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01

测高原理及仪器操作

1.1

测高原理

1.1.1 高度测量概念

根据已知点的高度，测量该点与未知点的高度差，然后计算出未知点的高度。

1.1.2 测高方法分类

1.电平测量

2.三角高程测量

3.GPS测量

利用水平仪提供的“水平视线”测量两点的高差，从而从已知点的高度计算出未知点的高度。

图片中：

A——后视点

a——回溯阅读

B - 前视点

b——前瞻性阅读

1.1.3 视线标高

测量A、B两点的高程差，即可得到B点的高程。

1.1.4 转折点的概念

如果在A、B两点之间设置一些过渡点（旋转点）1、2、3……，将它们分成n段，则每段的高差为h1、h2…… hn 通过水平仪，然后：

1.2

水准仪和工具

水平仪按精度分为：DS05、DS1、DS3，其中DS3表示往返高度差每公里的误差。

1.2.1 液位计的组成

在经典全站仪的基础上加装了轴系步进电机，可自动带动全站仪的准直器和望远镜转动。 在计算机在线控制下，电动系列全站仪可根据计算机给出的方向值自动瞄准目标，并可实现自动前后镜测量。

1) 望远镜

物镜、目镜、十字线（上、中、下）三部分组成。

2）水平

圆形水准仪：用于找平。

找平管：用于精找平。

特点：气泡总是往高处移动。

3) 底座

功能：将仪器固定在三脚架上，下脚螺丝用于仪器调平

1.2.2 主要有单面尺、双面尺和塔尺

1) 刻度面以1cm为单位，每隔10cm标示阿拉伯数字（E字标示的尖端）。

2）双面尺红边底部的标记：一个是4687mm，一个是4787mm。

1.2.3 尺垫

将其放在转折点上全站仪三维坐标放样没有输入仪器高和棱镜高可以吗，以防止量油尺下沉。

1.3

电平的使用

操作程序：粗平-瞄准-精平-读数

1.3.1 粗平

调整脚螺钉使圆形水平仪居中。

1）方法：

向相反方向转动底脚螺丝 1 和 2——将气泡移到方向 1 和 2 的中间——转动底脚螺丝 3 使气泡居中。

粗略操作方法示意图

2）法律：

气泡移动的方向与左手拇指移动的方向相同。

1.3.2 瞄准

1）方法：先用准星粗瞄，再用微动螺丝精瞄。

2）视差：

概念：当眼睛在目镜端上下移动时，十字线和目标图像相对移动。

原因：目标图像平面与十字准线平面不重合。

排除方法：反复交替调整目镜和物镜对光螺旋。

1.3.3 精平

1) 方法：如图所示，调整略微倾斜的螺丝，使小瓶的气泡图像符合抛物线。

2）说明：水准仪自动找平，不需要精确找平。

1.3.4 阅读

完成后，用十字线的中间丝在水平杆上读数。

1）方法：

米和分米看尺面上的记号，厘米是尺面上的格数，毫米是估计的。

2）法律：

刻度面上的读数是从小到大读取的。 因此，如果仪器是倒像，则从上到下阅读； 如果是正面图像，请从下到上阅读。

3) 液位计读数示例

02

测角原理及经纬仪操作

2.1

角度测量概念

2.1.1 水平角的定义

在水平投影平面上从空间中的一点开始的两条直线之间的角度。

范围：顺时针0~360

计算公式：

β=右（最终）边c-左（开始）边a

当c≥a时，β=c-a

c2.1.2垂直角度定义时

在同一垂直平面内，瞄准目标的视线与水平视线的夹角。

其取值范围：a=00~±900，仰角为正，俯角为负。

2.2

光学经纬仪的使用

经纬仪是一种测量角度的仪器。 按精度分有：DJ6、DJ2、DJ1，其中“DJ6”表示经纬仪“一轮测向误差为6”。

2.2.1 DJ6经纬仪结构

经纬仪主要由准直部分、水平刻度盘和底座组成

1). 牌照部

瞄准部分（水平）制动、点动

伸缩式（垂直）制动、点动

圆水平

水准管

望远镜：目镜调焦、物镜调焦、粗瞄、十字线

阅读显微镜

垂直刻度盘

光学对中器

2). 横拨盘

水平表盘由光学玻璃制成，顺时针方向为00至3600；

水平刻度盘与准直部分相互分离；

3). 根据

作用：将仪器固定在三脚架上，下脚螺丝用于仪器调平。

2.2.2 J6经纬仪读数方法

(1) 千分尺的分度值为1ˊ，估计读数为0.1ˊ(6")。

(2)“H”——水平刻度盘的读数，“V”——垂直刻度盘的读数。

2.2.3 J2光学经纬仪结构

与图中的J6相比，增加了：

