《第04章精密距离测量安徽理工大学安徽理工大学测绘学院》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第04章精密距离测量安徽理工大学安徽理工大学测绘学院（115页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/1151安徽理工大学第四章 精密距离测量安徽理工大学测绘学院精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/1152安徽理工大学 本章提要本章提要 建立高精度平面控制网和进行电磁波测距三角高程时，需要进行精密距离测量。当前，主要采用电磁波测距仪进行距离测量。本章主要讨论中、短程红外光电测距仪的基本原理；电磁波测距仪的误差来源极其影响；地面距离观测值如何归算到椭球面上。目的是解决平面控制网的水平距离观测问题和电磁波测距三角高程测量的斜距观测问题。 第四章第四章 精密距离测量精密距离测量
2、7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/1153安徽理工大学知识点知识点 (1)(1)概述；概述；(2)(2)电磁波测距基本原理；电磁波测距基本原理；(3)(3)测距误差来源及其影响测距误差来源及其影响 ；(4)(4) 观测结果的化算观测结果的化算习题精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/1154安徽理工大学4.1 概述 在大地测量中，不管是三角网的起始边， 或是精密导线测量的导线边，都需进行高精 度的距离测量。在本世纪60年代以前，采用 一种膨胀系数极小的合金因瓦(其膨胀系 数a=0.510-6)制成的线尺，即因瓦线 尺来
3、丈量，我国大地网的起始边大多数就是 采用24m因瓦线尺用悬空丈量的方法测定的 。作业时先在地面选择一合适的地段直接丈 量出一条较短的边，这条短边称为基线。然 后通过构成一定几何图形的基线网，推算出 三角网的起始边长。直接丈量短边的工作称 为基线测量。精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/1155安徽理工大学 用因瓦线尺丈量距离不仅进度缓慢，且耗费 大量的人力和物力，所以在三角测量中，总力 求少作距离测量，尽可能利用角度观测值来推 求距离。这样由于边长误差的积累，将有碍于 三角网精度的进一步提高。 近三十年来，随着无线电技术的迅速发展， 光电测距仪和微波
4、测距仪的先后问世，并不断 更新、完善和愈益精密，逐步取代了因瓦基线 尺而成为精密距离测量的主要工具，为提高大 地测量控制网的精度展示了广阔的前景。但在 检定电磁波测距仪时，其标准长度目前还是用 因瓦线尺多次丈量求得。另外，在某些特殊要 求的精密工程测量中，往往也还需要用因瓦线 尺来丈量(有关内容请参阅应用大地测量学 )。精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/1156安徽理工大学 电磁波测距仪就是利用电磁波来测量距离的 仪器。根据仪器所用载波的性质不同，一般可 分为两大类：微波测距仪和光波测距仪，前者 以微波为载波，后者以光波为载波。在光波测 距仪中，又
5、有用普通光、红外光和激光的不同 仪器。对于后两种，习惯上又分别叫做红外测 距仪和激光测距仪。 大地测量要求高精度的距离测量，因此只采 用高精度的光波测距仪，我们把这样的光波测 距仪称为精密光波测距仪。本章将介绍这类仪 器的测距原理、使用方法，同时还讲述测距的 成果处理、误差分析和仪器检验。返回本章目录精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/1157安徽理工大学4.2 距离测量方式及其原理 一、长度基准 所有距离的测定结果，都必须用一种统一的 、固定的长度单位来表示，这种统一的、固定 的长度单位就是长度基准。 1国际长度基准 具有国际统一性的长度单位，是从
6、1875年国 际米制公约的建立开始的。当时规定，通过巴 黎的地球子午线的四千万分之一的长度为lm。 在1889年的米制公约国际计量大会上通过决定 ，用铂铱合金米尺上两条刻线间的距离作为lm 的定义值。这根米尺称为国际米原器，它安放 在法国巴黎国际计量局的地下室内。各国都保 存着一支它的复制品，作为传递长度的标准。精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/1158安徽理工大学 国际米原器作为米基准一直延用了71年，它 的相对精度为千万分之一左右。到了20世纪中 叶，这个精度就显得不够用，不能满足精密机 械制造等行业的要求，影响科学技术的发展。 为了把最高长度
7、基准长期保存下来，物理学 家提出利用原子辐射的波长值代替国际米原器 作为米定义的新建议。1960年召开的国际计量 大会通过米的定义为：“米等于氪-86原子的 2P10和5d2能极间跃迁辐射真空波长的 1650763.73倍的长度。” 精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/1159安徽理工大学 根据上述定义，lm的精度为十亿分之四，它 意味着1000km的长度测量中误差4mm。 1967年，秒的定义也由地球自转一周的八万 六千四百分之一改为“秒是铯-133原子基态的 两个超精密能极之间跃迁辐射的9192631770个 周期的持续时间。”在此基础上，198
8、3年10月 20日，在法国巴黎举行的第17届国际计量大会 上，再次通过了米的新定义：“米是光在真空 中，在1299792458秒的时间间隔内所经过的 距离。” 新的米定义特点是：把真空中的光速值作为 一个固定不变的基本物理常数，长度测量可通 过时间或频率测量间接导出，从而使长度单位 和时间单位结合了起来。精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11510安徽理工大学 2我国的长度基准 我国计量法规定，长度计量单位采用国际通 用单位：m。为了统一国内尺度并便于国际上的 交流，还需要建立相应的长度基准及其传递系 列，以保证精度从高到低地复现长度基准，实 现长
