工程测量电子教案省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学工工 程程 测测 量量 学学 第四章第四章 工程测量仪器与方法工程测量仪器与方法第1页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学2第四章第四章 工程测量仪器与方法工程测量仪器与方法主要内容：主要内容：工程测量中，进行长度和偏距、角度和方向、工程测量中，进行长度和偏距、角度和方向、高程和倾斜、准直、坐标等测量仪器及其测量高程和倾斜、准直、坐标等测量仪器及其测量方法方法重点：重点：专用仪器专用仪器特殊方法特殊方法 中国地质大学中国地质大学 工程学院工程学院 工程测量学工程测量学第2页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.1 角度测量角度测量 角度是几何测量基本元素，包含角度是几何测量基本元素，包含水平角水平角和和垂直角垂直角。角度测量仪器主要是经纬仪，分为光学角度测量仪器主要是经纬仪，分为光学经纬仪和电子经纬仪两大类。经纬仪和电子经纬仪两大类。第3页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.1 角度测量角度测量一、光学经纬仪基本结构一、光学经纬仪基本结构 基本结构主要包含照准部（望基本结构主要包含照准部（望远镜）、读数装置（含水平度盘、远镜）、读数装置（含水平度盘、垂直度盘）、安平设备及基座和垂直度盘）、安平设备及基座和对点器等。对点器等。我国光学经纬仪系列分为我国光学经纬仪系列分为J07、J1、J2、J6等型号，等型号，J为经纬仪汉为经纬仪汉语拼音第一个字母，下标表示仪语拼音第一个字母，下标表示仪器精度指标。器精度指标。第4页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.1 角度测量角度测量二、水平角观察二、水平角观察 对仪器进行对仪器进行“对中对中”和和“整平整平”；盘左，粗略瞄准一个目标；盘左，粗略瞄准一个目标；仔细对光，消除视差；仔细对光，消除视差；准确瞄准目标，取水平度盘读数；准确瞄准目标，取水平度盘读数；不动调焦镜，盘右，准确瞄准目标，取不动调焦镜，盘右，准确瞄准目标，取水平度盘读数；水平度盘读数；对于下一个目标，重复上述操作。对于下一个目标，重复上述操作。第5页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.1 角度测量角度测量三、垂直角观察三、垂直角观察 三丝法垂直角观察详细操作程序：三丝法垂直角观察详细操作程序：盘左，按上、中、下三根水平丝次序依次照盘左，按上、中、下三根水平丝次序依次照准同一目标各一次，并分别读竖盘读数；准同一目标各一次，并分别读竖盘读数；盘右，同上一样观察；盘右，同上一样观察；分别计算三根水平丝所测得指标差和垂直角，分别计算三根水平丝所测得指标差和垂直角，并取垂直角平均值作为一个目标一测回之值。并取垂直角平均值作为一个目标一测回之值。若仅使用中间水平丝进行观察，则称为若仅使用中间水平丝进行观察，则称为“中中丝法丝法”第6页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.1 角度测量角度测量五、目标照准自动化（基本原理）带带ATR望远镜结构示意图望远镜结构示意图第7页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.1 角度测量角度测量五、目标照准自动化五、目标照准自动化 在角度测量时，在角度测量时，ATR自动识别并照准目标主自动识别并照准目标主要有三个过程：要有三个过程：目标搜索过程目标搜索过程目标照准过程目标照准过程测量过程测量过程第8页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.1 角度测量角度测量六、全自动陀螺经纬仪六、全自动陀螺经纬仪 经纬仪与陀螺仪配合使用，成为陀螺经纬仪。当前，自经纬仪与陀螺仪配合使用，成为陀螺经纬仪。当前，自动化陀螺经纬仪主要产品有德国威斯特发伦采矿联合企业动化陀螺经纬仪主要产品有德国威斯特发伦采矿联合企业Gyromat和日本索佳企业（和日本索佳企业（SOKKIA）AGP1等。等。