测绘仪器分类与发展.docx

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测绘仪器分类与发展

测绘仪器的发展与分类

摘要

科技的发展带动了测绘仪器的发展,测绘仪器作为测绘技术的主要工具对于测绘来说不可或缺。

建国以来,不仅经济繁荣发展,我国测绘仪器也不断改进,精准度以及自动化程度均不断提高,这不仅改变了传统的测量方法,对于测绘工作来说更是质的飞跃。

我国测绘仪器经历了几十年发展,由传统测绘仪器向现代测绘仪器演进。

上世纪50年代开始测绘仪器中发展起来各种类型的电磁波测距仪,电磁波测距仪采用的测量定位方法由三角测量法扩展到精密导线测量及三边测量法。

同时电子计算机的出现也将测算速度大大提升,测绘数据通过计算机的运算变得更加精确和快捷。

最后卫星空间技术的发展大大推动了测绘仪器及测绘工作的发展。

这些传统的测绘仪器在改革开放前是测绘事业的主要工具,对于建国后的建筑事业发挥了重要的作用,如电子经纬仪、电磁波测距仪、全站仪和电子水准仪等。

关键词：

电子经纬仪，全站仪，电子水准仪。

Thedevelopmentandclassificationofsurveyingandmappinginstruments

Abstrict

Thedevelopmentofscienceandtechnologydrivethedevelopmentofsurveyingandmappinginstruments,asthemaintoolforsurveyingandmappingtechnologysurveyingandmappinginstrumentsisindispensable.Sincethefoundingofourstate,notonlyeconomicdevelopedprosperity,butalsotheaccuracyandcontinuousofsurveyingandmappinginstrumentsofourcountryimprovedconstantlyandautomationdegreearehigher,whichnotonlychangethetraditionalmeasuringmethodforsurveyingandmappingwork,itisaqualitativeleap.SurveyingandmappinginstrumentsinChinaafterdecades,fromthetraditionaltothemodernsurveyingandmappinginstrumentsofsurveyingandmappinginstrumentsevolution.The1950ssurveyingandmappinginstrumentsdevelopedinvarioustypesofelectromagneticwaverangefinder,electromagneticwavetherangersurveylocalizationmethodbytrianglemeasuringmethodoftheextendedtotraversesurveyprecisionandtrilateralmeasuringmethod.Atthesametimetheemergenceofelectroniccomputerswillalsomeasurespeedgreatlyascend,surveyingandmappingdatathroughthecomputeroperationsbecomemoreaccurateandquick.Thedevelopmentofthetechnologyofsatellitespacegreatlypromotethesurveyingandmappinginstrumentsandthedevelopmentofthesurveyingandmappingwork.Thesetraditionalsurveyingandmappinginstrumentsinreformandopeningupisthemaincausebeforethesurveyingandmappingtools,forafterthefoundingofthearchitecturalcareerplayedanimportantrole,suchaselectronictheodolite,electromagneticwaverangefinder,electronictachometerandelectroniclevel,etc.

Keywords:

