武汉大学数字测图原理与方法全套课件第五章.ppt

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1、5.1 角度测量原理角度测量原理5.2 经纬仪经纬仪5.3 角度观测方法角度观测方法5.4 水平角观测的误差和水平角观测的误差和精度精度5.5 经纬仪的检验和校正经纬仪的检验和校正5.6 距离测量距离测量5.7 光电测距误差分析光电测距误差分析5.8 光电测距仪的检验光电测距仪的检验5.9 全站仪和自动全站仪全站仪和自动全站仪5.10 三角高程测量三角高程测量第五章第五章 角度、距离测量与全站仪角度、距离测量与全站仪 Angle Measurement,Distance Measurement and Total Station 5.1 Principles of Angle measurem

2、ent5.2 Theodolite5.3 Methods of determining Angles5.4 Errors sources and precision in determining horizontal angles5.5 Test and adjustment of the theodolite5.6 Distance measurement5.7 Error analysis of electro-optical distance measurement5.8 Test of electro-optical distance measuring instruments5.9

3、Total station and automatic total station system5.10 Trigonometric leveling5.1 角度测量原理角度测量原理Principles of Angle measurement图图5-1 水平角测量原理水平角测量原理 角角度度测测量量是是确确定定地地面面点点位位的的基基本本测测量量工工作作之之一一，包包括括水水平平角角测测量量和和竖直角测量，用于角度测量的仪器是经纬仪。竖直角测量，用于角度测量的仪器是经纬仪。一、一、水平角测量原理水平角测量原理 所所谓谓水水平平角角，就就是是相相交交的的两两直直线线之之间间的的夹夹角角在在水水

4、平平面面上上的的投投影影，角角值值0360。例例如如在在图图5-l中中，角角AOC为为直直线线 OA与与OC之之间间的的夹夹角角，测测量量中中所所要要观观测测的的水水平平角角是是AOC角角在在水水平平面面上上的的投投影，即影，即 ，而不是斜面上的，而不是斜面上的 。由由图图可可以以看看出出，就就是是通通过过OA与与OC的的两两竖竖面面所所形形成成的的两两面面角角。此此两两面面角角在在两两竖竖面面交交线线上上任任意意一一点点可可进进行行量量测测。设设想想在在竖竖线线 上上的的O点点放放置置一一个个按按顺顺时时针针注注记记的的全全圆圆量量角角器器(称称为为度度盘盘)，使使其其中中心心正正好好在在

5、竖竖线线上上，并并成成水水平平位位置置。从从OA竖竖面面与与度度盘盘的的交交线线得得一一读读数数a，再再从从OC竖竖面面与度盘的交线得另一读数与度盘的交线得另一读数b，则圆心角则圆心角 ，这个这个 就是水平角就是水平角 的值。的值。二、二、竖直角测量原理竖直角测量原理 竖竖直直角角是是同同一一竖竖直直面面内内目目标标方方向向与与一一特特定定方方向向之之间间的的夹夹角角。目目标标方方向向与与水水平平方方向向间间的的夹夹角角称称为为高高度度角角，又又称称为为竖竖角角，一一般般用用 表表示示。视视线线上上倾倾所所构构成成的的仰仰角角为为正正，视视线线下下倾倾所所构构成成的的俯俯角角为为负负，角角值值

6、都都是是由由090。另另一一种种是是目目标标方方向向与与天天顶顶方方向向(即即铅铅垂垂线线的的反反方方向向)所所构构成成的的角角，称称为为天天顶顶距距，一一般般用用Z表表示示，天天顶顶距距的的大大小小从从0180，没有负值，见图没有负值，见图5-2。图图5-2 竖直角测量原理竖直角测量原理 根根据据竖竖直直角角的的基基本本概概念念，测测定定竖竖直直角角必必然然也也与与观观测测水水平平角角一一样样，其其角角值值也也是是度度盘盘上上两两个个方方向向读读数数之之差差。所所不不同同的的是是两两方方向向中中必必须须有有一一个个是是水水平平方方向向。不不过过任任何何注注记记形形式式的的竖竖直直度度盘盘(简

7、简称称竖竖盘盘)，当当视视线线水水平平时时，其其竖竖盘盘读读数数应应为为定定值值，正正常常状状态态时时应应是是90的的整整倍倍数数。所所以以在在测测定定竖竖直直角角时时只只需需对对视视线线指指向向的的目目标标点点读读取取竖竖盘盘读读数数，即可计算出竖直角。即可计算出竖直角。图图5-3 经纬仪基本结构经纬仪基本结构 5.2 经纬仪经纬仪Theodolite一、一、经纬仪的基本构造及分类经纬仪的基本构造及分类 经经纬纬仪仪基基本本构构造造，如如图图5-3所所示。示。望望远远镜镜与与竖竖盘盘固固连连，安安装装在在仪仪器器的的支支架架上上，这这一一部部分分称称为为仪仪器器的的照照准准部部，属属于于仪仪