9、度基准的传递，达到统一尺度的目的。 我国原有两支lm因瓦合金杆尺R16l和N563，50 年代在苏联检定了它们的长度。以后在我国计 量科学院用光波波长通过100mm石英标准具逐年 检定它们，这两支杆尺就成为我国的长度基准 。1959年我国又从苏联引进了一支3m工作基准 尺C10，作为国家大地网中使用的24m基线尺的长 度基准。精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11511安徽理工大学 目前，氪-86长度基准和氦氖激光长度 基准是我国两项最高长度基准，其极限 误差分别为ll0-8和410-9；一等 标准是3m一等因瓦标准尺，极限误差为 0.8m，相对中
10、误差为0.9X10-7；二 等标准是24m因瓦标准尺，极限误差为 20m，相对中误差为2.8X10-7；三等 标准是测距仪专用野外基线，相对中误 差为(0.41)X10-6。精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11512安徽理工大学 二）距离测量的方式 距离测量的方式包括光学视距、线 尺量距、电磁波测距等。其中使用基 线尺量距、光干涉测距和电磁波测距 仪测距精度较高，可称为精密距离测 量。 精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11513安徽理工大学 (一)用因瓦基线尺丈量距离 因瓦基线尺是用含铁约64、镍约
11、36的合 金钢制成的。它的热膨胀系数非常小，是精密 量距的理想工具。因瓦基线尺有线尺和带尺两 种。线尺的直径1.65mm，长24m。每箱线尺通常 备有4根主尺，另外配备一根用于丈量不足一整 尺段的8m或4m的补尺。 一般每期作业前应对基线尺检定一次。检定 其尺长改正数及其温度系数。检定可在室内用 专门的检定器进行。对于低等级基线所用的基 线尺，常采用野外检定的方法，在专门的基线 检定场上进行。 精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11514安徽理工大学精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11515安徽理工大
12、学精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11516安徽理工大学 丈量基线是在较为平坦的地面上，用因瓦基 线尺一尺接一尺地悬空丈量两点的基线长度。 丈量时，尺的两端施以一定的拉力，丈量的结 果中加上相应的尺长改正、温度改正、悬链线 改正等项改正后，能够达到几十万分之一到一 百万分之一的相对精度。为了将每一尺段丈量 的结果换算为水平长度，在丈量前还应对尺段 两端点用水准测量的方法测定其高差。对测量 的结果进行倾斜改正，得到沿基线平均高程面 上的水平长度。这个长度还要根据不同要求归 化到所选择的椭球面和高斯投影平面上。 精密距离测量7 7 8 8 9 910
13、106 65 54 43 32 21 1/11517安徽理工大学 (二)光干涉测距 光干涉测距是以lm石英标准杆尺为基准，将 光源分成两路，一路在lm基准长度上多次倍乘 反射，另一路拉长距离，根据两路返回光所产 生的光干涉条纹，将lm基准长度倍乘若干倍， 从而获得新的已知更长的基准长度，并按同样 的方法倍乘，达到精密测距的目的。芬兰曾用 此法测得维塞拉干涉基线，据资料说明可达10 -7精度。我国已用国产干涉基线测量仪测定高 精度的野外长度基准。 精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11518安徽理工大学 基线尺量距虽然精度很高，但都要求地面平 坦，丈
14、量工作繁重。对于两山之间、两岸之间 、高楼之间的距离就更无法丈量了。20世纪50 年代以来发展起来的红外测距技术、微波测距 技术和激光测距技术，统称为电磁波测距技术 ，为精密测距开辟了广阔的前途。电磁波测距 仪可测量两个通视点间的任何距离，短到几米 ，长达几十公里，精度可达10-510-6，可满足 控制测量、工程测量以及其它各种距离测量的 需要。现在，种类繁多的红外测距仪配上电子 测角系统组成电子全站仪，可自动完成测角、 测距、归算，记录和传输，使野外测量数据采 集自动化，大大减轻劳动强度，提高了作业精 度和速度。 精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1
15、/11519安徽理工大学 （三）电磁波测距基本原理 1.电磁波测距基本原理公式 设电磁波在大气中传播速度为c，当它在距离D 上往返一次的时间为t，则有： 上式为电磁波测距基本原理公式。 测定t方法有直接测时间接测时。精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11520安徽理工大学 直接测时一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。 精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11521安徽理工大学微分上式 ：换成中误差 一般只能达到设 则 要求精密距离测
16、量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11522安徽理工大学 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，即用测 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“运输 工具”（称为载波），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。精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 43 32 21 1/11523安徽理工大学 2.测距仪的分类和分级 分类 按测定t的方法精密距离测量7 7 8 8 9 910106 65 54 4
