工程应用大地测量学王中元第四章 大地测量观测技术

第四章第四章 大地测量大地测量观测技术观测技术第四章第四章 大地测量观测技术大地测量观测技术 应用大地测量学应用大地测量学大地测量的基本任务：大地测量的基本任务： 地面点空间位置地面点空间位置 重力重力传统的测量方法：传统的测量方法： 天文测量天文测量 三角测量三角测量 导线测量导线测量 几何水准测量几何水准测量主要观测元素：主要观测元素： 角度角度 距离距离 高差高差第一节精密角度测量第四章第四章 大地测量观测技术大地测量观测技术 第一节第一节 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 第二节第二节 角度观测误差分析角度观测误差分析 第三节第三节 方向观测法方向观测法 第四节第四节 垂直角测量垂直角测量 第五节第五节 精密距离测量精密距离测量 第六节第六节 精密水准测量仪器及其检验精密水准测量仪器及其检验 第七节第七节 精密水准测量观测与概算精密水准测量观测与概算 第八节第八节 GPSGPS测量测量 第九节第九节 天文测量简介天文测量简介 第十节第十节 重力测量简介重力测量简介第四章第四章 大地测量观测技术大地测量观测技术 第一节第一节 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 第二节第二节 角度观测误差分析角度观测误差分析 第三节第三节 方向观测法方向观测法 第四节第四节 垂直角测量垂直角测量 第五节第五节 精密距离测量精密距离测量 第六节第六节 精密水准测量仪器及其检验精密水准测量仪器及其检验 第七节第七节 精密水准测量观测与概算精密水准测量观测与概算 第八节第八节 GPSGPS测量测量 第九节第九节 天文测量简介天文测量简介 第十节第十节 重力测量简介重力测量简介4.1 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 应用大地测量学应用大地测量学4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造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光学测微器与对径重合读数法4.1.3 常用的常用的J1、J2级光学经纬仪级光学经纬仪4.1.4 电子经纬仪电子经纬仪第一节精密角度测量4.1 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 应用大地测量学应用大地测量学 我国光学经纬仪系列分为：我国光学经纬仪系列分为：J1、J2、J6等级等级别。别。 J为经纬仪汉语拼音第一个字母，下标表示为经纬仪汉语拼音第一个字母，下标表示仪器室内检定时仪器室内检定时一测回一测回水平方向观测中误差。水平方向观测中误差。第一节精密角度测量4.1 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 应用大地测量学应用大地测量学4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造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光学测微器与对径重合读数法4.1.3 常用的常用的J1、J2级光学经纬仪级光学经纬仪4.1.4 电子经纬仪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精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学应用大地测量学水平轴读数显微镜目镜视准轴水平器垂直轴水平度盘基座脚螺旋铅垂线支架垂直度盘90o望远镜望远镜 读数设备读数设备水准器水准器轴系轴系第一节精密角度测量 应用大地测量学应用大地测量学组成：物镜、调焦镜、十字丝分划板、目镜组成：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精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学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。视准轴。 望远镜调焦时，望远镜调焦时，调焦透镜调焦透镜沿着望远镜内壁来回移动。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，就会导致视准轴改变方向，给方向观测成果带来误差。致视准轴改变方向，给方向观测成果带来误差。 结论结论：规定一个测回内不得重新调焦。：规定一个测回内不得重新调焦。微分上式得：微分上式得：4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造精密光学经纬仪的基本构造fvu111duuvdv2)( 应用大地测量学应用大地测量学（1 1）作用作用使经纬使经纬仪的垂直轴与测站铅垂仪的垂直轴与测站铅垂线一致。线一致。（2 2）圆水准器圆水准器用用于粗平。于粗平。4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学应用大地测量学（3 3）管水准器管水准器用用于精平。冰点低、流动于精平。冰点低、流动性强、附着力小的液体性强、附着力小的液体（酒精、硫酸醚）。（酒精、硫酸醚）。（4 4）水准器格值水准器格值”一个分格（一个分格（2mm2mm）所对的圆心角。决定了所对的圆心角。决定了灵敏度。防止太阳照射灵敏度。防止太阳照射仪器，防止手指触摸水仪器，防止手指触摸水准管。准管。4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学应用大地测量学 （1 1）度盘）度盘（2 2）光学测微器）光学测微器（3 3）读数显微镜）读数显微镜4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学应用大地测量学 （1 1）水平度盘）水平度盘 玻璃制成，安置在仪器及做到垂直轴套上，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。