《同济大学版测量学教材 第4章-距离测量讲解》由会员分享，可在线阅读，更多相关《同济大学版测量学教材 第4章-距离测量讲解（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 测量学测量学 61 4-14-1 距离测量概述距离测量概述 测距技术的发展：测距技术的发展： 从从直接用各种尺子量距 光学间接光学间接测距 电磁波电磁波 物理测距物理测距 测距工具：测距工具： 直接量距直接量距 木尺、织物卷尺、钢卷尺、因瓦钢线尺木尺、织物卷尺、钢卷尺、因瓦钢线尺 光学测距光学测距 用光学仪器的视距测量、基线尺视距测用光学仪器的视距测量、基线尺视距测 量、光干涉测距量、光干涉测距 电磁波测距电磁波测距 用物理测距仪器的微波测距、红外光用物理测距仪器的微波测距、红外光 测距、激光测距测距、激光测距 261 4-2 卷尺量距 一一. . 钢卷尺和丈量工具钢卷尺和丈量工具 3 卷
2、于尺盒内卷于尺盒内 或尺架上的或尺架上的 钢卷尺钢卷尺 尺头及尺上尺头及尺上 分划分划 尺长尺长20m20m、30m30m、50m50m 61 广泛用于地形测量 和工程测量的各种 钢卷尺 4 50m50m长钢尺长钢尺 20m钢尺 5m小钢尺小钢尺 经典的测量工具目前仍有广泛用途经典的测量工具目前仍有广泛用途 61 二二. . 直线定线直线定线 5 目测定线目测定线 ： AB两点之间由于距离过长，需要在AB直线上用标杆 目测定出1、2两点。 61 用经纬仪定线用经纬仪定线 长距离的直线精密定线得借助于 经纬仪望远镜十字丝的瞄准代替 目视瞄准。 6 用经纬仪延长直线，如需要将用经纬仪延长直线，如需
3、要将ABAB直线延长至直线延长至C C。B B点置经点置经 纬仪，盘左后视瞄准纬仪，盘左后视瞄准A A点，制动照准部，倒镜前视得点，制动照准部，倒镜前视得CC 点；盘右后视瞄准点；盘右后视瞄准A A点，制动照准部，倒镜前视得点，制动照准部，倒镜前视得CC点点 。取。取CCCC的中点的中点C C，则，则A-B-CA-B-C精确地位于一直线上。精确地位于一直线上。 61 ( (一一) ) 平坦地面的丈量方法平坦地面的丈量方法 例如从例如从A A量至量至B B，由后尺手定向，先量整尺段，由后尺手定向，先量整尺段， 最后量余长。最后量余长。 7 二二. . 距离丈量距离丈量 ABAB的平距：的平距：D
4、 DAB AB = = n n 尺段长尺段长 + + 余长 余长 61 沿倾斜地面沿倾斜地面ABAB量得的为斜距量得的为斜距 S S，设两点间高差，设两点间高差 为为h h, ,则用下式将其归算为平距则用下式将其归算为平距 D D： 8 （二）倾斜地面丈量方法（二）倾斜地面丈量方法 一般量距相对精度：一般量距相对精度： 往测距离返测距离往测距离返测距离 距离概值距离概值 1 3000 S D h A B 61 ( (四四) ) 钢尺长度检定钢尺长度检定 尺长方程式：尺长方程式： 9 钢尺两端分划之间的标准长度称为实际长度，末端分划 的注记长度称为名义长度。丈量时的地面温度对尺长也 有影响。经过
5、钢尺长度检定，得到尺长方程式，用以计 算量得的实际长度。 61 五五. .钢尺量距的长度改正钢尺量距的长度改正 用钢尺沿倾斜地面量得的名义长度用钢尺沿倾斜地面量得的名义长度 DD ： 10 长度改正： 改正后长度改正后长度： 61 钢尺量距长度改正的计算数例钢尺量距长度改正的计算数例 11 D= 234.943m, t = 32.4, h = 2.54m 尺长方程式尺长方程式: : 观测数据观测数据: : 长度改正值长度改正值: : 改正后长度改正后长度: : 61 12 视距测量是利用测量望远镜中十字丝视距测量是利用测量望远镜中十字丝 平面的视距丝及视距尺，按光学原理，平面的视距丝及视距尺，
