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1、大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)大地測(cè)量學(xué)基礎(chǔ)大地測(cè)量基礎(chǔ)技術(shù)與方法大地測(cè)量基礎(chǔ)技術(shù)與方法5.4 5.4 大地測(cè)量?jī)x器大地測(cè)量?jī)x器1 1、精密測(cè)角儀器；、精密測(cè)角儀器；2 2、電磁波測(cè)距儀；、電磁波測(cè)距儀；3 3、全站儀；、全站儀；4 4、GPSGPS接收機(jī)；接收機(jī)；5 5、超站儀；、超站儀；6 6、精密水準(zhǔn)儀。、精密水準(zhǔn)儀。本節(jié)內(nèi)容本節(jié)內(nèi)容5.4.1 5.4.1 精密測(cè)角儀器精密測(cè)角儀器-經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀1 1、精密光學(xué)經(jīng)緯儀、精密光學(xué)經(jīng)緯儀精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)：精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)：我國(guó)大地測(cè)量經(jīng)緯儀系列：我國(guó)大地測(cè)量經(jīng)緯儀系列：望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡 ；讀數(shù)設(shè)備；讀數(shù)設(shè)備；水準(zhǔn)器；水

2、準(zhǔn)器；軸系。軸系。p精密光學(xué)經(jīng)緯儀的主要特點(diǎn)精密光學(xué)經(jīng)緯儀的主要特點(diǎn)：角度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備角度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備度盤(pán)及其讀數(shù)系統(tǒng)由光學(xué)玻璃組度盤(pán)及其讀數(shù)系統(tǒng)由光學(xué)玻璃組成，水平度盤(pán)和垂直度盤(pán)有讀數(shù)顯微鏡和成，水平度盤(pán)和垂直度盤(pán)有讀數(shù)顯微鏡和光學(xué)測(cè)微器光學(xué)測(cè)微器，并實(shí)現(xiàn)雙面并實(shí)現(xiàn)雙面(對(duì)徑對(duì)徑)讀數(shù)。讀數(shù)。目標(biāo)照準(zhǔn)設(shè)備目標(biāo)照準(zhǔn)設(shè)備望遠(yuǎn)鏡均為望遠(yuǎn)鏡均為消色差消色差的或經(jīng)過(guò)消色的或經(jīng)過(guò)消色差校正。一般給出目標(biāo)的倒像，但現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡大多數(shù)差校正。一般給出目標(biāo)的倒像，但現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡大多數(shù)給出目標(biāo)的正像；一般制動(dòng)及微動(dòng)螺旋給出目標(biāo)的正像；一般制動(dòng)及微動(dòng)螺旋分離設(shè)置分離設(shè)置。設(shè)有強(qiáng)制歸心機(jī)構(gòu)，設(shè)有強(qiáng)制歸心機(jī)構(gòu)，精密光學(xué)對(duì)點(diǎn)器，經(jīng)

3、緯儀有垂精密光學(xué)對(duì)點(diǎn)器，經(jīng)緯儀有垂直度盤(pán)指標(biāo)直度盤(pán)指標(biāo)自動(dòng)歸零補(bǔ)償器自動(dòng)歸零補(bǔ)償器，從而提高了儀器精度和，從而提高了儀器精度和測(cè)量效率。測(cè)量效率。材質(zhì)：材質(zhì)：由優(yōu)質(zhì)有機(jī)材料和合金制造。由優(yōu)質(zhì)有機(jī)材料和合金制造。p讀數(shù)設(shè)備讀數(shù)設(shè)備 （1 1）度盤(pán)）度盤(pán)（2 2）光學(xué)測(cè)微器）光學(xué)測(cè)微器（3 3）讀數(shù)顯微鏡）讀數(shù)顯微鏡 測(cè)微尺分劃像測(cè)微尺分劃像 度盤(pán)對(duì)徑分劃像度盤(pán)對(duì)徑分劃像2 2、精密電子經(jīng)緯儀、精密電子經(jīng)緯儀p特點(diǎn)：特點(diǎn)：裝有電子掃描度盤(pán)，在微處理機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)自裝有電子掃描度盤(pán)，在微處理機(jī)控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化數(shù)字測(cè)角的經(jīng)緯儀。動(dòng)化數(shù)字測(cè)角的經(jīng)緯儀。1 1、構(gòu)成：、構(gòu)成：光學(xué)部件、機(jī)械部件、電子掃描度盤(pán)