GYROMATAGP1第9页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.1 角度测量角度测量六、全自动陀螺经纬仪 陀螺经纬仪基本结构自动定向原理注：注：陀螺马达陀螺马达灵敏部灵敏部悬挂带悬挂带第10页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.1 角度测量角度测量六、全自动陀螺经纬仪六、全自动陀螺经纬仪测量步骤测量步骤将仪器安置到三脚架上并准确对中、整平；将仪器安置到三脚架上并准确对中、整平；连接陀螺仪与经纬仪之间数据通信电缆；连接陀螺仪与经纬仪之间数据通信电缆；经纬仪开机，陀螺仪开机；经纬仪开机，陀螺仪开机；开启测量程序进行定向测量；开启测量程序进行定向测量；将仪器从任意初始位置步进测量自动实现概略寻北；将仪器从任意初始位置步进测量自动实现概略寻北；测定测前悬带零位；测定测前悬带零位；仪器预定向，使概略指北方向在仪器预定向，使概略指北方向在0.05g0.05g（2 2 4242）按积分测量准确定向，并显示照准部零位与真北方向偏角。按积分测量准确定向，并显示照准部零位与真北方向偏角。经纬仪照准测线目标，盘左、盘右观察两测回，将结经纬仪照准测线目标，盘左、盘右观察两测回，将结果输入到陀螺仪中，即可计算并显示测线方位角。果输入到陀螺仪中，即可计算并显示测线方位角。第11页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.1 角度测量角度测量六、全自动陀螺经纬仪六、全自动陀螺经纬仪 测角装置采取测角装置采取TDA5005全站仪，还全站仪，还实现了目标自动跟踪功效。实现了目标自动跟踪功效。国产国产TDA5005+Y/JTG-1陀螺经纬仪陀螺经纬仪第12页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.2 距离测量距离测量 距离是几何测量基本元素，距离测量距离是几何测量基本元素，距离测量方法主要有三种：方法主要有三种：直接丈量直接丈量间接视距测量间接视距测量物理测距物理测距第13页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.2 距离测量距离测量一、钢尺量距（钢尺尺长方程式）一、钢尺量距（钢尺尺长方程式）钢尺量距普通包含以下几方面工作：钢尺量距普通包含以下几方面工作：二、电磁波测距二、电磁波测距 电磁波测距是经过测定电磁波在待测距离上往返传输电磁波测距是经过测定电磁波在待测距离上往返传输时间，利用以下基本公式来计算待测距离。时间，利用以下基本公式来计算待测距离。定线定线量距量距测量定向桩之间高差测量定向桩之间高差结果整理结果整理第14页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.2 距离测量距离测量二、电磁波测距二、电磁波测距特点：特点：相位式测距是经过测量调制波在测线上往返传输所产相位式测距是经过测量调制波在测线上往返传输所产生相位移间接地测定电磁波在测线上往返传输时间。生相位移间接地测定电磁波在测线上往返传输时间。相位式测距原理相位式测距原理相位式测距原理：相位式测距原理：第15页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.2 距离测量距离测量二、电磁波测距二、电磁波测距 电磁波测距仪分类电磁波测距仪分类按载波分：光波测距仪、微波测距仪和多载波测距仪；按载波分：光波测距仪、微波测距仪和多载波测距仪；按测程分：短程测距仪（按测程分：短程测距仪（2km）、中程测距仪（）、中程测距仪（27km）、远程测距仪（远程测距仪（715km）和超远程测距仪）和超远程测距仪；按精度分：超高精度测距仪、高精度测距仪、普通精度测距按精度分：超高精度测距仪、高精度测距仪、普通精度测距仪；仪；按测距方式分：脉冲式测距仪（按测距方式分：脉冲式测距仪（测程远但精度低测程远但精度低）、相位式测相位式测距仪距仪（测程较短但精度高测程较短但精度高）和混合式测距仪和混合式测距仪第16页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.2 距离测量距离测量二、电磁波测距二、电磁波测距电磁波测距仪使用（电磁波测距仪使用（P73）测距仪普通由照准头、控制器、电源和反射器四部分测距仪普通由照准头、控制器、电源和反射器四部分组成，普通与经纬仪连接使用。各种型号电磁波测距仪结组成，普通与经纬仪连接使用。各种型号电磁波测距仪结构不一样，操作方法也有差异，使用时应严格按照说明书构不一样，操作方法也有差异，使用时应严格按照说明书进行操作。进行操作。