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第三章水准测量
1、原理:
利用一条水平视线,并借助水准尺,来测定地面两点间的高差,这样就可由已知点高程推算出未知点高程。
实质就是:
确定地面两点间的高差,然后通过已知点的高程,求出未知点的高程。
2、高差法:
仪器高法(视线高法):
3、水准仪型号DS05:
D(大地测量);
S(水准仪);
其中05(每公里往返测高差中数的偶然中误差≤0.5mm)。
DS05、DS1为精密水准仪,DS3,DS10为普通水准仪。
4、
水准仪
部件名称
作用
望远镜
瞄准目标并提供一条读数的视线
水准器
指示仪器竖轴是否垂直/视准轴是否水平
基座
支撑仪器上部并连接脚架
5、圆水准器:
作用:
指示仪器竖轴是否竖直;
粗平。
圆水准器轴:
连接零点与球面球心的直线
6、管水准器
指示视准轴是否水平;
精平。
管水准器轴:
过零点与圆弧纵向相切的切线
7、符合水准器作用:
提高水准管气泡的居中精度。
8、尺垫:
上方突起的半球形顶点作为竖立水准尺和标志转点之用。
9、常规水准仪的使用:
安置水准仪------>
粗平------>
瞄准------->
精平读数
10、安置水准仪:
打开三脚架并使高度适中,目估使架头大致水平,检查脚架腿是否安置稳固,脚架伸缩螺旋是否拧紧,然后打开仪器箱取出水准仪,置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地固连在三脚架头上。
11、粗平:
借助圆水准器的气泡居中,使仪器竖轴大致铅垂,从而视准轴粗略水平。
在整平的过程中,气泡的移动方向与左手大拇指运动的方向—致。
12、、瞄准:
目镜对光,即把望远镜对着明亮的背景,转动目镜对光螺旋,使十字丝清晰。
再松开制动螺旋,转动望远镜,用望远镜筒上的照门和准星瞄准水准尺,拧紧制动螺旋。
然后从望远镜中观察;
转动物镜对光螺旋进行对光,使目标清晰,再转动微动螺旋,使竖丝对准水准尺。
当眼睛在目镜端上下微微移动时,若发现十字丝与目标影像有相对运动,这种现象称为视差。
产生视差的原因是目标成像的平面和十字丝平面不重合。
由于视差的存在会影响到读数的正确性,必须加以消除。
消除的方法是重新仔细地进行物镜对光,直到眼睛上下移动,读数不变为止。
此时,从目镜端见到十字丝与目标的像都十分清晰
13、精平:
在读取水准标尺上数字之前,应利用微倾螺旋使管水准气泡居中,以保证视线精确水平。
只有在气泡已经稳定且又居中的情况下才能起到精平仪器的目的。
14、数字水准仪:
利用传感器代替人眼,对编码的水准尺影响进行图像处理,自动计算出水准尺上的读数及仪器与标尺之间的水平距离。
原理:
用自动安平补偿器代替管状水准器,在仪器微倾时补偿器受重力作用而相对于望远镜筒移动,使视线水平时标尺上的正确读数通过补偿器后仍旧落在水平十字丝上。
15、水准路线测量:
(1)水准点:
用水准测量方法建立的高程控制点,记BM(Benchmark)
(2)转点:
水准测量过程中用于临时安置水准尺的地面点,用于传递高程。
(3)符合水准路线:
从某一高级水准点出发,并沿各待定高程点进行水准测量,最后附合到另一高级水准点而构成的水准路线。
(4)闭合水准路线:
从某一高级水准点出发,并沿各待定高程点进行水准测量,最后再闭合到原水准点上所组成的环形路线。
(5)支水准路线:
从某一高级水准点出发,并沿各待定高程点进行水准测量,但其路线既不附合又不闭合。
(6)水准网:
由多条单一水准路线相互连接构成的网状路线。
16、水准路线测量方法
●当欲测的高程点距水准点较远或高差很大时,就需要连续多次安置仪器以测出两点的高差。
●为测A、B点高差,在AB线路上增加1、2、3、4等转点。
1、首先在离已知水准点A适当距离处(一般不超过100m)选择转点1,安放尺垫,在A、1两点上分别竖立水准尺,在两点大致等距处安置水准仪,整平后瞄准后视点A,精平后读出后视读数为a1;
再瞄准前视点1,精平后读出前视读数为b1,计算高差,此为一个测站的观测,并记录观测数据填入水准测量手簿。