electronictheodolite,totalstation,electroniclevel

目录

1绪论1

1.1任务概述1

1.2选题背景及目的1

1.3国内外研究状况1

2测绘工具与仪器的发展、分类2

2.1古代的测距工具2

2.2传统的带状测距工具2

2.3视距测量仪器3

2.4电磁波测距仪6

2.4.1光电测距仪7

2.4.2微波测距仪8

3.测角工具和仪器的发展和分类9

3.1古代的测角类工具和仪器9

3.2经纬仪9

3.2.1经纬仪的雏形9

3.2.2罗盘仪10

3.2.3游标经纬仪10

3.2.4光学经纬仪10

3.2.5电子经纬仪11

3.2.6其他形式和用途的经纬仪11

4.水准测量工具和仪器的发展与分类12

4.1古代的水准测量工具12

4.2.1活镜水准仪12

4.2.2定镜水准仪12

4.2.3微倾水准仪12

4.2.4自动安平水准仪13

4.2.5激光水准仪13

4.2.6电子水准仪13

5.地面测量系统的发展与分类13

5.1经纬仪和电子测距仪组合系统13

5.1.1简单型组合系统13

5.1.2智能型组合系统13

5.2全站仪13

5.2.1普通全站仪13

5.2.2精密全站仪13

5.2.3自动寻标全站仪14

6空间测量系统的发展与分类14

6.1卫星测量系统14

6.1.1人卫激光测距仪14

6.1.2卫星多普勒定位系统14

6.1.3全球定位系统15

6.2甚长基线干涉测量系统15

7摄影测量仪器的发展与分类15

7.1立体观测仪器15

7.2地面立体摄影测量仪器15

7.3相片纠正仪16

7.4模拟测图仪16

7.5解析测图仪16

7.6数字测图仪16

7.7数字摄影测量仪16

7.8全数字摄影测量仪16

结论17

致谢18

参考文献19

1绪论

1.1任务概述

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。

在测量工程的实践和科学研究生活中，对仪器的了解起到很重要的作用。

各种工程的兴建从施工开始到竣工，以及建成后的整个运营阶段都要不断使用测绘仪器，通过仪器使用获得所需要的数据。

1.2选题背景及目的

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，各种仪器也以其所特有的功能和精确度逐步占领测绘仪器市场。

1.3国内外研究状况

现代测绘仪器的发展基本上没有脱离传统仪器的脚步,但是在卫星技术兴起之时带动了测量技术的进一步发展。

美国建立为军用舰艇导航服务的卫星服务之后,新一代卫星导航系统开始进入研究阶段,随着研究的深入,全球定位系统进入到使用阶段。

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。

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测距工具的发展

2.1古代测距工具

中国《史记．夏本纪》中已有大禹使用“准、绳、规、矩”测定远近和高低的记载

公元前3世纪，亚历山大学者埃拉托色尼利用骆驼商队的行程估算距离

古代的测距工具主要有测绳、步弓、测步器、测链、竹尺、木杆尺等

公元400年，中国战国时发明记里鼓车，用以测量距离

2.2传统的带状测距工具

公元17世纪，欧洲一些国家采用4m的木杆尺或金属杆尺，在弧度测量中，进行距离丈量

公元1880年，瑞典的耶德林采用悬挂的线状金属尺代替木杆尺进行较精密的距离测量

公元1903年，出现因瓦基线尺，用于精密距离测量，精度可达1/1000000

目前，在中等精度距离测量中，采用测量专用的钢卷尺作为量尺，精度可达1/1000~1/2000；在低精度距离测量中，采用测绳、皮卷尺和普通钢卷尺作为量尺

量取仪器高和目标点高的量尺通常是小钢卷尺；目前，已出现专用的量高杆或短程激光测距装置，用于精密量高

2.3视距测量仪器

公元1680年，意大利的制成附有视距丝的望远镜，后来将其安装在光学测量仪器上，光学测量仪器具有测距功能，用于进行普通视距测量，其精度可达1/200~1/300

在电磁波测距仪出现以前，为提高视距测量精度，出现了原理不同、形式各异的精密测距仪

斜丝视距仪

用“重合后测微”代替“直接读数”，以提高读取尺间隔的精度

将视距尺由通常的竖直安置改为水平安置

测距精度可达1/4000

2.31普通双像视距仪

在物镜前安置光楔，使视距尺在望远镜视场构成双像，以此双像错动的距离作为尺间隔，再加上测微装置以提高读取尺间隔的精度

将视距尺由通常的竖直安置改为水平安置

测距精度可达1/3000；最大测程可达174m

2.32对数双像视距仪

将普通双像视距仪的视距尺用对数视距尺代替

对数视距尺是将视距尺分划由通常按尺间隔的均匀刻绘改为按分划值的对数差为常数进行刻绘，以克服均匀尺间隔在望远镜中的的成像会因距离增加而变小的缺点，从而提高读取视距尺的精度

