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1、测距技术的发展,直接测距法：皮尺、钢尺,光学测距方法：视距测量,电磁波测距： GPS测量,第4章 距离测量与直线定向,4.1 钢尺量距 4.2 光电测距和全站仪介绍 4.3 直线定向(重点/难点),4.1 钢尺量距,一、量距工具,工作步骤： 1 直线定线：将分段点标定在一条直线上 2 量距 3 数据整理,辅助工具,锤球,二、直线定线,如果所测的距离较长，则需将其分成几段，然后分段 测量，标定直线分段点的位置的工作，称为直线定线。,目估定线法,将经纬仪安置于A点，瞄准B点，然后在AB的视线上用钢尺量距，依次定出比钢尺一整尺略短的尺段端点1，2，。在各尺段端点打入木桩，桩顶高出地面5cm10cm，
2、在每个桩顶刻划十字线，其中一条在AB方向上，另一条垂直AB方向，以其交点作为钢尺读数的依据。,经纬仪定线法（一般用于精密量距）,平坦地面的距离丈量的方法,整尺法,三、钢尺量距的一般方法,A、B两点间的水平距离为：,式中：n 尺段数； l 钢尺的尺长； q 不足一整尺的余长。,距离丈量要求：“直、平、准”， 1/10001/5000,倾斜地面的距离丈量的方法,斜量法,平量法：距离累加即可,K=|往测 返测 | / 往返均值 = 1 / M,为了提高测量精度，防止丈量错误，需往返丈量，取其平均值。返测时应重新定线。用相对误差K衡量测量精度。,在平坦地区 K不应大于1/2000； 在困难地区 K不应
3、大于1/1000。,四、 钢尺量距精密方法 精度在1/100001/40000以上,2、量距、测高差 然后用检定过的钢尺用弹簧秤加标准拉力，丈量每一线段长度。丈量同时应测出钢尺温度或现场温度，并用水准仪测量每一线段两端点的高差。应往返测。,1、 经纬仪定线 先清理场地，用钢尺概量、经纬仪定线定出略小于一整尺段的长度，并做好标记（划十字丝）。,量距是用经过检定的钢尺，两人拉尺，两人读数，一人记录及观测温度。 量距时由后尺手用弹簧秤控制施加于钢尺的拉力(30 m钢尺，标准拉力为100 N)。前、后读数员应同时在钢尺上读数，估读到0.5mm。每尺段要移动钢尺三次不同位置（23cm），三次丈量结果的互
4、差不应超过3mm，取三段丈量结果的平均值作为尺段的最后结果。 每一尺段应读记一次温度，估读0.5度；进行温度。 随之进行返测。 观测各桩顶高差进行倾斜改正。高差测量往返观测，30m长的尺段高差=510mm，取其平均值作为观测结果。,经过检定的钢尺长度可用尺长方程示：,温度为t时的钢尺实际长度； 钢尺的名义长度； 尺长改正值，即温度在 时钢尺全长改正数； 钢尺膨胀系数，一般取=1.25 钢尺检定时的温度； 量距时的温度。,尺长方程式,尺长改正,整尺段的尺长改正：,任一长度的尺长改正：,温度改正,丈量时的温度与钢尺检定时的温度不同，尺长会 发生变化。,3.钢尺量距的成果整理,倾斜改正,任一距离丈量
5、值改正后的水平距离为：,再计算往还测距离及其平均值，最后计算相对误差KK容,例题：用尺长方程为 的钢尺实测AB尺段，长度l=29.896m,A、B两点间高差h=0.272m,测量时的温度t=25.8C,试求AB尺段的水平距离。,解：1）尺长改正,3）倾斜改正,4）A-B尺段水平距离,2）温度改正,五 钢尺量距的误差及注意事项,1) 尺长误差 钢尺名义长度与实际长度不符的误差。 具有积累性，丈量距离越长，误差越大。 2) 温度误差 温度变化1，丈量30m距离的影响为0.4mm。,3) 钢尺倾斜和垂曲误差 地面不平坦，钢尺不水平或中间下垂而成曲线，所量长度实际长度。整尺段悬空时，中间应有人托住钢尺