仪器加常数和乘常数更正仪器加常数和乘常数更正 Dc=a DR=b*D气象更正气象更正倾斜更正倾斜更正第17页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.2 距离测量距离测量三、双频激光干涉测距三、双频激光干涉测距第18页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学 4.2 距离测量距离测量 三、双频激光干涉测距三、双频激光干涉测距 干涉仪、测距仪反射镜干涉仪、测距仪反射镜用双频激光干涉仪检定测距仪用双频激光干涉仪检定测距仪第19页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.2 距离测量距离测量四、偏距测量四、偏距测量尼龙丝准直系统系统尼龙丝准直系统系统 由三部分组成：尼龙丝，带有探测器尺子及由三部分组成：尼龙丝，带有探测器尺子及控制装置。控制装置。激光准直系统激光准直系统 该系统由一带有专门光学系统激光源及一台该系统由一带有专门光学系统激光源及一台差示光电管接收机组成。差示光电管接收机组成。第20页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.3 高程测量高程测量一、几何水准测量一、几何水准测量电子水准仪基本结构电子水准仪基本结构 基本结构由光学机械部分、自动安平赔偿装置和电子基本结构由光学机械部分、自动安平赔偿装置和电子设备组成。电子设备主要包含：调焦编码器、光电传感器设备组成。电子设备主要包含：调焦编码器、光电传感器（即线阵（即线阵CCD器件）、读数电子元件、单片微处理机、接器件）、读数电子元件、单片微处理机、接口（外部电源和外部存放统计）、显示器件、键盘以及影像口（外部电源和外部存放统计）、显示器件、键盘以及影像数据处理软件等，标尺采取条形码标尺供电子测量使用。数据处理软件等，标尺采取条形码标尺供电子测量使用。第21页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.3 高程测量高程测量一、几何水准测量一、几何水准测量徕卡徕卡DNA03/10徕卡徕卡DNA03/蔡司蔡司DINI1010徕卡徕卡D拓普康拓普康DL101/102NA03/10徕卡徕卡DNA索佳索佳SDL203/10部部分分电电子子水水准准仪仪外外观观图图第22页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.3 高程测量高程测量一、几何水准测量一、几何水准测量电子水准仪测量原理电子水准仪测量原理 因为生产电子水准仪各厂家采取不一样专利，因为生产电子水准仪各厂家采取不一样专利，测量标尺也各不相同，所以读数原理各异，下面测量标尺也各不相同，所以读数原理各异，下面主要介绍徕卡和蔡司两家企业生产电子水准仪测主要介绍徕卡和蔡司两家企业生产电子水准仪测量原理。量原理。第23页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.3 高程测量高程测量几何水准测量（徕卡电子水准仪原理）几何水准测量（徕卡电子水准仪原理）第24页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.3 高程测量高程测量几何水准测量（蔡司电子水准仪原理）几何水准测量（蔡司电子水准仪原理）第25页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.3 高程测量高程测量一、几何水准测量一、几何水准测量 几何水准测量是经典高差测量方法，使用仪器是水准几何水准测量是经典高差测量方法，使用仪器是水准仪，其原理是借助于水平视线获取树立在两点上标尺读书，仪，其原理是借助于水平视线获取树立在两点上标尺读书，从而测定两立尺间高差。从而测定两立尺间高差。它与传统光学水准仪相比有以下：它与传统光学水准仪相比有以下：电子水准仪性能及特点电子水准仪性能及特点优点：优点：读数客观读数客观精度高精度高速度快速度快效率高效率高操作简单操作简单缺点：缺点：电子水准仪对标尺进行读数不如电子水准仪对标尺进行读数不如光学水准仪灵活光学水准仪灵活电子水准仪受外界条件影响较大电子水准仪受外界条件影响较大第26页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.3 高程测量高程测量一、几何水准测量一、几何水准测量电子水准仪应用电子水准仪应用 因为电子水准仪优点显著，当前已经广泛应因为电子水准仪优点显著，当前已经广泛应用于大地测量、工程测量、工业测量等领域。用于大地测量、工程测量、工业测量等领域。