测距精度可达1/2000~1/3000；最大测程可达600m

2.33贝林青型视距仪

属于定基线视距仪，即按照视差法测距原理设计而成。

通过高精度测取视差角，以达到较精确地测定接近1km的距离

视距尺为基线横尺，长度为1m或2m

测距的主要部件是安置在望远镜物镜前的两块同半径透镜。

当该两块透镜位于中央而合成一个整透镜时，望远镜只有一个视准轴；当用测微螺旋使两半块透镜错开时，视准轴也被分成两个。

当两视准轴分别照准基线横尺两端的标志时，其夹角即为与基线横尺长相应的视差角。

该视差角的角值可用两半个透镜的移动量来度量，而在测微显微镜中读取。

然后利用视差角值和基线长度，根据定基线视距测量公式即可计算出测站点距立尺点的距离

测距精度可达1/3000~1/4000；最大测程可达1000m

在无标尺电磁波测距仪出现以前，为满足不要配合目标而进行光学测距的需要，出现了原理不同、形式各异的无标尺测距仪

2.34定基线无标尺测距仪

按照定基线视距测量（即视差法测距）原理设计而成

测距装置主要由被安装在固定基线两端的两个特殊平面反光镜组成。

其中一个平面反光镜是一半透明、一半反光且被固定安置成与基线形成45°；另一端的平面反光镜可以绕端点轴旋转。

来自目标点的光线，一部分直接进入望远镜，一部分经过两个平面反光镜的反射而进入望远镜，从而在望远镜中呈现目标点的两个相互倒立的影象。

当旋转平面反光镜使两个影象完全吻合时，旋转角值恰等于基线对应的视差角的一半。

因此，基线对应的视差角可用平面反光镜的旋转角来度量。

然后利用视差角值和基线长度，根据定基线视距测量公式即可计算出测站点距目标点的距离

视差角的测角精度为±2′，测程为10m~500m，相应的测距精度为1/200~1/100

2.35定角无标尺测距仪

按照定角视距测量原理设计而成

测距装置主要由一个固定的五角棱镜和另一个可移动的、由楔镜与五角棱镜组成的棱镜组构成。

来自目标点的光线，一部分经过固定五角棱镜进入望远镜，一部分经过可移动棱镜组而进入望远镜，从而在望远镜中呈现目标点的两个相互倒立的影象。

当沿基线移动棱镜组使两个影象完全吻合时，其移动量即为基线长。

然后利用已知的固定的视差角值和基线长度，根据定基线视距测量公式即可计算出测站点距目标点的距离

基线的测距精度为±0.1mm，测程为10m~500m，相应的测距精度为1/200~1/100

在计算器出现以前，为避免视距测量的烦琐计算，设计出了原理不同、形式各异的直接读取平距的测距仪

2.36双像自动归算速测仪

按照变角变基线视距测量原理设计制造而成，属于自动归算速测仪，配合双像视距尺可以直接读取水平距离

与普通双像视距仪不同之处就在于望远镜物镜前的楔镜不同：

前者的楔镜为单个固定楔镜，而后者为可相对旋转的一对透镜组。

该透镜组随望远镜纵转而相对旋转，从而使从双像读取的倾斜尺间隔变为水平尺间隔，以达到直接读取水平距离的目的

测距精度可达1/3000

2.37哈默视距仪

按照变角变基线视距测量原理设计制造而成，属于图解速测仪，可以配合普通水准尺直接读取水平距离和高差

它是将视距丝刻画在竖直度盘上，其间隔按尺间隔随高度角而变化的规律刻画成水平距离曲线和高差曲线。

当望远镜纵转时，呈现在望远镜视场内的水平距离曲线和高差曲线将与高度角相对应，以达到直接读取水平距离和高差的目的

它的测距精度和高差精度都很低，仅能满足碎部测图的要求

2.4电磁波测距仪

随着各种新颖光源 （激光、红外光等 ）的相继出现 ,物理测距技术也得到了迅速的发展 ,出现了以激

光、红外光和其它光源为载波的光波测距仪和以微波为载波的微波测距仪 ,通称为电磁波测距仪。

 电磁波测距仪的出现 ,是测距方法的革命 ,从而开创了距离测量的新纪元。

与传统的钢尺或基线尺的

量距相比 ,它具有精度高、作业迅速 ,受气候、地形影响小等优点。

电磁波测距仪的发展很快 ,世界

上第一台测距仪于 19 47年由瑞典ＡＧＡ公司制成 ,该厂生产的ＡＧＡ - 8激光测距仪一般被认为是

第一代测距仪的代表。

这类仪器的测程一般为 20- 60ｋｍ。

由南非 19 54年开始研制 , 19 57年正式

