距离测量-广东工业大学

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1、“工程测量”课程教学课件 “十五”国家级规划教材 交通土木工程测量(修订版) 电子教案 广东工业大学建设学院 课程设计 张坤宜 魏德宏 王国辉 马 莉 网页设计 梁靖波,第三章 距离测量,学习目标：学习光电测距、尺子量距和光学测距三种距离测量原理与方法，在掌握现代光电测距技术原理与方法基础上，掌握钢尺量距、光学视距基本方法。,第一节 光电测距原理,一、基本原理 光电测距，即是以光和电子技术测量距离。或者说，以光和电子测量距离的技术。 光束速度c经过了二倍的距离，即2D；同时，测距仪测出光束从发射到接收期间的时间t2D 。根据速度乘以时间得路程的原理，便可知，2D=ct2D， 实现式(3-1)的

2、基本条件：t2D的测定，相位法、脉冲法,二、相位法测距原理,实质:利用测定光波的相位移代替测定t2D实现距离的测量。 1光的调制： 使发射的光束成为一种光强度有规律明暗变化的调制光波。A-B-A 2距离D与相位移的关系：,3.测尺和尺段：,=2(N+N) (3-6) D=u(N+N) u称为测尺，N称为整尺段，N称为尾尺段。 4.组合测距过程：D=uN 1)设测尺。相位法按上式采用多测尺组合测距过程。如采用u1、u2， 一般地设f115MHZ，精测尺u1=10m， f2150kHZ，粗测尺u2=1000m。,2 )组合测距过程,D=uN (1)以u1测量距离得N1。例如N1=0.8654，把N

3、1及u1代入式(3-9)得D1=8.654m。 (2)以u2测量距离得N2。例如N2=0.9875，把N2及u2代入式(3-9)得D2=987.5m。 (3)组合完整的距离值。将u1、u2测量距离值组合为完整的距离值，如图，其中的7.5不显示，则组合的距离值是988.654m。,三、相位法测距仪的基本结构,1.调制信号发生器：发出调制信号对光源进行调制；同时发出参考信号er给测相装置。 2.光源：一般采用砷化镓发光二极管(GaAs，红外光) ，直接受调制信号控制发射调制光波(频率为f) 。 3.接收装置：接收反射回测距仪的调制光波，把接收的光转换为电信号em，该信号提供给测相装置。 4.测相装

4、置：在测相装置通过对电信号em 、参考信号er进行相位比较测定 N和N， 在处理方法上利用自动数字测相电子电路技术把相位移转换成距离D直接显示出来。 5.反射器：精密测距的合作目标。 6.电源,第二节 红外测距仪及其使用,一、红外测距仪的类型 红外测距仪，是以发射红外光的光源装备的光电测距仪。 1.类型：按测程：短程测距仪，中程测距仪，远程测距仪，超远程测距仪。按基本功能的类型有： 1)专用型：只用于测量距离。 2)半站型：测距仪与光学经纬仪组合在一起，称为半站型仪器。 3)全站型：测距仪与光电经纬仪组合的仪器，或者测距仪与光电经纬仪结合为一体化仪器，称为全站型仪器，简称全站器。,二、D300

5、0红外测距仪的技术指标,1.测距精度： m=(a+bD) m=(5mm+5ppm.Dkm ) 2.测程：在满足测距精度的条件下测距仪可能测得的最大距离。 1.2km3.2km。与大气状况及反射器棱镜数有关。 三、D3000红外测距仪主要设备 1.测距仪主机：外貌：前面板，操作面板。,2.反射器,单棱镜、三棱镜反射器,直角棱镜反射器有三个特点：,1)反射器的入射光线和反射光线的方向相反，且线径互相平行。 利于瞄准目标 2)可以根据测程的长短增减棱镜的个数。 3)反射器有本身的规格参数。反射器与测距仪配合使用，不要随意更换。 测程短 1km 测程长3km,3.蓄电池、充电器,4.气象仪器,四、D3

6、000红外测距仪的一般使用,1.基本操作(半站型) 1)经纬仪和反射器的安置。 2)测距仪的安置。 (1)安装电池。(2)把测距仪装载在经纬仪的支柱上。 3)瞄准反射器。 (1)经纬仪瞄准反射器。觇牌中心。 (2)测距仪瞄准反射器。 4)开机检查。 5)测距。正常测距、跟踪测距、连续测距、平均测距。 6)测量气象元素。 7)关机收测。 2.红外测距仪使用中的注意问题： 测线环境要求：大气透明度比较好，测线没有障碍物；测线上只架设一个反射器，不得存在多个反射器；测线上没有强烈光源，太阳光不得对射测距仪。,第三节 光电测距成果处理,一、仪器改正。主要内容：加常数改正。 测距仪在一条已知边的测距结果

7、总与已知边相差的一个固定值，就是测距仪的加常数，用k表示。 k值可通过检定测距仪(包括反射器)得到。 二、气象改正。 1.气象改正原理公式 2.气象改正实用公式：测距仪光源不同，参考气象元素不同，按原理公式推证的实用公式也不同。 1)D3000红外测距仪的气象改正的实用公式 气压单位kpa，温度单位摄氏，Dtp单位毫米，Dokm以单位公里。,三、平距化算,1.概念 一般情况下，光电测距边两端点不可能同高程，光电测距边是一条倾斜边。把倾斜的测距边化算为端点同高程的直线距离的工作，称为平距化算。 2.平距化算的辅助参数： 1)地球曲率影响参数：C=16.19Dkm。 2)折光角：k=0.13， r