8、器器的的上上部部。望望远远镜镜连连同同竖竖盘盘可可绕绕横横轴轴在在垂垂直直面面内内作作转转动动，望望远远镜镜的的视视准准轴轴应应与与横横轴轴正正交交，横横轴轴应应通通过过竖竖盘盘的的刻刻划划中中心心。照照准准部部的的竖竖轴轴(照照准准部部旋旋转转轴轴)插插入入仪仪器器基基座座的的轴轴套套内内(图图5-3)，照照准准部部可可作作水平旋转。水平旋转。照照准准部部水水准准器器的的水水准准轴轴与与竖竖轴轴正正交交，与与横横轴轴平平行行，当当水水准准气气泡泡居居中中时时，仪仪器器的的竖竖轴轴应应在在铅铅垂垂线线方方向向，此此时时仪仪器器处处在在整整平平状态。状态。水水平平度度盘盘安安置置在在水水平平度度

9、盘盘轴轴套套外外围围，水水平平度度盘盘不不与与照照准准部部旋旋转转轴轴接接触触。水水平平度度盘盘平平面面应应与与竖竖轴轴正正交交，竖竖轴轴应应通通过过水水平平度度盘的刻划中心。盘的刻划中心。水水平平度度盘盘的的读读数数设设备备安安置置在在仪仪器器的的照照准准部部上上，当当望望远远镜镜旋旋转转照照准准目目标标时时，视视准准轴轴由由一一目目标标转转到到另另一一目目标标，这这时时读读数数指指标标所指示的水平度盘数值的变化就是两目标间的水平角值。所指示的水平度盘数值的变化就是两目标间的水平角值。经经纬纬仪仪依依据据度度盘盘刻刻度度和和读读数数方方式式不不同同，分分为为游游标标经经纬纬仪仪、光光学学经经

10、纬纬仪仪及及电电子子经经纬纬仪仪。目目前前主主要要使使用用电电子子经经纬纬仪仪，光光学学经经纬仪已较少使用，而游标经纬仪早已淘汰。纬仪已较少使用，而游标经纬仪早已淘汰。我我国国大大地地测测量量仪仪器器的的总总代代号号为为汉汉语语拼拼音音字字母母“D”，经经纬纬仪仪代代号号为为“J”。经经纬纬仪仪的的类类型型很很多多，我我国国经经纬纬仪仪系系列列是是按按野野外外“一一测测回回方方向向观观测测中中误误差差”这这一一精精度度指指标标划划分分为为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJl5五五个个等等级级。例例如如“DJ6”表表示示经经纬纬仪仪野外野外“一测回方向观测中误差一测回方向观测中误差”为，简写

11、为为，简写为“J6”。二二、光学经纬仪、光学经纬仪 光光学学经经纬纬仪仪是是采采用用光光学学度度盘盘，借借助助光光学学放放大大和和光光学学测测微微器器读读数数的的一一种种经经纬纬仪仪。图图5-4是是北北京京光光学学仪仪器器厂厂生生产产的的J6级级光光学学经经纬纬仪仪。图图5-5是是苏苏州州第第一一光光学学仪仪器器厂厂生生产产的的J2光光学学经经纬纬仪仪。图图5-6是是原原瑞瑞士士威威特特厂厂生生产产的的T3光光学学经经纬纬仪仪，它它的的一一测回方向观测中误差为测回方向观测中误差为0.7秒。秒。1、光学经纬仪的主要部件、光学经纬仪的主要部件 (1)望望远远镜镜 测测量量望望远远镜镜是是用用于于精

12、精确确瞄瞄准准远远处处测测量量目目标标，与与水水准准仪仪上上的的望望远远镜镜一一样样，经经纬纬仪仪上上的的望望远远镜镜也也是是由由物物镜镜、调焦透镜、十字丝分划板和目镜等组成。调焦透镜、十字丝分划板和目镜等组成。(2)水水准准器器 同同水水准准仪仪一一样样，水水准准器器有有管管状状水水准准器器(又又称称水准管水准管)和圆水准器。和圆水准器。(3)水水平平度度盘盘和和竖竖直直度度盘盘 光光学学经经纬纬仪仪的的水水平平度度盘盘和和竖竖直直度度盘盘用用玻玻璃璃制制成成，在在度度盘盘平平面面的的圆圆周周边边缘缘刻刻有有等等间间隔隔的的分分划划线线，两两相相邻邻分分划划线线间间距距所所对对的的圆圆心心角

13、角称称为为度度盘盘的的格格值值，又又称称度度盘盘的的最最小小分分格格值值。一一般般J6光光学学经经纬纬仪仪的的度度盘盘格格值值为为1，J2光光学学经经纬纬仪仪的的度度盘盘格格值值为为20，精精密密光光学学经经纬纬仪仪度度盘盘格格值值更更小小。不足一个分格值的角值采用光学测微器测定。不足一个分格值的角值采用光学测微器测定。图图5-4 J6光学经纬仪光学经纬仪1、望望远远镜镜制制动动螺螺旋旋；2、望望远远镜镜微微动动螺螺旋旋；3、物物镜镜；4、物物镜镜调调焦焦螺螺旋旋；5、目目镜镜；6、目目镜镜调调焦焦螺螺旋旋；7、光光学学瞄瞄准准器器；8、度度盘盘读读数数显显微微镜镜；9、度度盘盘读读数数显显微

