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测绘仪器认识课程论文
辽宁科技学院
（论文）
姓名：
周涛学号：
0911109230
系部：
资源与建筑工程学院专业：
测绘工程
班级：
测绘BG092
论文名称：
测绘仪器的认识
辽宁科技学院教务处制
测绘仪器的认识
摘要
绘仪器，简单的讲就是为测绘作业设计制造的数据采集、处理、输出等仪器和装置。
在工程建设中规划设计、施工及经营管理阶段进行测量工作所需用的各种定向、测距、测角、测高、测图以及摄影测量等方面的仪器。
为丰富了解本学科的基本理论和专业知识,提高对各种仪器的认识和学习,达到从事初级科学研究工作和专业工程技术工作的目的。
本次设计是根据课业需要，了解测绘行业上所使用的测量仪器的发展，搜集相关专业所能使用到的各种测量测绘仪器，并了解其功能，精度和使用方法。
在测量工作中，测绘仪器越来越成为不可或缺的一部分，它的发展与进步引导着测绘行业的进步，因此，对测绘一起发展的了解成为每一个测量人所必修的一刻，在科技飞速发展的21实际，各种仪器（水准仪，经纬仪，全站仪,GPS,电磁波测距仪）也以其所特有的功能和精确度逐步占领测绘仪器市场。
关键词：
水准仪，经纬仪，全站仪,GPS,电磁波测距仪
InstrumentofSurveyingandmappingknowledge
Surveyingandmappinginstruments,simplespeakingissurveyingandmappingworkfordesignandmanufacturingofdataacquisition,processing,outputetcinstrumentsanddevices.Intheprojectconstructionplanninganddesign,constructionandmanagementphasemeasuringworkhaveneedofvariousorientation,location,theAnglemeasurement,high,mappingandphotogrammetry,andotheraspectsoftheinstrument.
Toenrichtheunderstandingofthediscipline'sbasictheoryandprofessionalknowledge,toimprovetheunderstandingandstudyofvariousinstruments,toengageinprimaryscientificresearchworkandprofessionalengineeringandtechnicaljobpurpose.Thedesignisbasedonacademicneeds,understandthemappingindustrybytheuseofinstrumentdevelopment,collectrelatedprofessionalcanusetoallkindsofmeasuringinstrumentofSurveyingandmapping,andtheunderstandingofitsfunction,precisionandmethodofuse.
Insurveys,mappingequipmentincreasinglybecomeanindispensablepartof,itsdevelopmentandprogressguidesthesurveyingandmappingindustryprogress,therefore,alongwiththedevelopmentoftheunderstandingonthemappingofameasuringarequiredtime,therapiddevelopmentinscienceandtechnologyof21actual,variousinstruments（waterlevel,thetheodolite,tachometer,GPS,electromagneticwaveranger）withitspeculiarfunctionsprecisionofSurveyingandmappinginstrumentsandgraduallyoccupiedthemarket.
Keywords:
：
waterlevel,thetheodolite,tachometer,GPS,electromagneticwaveranger
目录
1绪论1
1.1现代测绘仪器的现状1
