[工学]4距离测量和直线定向.doc

第四章 距离测量和直线定向 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)按计算距离D。 l=N-M= l下-l上 D=100l 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a， 读数为M、N(l上、l下) ， 计算： DAB=100(l上-l下)cos2 第二节 距离丈量 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、精密量距方法。二、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=n lo往 +q往 D返=n lo返+q返 2)检核 D=D往-D返 三、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 +a(t-to)lo 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：第三节 红外测距 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： j=2(N+N) 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N1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j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、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、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3km3.蓄电池、充电器 4.气象仪器四、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。 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)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。第四节 直线定向 一、方位角及其类型 1.方位角的概念：指的是两个地面点构成的直线段与指北方向线之间的夹角。方位角是以指北方向线为基准方向线，并按顺时针旋转方向转至直线段所得的水平角。 2.方位角的类型： 1)真方位角:以真北方向线为基准方向线的方位角，用A表示。 2)磁方位角:以磁北方向线为基准方向线的方位角，用M表示。 3)坐标方位角:以轴北方向线为基准方向线的方位角，用a表示。二、坐标方位角的确定 1.已知点之间的坐标方位角的计算: 1)计算公式： x=x2-x1，y=y2-y1 2)注意事项: 当y0时 坐标方位角与的关系 2.利用已知方位角和水平角计算观测边的坐标方位角: 1)实例:地面点有A、B、1、2、3，已知坐标方位角aAB ，水平角b1、b2、 b3，应计算D1 、D2 、D3各边相应的坐标方位角是aB1、 a12 、 a23 。 aB1=aBA +b1=aAB +180+b1 a12 =a1B-b2=aB1+180-b2=aAB +2180+b1-b2 a23 =aAB +3180+b1-b2+ b32)注意: 每条边坐标方位角的计算依次进行，其结果应是少于360的正数；计算中应顾及正反方位角的关系。 3.坐标方位角是计算点位坐标的重要参数: x1=xB+DxB1=xB+D1cosaB1 y1=yB+DyB1=yB+D1sinaB1坐标方位角是计算点位坐标的重要参数三、罗盘仪测定磁方位角 基本组成部分:罗盘盒，望远镜，基座。 罗盘盒：装有度盘、磁针。 望远镜视准轴与度盘0至180的连线平行，连线跟随望远镜转动。 测定磁方位角的方法: 1)安置罗盘仪和目标。罗盘仪在一地面点A对中整平。 2)瞄准目标。利用罗盘盒下方的制动微动机构，转罗