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间距的分划线，两相邻分划线间的角值称为格值格值。精密测角一起的度盘直径精密测角一起的度盘直径7575160mm160mm，格值，格值442020。如。如图图4-54-5。4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学应用大地测量学 （1 1）水平度盘）水平度盘 度盘分化误差主要表现为度盘分化误差主要表现为系统误差系统误差，其中沿，其中沿度盘全局逐渐变化，形成以圆周为周期的周期性度盘全局逐渐变化，形成以圆周为周期的周期性误差，称为误差，称为长周期误差长周期误差；以度盘上一小弧段，约；以度盘上一小弧段，约20201 1为周期，并在圆周上多次重复出现的为周期，并在圆周上多次重复出现的周期性误差，称为周期性误差，称为短周期误差短周期误差。4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学应用大地测量学 （1 1）水平度盘）水平度盘 为减弱周期误差对方向观测到影响，规范规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：应变换度盘位置。一般按照下式进行配置：m m为测回数，为测回数，为度盘格值的一半。为度盘格值的一半。4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造精密光学经纬仪的基本构造m180 应用大地测量学应用大地测量学（2 2）光学测微器。）光学测微器。 用于读取不足一个用于读取不足一个刻划格值的读数，精密刻划格值的读数，精密经纬仪采用经纬仪采用双光学双光学零件零件的测微器，按的测微器，按对径重合对径重合读数法读取读数，可读读数法读取读数，可读到到1”1”0.1”0.1”。4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学应用大地测量学（3 3）读数显微镜窗口。）读数显微镜窗口。 测微尺分划像测微尺分划像 度盘对径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精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学应用大地测量学4 4、轴系、轴系（1 1）照准部（望远镜、读）照准部（望远镜、读数设备、水准器、垂直度数设备、水准器、垂直度盘）旋转时，保证轴线定盘）旋转时，保证轴线定向不变。向不变。（2 2）照准部旋转轴心、度）照准部旋转轴心、度盘刻度中心、度盘旋转中盘刻度中心、度盘旋转中心应一致，否则，将产生心应一致，否则，将产生照准部偏心差照准部偏心差、度盘偏心度盘偏心差差。4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造精密光学经纬仪的基本构造 应用大地测量学应用大地测量学4 4、轴系、轴系（3 3）由于轴与轴套间的间隙，）由于轴与轴套间的间隙，以及受到以及间隙中的润滑油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作用，照准部相对于正确的旋转轴线位置也会产生偏差，称转轴线位置也会产生偏差，称为为定向偏差定向偏差。 定向偏差造成照准部在旋定向偏差造成照准部在旋转过程中摇晃、歪斜或平移，转过程中摇晃、歪斜或平移，这种现象叫做这种现象叫做照准部旋转不正照准部旋转不正确确。4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造精密光学经纬仪的基本构造4.1 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 应用大地测量学应用大地测量学4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造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光学测微器与对径重合读数法4.1.3 常用的常用的J1、J2级光学经纬仪级光学经纬仪4.1.4 电子经纬仪电子经纬仪第一节精密角度测量 应用大地测量学应用大地测量学1 1、转动测微器测微轮时，测微尺移动，同时，对径分、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。径分划的半个分格。2 2、光学测微器有双平板玻璃、双光楔等类型。、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光学测微器与对径重合读数4.1 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 应用大地测量学应用大地测量学4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造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光学测微器与对径重合读数法4.1.3 常用的常用的J1、J2级光学经纬仪级光学经纬仪4.1.4 电子经纬仪电子经纬仪第一节精密角度测量 应用大地测量学应用大地测量学水平度盘最小格值水平度盘最小格值44测微尺最小格值测微尺最小格值0.20.2 4.1.3 常用的常用的J1、J2级光学经纬仪级光学经纬仪 应用大地测量学应用大地测量学4.1.3 常用的常用的J1、J2级光学经纬仪级光学经纬仪 应用大地测量学应用大地测量学4.1.3 常用的常用的J1、J2级光学经纬仪级光学经纬仪4.1 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 应用大地测量学应用大地测量学4.1.1 精密光学经纬仪的基本构造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光学测微器与对径重合读数法4.1.3 常用的常用的J1、J2级光学经纬仪级光学经纬仪4.1.4 电子经纬仪电子经纬仪第一节精密角度测量4.1.4 电子经纬仪电子经纬仪 应用大地测量学应用大地测量学电子经纬仪电子经纬仪：安置有：安置有电子扫描度盘电子扫描度盘，在，在微处理微处理控制控制下，实现下，实现自动自动化化数字测角数字测角的的经纬仪经纬仪。