1.2现代测绘仪器的趋势1
2测绘仪器2
2.1经纬仪2
2.2水准仪3
2.3全站仪5
2.3GPS接收机8
2.3电磁波测距仪11
结论14
致谢15
参考文献16
1绪论
1.1现代测绘仪器的现状
现代测绘在卫星技术兴起之下带动了测量技术的进一步发展。
美国建立卫星导航系统开始进入运营阶段,随着研究的深入,全球定位系统进入到测绘行业使用阶段。
全球定位系统具有覆盖面广、功能多、精度高以及实时定位等功能,这项技术代表着新型测绘技术的演进。
中国在20世纪80年代后期开始研发全球定位系统,90年代开始组装并拥有了自主品牌的全球定位系统接收机。
这些技术成果成功运用在测绘仪器中,数字化的到来也使得我国测绘仪器的发展进入了新纪元。
进入21世纪以来,数字化程度加深,微型技术的发展使得数据的迅速无缝交换成为了测绘仪器的重要特征。
1.2现代测绘仪器的发展
先数字化、网络技术与现代测绘仪器的结合成为了未来测绘仪器的主要发展趋势。
各种智能仪器、虚拟仪器及传感器,利用成熟的网络的设施,将最大幅度的实现资源共享,同时降低组建系统的费用,甚至还可提高测控系统的功能并拓宽其应用的范围。
其次,全球定位、导航技术与通信技术相结合成为未来测绘仪器的又一发展趋势。
全球定位系统作为全新的定位系统成为占据主要的定位功能,逐步躯体了常规光学仪器和电子仪器。
导航系统也与全球定位系统结合起来时卫星技术发展的主要方向。
测量精确度通过导航及全球定位系统将精确到厘米、毫米级别。
同时,通信技术的高度发展也将信息与技术快速准确的进入到数字系统中,对于测绘仪器的发展有极强的推动作用。
2测绘仪器
2.1经纬仪
经纬仪是一种的大地测量仪器，有光学经纬仪和电子经纬仪，是测量方位角的主要仪器，可以测量水平角、竖直角和距离
1.结构
1望远镜制动螺旋2望远镜3望远镜微动螺旋4水平制动5水平微动螺旋6脚螺旋9光学瞄准器10物镜调焦11目镜调焦12度盘读数显微镜调焦13竖盘指标管水准器微动螺旋14光学对中器15基座圆水准器16仪器基座17竖直度盘18垂直度盘照明镜19照准部管水准器
2.原理
经纬仪是测量工作中的主要测角仪器。
角度测量包括水平角测量和竖直角测量，其中水平角测量是用于测量地面点的位置，竖直角测量是用于间接测定地面点的高程。
（1）水平角的测量原理水平角概念：
从一点到两目标的方向线垂直投影在水平面上所成的角，β。
为了测定水平角β，那么可设想在过角顶B点上方安置一个水平度盘，水平度盘上面带有顺时针刻划、注记。
我们可以在BA方向读一个数n，在BC方向读一个数m，那水平角β就等于m减n，用公式表示为β＝右目标读数m－左目标读数n水平角值为0～360°。
（2）竖直角的测量原理竖直角概念：
测站点到目标点的视线与水平线间的夹角，用α表示。
如书图3－2：
α为AB方向线的竖直角。
其值从水平线算起，向上为正，称为仰角，范围是0°～90°；向下为负，称为俯角，范围为0°～－90°。
天顶距概念：
视线与测站点天顶方向之间的夹角，中以Z表示，其数值为0°～180°，均为正值。
与竖直角的关系：
α＝90°－Z为了测定天顶角或竖直角，那我们同测水平角类似，在A点安置一个竖直度盘，同样是带有刻划和注记。
这个竖直度盘随着望远镜上下转动，瞄准目标后则有一个读数，那此读数就为竖直角。
3.分类
经纬仪根据度盘刻度和读数方式的不同，分为游标经纬仪，光学经纬仪和电子经纬仪。
目前我国主要使用光学经纬仪和电子经纬仪，游标经纬仪早已淘汰。
按精度从高精度到低精度分：
DJ07,DJ1,DJ2,DJ6,DJ30等（D,J分别为大地和经纬仪的首字母）。
4.应用
经纬仪采用光栅增量式数字角度测量系统；使用微型计算机技术进行测量、计算、显示、存储等多项功能；可同时显示水平、垂直角测量结果，可以进行角度、坡度等多种模式的测量。
经纬仪可广泛应用于国家和城市的三、四等三角控制测量，用于铁路、公路、桥梁、水利、矿山等方面的工程测量，也可用于建筑、大型设备的安装，应用于地籍测量、地形测量和多种工程测量。
5.精度指标
按精度从高精度到低精度分：
DJ07,DJ1,DJ2,DJ6,DJ30等。
经纬仪
级别
半测回归
零差（″）
2c值变化
范围（″）
同一方向各测回
互差（″）
DJ2
8
13
9
DJ6
18
-
24
2C=R左-（R右±180°）,竖盘指标差计算公式：
X=1/2[L+R-360°]
6.发展情况
经纬仪是测量角度用的仪器，由绕水平轴旋转的望远镜、垂直刻度盘和水平刻度盘等构成。
广泛应用在天文、地形和工程测量上。
测量水平角和竖直角的仪器。
由望远镜、水平度盘与垂直度盘和基座等部件组成。
