测量教案4章_全站仪距离与坐标测量[140页]课件

1、测量地面点连线的距离称距离测量是确定地面点位的基本测量工作之一。距离测量方法钢尺量距、视距测量、电磁波测距、GNSS测量等。全站仪的测距原理为电磁波测距Electro-magnetic Distance Measuring，简称EDM GNSS测距方法在第8章介绍。第4章 全站仪距离与坐标测量4.1 相位式光电测距原理电磁波测距EDM是用电磁波(光波或微波)作为载波传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法全站仪的测距载波为光波，也称光电测距。测距基准：真空光速c0=299792457.40.1m/s光速简称为每秒30万公里。人类为精确测量光速，用了300多年时间1676年丹麦天文学家罗默(Ro

2、mer)观察木星卫星蚀第一个测得光速c0=215000km/s迈克尔逊(美国1852-1931)以测量光速为终生目标设计旋转镜和干涉仪测量光速1879年测得光速c0=2999105km/s1882年测得光速c0=2998536km/s作为国际标准沿用了40年,获1907诺贝尔物理学奖但人类对光速测量并未完结 1958年弗鲁姆(Froome)利用微波干涉法测得光速c0=299792.50.1km/s1972年埃文森用激光测出光速的最精确值c0=299792457.40.1m/s真空光速物理学最重要的基本常数之一。物理学界最早的争执开普勒(德国1571-1630)和笛卡儿(法国1596-1660)

3、认为光的传播不需要时间，是在瞬时进行的伽利略(意大利1564-1642)认为光速虽然传播得很快，但可以测定。著名的光速测量实验掩灯方案1607年伽利略进行了世界首次光速测量实验。 甲乙两人分别站在相距1英里的两个山头甲乙各拿一灯，甲先举灯，乙看甲举灯立即举灯，从甲举灯到他看到乙举灯的时间间隔就是光传播2英里的时间，2英里/传播时间=光速。但光速太快了，这种方法根本测不出。实际测量的是：实验者的反应和人手动作的时间。 1) 光电测距原理测量光波在待测距离往、返传播一次所需的时间t2DD=ct2D/2，c大气光速c=c0/n， c0=299792457.40.1m/s真空光速n1大气折射率n=f(

4、,t,P)光波长，大气温度t，大气压力P的函数南方NTS-360LN系列全站仪光波长=0.650.69m为固定常数。影响光速的大气折射率n随大气温度t，大气压力P而变化要求在光电测距作业时应实时测定现场的大气温度t，大气压力P并对所测距离施加气象改正。根据测量光波在待测距离D上往、返传播时间t2D方法的不同，全站仪的测距模块(也称测距头)分为脉冲式(pulse)，相位式(phase)两种本节只介绍相位式光电测距原理。 气压计、通风干湿温度计测量正弦光波在待测距离往返传播相位差解算时间t2D频率 f 正弦光波振荡一周期相位移2发射正弦光波经2D距离后相位移=2N+正弦光波振荡频率 f 的意义1秒

5、钟振荡次数正弦光波经t2D秒钟后振荡相位移= 2f t2D时间方程2f t2D=2N+解：t2D=(N+/ 2)/f=(N+N)/f，N=/ 2D=0.5ct2D=0.5c(N+N)/f=0.5cT(N+N)=0.5S (N+N)S=c/f=cT正弦波波长0.5S正弦波半波长，测尺调制频率f 越大，测尺长0.5S越短电子相位计将两个正弦波比相测量相位差求出不足一周期小数N=/2，测不出整周数 N距离D=0.5S(N+N)存在多值解只有当D0，P0P点高斯横坐标y0，P0APQ=PQ+P子午线收敛角P与中央子午线经度L0测点的经差及纬度有关。使用南方MSMT手机软件高斯投影正算程序启动手机GPS

