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测量基本知识培训资料
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一、全站仪的使用方法与步骤
二、简单介绍GPS全球定位系统组成及优点
三、工程测量基础练习
一、全站仪的使用方法与步骤
全站型电子速测仪简称全站仪，它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。
由于只需一次安置，仪器便可以完成测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”。
全站仪上半部分包含有测量的四大光电系统，即水平角测量系统、竖直角测量系统、水平补偿系统和测距系统。
通过键盘可以输入操作指令、数据和设置参数。
以上各系统通过I/O接口接入总线与微处理机联系起来。
微处理机（CPU）是全站仪的核心部件，主要有寄存器系列（缓冲寄存器、数据寄存器、指令寄存器）、运算器和控制器组成。
微处理机的主要功能是根据键盘指令启动仪器进行测量工作，执行测量过程中的检核和数据传输、处理、显示、储存等工作，保证整个光电测量工作有条不紊地进行。
输入输出设备是与外部设备连接的装置（接口），输入输出设备使全站仪能与磁卡和微机等设备交互通讯、传输数据。
目前，世界上许多著名的测绘仪器生产厂商均生产有各种型号的全站仪。
不同型号的全站仪，其具体操作方法会有较大的差异。
下面简要介绍全站仪的基本操作与使用方法。
（一）全站仪的操作与使用
1.全站仪的基本操作与使用方法
（1）测量前的准备工作
1）电池的安装（注意：
测量前电池需充足电）
①把电池盒底部的导块插入装电池的导孔。
②按电池盒的顶部直至听到“咔嚓”响声。
③向下按解锁钮，取出电池。
2）仪器的安置。
①在实验场地上选择一点，作为测站，另外两点作为观测点。
②将全站仪安置于点，对中、整平。
③在两点分别安置棱镜。
3）竖直度盘和水平度盘指标的设置。
①竖直度盘指标设置。
松开竖直度盘制动钮，将望远镜纵转一周（望远镜处于盘左，当物镜穿过水平面时），竖直度盘指标即已设置。
随即听见一声鸣响，并显示出竖直角。
②水平度盘指标设置。
松开水平制动螺旋，旋转照准部360，水平度盘指标即自动设置。
随即一声鸣响，同时显示水平角。
至此，竖直度盘和水平度盘指标已设置完毕。
注意：
每当打开仪器电源时，必须重新设置和的指标。
4）调焦与照准目标。
操作步骤与一般经纬仪相同，注意消除视差。
（2）角度测量
1）首先从显示屏上确定是否处于角度测量模式，如果不是，则按操作转换为距离模式。
2）盘左瞄准左目标A,按置零键，使水平度盘读数显示为0°00′00〃，顺时针旋转照准部，瞄准右目标B，读取显示读数。
3）同样方法可以进行盘右观测。
4）如果测竖直角，可在读取水平度盘的同时读取竖盘的显示读数。
（3）距离测量
1）设置棱镜常数
测距前须将棱镜常数输入仪器中，仪器会自动对所测距离进行改正。
2）设置大气改正值或气温、气压值
光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化，15℃和760mmHg是仪器设置的一个标准值，此时的大气改正为0ppm。
实测时，可输入温度和气压值，全站仪会自动计算大气改正值（也可直接输入大气改正值），并对测距结果进行改正。
3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
4）距离测量
（二）使用误区：
近段时间收到部分用户说全站仪测距不准（几十米的距离居然差上了一个厘米），误差大等问题，但是经我们认真检测后又一点问题都没有。
其实这并不是全站仪的问题，主要是一些使用方法不当造成的。
现在我就把近期一些错误的使用方法以及不正确的校正方法列出来，供大家参考：
问：
在坐标测量的时候为什么“设置方位角”没有用？
答：
请先确认你的全站仪是否完全整平，当全站仪在没有完全整平（换句话说就是出现“补偿超限”）的情况下，是不能设置的，这是一个程序对全站仪的保护。
因为如果你设置了方位角，测得的数据也是不准确的，这个可以避免出现不必要的错误。
处理方法：
精确整平全站仪后再进行设置。
问：
我在野外i角不准了是否可以用检测水准仪的方法来检测全站呢？
答：
用校正水准仪i角的方法来校正全站仪i角是不行的。