6、按光学原理， 间接测定距离的方法。间接测定距离的方法。 水平视线，上丝在视距尺上读数水平视线，上丝在视距尺上读数a a, , 下丝读数下丝读数b b，则水平距离，则水平距离D D： 4-34-3 视距测量视距测量 视距测量曾广泛视距测量曾广泛 用于地形测量等用于地形测量等, , 目前已被测距仪目前已被测距仪 代替，但仍用于代替，但仍用于 水准测量中的前水准测量中的前 后视距离测定。后视距离测定。 （ n n 为视距间隔）为视距间隔） 61 两点间两点间, ,测定电磁波往返传递的速度测定电磁波往返传递的速度C C和时间和时间t t, ,计算距离计算距离: : 13 一一. .电磁波测距的基本工作
7、原理电磁波测距的基本工作原理 测距仪按不同的测距仪按不同的 电磁波作为载波，电磁波作为载波， 分为：分为： 微波测距仪微波测距仪 红外光测距仪红外光测距仪 激光测距仪激光测距仪 ABAB测程，测程，A A点安置测距仪，点安置测距仪， B B点安置反射器。点安置反射器。 后二者又称后二者又称光电测距仪光电测距仪 61 关于光速关于光速 光波在真空中的传播速度光波在真空中的传播速度C C 0 0 是一个重要的物理量，近代是一个重要的物理量，近代 科学实验已精确测定：科学实验已精确测定：C C 0 0 = = ( ( 299792458299792458 1.21.2 ) ) m m / / s s
8、 。 光波在大气中的光波在大气中的传传播速度播速度C C为为： 14 n为大气折射率， 为光波波长，t、p为大气温度及气压 。 关于测定光波往返传播时间关于测定光波往返传播时间 光速近于光速近于300000300000 kmkm / / sec,sec,地面两点间传播时间极短地面两点间传播时间极短, ,直接直接 测定时间几乎不可能。因此必须将光波用高频电振荡调测定时间几乎不可能。因此必须将光波用高频电振荡调 制，用制，用脉冲法脉冲法或或相位法相位法间接测定两点间光波传播时间。间接测定两点间光波传播时间。 61 关于测距时的大气温度和气压关于测距时的大气温度和气压 15 大气的温度和气压影响其对
9、光波的折射率，从而影响大气的温度和气压影响其对光波的折射率，从而影响 光速和光电测距的计算光速和光电测距的计算, ,其影响与距离的长度成正比。其影响与距离的长度成正比。 因此，长距离的因此，长距离的 精密测距必须用精密测距必须用 空盒气压计与通空盒气压计与通 风温度计，测定风温度计，测定 观测当时的气温观测当时的气温 和气压，加以改和气压，加以改 正。一般情况下正。一般情况下 只需温度改正。只需温度改正。 通风温度计通风温度计 空盒气压计空盒气压计 61 （一）（一）脉冲式测距脉冲式测距 16 将发射光波的光强调制成高频光脉冲，再由时标振荡器将发射光波的光强调制成高频光脉冲，再由时标振荡器 产
10、生产生时标脉冲产生产生时标脉冲( (周期周期T T 0 0 ) )，二者都经过电子门；发射，二者都经过电子门；发射 脉冲光打开电子门，反射回来的脉冲光关闭电子门；在脉冲光打开电子门，反射回来的脉冲光关闭电子门；在 开关门之间，时标脉冲计数器计数为开关门之间，时标脉冲计数器计数为m m；则；则 mTmT 0 0 为脉冲为脉冲 光往返传播光往返传播 时间时间 t t ， 据据 此可根据光此可根据光 速计算距离：速计算距离： 61 （二）（二）相位式测距相位式测距 17 用高频电振荡用高频电振荡( (周期周期T T ) )将发射光进行振幅调制将发射光进行振幅调制, ,使光强随使光强随 电振荡而产生周
11、期性的明暗电振荡而产生周期性的明暗( (相位相位 ) )变化；调制光在测程变化；调制光在测程 上往返传播，同一瞬间仪器的发射光与接收光产生相位上往返传播，同一瞬间仪器的发射光与接收光产生相位 差差，据此可算出光波往返传播时间，据此可算出光波往返传播时间t t 。 61 设光速为设光速为C C, ,调制振荡频率为调制振荡频率为f f, ,振荡周期振荡周期T T= =1 1 / / f f, ,则调制光则调制光 的波长为：的波长为： 18 调制光在测程的往返传播时间调制光在测程的往返传播时间t t内，变化内，变化N N个整周个整周(NT)(NT)和和 一个另数一个另数TT，即，即 代入电磁波代入电