6、采集手机测点P的经纬度高斯投影正算计算测点P的子午线收敛角P。高斯投影正算界面点击 按钮，启动手机GPS采集测点经纬度值点击 按钮计算测点的子午线收敛角为P=-0o1437.62874。(3) PQ与AmPQ的关系PQ=AmPQ+PP4) 用罗盘仪测定磁方位角 (1) 罗盘仪的构造主要部件磁针、刻度盘、望远镜、基座。5) 用手机的电子罗盘(e-compass)测定磁方位角智能手机自带电子罗盘，用霍尔器件来实现测量功能。当恒定的电流通过一段导体时其侧面电压会随磁感应强度线性变化。通过测量导体的侧面电压，可测出磁感应强度的大小。设地球磁场与地面平行在手机的平面与垂直两个方向放上各放一个霍尔器件可感

7、知地球磁场在这两个霍尔器件磁感应强度分量从而获得地球磁场的方向。地球磁场的分布华为P9手机电子罗盘测量直线的磁方位角vivoX9手机电子罗盘测量直线的磁方位角4.4 平面坐标计算原理 直线有三种方位角真方位角、磁方位角、坐标方位角但在施工测量中，使用最多的是坐标方位角。1) 由直线端点坐标反算坐标方位角的原理(1) 使用勾股定理与arctan函数计算A点平面坐标为(xA，yA)，B点平面坐标为(xB，yB)直线AB方向的坐标增量定义为勾股定理计算AB平距过直线起点A平行于高斯平面坐标系的x，y轴建立增量坐标系x，y计算象限角RABRAB取值范围0o90o方位角范围 0o360o需要转换。象限角

8、RAB取值范围0o90o 根据xAB与yAB的正负判断直线AB方向在增量坐标系的象限称BA为AB的反方位角，关系：BA=AB180o例4-1 试计算AB边的平距,坐标方位角,反方位角。xAB=2547188.0432547228.568=-40.525myAB=491377.210491337.337=39.873m =56.852m =-44o3207.3xAB0，AB边方向位于第象限坐标方位角：AB=RAB+180o=135o2752.7反坐标方位角：BA=AB+180o=315o2752.7(2) 使用卡西欧fx-5800P复数计算复数的三种表示法直角坐标，极坐标，指数z=x+yi=r=

9、rei，r0fx-5800P能对直角坐标、极坐标复数进行计算。x复数实部(Real Part)y复数虚部(Imaginary Part)i2=-1，按 键输入i 当字母变量B存储了复数时ReP(B)复数变量B实部,按 键输入ReP(ImP(B)复数变量B虚部,按 键输入ImP(复数几何意义复平面点高斯平面直角坐标系纵轴x实数轴横轴y虚数轴象限顺时针编号。r复数模(Absolute value)，原点Oz平距复数辐角(Argument)，原点Oz水平角按 键输入直角坐标与极坐标的关系x=rcos，y=rsinz=r=rcos+rsini=x+yi当字母变量D存储了复数时Abs(D)计算复数变量D

10、的模按 键，或按 键输入Abs(Arg(D)计算复数变量D的辐角按 键输入Arg(辐角的取值范围0o180o使用复数计算AB边的平距与方位角2) 导线边坐标方位角的推算及其坐标计算原理相邻控制点连成直线构成的折线称为导线控制点称为导线点(traverse point)。导线测量是依次测定导线边的平距两相邻导线边的水平夹角再根据起算数据，推算各边的坐标方位角最后计算导线点的平面坐标。(1) 导线边坐标方位角的推算已知AB边的坐标方位角AB全站仪安置在B点，测量了水平角L与平距D需要计算C点的平面坐标。 根据已知坐标方位角AB推算BC边的坐标方位角BC导线边的坐标方位角推算方向为ABCL位于方位角

11、推算方向左侧左角R位于方位角推算方向右侧右角水平角观测时，设置水平盘为右旋角HR(顺时针注记)以后视点A为零方向，测量的水平角ABC为左角L以前视点C为零方向，测量的水平角CBA为右角R。 使用AB边的已知方位角AB，水平角L或R计算BC边方位角的公式推导过程。式中的，AB+L180o或ABR180o时，取 AB+L180o或ABR180o时，取以保证计算结果满足方位角的定义0oBC360o。(2) 导线点坐标计算原理设B点的坐标为(xB，yB)，则C点坐标实数计算公式复数计算公式为 例4-2 试计算支导线点1、2的平面坐标。推算边长Q1、12的坐标方位角应用实数公式计算1、2点坐标应用复数公