如果你用校正水准仪十字丝的方法来校正全站仪十字丝，那你这台全站仪将不能正常使用。
因为你一旦动了全站的十字丝，那么这台全站的三轴（三轴包括：
发射轴，接收轴，视准轴）必须重调。
因为全站仪的三轴一旦不共轴则会出现照准棱镜中心不测距的故障。
处理方法：
如果有条件最好能在校正台上精平全站仪后进行i角校正。
如果在野外先精平全站仪后找到远处一个固定物（楼房上的天线或者避雷针等），也可以进行i角校正。
步骤是：
开机-ESC-配置-仪器参数设置-垂直角过零基准设置-盘左照准目标-按是-再盘右照准目标-按是。
问：
为什么全站仪测量出来的距离比我用尺子量的距离短（长）？
答：
其实用这种方法判断全站仪测距有问题是不科学的，因为你用尺子量，第一可能尺子存在误差，第二人为误差，你用尺子量100m就可能差了几个毫米，甚至厘米。
但是全站仪的精度是2+2PPM，就是说测1000m也就才4毫米的误差，因此肯定不能以尺子来衡量全站仪。
处理方法：
1.将全站仪拿到仪器鉴定中心通过基线来校正。
2.找另外一台全站仪（所有指标均合格）使用比测的方法来对全站仪进行调整。
3.在野外的时候，在没有其他全站仪的情况下，可以通过以下方法检测：
首先选一平坦场地在A点安置并整平全站仪，用竖丝仔细在地面标定同一直线上间隔约50m的A、B点和B、C点，并准确对中地安置反射棱镜。
然后全站仪设置了温度与气压数据后，精确测出AB、AC的平距。
再在B点安置全站仪并准确对中，精确测出BC的平距。
可以得出全站仪测距常数：
K＝AC－（AB＋BC），K值应接近或等于O，若｜K｜＞5mm，则要进行校正。
校正：
经严格检验证实仪器常数K不接近于０已发生变化，用户如果需进行校正，将仪器加常数按综合常数K值进行设置。
应注意的两点：
1、应使用仪器的竖丝进行定向，严格使A、B、C三点在同一直线上。
B点地面要有牢固清晰的对中标记。
2、B点棱镜中心与仪器中心是否重合一致，是保证检测精度的重要环节，因此，最好在B点用三脚架和两者能通用的基座，如用三爪式棱镜连接器及基座互换时，三脚架和基座保持固定不动，仅换棱镜和仪器的基座以上部分，可减少不重合误差。
二、简单介绍GPS全球定位系统组成及优点
利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS（英语全称为：
GlobalPositioningSystem），它可以为地球表面绝大部分地区（98%）提供准确的定位、测速和高精度的时间标准（GPS定位系统）。
GPS全球定位系统由美国国防部研制和维护，可满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、三维运动和时间的需要（GPS是什么）。
该系统包括太空中的24颗GPS卫星;地面上的1个主控站、3个数据注入站和5个监测站及作为用户端的GPS接收机。
最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度;所能收联接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。
GPS全球定位系统的组成
GPS全球定位系统是美国第二代卫星导航系统。
是在子午仪卫星导航系统的基础上发展起来的，它采纳了子午仪系统的成功经验。
和子午仪系统一样，全球定位系统由空间部分、地面监控部分和用户接收机三大部分组成。
按目前的方案，全球定位系统的空间部分使用24颗高度约2.02万千米的卫星组成卫星星座。
21+3颗卫星均为近圆形轨道，运行周期约为11小时58分，分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。
卫星的分布使得在全球的任何地方，任何时间都可观测到四颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何图形（DOP）。
这就提供了在时间上连续的全球导航能力。
地面监控部分包括四个监控站、一个上行注入站和一个主控站。
监控站设有GPS用户接收机、原子钟、收集当地气象数据的传感器和进行数据初步处理的计算机。
监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。
主控站设在范登堡空军基地。
它对地面监控部实行全面控制。