按读数设备分为游标经纬仪、光学经纬仪和电子（自动显示）经纬仪。
经纬仪广泛用于控制、地形和施工放样等测量。
是由英国机械师西森（Sisson）约于1730年首先研制的，后经改进成型，正式用于英国大地测量中。
1904年，德国开始生产玻璃度盘经纬仪。
随着电子技术的发展，60年代出现了电子经纬仪。
2.2水准仪
1.结构
望远镜、管水准器（或补偿器）、垂直轴、基座、脚螺旋。
2.原理
水准测量是利用一条水平视线，并借助水准尺，来测定地面两点间的高差，这样就可由已知点的高程推算出未知点的高程。
3.分类
按结构分为微倾水准仪、自动安平水准仪、激光水准仪和数字水准仪（又称电子水准仪）。
按精度分为精密水准仪和普通水准仪
4.应用
可以应用于国家一等水准测量及地震水准测量，建筑工程测量，变形及沉降监测，矿山测量，国家二等水准测量及精密水准测量，国家三、四等水准测量及一般工程水准测量，一般工程水准测量。
大型机器安装，工具加工测量和精密工程测量等。
水准网测量/变形监测、地面沉降的监测/工业测量/隧道和矿山测量/地形测量水准线路测量、区域水准测量、水准网测量、等高线测量/道路和铁路施工放样纵断面测量、横断面测量、高程放样
5.精度指标
目前中国水准仪是按仪器所能达到的每千米往返测高差中数的偶然中误差这一精度指标划分的，共分为4个等级。
水准仪型号
千米往返高差中数偶然中误差
DS05
≤0.5mm
DS1
≤1mm
DS3
≤3mm
DS10
≤10mm
水准仪型号都以DS开头，分别为“大地”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母，通常书写省略字母D。
其后"05”、“1”、“3”、“10”等数字表示该仪器的精度。
S3级和S10级水准仪又称为普通水准仪，用于中国国家三、四等水准及普通水准测量，S05级和S1级水准仪称为精密水准仪，用于中国国家一、二等精密水准测量：
6.发展情况
水准仪是在17～18世纪发明了望远镜和水准器后出现的。
20世纪初，在制出内调焦望远镜和符合水准器的基础上生产出微倾水准仪。
50年代初出现了自动安平水准仪，60年代研制出激光水准仪。
90年代研制出了数字水准仪。
微倾水准仪，借助于微倾螺旋获得水平视线的一种常用水准仪。
作业时先用圆水准器将仪器粗略整平，每次读数前再借助微倾螺旋，使符合水准器在竖直面内俯仰，直到符合水准气泡精确居中，使视线水平。
微倾的精密水准仪同普通水准仪比较，前者管水准器的分划值小、灵敏度高，望远镜的放大倍率大，明亮度强，仪器结构坚固,特别是望远镜与管水准器之间的联接牢固,装有光学测微器，并配有精密水准标尺，以提高读数精度。
中国生产的微倾式精密水准仪,其望远镜放大倍率为40倍,管水准器分划值为10″/2毫米，光学测微器最小读数为0.05毫米，望远镜照准部分、管水准器和光学测微器都共同安装在防热罩内。
2.3全站仪
即全站型电子速测仪（ElectronicTotalStation）。
是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。
因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。
广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。
1.结构
全站仪几乎可以用在所有的测量领域。
电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等组成。
同电子经纬仪、光学经纬仪相比，全站仪增加了许多特殊部件，因此而使得全站仪具有比其它测角、测距仪器更多的功能，使用也更方便。
这些特殊部件构成了全站仪在结构方面独树一帜的特点。
2.原理
全站仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。
电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。
全站仪与光学经纬仪区别在于度盘读数及显示系统，电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘）和读数传感器进行角度测量的。
根据测角精度可分为0.5″，1″，2″，3″，5″，10″等几个等级。
3.分类
全站仪采用了光电扫描测角系统，其类型主要有：
编码盘测角系统、光栅盘测角系统及动态（光栅盘）测角系统等三种。
全站仪按其外观结构可分为两类：
（1）积木型（Modular，又称组合型）
