1、大地测量学基础大地测量学基础大地测量基础技术与方法大地测量基础技术与方法5.4 5.4 大地测量仪器大地测量仪器1 1、精密测角仪器；、精密测角仪器；2 2、电磁波测距仪；、电磁波测距仪；3 3、全站仪；、全站仪；4 4、GPSGPS接收机；接收机；5 5、超站仪；、超站仪；6 6、精密水准仪。、精密水准仪。本节内容本节内容5.4.1 5.4.1 精密测角仪器精密测角仪器-经纬仪经纬仪1 1、精密光学经纬仪、精密光学经纬仪精密光学经纬仪的基本结构：精密光学经纬仪的基本结构：我国大地测量经纬仪系列：我国大地测量经纬仪系列：望远镜望远镜 ；读数设备；读数设备；水准器；水准器；轴系。轴系。07126
2、15,DJDJ DJDJDJp精密光学经纬仪的主要特点精密光学经纬仪的主要特点：角度标准设备角度标准设备度盘及其读数系统由光学玻璃组度盘及其读数系统由光学玻璃组成，水平度盘和垂直度盘有读数显微镜和成，水平度盘和垂直度盘有读数显微镜和光学测微器光学测微器，并实现双面并实现双面(对径对径)读数。读数。目标照准设备目标照准设备望远镜均为望远镜均为消色差消色差的或经过消色的或经过消色差校正。一般给出目标的倒像，但现代望远镜大多数差校正。一般给出目标的倒像，但现代望远镜大多数给出目标的正像；一般制动及微动螺旋给出目标的正像；一般制动及微动螺旋分离设置分离设置。设有强制归心机构，设有强制归心机构，精密光学
3、对点器，经纬仪有垂精密光学对点器，经纬仪有垂直度盘指标直度盘指标自动归零补偿器自动归零补偿器，从而提高了仪器精度和，从而提高了仪器精度和测量效率。测量效率。材质：材质：由优质有机材料和合金制造。由优质有机材料和合金制造。p读数设备读数设备 （1 1）度盘）度盘（2 2）光学测微器）光学测微器（3 3）读数显微镜）读数显微镜 测微尺分划像测微尺分划像 度盘对径分划像度盘对径分划像2 2、精密电子经纬仪、精密电子经纬仪p特点：特点：装有电子扫描度盘，在微处理机控制下实现自装有电子扫描度盘，在微处理机控制下实现自动化数字测角的经纬仪。动化数字测角的经纬仪。1 1、构成：、构成：光学部件、机械部件、电
4、子扫描度盘、光学部件、机械部件、电子扫描度盘、电子电子传感器、微处理机；传感器、微处理机；2 2、功能：、功能：自动数字显示角值、竖轴倾斜自动补偿系统；自动数字显示角值、竖轴倾斜自动补偿系统；向自动照准、自动调焦等高自动化和多功能化发展。向自动照准、自动调焦等高自动化和多功能化发展。特点：特点：1 1）采用电子测角系）采用电子测角系统，自动显示测量统，自动显示测量结果；结果；2 2）可与测距仪组成）可与测距仪组成全站仪；全站仪；3 3）测量数据处理自）测量数据处理自动化。动化。5.4.2 5.4.2 电磁波测距仪电磁波测距仪p电磁波测距仪：电磁波测距仪：是利用电磁波作为载波和调制波进行长度测量
5、是利用电磁波作为载波和调制波进行长度测量的一门技术。的一门技术。p电磁波测距仪分为：电磁波测距仪分为：脉冲式测距仪：脉冲式测距仪：是直接测定仪器发出的脉冲信号往返于被测距是直接测定仪器发出的脉冲信号往返于被测距离的传播时间，进而利用光速计算距离值的一类测距仪。离的传播时间，进而利用光速计算距离值的一类测距仪。相位式测距仪：相位式测距仪：是测定仪器发射的测距信号往返于被测距离的是测定仪器发射的测距信号往返于被测距离的滞后相位来间接推算信号的传播时间，从而求得所测距离的一类滞后相位来间接推算信号的传播时间，从而求得所测距离的一类测距仪。测距仪。测程：测程：长长(10km(10km以上以上)、中、中
