工程《应用大地测量学》王中元第四章 大地测量观测技术.ppt
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1、第四章 大地测量 观测技术,中国矿业大学环境与测绘学院,应用大地测量学,第四章 大地测量观测技术,应用大地测量学,大地测量的基本任务: 地面点空间位置 重力 传统的测量方法: 天文测量 三角测量 导线测量 几何水准测量 主要观测元素: 角度 距离 高差,第一节精密角度测量,第四章 大地测量观测技术,第一节 精密角度测量仪器 第二节 角度观测误差分析 第三节 方向观测法 第四节 垂直角测量 第五节 精密距离测量 第六节 精密水准测量仪器及其检验 第七节 精密水准测量观测与概算 第八节 GPS测量 第九节 天文测量简介 第十节 重力测量简介,第四章 大地测量观测技术,第一节 精密角度测量仪器 第二
2、节 角度观测误差分析 第三节 方向观测法 第四节 垂直角测量 第五节 精密距离测量 第六节 精密水准测量仪器及其检验 第七节 精密水准测量观测与概算 第八节 GPS测量 第九节 天文测量简介 第十节 重力测量简介,4.1 精密角度测量仪器,应用大地测量学,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造 4.1.2 光学测微器与对径重合读数法 4.1.3 常用的J1、J2级光学经纬仪 4.1.4 电子经纬仪,第一节精密角度测量,4.1 精密角度测量仪器,应用大地测量学,我国光学经纬仪系列分为:J1、J2、J6等级别。 J为经纬仪汉语拼音第一个字母,下标表示仪器室内检定时一测回水平方向观测中误差。,第一节精
3、密角度测量,4.1 精密角度测量仪器,应用大地测量学,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造 4.1.2 光学测微器与对径重合读数法 4.1.3 常用的J1、J2级光学经纬仪 4.1.4 电子经纬仪,第一节精密角度测量,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,望远镜 读数设备 水准器 轴系,第一节精密角度测量,应用大地测量学,1、望远镜 组成:物镜、调焦镜、十字丝分划板、目镜,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,等效物镜的光心与十字丝中心的连线称为望远镜的视准轴。 望远镜调焦时,调焦透镜沿着望远镜内壁来回移动。如果调焦透镜不是沿着平行于光轴的直线运动,就会导致视准
4、轴改变方向,给方向观测成果带来误差。 结论:规定一个测回内不得重新调焦。 微分上式得:,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,2、水准器 (1)作用使经纬仪的垂直轴与测站铅垂线一致。 (2)圆水准器用于粗平。,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,2、水准器 (3)管水准器用于精平。冰点低、流动性强、附着力小的液体(酒精、硫酸醚)。 (4)水准器格值” 一个分格(2mm)所对的圆心角。决定了灵敏度。防止太阳照射仪器,防止手指触摸水准管。,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,3、读数设备 (1)度盘 (2)光学测微器 (3)读数显微镜,4.1.1
5、 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,3、读数设备 (1)水平度盘 玻璃制成,安置在仪器及做到垂直轴套上,仪器转动时不得转动和移动。 度盘是量测角度的标准器,其圆周刻划着等间距的分划线,两相邻分划线间的角值称为格值。精密测角一起的度盘直径75160mm,格值420。如图4-5。,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,3、读数设备 (1)水平度盘 度盘分化误差主要表现为系统误差,其中沿度盘全局逐渐变化,形成以圆周为周期的周期性误差,称为长周期误差;以度盘上一小弧段,约201为周期,并在圆周上多次重复出现的周期性误差,称为短周期误差。,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应
