第五章 距离测量.pdf

1 测量学测量学测量学测量学 学习辅导学习辅导学习辅导学习辅导 第五章 距离测量 2 5 5 距离测量概述距离测量概述距离测量概述距离测量概述 a a 距离测量是测量基本工作之一 距离测量是测量基本工作之一 距离测量是测量地面上两点间的水平距距离测量是测量地面上两点间的水平距 离 既通过这两点的铅垂线投影在水平面离 既通过这两点的铅垂线投影在水平面 上的距离 上的距离 3 5 5 距离测量概述距离测量概述距离测量概述距离测量概述 b b 测距技术的发展测距技术的发展测距技术的发展测距技术的发展 直接测距法直接测距法 步测 双步步测 双步 1 5m1 5m 光学测距方法 视距 光学测距仪 几何光学测距方法 步弓 尺链 线尺 竹尺 皮尺 钢尺 电磁波测距 卫星测距 4 5 5 1 1卷 钢 尺量距卷 钢 尺量距卷 钢 尺量距卷 钢 尺量距 一 钢尺一 钢尺 5 钢尺的种类钢尺的种类钢尺的种类钢尺的种类 1 1 普通钢尺 钢制带尺 普通钢尺 钢制带尺 精度为精度为1 10 0001 10 000 a a 基本分划为厘米基本分划为厘米 b b 基本分划为厘米 但在尺端基本分划为厘米 但在尺端1010厘米内为毫厘米内为毫 米分划 米分划 c c 基本分划为毫米基本分划为毫米 2 2 因瓦尺 温度变形稳定 因瓦尺 温度变形稳定 精度为精度为1 1 000 0001 1 000 000 6 钢尺量距辅助工具钢尺量距辅助工具钢尺量距辅助工具钢尺量距辅助工具 测钎 花杆 垂球 弹簧秤和温度计测钎 花杆 垂球 弹簧秤和温度计 1 1 测钎为直径 测钎为直径5mm5mm左右的粗铁丝磨尖制成 长左右的粗铁丝磨尖制成 长 约约3030米 用来标志测量尺段的起 止点 测钎米 用来标志测量尺段的起 止点 测钎6 6 根或者根或者1111根为一组 距离为尺长的根为一组 距离为尺长的5 5 1010倍 倍 2 2 花杆长 花杆长3m3m 杆上涂以 杆上涂以20cm20cm间隔的红 白漆 间隔的红 白漆 用于标定直线 用于标定直线 3 3 弹簧秤和温度计用于控制拉力和测定温度 弹簧秤和温度计用于控制拉力和测定温度 7 5 5 2 2 直线定线直线定线直线定线直线定线 二 直线定向二 直线定向 1 1 两点间定线 两点间定线 一般由远到近进行一般由远到近进行 1 1 2m2m 8 5 5 2 2卷 钢 尺量距卷 钢 尺量距卷 钢 尺量距卷 钢 尺量距 2 过山头定线 如果地面两点之间的距离较长或地面起伏较如果地面两点之间的距离较长或地面起伏较 大 需要分段进行测量 大 需要分段进行测量 9 3 延长直线 A C1 B C C2 10 1 1 钢尺铺地丈量 钢尺铺地丈量 钢尺铺地丈量 钢尺铺地丈量 在标准拉力下 在标准拉力下 在标准拉力下 在标准拉力下 三 距离测量 丈量结果 丈量结果 余长 整尺段数 l n lnlS 0 为了提高量测精度 一般采用往 返为了提高量测精度 一般采用往 返为了提高量测精度 一般采用往 返为了提高量测精度 一般采用往 返 丈量 返测时是从丈量 返测时是从丈量 返测时是从丈量 返测时是从B B到到到到A A 要重新定 要重新定 要重新定 要重新定 线 取往返距离平均值为丈量结果 线 取往返距离平均值为丈量结果 线 取往返距离平均值为丈量结果 线 取往返距离平均值为丈量结果 11 钢尺铺地丈量 在标准拉力下 钢尺铺地丈量 在标准拉力下 钢尺铺地丈量 在标准拉力下 钢尺铺地丈量 在标准拉力下 当地面起伏不大时 可将钢尺拉平 用垂球尖将尺端投于地面进当地面起伏不大时 