2、第一测站结束后,可通知后尺向前移动,同时将仪器迁至第二测站。
此时,第一测站的前视变为第二测站的后视。
同第一测站一样进行第二测站的工作。
3、依次沿水准路线逐站进行观测直至终点。
17、水准路线选点与埋石
(1)埋石:
一般应埋设具有中心标志的标石,以精确标志点位,点的标石和标志必须稳定、坚固以利长久保存和利用。
在基岩露头地区,也可直接在基岩上嵌入金属标志。
18、水准测量外业实施
(1)等外水准测量(国家等级以外)
1、水准尺立于已知高程的水准点上作为后视,水准仪安置于恰当位置并读取后视读数;
2、在水准路线前进方向上量取与后视距离大致相等的距离放置尺垫,竖立水准尺作为前视,并读取前视读数;
3、第一测站结束后,后尺向前移动,同时将仪器迁至第二测站,第一站的后视变为第二站的前视,进行测量工作;
4、依次逐站进行观测直至终点。
19、等外水准路线测量记录
(1)国家三四等水准测量:
精度要求高于等外水准测量
等级
仪器类型
标准视线长度/m
前后视距差/m
前后视距差累计/m
黑红面读数差/mm
黑红面所测高差之差/mm
检测间歇点高差之差/mm
三等
四等
DS3
65
80
3.0
5.0
6.0
10.0
2.0
(2)读数的顺序:
①照准后视标尺的黑面,读取视距丝和中丝读数;
②照准前视标尺的黑面,读取视距丝和中丝读数;
③照准前视标尺的红面,读取中丝读数;
④照准后视标尺的红面,读取中丝读数。
20、三四等水准测量
(1)测站为偶数测站:
消除零点误差
21、水准测量误差分析
水准仪主要轴线及其关系:
1、视准轴:
物镜光心与十字丝分化板中心连线CC。
2、管水准轴:
过零点与圆弧纵向相切的切线LL。
3、竖轴:
仪器旋转轴VV。
4、圆水准器轴:
连接零点与球面球心的直线L’L’。
误差类型
误差
来源
消弱方法
仪器误差
i角误差
视准轴与管水准轴不平行在竖直面内投影所形成的夹角
前后视距相等
(1)
水准尺刻划误差
刻划不准确、尺长变化及标尺弯曲
检验加改正
水准尺零点差
水准尺零点偏差
偶数测站数
实际上,前后视距离完全相等非常困难,通过规定前后视距累积差限制,控制i角误差;
观测误差
管水准器气泡居中误差
气泡不居中带来的视准轴不水平所引起的误差
仔细使气泡居中
调焦误差
同一测站调焦引起的视准轴变化带来的误差
一测站不进行二次调焦
(前后视距相等)
估读误差
mm位的估读误差
多次读数、限制视距长度
水准标尺倾斜误差
水准尺若竖立不直引起的误差
确保水准尺竖直(安装圆水准器)
外界条件误差
球气差
大气折光和地球曲率引起的误差
前后视距相等
水准仪及水准尺升台误差
水准仪及水准尺升台造成水平视线变化引起的误差
采用后前前后的顺序观测
天气引起的误差
风力、温度等引起的误差
选择合适的天气
第四章角度测量
1、角度测量原理
即为地面上O点至A、B两目标方向线在水平面P上投影形成的夹角(β∈(0°
,360°
))。
(1)定义:
地面上一点至两目标的方向线间所夹的水平角或过这两方向线所做两竖直面间的二面角。
(2)竖直测量原理
定义:
同一垂直面内目标方向与水平方向或铅垂方向线之间的夹角。
当目标方向与水平方向间的夹角称为高度角(α∈(-90°
,90°
));
当目标方向同天顶方向(或铅锤线方向)所构成的角称为天顶距(Z∈(0°
,180°
))
(3)光学经纬仪
经纬仪
组件名称
照准部
瞄准目标并提供照准视线
管水准器
提供水平参照
读数显微镜
方便读数
光学对中器
对中
支架
支撑望远镜和竖直度盘
度盘
水平度盘
标定水平方向值
竖直度盘
标定竖直角读数
光学经纬仪主要有三种:
精密经纬仪、普通经纬仪、特殊经纬仪。
DJ07、DJ1:
国家一等三角测量等;
国家二等三角测量、精密工程测量等;
DJ2、DJ6:
控制测量、精密工程测量等;
一般工程测量等
(3-1)望远镜、管水准器、圆水准器与水准仪一样,接下来的是度盘:
度盘分为水平度盘和垂直度盘,他们都是由玻璃制成。