主控站主要任务是收集各监控站对GPS卫星的全部观测数据，利用这些数据计算每颗GPS卫星的轨道和卫星钟改正值。
上行注入站也设在范登堡空军基地。
它的任务主要是在每颗卫星运行至上空时把这类导航数据及主控站的指令注入到卫星。
这种注入对每颗GPS卫星每天进行一次，并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入。
GPS全球定位系统分类
按定位方式，GPS全球定位系统定位分为单点定位和相对定位（差分定位）。
单点定位就是根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。
相对定位（差分定位）是根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量，大地测量或工程测量均应采用相位观测值进行相对定位。
GPS全球定位系统发展
GPS全球定位系统由美国政府于1970年代开始进行研制并于1994年全面建成。
使用者只需拥有GPS接收机即可使用该服务，无需另外付费。
GPS信号分为民用的标准定位服务（SPS，StandardPositioningService）和军规的精确定位服务（PPS，PrecisePositioningService）两类。
由于SPS无须任何授权即可任意使用，原本美国因为担心敌对国家或组织会利用SPS对美国发动攻击，故在民用讯号中人为地加入选择性误差（即SA政策，SelectiveAvailability）以降低其精确度，使其最终定位精确度大概在100米左右;军规的精度在十米以下。
2000年以后，克林顿政府决定取消对民用讯号的干扰。
因此，现在民用GPS也可以达到十米左右的定位精度。
GPS全球定位系统计划实施阶段：
第一阶段为方案论证和初步设计阶段。
从1978年到1979年，由位于加利福尼亚的范登堡空军基地采用双子座火箭发射4颗试验卫星，卫星运行轨道长半轴为26560km，倾角64度。
轨道高度20000km。
这一阶段主要研制了地面接收机及建立地面跟踪网，结果令人满意。
第二阶段为全面研制和试验阶段。
从1979年到1984年，又陆续发射了7颗称为BLOCKI的试验卫星，研制了各种用途的接收机。
实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准，利用粗码定位，其精度就可达14米。
第三阶段为实用组网阶段。
1989年2月4日第一颗GPS工作卫星发射成功，这一阶段的卫星称为BLOCKII和BLOCKIIA。
此阶段宣告GPS系统进入工程建设状态。
1993年底使用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。
GPS全球定位系统优点
（1）三维定速定时高精度;
（2）快速、省时、高效率、应用广泛、多功能;
（3）可移动定位;
（4）不同于双星定位系统，使用过程中接收机不需要发出任何信号增加了隐蔽性，提高了其军事应用效能。
（5）使用低频讯号，纵使天候不佳仍能保持相当的讯号穿透性;全球覆盖（高达98%）;
（6）具有性能好、精度高、应用广的特点，是迄今最好的导航定位系统。
随着全球定位系统的不断改进，硬、软件的不断完善，应用领域正在不断地开拓，目前已遍及国民经济各种部门，并开始逐步深入人们的日常生活。
总结
经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS全球定位系统以全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。
本文简单介绍了GPS全球定位系统的组成、分类、发展、实施计划、优点等基础知识。
三、工程测量基础练习
例题一
1．什么叫大地水准面?
它有什么特点和作用?
通过平均海水面的一个水准面，称大地水准面，它的特点是水准面上任意一点铅垂线都垂直于该点的曲面，是一个重力曲面，其作用是测量工作的基准面。
2．什么叫绝对高程、相对高程及高差?
地面点到大地水准面的垂直距离，称为该点的绝对高程。
地面点到假设水准面的垂直距离，称为该点的相对高程。
两点高程之差称为高差。
3．测量上的平面直角坐标系和数学上的平面直角坐标系有什么区别?
测量坐标系的X轴是南北方向，X轴朝北，Y轴是东西方向，Y轴朝东，另外测量坐标系中的四个象限按顺时针编排，这些正好与数学坐标系相反。
4．什么叫高斯投影？
高斯平面直角坐标系是怎样建立的?