4、、光學(xué)部件、機(jī)械部件、電子掃描度盤(pán)、電子電子傳感器、微處理機(jī)；傳感器、微處理機(jī)；2 2、功能：、功能：自動(dòng)數(shù)字顯示角值、豎軸傾斜自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)；自動(dòng)數(shù)字顯示角值、豎軸傾斜自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)；向自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)調(diào)焦等高自動(dòng)化和多功能化發(fā)展。向自動(dòng)照準(zhǔn)、自動(dòng)調(diào)焦等高自動(dòng)化和多功能化發(fā)展。特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1）采用電子測(cè)角系）采用電子測(cè)角系統(tǒng)，自動(dòng)顯示測(cè)量統(tǒng)，自動(dòng)顯示測(cè)量結(jié)果；結(jié)果；2 2）可與測(cè)距儀組成）可與測(cè)距儀組成全站儀；全站儀；3 3）測(cè)量數(shù)據(jù)處理自）測(cè)量數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化。動(dòng)化。5.4.2 5.4.2 電磁波測(cè)距儀電磁波測(cè)距儀p電磁波測(cè)距儀：電磁波測(cè)距儀：是利用電磁波作為載波和調(diào)制波進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量是利用電磁

5、波作為載波和調(diào)制波進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量的一門(mén)技術(shù)。的一門(mén)技術(shù)。p電磁波測(cè)距儀分為：電磁波測(cè)距儀分為：脈沖式測(cè)距儀：脈沖式測(cè)距儀：是直接測(cè)定儀器發(fā)出的脈沖信號(hào)往返于被測(cè)距是直接測(cè)定儀器發(fā)出的脈沖信號(hào)往返于被測(cè)距離的傳播時(shí)間，進(jìn)而利用光速計(jì)算距離值的一類測(cè)距儀。離的傳播時(shí)間，進(jìn)而利用光速計(jì)算距離值的一類測(cè)距儀。相位式測(cè)距儀：相位式測(cè)距儀：是測(cè)定儀器發(fā)射的測(cè)距信號(hào)往返于被測(cè)距離的是測(cè)定儀器發(fā)射的測(cè)距信號(hào)往返于被測(cè)距離的滯后相位來(lái)間接推算信號(hào)的傳播時(shí)間，從而求得所測(cè)距離的一類滯后相位來(lái)間接推算信號(hào)的傳播時(shí)間，從而求得所測(cè)距離的一類測(cè)距儀。測(cè)距儀。測(cè)程：測(cè)程：長(zhǎng)長(zhǎng)(10km(10km以上以上)、中、中(數(shù)公里至

6、數(shù)公里至10km)10km)、短、短(3km(3km以下以下)；載波源：載波源：紅外、激光、微波；紅外、激光、微波；載波數(shù)：載波數(shù)：?jiǎn)屋d波、雙載波、三載波；單載波、雙載波、三載波；反射目標(biāo)：反射目標(biāo)：合作目標(biāo)、漫反射目標(biāo)、有源反射器；合作目標(biāo)、漫反射目標(biāo)、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還可按以下分為還可按以下分為：5.4.3 5.4.3 全站儀全站儀p全站儀：全站儀：將將電子經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀、電子測(cè)距儀電子測(cè)距儀及及電子記錄手簿電子記錄手簿組合組合在一起，在同一微處理機(jī)控制和檢核下，同時(shí)兼有觀測(cè)數(shù)據(jù)在一起，在同一微處理機(jī)控制和檢核下，同時(shí)兼有觀測(cè)

