《精密距离测量》PPT课件.ppt

,控制测量技术,第四章精 密 距 离 测 量,4.1 概述1直接法测距采用已知长度的测尺、测规等与被测距离进行直接比对。优点：测量过程直观，测量设备相对简单，也能达到较高的测量精度。缺点：(1)测尺的测程较短，较长的的距离需要串尺测量；(2)跨越山沟、河谷等困难；(3)劳动强度大，效率低。2间接法测距对一个间接量进行观测，通过计算得到被测距离。特点：总的来说这种测量方法测程还是有限（一般为几百米），精度也不高（约为万分之一）。间接法测距为以后的电磁波测距提示了一个思路。,4.1.1 电磁波测距的基本方法,EDMElectronic Distance Measuring利用电磁波作为载波与调制波进行距离测量。基本公式：D=VT/2电磁波波谱：,电磁波测距基本公式：,4.1.1 电磁波测距的基本方法,4.1.2 电磁波测距仪的 分类 和 分级1电磁波测距仪的分类1）按测量信号往返传播时间 的方法不同，分为脉冲式测距仪和相位式测距仪两类，脉冲式测距仪直接测定 t，而相位式测距仪间接测定 t。2）按电滋波测距仪的载波源的不同，分为激光测距仪、红外测距仪、微波测距仪三类。其中激光测距仪与红外测距仪又统称光电测距仪。3）按照测程的长短不同，分为短程测距仪、中程测距仪和远程测距仪。通常认为，测程在3以内，为短程测距仪，测程在315范围内为中程测距仪，测程超过15 的为远程测距仪。,2电磁波测距仪的分级电磁波测距仪的测距精度常用下式表示：mD（ab*D）式中：mD测距中误差（mm）；a固定误差（mm）；b比例误差系数（mm/km）；D两点间的距离（km）。按1的测距中误差将测距仪分为四级：级：D2mm；级：2D5mm；级：5mmD10mm；级：10mmD20mm。,4.2 电磁波测距的基本原理,电磁波测距基本公式：,4.2.1 脉冲式测距基本原理,由脉冲发射器发射一束光脉冲，经发射光学系统投射到被测目标。同时，由取样棱镜取出一小部分光脉冲送入光电接收系统，作为计时的起点；由被测目标反射回来的光脉冲也通过接收系统，作为计时的终点。由此可求得脉冲信号在测线上往返传播的时间 t2D，进而计算出被测距离。,被测目标,4.2.2 相位式测距的基本原理,由载波源产生的光波经调制器被高频电波所调制，成为连续调制信号。该信号经测量路线经反射器反射后被接收器接收，再进入混频器()，变成低频(或中频)测距信号。另外在高频电波对载波进行调制的同时，仪器发射系统还产生一个高频信号，此信号经混频器()混频后成为低频(或中频)基准信号。两路信号在比相器中进行相位比较，计算出测距信号在两倍测线距离上传播所产生的相位差，进而显示出被测距离。,相位法测距原理示意图,调制器,显示器,比相器,信 号,接 收 器,反射器,4.2.2 相位式测距的基本原理,关于信号、载波和调制波：,测距信号（频率较低）,载波信号（频率较高）,调制波（频率较高，含有测距信号）,相位法测距基本公式：,关于D=/2 N+N）=U（N+N）,/2，等效测尺长度。相位法测距仅能测出N，无法测出N。当D/2时,不能确定D。测相精度是一个相位长度的1/1000。为解决精度与测程矛盾，实用上采用数把测尺。长尺控制测程；短尺保证精度。例：u1=10m，u2=1000m，N1=0.128,N2=0.381,D=381.28m。,全反射棱镜,测距的合作目标。特点：全反射；入射光与反射光平行。,棱镜有常数，为零或负值。使用时，为保证有效反射，常采用棱镜组。,4.4 测距的误差分析4.4.1 测距误差的主要来源,测距公式：,取全微分并表示为中误差形式：,考虑到周期误差的测定误差mA和对中误差mg,测距误差的完整形式：,测距精度公式的分析：,一般式：,测距误差分两类：1.与距离有关，称比例误差；2.与距离无关，称固定误差。,固定误差,比例误差,有时用更简化形式：,4.4.2 测距精度估计1与距离有关的误差1）真空中光速测定误差 真空中光速值是用一定的实验方法求得的，光速值的相对误差为410-9，真空中光速值的测定误差可忽略不计。2）大气折射率测定误差 当要求测距精度达到10-6时，则折射率精度也应达到10-6。由此，温度误差应小于1，气压误差应小于25 mmHg。3）测距频率误差 测距频率决定了测尺长度，它的误差将直接影响测距精度。