14、微镜镜调调焦焦螺螺旋旋；10、照照准准部部管管水水准准器器；11、光光学学对对中中器器；12、度度盘盘照照明明反反光光镜镜；13、竖竖盘盘指指标标管管水水准准器器；14、竖竖盘盘指指标标管管水水准准器器观观察察反反射射镜镜；15、竖竖盘盘指指标标管管水水准准器器微微动动螺螺旋旋；16、水水平平方方向向制制动动螺螺旋旋；17、水水平平方方向向微微动动螺螺旋旋；18、水水平平度度盘盘变变换换螺螺旋旋与与保保护卡；护卡；19、基座圆水准器；、基座圆水准器；20、基座；、基座；21、轴套固定螺旋；、轴套固定螺旋；22、脚螺旋、脚螺旋 图图5-7为为J6光光学学经经纬纬仪仪竖竖盘盘构构造造的的示示意意图

15、图，图图中中，竖竖盘盘固固定定在在横横轴轴的的一一端端，当当望望远远镜镜转转动动时时，随随望望远远镜镜在在竖竖直直面面内内一一起起转转动动。在在竖竖盘盘上上进进行行读读数数的的指指标标是是在在读读数数窗窗上上。竖竖盘盘指指标标水水准准管管与与竖竖盘盘转转向向棱棱镜镜、竖竖盘盘照照明明棱棱镜镜、显显微微物物镜镜组组固固定定在在微微动动架架上上。竖竖盘盘分分划划的的影影像像，通通过过竖竖盘盘光光路路成成像像在在读读数数窗窗上上。望望远远镜镜转转动动时时(竖竖盘盘随随着着转转动动)，传传递递竖竖盘盘分分划划的的光光路路位位置置并并不不改改变变，所所以以可可在在读读数数窗窗内内进进行行读读数数。但但是

16、是，若若转转动动竖竖盘盘指指标标水水准准管管微微动动螺螺旋旋，可可使使光光路路产产生生变变化化，从从而而使使呈呈像像在在读读数数窗窗上上的的竖竖盘盘部部位位发发生生变变化化，即即读读数数发发生生变变化化。在在正正常常情情况况下下，当当竖竖盘盘指指标标水水准准管管气气泡泡居居中中时时，竖竖盘盘指指标标就就处处于于正正确确位位置置。所所以以每每次次竖竖盘盘读读数数前前，均均应先调节竖盘指标水准管使气泡居中。应先调节竖盘指标水准管使气泡居中。图图5-7 竖盘的构造竖盘的构造1、竖竖直直度度盘盘；2、竖竖盘盘指指标标管管水水准准器器反反射射镜镜；3、竖竖盘盘指指标标管管水水准准器器；4、竖竖盘盘指指标

17、标管管水水准准器器校校正正螺螺丝丝；5、望望远远镜镜视视准准轴轴；6、竖竖盘盘指指标标管管水水准准器器支支架架；7、横横轴轴；8、竖竖盘盘指指标标管管水水准准器微动螺旋器微动螺旋 竖竖盘盘注注记记形形式式较较多多，目目前前常常见见的的注注记记形形式式为为全全圆圆注注记记，注注记记方方向向有有顺顺时时针针与与逆逆时时针针两两类类，图图5-8和和图图5-9为为比比较较多多见见的的两两种种注注记记形形式式。当当视视线线水水平平，竖竖盘盘指指标标水水准准管管气气泡泡居居中中时时，盘盘左左位位置置竖竖盘盘指指标标正正确确读读数数分分别别为为0(图图5-8(a)和和90(图图5-9(a)。图图5-8 竖盘

18、注记（逆时针方向）竖盘注记（逆时针方向）图图5-9 竖盘注记（顺时针方向）竖盘注记（顺时针方向）2、读数设备读数设备 水水平平度度盘盘分分划划和和竖竖直直度度盘盘分分划划经经读读数数光光学学系系统统，成成像像在在读读数数显显微微镜镜中中，图图5-10是是我我国国统统一一设设计计的的J6光光学学经经纬纬仪仪的的读读数数系统光路图。系统光路图。通常用于光学经纬仪的读数设备和读数方法有：通常用于光学经纬仪的读数设备和读数方法有：(1)分分微微尺尺读读数数装装置置(2)双双平平板板玻玻璃璃光光学学测测微微器器（3）移移动动光楔测微器光楔测微器 很很多多J6光光学学经经纬纬仪仪都都采采用用分分微微尺尺读

19、读数数装装置置。它它是是在在显显微微镜镜读读数数窗窗与与场场镜镜上上设设置置一一个个带带有有分分微微尺尺的的分分划划板板，度度盘盘上上的的分分划划线线经经显显微微镜镜物物镜镜放放大大后后成成像像于于分分微微尺尺之之上上。分分微微尺尺分分划划间间的的长长度度等等于于度度盘盘的的一一格格，即即1的的宽宽度度。图图5-11是是读读数数显显微微镜镜内内所所见见到到的的度度盘盘和和分分微微尺尺的的影影像像，上上面面注注有有“水水平平”(或或H)的的窗窗口口为为水水平平度度盘盘读读数数窗窗，下下面面注注有有“竖竖直直”(或或V)的的窗窗口口为为竖竖盘盘读读数数窗窗。其其中中长长线线和和大大号号数数字字是是