6、(数公里至数公里至10km)10km)、短、短(3km(3km以下以下)；载波源：载波源：红外、激光、微波；红外、激光、微波；载波数：载波数：单载波、双载波、三载波；单载波、双载波、三载波；反射目标：反射目标：合作目标、漫反射目标、有源反射器；合作目标、漫反射目标、有源反射器；精度：精度：高精度、一般精度、低精度。高精度、一般精度、低精度。p还可按以下分为还可按以下分为：5.4.3 5.4.3 全站仪全站仪p全站仪：全站仪：将将电子经纬仪电子经纬仪、电子测距仪电子测距仪及及电子记录手簿电子记录手簿组合组合在一起，在同一微处理机控制和检核下，同时兼有观测数据在一起，在同一微处理机控制和检核下，同
7、时兼有观测数据的自动获取和改正、计算和记录多种功能的测距经纬仪称为的自动获取和改正、计算和记录多种功能的测距经纬仪称为全站仪（电子速测仪）。全站仪（电子速测仪）。p目前测绘市场提供全站仪有：目前测绘市场提供全站仪有：瑞士的徕卡公司、日本拓普瑞士的徕卡公司、日本拓普康、索佳公司、我国北光测绘仪器公司和南方测绘公司等。康、索佳公司、我国北光测绘仪器公司和南方测绘公司等。p全站仪新技术：全站仪新技术：使用高频测距技术、温控与动态频率校使用高频测距技术、温控与动态频率校正技术、无棱镜相位激光测距技术、智能自主式目标自动正技术、无棱镜相位激光测距技术、智能自主式目标自动识别技术等。识别技术等。5.4.4
8、5.4.4 GPSGPS接收机接收机pGPS系统构成：系统构成：空间卫星星座、地面监控站和用户接收设空间卫星星座、地面监控站和用户接收设备三部分组成。备三部分组成。pGPSGPS测量原理：测量原理：地面监控系统对地面监控系统对GPSGPS卫星进行连续跟踪观测，计卫星进行连续跟踪观测，计算出卫星的轨道参数、钟差及其空中位置，将数据算出卫星的轨道参数、钟差及其空中位置，将数据发给卫星；卫星同时又不断地将信号发回地面，用发给卫星；卫星同时又不断地将信号发回地面，用户接收机收到卫星信号，测量接收机至卫星的空中户接收机收到卫星信号，测量接收机至卫星的空中距离，计算出接收机天线中心的位置。距离，计算出接收
9、机天线中心的位置。5.4.55.4.5 超站仪超站仪p超站仪：超站仪：将将电子全站仪电子全站仪和和GPSGPS集成集成而成的全功能的全站而成的全功能的全站仪，即超站仪。（世界第一台集成系统：徕卡仪，即超站仪。（世界第一台集成系统：徕卡GPS1200+GPS1200+徕卡徕卡TPS1200TPS1200）p特点：特点：GPSGPS与与TPSTPS操作同一键盘，共用同一个存储器，数据一并输出；操作同一键盘，共用同一个存储器，数据一并输出；GPSGPS功能是当没有控制点时，可以及时取得控制点坐标；功能是当没有控制点时，可以及时取得控制点坐标；建立建立RTKRTK公共参考站，供多台仪器同时作业等。公共
10、参考站，供多台仪器同时作业等。5.4.65.4.6 精密水准测量仪器精密水准测量仪器-水准仪水准仪1 1、精密水准仪、精密水准仪精密水准仪分为：精密水准仪分为：气泡式的精密水准仪、自动安平的精密水气泡式的精密水准仪、自动安平的精密水准仪、数字水准仪。准仪、数字水准仪。国产水准仪系列国产水准仪系列：等。等。水准仪精度指标是指水准仪精度指标是指：仪器所能达到的每千米往返测高差中：仪器所能达到的每千米往返测高差中数中误差。即数中误差。即051031020051,DSDS DSDSDSDSZDSZ14MnR上式中：为测段往返高差之差，单位上式中：为测段往返高差之差，单位mm；R为测段长，单位为测段长，
11、单位km；n为为测段数。测段数。国产国产DS05DS05、DS01DS01精密水准仪；精密水准仪；国内引进的精密水准仪如：蔡司国内引进的精密水准仪如：蔡司Ni002Ni002、Ni002ANi002A、Ni004Ni004；瑞士威特厂；瑞士威特厂 N3N3水准仪等等。水准仪等等。引进的数字水准仪如：引进的数字水准仪如：日本拓普康：日本拓普康：DL-101DL-101数字水准仪；数字水准仪；瑞士徕卡：瑞士徕卡：NA3000NA3000数字水准仪；数字水准仪；德国蔡司：德国蔡司：DiNi10DiNi10数字水准仪等等。数字水准仪等等。p数字水准仪特点：数字水准仪特点：操作简单，自动观测和记录；立即