在度盘平面的圆周边缘刻有等间隔的分划线,两相邻分划线间距所对应的圆心角称之为度盘格值,亦称度盘的最小分格值。
一般情况下,J6、J2光学经纬仪的度盘格值分别为1°
和20´
。
(3-2)读数:
这种读数方法的主要设备有读数窗上的分微尺及读数显微镜。
光线可通过反光镜照亮度盘和读数窗,再经读数显微镜即可得到同时被放大了的水平度盘(H)、竖直度盘(V)及分微尺的影像。
(4)安置经纬仪:
打开三脚架并使高度适中,目估使架头大致水平且位于测站点的正上方,检查脚架腿是否安置稳固,脚架伸缩螺旋是否拧紧,然后打开仪器箱取出经纬仪,置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地固连在三脚架头上。
(5)对中:
就是将仪器中心安置于通过测站点的铅锤线上,即仪器纵轴与过测站点的铅锤线保持一致,这是测量水平角的基本条件。
方法有垂球对中、用光学对中器
垂球对中:
垂球不易稳定,摆动中心偏移量小于规定限差为止(一般规定应小于3mm);
如果偏离过大,重新整置三脚架,直至符合要求为止。
光学对中器对中
1.将经纬仪固定于三脚架上,调整对中器的目镜焦距,并使对中器的圆圈标志及测站点影像清晰;
c.转动仪器脚螺旋,并使测站影像位于圆圈中心;
d.伸缩脚架腿,使圆水准器气泡居中。
然后旋转脚螺旋,利用管水准器精平仪器;
e.观察对中情况,若偏离不大时,则可稍松连接螺旋,并将仪器在架头上平移,使圆圈套住测站点位,精确对中。
若偏离过大,则应重新整置三脚架,直到满足对中要求为止(一般规定不大于1mm)。
(6)整平:
整平的目的就是使仪器的水平度盘位于水平位置或使仪器的竖轴位于铅锤方向。
整平过程分为两步进行,首先利用脚螺旋使圆水准器气泡居中,即粗平,其方法与水准仪整平相同;
然后再用脚螺旋使照准部的管水准器在相互垂直的两个方向上气泡都居中,即精确整平。
(7)调焦:
调焦即是调节望远镜使十字丝及物像清晰的过程。
它包括目镜调焦和物镜调焦。
其目的是消除视差现象。
(8)读数:
在读数时,首先应调节反光镜使读数窗明亮,并旋转显微镜调焦螺旋使刻划数字清晰。
然后在认清度盘刻划形式和读数方法的基础上,读取度盘读数。
若分微尺上最小分划值为1',则估读的读数应为0.1'的整倍数,即6"的整倍数。
若在进行竖角测量时,则读数前必须注意调节竖盘指标水准管的微动螺旋,使指标水准管的气泡居中。
2、电子经纬仪:
电子经纬仪的轴系、望远镜及制动、微动构件与光学经纬仪基本相同,它与光学经纬仪的根本区别在于用微处理器控制的电子测角系统取代了光学读数系统,并能自动显示测量数据。
3、角度测量实施
(1)水平角测量
盘左:
竖盘在望远镜的左侧;
盘右:
竖盘在望远镜的右侧。
步骤:
①用盘左位置照准目标A,读取读数a1。
②松开照准部制动螺旋,顺时针旋转望远镜照准目标B,读取读数b1,则盘左位置所得半测回角值为:
③倒转望远镜成盘右位置,照准目标B,读取读数b2。
④松开照准部制动螺旋,逆时针旋转望远镜照准A,读取读数a2,则盘右半测回角值为
为了减少度盘刻划不均匀误差的影响,各测回间应利用经纬仪上度盘变换轮变换度盘位置180º
/n。
(左)A---->
(左)B---->
(右)B----->
(右)A;
(2)方向观测法
①在盘左位置,设置度盘读数略大于0°
,观测所选定的零方向A,并读取水平度盘读数a,记入表中。
②顺时针方向转动照准部,依次照准B、C、D各点,并分别读取水平度盘读数,同样记入表中。
③为了进行检核,应顺时针转动照准部再次照准A,读取归零读数a‘仍记入表中。
④倒转望远镜,用盘右位置逆时针方向依次照准A、D、C、B,再回到A点,并将读数记入表中。
(盘左)A--B--C--D--A(盘右)A--D--C--B--A
4、方向观测法
计算步骤:
(1)2C值计算
2C值:
两倍视准轴误差值。
2C值的稳定性是衡量观测结果质量的重要指标。
2C=L-(R±
180º
)L为盘左读数,R为盘右读数
2、计算同一方向盘左、右读数的平均值
[L+(R±
)]/2
3、归零后方向值计算:
