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1、Total Station and Distance Measurement测量学中国海洋大学海洋地球科学学院2007-03Total Station and Distance Measurement第四章 距离测量与全站仪4.1 距离测量4.2 光电测距误差分析4.3 光电测距仪的检验4.4 全站仪和自动全站仪4.5 三角高程测量Total Station and Distance Measurement4.1 距离测量4.1.1 钢尺量距 工具 钢尺 薄碳钢带钢带 制成 温度计计 弹弹簧秤 其它 测钎、垂球、标杆Total Station and Distance Measurement4
2、.1.1 钢尺量距尺长长方程式丈量温度时的钢尺实际长度（m）；钢尺刻划上注记的长度，即名义长度（m）；钢尺在检定温度t0时的尺长改正数；钢尺膨胀系数，其值约为11.610-612.510-6m/（m ）t0钢尺检定温度，又称标准温度，一般取20；t丈量时温度。 钢尺检定：就是检定出在某一温度下尺长改正数L 。钢尺检定的方法主要是与标准长度相比较求得。 Total Station and Distance Measurement4.1.1 钢尺量距 钢尺丈量距离定 线平坦地面的距离丈量Total Station and Distance Measurement4.1.1 钢尺量距 钢尺丈量距离倾
3、斜地面的距离丈量平量法斜量法Total Station and Distance Measurement4.1.1 钢尺量距 成果整理 误差来源1）尺长本身误差 2）温度变化的误差 3）拉力误误差4）垂曲、反曲误误差 5）钢钢尺不水平的误误差 6）定线误线误 差7）丈量本身的误误差 Total Station and Distance Measurement4.1.2 视距测量利用水准仪与经纬仪等的望远镜观测标尺时，由透镜成像原理的三角形相似原理，相似三角形对应边长成比例，间接求测出两点间的距离的测距方法。在相似三角形中，测视距时的观测值的不同，视距测量又可分为两种类型：定角视距法定基线视距法
4、Total Station and Distance Measurement4.1.2 视距测量 视准轴水平时，内调焦望远镜测距公式Total Station and Distance Measurement4.1.2 视距测量 视准轴倾斜时的视距公式视距尺不垂直于视准轴的改正倾斜距离改化为水平距离Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 光电测距的基本原理通过测定电磁波（无线电波或光波）在待测距离两端点间往返传播的时间，利用电磁波在大气中的传播速度来确定其距离。将电磁波作为载波进行距离测量，其公式为：Total Station and
5、Distance Measurement4.1.3 光电测距 光电测距的种类电磁波测距仪按采用的载波的不同，可分为： 光电测距仪：采用光波（可见光或红外光）激光测距仪：用激光作为载波；红外测距仪：用红外光作为载波；微波测距仪：采用微波段的无线电波根据测定时间 t 的方法不同，电磁波测距仪又分为： 脉冲式测距仪 相位式测距仪电磁波测距仪按测程来分，可分： 短程 (3km 内）；中程（ 3km至15km）； 远程（15km以上）Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 光电测距的种类电磁波测距仪按载波数来分，可分： 单载波：可见光、红外光、微
6、波；双载波：可见光和可见光、可见光和红外光或微波等； ；三载波：可见光、可见光和微波，可见光、红外光和微波等；电磁波测距仪按发射目标来分，可分：无反射目标；有反射目标（反射镜）；有源反射器（应答机）根据测距的精度不同，电磁波测距仪又分为：一级：一公里测距中误差（精度）小于等于5mm；二级：一公里测距中误差（精度）大于5mm小于等于10mm；Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 脉冲式测距仪通过直接测定光脉冲在测线上往返传播的时间来求得距离。Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距
7、 相位式测距仪 相位法测距的基本原理Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 相位式测距仪 相位法测距的基本公式调制光全程的相位变化为：Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 相位式测距仪 相位法测距的基本公式令则称为测尺长度在相位式测距仪中，相位计只能测定相位移尾数而无法测定整周期数N，因此使上式产生多值解，距离D无法确定。该方法实质上相当于用一把长度为u的尺子来丈量欲测的距离。 Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 相
8、位式测距仪 N 值的确定当测尺长度u 大于待测距离D 时，N = 0，由下式可求 得确定的距离值。为了扩大测程，必须选用较长的测尺，即 选用较低的调制频率。 Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 相位式测距仪 N 值的确定由于仪器测相(频率)误差一般小于1/1000，它对测距误差的影响将随测尺长度的增大而增大。因此，为了解决扩大测程与 提高精度的矛盾，可以采用一组测尺配合测距：以短测尺（频率高的调制波，又称精测尺）保证精度：以长测尺（频率低的调制波，又称粗测尺）保证测程。 测测尺频频率与测测距差的关系 测测尺 频频率f15MH z1.