早期的全站仪，大都是积木型结构，即电子速测仪、电子经纬仪、电子记录器各是一个整体，可以分离使用，也可以通过电缆或接口把它们组合起来，形成完整的全站仪。
（2）整体性（Integral）
随着电子测距仪进一步的轻巧化，现代的全站仪大都把测距，测角和记录单元在光学、机械等方面设计成一个不可分割的整体，其中测距仪的发射轴、接收轴和望远镜的视准轴为同轴结构。
这对保证较大垂直角条件下的距离测量精度非常有利。
全站仪按测量功能分类，可分成四类：
（1）经典型全站仪（Classicaltotalstation）
经典型全站仪也称为常规全站仪，它具备全站仪电子测角、电子测距和数据自动记录等基本功能，有的还可以运行厂家或用户自主开发的机载测量程序。
其经典代表为徕卡公司的TC系列全站仪。
（2）机动型全站仪（Motorizedtotalstation）
在经典全站仪的基础上安装轴系步进电机，可自动驱动全站仪照准部和望远镜的旋转。
在计算机的在线控制下，机动型系列全站仪可按计算机给定的方向值自动照准目标，并可实现自动正、倒镜测量。
徕卡TCM系列全站仪就是典型的机动型全站仪。
（3）无合作目标性全站仪（Reflectorlesstotalstation）
无合作目标型全站仪是指在无反射棱镜的条件下，可对一般的目标直接测距的全站仪。
因此，对不便安置反射棱镜的目标进行测量，无合作目标型全站仪具有明显优势。
如徕卡TCR系列全站仪，无合作目标距离测程可达1000m，可广泛用于地籍测量，房产测量和施工测量等。
（4）智能型全站仪（Robotictotalstation）
在机动化全站仪的基础上，仪器安装自动目标识别与照准的新功能，因此在自动化的进程中，全站仪进一步克服了需要人工照准目标的重大缺陷，实现了全站仪的智能化。
在相关软件的控制下，智能型全站仪在无人干预的条件下可自动完成多个目标的识别、照准与测量，因此，智能型全站仪又称为“测量机器人”典型的代表有徕卡的TCA型全站仪等。
4.应用
全站仪具有角度测量、距离（斜距、平距、高差）测量、三维坐标测量、导线测量、交会定点测量和放样测量等多种用途。
内置专用软件后，功能还可进一步拓展。
5.精度指标
测角精度是中全站仪一测回角度中误差，测距误差是由固定误差加上大气折射改正误差组成。
一般产家生产出来的全站仪都有一个指标，如测角2"，测距2mm+2PPm,也就是说这台仪器测角一测回最大中误差不会超过2"，测距误差不会超过2mm+2*Dmm（D为实际测量距离单位千米）。
这个指标可以把仪器拿到计量单位去检定，检定出来后证书上会有这二个指标，如果超过那就证明仪器精度达不到制造要求，要进行维修或者降级出证书。
一般的全站仪测角精度有2秒和5秒的，还有高精度1秒和0.5秒的，测距精度一般是2+2PPM或5+2PPM。
6.发展情况
全站仪的发展经历了从组合式即光电测距仪与光学经纬仪组合，或光电测距仪与电子经纬仪组合，到整体式即将光电测距仪的光波发射接收系统的光轴和经纬仪的视准轴组合为同轴的整体式全站仪等几个阶段。
最初速测仪的距离测量是通过光学方法来实现的，我们称这种速测仪为“光学速测仪”。
然而，随着电子测角技术的出现。
这一“电子速测仪”的概念又相应地发生了变化，根据测角方法的不同分为半站型电子速测仪和全站型电子速测仪。
这种速测仪出现较早，并且进行了不断的改进，可将光学角度读数通过键盘输入到测距仪，对斜距进行化算，最后得出平距、高差、方向角和坐标差，这些结果都可自动地传输到外部存储器中。
全站型电子速测仪则是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。
由于全站型电子速测仪较完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，所以人们也通常称之为全站型电子速测仪。
2.4GPS接收机
GPS接收机是接收全球定位系统卫星信号并确定地面空间位置的仪器。
GPS卫星发送的导航定位信号，是一种可供无数用户共享的信息资源。
对于陆地、海洋和空间的广大用户，只要拥有能够接收、跟踪、变换和测量GPS信号的接收设备，即GPS信号接收机。
1.结构
（1）空间部分
GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55°。
卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能在卫星中预存导航信息，GPS的卫星因为大气摩擦等问题；随着时间的推移，导航精度会逐渐降低。
（2）地面控制系统
