖轴倾斜改正计算式计算，并加入度盘读数中加以改正，使度盘显示读器自动按竖轴倾斜改正计算式计算，并加入度盘读数中加以改正，使度盘显示读数为正确值，即所谓纵轴倾斜自动补偿。数为正确值，即所谓纵轴倾斜自动补偿。 4、数据电子显示，并存入内存储器，无须读数，无须记录。、数据电子显示，并存入内存储器，无须读数，无须记录。 全站仪的存储器有内存储器和存储卡两种。全站仪的存储器有内存储器和存储卡两种。 5、数据记录量大、数据记录
40、量大6、数据、数据输出输出提供提供RS232C串口和电子手簿、掌上电脑、计算机等外部设备连接；串口和电子手簿、掌上电脑、计算机等外部设备连接；数字数字地形测量学地形测量学全站仪按其外观结构可分为两类：全站仪按其外观结构可分为两类：(1)积木型积木型(Modular，又称组合型，又称组合型)早期的全站仪，大都是积木型结构，即电子速测仪、电子经纬仪、电子记录早期的全站仪，大都是积木型结构，即电子速测仪、电子经纬仪、电子记录器各是一个整体，可以分离使用，也可以通过电缆或接口把它们组合起来，器各是一个整体，可以分离使用，也可以通过电缆或接口把它们组合起来，形成完整的全站仪。形成完整的全站仪。(2)整体
41、性整体性(Integral)随着电子测距仪进一步的轻巧化，现代的全站仪大都把测距，测角和记录单随着电子测距仪进一步的轻巧化，现代的全站仪大都把测距，测角和记录单元在光学、机械等方面设计成一个不可分割的整体元在光学、机械等方面设计成一个不可分割的整体,其中测距仪的发射轴、接其中测距仪的发射轴、接收轴和望远镜的视准轴为同轴结构。这对保证较大垂直角条件下的距离测量收轴和望远镜的视准轴为同轴结构。这对保证较大垂直角条件下的距离测量精度非常有利。精度非常有利。 数字数字地形测量学地形测量学全站仪按测量功能分类，可分成四类：全站仪按测量功能分类，可分成四类：(1)经典型全站仪经典型全站仪(Classica
42、l total station)它具备全站仪电子测角、电子测距和数据自动记录等基本功能，有的还可以它具备全站仪电子测角、电子测距和数据自动记录等基本功能，有的还可以运行厂家或用户自主开发的机载测量程序。徕卡公司的运行厂家或用户自主开发的机载测量程序。徕卡公司的TC系列全站仪系列全站仪 (2)机动型全站仪机动型全站仪(Motorized total station)在经典全站仪的基础上安装轴系步进电机，可自动驱动全站仪照准部和望远在经典全站仪的基础上安装轴系步进电机，可自动驱动全站仪照准部和望远镜的旋转。在计算机的在线控制下，机动型系列全站仪可按计算机给定的方镜的旋转。在计算机的在线控制下，机动
43、型系列全站仪可按计算机给定的方向值自动照准目标，并可实现自动正、倒镜测量。徕卡向值自动照准目标，并可实现自动正、倒镜测量。徕卡TCM系列全站仪系列全站仪(3)无合作目标性全站仪无合作目标性全站仪(Reflectorless total station)指在无反射棱镜的条件下，可对一般的目标直接测距的全站仪。徕卡指在无反射棱镜的条件下，可对一般的目标直接测距的全站仪。徕卡TCR系系列全站仪，无合作目标距离测程可达列全站仪，无合作目标距离测程可达200m以上。以上。(4)智能型全站仪智能型全站仪(Robotic total station)在机动型全站仪的基础上，仪器安装自动目标识别与照准的新功能
44、，实现了在机动型全站仪的基础上，仪器安装自动目标识别与照准的新功能，实现了全站仪的智能化。在相关软件的控制下，智能型全站仪在无人干预的条件下全站仪的智能化。在相关软件的控制下，智能型全站仪在无人干预的条件下可自动完成多个目标的识别、照准与测量，因此，智能型全站仪又称为可自动完成多个目标的识别、照准与测量，因此，智能型全站仪又称为“测测量机器人量机器人” 徕卡的徕卡的TCA型全站仪等。型全站仪等。 数字数字地形测量学地形测量学 徕卡公司的徕卡公司的TPS1100系列全站系列全站仪的特性仪的特性 马达驱动与自动目标识马达驱动与自动目标识别；别； 自动跟踪；自动跟踪； 镜站遥控测量；镜站遥控测量；