对于短程测距仪，频率误差一般可以不考虑；而对于精密的长距离测量，必须考虑此项误差。,2与距离无关的误差1)测相误差 对于数字测相方式的仪器，其测相精度取决于数字相位计的检相精度和分辨率，同时，测相误差还包括束相误差(照准误差)、幅相误差以及噪音误差。2）仪器和反射镜的对中误差 一般光学对中器的对中误差，小于1mm。3）仪器加常数的测定误差 仪器加常数是由于仪器的光学回路、电路时间延迟以及仪器反光镜的偏心等因素的综合影响而形成的。必须对仪器的加常数定期进行检定，然后重新预置，或者在测距成果中加以改正。,3周期误差周期误差是指以一定的距离为周期重复出现的误差，周期误差主要来源于仪器内部固定的串扰信号。周期误差的性质属系统误差，但它并不与距离成正比，而是按测距结果中的“尾数”(不足整周期的长度)的大小，对距离以正弦函数变化的影响。周期误差改正数的计算公式式（4-21）进行调整。,4.5 相位式测距仪的检验检验项目（1）测距仪的检视；（2）发射、接收、照准三轴关系正确性的检校；（3）发光管光相位不均匀性的检验；（4）幅相误差的检验；（5）周期误差的检验；（6）加常数和乘常数的检验；（7）棱镜常数的检验；对于新购置或经过修理过的测距仪要进行以上全部项目的检验，对于正常使用的测距仪，应定期（5）、（6）项。,4.5.1 测距仪的检视1）外观检视；2）检查仪器配件和附件是否齐全，型号是否相配。测距仪及其配件外表有无碰损、脱漆、锈蚀。对仪器的功能要检查光学系统成像的质量；3）制动及微动等机构运动是否灵活、平稳；电源及供电系统是否正常，计数、显示系统及各键、钮功能是否正常；4）在测距仪附近安置反射棱镜，按照测距仪说明书的使用步骤，接通电源，检查仪器的功能。,4.5.2 内部符合精度的检验仪器的内部符合精度，就是仪器多次测量同一距离，各观测值之间的离散程度。在4001000m的距离范围内，选择一段至四段。在选定的距离内安置仪器和反光棱镜，一次照准读10个数，取平均值。观测数据精度计算如下：,4.5.3 测距仪加、乘常数的测定1测距仪加常数的测定,仪器常数包括仪器加常数和仪器乘常数。加常数是由于仪器电子中心与其机械中心不重合而形成的。,通常我们称K为仪器加常数。它包含仪器加常数（Ki）和棱镜常数（Kr）。仪器加常数会发生变化，应定期进行检验。,D0=D/+Ki+Kr=D/+K 式中，K=Ki+Kr(图中Ki、Kr 均为负号)。,加常数的检测步骤（简易方法）：1）在一较平坦场地上，选择相距约100m两点A和B，在A、B间的连线上定出一点C。2）精确测定AB间的水平距离10次并计算其平均值。3）将仪器移至C点，精确测出CA和CB的水平距离10次，分别计算平均值。4）由于 AB+K=（AC+K）+（BC+K）得：K=AB-（AC+BC）,A,B,C,2乘常数的检验测距仪显示的距离读数应该是基于测距仪的标准频率而得的，但是测距仪的频率会发生漂移，从而对距离观测值会产生影响。,被测距离D为：,乘常数为：,乘常数：精测频率偏离其标准值而引起的一个按距离进行改正的一个乘系数。由于乘常数改正的大小与被测距离成正比，因而长边长观测特别要注意乘常数改正。,距离的改正数为：,4.6 测距作业要求及测距成果的改正计算4.6.1 测距作业的有关规定1观测时间的选择1）应考虑地形、植被、温度、风速和大气透明度等因素。2）最佳观测时间：上午日出后半小时至一个半小时，下午日落前三小时至半小时。3）阴天、有微风时，全天可以观测。4）雷雨前后，大雾、大风、雨、雪天和大气透明度很差时，不应进行距离测量。2距离测量 正确安置测距仪和棱镜，量取测距仪和棱镜高各两次，读至毫米，取平均值。严格按照仪器操作程序作业。3测定气象要素 进行气温、气压和空气绝对湿度观测。,4.6.2 距离观测值的改正计算1加常数改正 经检验得到的测距仪加常数K（K=Ki+Kr），对距离观测值D进行改正，改正公式为：D0=D+K 2乘常数改正 由于精测频率的变化引起距离的改正数为：Df=D测 R 3周期误差改正 周期误差是由仪器内部的电子线路的串扰信号干扰测距信号引起的。其改正数的计算公式为：Vi=Asin(0+i),4气象改正电磁波在大气中传播速度随大气温度、气压、湿度等条件变化而改变，所以要对距离观测值进行气象改正。波长=0.832的红外测距仪，气象改正公式：,目前较新的测距仪（全站仪）都具有自动计算大气改正数的功能。