第27页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.3 高程测量高程测量二、液体静力水准测量二、液体静力水准测量连通器内液体平衡连通器内液体平衡液体静力水准测量原理液体静力水准测量原理第28页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.3 高程测量高程测量三、三角高程测量三、三角高程测量第29页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.3 高程测量高程测量四、倾斜测量四、倾斜测量 即使地面或建筑物倾斜可用常规测量方法测即使地面或建筑物倾斜可用常规测量方法测定两点间高差改变，从而求出倾斜值，但在一些定两点间高差改变，从而求出倾斜值，但在一些工作面倾斜测量和连续自动化倾斜监测中，普通工作面倾斜测量和连续自动化倾斜监测中，普通采取专用倾斜测量仪。当前倾斜仪种类很多，大采取专用倾斜测量仪。当前倾斜仪种类很多，大致能够分为致能够分为“短基线短基线”倾斜仪和倾斜仪和“长基线长基线”倾斜倾斜仪两种。前者普通用垂直摆锤或水准气泡作为参仪两种。前者普通用垂直摆锤或水准气泡作为参考线；后者普通依据静力水准测量原理做成。考线；后者普通依据静力水准测量原理做成。第30页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.4 准直测量准直测量 一、光相干性原理一、光相干性原理 因为光含有波动性，所以如机械波那样，当因为光含有波动性，所以如机械波那样，当两列光波频率相同、方向相同、相位相同或相位两列光波频率相同、方向相同、相位相同或相位差恒定时，这两列光波将产生干涉现象。差恒定时，这两列光波将产生干涉现象。光相干性光相干性第31页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.4 准直测量准直测量二、波带板激光准直测量设备二、波带板激光准直测量设备 波带板激光准直设备主要有以下部件组成：波带板激光准直设备主要有以下部件组成：He-Ne激光器，用于发射激光。激光器，用于发射激光。波带板波带板(a)圆形波带板圆形波带板(b)方形波带板方形波带板激光探测器激光探测器第32页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.4 准直测量准直测量三、波带板激光准直测量方法三、波带板激光准直测量方法波带板激光准直测量步骤以下：波带板激光准直测量步骤以下：在一基准点在一基准点A安置激光器；安置激光器；在另一基准点在另一基准点B安置探测器；安置探测器；在待测点在待测点i安置一特定安置一特定“焦距焦距”波带板。波带板。激光波带板准直测量激光波带板准直测量第33页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.4 准直测量准直测量四、激光准直测量精度与应用四、激光准直测量精度与应用 试验表明用这种装置准直，测定偏离值精度试验表明用这种装置准直，测定偏离值精度可达测线长度可达测线长度10-6；因为激光准直受大气影响，；因为激光准直受大气影响，假如将高精度激光准直系统安装在真空管道内，假如将高精度激光准直系统安装在真空管道内，则准直精度还可达则准直精度还可达10-710-8。因为波带板激光准直测量高精度，当前已被因为波带板激光准直测量高精度，当前已被广泛应用于线状工程建筑物变形观察，如大坝变广泛应用于线状工程建筑物变形观察，如大坝变形观察，精密导轨标定和高能粒子加速器直线段形观察，精密导轨标定和高能粒子加速器直线段安装与变形检测中，也用于高能粒子加速器环形安装与变形检测中，也用于高能粒子加速器环形网三角形高测量中。网三角形高测量中。第34页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.5 坐标测量坐标测量 一、全站仪测量全站仪系统结构全站仪系统结构全站仪分类全站仪分类速测术与速测仪速测术与速测仪全站型电子速测仪全站型电子速测仪全站仪发展趋势全站仪发展趋势第35页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.5 坐标测量坐标测量 二、全球定位系统（二、全球定位系统（GPS）伪距法定位原理伪距法定位原理载波相位测量原理载波相位测量原理GPS作业方式作业方式GPS数据处理数据处理GPS定位误差起源定位误差起源第36页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.5 坐标测量坐标测量 三、激光跟踪仪三、激光跟踪仪 当前，国际上主要有三家仪器企业生产激光当前，国际上主要有三家仪器企业生产激光跟踪仪，分别是瑞士徕卡企业，美国跟踪仪，分别是瑞士徕卡企业，美国SMX企业企业（现已并如（现已并如FARO）、）、API企业。企业。