地面控制系统由监测站（MonitorStation）、主控制站（MasterMonitorStation）、地面天线（GroundAntenna）所组成，主控制站位于美国科罗拉多州春田市（ColoradoSpring）。
地面控制站负责收集由卫星传回之讯息，并计算卫星星历、相对距离，大气校正等数据。
（3）用户设备部分
用户设备部分即GPS信号接收机。
其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。
当接收机捕获到跟踪的卫星信号后，就可测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。
根据这些数据，接收机中的微处理计算机就可按定位解算方法进行定位计算，计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等信息。
接收机硬件和机内软件以及GPS数据的后处理软件包构成完整的GPS用户设备。
GPS接收机的结构分为天线单元和接收单元两部分。
接收机一般采用机内和机外两种直流电源。
设置机内电源的目的在于更换外电源时不中断连续观测。
在用机外电源时机内电池自动充电。
关机后机内电池为RAM存储器供电，以防止数据丢失。
目前各种类型的接受机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测使用。
其次则为使用者接收器，现有单频与双频两种，但由于价格因素，一般使用者所购买的多为单频接收器。
2.原理
GPS导航系统的基本原理是测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后综合多颗卫星的数据就可知道接收机的具体位置。
要达到这一目的，卫星的位置可以根据星载时钟所记录的时间在卫星星历中查出。
而用户到卫星的距离则通过记录卫星信号传播到用户所经历的时间，再将其乘以光速得到：
当GPS卫星正常工作时，会不断地用1和0二进制码元组成的伪随机码（简称伪码）发射导航电文。
GPS系统使用的伪码一共有两种，分别是民用的C/A码和军用的P（Y）码。
C/A码频率1.023MHz，重复周期一毫秒，码间距1微秒，相当于300m；P码频率10.23MHz，重复周期266.4天，码间距0.1微秒，相当于30m。
而Y码是在P码的基础上形成的，保密性能更佳。
导航电文包括卫星星历、工作状况、时钟改正、电离层时延修正、大气折射修正等信息。
它是从卫星信号中解调制出来，以50b/s调制在载频上发射的。
3.分类
按接收机的用途分类
1．导航型接收机
此类型接收机主要用于运动载体的导航，它可以实时给出载体的位置和速度。
这类接收机一般采用C/A码伪距测量，单点实时定位精度较低，一般为±10m，有SA影响时为±100m。
这类接收机价格便宜，应用广泛。
2．测地型接收机
测地型接收机主要用于精密大地测量和精密工程测量。
这类仪器主要采用载波相位观测值进行相对定位，定位精度高。
仪器结构复杂，价格较贵。
3．授时型接收机
这类接收机主要利用GPS卫星提供的高精度时间标准进行授时，常用于天文台及无线电通讯中时间同步。
4.应用
GPS应用范围
1.空间位置服务
（1）定位：
如汽车防盗、地面车辆跟踪和紧急救生。
（2）导航：
如船舶远洋导航和进港引水、飞机航路引导和进场降落、智能交通、汽车自主导航及导弹制导。
（3）测量：
主要用于测量时间、速度、及大地测绘，如水下地形测量、地壳形变测量，大坝和大型建筑物变形监测及浮动车数据，利用GPS定期记录车辆的位置和速度信息。
从而计算道路的拥堵情况。
2.GPS技术在导航仪中的应用举例：
GPS导航仪
（1）地图查询
可以在操作终端上搜索你要去的目的地位置。
可以记录你常要去的地方的位置信息，并保留下来，也和可以和别人共享这些位置信息。
模糊的查询你附件或某个位置附近的如加油站，宾馆、取款机等信息，
（2）路线规划
GPS导航系统会根据你设定的起始点和目的地，自动规划一条线路。
规划线路可以设定是否要经过某些途径点。
规划线路可以设定是否避开高速等功能。
（3）自动导航
语音导航：
画面导航；重新规划线路：
5.精度指标
GPS只在美国本土及海洋有地面站，美国军方的GPS只能在有准确地面点位的地理数据下才能在这一区域内达到厘米级精度，但在他国，GPS没有固定地面站，只能靠地面接收机测出单点，不可能测出这一点究竟在地面何处。
我国军方目前认为定位精度30米以内全是国家机密，GPS没有我国的控制点实地坐标，单点平面精度就算达到毫米了，也只是个数据，没任何军事价值。
经
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