电子速测仪电子速测仪：将：将电子经纬仪电子经纬仪、光电测距仪光电测距仪和和存存储器储器集成在一起，在集成在一起，在微处理器微处理器控制下，能同时控制下，能同时测定测定和和显示距离显示距离、水平角水平角和和垂直角垂直角，并能对观，并能对观测值进行各种测值进行各种改正改正、计算计算和和记录记录地面点的三维地面点的三维空间坐标的电子测量仪器。俗称空间坐标的电子测量仪器。俗称全站仪全站仪。4.1.4 电子经纬仪电子经纬仪 应用大地测量学应用大地测量学1 1、构成：光学部件、机械部件、电子扫描度盘、构成：光学部件、机械部件、电子扫描度盘、 电电子传感器、微处理机；子传感器、微处理机；2 2、光栅度盘：固定与移动光栅探测器、光栅度盘：固定与移动光栅探测器3 3、工作原理：、工作原理：第四章第四章 大地测量观测技术大地测量观测技术 第一节第一节 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 第二节第二节 角度观测误差分析角度观测误差分析 第三节第三节 方向观测法方向观测法 第四节第四节 垂直角测量垂直角测量 第五节第五节 精密距离测量精密距离测量 第六节第六节 精密水准测量仪器及其检验精密水准测量仪器及其检验 第七节第七节 精密水准测量观测与概算精密水准测量观测与概算 第八节第八节 GPSGPS测量测量 第九节第九节 天文测量简介天文测量简介 第十节第十节 重力测量简介重力测量简介4.2 角度观测误差分析角度观测误差分析 应用大地测量学应用大地测量学4.2.1 外界条件引起的误差外界条件引起的误差4.2.2 仪器误差仪器误差4.2.3 观测误差观测误差4.2.4 精密测角的一般原则精密测角的一般原则第二节角度观测误差分析4.2 角度观测误差分析角度观测误差分析 应用大地测量学应用大地测量学4.2.1 外界条件引起的误差外界条件引起的误差4.2.2 仪器误差仪器误差4.2.3 观测误差观测误差4.2.4 精密测角的一般原则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外界条件引起的误差 应用大地测量学应用大地测量学 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。及地形、地物等因素。第二节角度观测误差分析 应用大地测量学应用大地测量学水平折光影响水平折光影响微分折光微分折光实际照准方向与理想方向的微小夹角实际照准方向与理想方向的微小夹角。大气垂直折光大气垂直折光微分折光在铅垂面上的分量。微分折光在铅垂面上的分量。大气水平折光大气水平折光微分折光在水平面上的分量。微分折光在水平面上的分量。4.2.1 外界条件引起的误差外界条件引起的误差4.2 角度观测误差分析角度观测误差分析 应用大地测量学应用大地测量学4.2.1 外界条件引起的误差外界条件引起的误差4.2.2 仪器误差仪器误差（难点）（难点）4.2.3 观测误差观测误差4.2.4 精密测角的一般原则精密测角的一般原则第二节角度观测误差分析4.2.3 仪器误差仪器误差 应用大地测量学应用大地测量学4.2.2 仪器误差仪器误差 应用大地测量学应用大地测量学4.2.2 仪器误差仪器误差 应用大地测量学应用大地测量学4.2.2 仪器误差仪器误差 应用大地测量学应用大地测量学 应用大地测量学应用大地测量学4.2.2 仪器误差仪器误差 应用大地测量学应用大地测量学4.2.2 仪器误差仪器误差 应用大地测量学应用大地测量学4.2.2 仪器误差仪器误差 应用大地测量学应用大地测量学垂直轴倾斜误差垂直轴倾斜误差垂直轴本身不竖直。垂直轴本身不竖直。4.2.2 仪器误差仪器误差偏离铅垂线位偏离铅垂线位置的角度置的角度v v对方对方向观测值的影向观测值的影响：响：v =itanv =itan i =vcos i =vcosv = v = v costanv costan 应用大地测量学应用大地测量学 V V的方向和大小不随照准部转动而变；的方向和大小不随照准部转动而变；v v的正负号不的正负号不因盘左盘右而改变，即盘左盘右观测不能消除因盘左盘右而改变，即盘左盘右观测不能消除v v。 4.2.2 仪器误差仪器误差 垂直轴倾斜误差对方向观测值的影响垂直轴倾斜误差对方向观测值的影响v v与垂直轴倾与垂直轴倾斜角斜角v v、照准目标的垂直角、照准目标的垂直角、观测目标的方位、观测目标的方位都有都有关系。关系。 方法：观测中特别注意垂直轴具有铅垂位置，水准管方法：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气泡不得偏移 3 3，各测回间重新整置一起，是气泡，各测回间重新整置一起，是气泡居中。居中。 应用大地测量学应用大地测量学v =itanv =itan = ntan = ntann n为气泡偏离格数，为气泡偏离格数，为格值。为格值。4.2.2 仪器误差仪器误差4.2.3 仪器误差仪器误差 应用大地测量学应用大地测量学4.2 角度观测误差分析角度观测误差分析 应用大地测量学应用大地测量学4.2.1 外界条件引起的误差外界条件引起的误差4.2.2 仪器误差仪器误差4.2.3 观测误差观测误差4.2.4 精密测角的一般原则精密测角的一般原则第二节角度观测误差分析 应用大地测量学应用大地测量学观测误差观测误差减弱或消除措施减弱或消除措施 1 1、照准误差。与人的眼睛和外界、照准误差。与人的眼睛和外界条件有关。条件有关。采取采取多个测回多次照准多个测回多次照准目标观测；目标观测；采取采取重合读数两次重合读数两次的方法的方法2 2、读数误差。主要取决于对径分、读数误差。主要取决于对径分划的重合误差，其次为测微尺读数划的重合误差，其次为测微尺读数误差。误差。4.2.3 观测误差观测误差4.2 角度观测误差分析角度观测误差分析 应用大地测量学应用大地测量学4.2.1 外界条件引起的误差外界条件引起的误差4.2.2 仪器误差仪器误差4.2.3 观测误差观测误差4.2.4 精密测角的一般原则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精密测角的一般原则 应用大地测量学应用大地测量学（1 1）盘左盘右两个位置进行观测，）盘左盘右两个位置进行观测，取上、下半测回平均值取上、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。