6、用大地测量学,3、读数设备 (1)水平度盘 为减弱周期误差对方向观测到影响,规范规定,在方向观测中,各方向观测中,各测回之间应变换度盘位置。一般按照下式进行配置: m为测回数,为度盘格值的一半。,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,(2)光学测微器。 用于读取不足一个刻划格值的读数,精密经纬仪采用双光学零件的测微器,按对径重合读数法读取读数,可读到1”0.1”。,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,(3)读数显微镜窗口。 测微尺分划像 度盘对径分划像,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,4、轴系 (1)照准部(望远镜、读数设备、水准器、垂直
7、度盘)旋转时,保证轴线定向不变。 (2)照准部旋转轴心、度盘刻度中心、度盘旋转中心应一致,否则,将产生照准部偏心差、度盘偏心差。,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,应用大地测量学,4、轴系 (3)由于轴与轴套间的间隙,以及受到以及间隙中的润滑油作用,照准部相对于正确的旋转轴线位置也会产生偏差,称为定向偏差。 定向偏差造成照准部在旋转过程中摇晃、歪斜或平移,这种现象叫做照准部旋转不正确。,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造,4.1 精密角度测量仪器,应用大地测量学,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造 4.1.2 光学测微器与对径重合读数法 4.1.3 常用的J1、J2级光学经纬仪 4.1
8、.4 电子经纬仪,第一节精密角度测量,应用大地测量学,1、转动测微器测微轮时,测微尺移动,同时,对径分划影像上下按相反方向移动。测微尺全长对应上下对径分划的半个分格。 2、光学测微器有双平板玻璃、双光楔等类型。,4.1.2 光学测微器与对径重合读数,4.1 精密角度测量仪器,应用大地测量学,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造 4.1.2 光学测微器与对径重合读数法 4.1.3 常用的J1、J2级光学经纬仪 4.1.4 电子经纬仪,第一节精密角度测量,应用大地测量学,1、J1级光学经纬仪T3 水平度盘最小格值4测微尺最小格值0.2,4.1.3 常用的J1、J2级光学经纬仪,应用大地测量学,2、
9、J2级光学经纬仪T2,4.1.3 常用的J1、J2级光学经纬仪,应用大地测量学,3、J2级光学经纬仪Zeiss010,4.1.3 常用的J1、J2级光学经纬仪,4.1 精密角度测量仪器,应用大地测量学,4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造 4.1.2 光学测微器与对径重合读数法 4.1.3 常用的J1、J2级光学经纬仪 4.1.4 电子经纬仪,第一节精密角度测量,4.1.4 电子经纬仪,应用大地测量学,电子经纬仪:安置有电子扫描度盘,在微处理控制下,实现自动化数字测角的经纬仪。 电子速测仪:将电子经纬仪、光电测距仪和存储器集成在一起,在微处理器控制下,能同时测定和显示距离、水平角和垂直角,并能
10、对观测值进行各种改正、计算和记录地面点的三维空间坐标的电子测量仪器。俗称全站仪。,4.1.4 电子经纬仪,应用大地测量学,1、构成:光学部件、机械部件、电子扫描度盘、 电子传感器、微处理机; 2、光栅度盘:固定与移动光栅探测器 3、工作原理:,第四章 大地测量观测技术,第一节 精密角度测量仪器 第二节 角度观测误差分析 第三节 方向观测法 第四节 垂直角测量 第五节 精密距离测量 第六节 精密水准测量仪器及其检验 第七节 精密水准测量观测与概算 第八节 GPS测量 第九节 天文测量简介 第十节 重力测量简介,4.2 角度观测误差分析,应用大地测量学,4.2.1 外界条件引起的误差 4.2.2
11、仪器误差 4.2.3 观测误差 4.2.4 精密测角的一般原则,第二节角度观测误差分析,4.2 角度观测误差分析,应用大地测量学,4.2.1 外界条件引起的误差 4.2.2 仪器误差 4.2.3 观测误差 4.2.4 精密测角的一般原则,第二节角度观测误差分析,4.2.1 外界条件引起的误差,应用大地测量学,外界条件主要指观测时大气的温度、湿度、密度、太阳照射方位及地形、地物等因素。,第二节角度观测误差分析,应用大地测量学,水平折光影响,微分折光实际照准方向与理想方向的微小夹角。 大气垂直折光微分折光在铅垂面上的分量。 大气水平折光微分折光在水平面上的分量。,4.2.1 外界条件引起的误差,4