生产的微波测距仪 ,也属于第一代电磁波测距仪 ,在良好的条件下 ,其测程可达 66- 80ｋｍ。

第一代

测距仪虽然测长边比较精确 ,但体积大、笨重且造价昂贵。

 20世纪60年代中期 ,电子产品的小型化

和小型发光二极管的研制成功 ,为第二代测距仪的设计提供了条件。

第二代测距仪是一种小型、轻便

的仪器 ,而且耗电少 ,操作简便 ,但测程较短 ,一般为 0. 5- 5ｋｍ ,测距的中误差为正负 2- 10ｍｍ + 0. 5- 5ｐｐｍ。

相干激光引入光波测距仪后 ,就产生了第三代测距仪。

这类仪器十分轻便 ,耗电少、读数方便 ,测程为 5ｍ -60ｋｍ ,精度高达正负 5ｍｍ + 1ｐｐｍ。

目前 ,测距仪正在向小型、自动、多功能的方向发展。

将测距仪通过接合器 ,安装在光学经纬仪或电子经纬仪的望远镜支架上 ,以形成组合型仪器 ,是半全站型记录或电子速测仪的发展开端。

从 80年代起 ,我国科研单位举行了联合公关 ,在 80年代中期 ,已研制出了第一台电磁波测距仪 ,但由于国内的电子材料的质量等问题 ,始终未能投入生产 , 80年代后期 ,北京光学仪器厂与德国ＡＧＡ公司合作 ,组装生产了ＡＧＡ - 112、ＡＧＡ - 114等型号的测距仪 ,在 9 0年代初常州第二无线电厂推出了大地系列的测距仪 ,标称精度在5ｍｍ + 5ｐｐｍ。

2.4.1光电测距仪

光电测距仪的载波和类型

以光波为载波

因光源和电子部件的改进它又发展成为激光测距仪和红外测距仪。

根据测距方式不同，光电测距仪又有相位式测距仪和脉冲式测距仪之分

早期的光电测距仪

公元1933年，苏联的特洛飞姆提出光电测距理论

公元1943年，瑞典的贝里斯特兰德提出用高频光讯号法测定距离的原理，并与1948年生产出第一台光电测距仪

早期的光电测距仪采用电子管线路，以白炽灯或高压水银灯作为光源，体积大、测程短，且只能在夜间观测

2.411激光测距仪

公元60年代末，出现了以氦氖激光器作为光源、采用晶体管线路的激光测距仪。

其主机重量约20kg，测程可达60km，且可日夜观测，测距精度约为±（5mm+1ppm）

公元70年代，出现了通过双载波测距、自动改正大气折光影响的激光测距仪，测距精度又有了进一步提高

公元1979年，美国制成3波长测距仪，使测距精度达到了0.1ppm

2.412红外测距仪

公元60年代中期，出现了以砷化钾管作为光源的红外测距仪。

它的优点是体积小，发光效率高。

更由于微机和大规模集成电路的应用，再与电子经纬仪结合，就形成全站仪

目前，红外测距仪的型号很多，测程一般可达5km或更长，测距精度为±（1~5mm+0.5~3ppm）

2.413脉冲式测距仪

通常利用固体激光器（如红宝石激光器）作为光源，它能发出高功率的单脉冲的光。

因此，此类测距仪可以不用合作目标（如反射棱镜），而直接利用被测目标对脉冲激光产生的漫反射进行测距

通常情况下，由于受到脉冲宽度和电子计数器时间分辨率的限制，脉冲式测距仪直接测量的时间只能达到10-8s，其相应的测距精度约为1m~5m

目前，有的脉冲式测距仪，由于采用了电容充电技术（TAC）而使其精度可达到cm级或mm级

2.42微波测距仪

微波测距仪采用cm级微波作为载波。

由于采用微波作为载波，使得对几何通视条件和大气透明度要求很低。

因此，在有烟、云、雾、小雨、小雪的气候条件下，仍能进行工作。

相反，也正是采用了微波作为载波，其波束较宽，因而地面漫反射影响和折射率受大气湿度的影响远较光波大，从而降低了测距精度

1954年由南非开始研制，1956年生产出第一台微波测距仪，在良好的条件下，其测程可达66km~80km

早期的微波测距仪为了测定相位差，使发射的调制波在阴极射线管上产生一个圆形扫描；返回信号则变成脉冲，它使圆形扫描产生一个缺口，其位置表示发射信号与返回信号的相位差。

以后改用移相平衡原理测定相位差

从公元1956年到70年代中期，微波测距仪有了重大改进，经历了电子管、晶体管和集成电路3个阶段，重量减轻，体积缩小，耗电量下降，并提高载波频率以缩小波束角，使测距读数更为精确，并使测程达到100km