6、。 4) 定线误差 使所量距离为一组折线，丈量结果偏大。 丈量30m的距离，偏差为0.25m时，量距偏大1mm。,5) 拉力误差 钢尺丈量拉力应与检定拉力相同。 拉力变化2.6kg，尺长改变1mm。 6) 丈量误差 插测钎不准，前、后尺手配合不佳，余长读数不准. 丈量中应尽量准确对点，配合协调。,使用钢尺量注意事项：,1使用前要认清尺的零点位置，熟悉尺的注记方式； 2 要密切配合，尺子要拉紧，用力均匀，定线要直，尺子水平； 3 读书要同时、迅速、准确、果断； 尺扭环时，切勿用力拉尺，应立即将扭环解开。 4严防尺子被车辗。 5尺子不可在地面上拖拉。,4.2 红外测距仪及全站仪,分类：,远程测距仪
7、 (大于15km),中程测距仪 (5km15km),短程测距仪 (小于5km),电磁波测距仪是用电磁波（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。,导弹、人卫、月球等空中目标,大地、地震测量,地形测量、工程施工,1、红外测距仪简介,电磁波测距仪的优点： 测程远、精度高。 受地形限制少等优点。 作业快、工作强度低。,测距仪的精度指标：,式中：mD 测距中误差，单位为mm； a 固定误差，单位为mm； b 比例误差； D 以km为单位的距离。,如，某测距仪的标称精度为 当距离D为0.6km时，测距精度是mD=8mm。,2、红外测距仪的测距原理：,脉冲法测距： 由测距仪的发射系统发
8、出光脉冲，经反光镜反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔的钟脉冲的个数以求得距离D。由于计数器的频率 一般为300MHz(300106Hz)，测距精度为O.5m，精度较低 。,目前精度最高的脉冲式红外测距 仪：徕卡DI3000 标称精度：(35mm+1ppm),Wild DI3000脉冲测距仪,测距仪在A点发出的调制光在待测距离上传播，经棱镜反射后被接收器所接收，然后用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较，由显示器显出调制光在待测距离往、返传播所引起的相位移，从而间接地求得时间t，再由 求得距离 。,3、相位式测距原理,相位法测距原理,常采用多个调制频率测距，来保证
9、测程和精度。用短尺（精尺） 确定精确的小数位，用长尺（粗尺）测定距离的大数。,如果精测尺的波长为10米，则距离精度可达到1cm; 粗测尺波长为10km,则相位差得出的10米位为精确的。,相位计只能测出不足一周的相位差N，测相精度一般为1/1000,技术：采用多个“测尺”组合实现测距技术过程。 设计：粗测尺+精测尺测距。,如双频测距仪：,精测尺：1=15MHz, 测尺长10m，精度为厘米级 粗测尺：2=75kHz, 测尺长2000m，精度为米级,由此可知： 高频保证精度 低频保证测程,相位式测距原理,调制频率与测尺长度的关系,4、ND 3000红外测距仪,1) 仪器简介：,主要技术参数 红外光源
10、波长：0.865m 测尺长及对应的调制频率 精测尺：10m，f1=14.835546MHz 粗测尺1：1000m， f2=148.35546kHz 粗测尺2：10000m， f2=14.835546kHz 测程：2500m(单棱镜)，3500m(三棱镜) 标称精度：(5mm+3ppm) 测量时间：正常测距 3s，跟踪测距、初始测距3s，以后每次测距0.8s 显示：带有灯光照明的7位数字液晶显示，最小显示距离为1mm 供电：6V镍镉(NiCd)可充电电池 气象改正比例系数计算公式：,测距时的大气压力与空气温度测量设备,2) 测距边长的改正,仪器常数的改正,加常数：发光管的发射面、接受面与仪器中心