12、式计算1、2点坐标4.5 坐标模式当前模式为角度模式或距离模式时按 键进入坐标模式，有三页功能菜单按 键翻页。全站仪显示的N坐标(北坐标)为高斯平面坐标的x坐标E坐标(东坐标)为高斯平面坐标的y坐标Z坐标为高程H。应先设置测站点坐标与后视点坐标完成测站定向后，才能测量碎部点坐标。这需要从仪器内存调用已知点的坐标。NTS-362LNB系列全站仪内存设置了文件名为FIX.LIB的已知坐标文件最多允许输入200个控制点的三维坐标。1) 导入控制点坐标到仪器内存已知坐标文件FIX.LIB可将测区内的控制点坐标按南方CASS坐标格式点名,编码,E,N,Z在MS-Excel输入测区全部控制点的三维坐标另存

13、为扩展名为csv的逗号分隔文件，并复制到SD卡。将SD卡插入全站仪的SD卡插槽执行菜单/存储管理/文件维护/已知坐标/导入命令从SD卡导入扩展名为csv的已知坐标文件到仪器内存的已知坐标文件FIX.LIB供用户在坐标模式、数据采集或放样命令设置测站与后视定向时调用。 分别用MS-Excel与Windows记事本打开6con.csv文件坐标文件中的1J表示为一级导线点。NTS-362LNB系列全站仪最多可以接收并显示21位字符的编码。全站仪可以导入扩展名分别为txt、dat、csv的文本格式坐标文件，dat的坐标文件为在南方CASS采集的坐标文件。按 键进入菜单模式菜单执行存储管理/文件维护/已

14、知坐标/导入命令移动光标到6con.csv文件，按 键开始导入。2) 坐标模式功能菜单可以在坐标模式测量测点坐标或放样设计点坐标。坐标测量与放样之前，应先创建用于存储测点或放样点坐标的文件，设置测站点与后视定向输入仪器高与目标高。控制点K1、K2、K3，设计点1、2、3、4。控制点K1、K2、K3坐标已导入内存已知坐标文件在MS-Excel输入设计点1、2、3、4坐标另存为4points.csv文件复制4points.csv文件到SD卡根目录插入SD卡到仪器SD卡插槽 。(1) (文件)/P3页功能菜单 在全站仪内存新建坐标文件坐标模式P3页功能菜单按 (文件) (调用) (新建)键进入新建文

15、件界面，缺省设置文件名当前日期_序号按 (确认)键返回文件列表界面。 从SD卡导入4points.csv文件坐标数据到全站仪当前坐标文件按 (导入)键，屏幕显示SD卡根目录文件列表移动光标到4POINTS.CSV文件名，按 键开始导入，完成导入后返回坐标模式P3页功能菜单。(2) (设站)/P2页功能菜单 设置测站点坐标与后视定向。按 (设站) (调用)键，进入点名列表界面先显示已知坐标文件FIX.LIB的点名，右侧字符已知再显示当前坐标文件的点名，右侧字符坐标。设置K3为测站点，继续设置后视。按 (调用)键，进入点名列表界面移动光标到K2按 键站点，按 (确认)键瞄准后视点棱镜中心，按 是键

16、，按 是键输入棱镜高，按 (确认)键，返回坐标测量界面。按 (测量)键，屏幕显示实测坐标K2已知坐标差按 (坐标)键，屏幕显示实测K2点坐标按 (确认)键，返回坐标测量界面。通过测量后视点坐标进行测站定向检核。(3) (后视)/P2页功能菜单 坐标模式P2页功能菜单按 (后视)键进入设置后视点界面。 按 (坐标定后视)键，进入后视点坐标界面按 (调用)键从已知坐标文件与当前坐标文件点名列表，调用后视点坐标完成后视定向。 按 (角度定后视)键，进入输入后视方位角界面按键输入后视方位角300.1.33按 (确认)键转动照准部，望远镜瞄准K2点目标，按 是键设置水平盘读数为测站点K3后视点K2的方位