20、度度盘盘上上的的分分划划线线及及其其注注记记，短短线线和和小小号号数数字字为为分分微微尺尺的的分分划划线线及及其其注注记记。每每个个读读数数窗窗内内的的分分微微尺尺分分成成60小小格格，每每小小格格代代表表1，每每10小小格格注注有有数数字字，表表示示10的的倍倍数数，因因此此在在分分微微尺尺上上可可直直接接读读到到1，估估读读到到0.1，即即6”。这这里里需需要要注注意意的的是是分分微微尺尺上上的的0分分划划线线是是指指标标线线，它它所所指指度度盘盘上的位置就是应该读数的地方。上的位置就是应该读数的地方。三、三、电子经纬仪电子经纬仪 随随着着光光电电技技术术、计计算算机机技技术术的的发发展展

21、，20世世纪纪60年年代代出出现现了了电电子子经经纬纬仪仪。电电子子经经纬纬仪仪的的轴轴系系、望望远远镜镜和和制制动动、微微动动构构件件与与光光学学经经纬纬仪仪类类似似，它它与与光光学学经经纬纬仪仪的的根根本本区区别别在在于于用用微微处处理理机机控控制制的的电电子子测测角角系系统统代代替替光光学学读读数数系系统统，能能自动显示测量数据。自动显示测量数据。5.3 角度观测方法角度观测方法Methods of determining Angles 一一、经纬仪的安置经纬仪的安置 经经纬纬仪仪安安置置包包括括对对中中和和整整平平。对对中中的的目目的的是是使使仪仪器器的的水水平平度度盘盘中中心心与与测

22、测站站点点标标志志中中心心在在同同一一铅铅垂垂线线上上；整整平平的的目目的的是是使使仪仪器器的的竖竖轴轴竖竖直直，并并使使水水平平度度盘盘居居于于水水平平位位置置。安安置置经经纬纬仪仪可使用垂球或光学对中器进行对中。可使用垂球或光学对中器进行对中。安安置置好好经经纬纬仪仪后后，即即可可开开始始观观测测。角角度度测测量量时时照照准准的的目目标标通通常常是是竖竖立立在在目目标标点点上上的的测测钎钎、花花杆杆、觇觇牌牌等等。照照准准目目标标要要注注意意消消除除视视差差，水水平平角角观观测测时时应应尽尽可可能能瞄瞄准准目目标标的的下下部部，见见图图5-21。使使用用光光学学经经纬纬仪仪测测角角应应按按

23、前前述述的的光光学学经经纬纬仪仪读读数数方方法读数法读数。图图5-21 瞄准目标瞄准目标 二、二、水平角观测水平角观测 在在角角度度观观测测中中，为为了了消消除除仪仪器器的的某某些些误误差差，需需要要用用盘盘左左和和盘盘右右两两个个位位置置进进行行观观测测。盘盘左左又又称称正正镜镜，就就是是观观测测者者对对着着望望远远镜镜的的目目镜镜时时，竖竖盘盘在在望望远远镜镜的的左左边边；盘盘右右又又称称倒倒镜镜，是是指指观观测测者者对对着着望望远远镜镜的的目目镜镜时时，竖竖盘盘在在望望远远镜镜的的右右边边。常常用用的的水水平平角角观观测测方方法法有有测测回回法法和和方方向向观观测测法法两两种种。测测回回

24、法法仅仅适适用用于于观观测测两两个个方方向向形形成成的的单单角角，一一个个测测站站上上需需要要观观测测的的方方向向数数在在2个个以以上上时时，要要用用方方向向观观测测法法观观测测水水平平方方向值。向值。1、测回法、测回法2、方向观测法、方向观测法三、竖直角观测三、竖直角观测 在三角高程测量和斜距化为平距的计算中，都用到竖直角。在三角高程测量和斜距化为平距的计算中，都用到竖直角。1竖角（高度角）的计算竖角（高度角）的计算 竖竖盘盘注注记记形形式式有有顺顺时时针针方方向向和和逆逆时时针针方方向向两两种种。注注记记形形式式不不同同，由由竖竖盘盘读数计算竖角的公式也不同，但其基本原理是一样的。读数计算

25、竖角的公式也不同，但其基本原理是一样的。竖竖角角是是在在同同一一竖竖直直面面内内目目标标方方向向与与水水平平方方向向间间的的夹夹角角。所所以以要要测测定定竖竖角角，必必然然与与观观测测水水平平角角一一样样也也是是两两个个方方向向读读数数之之差差。不不过过任任何何注注记记形形式式的的竖竖盘盘，当当视视线线水水平平时时，不不论论是是盘盘左左还还是是盘盘右右，其其读读数数是是个个定定值值，正正常常状状态态应应该该是是90倍数。所以测定竖角时只需对视线指向的目标进行读数。倍数。所以测定竖角时只需对视线指向的目标进行读数。计计算算竖竖角角的的公公式式无无非非是是两两个个方方向向读读数数之之差差，问问题题