45、无反射棱镜测量；无反射棱镜测量； 支持用户自编应用程序。支持用户自编应用程序。数字数字地形测量学地形测量学徕卡仪器命名规则：徕卡仪器命名规则：TC系列标准型全站仪系列标准型全站仪 TCM系列马达驱动型全站仪系列马达驱动型全站仪 TCR系列无反射棱镜型全站仪系列无反射棱镜型全站仪 TCRM系列无反射棱镜、马达驱动型全站仪系列无反射棱镜、马达驱动型全站仪 TCRA系列无反射棱镜、自动跟踪型全站仪系列无反射棱镜、自动跟踪型全站仪 TCA系列马达驱动、自动跟踪型全站仪系列马达驱动、自动跟踪型全站仪 TDM 系列马达驱动、工业测量型全站仪系列马达驱动、工业测量型全站仪 TDA系列马达驱动、自动跟踪、工业
46、测量型全站仪系列马达驱动、自动跟踪、工业测量型全站仪 上述仪器的命名中，其英文字母分别代表为：上述仪器的命名中，其英文字母分别代表为： D-Distancer/Distomat(测距仪测距仪) I-Infra-red(红外光红外光) T-Theodolite(经纬仪经纬仪)，Total station(全站仪全站仪) C-Classical(典型的，标准的典型的，标准的) M-Motorized(马达驱动的马达驱动的) R-reflectorless distancer(无反射镜测距仪，其完整含义是，仪器集两种测距方式于一身：有反射镜、无反射镜测距仪，其完整含义是，仪器集两种测距方式于一身：有
47、反射镜、无反射镜无反射镜) A-Automatic target recognition(自动目标识别自动目标识别) 数字数字地形测量学地形测量学 我国从我国从80年代初期开始小批量引进外国制造的全站仪，到年代初期开始小批量引进外国制造的全站仪，到90年年代已能自主研制并批量生产。目前，全站仪已在国民经济各个代已能自主研制并批量生产。目前，全站仪已在国民经济各个部门得到广泛应用部门得到广泛应用。苏一光苏一光北京博飞北京博飞南方测绘南方测绘数字数字地形测量学地形测量学 面积计算面积计算 角度偏心测量角度偏心测量 测站点高程测站点高程 后方交会测量后方交会测量数字数字地形测量学地形测量学数字数字地
48、形测量学地形测量学在经纬仪上安装激光装置，使视准轴射出一条可见光。主要用于各种施工量。弯管目镜激光器激光束u（6）激光经纬仪激光经纬仪数字数字地形测量学地形测量学数字数字地形测量学地形测量学1、对中对中使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂 线上。（线上。（垂球对中、光学对点器对中、强制对中、激光对垂球对中、光学对点器对中、强制对中、激光对 中）中）2、整平整平使仪器的竖轴竖直。即水平度盘水平。使仪器的竖轴竖直。即水平度盘水平。用光学对中器进行对中和整平步骤：用光学对中器进行对中和整平步骤：1、粗对中粗对中 固定固定三脚架三脚架一条腿，移动两条腿；一条
49、腿，移动两条腿；2、精对中精对中 调调脚螺旋脚螺旋；3、粗平粗平 升降升降三脚架三脚架使圆水准器气泡居中；使圆水准器气泡居中；4、精平精平 调调脚螺旋脚螺旋（首先，水准管平行两个脚螺旋（首先，水准管平行两个脚螺旋方向，调该两个脚螺旋，使水准管气泡居中，旋转方向，调该两个脚螺旋，使水准管气泡居中，旋转90度使度使水准管垂直该两个脚螺旋方向，调第三个脚螺旋，使水准水准管垂直该两个脚螺旋方向，调第三个脚螺旋，使水准管气泡居中。检查任何方向气泡居中。）管气泡居中。检查任何方向气泡居中。）5、检查对中；检查对中；6、反复进行上述操作，直到对中和整平都满足要求。、反复进行上述操作，直到对中和整平都满足要求
50、。数字数字地形测量学地形测量学三脚架架设三脚架架设要求：高度适要求：高度适当，架头概平，当，架头概平，大致对中，稳大致对中，稳固可靠。固可靠。仪器架设对中整平对中整平B数字数字地形测量学地形测量学 对中和整平，一般都需要经过几次对中和整平，一般都需要经过几次“整平整平对中对中整平整平”的循环过程，直至整平和对中均符合要求。的循环过程，直至整平和对中均符合要求。对中整平对中整平数字数字地形测量学地形测量学气泡居中，气泡居中，1、2等高等高123气泡居中，气泡居中，3与与1、2等高等高1231 1）转动仪器，使水准管与脚螺旋）转动仪器，使水准管与脚螺旋1 1、2 2连线平行连线平行。2 2）根据气