17、角返回坐标模式P2页功能菜单。(4) (仪高)/P2页功能菜单 查看或设置仪器高、目标高。 坐标模式P2页功能菜单，按 (仪高)键查看或编辑最近一次设置的仪器高和目标高完成操作后按 (确认)键返回坐标模式P2页功能菜单。(5) (放样)/P3页功能菜单 按 (放样)键，进入放样1/2菜单按 (调用)键，移动光标1号点，按 键输入棱镜高1.62m，按 (确认)键屏幕显示测站K3放样点1的平距、方位角按 (指挥)键屏幕显示视准轴方位角设计方位角差(水平角差)转动照准部，使水平角差=0指挥棱镜移动到望远镜视准轴方向，安置棱镜上、下转动望远镜瞄准棱镜中心，按 (测量)键屏幕显示1点实测平距1点设计平距

18、差(平距差)测站指挥，在1点后，视准轴方向定1点小钢尺置于1点1点，丈量0.732m精确确定1点位在1点安置棱镜，再次瞄准棱镜中心，按 (测量)键直至1点的平距差=0为止。(6) (测存)/P1页功能菜单 为了在MS-Excel比较已放样14号点坐标与其设计坐标的差异，可在坐标模式P1页功能菜单执行测存命令，实测已放样的14号点坐标并存入当前坐标文件，将当前文件导出到SD卡在PC机用MS-Excel打开SD卡的csv格式坐标文件在MS-Excel比较已放样点位实测坐标与设计坐标的差异，以此检核放样的正确性。望远镜瞄准安置在已放样1号点棱镜中心坐标模式P1页功能菜单，按 (测存)键按 是键，输入

19、点名1，按 (记录) 是键存入1号点实测坐标到当前文件。同理测存2、3、4号点坐标。 查看当前文件点名列表坐标模式P3页功能菜单按 (放样) (设置放样点) (调用)键进入点名列表界面,坐标文件14设计点坐标,注记坐标执行测存命令实测的14点坐标，注记测点。 导出当前文件到SD卡坐标模式P3页功能菜单按 (文件) (调用) (导出)键导出当前文件180612_1导出到SD卡根目录五个文件 扩展名dat、csv南方CASS展点坐标文件扩展名txt300与600格式测量文件扩展名dxf图形交换文件。180612_1.csv、180612_1.dat坐标文件在MS-Excel比较14号点的设计坐标与

20、实测坐标结果4.6 菜单模式总图 按 键进入菜单模式，有2页8个一级菜单命令按 键循环翻页。1) 仪器常数按 (仪器常数)键，屏幕显示测距加常数与乘常数值测距加常数与乘常数值出厂设置均为0。2) 硬件信息按 (硬件信息)键，屏幕显示仪器硬件信息。 MB:03/20180112：03号主板/2018.1.12 EDM:05/20161110：05号测距头/2016.11.10 CCDV:19/20160629：19号竖盘/2016.6.29 CCDH:19/20160629：19号水平盘/2016.6.29 TILT:04/20161110：04号补偿器/2016.11.10。 4.7 数据采集

21、测量碎部点的三维坐标并存入当前文件的坐标文件观测数据存入当前文件的测量文件。1) 新建文件菜单1/2界面，按 (数据采集)键进入选择文件界面，屏幕显示最近一次当前文件名。按 (调用) (新建)键，用当前日期数字加序号创建一个新文件，按 (确认)键屏幕显示最近一次设置的调用文件名。(1) 在选择文件界面设置当前文件当前文件用于存储数据采集测量的测点坐标按 键设置新建文件180613_1为当前文件进入选择调用文件界面。(2) 在调用文件界面设置调用文件调用文件用于设置测站点与后视点坐标按 (调用)键，选择新建文件180613_1按 键设置调用文件与当前文件为同一个文件180613_1返回数据采集1

22、/2界面。NTS-360LNB全站仪内存新增已知坐标文件FIX.LIB用于存储测区最多200个控制点的坐标可以将当前文件与调用文件设置为同一个文件。 (3) 数据采集1/2菜单按 (设置测站点)键或按 (设置后视点)键需要调用控制点坐标时，可从已知坐标文件、当前文件、调用文件等三个文件中调用点的坐标。(4) 数据采集1/2菜单按 (测量点)键观测测点测点的测量数据存入扩展名为SMD的测量文件测点的坐标数据存入扩展名为SCD的坐标文件。3) 数据采集设置 数据采集2/2界面，按 (数据采集设置)键进入数据采集设置菜单。(1) 数据采集顺序数据采集设置菜单，按 (数据采集顺序)键进入数据采集顺序界