假想将一个横椭圆柱体套在椭球外，使横椭圆柱的轴心通过椭球中心，并与椭球面上某投影带的中央子午线相切，将中央子午线附近（即东西边缘子午线范围）椭球面上的点投影到横椭圆柱面上，然后顺着过南北极母线将椭圆柱面展开为平面，这个平面称为高斯投影平面。
所以该投影是正形投影。
在高斯投影平面上，中央子午线投影后为X轴，赤道投影为Y轴，两轴交点为坐标原点，构成分带的独立的高斯平面直角坐标系统。
5．已知某点位于高斯投影6°带第20号带，若该点在该投影带高斯平面直角坐标系中的横坐标y＝-306579.210m，写出该点不包含负值且含有带号的横坐标及该带的中央子午线经度。
Y=20×（-306579.210m+500000m）=20193420.790。
例题二
1．用水准仪测定A、B两点间高差，已知A点高程为HA=12.658m，A尺上读数为1526mm，B尺上读数为1182mm，求A、B两点间高差hAB为多少？
B点高程HB为多少？
绘图说明。
hAB=+0.344m，hB=13.002m
2．何谓水准管轴？
何谓圆水准轴？
何谓水准管分划值？
通过水准管圆弧零点的切线，称为水准管轴。
通过圆水准器零点的法线，称为圆水准轴。
水准管上两相邻分划线间的圆弧（2㎜）所对的圆心角，称为水准管分划值。
3．水准测量中为什么要求前后视距相等？
为了消除视准轴不平行与水准管轴的误差，消除或减少地球曲率和大气折光对高差的影响
4．S3型水准仪有哪几条主要轴线？
它们之间应满足哪些几何条件？
为什么？
哪个是主要条件？
水准仪的轴线主要有：
视准轴
，水准管轴
，圆水准轴
，仪器竖轴
。
水准仪轴线应满足的几何条件为：
1）圆水准轴应平行于仪器竖轴（
∥
）；2）十字丝中丝应垂直于仪器竖轴（即中丝应水平）；3）水准管轴应平行于视准轴（
∥
）。
5.在表2-1中进行附合水准测量成果整理，计算高差改正数、改正后高差和高程。
表2-1 附合水准路线测量成果计算表
点号
路线长L（km）
观测高差hi（m）
高差改正数（m）
改正后高差（m）
高程H（m）
备注
BMA
1.5
+4.362
7.967
已知
1
0.6
+2.413
2
0.8
-3.121
3
1.0
+1.263
4
1.2
+2.716
5
1.6
-3.715
BMB
BB
11.819
已知
∑
fh＝∑h测－（HB－HA）＝ fh容＝±40＝
∑＝
例题三
1.如何将经纬仪的起始方向水平度盘读数配置成08009000？
2.何谓竖盘指标差?
如何消除竖盘指标差?
当视线水平且竖盘水准管气泡居中时的竖盘读数与应有的竖盘指标正确读数（即90°的整倍数）有一个小的角度差，称为竖盘指标差，即竖盘指标偏离正确位置引起的差值。
采用盘左、盘右位置观测取平均计算得竖直角，消除竖盘指标差的影响。
3.用J6型光学经纬仪按测回法观测水平角，整理表3-1中水平角观测的各项计算。
表3-1 水平角观测记录
测站
目标
度盘读数
半测回角值
一测回角值
各测回 平均角值
备注
盘左
盘右
° ′ ″
° ′ ″
° ′ ″
° ′ ″
° ′ ″
O
A
00024
1800054
B
584854
2384918
A
900012
2700036
B
1484848
3284918
4.计算表3-2竖直角观测的指标差和竖直角。
表3-2 竖直角观测记录
测站
目标
度盘读数
指标差
竖直角
备注
盘左
盘右
° ′ ″
° ′ ″
″
° ′ ″
O
A
79 20 24
280 40 00
B
98 32 18
261 27 54
C
90 32 42
270 27 00
D
84 56 24
275 03 18
例题四
1.距离测量有哪几种方法?
光电测距仪的测距原理是什么?