12、磁波 测距基本公测距基本公 式，得到：式，得到： 61 调制频率与光尺长度调制频率与光尺长度 由此可见由此可见, ,相位式光电测距和钢尺量距有一点相似之处：相位式光电测距和钢尺量距有一点相似之处： 相当于用一支长度为相当于用一支长度为 2 2 ( (半波半波长长) ) 的的“光波尺光波尺”来量距来量距, , N N为为“整尺段数整尺段数”,(,( / / 2 2 )()( / / 22 ) )为为“余长余长”。 光源的波长光源的波长 g g 在标准气象状态在标准气象状态( (t t = =1515CC , , p=p=10131013 mPamPa) ) 计算而得，因此计算而得，因此, ,调制
13、光的调制光的“光尺长度光尺长度”，可由调制频率，可由调制频率 确定确定: : 调制频率调制频率( (概值概值) )与光尺长度与光尺长度( (半波长半波长) ) 19 相位式测距基本公式：相位式测距基本公式： 调制频率调制频率 f f 30 MHz 15 MHz 7.5 MHz1.5 MHz 150 KHz 光尺长度光尺长度 2 2 5 m 10 m 20 m 100 m 1000 m 61 20 二二. .光电测距仪及反射器光电测距仪及反射器 开始时开始时, ,光电测距仪光电测距仪为一架单独的测量仪器；仪器小型化为一架单独的测量仪器；仪器小型化 后后, ,可架设于经纬仪上方、成为测角和测距的联
14、合体。可架设于经纬仪上方、成为测角和测距的联合体。 目前，将测距仪中的目前，将测距仪中的 光电发射和接收系统光电发射和接收系统 以及脉冲计、相位计以及脉冲计、相位计 等微电子元件和经纬等微电子元件和经纬 仪的瞄准望远镜组装仪的瞄准望远镜组装 在一起，而成为同时在一起，而成为同时 可以测距和测角的可以测距和测角的电电 子全站仪子全站仪，一般不再，一般不再 使用单独的测距仪。使用单独的测距仪。 （一）光电测距仪（一）光电测距仪 61 21 （二）反射器（二）反射器 反射器为测距仪的配套部件。反射器反射器为测距仪的配套部件。反射器 分为全反射棱镜和反射片两种，前者分为全反射棱镜和反射片两种，前者 经
15、常用于控制测量中长距离的精密测经常用于控制测量中长距离的精密测 距；后者用于近距离的测距，例如地距；后者用于近距离的测距，例如地 形测量和工程测量。形测量和工程测量。 全反射棱镜（简称反射棱镜或反光镜全反射棱镜（简称反射棱镜或反光镜 ）是用光学玻璃磨制成的四面体，如）是用光学玻璃磨制成的四面体，如 同正立方体上切下的一个角锥体，同正立方体上切下的一个角锥体， 能使入射光从原光路返回发射源。能使入射光从原光路返回发射源。 61 入射光 反射光 22 各种形式的反射器各种形式的反射器 适用于长距离的三块适用于长距离的三块 棱镜的组合棱镜的组合( (三棱镜三棱镜) ) 适用于中适用于中, ,短距短距
16、 离的小型棱镜离的小型棱镜, , 可手持或安装可手持或安装 于标杆头上。于标杆头上。 适用于近距适用于近距 离细部测量离细部测量 的反射片的反射片 61 23 三三. . 光电测距的长度改正光电测距的长度改正 （一）测距仪的乘常数和加常数改正（一）测距仪的乘常数和加常数改正 （二）气象改正（二）气象改正 乘常数改正数：乘常数改正数： 加常数改正数：加常数改正数： 测距仪通过标准长度的检定，得到仪器的乘常数测距仪通过标准长度的检定，得到仪器的乘常数R R 和和 加常数加常数C C。乘常数改正与距离长度成正比，加常数与。乘常数改正与距离长度成正比，加常数与 长度无关。长度无关。 影响光速的大气折射率影响光速的大气折射率n n是气温是气温t t、气压、气压p p的函数。气象的函数。气象 改正数与距离长度成正比：改正数与距离长度成正比： 某测距仪的某测距仪的 气象改正系数气象改
