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1、距离测量与直线定向 工程测量第4章 1钢尺量距 2视距测量 3光电测距 4全站仪 5直线定向 第4章距离测量与直线定向 距离是指两点间的水平长度 若是斜距还需要将其化为平距离 测量距离的方法 钢尺直接量距 光学视距法测距 光电测距 1钢尺量距 一 量距的工具 二 钢尺量距的一般方法 定点 直线定线 两点之间定线 确定分段丈量的分段点在待量直线端点的连线上 1 目测定线2 经纬仪定线 过山头定线 A B C D 延长直线 经纬仪定线 三 量距 平地 倾斜 平量法 斜量法 量距精度评定 相对中误差 算例 M 钢尺一般量距记录及成果计算 三 钢尺量距的精密方法 钢尺长度方程式 测量过程 见图 注意事
2、项 记录拉力 温度 计算 主要三项改正 各段尺长改正数各段温度改正数各段高差改正数 钢尺膨胀系数 0 000012钢尺鉴定时温度20度钢尺名义长度l0 30m钢尺鉴定长度 30 0025钢尺鉴定时拉力 100N 四 钢尺量距误差 钢尺本身误差 尺长误差操作误差 温度误差 对点误差 定线误差 垂曲误差和拉力等外界因素影响 视距测量 利用测量望远镜的视距丝 间接测定距离和高差的方法 优点测量速度快 不受地形限制 不足精度低 距离相对误差一般约为1 300 高差一般为分米级 用途主要用于地形图测绘 地形点的距离与高差 4 2视距测量 f D n 一 基本原理 视线水平时视距测量公式 视线倾斜时视距测
3、量公式 n b h i a l D 由于视线与水准尺不垂直 n a a a b b n n S b 二 视距测量的观测与计算 三 视距测量误差及注意事项 1 视距测量的误差 读数误差垂直折光影响视距尺倾斜所引起的误差 2 注意事项 1 为减少垂直折光的影响 观测时应尽可能使视线离地面1m以上 2 作业时 要将视距尺竖直 并尽量采用带有水准器的视距尺 3 要严格测定视距常数 K值应在100 0 1之内 否则应加以改正 4 视距尺一般应是厘米刻划的整体尺 如果使用塔尺 应注意检查各节尺的接头是否准确 5 要在成像稳定的情况下进行观测 4 3光电测距 1948年瑞典AGA厂推出了第一台光波测距仪随着
4、需求的增长和光学 微电子学的发展使电磁波测距的技术迅速发展 进一步推进了测量学的发展尽管GPS应用很广 短程电磁波测距仪仍然大有用途 电磁波测距仪的分类 按载波分微波测距仪激光测距仪红外光测距仪 按测程分远 长 程测距仪中 短程测距仪 瑞典AGA公司生产的AGA 8激光测距仪 用5mw氦氖气体激光器白天测40km 夜间可测60km精度 5mm 1ppm T2 DI10 1968年Wild推出的第一台红外测距仪 Wild生产的微波测距仪 电磁波测距分类 光波测距仪AGA2A 激光测距仪AGA8 微波测距仪CMW20 红外测距仪DI5 一 电磁波测距原理 设电磁波在测距仪与反光镜 合作目标 之间往
5、返的时间为t 则测距仪至反光镜的距离 光在真空中的传播速度为C0 299792458米 秒 按电磁波理论 光是电磁波 其数学表达式为 它表达了光波在转播空间任一位置上电磁振动的状态 其中 S 电磁波测距原理 设光从发射器发出 抵达反光镜后返回仪器的接收器 称为信号2 而从发射器发出的光分出一路直接进入处理装置 称为信号1 这两个信号之间存在相位差 和整周数N 利用相位器可测定 但而不能求得 整周数N 因此只可以求得 余长 而不能求得整长 调制波 短程的电磁波测距仪常用砷化镓GaAs发出的红外激光波长约0 87 m 显然不能用它测距的信号 无线电技术可以对电磁波的振幅 频率 相位加以调制使其随时