影响。（2 2）一测回中，下半测回）一测回中，下半测回照准目标的先后次序照准目标的先后次序和上半测回和上半测回相反，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。扭转引起的度盘带动等误差影响。（3 3）每半测回开始前，照准部向将要旋转的方向）每半测回开始前，照准部向将要旋转的方向先转先转1 12 2周周；半测回观测过程中，照准部不得有相反方向运动，削；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。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 4）测微螺旋、水平微动螺旋的最后操作应为）测微螺旋、水平微动螺旋的最后操作应为“旋进旋进”，削弱测微器、微动螺旋的隙动误差。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精密测角的一般原则 应用大地测量学应用大地测量学（5 5）各测回的）各测回的起始方向起始方向应均匀分布在度盘和测微器的各个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，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。以及测微尺的分划误差。（6 6）观测前认真对焦，）观测前认真对焦，消除视差消除视差，一测回中，一测回中不得改变望远不得改变望远镜焦距镜焦距，以免由于视准轴的变动而引起视准轴误差变化。，以免由于视准轴的变动而引起视准轴误差变化。（7 7）整平仪器时，照准部气泡应严格）整平仪器时，照准部气泡应严格居中居中，一测回观测中，一测回观测中气泡偏差过大气泡偏差过大时应停止观测，重新整置仪器；当时应停止观测，重新整置仪器；当目标垂直目标垂直角较大角较大时，应在测回之间重新整置仪器。时，应在测回之间重新整置仪器。（8 8）观测要在）观测要在通视良好通视良好、成像稳定成像稳定和和清晰清晰时进行。有条件时进行。有条件可在不同时段内完成，尽力减弱旁折光和相位差。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第四章 大地测量观测技术大地测量观测技术 第一节第一节 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 第二节第二节 角度观测误差分析角度观测误差分析 第三节第三节 方向观测法方向观测法 第四节第四节 垂直角测量垂直角测量 第五节第五节 精密距离测量精密距离测量 第六节第六节 精密水准测量仪器及其检验精密水准测量仪器及其检验 第七节第七节 精密水准测量观测与概算精密水准测量观测与概算 第八节第八节 GPSGPS测量测量 第九节第九节 天文测量简介天文测量简介 第十节第十节 重力测量简介重力测量简介4. 3 方向观测法方向观测法 应用大地测量学应用大地测量学4.3.1 方向观测法的程序和规则方向观测法的程序和规则4.3.2 观测手簿的记载观测手簿的记载4.3.3 观测限差观测限差4.3.4 观测成果的取舍和整理观测成果的取舍和整理第二节角度观测误差分析4. 3 方向观测法方向观测法 应用大地测量学应用大地测量学4.3.1 方向观测法的程序和规则方向观测法的程序和规则4.3.2 观测手簿的记载观测手簿的记载4.3.3 观测限差观测限差4.3.4 观测成果的取舍和整理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方向观测法的程序和规则 应用大地测量学应用大地测量学方向观测法方向观测法在在三角网和导线网中，一三角网和导线网中，一点周围有点周围有三个以上三个以上方向。方向。方向观测法是在一测回方向观测法是在一测回内把测站上所有观测方内把测站上所有观测方向，先向，先盘左盘左位置依次观位置依次观测，再测，再盘右盘右位置依次观位置依次观测，取盘左、盘右平均测，取盘左、盘右平均值作为各方向的观测值。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方向观测法的程序和规则 应用大地测量学应用大地测量学盘左盘左位置位置顺时针顺时针方向旋转照准部，依次照准方向旋转照准部，依次照准A A、B B、C C、D D、E E、A A，读取观测值，称为，读取观测值，称为上半测回上半测回；然后纵转望远镜，；然后纵转望远镜，盘右盘右位置位置逆时针逆时针方向旋转照准部，仍从方向旋转照准部，仍从A A开始，依次照准开始，依次照准A A、E E、D D、C C、B B、A A并读数，称为并读数，称为下半测回下半测回。上、下两个半测回合起来称。上、下两个半测回合起来称为为一个测回一个测回。 观测到起始方向常称为观测到起始方向常称为零方向零方向。要求每半测回观测闭合。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，所以这种观测又动），此时上、下半测回构成一个闭合圆，所以这种观测又称为称为全圆观测法全圆观测法，这种闭合操作称为，这种闭合操作称为“归零归零”。 当方向数当方向数不超过不超过3 3个时，由于半测回持续时间较短，可以个时，由于半测回持续时间较短，可以不归零。方向数只有不归零。方向数只有2 2个时，方向观测法也就是个时，方向观测法也就是测回法测回法。第三节方向观测 应用大地测量学应用大地测量学操作程序操作程序 1 1、按等级确定测回数按等级确定测回数 m m，如四等用，如四等用J J2 2经纬仪，测经纬仪，测6 6个测回。个测回。 2 2、按测回数、按测回数 m m确定确定每一测回起始方向（零方向）度盘位置每一测回起始方向（零方向）度盘位置。 3 3、仪器对中整平后，选择零方向（如、仪器对中整平后，选择零方向（如 A A方向），调焦，消除方向），调焦，消除视差。视差。 4 4、盘左位置顺时针方向旋转照准部盘左位置顺时针方向旋转照准部，依次照准，依次照准A A、B B、C C、D D、E E、A A，读数。（上半测回），读数。