由于零方向有始末两个方向值,可取中数作为零方向的最终方向值,再将其他各方向的平均值减去零方向最终方向值,即得其他方向归零方向值,此时零方向归零后方向值为零。
4、各测回归零平均方向值计算:
若观测了多个测回,则应比较同一方向在不同测回中的方向观测值之差值,如果差值超出规定则应重测;
若合格,就计算各测回同一方向值的平均值。
(2)竖直角计算
顺时针:
逆时针:
指标差:
由于指标偏移正确位置而引起的偏差,常用x表示。
若指标偏移方向与竖盘注记方向一致时,并取正值;
反之取负值。
5、中丝法:
观测步骤
●在测站上安置好仪器,并量取仪器高i;
●盘左位置照准目标,使十字丝的中丝切于目标的某一位置(若为标尺,则读取中丝读数;
●若为觇标某部位,则应量取中丝照准部位到地面点高,即目标高V);
●转动竖盘水准管微动螺旋,使其气泡居中,读取竖盘读数L;
●同上方法,以盘右位置照准目标,读取竖盘读数R。
6、三丝法
上下丝同中丝之间所夹的视角均为17’
方法:
依次用十字丝分划板的三根横丝(盘左上中下、盘右下中上)照准目标读数,取平均值作为竖直角的角值。
7、角度测量误差分析
照准部旋转轴VV。
连接零点与球面球心的直线L'
L'
;
5、横轴:
望远镜的旋转轴HH。
8、经纬仪的检验与校正
(1)照准部水准管轴的检验和校正(水准管轴与竖轴垂直。
)
(2)十字丝的检验和校正(横丝垂直于竖轴。
(3)视准轴的检验和校正(视准轴与横轴垂直。
(4)横轴的检验和校正(横轴与竖轴垂直。
(5)竖盘指标差的检验与校正(指标水准管气泡居中时,竖盘指标线处于正确位置。
(6)光学对中器的检验与校正(光学对中器的垂线与仪器旋转轴竖轴重合。
第五章距离测量
1、距离测量:
距离是指两点之间的直线长度,是测量的基本工作之一。
水平面上两点之间的距离称之为水平距离(简称平距),不同高度上两点之间的距离称之为倾斜距离(简称斜距)。
(1)方法:
钢尺量距、视距测量、电磁波测距、卫星测距
2、直线定线:
当地面两点之间的距离较长或地面起伏较大,需分段进行量测时,为使所测线段在一条直线上,将每一尺段首尾的标杆定在待测直线上的工作。
(1)目视定线(精度要求不高)、仪器定线(经纬仪定线)
3、距离丈量
(1)直接量距:
整尺法、半尺法;
间接量距:
视距测量
整尺法:
往返测量提高丈量精度、往返测量的距离之差与其距离全长之比,即为距离丈量的相对误差、相对误差一般表示为1/10n、一般要求相对误差不大于1/2000、可用铅锤定义投影;
半尺法:
属于较精密的距离丈量、丈量之前,采用经纬仪定线,对钢尺进行检定、丈量时采用弹簧秤加以标准拉力、每一尺段测量3次,每次读数使钢尺移动10cm、测量时应记录温度及相邻桩顶之间的高差,以便进行温度改正和倾斜改正、精度一般在1/10000
(2)尺长方程式:
lt为温度为t时的钢尺实际长度;
l0为钢尺名义长度;
Δt为钢尺的尺长改正数;
α为钢尺的膨胀系数;
t为测距时的温度;
t0为钢尺检定时的温度。
4、钢尺量距
(1)钢尺量距成果化算;
为了保证丈量结果的精度,必须对距离进行尺长改正、温度改正和倾斜改正;
(2)尺长改正:
解决钢尺的名义长度与实际长度不一致的问题;
(3)温度改正:
作业温度与标准温度不同引起的尺长变化。
(4)倾斜改正:
端点不在同一水平面上
具体例题请看书本。
P64
5、视距测量定义:
用有视距装置的仪器和标尺,根据光学和三角测量的原理,测定测站到目标点水平距离的方法。
定角视距、定长视距。
6、电磁波测距:
以电磁波为载波来传输测距信号的距离测量。
通过测定电磁波在待测两点的距离上往返一次的传播时间t,并根据电磁波在大气中的传播速度c,计算出两点间的距离。
D=c*t/2
(1)分类
1)按载波分:
微波测距,光电测距(激光测距,红外测距)。
2)按测距原理分:
脉冲式测距,相位式测距。
3)按结构分:
分离式(单测距式)、组合式。
4)按测程分:
短程测距仪(测程<
3km),中程测距仪(测程3—15km),远程测距仪(测程>
15km)。
5)按精度分:
I级:
