ch4距离测量与直线定向.ppt

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1、确定两点间距离的工作称为距离测量。距离测量方法中常用的有钢尺量距、视距测量和电磁波测距等,第4章 距离测量,1、钢尺量距方便、直接，且使用的工具成本低；2、视距测量利用经纬仪或水准仪望远镜中的视距丝和视距尺按几何光学原理进行测距；3、电磁波测距是用仪器发射及接收红外光、激光或微波等，按其传播速度及时间确定距离。,5.1 钢尺量距,1.钢卷尺尺长与规格：20米、30米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位置有不同，分刻线尺和端点尺两种。,一般量距方法 量距相对精度1200015000精密量距方法 量距相对精度110000140000,2.花杆 定线用（量

2、距时标定直线量距的前进方向）3.测钎 量距时在地面标定尺段端点位置。,5.1.1 量距用的工具:,端点尺 刻线尺,皮尺 测绳,钢卷尺,测钎 花杆,5.1.2 直线定线,3.经纬仪定线:如果量距要求的精度较高,可在其端点A安置经纬仪定线.,两点间的距离大于尺长时，需分段丈量。将各分段点置于一条直线上的工作叫直线定线。,距离用下式计算：D=nl+l 式中：l尺段的长度；n量的整尺段数；l零尺段长度。,往返丈量较差 D=D往-D返距离平均值 D平=（D往+D返）相对误差 K=,1.在平坦地面丈量,5.1.3 丈量方法（往返丈量),整尺法量距,串尺法量距,2.倾斜地面丈量,S,D,h,(1)斜量法:地

3、面坡度均匀，将量得的倾斜距离S归算成水平距离D。高差h用水准仪测定。,或,水平距离：,(2)在倾斜地面平量,平量法,斜量法,量距相对精度可达1 1万 1 4万。,精密量距时采取的措施：1.用检定过的钢尺；2.经纬仪定线；3.钉尺段桩(概量得)，用水准仪测量桩间高差；4.对钢尺施加固定拉力，并测量温度；5.对量距结果加三项改正数。,3.钢尺量距的精密方法,三项改正数,5.1.4 钢尺量距的成果整理,每尺段经改正后的水平距离：,总的水平距离：,目的：求得钢尺两端点刻划间的实际长度。方法：用钢尺对一段精确的标准长度进行丈量，从而求得 钢尺的尺长改正数。该检定场地也称为“比尺场”。,作法：“比尺场”为

4、理想的砼条形场地，埋有尺段标志。将 待检定的钢尺，用精密量距的方法，对该标准距离L 进行丈量。通过对量距结果的整理，得出该钢尺的 尺长方程式。,钢0尺名义长(m)；t0 标准温度，一般取20；d 尺长改正值(mm)；t 丈量时温度()钢的膨胀系数，1.210-5/；,钢尺检定,1.尺长方程式：=0+d+(t-t0)0,例：用一检定过的30米钢尺沿倾斜地面丈量AB距离，数据见 下表。该钢尺的尺长方程式如下，请整理量距成果。,注：钢尺膨胀系数=0.00001150.0000125,尺段长度及量距精度计算,五、钢尺量距的误差来源及减弱措施 1 定线误差及影响 2 钢尺不水平引起的误差 3 温度变化引

5、起的误差 4 拉力误差的影响 5 垂曲误差 6 尺长误差 7 丈量误差,视距测量是一种间接测距方法;它利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有厘米分划的视距标尺(地形塔尺或普通水准尺)，根据光学原理可以同时测定两点间的水平距离和高差.,测量距离的相对误差约为1/300，低于钢尺量距；测定高差的精度低于水准测量;视距测量广泛用于地形测量的 碎部测量中。,5.2 视距测量5.2.1 视距测量概述,5.2.2 视准轴水平时的视距计算公式,AB为待测距离,在A点安置经纬仪,B点竖立视距尺,设望远镜视线水平,瞄准B点的视距尺,此时视线与视距尺垂直。,视线水平时的视距测量公式:,(1)水平距离公式:,(2

6、)高差公式:,(3)B点高程:,5.2.3 视线倾斜时的视距测量公式,(1)水平距离公式:,(2)高差公式:,5.2.4 视距测量观测与计算方法,（1）在测站 A 安置经纬仪，量取仪器高 i，在测点 B 竖立视距尺；,（2）照准视距尺，用上下视距丝分别在尺上读取读数，算出视距间隔 n（n=下丝读数-上丝读数）。也可先将中丝对准仪器高读竖直角，然后把上丝对准邻近整数刻划后直接读取视距间隔；,（3）转动竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数，算出竖直角。对有竖盘指标自动归零装置的仪器，应打开自动归零装置后再读数；,（4）根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。,5.3