8、=2.10Dkm 3)竖直角：,3.平距化算的几个公式,1)平均型平距化算公式。 DA“B“= ABcos(+C-) （3-28） DA“B“=Dcos( +14.09”Dkm) (3-29) 2)测站型平距化算公式。 DAB= ABsin(Z-2C+ ) (3-30) DAB=Dsin(Z-30.30“ Dkm) (3-31) 3)镜站型平距化算公式。 DAB= ABsin(Z+ ) (3-32) DAB= Dsin(Z+2.10“ Dkm) (3-33),第四节 钢尺量距原理与方法,一、概述 传统上所谓的尺子量距方法。 钢尺量距基本工作：定线、丈量、计算。 钢尺量距方法： 一般量距方法、精

9、密量距方法。 二、定线的方法：有目测法和经纬仪法。 定线，把分段点确定在待量直线上的工作。 1.目测法：二点法、趋近法、传递法。 2.经纬仪法：精密定线方法，有纵丝法和分中法。,1.目测法定线：,1) 二点法目测定线，二端为准，概量定点。一般在平地。 (1)在A、B端点上树立标杆； (2)一指挥者立B点标杆后瞄A点的标杆； (3)二位定点人员按整尺段从A概量至1号点，根据指挥确定1号点位置立在AB视线上； (4)按(3)的做法依次把2、3、4 等分段点定在AB线上。,2.经纬仪法：,1)纵丝法：经纬仪望远镜十字丝纵丝为准 ，概量定点。 (1)在丈量直线一端A安置经纬仪，望远镜精确瞄准另一端B树

10、立的目标，此时照准部在水平方向上不得转动； (2)沿BA方向按尺段长概量B1； (3)纵转望远镜瞄到1处附近，指挥1号分段点测钎定在十字丝的纵丝影像上。 (4)仿步骤(2)(3)，依次在AB线上定分段点2、3、4,三、钢尺一般丈量法,1.准备工作： 1)主要工具：钢尺、垂球、测钎、标杆等。钢尺完好，刻划清楚。 2)工作人员组成：主要工作人员是拉尺、读数、记录共2-3人。 3)场地：比较平坦，已定线，并插有测钎。 2.丈量工作： 1)往测：从A丈量至B，逐段丈量整尺段n，尺段长为lo；最后丈量零尺段长q。长度为D往； 2)返测：从B丈量至A，返测全长长度为D返。 3.计算与检核： 1)计算 D往

11、=n lo往 +q往 (3-35) D返=n lo返+q返 (3-36) 2)检核 D=D往-D返 (3-37),四、精密量距方法,1.准备工作： 1)工具：钢尺、弹簧秤、温度计等。检验钢尺，且有尺长方程式。 l=lo+lo +(t-to)lo (3-41) 2)人员：主要5人。 3)场地：(1)经整理便于丈量；(2)定线后的分段点设有精确的标志,2.精密量距。一尺段丈量方法：,1)拉尺。拉尺员拉挂有弹簧秤的钢尺，拉力指示为100N (30米) ，钢尺面刻划与分段点标志对齐。 2)读数。二位读数员依次读取分段点标志横线所对的钢尺刻划值。前端读数员读至cm，后端读数员读至0.5mm，如前端读数l

12、前=29.9800m，后端读数l后=75.5mm。 3)记录。记录l前、 l后，计算尺段丈量值 l= l前- l后。 4)重复丈量。按步骤1)、2)、3)重复丈量和记录，计算获得l”、l”。 5)检核。l容=23mm。 6)记录温度t，抄录尺段高差h。,3.计算：,1)二项改化计算: (1)各尺段尺长改正数li计算： (2)各尺段温度改正数计算： 二项改正后的尺段长为 2)平距化算： 2)计算与检核：,五、钢尺量距的误差,钢尺丈量误差包括有钢尺本身误差、操作误差和外界影响误差。 1.钢尺本身误差：包括尺长误差和检定误差。一般地，这类误差少于0.5mm。 2.操作误差：包括温度误差、拉力误差、定

13、线误差、垂曲误差、对点读数误差等。 3.外界影响误差：主要是风力、气温的影响，一般在阴天、微风的天气，外界环境对钢尺丈量的误差影响比较小。,A-1-2-15-B,精密钢尺丈量与计算的例子 表3-3,第五节 光学测距原理与方法,一、概述 1.基本原理：根据几何光学原理，应用三角定理进行测距的技术。 余切定理可知A、B二点的距离D为 2.光学测距方式：光学测距的方式依角度和尺长的测量方法不同而异。 二、视距法测量距离 视距法测距是利用测量仪器望远镜十字丝的上、下丝获得尺子刻划读数M、N，从而实现距离测量技术。,3.平视距测量方法：,1)经纬仪望远镜视准轴处于水平状态瞄准直立的尺子(如木制标尺)； 2)利用望远镜读取上、下丝所截的尺面上刻划值M、N(l上、l下)； 3)按式(3-53)计算，按式(3-65)计算距离D。 l=N-M= l下-l上 (3-53) D=100l (3-65),4.斜视距测量平距计算公式,A点安置经纬仪，B立尺； 测竖直角为， 读数为M、N(l上、l下) ， 计算： DAB=100(l上-l下)cos2 (3-69),解答参考,13按下表成果处理。光电测距得到的倾斜距离D=1265.543m,竖直角=33641,气压P=98.6kpa,空气温度t=31.3,仪器的加常数k=-29mm,已知气象改正公式是,