11、不一致；反光镜的等效反射面与反光镜中心不一致；内光路及电子元件产生的相位延迟。三者使得测得的距离与实际距离总相差一常数。其值与距离大小无关系。与棱镜的类型有关。加常数通过检定可以求得。,D,D,乘常数：测距时仪器的晶振频率与设计频率有偏移，产生了与距离成正比的系统误差。该比例因子称乘常数。通过检验求得。,改正方法：1）测距前在仪器中预置常数； 2）用下式改正：,气象改正 （如徕卡测距仪）,倾斜改正,例：D=1352.112m,p=892.1mb t=32.5C,则D0=5.106mm, D=69.0mm,测距边长的的改正,5 全站仪及其使用（重点）,（一） 全站仪概述 （二） 全站仪的功能 （
12、三） 全站仪的基本操作方法 （四） 几种全站仪介绍 （五) 光电测距的注意事项,（一） 全站仪概述,全站仪的基本功能是测量角度、距离、坐标。 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、对边测量、面积计算等高级测量功能。,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)
13、； 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。,思考题：全站仪与经纬仪比较有何优势？,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,（二） 全站仪的功能,全站仪一般有几种测量模式：,角度测量模式,距离测量模式,可进行水平度盘读数设置； 同时测量水平角和竖直角； 垂直角坡度模式；角度放样。,可进行仪器常数、棱镜常数、气象改正设置； 可进行斜距、平距、高差的测量； 偏心测量；测距模式的设置； 距离放样。,
14、方法：与经纬仪相同。,当精度要求不高时（如碎步测量）只需半测回：,瞄准一已知点A置零（0SET）瞄准B点，记下水平度盘的读数。,当精度要求高时（如导线测量）可用测回法,步骤同用经纬仪操作，配置度盘时，按“置盘” 如：配置000230”，则按输入对应的软键 “0.0230”-ENT，即可。,一定按照测量规范操作仪器，要尊重科学，有些同学尤其是非测绘专业的学生喜欢“想当然”。,一般情况，出厂的 PRISM=0（原配单棱镜）；国产南方棱镜为-30mm ；苏一光的原配三棱镜组为-30mm 。如果采用别的棱镜，则需设置棱镜常数，一旦设置好后，关机即保存。,PSM、PPM设置测距、坐标、放样前。,1）棱镜
15、常数（PSM）的设置。,2）大气改正数（PPM）（乘常数）设置。,输入测量时的气温（TEMP）、气压（PRESS），或经计算后，输入PPM的值。,坐标测量模式,放样模式,输入测站点坐标，照准定向点输入定向方位角，或者输入测站和定向点的坐标，以及仪器高和目标高，照准待定点，就可直接测定未知点坐标。 设置已知数据（包括测站坐标、后视方向或后视点坐标、棱镜高）； 坐标测量操作。,放样模式有两个功能，即测定放样点和利用内存中已知数据设置新点。,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点已知坐标及仪器高和P点棱镜高后，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
16、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。,全站仪的功能,1) 输入A测站X，Y，H，仪器高i，P点棱镜高t。,2) 瞄准后视点，并输入后视点坐标。,3) 瞄准目标棱镜点，按测量键。,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。,对边测量 悬高测量 后方交会 偏心测量 面积计算等高级测量功能。,应用测量模式,（三）、全站仪的基本操作方法,按POWER或ON键，开机后仪器进行自检，自检结束后进入测量状态。有的全站仪自检结束后须设置水平度盘与竖盘指标，设置水平度盘指标的方法是旋转照准部，听到鸣响即设置完成；设置竖盘指标的方法是纵转望远镜，听到鸣响即设置完成。设置完成后显示窗才能显示水平度盘与竖直度盘的读数。,1.