,4.6.3 测距成果的归算经过上述仪器的加、乘常数改正，周期误差改正，大气改正后的测距斜距，还需要进一步的将其归算至测线平均高程的平距、参考椭球面上的弧长、高斯平面上的平距。,1斜距化成平距的计算设野外测定的斜距为d，将d化至平距时，首先要选取所在高程面，高程面不同，平距值亦不同。这里讨论将d化至A、B平均高程面上的平距d0：,2平距化至椭球面的计算,3将椭球面上的长度换算至高斯平面,TC905 全站仪介绍,测程：能见度30公里，1棱镜3500米；3棱镜5000米。测距精度：2+2（精测）；5+2（其它模式）。测量时间：2.5秒(精)；0.9秒(快)；0.3秒(跟)。角度测量精度：2秒。角度最小显示：10秒；5秒；1秒。一块电池测距次数：约800次。重量：5.6公斤。,TC905 全站仪棱镜,显示器416个字符,键盘1数字与字符输入,键盘2功能键,显示器对测量数据的显示,第三屏：点号、坐标、高程,第四屏：点号、水平角、天顶距、斜距,第一屏：水平角、天顶距、平距、高差,第二屏：点号、编码、平距、目标高,显示内容通过该键进行切换,键盘功能介绍,固定键：灰色,开机,测距并存储观测值,测距、显示观测值但不存储,记录显示数据到串行接口,分屏显示,按住2秒钟，激活激光对中器,显示屏照明开关,进入编码功能,关机,数字与字符转换,输入点号,键盘功能介绍,功能键：橙色,调用应用程序,调用主菜单,按住2秒调用配置菜单,键盘功能介绍,选择功能及输入上一行改变数据显示行,光标右移，便于数字输入与参数选择,选择功能及输入下一行改变数据显示行,光标左移，便于数字输入与参数选择,控制键：绿色,键盘功能介绍,输入键：黄色,数字、字符输入键,回车键,取消键,主 菜 单,Menu 1.Set HZ 2.LEVEL 3.Data Manager 4.EDM CONF 5.TEST,输入水平角显示电子水准器数据管理EDM配置检测功能,按 MENU 键进入,主 菜 单1.SET HZ 输入水平角2.LEVEL 显示电子水准器3.DATA MANAGER 数据管理 1.INPUT 数据输入 2.FIND 数据查询 3.VIEW 数据显示 4.DELETE PNT 数据删除 5.DELETE ALL 删除内部存储数据4.EDM CONF EDM配置 1.EDM mod 选择测量模式（FINE，RAPID）2.EGL 导向光开关 3.INTENS 设置导向光强度 4.RETTAP 设置反射片做目标5.TEST 检测功能 INTENSITY 显示EDM信号强度 BATTERY 显示电压（09）TEMPC 显示仪器内部温度,设 置 水 平 度 盘 一（设置 000 00）,MENU 1.Set Hz 2.LEVEL 4.Data Manager,MENU*1.SET HZ Hz：945 06Hz input orENTER to hold,键入000 00,MENU*1.SET HZ Hz：000 00ENTER to releas,精确瞄准定向点位，后设置完毕，返回测量状态。,设 置 水 平 度 盘 二（设置 4500 10）,MENU 1.Set Hz 2.LEVEL 4.Data Manager,MENU*1.SET HZ Hz：3440 00Hz input orENTER to hold,转动仪器至4500 10,MENU*1.SET HZ Hz：4500 10ENTER to releas,精确瞄准定向点位，后设置完毕，返回测量状态。,仪器检测,MENU 3.Data Manager 4.EDM CONF 5.TEST,MENU*5.TEST INTENSITY BATTERY 7 TEMP C 23,*INTENSY 59%,按 键后，检测回光信号强度。