12、.2 角度观测误差分析,应用大地测量学,4.2.1 外界条件引起的误差 4.2.2 仪器误差(难点) 4.2.3 观测误差 4.2.4 精密测角的一般原则,第二节角度观测误差分析,4.2.3 仪器误差,应用大地测量学,4.2.2 仪器误差,应用大地测量学,(一)视准轴误差,视准轴物镜光心和十字丝中心的连线。 视准轴误差视准轴不垂直于水平轴。,对水平观测方向的影响: c=ccos,4.2.2 仪器误差,应用大地测量学,(一)视准轴误差,盘左:视准轴偏向正确方向左侧,(c为负),正确方向读数A比有误差读数L小: A = L - c 盘右:视准轴偏向正确方向右侧,(c为正),正确方向读数A比有误差读
13、数R大: A = R + c A=(L+R)2,C对方向观测值的影响c ,盘左盘右大小相等、符号相反,取读数中数可消除视准轴误差的影响。 前提:c值在盘左、盘右观测期间保持稳定 规定一测回内不得重新调焦),影响规律:,4.2.2 仪器误差,应用大地测量学,(一)视准轴误差,C对方向观测值的影响c,随着的增大而增加。 当观测方向为水平时, =0,c = c,大地测量边长较长,大多在0左右: 0, c c, L - R 2c 即:同一测回中,同一目标的盘左盘右读数之差等于2c。,对于2c互差规范规定:一测回中各方向2c值互差,J1不超过9”,J2不超过13”。 对于2c自身大小规范规定:J1不超过
14、20”,J2不超过30”。,影响规律:,应用大地测量学,(二)水平轴误倾斜差,水平轴倾斜误差水平轴不垂直于垂直轴产生 i,4.2.2 仪器误差,对方向观测值的影响:i=itan,应用大地测量学,(二)水平轴误倾斜差,盘左:水平轴倾斜左低右高取i为负,正确读数A比有误差i 的读数L小: A = L - i 盘右:水平轴倾斜左高右低i为正,正确读数A比有误差i 的读数R大: A = R + i,4.2.2 仪器误差,盘左盘右取平均,可消除水平轴倾斜误差的影响。 正确读数:A=(L+R)/2,影响规律:,应用大地测量学,(二)水平轴误倾斜差,4.2.2 仪器误差,i=itan i大小既与i有关,也与
15、有关,大,则i大,=0, 则i=0,此时水平轴误差对方向观测值没有影响。,影响规律:,盘左正确读数:A = L - c - i 盘右正确读数:A = R + c + i 则 L - R = 2c + 2i,规范规定:某方向超过3,则该方向2c互差可按同一观测时间段内的相邻测回进行比较。即:它的2c可以不与i影响小的方向比,而与该方向在相邻测回中的2c比。,应用大地测量学,(三)垂直轴误倾斜差,垂直轴倾斜误差垂直轴本身不竖直。,4.2.2 仪器误差,偏离铅垂线位置的角度v对方向观测值的影响: v =itan i =vcos v = v costan,应用大地测量学,(三)垂直轴误倾斜差,V的方向
16、和大小不随照准部转动而变;v的正负号不因盘左盘右而改变,即盘左盘右观测不能消除v。,4.2.2 仪器误差,影响规律:,垂直轴倾斜误差对方向观测值的影响v与垂直轴倾斜角v、照准目标的垂直角、观测目标的方位都有关系。,方法:观测中特别注意垂直轴具有铅垂位置,水准管气泡不得偏移 3,各测回间重新整置一起,是气泡居中。,应用大地测量学,(三)垂直轴误倾斜差,v =itan = ntan n为气泡偏离格数,为格值。,4.2.2 仪器误差,倾斜改正数的计算:,4.2.3 仪器误差,应用大地测量学,4.2 角度观测误差分析,应用大地测量学,4.2.1 外界条件引起的误差 4.2.2 仪器误差 4.2.3 观
17、测误差 4.2.4 精密测角的一般原则,第二节角度观测误差分析,应用大地测量学,4.2.3 观测误差,4.2 角度观测误差分析,应用大地测量学,4.2.1 外界条件引起的误差 4.2.2 仪器误差 4.2.3 观测误差 4.2.4 精密测角的一般原则,第二节角度观测误差分析,4.2.3 精密测角的一般原则,应用大地测量学,(1)盘左盘右两个位置进行观测,取上、下半测回平均值作为最后观测值,消除仪器视准轴误差和水平轴倾斜误差影响。 (2)一测回中,下半测回照准目标的先后次序和上半测回相反,削弱仪器脚架扭转、因气温引起视准轴变化和基座扭转引起的度盘带动等误差影响。 (3)每半测回开始前,照准部向将