（上半测回） 5 5、盘右位置逆时针方向旋转照准部盘右位置逆时针方向旋转照准部，依次照准，依次照准A A、E E、D D、C C、B B、A A，读数。（下半测回），读数。（下半测回） 6 6、方向数超过、方向数超过3 3个时，每半测回观测闭合到零方向。个时，每半测回观测闭合到零方向。4.3.1 方向观测法的程序和规则方向观测法的程序和规则 应用大地测量学应用大地测量学观测规则观测规则1 1、零方向的选择零方向的选择（距离适中、通视良好、成像清（距离适中、通视良好、成像清晰）；晰）；2 2、调焦、消除视差。照准零方向，安置度盘位置；调焦、消除视差。照准零方向，安置度盘位置；（每一测回开始前进行）（每一测回开始前进行）3 3、上、下半测回照准目标的、上、下半测回照准目标的次序相反次序相反；4 4、半测回开始前，照准部按规定方向、半测回开始前，照准部按规定方向旋转旋转1-21-2周周；5 5、微动螺旋、测微螺旋最后保持、微动螺旋、测微螺旋最后保持旋进旋进方向；方向；6 6、一测回观测中，、一测回观测中，气泡气泡不得偏离一格。不得偏离一格。4.3.1 方向观测法的程序和规则方向观测法的程序和规则4. 3 方向观测法方向观测法 应用大地测量学应用大地测量学4.3.1 方向观测法的程序和规则方向观测法的程序和规则4.3.2 观测手簿的记载观测手簿的记载4.3.3 观测限差观测限差4.3.4 观测成果的取舍和整理观测成果的取舍和整理第二节角度观测误差分析4.3.2 观测手簿的记载观测手簿的记载 应用大地测量学应用大地测量学2右左表表4-1 水平方向观测手簿水平方向观测手簿方向方向号数号数名称名称及照准目标及照准目标读数读数左左- -右右2 2c c22.022.0方向值方向值 附附注注盘左盘左盘右盘右 1坡岗坡岗0 000 0026262626180001800021212020060623.023.00 00 00.00 00 00.0252520202张庄张庄74 1674 1605050505254162541601010000050502.502.574 15 40.574 15 40.5050500003兆堤兆堤112111121110101111292112921102020101101006.006.011211210 44.010 44.0121200004肖坡肖坡172511725152525252352513525150505050020251.051.0172 51 29.0172 51 29.0525251511坡岗坡岗0 000 0021212222180001800019192020020221.021.0222220201 118 1118 1112121212198111981104040505070708.508.50 00 00.00 00 00.0第二方第二方向不向不清晰、清晰、暂放弃暂放弃131306063 3130211302150505050310213102146464646040448.048.0112 10 39.5112 10 39.5515146464 419102191024040404011 0211 0232323232080836.036.0172 51 27.5172 51 27.541413131表表4-3水平方向观测记簿水平方向观测记簿观观测测日日期期测回测回号号1.小山小山2.黄土岭黄土岭T3.河山河山T4.白云山白云山T5.岭西村岭西村T 0 00v 59 15v 141 44v 228 37v 297 07v7.3重重重重重重重重（）00.000.000.000.0(00.000.000.000.000.000.000.000.000.0（）（）14.012.511.611.409.215.0（17.1）13.014.813.212.9（）-0.8+0.7+1.6+1.8-1.8+0.2-1.60.0+0.3（）(48.5)46.045.046.341.843.144.044.545.244.745.6（）-1.1-0.1-1.4+1.8+0.9+0.4-0.3+0.2-0.7（）25.1 25.123.426.023.024.126.224.824.425.3（）-0.2-0.1+1.5-1.1+0.8-1.3+0.1+0.5-0.4（）06.905.904.705.300.804.706.606.705.504.9（）-1.2-0.2+1.0+0.4)+1.0-0.9-1.0+0.2+0.84. 3 方向观测法方向观测法 应用大地测量学应用大地测量学4.3.1 方向观测法的程序和规则方向观测法的程序和规则4.3.2 观测手簿的记载观测手簿的记载4.3.3 观测限差观测限差4.3.4 观测成果的取舍和整理观测成果的取舍和整理第二节角度观测误差分析4.3.3 观测限差观测限差 应用大地测量学应用大地测量学等等 级级经纬仪经纬仪型号型号光学测微光学测微器两次重器两次重合读数差合读数差（）半测回归半测回归零差零差（）一测回内一测回内2 2c c互差互差 （）同一方向同一方向各测回互各测回互差差 （）二、三、二、三、四等三角四等三角及三、四及三、四等导线等导线J J1 11 16 69 96 6J J2 23 38 813139 9一、二级一、二级小三角及小三角及一、二、一、二、三级导线三级导线J J2 23 3121218181212J J6 6181824244. 3 方向观测法方向观测法 应用大地测量学应用大地测量学4.3.1 方向观测法的程序和规则方向观测法的程序和规则4.3.2 观测手簿的记载观测手簿的记载4.3.3 观测限差观测限差4.3.4 观测成果的取舍和整理观测成果的取舍和整理第二节角度观测误差分析4.3.3 观测成果的取舍和整理观测成果的取舍和整理 应用大地测量学应用大地测量学第四章第四章 大地测量观测技术大地测量观测技术 第一节第一节 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 第二节第二节 角度观测误差分析角度观测误差分析 第三节第三节 方向观测法方向观测法 第四节第四节 垂直角测量垂直角测量 第五节第五节 精密距离测量精密距离测量 第六节第六节 精密水准测量仪器及其检验精密水准测量仪器及其检验 第七节第七节 精密水准测量观测与概算精密水准测量观测与概算 第八节第八节 GPSGPS测量测量 第九节第九节 天文测量简介天文测量简介 第十节第十节 重力测量简介重力测量简介4. 