工程测量的仪器与方法培训讲义含详细测量步骤

第四章工程测量的仪器与方法第四章工程测量的仪器与方法主要内容工程测量中，进行长度和偏距、角度和方向、高程和倾斜、准直、坐标等测量的仪器及其测量方法重点专用仪器特殊方法§4.1角度测量角度是几何测量的基本元素，包括水平角和垂直角。角度测量的仪器主要是经纬仪，分为光学经纬仪和电子经纬仪两大类。§4.1角度测量一、光学经纬仪的基本结构

主要包括:照准部（望远镜）读数装置（含水平度盘、垂直度盘）安平设备及基座和对点器我国光学经纬仪系列分为J07、J1、J2、J6等型号，J为经纬仪汉语拼音的第一个字母，下标表示仪器的精度指标。§4.1角度测量二、水平角观测

对仪器进行“对中”和“整平”盘左，粗略瞄准一个目标仔细对光，消除视差精确瞄准目标，取水平度盘读数不动调焦镜，盘右，精确瞄准目标，取水平度盘读数对于下一个目标，重复上述操作§4.1角度测量三、垂直角观测盘左，按上、中、下三根水平丝的顺序依次照准同一目标各一次，并分别读竖盘读数；盘右，同上一样的观测；分别计算三根水平丝所测得的指标差和垂直角，并取垂直角的平均值作为一个目标的一测回之值。若仅使用中间的水平丝进行观测，则称为“中丝法”。

三丝法垂直角观测的具体操作程序：§4.1角度测量四、电子经纬仪在光学经纬仪的照准部中，将读数系统用电子度盘替代光学模拟度盘，实现度盘读数的自动化，则成为电子经纬仪。用于电子经纬仪的角度传感器主要有两种：编码度盘和动态测角系统。§4.1角度测量五、目标照准自动化（基本原理）带ATR望远镜结构示意图§4.1角度测量五、目标照准自动化在角度测量时，ATR自动识别并照准目标主要有三个过程：

目标搜索过程目标照准过程和测量过程。§4.1角度测量六、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。目前，自动化陀螺经纬仪的主要产品有德国威斯特发伦采矿联合公司的Gyromat2000和日本索佳公司（SOKKIA）的AGP1等。GYROMAT2000AGP1§4.1角度测测量六、全全自动动陀螺螺经纬纬仪陀螺经经纬仪仪的基基本结结构注：①陀陀螺马马达②灵灵敏部部③悬悬挂带带自动定定向原原理陀螺仪仪悬挂挂结构构示意意图§4.1角度测测量六、全全自动动陀螺螺经纬纬仪测量步步骤将仪器器安置置到三三脚架架上并并精确确对中中、整整平连接陀陀螺仪仪与经经纬仪仪之间间的数数据通通信电电缆经纬仪仪开机机，陀陀螺仪仪开机机启动测测量程程序进进行定定向测测量经纬仪仪照准准测线线目标标，盘盘左、、盘右右观测测两测测回，，将结结果输输入到到陀螺螺仪中中，即即可计计算并并显示示测线线方位位角§4.1角度测测量六、全全自动动陀螺螺经纬纬仪国产TDA5005+Y/JTG-1陀螺经经纬仪仪国产TDA5005+Y/JTG-1陀螺经纬仪

测角装装置采采用TDA5005全站仪仪，还还实现现了目目标的的自动动跟踪踪功能能§4.2距离测测量距离是是几何何测量量的基基本元元素，，距离离测量量的方方法主主要有有三种种：直接丈丈量间接视视距测测量物理测测距§4.2距离测测量一、钢钢尺量量距钢尺量量距一一般包包括以以下几几方面面工作作：定线量距测量定定向桩桩之间间的高高差成果整整理§4.2距离测测量二、电电磁波波测距距电磁波波测距距是通通过测测定电电磁波波在待待测距距离上上往返返传播播的时时间，，利用用下列列基本本公式式来计计算待待测距距离的的。§4.2距离测测量二、电电磁波波测距距相位式式测距距原理理：相位式式测距距是通通过测测量调调制波波在测测线上上往返返传播播所产产生的的相位位移间间接地地测定定电磁磁波在在测线线上往往返传传播时时间的的。