近年来，出现了mm级载波的微波测距仪，其地面反射误差明显减小，提高了测距精度

3测角工具和仪器的变革

3.1古代的测角类工具和仪器

3.11古代的测角类工具

公元前21世纪，中国大禹就开始用规、矩测定方向和高低

公元前3世纪，中国利用磁石指级性制成了指南仪器—司南，用来测定方向；亚历山大的埃拉托色尼用“立杆测影”的方法测定太阳的高度角

公元724年，中国唐朝僧一行用“覆矩”测定天体的高度角，用“立杆测影”的方法测定纬度

3.12古代的测角类仪器

公元1276年，中国元朝郭守敬创制立运仪，与近代的地平经纬仪相似，被用于测定天体的高度角和方位

公元1730年，美国哥德弗莱和英国哈德利创制六分仪，用于进行海上天文定位测量

3.2经纬仪

3.21经纬仪的雏形

公元15世纪，测角仪器才逐渐发展成为具有两个度盘、并有瞄准装置、以及将水平度盘旋转轴安置成竖直状态的仪器

公元1608年，荷兰眼镜匠汉斯发明了望远镜后，1667年法国人首次将望远镜安置在全圆分划器上进行测角

公元1680年，意大利人制成附有视距丝的望远镜，并被用在测角仪器上，为制成完善的经纬仪奠定基础

3.22罗盘仪

公元1075年，宋朝沈括就将罗盘用于地形测量

袖珍罗盘仪主要用于粗略定向作业

测量专用罗盘仪用于标定直线的磁方位角

3.23游标经纬仪

公元1714年，由康熙亲自监制了一台铜质经纬仪

公元1730年，英国机械师西森研制成功较为完善的经纬仪，故文献多称经纬仪是西森发明的

公元1783年，英国制成了度盘直径90cm、重91kg的经纬仪，用四轮弹簧马车运输，至此，金属度盘的游标经纬仪的基本结构已经定型

3.24光学经纬仪

公元17世纪，丹麦天文学家奥拉夫·鲁默尔将测微器和显微镜安置在经纬仪上，大大提高了读数精度

公元1858年，意大利工程师波尔勒发明内对光望远镜，但未能马上被推广应用。

直至1892年减发射涂层的发明才使内对光望远镜逐步得到广泛应用

测微读数装置和内对光望远镜在经纬仪上的应用，为光学经纬仪的诞生奠定了基础

公元1846年，德国蔡司光学仪器厂创建，并于1904年开始生产玻璃度盘经纬仪

公元1920年，德国蔡司光学仪器厂当时的总工程师威特等人研制成功第一台光学经纬仪，并定名为T1型。

公元1923年，德国蔡司光学仪器厂生产出双线刻划度盘光学经纬仪，并定名为T2型

公元1956年，德国的阿斯卡尼亚厂首次根据自动安平原理制成自动归零补偿器。

至此，廓定了现代光学经纬仪的基本结构

近年来，光学经纬仪在整体上正向序列化、通用化和标准化的方向发展。

正像望远镜、竖盘指标自动归零装置已在中低等精度经纬仪上使用；在J6级经纬仪中，带尺读数已逐步取代测微器读数；J2级经纬仪则将传统的符合读数与测微读数相结合，改进为部分数字化读数；快慢调焦机构、精粗配置度盘机构、以及双色视场等，均使操作更加方便

3.25电子经纬仪

公元60年代开始出现电子经纬仪

开始出现的电子经纬仪是采用编码度盘和机械测微制成的。

其精度低，体积大。

后来，将电子测微技术应用于电子经纬仪，使精度获得很大提高，体积明显缩小

公元70年代出现了采用栅格度盘和电子测微的电子经纬仪

公元80年代将动态测角技术应用到电子经纬仪上，克服了度盘刻划误差影响的困扰，使测角精度进一步提高

3.26其他形式和用途的经纬仪

3.2.6.1视距经纬仪

附加有专用光学测距装置的经纬仪

如：

普通双像视距经纬仪、对数双像视距经纬仪、自动归算双像速测仪等

3.2.6.2罗盘经纬仪

设置有安置磁针的装置，利用磁针直线的磁方位角

3.2.6.3陀螺经纬仪

专门用于测定直线的真方位角

3.2.6.4激光经纬仪

利用激光形成的可见视准轴，能进行导向、定位、准