4 垂直角测量垂直角测量 应用大地测量学应用大地测量学4.4.1 垂直度盘原理与垂直角计算垂直度盘原理与垂直角计算4.4.2 垂直角观测方法垂直角观测方法4.4.3 垂直角观测成果的检核垂直角观测成果的检核 第二节角度观测误差分析4. 4 垂直角测量垂直角测量 应用大地测量学应用大地测量学4.4.1 垂直度盘原理与垂直角计算垂直度盘原理与垂直角计算4.4.2 垂直角观测方法垂直角观测方法4.4.3 垂直角观测成果的检核垂直角观测成果的检核 第二节角度观测误差分析4.4.1 垂直度盘原理与垂直角计算垂直度盘原理与垂直角计算 应用大地测量学应用大地测量学（一）垂直度盘原理（一）垂直度盘原理 1 1、垂直度盘与水平轴正交，能随望远镜俯仰运动；、垂直度盘与水平轴正交，能随望远镜俯仰运动； 2 2、指标水准器指标水准器固定不动。视准轴水平时，指标固定不动。视准轴水平时，指标9090； 3 3、指标差指标差指标水准器气泡居中，指标实际位置与设计位置指标水准器气泡居中，指标实际位置与设计位置的微小夹角。的微小夹角。第四节垂直角测量 应用大地测量学应用大地测量学（二）（二）J2J2级经纬仪垂直角和指标差计算公式级经纬仪垂直角和指标差计算公式 J2J2级经纬仪垂直度盘级经纬仪垂直度盘0 0360360 顺时针顺时针方向方向全圆全圆注记，视准轴水平时，读数指标指向注记，视准轴水平时，读数指标指向9090 。垂直角公式：垂直角公式： 推导见推导见P94P94下。下。 =（R-LR-L）/2-90/2-90指标差公式：指标差公式： i=i=（L+RL+R）/2-180/2-1804.4.1 垂直度盘原理与垂直角计算垂直度盘原理与垂直角计算 应用大地测量学应用大地测量学（三）（三）J1J1级经纬仪垂直角和指标差计算公式级经纬仪垂直角和指标差计算公式以以Wild T3Wild T3经纬仪为例，读数指标安置在水平位置，视经纬仪为例，读数指标安置在水平位置，视准轴水平时读数为准轴水平时读数为90 90 ，逆时针方向，逆时针方向5555 125125 注注记，记，对径对径180180 处注记相同，注记名义值比格值实际值处注记相同，注记名义值比格值实际值减小减小1 1倍，倍， 55 55 125 125 之间的实际值为之间的实际值为140 140 。 推导见推导见P94P94下。下。垂直角公式：垂直角公式： = L - R= L - R指标差公式：指标差公式： i=i=（L+RL+R）-180-1804.4.1 垂直度盘原理与垂直角计算垂直度盘原理与垂直角计算4. 4 垂直角测量垂直角测量 应用大地测量学应用大地测量学4.4.1 垂直度盘原理与垂直角计算垂直度盘原理与垂直角计算4.4.2 垂直角观测方法垂直角观测方法4.4.3 垂直角观测成果的检核垂直角观测成果的检核 第二节角度观测误差分析4.4.2 垂直角观测方法垂直角观测方法 应用大地测量学应用大地测量学（一）中丝法（单丝法）（一）中丝法（单丝法） 1 1、盘左，水平中丝照准目标，调平指标水准器气泡，读取垂直、盘左，水平中丝照准目标，调平指标水准器气泡，读取垂直度盘读数度盘读数L L。 2 2、盘右，水平中丝照准目标，调平指标水准气泡，读度盘读数、盘右，水平中丝照准目标，调平指标水准气泡，读度盘读数R R。 3 3、计算指标差、计算指标差i i和垂直角和垂直角。 见表见表4-44-4：表表4-4垂直角观测记录、计算（中丝法）垂直角观测记录、计算（中丝法）照准点照准点名名盘盘 左左盘盘 右右指标差指标差垂垂 直直 角角照准部照准部位位/ （）/ （）/ （）/ （）/ （）/ （）大岭大岭90 06 27.0 27.054.089 52 38.6 38.477.0+11.0+0 13 37.090 06 27.0 27.054.089 52 38.0 38.076.0+10.0+0 13 38.090 06 27.7 27.355.089 52 38.1 38.476.5+11.5+0 13 38.590 06 27.9 27.655.589 52 37.2 37.374.5+10.0 +0 13 41.0中数中数+0 13 38.6表表4-4 垂直角观测记录、计算（中丝法）垂直角观测记录、计算（中丝法） 应用大地测量学应用大地测量学（二）三丝法（二）三丝法 以三根水平丝为准，依次照准同一目标。以三根水平丝为准，依次照准同一目标。 1 1、盘左，按上、中、下三丝依次照准目标。调平气泡后，读数、盘左，按上、中、下三丝依次照准目标。调平气泡后，读数L L上、上、L L中、中、L L下。下。 2 2、盘右，按上、中、下三丝依次照准目标。调平气泡后，读数、盘右，按上、中、下三丝依次照准目标。调平气泡后，读数R R下、下、R R中、中、R R上。上。 3 3、记录按表、记录按表4-54-5格式。注意盘左由上往下，盘右由下往上记录。格式。注意盘左由上往下，盘右由下往上记录。 4 4、计算指标差、计算指标差i i和垂直角和垂直角。4.4.2 垂直角观测方法垂直角观测方法表45垂直角观测的记录、计算照准点名照准点名盘左盘左盘右盘右指标差指标差垂直角垂直角照准部位照准部位 / （） / （）/ （）/ （）/ （）/ （）朝阳坡朝阳坡89 39 32 3433270 54 39 3838+17 06+0 37 3289 22 16 1716270 37 30 3130-0 07+0 37 3789 05 21 2020270 20 15 1616-17 12+0 37 28中数中数+0 37 32表表4-5 垂直角观测记录（三丝法）垂直角观测记录（三丝法）4. 