26、是是哪哪个个读读数数减减哪哪个个读读数数以及视线水平时的读数为多少。以及视线水平时的读数为多少。以以仰仰角角为为例例，只只需需先先将将望望远远镜镜放放在在大大致致水水平平位位置置观观察察竖竖盘盘读读数数，然然后后使使望远镜逐渐上倾，观察读数是增加还是减少，就可得出竖角计算的一般公式：望远镜逐渐上倾，观察读数是增加还是减少，就可得出竖角计算的一般公式：(1)当当望望远远镜镜视视线线上上倾倾，竖竖盘盘读读数数增增加加，则则竖竖角角瞄瞄准准目目标标时时竖竖盘盘读读数数-视线水平时竖盘读数；视线水平时竖盘读数；(2)当当望望远远镜镜视视线线上上倾倾，竖竖盘盘读读数数减减少少，则则竖竖角角视视线线水水平

27、平时时竖竖盘盘读读数数-瞄准目标时竖盘读数。瞄准目标时竖盘读数。以以常常用用J6光光学学经经纬纬仪仪的的竖竖盘盘注注记记（顺顺时时针针方方向向）形形式式为为例例，由由图图5-24可可知知盘盘左左、盘盘右右视视线线水水平平时时竖竖盘盘读读数数，当当望望远远镜镜视视线线上上倾倾，盘盘左左时时读读数数L减减少少；盘盘右右时时读读数数R增增加加，见见图图5-24。根根据据上上述述一一般般公公式式可可得得到到这这种种竖竖盘盘的的竖竖角角计计算算公式为公式为5-8和和5-9。2、竖盘指标差竖盘指标差 在在推推导导竖竖角角计计算算公公式式时时，认认为为当当视视线线水水平平且且竖竖盘盘指指标标水水准准管管气气

28、泡泡居居中中时时，其其读读数数是是 的的整整倍倍数数。但但实实际际上上这这个个条条件件有有时时是是不不满满足足的的。这这是是由由于于竖竖盘盘指指标标偏偏离离了了正正确确位位置置，使使视视线线水水平平时时的的竖竖盘盘读读数数大大了了或或小小了了一一个个数数值值，称称这这个个偏偏离值为竖盘指标差。离值为竖盘指标差。当当指指标标偏偏移移方方向向与与竖竖盘盘注注记记方方向向一一致致时时，则则使使读读数数增增大大一一个个值值，取取正正号号；反反之之，指指标标偏偏移移方方向向与与竖竖盘盘注注记记方方向向相反时，则使读数减小一个值，取负号。相反时，则使读数减小一个值，取负号。用用盘盘左左、盘盘右右观观测测取

29、取平平均均值值计计算算竖竖角角 ，其其角角值值不不受受竖竖盘指标差的影响。盘指标差的影响。3、竖角观测方法、竖角观测方法 竖竖角角观观测测是是用用十十字字丝丝横横丝丝横横切切目目标标于于某某一一位位置置，竖角观测方法有两种：中丝法和三丝法。竖角观测方法有两种：中丝法和三丝法。中丝法中丝法 测测竖竖角角时时仅仅用用十十字字丝丝的的中中丝丝照照准准目目标标。观观测测步步骤骤如如下：下：在测站上安置仪器，对中、整平。在测站上安置仪器，对中、整平。盘盘左左位位置置瞄瞄准准目目标标，使使十十字字丝丝的的中中丝丝切切目目标标于于某某一一位位置置(如如为为标标尺尺，则则读读出出中中丝丝在在尺尺上上的的读读数

30、数；若若照照准准的的是是觇觇标标上上某某个个位位置置，则则应应量量取取该该中中丝丝所所截截位位置置至至地地面点的高度，这就是目标高。面点的高度，这就是目标高。)。转转动动竖竖盘盘指指标标水水准准管管微微动动螺螺旋旋，使使竖竖盘盘指指标标水水准准管气泡居中。读取竖盘读数管气泡居中。读取竖盘读数L。盘盘右右位位置置照照准准目目标标同同一一部部位位，步步骤骤同同、，读读取竖盘读数取竖盘读数R。在在水水平平角角观观测测中中有有各各种种各各样样的的误误差差来来源源，这这些些不不同同来来源源的误差对水平角的观测精度又有着不同的影响。的误差对水平角的观测精度又有着不同的影响。一、水平角观测的误差一、水平角观

31、测的误差 1、仪仪器器误误差差：(1)水水平平度度盘盘偏偏心心差差(2)视视准准轴轴误误差差(3)横轴倾斜误差横轴倾斜误差(4)竖轴倾斜误差竖轴倾斜误差 2、仪器对中误差、仪器对中误差 3、目标偏心误差、目标偏心误差 4、照准误差与读数误差、照准误差与读数误差 5、外界条件的影响、外界条件的影响5.4 水平角观测的误差和精度水平角观测的误差和精度Errors sources and precision in determining horizontal angles二、二、水平角观测的精度水平角观测的精度 对对于于水水平平角角观观测测的的精精度度，通通常常以以某某级级经经纬纬仪仪的的标标称称精

