《距离测量》PPT课件.ppt

土木工程测量,4 距离测量,4 距离测量,4.1 钢尺量距,4.2 视距测量,4.3 电磁波测距,一般介绍,在工程测量中使用三种距离： 斜距（slope distance） 水平距离（horizontal distance） 垂直距离或高差（vertical distance, height difference),钢尺量距（Steel taping），精度 1/20001/3000，采用精密方法，可达1/1万 视距法测距（Stadia tacheometry），精度 1/2001/300 电磁波测距（Electromagnetic distance measurement, EDM) ，1/2万1/3万,三种距离测量方法,距离测量：确定两点间的水平距离。 方法：钢尺量距，视距测量和电磁波测距。 相对精度：1/10001/3000, 1/2001/300, 1/1万1/3万 钢尺量距的基本步骤：定线、量距、成果计算。 其它辅助工具：测钎，标杆，垂球。,4.1 钢尺量距,1量距工具,钢尺是用钢制成的带状尺，尺的宽度约1015 mm，厚度约0.4mm，长度有20 m、30 m、50 m等几种。 根据零点位置的不同，钢尺有端点尺和刻划尺两种。,皮尺,钢尺,钢尺量距辅助工具（Subsidiary Tools）,花杆（Ranging rod ） 测钎（Marking arrow） 锤球（Plumb bob）,丈量方法（Measurement Methodology）,从精度要求来看 低精度丈量 （无须严格的距离改正） 高精度丈量 （基于尺长方程，需要进行尺长、温度、倾斜等多项改正） 从距离长短来看 直接丈量 ，被量距离 钢尺长度 分段丈量，被量距离 钢尺长度，需要使用肉眼或经纬仪来定线,2直线定线,直线定线：将所量尺段标定在待测的二点间一条直线上的工作，称为直线定线。,一般量距采用目视定线，高精度的按经纬仪定线（高精度距离测量一般采用电磁波测距）。目视定线方法如下：,先在A、B点上竖立标杆，甲站在A点标杆后约一米处，指挥乙左右移动标杆，直到甲从在A点沿标杆的同一侧看到A、2、B三支标杆成一条线为止。 设A、B两点互相通视，要在A、B两点的直线上标出分段点1、2点。,两点间定线，一般应由远到近，即先定1点，再定2点。 定线时，乙所持标杆应竖直，利用食指和姆指夹住标杆的上部，稍微提起，利用重心使标杆自然竖直。此外，为了不挡住甲的视线，乙应持标杆站立在直线方向的左侧或右侧。,3平坦地面的距离丈量,丈量工作一般由两人进行。清除待量直线上的障碍物后，在直线两端点A、B竖立标杆，后尺手持钢尺的零端位于A点，前尺手持钢尺的末端和一组测钎沿AB方向前进，行至一个尺段处停下。 后尺手用手势指挥前尺手将钢尺拉在AB直线上。,后尺手将钢尺的零点对准A点，当两人同时把钢尺拉紧后，前尺手在钢尺末端的整尺段长分划处竖直插下一根测钎(如果在水泥地面上丈量插不下测钎时，也可以用粉笔在地面上划线做记号)得到1点，即量完一个尺段。 前、后尺手抬尺前进，当后尺手到达插测钎或划记号处时停住，再重复上述操作，量完第二尺段。 后尺手拔起地上的测钎，依次前进，直到量完AB直线的最后一段为止。,最后一段距离一般不会刚好是整尺段的长度，称为余长。丈量余长时，前尺手在钢尺上读取余长值，则最后A、B两点间的水平距离为： 为了提高量距精度，一般采用往返测量。返测时是从B量至A，要重新定线。取往返距离的平均值为丈量结果。,4. 钢尺量距的计算,水平距离等于测定的距离加上各项改正。,5.例题：某尺段实测距离是29.902m，钢尺的检定长度30.005m，检定温度20，丈量时温度12.3，所测高差为0.252m，求水平距离,解：1）尺长改正： 2）温度改正： 3）倾斜改正：,4）水平距离：,6 钢尺量距精度,相对误差 K=(D往D返)D平=1M K限=1 2000,7. 钢尺量距的误差分析, 尺长误差 温度误差 钢尺倾斜和垂曲误差 定线误差 拉力误差 丈量误差,8. 钢尺的维护, 钢尺易生锈，丈量结束后应用软布擦去尺上的泥和水，涂上机油以防生锈。 钢尺易折断，如果钢尺出现卷曲，切不可用力拉。 丈量时，钢尺末端的持尺员应该用尺夹夹住钢尺后手握紧尺夹加力，没有尺夹时，可以用布或者纱手套包住钢尺代替尺夹，切不可手握尺盘或尺架加力，以免将钢尺拖出。 在行人和车辆较多的地区量距时，中间要有专人保护，以防止钢尺被车辆碾压而折断。 不准将钢尺沿地面拖拉，以免磨损尺面分划。 收卷钢尺时，应按顺时针方向转动钢尺摇柄，切不可逆转，以免折断钢尺。,4.2 视距测量,Dkl 经纬仪视距测量平距公式 k100 l为上下丝间隔 其中是竖直角,2 视距测量误差主要来源,视距读数误差 竖直角测量误差 标尺倾斜误差 大气垂直折光的影响,4.3 电磁波测距,电磁波测距是用电磁波(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。 电磁波测距具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。,1.电磁波测距技术发展简介,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。 