《距离测量-测量学培训PPT课件2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《距离测量-测量学培训PPT课件2（73页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1 距离测量 61 4 1距离测量概述 测距技术的发展 从直接用各种尺子量距 光学间接测距 磁波物理测距测距工具 直接量距 木尺 织物卷尺 钢卷尺 钢线尺光学测距 光学仪器的视距测量 基线尺视距测量 光干涉测距电磁波测距 用物理测距仪器的微波测距 红外光测距 激光测距 2 61 4 2卷尺量距 一 钢卷尺和丈量工具 3 1 卷于尺盒内或尺架上的钢卷尺 尺头及尺上分划 尺长20m 30m 50m 61 尺上具有毫米分划 厘米和米的数字注记 尺盒 尺架 广泛用于地形测量和工程测量的各种钢卷尺 4 50m长钢尺 20m钢尺 5m小钢尺 经典的测量工具目前仍有广泛用途 61 3 辅助工具花杆 测钎 垂
2、球及三脚架 温度计和弹簧秤等 测钎 标杆 弹簧秤 垂球 二 直线定线 7 用标杆进行目测定线 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 由甲按照AB方向指挥乙将标杆插在方向线上 目估法定线 目估法定线 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标杆或测钎 代替目视瞄准 10 用经纬仪延长直线 如需要将AB直线延长至C B点置经纬仪 盘左后视瞄准A点 制动照准部 倒镜前视得C 点 盘右后视瞄准A点 制动照准部 倒镜前视得C 点 取C C 的中点C 则A B C精确地位于一直线上 61 称为延长直线的经纬仪正倒镜分中法 经纬仪定线 一 平坦地
3、面的丈量方法例如从A量至B 由后尺手定向 先量整尺段 最后量余长 12 三 距离丈量 AB的平距 DAB n 尺段长 余长 61 n 整尺段数lo 尺段长 l 余长 沿倾斜地面AB量得的为斜距S 设两点间高差为h 则用下式将其归算为平距D 13 二 倾斜地面丈量方法 一般量距相对精度 往测距离 返测距离距离平均值 13000 61 四 钢尺长度检定 尺长方程式 14 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 钢尺量距的长度改正 用钢尺沿倾斜地面量得的名义长度D 15
4、 长度改正 改正后长度 61 钢尺量距长度改正的计算数例 16 D 234 943m t 32 4 C h 2 54m 尺长方程式 观测数据 长度改正值 改正后长度 61 六 钢尺精密量距的方法 1 清理场地2 定线 用经纬仪进行定线 依次定出比钢尺一整尺略短的A1 12 23 等尺段 在各尺段端点打下大木桩 3 测量桩顶高程要用水准测量方法测出各桩顶的高程 以便进行倾斜改正 4 丈量方法 用经过检定的钢尺丈量相邻两木桩之间的距离 每尺段要移动钢尺位置丈量三次 三次测得的结果的较差一般不得超过2mm 每量一尺段都要记录测量温度和使用的拉力 5 计算 1 定线误差 2 尺长误差 七 钢尺量距的误
5、差来源 3 温度误差 4 拉力误差 5 尺子不水平的误差 6 钢尺垂曲和反曲的误差 19 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 间接测定距离的方法 4 3视距测量 视距测量曾广泛用于地形测量等 目前已被测距仪代替 但仍用于水准测量中的前后视距离测定 n为视距间隔 61 视距丝 水平视线 上丝在视距尺上读数a 下丝读数b 则水平距离D 视距尺 一 视线水平时的距离公式 l为视距间隔 p为视距丝的间距 f为物镜焦距 为物镜至仪器中心的距离 由相似三角形m n F与MNF可得 则A B两点间的水平距离为令则同时 由图可以看出A B的高差h i v D kLD 100Lh