(1) 测微轮——读数时，直径上标线的图像是一致的。

(2) 换像手轮——横读与竖读互换。

(3) 垂直阅读反光镜——垂直阅读时反射光线。

2.2.4 DJ2读取方法

一般采用重读直径的方法——旋转测微轮使上下分界线准确重合后读数。

2.2.5 经纬仪的放置

(1) 大致水平，大致居中

眼睛紧盯着定心装置，拖动三脚架的两条腿使仪器大致居中，“头”保持大致水平。

(2)粗平伸缩三脚架

根据气泡的位置，伸缩三脚架的两条腿，使圆形水准仪的气泡居中。

(3)地脚螺丝细平——左手大拇指法则。

1) 旋转仪器，使小瓶与连接底脚螺钉 1 和 2 的线平行。

2）按照泡位操作规程，将底脚螺丝1、2反方向旋转。

3) 将仪器旋转 900，应用规则，然后转动脚螺丝 3。

4) 将仪器移到架子的头部进行精确对准。

5）地脚螺丝细而平。

6）重复步骤（4）和（5）。

2.3

测角方式

角度测量方法包括：巡回法、方向观察法

2.3.1 测量轮次

(1)、适用：2个方向的单角度(∠AOB)

(2)、步骤：（边说边示范）

(a) 瞄准刻度盘左侧的左 A，将刻度盘调至 000X´，读取 a1。

(b) 顺时针转动瞄准右边的B，读b1。

则上半圆角值：β1= b1-a1

(c) 将镜子转向F2，瞄准右边的B，读出b2。

(d) 逆时针旋转对准左边的A，读出a2。

然后测量下半回合的角度值：β2= b2-a2

(e) 计算角度值

如果：β1-β2≤±40"（无花果根级）

然后是：

β = (β1+β2)/2

(3) 查房法的记录格式

拨号配置方法：

如果观察到 N 次测量轮次，则根据每次测量轮次之间的 1800/N 的差异配置刻度盘。

测量回合总结

2.3.2 方向观测法

(1). 适用：

一个站需要观察两个以上的方向。

(2). 步骤：（有四个观看方向）

(a) 上半场测试

选择一个明显的目标A作为初始方向（零方向），用脸的左侧对准A，配置刻度盘，顺时针依次观察A、B、C、D、A。

(b) 下半场测试

将镜子向右翻转，逆时针方向依次观察A、D、C、B、A。

同理每轮测试差1800/N来配置横盘

(3).计算、记录

(a) 半测回归零差：

J2 ≤ 12"；J6 ≤ 18"。

(b) 2C 值（准直误差的两倍）：

2C=F1读数-（F2读数±180°）。

一轮试验内2C互差：J2≤18”；J6不作要求。

(c) 左右各方向盘读数的平均值：

平均值 = [F1 读数 + (F2 读数 ±180º)]/2

注意：在零方向观察两次，平均值要再取平均值。

(d) 回零方向值

每个方向的平均值减去零方向的平均值，得到每个方向的零方向值。

(e) 每次测量回归零方向值的平均值

同一方向每轮测试值互差：J2≤12"；J6≤24"。

2.3.3 垂直角计算公式

(1) 注意顺时针方向

α左=90°-L α右=R-270°

因此，垂直角α=（α左+α右）/2

(2) 注意逆时针

α 左 = L -90° α 右 = 270°- R

因此：一个测量轮的垂直角：α=（α左+α右）/2

2.3.4 经纬仪放样法

常用的经纬仪放样方法有极坐标法和交点法。 极坐标法需要经纬仪和钢带放样。 具体过程如下图所示：

1）分别计算测站到后视点和待测点的方位角，确定放样的旋转角度α，计算待测点到待测站的距离S。

2）将经纬仪放在测站上，回视后视点，转动角度α，确定待测点的方向。

3）用钢带沿工位到被测点的方向拉出距离S，确定被测点。

角交法

(1)、适用：不方便测距时

(2)、方法：

(a) 计算设计元素 β1 和 β2。

(b) 拨水平角，交点P。

勘察设计时，通常沿AP、BP方向线放置“十字桩”，求交点P。

注意交角为30°360°，再减去360°；

如果为负，则添加 360°。

4.1.2 坐标正演计算公式

由A、B两点的边长DAB和坐标方位角αAB计算坐标增量。 请参阅图片：

ΔXAB =DAB × cos αAB

ΔYAB =DAB × sinαAB

在：

ΔXAB=XB-XA

ΔXAB=YB-YA

4.1.3 坐标反演公式

从 A 和 B 的坐标计算 αAB 和 DAB

αAB的具体计算方法如下：

(1) ΔxAB=xB-xA； ΔyAB=yB-yA

(2)