18、要旋转的方向先转12周;半测回观测过程中,照准部不得有相反方向运动,削弱照准部对度盘的带动误差和脚螺旋空隙带动误差影响。 (4)测微螺旋、水平微动螺旋的最后操作应为“旋进”,削弱测微器、微动螺旋的隙动误差。,第二节角度观测误差分析,4.2.3 精密测角的一般原则,应用大地测量学,(5)各测回的起始方向应均匀分布在度盘和测微器的各个位置上,削弱水平度盘分划的长周期误差和短周期误差,以及测微尺的分划误差。 (6)观测前认真对焦,消除视差,一测回中不得改变望远镜焦距,以免由于视准轴的变动而引起视准轴误差变化。 (7)整平仪器时,照准部气泡应严格居中,一测回观测中气泡偏差过大时应停止观测,重新整置仪器
19、;当目标垂直角较大时,应在测回之间重新整置仪器。 (8)观测要在通视良好、成像稳定和清晰时进行。有条件可在不同时段内完成,尽力减弱旁折光和相位差。,第二节角度观测误差分析,第四章 大地测量观测技术,第一节 精密角度测量仪器 第二节 角度观测误差分析 第三节 方向观测法 第四节 垂直角测量 第五节 精密距离测量 第六节 精密水准测量仪器及其检验 第七节 精密水准测量观测与概算 第八节 GPS测量 第九节 天文测量简介 第十节 重力测量简介,4. 3 方向观测法,应用大地测量学,4.3.1 方向观测法的程序和规则 4.3.2 观测手簿的记载 4.3.3 观测限差 4.3.4 观测成果的取舍和整理,
20、第二节角度观测误差分析,4. 3 方向观测法,应用大地测量学,4.3.1 方向观测法的程序和规则 4.3.2 观测手簿的记载 4.3.3 观测限差 4.3.4 观测成果的取舍和整理,第二节角度观测误差分析,4.3.1 方向观测法的程序和规则,应用大地测量学,方向观测法在三角网和导线网中,一点周围有三个以上方向。方向观测法是在一测回内把测站上所有观测方向,先盘左位置依次观测,再盘右位置依次观测,取盘左、盘右平均值作为各方向的观测值。,第三节方向观测,4.3.1 方向观测法的程序和规则,应用大地测量学,盘左位置顺时针方向旋转照准部,依次照准A、B、C、D、E、A,读取观测值,称为上半测回;然后纵转
21、望远镜,盘右位置逆时针方向旋转照准部,仍从A开始,依次照准A、E、D、C、B、A并读数,称为下半测回。上、下两个半测回合起来称为一个测回。 观测到起始方向常称为零方向。要求每半测回观测闭合到零方向(目的在于监测观测过程中水平度盘有无方位变动),此时上、下半测回构成一个闭合圆,所以这种观测又称为全圆观测法,这种闭合操作称为“归零”。 当方向数不超过3个时,由于半测回持续时间较短,可以不归零。方向数只有2个时,方向观测法也就是测回法。,第三节方向观测,应用大地测量学,4.3.1 方向观测法的程序和规则,应用大地测量学,观测规则,1、零方向的选择(距离适中、通视良好、成像清晰); 2、调焦、消除视差
22、。照准零方向,安置度盘位置;(每一测回开始前进行) 3、上、下半测回照准目标的次序相反; 4、半测回开始前,照准部按规定方向旋转1-2周; 5、微动螺旋、测微螺旋最后保持旋进方向; 6、一测回观测中,气泡不得偏离一格。,4.3.1 方向观测法的程序和规则,4. 3 方向观测法,应用大地测量学,4.3.1 方向观测法的程序和规则 4.3.2 观测手簿的记载 4.3.3 观测限差 4.3.4 观测成果的取舍和整理,第二节角度观测误差分析,4.3.2 观测手簿的记载,应用大地测量学,1、盘左(上半测回)由上而下,观测每一目标照准一次,读数两次,取平均值作为观测值; 2、盘右(下半测回)由下而上,观测
23、每一目标照准一次,读数两次,取平均值作为观测值; 3、归零差的计算; 4、两倍视准轴2c的计算; 5、各方向平均值的计算; 6、方向值计算(起始方向值为零度零分零秒); 7、凡记错度、分以及算错,可整齐划去,在其上方填写正确数字,不得涂檫。,表4-1 水平方向观测手簿,表4-3水平方向观测记簿,表4-3 水平方向观测记簿,4. 3 方向观测法,应用大地测量学,4.3.1 方向观测法的程序和规则 4.3.2 观测手簿的记载 4.3.3 观测限差 4.3.4 观测成果的取舍和整理,第二节角度观测误差分析,4.3.3 观测限差,应用大地测量学,4. 3 方向观测法,应用大地测量学,4.3.1 方向观
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