6、i v K 乘常数 100 L 尺间隔i 仪器高v 水准尺读数 中丝读数 一 视线水平时的距离公式 二 视线倾斜时的距离和高差公式 设MN为l M N 为l 则 得倾斜距离 所以A B的水平距离 由图中看出 A B间的高差h为 所以 D KL cos h KL sin2 h h i v 式中K 乘常数L 尺间隔h 高差主值i 仪器高v 水准尺读数 二 视线倾斜时的距离和高差公式 两点间 测定电磁波往返传递的速度C和时间t 计算距离 24 一 电磁波测距的基本工作原理 测距仪按不同的电磁波作为载波 分为 微波测距仪红外光测距仪激光测距仪 AB测程 A点安置测距仪 B点安置反射器 测定AB之间的斜
7、距S 后二者又称光电测距仪 61 关于光速 光波在真空中的传播速度C0是一个重要的物理量 近代科学实验已精确测定 C0 299792458 1 2 m s 光波在大气中的传播速度C为 25 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 光速近于300000km s 地面两点间传播时间极短 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制 用脉冲法或相位法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 26 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 其影响与距离的长度成正比 通风温度计 空盒气压计 61 因此 长距离的
8、精密测距必须用空盒气压计与通风温度计 测定观测当时的气温和气压 加以改正 一 脉冲式测距 27 将发射光波的光强调制成高频光脉冲 再由时标振荡器产生产生时标脉冲 周期T0 二者都经过电子门 61 脉冲光发射 脉冲光接收 电子门 脉冲计数器 距离计算及显示 关门 开门 发射脉冲光打开电子门 反射回来的脉冲光关闭电子门 在开关门之间 时标脉冲计数器计数为m 则mT0为脉冲光往返传播时间t 据此可根据光速计算距离 二 相位式测距 28 用高频电振荡 周期T 将发射光进行振幅调制 使光强随电振荡而产生周期性的明暗 相位 变化 61 高频调制器产生调制光 调制光波发射与接收 调制光波明暗相位变化 高频发
9、生器 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差 据此可算出光波往返传播时间t 设光速为C 调制振荡频率为f 振荡周期T 1 f 则调制光的波长为 29 调制光在测程的往返传播时间t内 变化N个整周 NT 和一个另数 T 即 61 因此 光速可表示为 代入电磁波测距基本公式 测站 反射棱镜 得到相位式测距的基本公式 调制频率与光尺长度 由此可见 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 2 半波长 的 光波尺 量距 N为 整尺段数 2 2 为 余长 30 相位式测距基本公式 61 光源的波长 g在标准气象状态 t 15 C p 1013mPa 计算而得 因
10、此 调制光的 光尺长度 可由调制频率确定 调制频率 概值 与光尺长度 半波长 的关系 调值频率与光尺长度的近似值关系 31 二 光电测距仪及反射器 开始时 光电测距仪为一架单独的测量仪器 仪器小型化后 可架设于经纬仪上方 成为测角和测距的联合体 目前 将测距仪中的光电发射和接收系统以及脉冲计 相位计等微电子元件和经纬仪的瞄准望远镜组装在一起 而成为同时可以测距和测角的电子全站仪 一般不再使用单独的测距仪 一 光电测距仪 61 全站仪 32 二 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 例如地形测量和工程测量
11、 61 入射光 反射光 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 安装于基座上的反射棱镜 与瞄准觇牌配套 33 各种形式的反射器 适用于长距离的三块棱镜的组合 三棱镜 适用于中 短距离的小型棱镜 可手持或安装于标杆头上 适用于近距离细部测量的反射片 61 34 三 光电测距的长度改正 一 测距仪的乘常数和加常数改正 二 气象改正 乘常数改正数 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R和加常数C 乘常数改正与距离长度成正比 加常数与长度无关 影响光速的大气折射率n是气温t 气压p的函数 气象改正数