12、数字显示测量结操作简单，自动观测和记录；立即数字显示测量结果；果；速度快，减少观测错误和误差；速度快，减少观测错误和误差；带有数据处理器及其软件，从而可将观测结果输入带有数据处理器及其软件，从而可将观测结果输入计算机进行后处理。计算机进行后处理。精密水准仪结构特点：精密水准仪结构特点：高质量的望远镜光学系统；高质量的望远镜光学系统；坚固稳定的仪器结构；坚固稳定的仪器结构；高精度的高精度的测微器测微器装置；装置；高灵敏度的管水准器；高灵敏度的管水准器；高性能的补偿装置。高性能的补偿装置。精密水准仪望远镜内视场与普通水准仪视场不同。精密水准仪望远镜内视场与普通水准仪视场不同。与精密水准仪配套的水准
13、尺与精密水准仪配套的水准尺-铟瓦合金水准尺铟瓦合金水准尺；条形码水准尺条形码水准尺。条形码水准尺，如图条形码水准尺，如图4-424-42（c c）2 2、精密水准尺、精密水准尺铟瓦合金水准尺：铟瓦合金水准尺：是在木是在木质尺身的槽内，装有一根质尺身的槽内，装有一根因瓦合金带，带上标有刻因瓦合金带，带上标有刻画，数字注记在木尺上。画，数字注记在木尺上。p 精密水准尺构造特点：精密水准尺构造特点：当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必当空气的温度和湿度发生变化时，水准标尺分划间的长度必须保持稳定；须保持稳定；水准标尺的分划必须十分正确与精密，分划的偶然误差和系水准标尺的分划必须十分正
14、确与精密，分划的偶然误差和系统误差都应很小；统误差都应很小；水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度水准标尺在构造上应保证全长笔直，并且尺身不易发生长度和弯扭等变形和弯扭等变形 ；在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作业时扶在精密水准标尺的尺身上应附有圆水准器装置，作业时扶尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。尺者借以使水准标尺保持在垂直位置。10mm10mm分划的精密水准尺如图分划的精密水准尺如图(a)(a)两排分划，右边注记为两排分划，右边注记为0 0300cm300cm，称为，称为基本分划；左边注记为基本分划；左边注记为300300600cm600cm，称，称为辅助分划。基
15、本分划与辅助分划相差为辅助分划。基本分划与辅助分划相差一个常数一个常数301.55cm301.55cm，称为基辅差，又称，称为基辅差，又称尺常数。尺常数。5mm5mm分划的精密水准尺如图分划的精密水准尺如图(b)(b)两排分划，错开两排分划，错开5mm5mm。左边是单数分划，。左边是单数分划，右边是双数分划，左边注记是米数，右边右边是双数分划，左边注记是米数，右边注记是分米数。分划注记恒比实际数值大注记是分米数。分划注记恒比实际数值大了一倍，了一倍，读数应除以读数应除以2 2才为实际的高度才为实际的高度！精密水准仪光学测微器精密水准仪光学测微器读数：读数：148.761cmcmmm 精密水准仪操作与普通水准仪基本相同，只是照准和精密水准仪操作与普通水准仪基本相同，只是照准和读数有所不同。读数有所不同。精密水准仪望远镜内视场与普通水准仪视场不同。精密水准仪望远镜内视场与普通水准仪视场不同。读数：读数：148.653cm读数：读数：198.145cm中南大学地球科学与信息物理学院中南大学地球科学与信息物理学院