可将钢尺拉平 用垂球尖将尺端投于地面进 行丈量 称为水平量距法 要注意后尺手将零端点对准地面点 行丈量 称为水平量距法 要注意后尺手将零端点对准地面点 前尺手目估 使钢尺水平 并拉紧钢尺在垂球尖处插上测钎 如前尺手目估 使钢尺水平 并拉紧钢尺在垂球尖处插上测钎 如 此测量到此测量到B B点 点 水平量距 12 钢尺铺地丈量 在标准拉力下 钢尺铺地丈量 在标准拉力下 钢尺铺地丈量 在标准拉力下 钢尺铺地丈量 在标准拉力下 丈量结果 丈量结果 22 0 hsD lnlS 倾斜量距 13 相对误差相对误差相对误差相对误差 M D D DD DD K 11 2 1 返往 返往 2 1 返往 DDD 平坦地区钢尺量距的相对误差不应大于平坦地区钢尺量距的相对误差不应大于平坦地区钢尺量距的相对误差不应大于平坦地区钢尺量距的相对误差不应大于1 3 0001 3 000 在困难地区相对误差也不应大于在困难地区相对误差也不应大于在困难地区相对误差也不应大于在困难地区相对误差也不应大于1 1 0001 1 000 14 精密量距精密量距精密量距精密量距 精度要求在精度要求在1 10 0001 10 000 经纬仪定线经纬仪定线 白铁皮桩 三角架 白铁皮桩 三角架 量距使用经过检定的钢尺或因瓦尺 丈量量距使用经过检定的钢尺或因瓦尺 丈量 组组5 5人 人 2 2人拉尺 人拉尺 2 2人读数 一人读温度和人读数 一人读温度和 记录数据 记录数据 丈量时后尺手用弹簧秤控制施加给钢尺的丈量时后尺手用弹簧秤控制施加给钢尺的 拉力 拉力 30m30m钢尺 一般施加钢尺 一般施加100N100N 前后尺手应同时在钢尺上读数 估读到前后尺手应同时在钢尺上读数 估读到 0 5mm0 5mm 15 钢尺量距的成果整理钢尺量距的成果整理钢尺量距的成果整理钢尺量距的成果整理 一 尺长改正一 尺长改正一 尺长改正一 尺长改正 钢尺的名义长度钢尺的名义长度钢尺的名义长度钢尺的名义长度L L0 而在标准拉力 标准温度下而在标准拉力 标准温度下而在标准拉力 标准温度下而在标准拉力 标准温度下 经过检定实际长度为经过检定实际长度为经过检定实际长度为经过检定实际长度为L L 其差值为其差值为其差值为其差值为整尺段的尺整尺段的尺整尺段的尺整尺段的尺 长改正 长改正 长改正 长改正 L 0 LLL 任一长度任一长度任一长度任一长度L L尺长改正公式为尺长改正公式为尺长改正公式为尺长改正公式为 L L L Ld 0 16 简单的尺长鉴定简单的尺长鉴定简单的尺长鉴定简单的尺长鉴定 在平坦的地面 宜在室内 使两尺温度在平坦的地面 宜在室内 使两尺温度 相同 把待检定的尺子与高精度的标准相同 把待检定的尺子与高精度的标准 尺比较而求得尺比较而求得 L L l lt 17 检定场 检定场 检定场 检定场 在平整的条形场地两端地面埋在平整的条形场地两端地面埋在平整的条形场地两端地面埋在平整的条形场地两端地面埋 设两个稳定的标志 其间距比待检定钢设两个稳定的标志 其间距比待检定钢设两个稳定的标志 其间距比待检定钢设两个稳定的标志 其间距比待检定钢 尺长度尺长度尺长度尺长度5 5 1010倍略短一些 倍略短一些 倍略短一些 倍略短一些 高精度测量两标高精度测量两标高精度测量两标高精度测量两标 志的间距作为标准长度志的间距作为标准长度志的间距作为标准长度志的间距作为标准长度L L标准 标准标准标准 0 l L LL ld 标准 设尺子的温度膨胀系数已知 用待检定 的尺子 先假定 设尺子的温度膨胀系数已知 用待检定 