32、精度度作作为为基基础础，应应用用误误差差传传播播定定律律进进行行分分析析，求求得得必必要要的的数数据据，再再结结合合由由大大量量实实测测资资料料经经统统计计分分析析求求得得的的数数据据，考考虑虑系统误差的影响来确定。系统误差的影响来确定。5.5 经纬仪的检验和校正经纬仪的检验和校正Test and adjustment of the theodolite经纬仪主要轴线间应满足的条件经纬仪主要轴线间应满足的条件 照准部水准管轴应垂直于竖轴；照准部水准管轴应垂直于竖轴；视准轴应垂直于横轴；视准轴应垂直于横轴；横轴应垂直于竖轴；横轴应垂直于竖轴；观观测测水水平平角角时时，若若用用十十字字丝丝交交点点

33、去去瞄瞄准准目目标标不不很很方方便便，通通常常是是用用竖竖丝丝去去瞄瞄准准目目标标，从从而而这这又又要要求求竖竖丝丝应应垂垂直于横轴；直于横轴；当当经经纬纬仪仪作作竖竖角角观观测测时时，还还必必须须满足竖盘指标差在限差范围内。满足竖盘指标差在限差范围内。5.6 距离测量距离测量 Distance measurement 地地面面上上两两点点间间的的距距离离是是指指这这两两点点沿沿铅铅垂垂线线方方向向在在大大地地水水准准面面上上投投影影点点间间的的弧弧长长。在在测测区区面面积积不不大大的的情情况况下下，可可用用水水平平面面代代替替水水准准面面。两两点点间间连连线线投投影影在在水水平平面面上上的的

34、长长度度称称为为水水平平距距离离。不不在在同同一一水水平平面面上上的的两两点点间间连连线线的的长长度度称称为两点间的倾斜距离。为两点间的倾斜距离。测测量量地地面面两两点点间间的的水水平平距距离离是是确确定定地地面面点点位位的的基基本本测测量量工工作作之之一一。距距离离测测量量的的方方法法有有多多种种，常常用用的的距距离离测测量量方方法法有有：钢钢尺尺量量距距、视视距距测测量量、光光电电测测距距。可可根根据据不不同同的的测测距精度要求和作业条件（仪器、地形）选用测距方法。距精度要求和作业条件（仪器、地形）选用测距方法。一、钢尺量距一、钢尺量距 1、钢尺尺长方程式、钢尺尺长方程式 钢钢尺尺表表面面

35、标标注注的的长长度度称称为为名名义义长长度度。钢钢尺尺的的实实际际长长度度通通常常不不等等于于其其名名义义长长度度，且且不不是是一一个个固固定定值值，而而是是随随丈丈量量时时的的拉力和温度的变化而异。拉力和温度的变化而异。钢钢尺尺受受到到不不同同的的拉拉力力，其其尺尺长长会会有有微微小小的的变变化化，故故在在进进行行精精密密量量距距或或钢钢尺尺检检定定时时，施施加加规规定定的的拉拉力力，如如钢钢尺尺用用拉拉力力。钢钢尺尺长长度度随随温温度度变变化化而而变变化化，因因此此，在在一一定定拉拉力力下下，可可用用以以温温度度为为自自变变量量的的函函数数来来表表示示在在某某一一温温度度时时钢钢尺尺的的实

36、实际际长长度度，该函数式称作尺长方程式。该函数式称作尺长方程式。2、钢尺量距、钢尺量距 钢钢尺尺丈丈量量工工作作一一般般需需要要三三人人，分分别别担担任任前前司司尺尺员员、后后司司尺尺员员和和记记录录员。丈量方法因地形而有所不同。员。丈量方法因地形而有所不同。（1）平坦地面量距）平坦地面量距 丈丈量量时时后后司司尺尺员员持持钢钢尺尺零零点点端端，前前司司尺尺员员持持钢钢尺尺末末端端，通通常常在在土土质质地地面面上上用用测测钎钎标标示示尺尺段段端端点点位位置置。丈丈量量时时尽尽量量用用整整尺尺段段，一一般般仅仅末末端端用用零尺段丈量。零尺段丈量。为为了了防防止止错错误误和和提提高高丈丈量量结结果

37、果的的精精度度，需需进进行行往往、返返丈丈量量。一一般般用用相相对对误误差差来来表表示示成成果果的的精精度度。计计算算相相对对误误差差时时，往往返返测测差差数数取取绝绝对对值值，分分母母取取往往返返测测的的平平均均值值，并并化化为为分分子子为为1的的分分数数形形式式。当当量量距距相相对对误误差差没没有超过规范要求时，取往返丈量结果的平均值作为两点间的水平距离。有超过规范要求时，取往返丈量结果的平均值作为两点间的水平距离。（2）倾斜地面量距）倾斜地面量距 若若地地面面起起伏伏不不大大，可可将将钢钢尺尺一一端端抬抬高高，目目估估使使尺尺面面水水平平，按按平平坦坦地地面面量量距距方方法法进进行行。若