23、面，出厂设置为先编辑后采集。 先编辑后采集：设置测点点名、编码、目标高再执行测量点命令采集测点的数据。 先采集后编辑：执行测量点命令采集测点数据后再编辑测点点名、编码、目标高。 (2) 数据采集确认数据采集设置菜单，按 (数据采集确认)键进入数据采集确认界面，出厂设置为开。 开：执行测量点命令采集测点数据后提示是否存储测点数据到当前文件。 关：执行测量点命令采集测点数据后自动存储测点数据到当前文件，不需用户确认。 (3) 数据采集距离数据采集设置菜单，按 (数据采集距离)键进入数据采集距离界面，出厂设置为斜距和平距。 斜距和平距：测点数据显示顺序为斜距和平距 平距和高差：测点数据显示顺序为平距

24、和高差。3) 设置测站点与后视点操作方法与坐标模式的同名命令相同。4) 测量点用最近设置的测站点与后视方向测量碎部点三维坐标并存入当前文件其中测点边角观测数据存入当前测量文件(SMD)测点三维坐标数据存入当前坐标文件(SCD)。执行同前命令，继续测量碎部点2、3、4的坐标5) 导出当前文件数据到SD卡的五个文件菜单1/2界面，按 (数据采集)键 (调用)键光标位于当前文件，按 (导出)键将当前文件180613_1数据导出到SD卡五个文件。180613_1_600.txt600格式测量文件180613_1_300.txt300格式测量文件180613_1.dat南方CASS格式坐标文件18061

25、3_1.csv南方CASS格式坐标文件180613_1.dxf图形交换文件4.8 存储管理1) 文件维护存储管理菜单，按 (文件维护)键进入文件维护菜单(1) 读卡器文件维护菜单，按 (读卡器)键，进入读卡器界面用仪器标配USB数据线连接PC机的一个USB接口另一端连接NTS-360LNB全站仪的miniUSB接口PC机Windows资源管理器将SD卡变成PC盘符。(2) 测量文件文件维护菜单，按 (测量文件)键进入文件列表界面，光标自动位于当前文件行有两页功能菜单，按 键翻页。按 键屏幕显示光标文件点名列表界面移动光标到1号测点，按 (查阅)键1号测点三维坐标，按 键翻页显示其测量数据水平盘

26、读数HR：测站1号测点的方位角按 键显示2号测点的测量数据按 键翻页显示该测点坐标数据。 新建：新建一个文件，在内存创建扩展名分别为SMD与SCD的两个文件SMD文件存储测量数据，SCD文件存储坐标数据。 导入：从SD卡导入一个坐标文件数据到当前文件的坐标文件(扩展名为SCD)。 导出：将当前文件数据导出为SD卡的五个文件。 属性：显示光标行文件测量文件属性按 键翻页显示坐标文件属性。 (3) 坐标文件文件维护菜单，按 (坐标文件)键进入文件列表界面，坐标文件命令界面及其功能与前述测量文件命令界面与功能完全相同。(4) 编码文件全站仪采集地形图碎部点坐标前可先在Windows记事本编写一个文本

27、格式编码文件输入测区内常用地物名称的汉语拼音为编码每个编码占一行，每个编码最多允许10位字符存储为扩展名为txt的文本格式编码文件复制到SD卡。用记事本输入13个编码，另存为code_180613.txt文件文件维护菜单，按 (编码文件)键 (新建)键输入编码文件名CODE1，按 键按 (导入)键，进入SD卡根目录文件列表界面移动光标到编码文件code_180613.txt，按 键开始从SD卡编码文件code_180613.txt导入数据到仪器内存编码文件CODE1。005号编码XuanChuanLan(意指宣传栏)有12位字符导入编码文件CODE1后XuanChuanL，只剩10位字符 编码