相位式测距原理返程往程N2=N2+§4.2距离测测量二、电电磁波波测距距电磁波波测距距仪分分类按载波分分：光波波测距仪仪、微波波测距仪仪和多载载波测距距仪按测程分分：短程程测距仪仪、中程程测距仪仪、远程程测距仪仪和超远远程测距距仪按精度分分：超高高精度测测距仪、、高精度度测距仪仪、一般般精度测测距仪按测距方方式分：：脉冲式式测距仪仪、相位位式测距距仪和混混合式测测距仪§4.2距离测量量二、电磁磁波测距距电磁波测测距仪的的使用测距仪一一般由照照准头、、控制器器、电源源和反射射器四部部分组成成，一般般与经纬纬仪连接接使用。。仪器加常常数和乘乘常数改改正气象改正正倾斜改正正§4.2距离测量量三、双频频激光干干涉测距距光电检测光电检测接口计算机M1M2PBSf1f2f1f2±Dff2f1f1f2±Dff2-f1±Dff2-f1P2P1f1f2<^>>>><<<>>>>>LM2’§4.2距离测量量三、双频频激光干干涉测距距用双频激激光干涉涉仪检定定测距仪仪激光干涉仪测距仪干涉仪计算机用户计算机导轨干涉仪、测距仪反射镜§4.2距离测量量四、偏距距测量尼龙丝准准直系统统系统由三三部分组组成：尼尼龙丝，，带有探探测器的的尺子及及控制装装置激光准直直系统该系统由由一带有有专门光光学系统统的激光光源及一一台差示示光电管管接收机机组成§4.3高程测量一、几何何水准测测量电子水准准仪基本本结构基本构造造由光学学机械部部分、自自动安平平补偿装装置和电电子设备备组成。。电子设设备主要要包括：：调焦编编码器、、光电传传感器（（即线阵阵CCD器件）、、读数电电子元件件、单片片微处理理机、接接口（外外部电源源和外部部存储记记录）、、显示器器件、键键盘以及及影像数数据处理理软件等等，标尺尺采用条条形码标标尺供电电子测量量使用。。§4.3高程测量一、几何何水准测测量部分电子子水准仪仪的外观观图徕卡DNA03/10徕卡DNA03/蔡司DINI1010徕卡D拓普康DL101/102NA03/10徕卡DNA索佳SDL203/10§4.3高程测量一、几何何水准测测量电子水准准仪的测测量原理理由于生产产电子水水准仪的的各厂家家采用不不同的专专利，测测量标尺尺也各不不相同，，因此读读数原理理各异，，下面主主要介绍绍徕卡和和蔡司两两家公司司生产的的电子水水准仪的的测量原原理。§4.3高程测量一、几何何水准测测量（徕徕卡电子子水准仪仪原理））物镜调焦发送器补偿器补偿器监视CCD探测器分划板分光镜目镜调焦透镜210最佳相关时的位置0.116m参考信号（存入NA2000中的标尺像）测量信号（标尺可见部分）基码§4.3高程测量一、几何何水准测测量（蔡蔡司电子子水准仪仪原理））11000111粗码近距离码双相位码精测g(I+0.5)A(bi+1+bi)/2bi+1bi1Bi+1BiBNB0GNG0GiGi+1物镜标尺底面光轴（中丝）标尺CCD阵列Gi间距中点§4.3高程测量一、几何何水准测测量电子水准准仪的性性能及特特点它与传统统光学水水准仪相相比有以以下：优点：读数客观观精度高速度快效率高操作简单单缺点：电子水准准仪对标标尺进行行读数不不如光学学水准仪仪灵活电子水准准仪受外外界条件件影响较较大§4.3高程测量一、几何何水准测测量电子水准准仪的应应用由于电子子水准仪仪优点显显著，目目前已经经广泛应应用于大大地测量量、工程程测量、、工业测测量等领领域。§4.3高程测量二、液体体静力水水准测量量h2h1ⅡⅠ21P01P02A连通器内液体的平衡abhAB液体静力水准测量原理气管水管C1C2§4.3高程测量三、三角角高程测测量HAHBiAjBABAB水平面DAB§4.3高程测量四、倾斜斜测量虽然地面面或建筑筑物的倾倾斜可用用常规的的测量方方法测定定两点间间高差的的变化，，从而求求出倾斜斜值，但但在一些些工作面面倾斜测测量和连连续自动动化倾斜斜监测中中，一般般采用专专用的倾倾斜测量量仪。目目前倾斜斜仪的种种类很多多，大体体可以分分为“短短基线””倾斜仪仪和“长长基线””倾斜仪仪两种。。前者一一般用垂垂直摆锤锤或水准准气泡作作为参考考线；后后者一般般根据静力水准准测量的原理做做成。§4.4准直测量一、光的的相干性性原理AKpOqSr光的相干性因为光具具有波动动性，所所以如机机械波那那样，当当两列光光波频率率相同、、方向相相同、相相位相同同或相位位差恒定定时，这这两列光光波将产产生干涉涉现象。。§4.4准直测量二、波波带板激激光准直直测量的的设备波带板激激光准直直设备主主要有以以下部件件组成：：He-Ne激光器，，用于发发射激光光波带板激光探测测器(a)圆形波带板(b)方形波带板§4.4准直测量三、波带带板激光光准直测测量方法法波带板激激光准直直测量步步骤如下下：在一基准准点A安置激光光器在另一基基准点B安置探测测器在待测点点i安置一特特定“焦焦距”的的波带板板A(S)B(K)iii激光波带板准直测量§4.4准直测量四、激光光准直测测量的精精度与应应用实验表明明用这种种装置准准直，测测定偏离离值的精精度可达达测线长长度的10-6；由于激激光准直直受大气气的影响响，如果果将高精精度激光光准直系系统安装装在真空空管道内内，则准准直精度度还可达达10-7~10-8。由于波带带板激光光准直测测量的高高精度，，目前已已被广泛泛应用于于线状工工程建筑筑物的变变形观测测，如大大坝变形形观测，，精密导导轨标定定和高能能粒子加加速器直直线段的的安装与与变形检检测中，，也用于于高能粒粒子加速速器环形形网三角角形高的的测量中中。§4.5坐标测量一、全站站仪测量量速测术与与速测仪仪全站型电电子速测测仪全站仪的的系统结结构全站仪的的分类全站仪的的发展趋趋势§4.5坐标测量二、全球球定位系系统（GPS）伪距法定定位原理理载波相位位测量原原理GPS作业方式式GPS数据处理理GPS定位的误误差来源源§4.5坐标测量三、激激光跟踪踪仪目前，国国际上主主要有三三家仪器器公司生生产激光光跟踪仪仪，分别别是瑞士士徕卡公公司，美美国SMX公司（现现已并如如FARO）、API公司。徕卡LTD500SMXTracker4500APITrackerII§4.5坐标测量三、激激光跟踪踪仪激光跟踪踪仪的基基本组成成角度测量量部分距离测量量部分跟踪部分分控制部分分支撑部分分§4.5坐标测量三、激激光跟踪踪仪激光跟踪踪仪的测测量原理理和坐标标系