12、与距离长度成正比 某测距仪的气象改正系数 改正后长度 61 35 四 光电测距的精度分析 一 光电测距的误差来源 1 调制频率误差 2 气象参数测定误差 根据 得到 调制频率的相对误差使距离测量产生相同的相对误差 根据 得到 如果气温测定误差为 1oC 或气压测定误差为 4MPa 使距离测量产生相对误差为 1 10 6 61 36 4 反射器常数误差 5 仪器和目标的对中误差 3 脉冲测定与相位测定的误差 相位式测距仪的相位测定误差 或脉冲式测距仪的脉冲测定误差影响距离测量的尾数 故与距离长短无关 误差的大小决定于仪器的精度和测距时的自然环境 例如天气的阴晴 大气的透明度 杂散光的干扰等 反射
13、器应与测距仪配套 加常数各不相同 且在测距仪中可预置加常数自动改正 如果不配套 设置有误或瞄准目标不准确 即会产生这种误差 测距仪测定仪器中心至目标标志中心的距离 如果仪器或标志对中不正确 会影响距离测量的精度 61 37 二 光电测距的精度指标 光电测距仪的 标称精度 是指测距仪本身引起的测距误差 仪器的测相误差 棱镜常数误差与测距的长短无关 称为 常误差 或称固定误差 用 a 表示 而仪器的频率误差和正常大气状态下的气象因素误差则与测距的长度D成正比 称为 比例误差 其比例系数用 b 表示 因此 测距仪的标称精度一般用下式表示 61 在仪器说明书中 比例系数b一般以百万分率 ppm 表示
14、例如a 5mm b 5mm km 距离D的单位为千米 km 例如各种测距仪和全站仪的测距标称精度有 5 5 10 6D mm 3 2 10 6D mm 2 2 10 6D mm 1 1 10 6D mm a b的数值越小 则测距仪的精度级别越高 38 一 近距离的平距和高差计算 B点的高程为 测得AB的倾斜距离S 300m A点高程HA 在测站A观测直角 则两点间平距D 垂距V和高差hAB为 4 5光电测距的归算 61 i为仪器高 l为目标高 D V S hAB 39 二 远距离测量的高程归算 D 300m 距离测量是在测区的地面上进行的 测站与目标离大地水准面都有一定的高度 测站A和目标B的
15、平均高程是测距时视线的平均高程Hm 高程归算改正值 61 因此测得的水平距离是视线平均高程面上的距离D 需要将D归算至大地水准面上 其长度为D0 则 大地水准面 hm 40 远距离三角高程测量受大气垂直折光影响 倾斜视线穿过密度逐步变稀的各层空气介质 层面上的折射角R总是大于入射角I 使视线成为一条向上凸的曲线 61 这种现象称为 大气垂直折光 使视线的切线方向向上抬高 以致测得的垂直角和高差偏大 对于远距离的三角高程测量 需要进行改正 C C 41 三 远距离的三角高程测量计算 距离较远时 考虑地球曲率差和大气折光差对高差的影响 应对观测得到的高差加 球差改正 和 气差改正 总称 两差改正
16、球差改正 两差改正 折光系数k 0 14 61 f1 f2 气差改正 42 三角高程测量两点距离较远时 应考虑加地球曲率和大气折光影响的改正 两差改正 两点间对向观测高差取平均 能抵消两差影响 三角高程测量通常组成附合或闭合路线 以检验观测精度 用电子全站仪进行三角高程测量 能代替三 四等水准测量 三角高程测量的一些特点 61 三角高程测量的计算数例 对向观测 43 表4 5光电测距的平距和高差计算 单位 m 测距边ABBC测站ABBC目标BACB斜距S303 393303 400491 360491 333垂直角 11 32 49 11 33 06 6 41 48 6 42 04 D S cos 297 253297 255488 008487 976平均平距297 254m487 992mV S sin 60 730 60 756 57 299 57 334仪器高i1 4401 4911 4911 502 目标高l 1 502 1 400 1 522 1 441两差改正f0 0060 0060 0160 016h V i l f 60 674 60 659 57 284 57 25