4 垂直角测量垂直角测量 应用大地测量学应用大地测量学4.4.1 垂直度盘原理与垂直角计算垂直度盘原理与垂直角计算4.4.2 垂直角观测方法垂直角观测方法4.4.3 垂直角观测成果的检核垂直角观测成果的检核 第二节角度观测误差分析4.4.3 垂直角观测成果的检核垂直角观测成果的检核 应用大地测量学应用大地测量学测角三角高程对垂直角观测的要求测角三角高程对垂直角观测的要求 二、三二、三等等四等，一、二级小三四等，一、二级小三角角一、二、三级导线一、二、三级导线J1J2J2J6J2J6测测回回数数中丝法中丝法 42412三丝法三丝法2121垂直角互差垂直角互差/() 指标差互差指标差互差/()101515251525 应用大地测量学应用大地测量学表表2 测距三角高程对垂直角观测和要求测距三角高程对垂直角观测和要求 等级等级仪器仪器测回数测回数垂直角互垂直角互差差 /()指标差互指标差互差差 /()三丝法三丝法中丝法中丝法四等四等J2377五等五等J21210104.4.3 垂直角观测成果的检核垂直角观测成果的检核 应用大地测量学应用大地测量学重测原则：重测原则： 垂直角和指标差的垂直角和指标差的互差互差超限时，应分情况进行重超限时，应分情况进行重测：测： 若一水平丝所测某一方向的垂直角或指若一水平丝所测某一方向的垂直角或指标差互差超限，则此方向需用标差互差超限，则此方向需用中丝中丝重测重测一测回一测回； 若用三丝法在同一方向一测回中有两根若用三丝法在同一方向一测回中有两根水平丝所测结果超限，则该方向需用水平丝所测结果超限，则该方向需用中丝中丝重测重测两两个个测回，或用测回，或用三丝三丝法重测法重测一个一个测回。测回。4.4.3 垂直角观测成果的检核垂直角观测成果的检核 第四章第四章 大地测量观测技术大地测量观测技术 第一节第一节 精密角度测量仪器精密角度测量仪器 第二节第二节 角度观测误差分析角度观测误差分析 第三节第三节 方向观测法方向观测法 第四节第四节 垂直角测量垂直角测量 第五节第五节 精密距离测量精密距离测量 第六节第六节 精密水准测量仪器及其检验精密水准测量仪器及其检验 第七节第七节 精密水准测量观测与概算精密水准测量观测与概算 第八节第八节 GPSGPS测量测量 第九节第九节 天文测量简介天文测量简介 第十节第十节 重力测量简介重力测量简介第五节第五节 精密距离测量精密距离测量 应用大地测量学应用大地测量学 距离测量是大地测量的一项重要工作。距离测量是大地测量的一项重要工作。2020世纪世纪5050年代年代国家大地网测量中使用国家大地网测量中使用因瓦基线尺因瓦基线尺直接丈量基线或其扩大直接丈量基线或其扩大边，确定大地网的起算边长；边，确定大地网的起算边长；7070年代以后，开始使用年代以后，开始使用光电光电测距仪测距仪进行精密距离测量，广泛用于导线测量中的边长观进行精密距离测量，广泛用于导线测量中的边长观测；近测；近1010余年来，随着余年来，随着GPSGPS技术的迅速普及，中、远距离的技术的迅速普及，中、远距离的测量已经由测量已经由GPSGPS测量测量所取代。目前，高精度的较短距离测量所取代。目前，高精度的较短距离测量在导线测量、特殊工程测量以及对高精度的大地网的检测在导线测量、特殊工程测量以及对高精度的大地网的检测测量中还有应用。本节主要介绍光电相位式测距仪的基本测量中还有应用。本节主要介绍光电相位式测距仪的基本结构、测距原理和测距成果的整理计算。结构、测距原理和测距成果的整理计算。 第五节精密距离测量4. 5 精密距离测量精密距离测量 应用大地测量学应用大地测量学4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理4.5.2 全站仪全站仪4.5.3 电磁波测距误差分析电磁波测距误差分析4.5.4 测距的作业要求和成果转换测距的作业要求和成果转换第二节角度观测误差分析4. 5 精密距离测量精密距离测量 应用大地测量学应用大地测量学4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理4.5.2 全站仪全站仪4.5.3 电磁波测距误差分析电磁波测距误差分析4.5.4 测距的作业要求和成果转换测距的作业要求和成果转换第二节角度观测误差分析4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理 应用大地测量学应用大地测量学 “ “档案米档案米”过巴黎地球子午线的四千万分之一的长度过巴黎地球子午线的四千万分之一的长度国国际米原器际米原器沿用沿用7171年年 19601960年年1111届国际计量大会届国际计量大会氪氪-86-86原子辐射波长的原子辐射波长的1650763.731650763.73倍倍的长度；的长度； 19831983年第年第1717届国际计量大会规定：光在真空中，在届国际计量大会规定：光在真空中，在 1/299792458 1/299792458 秒的时间间隔内经过的距离为秒的时间间隔内经过的距离为1 1米。米。 我国采用国际适用单位我国采用国际适用单位m m。 应用大地测量学应用大地测量学在平坦地面上，用在平坦地面上，用24m24m长的因瓦基线尺一尺接一尺地悬空丈量两点长的因瓦基线尺一尺接一尺地悬空丈量两点间的基线长度。拉力一定，丈量结果中加入间的基线长度。拉力一定，丈量结果中加入尺长尺长改正、改正、温度温度改正、改正、悬悬链线链线改正，可达几十万一百万分之一的相对精度。改正，可达几十万一百万分之一的相对精度。丈量前用水准测量的方法测定每个尺段两端点的高差，进行倾斜丈量前用水准测量的方法测定每个尺段两端点的高差，进行倾斜改正，以得到基线的水平长度。改正，以得到基线的水平长度。 我国天文大地网的起算边长主要是采用茵瓦基线尺丈量确定。我国天文大地网的起算边长主要是采用茵瓦基线尺丈量确定。4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理距离测量仪器：因瓦基线尺、电磁波测距仪距离测量仪器：因瓦基线尺、电磁波测距仪卫星激光测距仪卫星激光测距仪 应用大地测量学应用大地测量学（二）距离的测量方式（二）距离的测量方式2、电磁波测距电磁波测距 4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理 应用大地测量学应用大地测量学测距仪发射测距仪发射脉冲波脉冲波，被目标返回后，由仪器，被目标返回后，由仪器接收，测出脉冲往返传播时间接收，测出脉冲往返传播时间t t。测程远时，其精度不如相位式的。测程远时，其精度不如相位式的精度高。精度高。 测距仪发射测距仪发射正弦调制波正弦调制波，反射后由仪器接收，反射后由仪器接收，测出调制波在往返距离上的相位差，推算出距离，精度可达测出调制波在往返距离上的相位差，推算出距离，精度可达1 12cm2cm。