2.某钢尺的尺长方程为lt=30m+0.006m+1.2×10-5×30m×（t-20°C），使用该钢尺丈量AB之间的长度为29.9358m，丈量时的温度t=12°C，使用拉力与检定时相同，AB两点间高差hAB=0.78m，试计算AB之间的实际水平距离？
3.斜视距测量平距计算公式可以是DAB=100（下-上）×sin2L？
假设已知=下-上=1.254m，竖直度盘读数L=88°45′36″。
求DAB=？
4.某直线段的磁方位角=30°30′，磁偏角δ=0°25′，求真方位角Α=？
若子午线收敛角γ=2′25″，求该直线段的坐方位角α=？
5.图4-1中，A点坐标xA=345.623m，yA=569.247m；B点坐标xB=857.322m，yB=423.796。
水平角
β1=15°36′27″，β2=84°25′45″，β3=96°47′14″。
求方位角 αAB，αB1，α12，α23。
例题五
1.何谓全站仪？
它有哪几部分组成？
一般具有哪些测量功能？
2.简述全站仪如何进行坐标测量。
3.简述全站仪各部分的作用。
4.简述全站仪如何进行水平角测量
例题六
1．GPS全球定位系统由几部分组成？
2．空间卫星的主要功能有哪些？
3．GPS信号接收机的任务是什么？
例题七
l．怎样区分测量工作中的误差和粗差?
2．偶然误差和系统误差有什么不同?
偶然误差有哪些特性?
3．为什么说观测值的算术平均值是最可靠值?
4．在什么情况下采用中误差衡量测量的精度?
在什么情况下则用相对误差?
5．某直线段丈量了4次，其结果为：
98.427m，98.415m，98.430m，98.426m。
使用CASIOfx-3950P计算器在单变量统计模式下计算其算术平均值、观测值中误差，并计算算术平均值中误差和相对误差。
6．设对某水平角进行了五次观测，其角度为：
63°26′12″，63°26′09″，63°26′18″，63°26′15″，63°26′06″。
计算其算术平均值、观测值的中误差和算术平均值的中误差。
例题八
1．按表8-1的数据，计算闭合导线各点的坐标值。
已知，。
表8-1 闭合导线坐标计算
点号
角度观测值（右角）
° ′ ″
坐标方位角
°′″
边长（m）
坐标
x（m）
y（m）
1
2000.00
2000.00
694500
103.85
2
13905 00
114.57
3
9415 54
162.46
4
8836 36
133.54
5
12239 30
123.68
1
9523 30
2．已知A点高程＝l82.232m，在A点观测B点得竖直角为18°36′48″，量得A点仪器高为l.452m，B点棱镜高l.673m。
在B点观测A点得竖直角为-18°34′42″，B点仪器高为l.466m，A点棱镜高为l.6l5m，已知DAB＝486.75lm，试求和。
3．整理表8-2中的四等水准测量观测数据。
表8-2四等水准测量记录整理
测站编号
后尺
下丝
前尺
下丝
方向
及
尺号
标尺读数
K+黑
减
红
高差
中数
备考
上丝
上丝
后视
前视
后距
前距
黑面
红面
视距差d
∑d
1
1979
0738
后
1718
6405
0
K1=4.687
K2=4.787
1457
0214
前
0476
5265
-2
52.2
52.4
后-前
+1.242
+1.140
+2
1.2410
-0.2
-0.2
2
2739
0965
后
2461
7247
2183
0401
前
0683
5370
后-前
3
1918
1870
后
1604
6291
1290
1226
前
1548
6336
后-前
4
1088
2388
后
0742
5528
0396
1708
前
2048
6736
后-前
检查计算
4．在导线计算中，角度闭合差的调整原则是什么?
坐标增量闭合差的调整原则是什么?
5．在三角高程测量时，为什么必须进行对向观测?
例题九
1．测图前有哪些准备工作?
控制点展绘后，怎样检查其正确性?
2．某碎部测量按视距测量法测量数据见表9-1，竖盘为顺时针刻划，盘左视线水平为90°，计算各碎部点的水平距离及高程。
表9-1 碎部测量记录表
测站点：
A 定向点：
B HA＝42.95m iA=1.48m x=0
点号
视距间隔
l/m
中丝读数
υ/m
竖盘读数L
竖直角
高差
/m
水平角
平距
D/m
高程
H/m
备注
1
0.552
1.480
83°36′
48°05′
2
0.409
1.780
87°51′
56°25′
3
0.324
1.480
93°45′
247°50′
4
0.675
2.480
98°12′
261°35′
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