,配置菜单,Config MENU 1.PPM/MM 2.CALIB 3.CONTRA 3 4.REC DATA 5.UNITS 6.TIME/DATE 7.ON/OFF,距离改正数仪器误差显示屏对比度及显示观察角设置记录单位及角度参数设置时间和日期自动开关设置,按 MENU 键 2秒 进入,配 置 菜 单1.PPM/MM 距离改正数2.CALIB 仪器误差 1.VINDEX 垂直度盘指标差 2.HzCOLLIM 视准轴误差3.CONTRA 设置显示屏对比度及显示观察角(按3)4.REC DATA 设置记录5.UNITS 单位、垂直角模式、角度最小显示6.TIME/DATE 设置时间与日期 1.SET TIME 输入欲设定的时间 2.SET DATE 输入欲设定的日期7.ON/OFF 自动开关设置 1.BEEP 蜂鸣(on,off)2.BEP90 在90、180、270、0蜂鸣（on,off)3.COMP 补偿器(on,off)4.HZcomp 垂直轴倾斜对水平方向观测值改正 5.HZcoll 视准轴误差(on,off)6.AUToff 设置自动关机,用 户 程 序,PROG 1.Set Job 2.Set Station 3.Free Station 4.Setout 5.Tie Distance 6.Calc Area 7.Rapid Meas 8.Ref.Line,设置任务和操作信息设置测站坐标与定向自由测站（后方交会）放样对边测量面积计算快速测量与计算基准线测量,确定不可到达点的高度 高度测量数量无限制 任何时候这一应用程序都可以启动 存储结果(点号和高差),悬高测量(REM),首先启动任务设置、测站设置与定向 简单易用 在测量过程中，显示面积/周长 点数无限制 存储结果(面积和周长),Area=8428.12 mPerim=1367.39 m,面积计算,PROG 1.Set Job 2.Set Station 3.Free Station,SET STATIONGet DataintMem pt:0 hi:0.000,用 键进行“键盘输入”与“内存取点”间的转换。键盘输入：,SET STATIONGet Data Keyb.pt:P1 hi:1.200,设置测站坐标与定向方位,按 键输入测站坐标：,SET STATIONE：150.000 N：250.000 H：500.000,按 键后，仪器存储数据 并显示：,SET STATION Pt：P1 E0：150.000 N0：250.000,H0：500.000hi：1.200,SET STATIONREC:pt:P1 Station SET,自动进入水平度盘定向：,ORIENTATIONGet Data intMem pt:0,键选择键盘输入定向点坐标或从内存输入或直接输入角度。,若从键盘输入定向点，操作同前，本例选择从内存输入定向点：,用 选择内存数据行；确认输入（P1）。,ORIENTATION Orientation SET,SET STATION Pt：P1 Hz：6550 00 v：9020 12,键后，暂短显示：“Orientation is set”，完成定向，自动回到PROG菜单。,设置测站及定向,（0，0，0）,P0（E0，N0),P1（E1，N1),HZ,N,E,H,坐 标 测 量,（0，0，0）,P0（E0，N0，H0）,N,E,H,。,必须要做的准备工作：设置仪器、设置测站、定向、仪器高、目标高。,。,。,。,放 样,PROG 2.Set Station 3.Free Station 4.setout,SETOUT Pt：15 E0：150.000 N0：250.000,H0：500.000hi：1.200,Pt:0 Hz:8215 30:-:-,输入待放样点参数：,SETOUT Get Data intMem pt：105 hr：1.500,off：0.300,按 键记录测量数据按 键，选择下一放样点。,转动仪器，直至Hz=000 00 重复观测距离，直到差值接近 0。,Pt：105Hz：005 30：1.015：0.025,先输入点号、棱镜高和高度（偏心）改正off。off值是按其符号，相对于放样高程进行加减的。,PROG 2.Set Station 3.Free Station 4.setout,SETOUT Pt：15 E0：150.000 N0：250.000,Pt:0 Hz:8215 30:-:-,SETOUT Get Data intMem pt：105 hr：1.500,Pt：105Hz：005 30：1.015：0.025,放样测量,施工现场有几个已知控制点，且已知建筑物的设计坐标，要求将设计坐标落实到实地放样,放样测量,（0，0，0）,N,E,H,1、设置测站和定向方位；2、放样（输入待放样的点、测设角度、测设距离和高程）。,待放样建筑物，已知四角点设计坐标。,THE END,