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，激光器的优点是发散角小、大气穿透力强、传输的距离远、不受白天太阳光干扰、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。该仪器采用5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为40km，夜间测程达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。,随着半导体技术的发展，从60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。 激光测距仪和红外测距仪统称为光电测距仪(电磁波测距仪）。,电磁波往返传播,反射棱镜,1.1 测距仪分类,按测距方式分 脉冲式，以激光作光源 相位式，以红外光作光源，近来还出现了以微波（Microwave）作能源的微波测距仪 脉冲相位式 按最大测程分 短程：3km以来； 中程：315km 远程：15100km； 超远程：100km 按构造分 组合式（测距仪+经纬仪）；整体式（全站仪）,1.2 组合式：测距头+经纬仪,原理是 脉冲法测距 这种方法的测距精度取决于时间的量测精度。对电子元件性能要求比较高，难以达到。 相位法测距： 将测量时间变成测量光在测线中传播的载波相位差。通过测定相位差来测定距离。,2.光电测距仪的基本原理,2.1 相位式测距原理,电磁波基本知识回顾,基于时间测距的弱点,通过测量光波往返传播时间，距离可如下确定,D=待测距离 c=光速 (299792.50.4km/s) t=双程传播时间 (如果测时精度为110-7s, 则距离误差为15m),因此，测距仪采用间接测量时间的相位式测距法,相位式测距仪一般使用调制光波,测距波(Measuring wave)，低频信号 载波(Carrier wave)，高频信号 调制波(Carrier wave modulated by measuring wave),如：砷化镓二极管产生近红外光，易于调制,相位式测距的本质,通过测量光波发射时与返回时的相位差或者说相位延迟，距离可被确定,如何确定整波长个数？,此问题也被称为整周模糊度（Ambiguity）确定问题 相位式测距仪靠发射多种频率（Multi-frequency）的测距波来解决模糊度问题 高频测距波负责测定微小距离，精测尺 低频测距波负责测定较大距离，粗测尺 实际上，多频率或称为多尺度的概念应用很广泛，如我们的手表就是一个典型的例子,时针走得最慢，测大数（小时） 分针走得较快，测相对小的数（分） 秒针走得最快，测最小的数（秒）,Think over,多频率测距举例,一段距离使用了两种频率来测定 f1=15 MHz f2=15 KHz 如果各频率上所得到的可测相位延迟分别为： n1=0.698（周） n2=0.387（周） 问题： 已知要测定的距离小于1km，准确距离到底是多少呢?,求解,对于粗测尺： f2= 150 KHz, 2/2=1 km 因为待定距离 1km, 则 n2=0 因为n2=0.387，则粗测距离=0.3871000=387m 对于精测尺： f1= 15 MHz, 1/2=10 m, n1未知 因为n1=0.698，则精测距离=0.69810=6.98m,测距头外观,经纬仪+光电测距仪,电子经纬仪+光电测距仪,测距仪用反射棱镜,总结：三种测距方法的比较,3. 全站仪简介,1）全站仪(total 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。 2）全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和斜距，借助于机内固化的软件，可以组成多种测量功能，如可以计算并显示平距、高差以及镜站点的三维坐标，进行偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等。,4. 全站仪具有如下特点,博飞,Leica,Leica,Topcon,Nikon,4 实训室现有全站仪认识,一、科力达KTS442 1、仪器的结构 仪器采用微动螺旋和制动螺旋同轴，光学对中器，竖盘指标自动补偿。其他部分结构同电子经纬仪。 2、仪器常用设置 在状态模式下按配置，进入设置模式。 配置仪器参数设置仪器常数设置输入常数回车。 注:仪器的常数在出厂时经严格测定并设置好，用户一般情况下不要作此项设置。如用户经严格的测定(如在标准基线场由专业检测单位测定)需要改变原设置时，才可作此项设置。,二、中纬ZTS602,1、仪器结构 该全站仪采用双轴液体补偿器，配备了电子气泡和激光对中器，微动螺旋和制动螺旋同轴，竖盘指标自动补偿，其他结构和电子经纬仪相同。 2、仪器基本设置 该仪器界面采用菜单式操作，基本设置操作是：在正常测量模式下，按ESC按钮，在出现的菜单选项中，选择设置主要设置多项设置成功后返回。 按FUC键整平/对中用脚螺旋调整精平，导航键上下方