28、列表界面，按 (查阅) (编辑)键编辑当前光标行编码按 (删除) (确认)键删除光标行的编码按 (添加)键在当前编码文件末尾添加新编码。 数据采集1/2菜单，按 (测量点)键进入测量点界面，碎部点号5为路灯(LuDeng)移动光标到编码行，按 (调用)键按 键，移动光标到004:LuDeng编码行按 键，编码LuDeng赋值给5号碎部点编码位。(5) 已知坐标南方NTS-360LNB系列全站仪内存新增了一个文件名固定为FIX.LIB已知坐标文件最多可存储200个控制点的坐标数据，不能有重名点。导出已知坐标文件FIX.LIB的数据到SD卡的方法文件维护菜单，按 (坐标文件) (导出)键导出已知坐

29、标文件FIX.LIB数据为SD卡的FIX.dat与FIX.dxf文件。导出已知坐标文件FIX.LIB到SD卡FIX.dat文件启动AutoCAD打开FIX.dxf图形交换文件2) 数据传输执行文件维护命令可从SD卡导入文件数据到仪器内存坐标文件，也可将内存文件导出到SD卡因此，执行数据传输命令的作用已显得不太重要。南方NTS-360LNB系列全站仪标配内置蓝牙仪器的蓝牙通讯参数出厂已固定为：波特率9600bps，8bit，无校验，停止位1用户不能修改。配套的通讯软件NTS360-N系列.exe只支持蓝牙传输，通讯参数固定为与NTS-360LNB系列全站仪相同，用户不能修改。笔记本电脑标配蓝牙，

30、没有配置蓝牙的台式PC机可网购一个USB蓝牙适配器插入PC机的USB接口完成PC机与NTS-362LNB系列全站仪蓝牙配对后(密码0000)，即可执行数据传输命令。 (1) 通讯软件与全站仪的蓝牙连接在PC机启动通讯软件NTS360-N系列.exe鼠标左键单击状态栏的连接仪器按钮完成蓝牙连接后弹出提示对话框单击 按钮关闭提示对话框。右下角COM6为通讯软件与全站仪蓝牙连接的串口号由通讯软件自动设置。(2) 传输坐标文件6con.csv到全站仪FIX.LIB文件单击状态栏的打开按钮 ，选择6con.csv文件单击 按钮。单击状态栏的发送数据按钮先启动全站仪接收坐标数据再单击 按钮发送坐标数据。在

31、全站仪按 (存储管理)键按 (数据传输) (接收数据) (已知点坐标)键启动全站仪蓝牙接收坐标数据。在PC机单击 按钮发送坐标数据。全站仪发送指定文件坐标数据应先单击通讯软件状态栏的接收数据按钮再执行全站仪菜单1/2界面的存储管理/数据传输/发送数据/坐标数据/调用命令选择需要发送的坐标文件，操作方法同上。也可用南方MSMT手机软件的坐标传输程序在坐标传输文件的坐标列表与NTS-362LNB系列全站仪之间通过蓝牙通讯互传坐标数据，方法参见第11章。4.9 程序菜单1/2界面，按 (程序)键进入程序菜单，只介绍对边测量与点到直线测量命令。1) 对边测量测量或计算任意两点的平距、高差、斜距及方位角

32、点的坐标可以从已知坐标文件及当前坐标文件点名列表调用、手动输入或实测获得。程序菜单，按 (对边测量)键按 (确认)键选择当前文件，进入对边测量菜单有对边-1(A-B A-C)与对边-2(A-B B-C)两个命令。 (1) 对边-1(A-B A-C)测量或计算AB、AC的平距、高差、斜距及方位角 分别对A、B、C点测距计算对边测量数据对边测量菜单，按 键进入界面按 (标高)键，输入棱镜高，按 (确认)键瞄准A点棱镜中心，按 (测量)键进入界面瞄准B点棱镜中心，按 (测量)键屏幕显示AB点斜距dSD、平距dHD、高差dVD方位角HR的值。瞄准C点棱镜中心，按 (测量)键,显示AC点数据 分别调用A、B、C点坐标计算对边数据坐标文件6con.csv的6个一级导线点坐标已导入NTS-360LN