第5章 距离测量与知识分享

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1、第5章 距离测量与直线定向,5.1 钢尺量距 5.2 视距测量 5.3 红外线测距仪及全站仪 5.4 直线定向,第5章 距离测量与直线定向,距离测量是测量三项基本工作之一. 距离测量的方法主要有: 1.钢尺(皮尺)量距. 2.视距测量 3.光电测距 4.三角测量法 利用三角形的边角关系求距离 要确定地面点的平面位置,还必须测定直线的方向, 即直线定向,5.1 钢尺量距,一般量距方法 量距相对精度1200015000 精密量距方法 量距相对精度110000140000 5.1.1 量距用的工具:钢卷尺，花杆，测钎 1.钢卷尺 尺长与规格：20米、30米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。 刻度与注记：

2、毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位置有不同，分刻线尺和端点尺两种。 2.花杆 定线用（量距时标定直线量距的前进方向） 3.测钎 量距时在地面标定尺段端点位置。,钢卷尺,皮尺 测绳,测钎 花杆,端点尺 刻线尺,5.1.3 丈量方法（往返丈量), 距离用下式计算：D=nl+l 式中：l整尺段的长度； n丈量的整尺段数； l零尺段长度。,1. 在平坦地面丈量,往返丈量较差 D = D往-D返 距离平均值 D平= （D往-D返） 相对误差 K=,2.倾斜地面丈量,(1)斜量法: 地面坡度均匀，将量得的倾斜距离S 归算成水平距离D。高差h用水准仪测定。,水平距离,(2) 在倾斜地面平量,3. 钢尺量

3、距的精密方法 量距相对精度可达1 1万 1 4万。 精密量距时采取的措施： 1.用检定过的钢尺； 2.经纬仪定线； 3.钉尺段桩(概量得)，用水准仪测量桩间高差； 4.对钢尺施加固定拉力，并测量温度； 5.对量距结果加三项改正数。,5. 1 . 4 钢尺量距的成果整理,三项改正数,每尺段经改正后的水平距离：,总的水平距离：,4.1.5 钢尺检定,目的：求得钢尺两端点刻划间的实际长度。 方法：用钢尺对一段精确的标准长度进行丈量，从而求得钢尺的尺长改正数。该检定场地也称为“比场”。,1.尺长方程式： = 0+d+(t-t0)0,0 钢尺名义长(m)； t0 标准温度，一般取20； d 尺长改正值(

4、mm)； t 丈量时温度() 钢的膨胀系数，1.210-5 / ；,尺段长度及量距精度计算,例：用一检定过的30米钢尺沿倾斜地面丈量AB距离，数据见下表。该钢尺的尺长方程式如下，请整理量距成果。,(注：钢尺膨胀系数 =0.00001150.0000125为钢尺温度变 化1度时，单位长度的变化量。),5.2 视距测量,5.2.1 视距测量概述 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)。,5.2.2 视准轴水平时的视距计算公

5、式AB为待测距离，在A点安置经纬仪，B点竖立视距尺，设望远镜视线水平，瞄准B点的视距尺，此时视线与视距尺垂直。,视线水平时的视距测量公式:,(1) 水平距离公式:,(2) 高差公式:,(3) B点高程:,5.2.3 视线倾斜时的视距测量公式,(1) 水平距离公式:,(2) 初算高差:,(3) 高差公式:,5.2.4 视距测量观测与计算方法,观测：在测站安置经纬仪，对中、整平、量仪器高； 在测点竖水准尺，瞄准(要求三丝都能读数)。,读数：每个测点读四个读数 上丝读数 a 读至毫米 下丝读数 b 读至毫米 中丝读数 读至厘米 竖盘读数 L 读至分米,视距测量通常只测盘左（或盘右），测量前要对竖盘指

6、标差进行检验与校正。,5.3 电磁波测距及全站仪,电磁波测距(Electro-magnetic Distance Measuring，EDM) 是用电磁波(光波或微波)作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法。 EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。 现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起，形成了全站仪，并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发展。,电磁波测距仪分类 1. 按其所采用的载波（光源）可分为： 微波测距仪(microwave EDM instrument)； 激光测距仪(laser EDM ins

7、trument)； 红外测距仪(infrared EDM instrument);,2. 按测程分为： 短程测距仪(5km) 中程测距仪(515km) 远程测距仪( 15km）,3. 按精度分为： 级测距仪(mD 5mm) 级测距仪(5 mD 10mm) 级测距仪(mD 10mm,4. 按测距原理分为： 脉冲式； 相位式,光波测距仪 AGA 2A,激光测距仪 AGA8,微波测距仪 CMW20,红外测距仪 DI5,5.3.1 红外测距的测距原理,基本公式,c0光在真空中的速度 ng光在大气中传输的折射率 t光波在AB间往返传输间,光在真空中的传播速度为C0=299792458米/秒。,电磁波测距

8、方式,直接测时-该类测距仪称为脉冲式测距仪，该仪器因其精度较低，通常只用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。 间接测时-用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。 现代测时的精度可达10-8秒，但引起的距离误差达 1.5m.现有的精密光电测距仪都不采用直接测时的方法，而采用间接测时。,1脉冲式测距原理 假设时钟脉冲的震荡频率为 , 震荡周期为 计数器记录的震荡次数为N, 则脉冲光波在AB两点间往返的时间为:,脉冲法测距应用-激光测卫,上海人卫站,2. 相位式测距原理 用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。 它是用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）作为“