mD≤5mm,II级:
5mm≤mD≤10mm,III级:
10mm≤mD≤20mm。
(2)脉冲式光电测距仪:
通过直接测定光脉冲在测线上往返传播的时间t,D=c*t/2求得距离。
目前脉冲式测距仪一般采用固体激光器发射出高频的光脉冲,可直接对光脉冲产生的漫反射进行测距,实现无棱镜测距,即无人跑尺测量(3)相位式光电测距仪:
通过测量调制光在测线上往返传播所产生的相位移,测定调制波长的相对值来求出距离D。
N值的确定方案:
多频率测尺,以短测尺(精测尺)提高精度,以长测尺(粗测尺)增大测程。
例:
在某段距离上,用u1测得ΔN1,即以10m为单位的0.889,实际距离为8.89m,用u2测得ΔN2,即以1000m为单位的0.809,实际距离为809m。
则该段距离的实际长度D=808.89m。
7、测距边改正计算
(1)加常数改正;
发光管的发射面、接收面与仪器中心不一致,反光镜的等效反射面与反光镜中心不一致,内光路产生相位延迟及电子元件的相位延迟。
(2)乘常数改正
(3)气象改正:
由于光的传播速度受大气状态(温度t,气压p,湿度e)的影响,而仪器在制造时只能选取某个大气状态(假设大气状态)来定出调制光的波长,但在实际测距时的大气状态一般不可能与假定状态相同,因而使测尺长度发生变化,从而使测距成果中含有系统误差。
(4)倾斜改正
8、直线定向
直线定向的方法方位角:
由标准方向的北端起,顺时针方向到某直线的水平夹角。
∈(0°
(1)、标准方向线(三北方向线)1)真子午线方向:
过地面某点的真子午面与地球表面的交线的切线方向。
可以用天文测量的方法或用陀螺经纬仪方法测定。
北端所指方向为北方向。
2)磁子午线方向:
过地球某点的磁子午线的切线方向,它可以用罗盘仪测定。
3)坐标纵轴方向:
坐标纵轴方向。
(2)、方位角1)真方位角:
若标准方向为真北方向的方位角。
以A表示。
2)磁方位角:
若标准方向为磁北方向的方位角。
以Am表示。
3)坐标方位角:
若标准方向为坐标北方向的方位角。
以α表示。
(3)导线各边方位角:
第六章全站仪
1、全站仪的基本组成:
数据采集设备(电子测角系统、电子测距系统、数据存储系统及自动补偿设备)、过程控制机两大部分。
2、仪器结构特点:
(1)三轴光学系统:
发射光束的轴线、接收光束的轴线、视准轴三轴重合
(2)轴系误差补偿技术:
补偿竖轴倾斜误差、视准轴误差和横轴误差对水平方向及竖直角的影响。
……中间还有很多请看书P80-84
3、后方交会测量:
通过对多个已知点的测量来确定站点的坐标。
当可以对已知点进行距离测量时,则最少需观测2个已知点;
当无法对已知点进行距离测量时,则最少需对3个已知点进行方向值观测。
4、放样测量:
距离放样、坐标放样
5、偏心测量
偏心测量常用于测定测站至通视(无法设置棱镜)点,或者是测站至不通视点间的距离和角度。
6、对边测量:
常用于不移动仪器的情况下,间接测量某一起始点至其他点间的斜距、平距和高差。
P87
7、悬高测量:
悬高测量常用于不能设置棱镜的目标的(如高压线等)高度测量。
P88
8、
分别描述水准仪、经纬仪(水平角和高度角)、钢尺测距、全站仪的操作步骤。
第八章测量误差基本理论
1、误差产生的原因
(1)仪器因素、人为、外界环境影响;
2、误差的分类:
(1)偶然误差:
在相同的观测条件下,对某一量进行多次观测,若其误差出现的符号及数值的大小都不相同,从表面上看没有任何规律。
(2)系统误差:
在相同的观测条件下,对某一量进行一系列的观测,若其误差在符号和数值上都相同,或按一定规律变化。
(3)粗差:
亦称错误,是由于观测者使用的仪器不合格、观测者的疏忽大意或外界条件发生意外变动引起的错误。
系统误差和偶然误差同时存在
多余观测
误差超限(粗差)(剔除)
测量平差:
剔除粗差、判断并排除/修正系统误差、处理偶然误差
3、误差的特性
偶然误差是有界的、偶然误差具有低偿性
(2)方差是偶然误差平方的理论平
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