4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理 应用大地测量学应用大地测量学3 3、电磁波测距电磁波测距（2 2）相位式测距分类）相位式测距分类按测程分有按测程分有短程短程（3km15km15km）按精度分为按精度分为级级（每（每kmkm中误差中误差5mm5mm）、）、级（级（5 510mm10mm）、）、 级级（101020mm20mm）按载波频率分为光波（光速、红外、激光）、按载波频率分为光波（光速、红外、激光）、微波微波、多载波多载波4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理 应用大地测量学应用大地测量学 相位差：相位差：=t=2ft=t=2ft，得，得t=/2ft=/2f，则，则因因=N 2+=N 2+，=c/f=c/f， 意义：用半波长电测尺，测了意义：用半波长电测尺，测了N N尺段和不足一尺段的尾数尺段和不足一尺段的尾数N N。 相位式测距原理4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理 应用大地测量学应用大地测量学 4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理 应用大地测量学应用大地测量学 4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理 应用大地测量学应用大地测量学 4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理22211122NNDcfNNDcf)(2121212NNfcD 应用大地测量学应用大地测量学 4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理4. 5 精密距离测量精密距离测量 应用大地测量学应用大地测量学4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理4.5.2 全站仪全站仪4.5.3 电磁波测距误差分析电磁波测距误差分析4.5.4 测距的作业要求和成果转换测距的作业要求和成果转换第二节角度观测误差分析4.5.2 全站仪全站仪 应用大地测量学应用大地测量学全站仪最早出现于全站仪最早出现于2020世纪世纪6060年代末，它将电年代末，它将电子测距、电子测角和微处理机结合成一个整体，子测距、电子测角和微处理机结合成一个整体，能自动记录、存储并具备某些固定计算程序。因能自动记录、存储并具备某些固定计算程序。因为在一个测站点能快速进行三维坐标测量、定位为在一个测站点能快速进行三维坐标测量、定位和自动数据采集、处理、存储等工作，实现了测和自动数据采集、处理、存储等工作，实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化，所以称为量和数据处理过程的电子化和一体化，所以称为“全站型电子速测仪全站型电子速测仪”，或简称，或简称“全站仪全站仪”（Total stationTotal station）。）。 4.5.2 全站仪全站仪 应用大地测量学应用大地测量学1 1 全站仪基本结构：全站仪基本结构： 电子测角电子测角 电子测距电子测距 电子补偿电子补偿 微机处理：微处理器、存储器、输入、输出微机处理：微处理器、存储器、输入、输出 自动全站仪：自动识辨、照准、跟踪目标，又称自动全站仪：自动识辨、照准、跟踪目标，又称测量测量机器人机器人。 徕卡公司生产的徕卡公司生产的TPS1100TPS1100系列全站仪（系列全站仪（TCA2003TCA2003自动全自动全站仪）站仪）4.5.2 全站仪全站仪 应用大地测量学应用大地测量学2 2 全站仪精度及等级全站仪精度及等级 全站仪精度由全站仪精度由测角精度测角精度和和测距精度测距精度共同决定。在设计共同决定。在设计时，对测距和测角精度的匹配采用时，对测距和测角精度的匹配采用“等影响等影响”的原则，即：的原则，即：DmmD 取取D=1D=12km2km，=206265=206265，则有表，则有表4-74-7。国家计量检定规程国家计量检定规程（JJG100-94JJG100-94）将全站仪划分为四）将全站仪划分为四个精度等级，见表个精度等级，见表4-8.4-8.4.5.2 全站仪全站仪 应用大地测量学应用大地测量学3 3 全站仪参数设置全站仪参数设置 （1 1）气象改正：）气象改正： （2 2）棱镜常数改正：）棱镜常数改正： （3 3）仪器加常数改正：）仪器加常数改正：4. 5 精密距离测量精密距离测量 应用大地测量学应用大地测量学4.5.1 距离测量方式及其原理距离测量方式及其原理4.5.2 全站仪全站仪4.5.3 电磁波测距误差分析电磁波测距误差分析4.5.4 测距的作业要求和成果转换测距的作业要求和成果转换第二节角度观测误差分析4.5.3 电磁波测距误差分析电磁波测距误差分析 应用大地测量学应用大地测量学 测距误差分析 22222222022)4()(0mDfmnmcmmfncD4.5.3 电磁波测距误差分析电磁波测距误差分析 应用大地测量学应用大地测量学测距误差分析hmDhDbamD 应用大地测量学应用大地测量学 1 1、真空中光速、真空中光速c0c0的误差的误差 ，对测距影响可忽略不计。，对测距影响可忽略不计。 2 2、大气折射率、大气折射率n n的误差的误差 大气中的光速为大气中的光速为 ，可见大气折射率的变化将使光在大气，可见大气折射率的变化将使光在大气中的传播速度发生变化，将引起测距误差。中的传播速度发生变化，将引起测距误差。温度温度t t、气压气压p p及及湿度湿度e e产产生的测距误差比率约：生的测距误差比率约：1919：7.47.4：1 1。 3 3、调制频率的误差、调制频率的误差 误差来源：（误差来源：（1 1）仪器制造时频率校正不精确；（）仪器制造时频率校正不精确；（2 2）晶振频率）晶振频率不稳定。不稳定。 措施：测前对晶振频率进行测定、校正或测定后计算频率改正。措施：测前对晶振频率进行测定、校正或测定后计算频率改正。ncc04.5.3 电磁波测距误差分析电磁波测距误差分析 应用大地测量学应用大地测量学 4.5.3 电磁波测距误差分析电磁波测距误差分析 应用大地测量学应用大地测量学 2、仪器常数误差、仪器常数误差 仪器加常数仪器加常数实测结果与已知基线长度之间存在固实测结果与已知基线长度之间存在固定不变的常数。定不变的常数。 作业前应精确测定仪器加常