38、若地地面面坡坡度度较较大大，可可将将一一整整尺尺段段距距离离分分段段丈丈量量，其其一一端端用用垂垂球球对对中中。当当倾倾斜斜地地面面的的坡坡度度均均匀匀，大大致致成成一一倾倾斜斜面面时时，可可以以沿沿斜斜坡丈量的斜距，加日入高差改正后得到水平距离。坡丈量的斜距，加日入高差改正后得到水平距离。3、距离丈量的成果整理、距离丈量的成果整理 对对某某一一段段距距离离丈丈量量的的结结果果，须须按按规规范范要要求求进进行行尺尺长长改改正正，温温度度改改正正和和倾倾斜斜改改正正，才才能能得得到到实实际际的的水水平平距距离离。丈丈量量距距离离，通通常常总总是是分分段段较较多多，每每段段长长不不一一定定是是整整

39、尺尺段段，且且每每段段的的地地面面倾倾斜斜也也不不相相同同，所所以以一一般般需需要要分分段段改改正正。如如果果地地面面坡坡度度基基本本一一致致，则则尺尺长长、温温差差和和倾倾斜斜三三项项改改正正也也可可按按整条边的距离进行改正。整条边的距离进行改正。将将改改正正后后的的各各段段水水平平距距离离相相加加，即即得得丈丈量量距距离离的的全全长长。若若往往、返返测测距离差数的相对误差在限差内，则取往、返测距离平均值作为最后成果。距离差数的相对误差在限差内，则取往、返测距离平均值作为最后成果。4、钢尺量距的误差来源及减弱措施、钢尺量距的误差来源及减弱措施 往往返返丈丈量量一一段段距距离离，其其结结果果不

40、不等等，揭揭示示了了量量距距有有误误差差存存在在。量量距距误误差差发发生生在在量量距距全全过过程程，受受环环境境、工工具具、量量测测者者技技术术熟熟练练程程度度等等诸诸多多因因素素的的影影响响。分分析析其其来来源源并并寻寻找找减减弱弱措措施施，以以期期达达到到提提高高量量距距精精度度的的目的目的。（1）定定线线误误差差及及其其影影响响（2）钢钢尺尺不不水水平平引引起起的的误误差差（3）温温度度变变化化引引起起的的误误差差（4）拉拉力力误误差差的的影影响响（5）垂垂曲曲误误差差（6）尺尺长长误误差差（7）丈量误差）丈量误差二、视距法测距二、视距法测距 1、概述、概述 视视距距测测量量是是一一种种

41、根根据据几几何何光光学学原原理理，用用简简便便的的操操作作方方法法即即能能迅迅速速测测出两点间距离的方法。出两点间距离的方法。视视距距测测量量是是一一种种间间接接测测距距方方法法，普普通通视视距距测测量量所所用用的的视视距距装装置置是是测测量量仪仪器器望望远远镜镜内内十十字字丝丝分分划划板板上上的的视视距距丝丝，视视距距丝丝是是与与十十字字丝丝横横丝丝平平行行且且间间距距相相等等的的上上、下下两两根根短短丝丝。普普通通水水准准测测量量是是利利用用十十字字丝丝分分划划板板上上的的视视距距丝丝和和刻刻有有厘厘米米分分划划的的视视距距尺尺（可可用用普普通通水水准准尺尺代代替替），根根据据几几何何光光

42、学原理，测定两点间的水平距离。学原理，测定两点间的水平距离。由由于于十十字字丝丝分分划划板板上上、下下视视距距丝丝的的位位置置固固定定，因因此此通通过过视视距距丝丝的的视视线线所所形形成成的的夹夹角角（视视角角）也也是是不不变变的的，所所以以这这种种方方法法又又称称为为定定角角视视距距测测量。量。视视线线水水平平时时，视视距距测测量量测测得得的的是是水水平平距距离离。如如果果视视线线是是倾倾斜斜的的，为为求求得得水水平平距距离离，还还应应测测出出竖竖角角。有有了了竖竖角角，也也可可以以求求得得测测站站至至目目标标的的高高差差。所所以以说说视视距距测测量量也也是是一一种种能能同同时时测测得得两两

43、点点之之间间的的距距离离和和高高差差的的测测量量方法。方法。普普通通视视距距测测量量测测距距简简单单，作作业业方方便便，观观测测速速度度快快，一一般般不不受受地地形形条条件件的的限限制制。但但测测程程较较短短，测测距距精精度度较较低低，在在比比较较好好的的外外界界条条件件下下测测距距相相对精度仅有对精度仅有1/3001/200。2、普通视距测量的原理、普通视距测量的原理（1）视准轴水平时的视距公式）视准轴水平时的视距公式（2）视准轴倾斜时的视距公式）视准轴倾斜时的视距公式三、光电测距三、光电测距 1、电磁波测距概述、电磁波测距概述 随随着着光光电电技技术术的的发发展展，电电磁磁波波测测距距仪仪

44、的的使使用用愈愈来来愈愈广广泛泛。与与传传统统量量距距方方法法比比较较，电电磁磁波波测测距距具具有有测测程程远远、精精度度高、操作简便、作业速度快和劳动强度低等优点。高、操作简便、作业速度快和劳动强度低等优点。电电磁磁波波测测距距的的基基本本原原理理是是通通过过测测定定电电磁磁波波在在待待测测距距离离两两端端点点间间往往返返一一次次的的传传播播时时间间，利利用用电电磁磁波波在在大大气气中中的的传传播速度，来计算两点间的距离。播速度，来计算两点间的距离。以以电电磁磁波波为为载载波波传传输输测测距距信信号号的的测测距距仪仪器器统统称称为为电电磁磁波波测测距距仪仪，按按其所采用的载波可分为：其所采用