9、5M Hz150kH z15kHz1.5k Hz 测测尺 长长度u10m100m1km10km100k m 精 度 1cm10cm1m10m100mTotal Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 相位式测距仪 N 值的确定 例：欲使某相位测距仪的测程达到10km,测距精度达到1mm， 问需多少个光尺？它们的频率分别为多少？解： 则 准确测得“公里”、“百米” “十米”的值存在误差。选 则 准确测得“十米”、“米” “分米”的值存在误差。选 则 准确测得“分米”、“厘米”估读到“毫米” 例 ：Total Station and Distance
10、Measurement4.1.3 光电测距 测距成果的整理 加常数的改正由于仪器的加常数为一固 定值，可预置在仪器中，使之测距时自动加以改正。但是仪器在使用一旦时间后，此加常数可能会有变化，应进行检验，测出加常数的变化值（剩余加常数）对观测成果加以改正。Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 测距成果的整理 乘常数的改正测距仪在使用过程中，实际的调制光频率与设计的标准频率之间有偏差时，将会影响测距成果的精度，其影响与距离的长度成正比。设 f 为标准频率，假定无误差； f 为实际工作频率；乘常数为： 则乘常数改正值： DRR D 式中 D
11、为实测距离值，单位km，R单位mm/km。Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 测距成果的整理 气象改正光的传播速度受大气状态（温度t、气压P、湿度e等）的影响。不同型号的测距仪，气象改正公式的系数也不同，在仪器使用说明书内给出了气象改正计算公式。气象改正也可用附在仪器使用说明书内的气象改正表，以测距时测定的气温和气压为引数直接查取气象改正值。Total Station and Distance Measurement4.1.3 光电测距 测距成果的整理 倾斜改正 水平距离Total Station and Distance Meas
12、urement4.2 光电测距误差分析4.2.1 光电测距仪的精度测距仪的精度一般用下式表示：式中:D为实测距离，以km为单位。A为仪器标称精度中的固定误差，以mm为单位；B为仪器标称精度中的比例误差系数，以mm/km为单位；例如：某测距仪的标称精度为：3mm+3ppm,其表达的意思是：该测距仪 测距时的固定误差为：3mm;测距时的比例误差为310-6mm/kmTotal Station and Distance Measurement4.2.2 光电测距仪的误差来源对于相位式光电测距仪，经分析，测距误差主要有三部分： 比例误差： 由调制频率的误差、真空中光速值的误差、大气折射率误差引起，它与
13、被测距离成正比，称为比例误差。 固定误差： 由测相误差、仪器加常数的校准误差、测距仪和反射镜的对中误差引起，它与距离无关，称为固定误差。 周期误差： 由测距仪内部的光电信号串绕引起的以一定距离（通常为一个精测尺长度）为周期重复出现的误差。Total Station and Distance Measurement4.2.3 光电测距仪的精度评定方法 相对误差或相对中误差对两点间的距离进行往、返测量时，由于两次丈量时各种误差的影响的不同，使得两次丈量的成果也就不同，例如一段距离AB的长度为10m,两次测量的差值AB=10；另一段距离CD的长度为100m，两次测量的差值CD=20,或mAB= mC
14、D= 5mm；则如何来衡量这两短距离测量成果的好坏呢？较好的办法使用相对误差或相对中误差来进行评定。Total Station and Distance Measurement4.2.3 光电测距仪的精度评定方法 例：一段距离AB的长度为10m,两次丈量的差值AB =10； 另一段距离CD的长度为100m，两次丈量的差值CD =20,则 这两短距离丈量成果哪个好呢？ 例：一段距离AB的长度为10m,测量中误差值mAB=5mm；另一 段距离CD的长度为100m，测量中误差值mCD=10mm,则这两段 距离测量成果哪个好呢？ Total Station and Distance Measureme
15、nt4.3 光电测距仪的检验5.8.1 光电测距仪的一般性检验外观检视配件、附件是否齐全，型号是否匹配；仪器部件的功能检测望远镜， 制 动、微动螺旋，电 源， 显示窗，按键（钮）等实测距离检查工作状态和性能。Total Station and Distance Measurement4.3.2 光电测距仪的加常数检验 加常数简易测定法 六段比较法测定加、乘常数Total Station and Distance Measurement4.3.3 光电测距仪周期误差的检验 平台法由近及远测定反射镜在各点处的距离，反射镜 每次移动距离为u/40 (u为 精测尺长)，依次测出40个点至测站的距离。Total Station and Distance Measu