9、运输工具”（称为载波），通过一个调制器使载波的振幅或频率按照调制波的变化做周期性变化。 测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接地确定传播时间t，进而求得待测距离D。,调制波的调制频率f，角频率 ，周期T， 波长: 设调制波在距离D往返一次产生的相位变化为 ，调制信号一个周期相位变化为2，则调制波的传播时间t为： 代入基本公式得 :,设调制信号为正弦信号，包含2的整倍数N2，和不足2的尾数部分，即：,代入前面公式:,令 : -单位长，“光测尺”，“电子尺”,公式改写成 :,上式就是相位式测距原理公式。,相位式测距仪是用长度为LS的“测尺”去量测距离，量了N个整尺段加上不

10、足一个LS的长度就是所测距离。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。 采用多个“测尺”组合实现测距技术过程。 设计；精测尺+粗测尺测距。,调制频率与测尺长度的关系,调制频率与测尺长度的关系,5.3.2 光电测距仪的组成,5.3.4 全站仪及其使用,（一） 全站仪概述 （二） 全站仪的功能 （三） 几种全站仪及其基本应用,宾得,徕卡,拓普康,尼康,索佳,蔡司Zeiss,测量仪器总的发展过程： 光学经纬仪 电子经纬仪 速测全站仪 全站仪。 全站仪的发展过程： 1.普通型全站仪2.功能型全站仪3.磁卡型全站仪4.内存式全站仪 5.全自动智能全站仪 全站

11、仪生产厂家：瑞士：徕卡Leica德国：蔡司Zeiss 日本：拓普康TOPCON，索佳SOKKIA，宾得,尼康中国：南方、苏州、北京,苏州一光 全站仪,南方NTS全站仪,北光全站仪,（一） 全站仪概述,全站仪(total station)是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。 全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和距离。 全站仪具有如下特点： 同时进行角度测量(水平角、竖直角) 和距离测量(斜距S、平距D ) 、高差h ； 测距系统光轴与测角系统视准轴同轴（三轴同一）； 显示测点的角度(方向值)、距离、高差或三维坐标； 拥有后方交会、放样、偏心测量、悬高测量、对边测

12、量、面积计算等高级测量功能。,全站仪特点,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、三维坐标； 实现全站仪与计算机的数据通讯； 高精度全站仪测角达0.5秒级，测距精度达(0.1mm+0.1PPM)； 与计算机联合组成的智能观测系统能实现全自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机器人。,三轴同一望远镜在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴和接收光轴是同轴的，其光路如图所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距,全站仪的功能,对边测量、 悬高测量、 后方交会、 放样、 偏心测量、 面积计算等高级测

13、量功能。,1、对边测量 如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。对边测量可以连续进行。,2、悬高测量 如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高h1，瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度H,3、后方交会测量 如图，全站仪安置在某一待定点上，通过对两个以上的已知点处的棱镜进行观测，并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显示待定点的三维坐标。,4、三维坐标测量 如图，将全站仪安置在已知点A，棱镜设置在待定点P，输入A点

14、已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点B并输入B点坐标（后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准P点处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定P的三维坐标。,5、放样测量 将要测设的角度和边长（或坐标值）输入全站仪，在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样值之差，根据显示的偏离值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的点位。有的电子全站仪还可通过图形显示出棱镜上下左右前后的移动方向。,6、偏心测量 如图，若侍定点处不能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点的左侧或右侧，并使棱镜至站点的距离相当，瞄准棱镜并进行观测，再照准待定点，仪器即可显示待定点的坐标。,不同厂家生产的电子全站仪其

15、键盘设计并不完全相同，实现相同测量功能的按键程序和步骤也不完全一样，具体使用应参见厂家的使用说明书。,南方全站仪NTS350系列使用简介,一、仪器面板外观和功能说明 1、仪器外观,2、键盘功能与信息显示,（1）操作键,(2)、显示屏上显示符号的含义,(3)、全站仪的常用功能 1.角度测量2.距离测量4.坐标测量3.标准测量 4.对边测量5.悬高测量6.点放样 7.距离放样 8.面积测量 二、全站仪的使用 （一）全站仪的安置 1.安置三脚架 2.将仪器安置到三脚架上 3.利用圆水准器粗平仪器 4.利用长水准器精平仪器 5.利用光学对中器对中 6.最后精平仪器,（二）角度测量 1.水平角右角和垂直

16、角的测量 确认处于角度测量模式，按下列操作步骤进行：,2.水平角的设置 1）通过锁定角度值进行设置（确认处于角度测量模式 ）,（三）距离测量 1.连续测量（确认处于测角模式 ）,2.N次测量/单次测量 当输入测量次数后，仪器就按设置的次数进行测量，并显示出距离平均值。当输入测量次数为1，因为是单次测量，仪器不显示距离平均值。 确认处于测角模式,（四）坐标测量 通过输入仪器高和棱镜高后测量坐标时，可直接测定未知点的坐标。注意：要先设置测站坐标，测站高，棱镜高及后视方位角。步骤如下：,（五）标准测量 1.设置测站点 可利用内存中的坐标数据来设定或直接由键盘输入 （利用内存中的坐标数据来设置测站点的操作步骤如右图）,2.设置后视点 通过输入点号设置后视点将后视定向角数据寄存在仪器内。,3.碎部测量： 即进行待测点测量，并存储数据,（六）对