7、 电磁波测距及全站仪,一、概述电磁波测距(Electro-magnetic Distance Measuring，EDM)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。EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。,1948年，瑞典AGA(阿嘎)公司(现更名为Geotronics捷创力公司)研制成功了世界上第一台电磁波测距仪.它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管元件，仪器相当笨重且功耗大。为避开白天太阳光对测距信号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。,该仪器采用5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为40km，夜

8、间测程达60km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量23kg。我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了JCY-1型激光测距仪，1974年又研制并生产了JCY-2型激光测距仪。该仪器采用2.5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为20km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量16.3kg。,1960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦-氖激光器，1962年砷化镓半导体激光器研制成功。与白炽灯比较，激光的优点是发散角小、穿透力强、传输的距离远、不受太阳光干扰、基本上可以全天侯作业。1967年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。,随着半导体技术的发展，从6

9、0年代末70年代初起，采用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、重量轻、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。由于红外光的发散角比激光大，所以红外测距仪的测程一般小于15km。现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起，形成了全站仪，并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发展。,二、电磁波测距仪分类1.按其所采用的载波（光源）可分为：微波测距仪(microwave EDM instrument)；激光测距仪(laser EDM instrument)；红外测距仪(infrared EDM inst

10、rument);,2.按测程分为：短程测距仪(5km)中程测距仪(515km)远程测距仪(15km）,4.按测距原理分为：脉冲式；相位式,3.按精度分为：级测距仪(mD 5mm)级测距仪(5 mD 10mm)级测距仪(mD 10mm）,5.3.1 红外测距的测距原理,c0光在真空中的速度ng光在大气中传输的折射率t光波在AB间往返传输时间,基本公式:,直接测时-该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。间接测时-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。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。电磁波测

11、距方式,电磁波测距方式,脉冲式测距原理 假设时钟脉冲的震荡频率为,震荡周期为计数器记录的震荡次数为N,则脉冲光波在AB两点间往返的时间为:,2.相位式测距原理,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），通过一个调制器使载波的振幅或频率按照调制波的变化做周期性变化。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。,相位式测距原理,调制波的调制频率f，角频率，周期T，波长:设调制波在距离D往返一次产生的相位变化为，调制信号一个周期相位变化为2，则调制波的传播时间

12、t为：代入基本公式得:,相位式测距原理,设调制信号为正弦信号，包含2的整倍数N2，和不足2的尾数部分，即：,代入前面公式:,令:-单位长，“光测尺”，“电子尺”,公式改写成:,上式就是相位式测距原理公式。相位式测距仪是用长度为LS的“测尺”去量测距离，量了N个整尺段加上不足一个LS的长度就是所测距离。采用多个“测尺”组合实现测距技术过程。设计；精测尺+粗测尺测距。,相位式测距原理,5.3.2 光电测距仪的组成,（一）全站仪概述（二）全站仪的功能（三）几种全站仪及其基本应用,5.3.4 全站仪及其使用,南方NTS全站仪,TOPCON GTS全站仪,Leica 全站仪,（一）全站仪概述,全站仪(t

13、otal station)是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和距离。,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)；与计算机联合组成的智能观测系统能实现全

14、自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机器人。,特点：,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,测量仪器总的发展过程光学经纬仪 电子经纬仪 速测全站仪 全站仪。全站仪的发展过程：1.普通型全站仪2.功能型全站仪3.磁卡型全站仪4.内存式全站仪 5.全自动智能全站仪全站仪生产厂家：瑞士：徕卡Leica 德国：蔡司Zeiss 日本：拓普康TOPCON，索佳SOKKIA，宾得,尼康 中国：南方、苏州、北京,（二）全站仪的功能,对边测量悬高测量

15、后方交会放样偏心测量面积计算等高级测量功能。,全站仪的功能,V,1、对边测量 如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。对边测量可以连续进行。,全站仪的功能,2、悬高测量 如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高h1，瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度H,全站仪的功能,3、后方交会测量 如图，全站仪安置在某一待定点上，通过对两个以上的已知点处的棱镜进行观测，并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显示待定点的三维坐

16、标。,A,P,B,全站仪的功能,4、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,5、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。,全站仪的功能,不同厂家生产的电子全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测量功能的按键程序和步骤也不完全一样，具体使用应参见厂家的使用说明书。,6、偏心测量 如图，若侍定点处不能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点的左侧或右侧，并使棱镜至站点的距离相当，瞄准棱镜并进行观测，再照准待定点，仪器即可显示待定点的坐标。,全站仪测量的流程,野外采集数据：南方NTS、TOPCON全站仪+PDA（测图精灵）传输数据：将数据文件传入计算机处理数据：用测图软件（南方测绘CASS）处理、编辑输出成果：数字化地 形图、电子地图（.dwg）、工程图。,光电测距的误差来源1 调制频率误差2 气象参数误差3 对中误差4 测相误差5 光速误差6 照准误差7 仪器加常数测定误差8 周期误差,