6、间按一定的规律变化 在GaAs激光器上注入按调制规律变化的电流后可以使激光器按同样的规律改变发光的强度 调制波的频率远小于红外激光的频率 还可以用多个频率的调制波加载在红外激光波上 电磁波测距原理 测距仪把一定波长的电磁波从A点射向B点 经B点的反光棱镜反射后由测距仪接收 射出与接收波之间的相位差 可用微电子技术自动测量 是电磁波在AB点之间往返时间的函数 表达式 用它可以算得测距仪至反光镜之间斜距长度的 尾数 用几个不同波长的电磁波 调制波 测量同一段距离可以既扩大测程又保持精度 测程和精度 测相的精度是有限的 例如可以把 细分1000倍 则测量的精度为测尺的1 1000 设 这时最小读数为
7、cm 若要提高读数精度 就应缩短电子尺 但由于凭一个 无法求得整尺段数N 即不知待测距离的大数 就是说 用短的电子尺测量精度高但测程小 如果用长的电子尺能扩大测程 但由于细分技术的限制 不能求得精确的尾数 即测程大但精度低 用两个频率的波 两个不同的电子尺 进行测量 一个用来测量距离的大数 另一个用于精确测量距离的尾数 就可以既扩大测程又保证精度 如果需要还可以用更多的频率测量 相位测量 要测量测距信号 U1 与参考信号 U2 之间的相位差 1 滤波 取出调制波 频率低 的信号2 混频 把调制波信号与 本振 信号混合 经处理后可以得到频率更低 以便于更精确测量相位差 但相位依旧的差分信号 相位
8、测量 3 把正弦波处理成方波4 把U1和U2分别接在门电路的两个触发器上 U2负跳变时把与门打开 U1负跳变时把与门关闭 在门开启的这段时间内让计数脉冲通过 从而可以测得 内光路 当内光路棱镜移到出光口时测量到内光路的 距离 移开内光路棱镜后测量到外光路的 距离 外光路 距离 减去内光路 距离 后才是需要测量的距离 这是消除仪器系统误差的重要措施之一 电子全站仪 同时进行角度测量 水平角 竖直角 和距离测量 斜距 平距 高差 高精度全站仪测角达0 5秒级 测距精度达 1 1PPM 显示测点角度 方向值 距离 高差或三维坐标拥有较大容量的内部存储器 以数据文件形式存储已知点和观测点的点号 编码
9、三维坐标 拥有后方交会 放样 偏心等高级测量功能 实现全站仪与计算机的数据通讯 与计算机联合组成的智能观测系统已面市 4 4全站仪简介 电子全站仪 棱镜 全站仪 棱镜与基座 1 观测前的准备工作 2 装电池 3 开机 定标 照准部水平方向旋转一周 望远镜绕横轴旋转一周 即完成定标 4 对中 整平 仪器倾斜数字显示 已完成定标 角度测量 水平方向置零功能 0SET 观测 a 照准左目标点L 水平方向归零 0SET b 精确照准右目标点R 显示水平角 盘右同样测量 a b 距离类型选择和距离测量 4 5直线定向 确定地面上两点之间的相对位置 仅知道两点之间的水平距离是不够的 还必须确定此直线与标准
10、方向之间的关系 确定直线与标准方向之间的关系 水平角度 称为直线定向 一 标准方向的种类 真子午线方向 通过地球表面某点的真子午面的切线方向 称为该点真子午线方向 磁子午线方向 磁子午线方向是在地球磁场的作用下 磁针自由静止时其轴线所指的方向 坐标纵轴方向 我国采用高斯平面直角坐标系 每6 带或3 带内都以该带的中央子午线的投影作为坐标纵轴 因此 该带内直线定向 就用该带的坐标纵轴方向作为标准方向 二 表示直线方向的方法 测量工作中 常采用方位角来表示直线的方向 由标准方向的北端起 顺时针方向量到某直线的夹角 称为该直线的方位角 角值由0 360 三 几种方位角之间的关系 1 真方位角与磁方位角之间的关系 2 真方位角与坐标方位角之间的关系 3 坐标方位角与磁方位角之间的关系 四 正 反坐标方位角 通过起点的坐标纵轴方向与直线AB所夹的坐标方位角 称为直线AB的正坐标方位角 过终点的坐标纵轴方向与直线AB所夹的坐标方位角 称为直线AB的反坐标方位角 是直线AB的正坐标方位角 五 坐标方位角的推算