7、數(shù)據(jù)的自動(dòng)獲取和改正、計(jì)算和記錄多種功能的測(cè)距經(jīng)緯儀稱為的自動(dòng)獲取和改正、計(jì)算和記錄多種功能的測(cè)距經(jīng)緯儀稱為全站儀（電子速測(cè)儀）。全站儀（電子速測(cè)儀）。p目前測(cè)繪市場(chǎng)提供全站儀有：目前測(cè)繪市場(chǎng)提供全站儀有：瑞士的徠卡公司、日本拓普瑞士的徠卡公司、日本拓普康、索佳公司、我國(guó)北光測(cè)繪儀器公司和南方測(cè)繪公司等?？?、索佳公司、我國(guó)北光測(cè)繪儀器公司和南方測(cè)繪公司等。p全站儀新技術(shù)：全站儀新技術(shù)：使用高頻測(cè)距技術(shù)、溫控與動(dòng)態(tài)頻率校正使用高頻測(cè)距技術(shù)、溫控與動(dòng)態(tài)頻率校正技術(shù)、無(wú)棱鏡相位激光測(cè)距技術(shù)、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)技術(shù)、無(wú)棱鏡相位激光測(cè)距技術(shù)、智能自主式目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)等。別技術(shù)等。5.4.45.4.4

8、 GPSGPS接收機(jī)接收機(jī)pGPS系統(tǒng)構(gòu)成：系統(tǒng)構(gòu)成：空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站和用戶接收設(shè)空間衛(wèi)星星座、地面監(jiān)控站和用戶接收設(shè)備三部分組成。備三部分組成。pGPSGPS測(cè)量原理：測(cè)量原理：地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)地面監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)GPSGPS衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)跟蹤觀測(cè)，計(jì)衛(wèi)星進(jìn)行連續(xù)跟蹤觀測(cè)，計(jì)算出衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差及其空中位置，將數(shù)據(jù)算出衛(wèi)星的軌道參數(shù)、鐘差及其空中位置，將數(shù)據(jù)發(fā)給衛(wèi)星；衛(wèi)星同時(shí)又不斷地將信號(hào)發(fā)回地面，用發(fā)給衛(wèi)星；衛(wèi)星同時(shí)又不斷地將信號(hào)發(fā)回地面，用戶接收機(jī)收到衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量接收機(jī)至衛(wèi)星的空中戶接收機(jī)收到衛(wèi)星信號(hào)，測(cè)量接收機(jī)至衛(wèi)星的空中距離，計(jì)算出接收機(jī)天線中心的位置。距離，計(jì)算出接收機(jī)天線中心

9、的位置。5.4.55.4.5 超站儀超站儀p超站儀：超站儀：將將電子全站儀電子全站儀和和GPSGPS集成集成而成的全功能的全站而成的全功能的全站儀，即超站儀。（世界第一臺(tái)集成系統(tǒng)：徠卡儀，即超站儀。（世界第一臺(tái)集成系統(tǒng)：徠卡GPS1200+GPS1200+徠卡徠卡TPS1200TPS1200）p特點(diǎn)：特點(diǎn)：GPSGPS與與TPSTPS操作同一鍵盤(pán)，共用同一個(gè)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)一并輸出；操作同一鍵盤(pán)，共用同一個(gè)存儲(chǔ)器，數(shù)據(jù)一并輸出；GPSGPS功能是當(dāng)沒(méi)有控制點(diǎn)時(shí)，可以及時(shí)取得控制點(diǎn)坐標(biāo)；功能是當(dāng)沒(méi)有控制點(diǎn)時(shí)，可以及時(shí)取得控制點(diǎn)坐標(biāo)；建立建立RTKRTK公共參考站，供多臺(tái)儀器同時(shí)作業(yè)等。公共參考站，供