45、的载波可分为：微波测距仪：采用微波段的无线电波作为载波；微波测距仪：采用微波段的无线电波作为载波；光光电电测测距距仪仪：采采用用光光波波作作载载波波，又又分分为为以以下下两两类类：激激光光测测距距仪仪，用激光作为载波；用激光作为载波；红外测距仪，用红外光作为载波。红外测距仪，用红外光作为载波。微微波波测测距距仪仪和和激激光光测测距距仪仪多多用用于于远远程程测测距距，测测程程可可达达数数十十公公里里，一一般用于大地测量。般用于大地测量。红红外外测测距距仪仪用用于于中中、短短程程测测距距，一一般般用用于于小小面面积积控控制制测测量量、地地形形测测量和各种工程测量。量和各种工程测量。众众所所周周知知

46、，光光的的传传播播速速度度约约，因因此此对对测测定定时时间间的的精精度度要要求求就就很很高高。根根据据测测定定时时间间方方式式的的不不同同，光光电电测测距距仪仪又又分分为为：脉脉冲冲式式测测距距仪仪和和相相位位式测距仪。式测距仪。脉脉冲冲式式测测距距仪仪是是通通过过直直接接测测定定光光脉脉冲冲在在测测线线上上往往返返传传播播的的时时间间来来求求得距离。得距离。相相位位式式测测距距仪仪是是利利用用测测相相电电路路测测定定调调制制光光在在测测线线上上往往返返传传播播所所产产生生的相位差，间接测得时间，从而求出距离，测距精度较高。的相位差，间接测得时间，从而求出距离，测距精度较高。短短程程红红外外光

47、光电电测测距距仪仪（测测程程小小于于5km）属属于于相相位位式式测测距距仪仪，它它是是以以砷砷化化镓镓（GaAs）发发光光二二极极管管作作为为光光源源，仪仪器器灵灵巧巧轻轻便便。广广泛泛应应用用于于地形测量、地籍测量和建筑施工测量。地形测量、地籍测量和建筑施工测量。由由于于电电磁磁波波测测距距仪仪型型号号甚甚多多，为为了了研研究究和和使使用用仪仪器器的的方方便便，除除了了采采用上述分类法外，还有许多其他分类方法，例如：用上述分类法外，还有许多其他分类方法，例如：按测程分按测程分按载波数按载波数按发射目标分按发射目标分另外，还可以按精度指标分级。由电磁波测距仪的精度公式另外，还可以按精度指标分级

48、。由电磁波测距仪的精度公式当当D=1km时时，则则 为为一一公公里里的的测测距距中中误误差差。A为为仪仪器器标标称称精精度度中中的的固固定定误误差差，以以mm为为单单位位；B为为仪仪器器标标称称精精度度中中比比例例误误差差系系数数，以以mm/km为为单位；单位；D为测距边长度，以为测距边长度，以km为单位。为单位。激激光光测测距距仪仪、红红外外测测距距仪仪在在进进行行距距离离测测量量时时，一一般般需需要要与与一一个个合合作作目目标标相相配配合合才才能能工工作作，这这种种合合作作目目标标叫叫反反射射器器。对对激激光光测测距距仪仪和和红红外外测测距距仪而言，大多采用全反射棱镜作为反射器，全反射棱镜

49、也称为反光镜仪而言，大多采用全反射棱镜作为反射器，全反射棱镜也称为反光镜。测测距距时时，将将测测距距仪仪和和反反射射镜镜分分别别安安置置在在测测线线两两端端，仔仔细细地地对对中中。接接通通测测距距仪仪电电源源，然然后后照照准准反反射射镜镜，开开始始测测距距。为为防防止止出出现现粗粗差差和和减减少少照照准准误误差差的的影影响响，可可进进行行若若干干个个测测回回的的观观测测。这这里里一一测测回回的的含含义义是是指指照照准准目目标标一一次次，读读数数24次次。一一测测回回内内读读数数次次数数可可根根据据仪仪器器读读数数出出现现的的离离散散程程度度和和大大气气透透明明度度作作适适当当增增减减。根根据据

50、不不同同精精度度要要求求和和测测量量规规范范的的规规定定确确定定测测回回数数。往往、返返测测回回数数各各占占总总测测回回数数的的一一半半，精精度度要要求求不不高高时时，只只作作单向观测。单向观测。测测距距读读数数值值记记入入手手簿簿中中，接接着着读读取取竖竖盘盘读读数数，记记入入手手簿簿的的相相应应栏栏内内。测测距距时时尚尚应应由由温温度度计计读读取取大大气气温温度度值值，由由气气压压计计读读取取气气压压值值。观观测测完完毕毕可可按按气气温温和和气气压压进进行行气气象象改改正正，按按测测线线的的竖竖角角值值进进行行倾倾斜斜校校正正，最最后后求求得测线的水平距离。得测线的水平距离。测测距距时时应