激光干涉测距原理He-Ne激光器干涉条纹检测、记数固定反射镜移动棱镜分光镜光束1光束2§4.5坐标测量三、激激光跟踪踪仪激光跟踪踪仪的测测量原理理和坐标标系激光跟踪仪坐标测量原理图VXHzzYPDZyxz§4.5坐标测量三、激激光跟踪踪仪激光跟踪踪仪应用用车身在线检测设备CCD传感器的校准§4.5坐标测量四、激激光扫描描仪不同厂家家激光扫扫描仪外外型LR200激光雷达达§4.6水深测量量一、回声声测深仪仪回声测深原理显示设备激发器电源接收放大器发射换能器接收换能器为超声波在水中的传播速度，约为1500m/s为水面至水底反射往返的时间间隔§4.6水深测量量二、多波波束测深深仪与传统的的单波束束测深仪仪比较，，多波束束测深仪仪具有测测量范围围大、速速度快、、精度高高、记录录数字化化以及成成图自动动化等优优点，它它把测深深技术从从点、线线扩展到到面，并并进一步步发展到到立体测测深和自自动成图图，从而而使水下下地形测测量技术术发展到到了一个个较高的的水平。。§4.6水深测量量三、水位位观测水深测量量需与陆陆地上平平面位置置与高程程联系起起来才具具有水下下地形测测绘等实实用价值值。测深深的平面面定位可可籍助陆陆地测量量技术，，如