10、多臺(tái)儀器同時(shí)作業(yè)等。5.4.65.4.6 精密水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器精密水準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器-水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀1 1、精密水準(zhǔn)儀、精密水準(zhǔn)儀精密水準(zhǔn)儀分為：精密水準(zhǔn)儀分為：氣泡式的精密水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平的精密水氣泡式的精密水準(zhǔn)儀、自動(dòng)安平的精密水準(zhǔn)儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀。準(zhǔn)儀、數(shù)字水準(zhǔn)儀。國(guó)產(chǎn)水準(zhǔn)儀系列國(guó)產(chǎn)水準(zhǔn)儀系列：等。等。水準(zhǔn)儀精度指標(biāo)是指水準(zhǔn)儀精度指標(biāo)是指：儀器所能達(dá)到的每千米往返測(cè)高差中：儀器所能達(dá)到的每千米往返測(cè)高差中數(shù)中誤差。即數(shù)中誤差。即上式中：上式中：為測(cè)段往返高差之差，單位為測(cè)段往返高差之差，單位mm；R為測(cè)段長(zhǎng)，單位為測(cè)段長(zhǎng)，單位km；n為為測(cè)段數(shù)。測(cè)段數(shù)。國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)DS05DS05、DS01DS01精密水

11、準(zhǔn)儀；精密水準(zhǔn)儀；國(guó)內(nèi)引進(jìn)的精密水準(zhǔn)儀如：蔡司國(guó)內(nèi)引進(jìn)的精密水準(zhǔn)儀如：蔡司Ni002Ni002、Ni002ANi002A、Ni004Ni004；瑞士威特廠；瑞士威特廠 N3N3水準(zhǔn)儀等等。水準(zhǔn)儀等等。引進(jìn)的數(shù)字水準(zhǔn)儀如：引進(jìn)的數(shù)字水準(zhǔn)儀如：日本拓普康：日本拓普康：DL-101DL-101數(shù)字水準(zhǔn)儀；數(shù)字水準(zhǔn)儀；瑞士徠卡：瑞士徠卡：NA3000NA3000數(shù)字水準(zhǔn)儀；數(shù)字水準(zhǔn)儀；德國(guó)蔡司：德國(guó)蔡司：DiNi10DiNi10數(shù)字水準(zhǔn)儀等等。數(shù)字水準(zhǔn)儀等等。p數(shù)字水準(zhǔn)儀特點(diǎn)：數(shù)字水準(zhǔn)儀特點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)觀測(cè)和記錄；立即數(shù)字顯示測(cè)量結(jié)操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)觀測(cè)和記錄；立即數(shù)字顯示測(cè)量結(jié)果；果；速度快，減少觀

12、測(cè)錯(cuò)誤和誤差；速度快，減少觀測(cè)錯(cuò)誤和誤差；帶有數(shù)據(jù)處理器及其軟件，從而可將觀測(cè)結(jié)果輸入帶有數(shù)據(jù)處理器及其軟件，從而可將觀測(cè)結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理。計(jì)算機(jī)進(jìn)行后處理。精密水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：精密水準(zhǔn)儀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：高質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)；高質(zhì)量的望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng)；堅(jiān)固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu)；堅(jiān)固穩(wěn)定的儀器結(jié)構(gòu)；高精度的高精度的測(cè)微器測(cè)微器裝置；裝置；高靈敏度的管水準(zhǔn)器；高靈敏度的管水準(zhǔn)器；高性能的補(bǔ)償裝置。高性能的補(bǔ)償裝置。精密水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡內(nèi)視場(chǎng)與普通水準(zhǔn)儀視場(chǎng)不同。精密水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡內(nèi)視場(chǎng)與普通水準(zhǔn)儀視場(chǎng)不同。與精密水準(zhǔn)儀配套的水準(zhǔn)尺與精密水準(zhǔn)儀配套的水準(zhǔn)尺-銦瓦合金水準(zhǔn)尺銦瓦合金水準(zhǔn)尺；條形碼水準(zhǔn)尺條形碼水準(zhǔn)