(3) 根据ΔxAB 和ΔyAB 的符号确定αAB 所在的象限。

4.2

曲线元素和坐标的计算

4.2.1 圆曲线的元素（已知旋转角度α和半径R）

根据需要及时进行，一般是对整条线路、某条线段或某一部分进行检查。

切线长度：T=Rtg(α/2)

曲线长度：L=Rα(π/180°)

外距：E=R(sec(α/2)-1)

弯曲度：D=2T-L

4.2.2 主要点里程计算

ZY里程=JD里程-T； YZ里程=ZY里程+L

QZ里程=YZ里程-L/2； JD里程=QZ里程+D/2

4.2.3 圆曲线桩坐标计算

1）方位法

如图所示，曲线起点坐标（X，Y）已知全站仪三维坐标放样没有输入仪器高和棱镜高可以吗，起点切线的方位角为β，圆曲线的半径为R，旋转角度为α ，则曲线上任意一点Pi的坐标计算如下：

从任意一点到起点的圆的长度是：

l=任意点里程-ZY里程

对应的圆心角为：ψ=l/(Rπ)·180°

则任意点Pi到起点的方位角和距离为：

Pi点坐标为：

2）切线距离法

如图，以ZY或YZ为坐标原点，切线为X轴，过原点的半径为Y轴，建立坐标系，则修改后的Pi点坐标坐标系是：

特征：

测量点误差不会累积。

宜以QZ为界，将曲线分成两部分进行测量和设计。

为了对已知坐标的测量控制点进行曲线放样，必须将通过ZY点的切线直角坐标系中的曲线坐标转换为测量坐标。

ZY点切线在控制点坐标系中的方位角为β，曲线位于ZY点切线的右侧，ZY点的测量坐标为XZH和YZH，则任意点P的坐标为测量坐标系中的曲线为：

若曲线位于ZY点切线的左侧，则曲线上任一点P在测量坐标系中的坐标为：

05

GPS定位原理及应用

5.1

全球定位系统的定义

GPS（Global Positioning System）是一种具有授时和测距功能的空间交会和定点导航系统，可为用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息世界各地。

全球定位系统的特点：

1、全球、全天候工作：可为用户提供连续、实时的3D位置、3D速度和精准时间。 不受天气影响。

2、定位精度高：定位精度可达厘米级、毫米级。

3、功能多样，应用广泛：随着人们对GPS认识的不断加深，GPS不仅在测量、导航、测速、计时等方面得到了更加广泛的应用，其应用领域也在不断扩大。

5.2

GPS的组成

GPS定位系统由三部分组成：GPS卫星空间部分、地面控制部分和用户GPS接收机。

5.2.1 空间段

它由21颗工作卫星和3颗备用卫星组成。

GPS卫星图像

5.2.2 地面控制部分

1个主控站：Colorado Spencer。

3 个注射站：阿森松岛、迪戈加西亚岛、卡瓦加兰岛。

5个监测站：主控站、注入站、夏威夷以上。

5.2.3 用户接收部分

作品

- -用户

---接收装置

接收装置

---GPS信号接收器

---其他仪器设备

5.3

GPS定位方式

根据参考点的位置不同，分为：

(1) 绝对定位（单点定位）：在地球协议坐标系中，确定天文台相对于地球质心的位置。

(2) 相对定位：在地球协议坐标系下，确定观测站与地面参考点的相对位置。

按操作时用户接收机的状态划分：

(1)静态定位：在定位过程中，接收机的位置是静止的、固定的。 静态只是相对的。 卫星大地测量中的静态通常是指待测点的位置相对于周围的点没有变化，或者变化缓慢，在观测期间可以忽略不计。

(2) 动态定位：在定位过程中，接收天线处于运动状态。

在绝对定位和相对定位中，既包括静态形式，也包括动态形式。

动态定位

静态定位

GPS测量原理

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