徕卡徕卡LTD500 SMXTracker4500 API TrackerII第37页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.5 坐标测量坐标测量 三、激光跟踪仪三、激光跟踪仪激光跟踪仪基本组成激光跟踪仪基本组成角度测量部分角度测量部分距离测量部分距离测量部分跟踪部分跟踪部分控制部分控制部分支撑部分支撑部分第38页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.5 坐标测量坐标测量 三、激光跟踪仪三、激光跟踪仪激光跟踪仪测量原理和坐标系激光跟踪仪测量原理和坐标系激光干涉测距原理激光干涉测距原理第39页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.5 坐标测量坐标测量 三、激光跟踪仪三、激光跟踪仪激光跟踪仪测量原理和坐标系激光跟踪仪测量原理和坐标系激光跟踪仪坐标测量原理图激光跟踪仪坐标测量原理图第40页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.5 坐标测量坐标测量 三、激光跟踪仪三、激光跟踪仪激光跟踪仪应用激光跟踪仪应用车身在线检测设备车身在线检测设备CCD传感器校准传感器校准第41页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.5 坐标测量坐标测量 四、激光扫描仪不一样厂家激光扫描仪外不一样厂家激光扫描仪外型型LR200激光雷达激光雷达第42页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.6 水深测量水深测量一、回声测深仪一、回声测深仪回声测深原理回声测深原理为超声波在水中传输速度，约为为超声波在水中传输速度，约为1500m/s为水面至水底反射往返时间间隔为水面至水底反射往返时间间隔第43页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.6 水深测量水深测量二、多波束测深仪二、多波束测深仪 与传统单波束测深仪比较，多波束测深仪含与传统单波束测深仪比较，多波束测深仪含有测量范围大、速度快、精度高、统计数字化以有测量范围大、速度快、精度高、统计数字化以及成图自动化等优点，它把测深技术从点、线扩及成图自动化等优点，它把测深技术从点、线扩展到面，并深入发展到立体测深和自动成图，从展到面，并深入发展到立体测深和自动成图，从而使水下地形测量技术发展到了一个较高水平。而使水下地形测量技术发展到了一个较高水平。第44页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学 4.6 水深测量水深测量 三、水位观察三、水位观察 水深测量需与陆地上平面位置与高程联络起水深测量需与陆地上平面位置与高程联络起来才含有水下地形测绘等实用价值。测深平面定来才含有水下地形测绘等实用价值。测深平面定位可籍助陆地测量技术，如传统方向交会、距离位可籍助陆地测量技术，如传统方向交会、距离交会、极坐标法等，当前主要采取交会、极坐标法等，当前主要采取GPS动态定位动态定位方法和无线电定位等。方法和无线电定位等。第45页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学四、深度基准面概念四、深度基准面概念 在工程测量中，水下地形点竖向位置描述可在工程测量中，水下地形点竖向位置描述可使用与陆地一样高程系统，由此得到水下地形图。使用与陆地一样高程系统，由此得到水下地形图。但有时需用水深描述水下地形点竖向位置，则得但有时需用水深描述水下地形点竖向位置，则得到用等深线表示水深图或海图。水深计算起算面到用等深线表示水深图或海图。水深计算起算面称为深度基准面。称为深度基准面。4.6 水深测量水深测量 第46页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.7 其它测量仪器其它测量仪器一、手持式激光测距仪一、手持式激光测距仪 手持式激光测距仪应用手持式激光测距仪应用测量不便时测量不便时环境干扰时环境干扰时装装修修与与房房产产第47页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.7 其它测量仪器其它测量仪器二、激光扫平仪水平面水平面垂垂直直面面水平和垂直平面扫描水平和垂直平面扫描激光扫平仪和探测器激光扫平仪和探测器第48页 中国地质大学中国地质大学 工程测量学工程测量学4.7 其它测量仪器其它测量仪器三、投点仪三、投点仪A.天顶仪天顶仪B.天底仪天底仪C.天顶天底仪天顶天底仪 D.激光天顶仪激光天顶仪光学或激光投点仪光学或激光投点仪第49页