13、尺。條形碼水準(zhǔn)尺，如圖條形碼水準(zhǔn)尺，如圖4-424-42（c c）2 2、精密水準(zhǔn)尺、精密水準(zhǔn)尺銦瓦合金水準(zhǔn)尺：銦瓦合金水準(zhǔn)尺：是在木是在木質(zhì)尺身的槽內(nèi)，裝有一根質(zhì)尺身的槽內(nèi)，裝有一根因瓦合金帶，帶上標(biāo)有刻因瓦合金帶，帶上標(biāo)有刻畫(huà)，數(shù)字注記在木尺上。畫(huà)，數(shù)字注記在木尺上。p精密水準(zhǔn)尺構(gòu)造特點(diǎn)：精密水準(zhǔn)尺構(gòu)造特點(diǎn)：當(dāng)空氣的溫度和濕度發(fā)生變化時(shí)，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃間的長(zhǎng)度必當(dāng)空氣的溫度和濕度發(fā)生變化時(shí)，水準(zhǔn)標(biāo)尺分劃間的長(zhǎng)度必須保持穩(wěn)定；須保持穩(wěn)定；水準(zhǔn)標(biāo)尺的分劃必須十分正確與精密，分劃的偶然誤差和系水準(zhǔn)標(biāo)尺的分劃必須十分正確與精密，分劃的偶然誤差和系統(tǒng)誤差都應(yīng)很??；統(tǒng)誤差都應(yīng)很??；水準(zhǔn)標(biāo)尺在構(gòu)造上應(yīng)保證

14、全長(zhǎng)筆直，并且尺身不易發(fā)生長(zhǎng)度水準(zhǔn)標(biāo)尺在構(gòu)造上應(yīng)保證全長(zhǎng)筆直，并且尺身不易發(fā)生長(zhǎng)度和彎扭等變形和彎扭等變形 ；在精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的尺身上應(yīng)附有圓水準(zhǔn)器裝置，作業(yè)時(shí)扶在精密水準(zhǔn)標(biāo)尺的尺身上應(yīng)附有圓水準(zhǔn)器裝置，作業(yè)時(shí)扶尺者借以使水準(zhǔn)標(biāo)尺保持在垂直位置。尺者借以使水準(zhǔn)標(biāo)尺保持在垂直位置。10mm10mm分劃的精密水準(zhǔn)尺如圖分劃的精密水準(zhǔn)尺如圖(a)(a)兩排分劃，右邊注記為兩排分劃，右邊注記為0 0300cm300cm，稱為，稱為基本分劃；左邊注記為基本分劃；左邊注記為300300600cm600cm，稱為，稱為輔助分劃?；痉謩澟c輔助分劃相差一個(gè)輔助分劃。基本分劃與輔助分劃相差一個(gè)常數(shù)常數(shù)301.55

15、cm301.55cm，稱為基輔差，又稱尺常數(shù)。，稱為基輔差，又稱尺常數(shù)。5mm5mm分劃的精密水準(zhǔn)尺如圖分劃的精密水準(zhǔn)尺如圖(b)(b)兩排分劃，錯(cuò)開(kāi)兩排分劃，錯(cuò)開(kāi)5mm5mm。左邊是單數(shù)分劃，。左邊是單數(shù)分劃，右邊是雙數(shù)分劃，左邊注記是米數(shù)，右邊右邊是雙數(shù)分劃，左邊注記是米數(shù)，右邊注記是分米數(shù)。分劃注記恒比實(shí)際數(shù)值大注記是分米數(shù)。分劃注記恒比實(shí)際數(shù)值大了一倍，了一倍，讀數(shù)應(yīng)除以讀數(shù)應(yīng)除以2 2才為實(shí)際的高度才為實(shí)際的高度！精密水準(zhǔn)儀光學(xué)測(cè)微器精密水準(zhǔn)儀光學(xué)測(cè)微器讀數(shù)：讀數(shù)：148.761cmcmmm 精密水準(zhǔn)儀操作與普通水準(zhǔn)儀基本相同，只是照準(zhǔn)和精密水準(zhǔn)儀操作與普通水準(zhǔn)儀基本相同，只是照準(zhǔn)和讀數(shù)有所不同。讀數(shù)有所不同。精密水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡內(nèi)視場(chǎng)與普通水準(zhǔn)儀視場(chǎng)不同。精密水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡內(nèi)視場(chǎng)與普通水準(zhǔn)儀視場(chǎng)不同。讀數(shù)：讀數(shù)：148.653cm讀數(shù)：讀數(shù)：198.145cm中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院