的尺子 先假定 Ld 0 在工作时的 正常拉力下 测量检定场两标志的间距 在工作时的 正常拉力下 测量检定场两标志的间距 L 从而可得 从而可得 18 钢尺量距的成果整理钢尺量距的成果整理钢尺量距的成果整理钢尺量距的成果整理 二 温度改正二 温度改正二 温度改正二 温度改正 钢尺长度受温度影响会伸缩 当在野外量距时钢尺长度受温度影响会伸缩 当在野外量距时钢尺长度受温度影响会伸缩 当在野外量距时钢尺长度受温度影响会伸缩 当在野外量距时 温度温度温度温度t t与检定钢尺温度与检定钢尺温度与检定钢尺温度与检定钢尺温度t t 0 0 不一致时 要进行温度修不一致时 要进行温度修不一致时 要进行温度修不一致时 要进行温度修 正 其修改公式为 正 其修改公式为 正 其修改公式为 正 其修改公式为 其中 钢尺膨胀系数其中 钢尺膨胀系数其中 钢尺膨胀系数其中 钢尺膨胀系数 LttLt 0 0 000 012 5 1 0 000 012 5 1 C C 19 钢尺量距的成果整理钢尺量距的成果整理钢尺量距的成果整理钢尺量距的成果整理 三 倾斜改正三 倾斜改正三 倾斜改正三 倾斜改正 设沿地面量斜距为设沿地面量斜距为设沿地面量斜距为设沿地面量斜距为L L 测得高差为 测得高差为 测得高差为 测得高差为h h 换成平距 换成平距 换成平距 换成平距 为为为为d d时要进行倾斜改正 时要进行倾斜改正 时要进行倾斜改正 时要进行倾斜改正 上式用泰勒级数展开上式用泰勒级数展开上式用泰勒级数展开上式用泰勒级数展开 1 1 2 1 2 2 2 1 22 L h L LhLLdLh 1 82 1 4 4 2 2 L h L h LLh 当高差不大时 当高差不大时 当高差不大时 当高差不大时 h h与与与与L L的比值很小 取得第二项得 的比值很小 取得第二项得 的比值很小 取得第二项得 的比值很小 取得第二项得 L h L h 2 2 d d L L 20 钢尺铺地丈量钢尺铺地丈量钢尺铺地丈量钢尺铺地丈量 在标准拉力下 在标准拉力下 在标准拉力下 在标准拉力下 名义丈量结果 名义丈量结果 余长整尺段数 ln lnlD 高差改正数 温度改正数 尺长改正数 h t d htd L L L LLLDD D h Lh 2 2 0 ttDLt 0 l DL L d 最终成果 DD DD 21 四 尺长鉴定四 尺长鉴定四 尺长鉴定四 尺长鉴定 钢尺长度方程式钢尺长度方程式钢尺长度方程式钢尺长度方程式 测量时的钢尺温度 设定的标准温度 钢尺的温度线膨胀系数 数际长度与名义长度的差在标准温度下 钢尺实 钢尺的名义长度 t t l l ttllll d dt 0 0 000 弹性模量张力强度 EP l E P dl 钢是弹性体 在拉力作用下会变形 伸长 22 钢尺尺长鉴定钢尺尺长鉴定钢尺尺长鉴定钢尺尺长鉴定 测 回 程序 丈 量 时间 丈 量 温度 t 温 度 差 t 20 测量值 m 温度改 正值 mm 改正后 的平距 m 1 往 返 9 50 29 3 29 5 9 3 9 5 119 973 119 973 13 4 13 7 119 9864 119 9867 2 往 返 30 4 30 5 10 4 10 5 119 970 119 970 15 0 15 1 119 9850 119 9851 3 往 返 10 40 30 2 31 1 10 2 11 1 119 972 119 973 14 7 16 0 119 9867 119 9890 L 119 9865 L 119 9793 mml L LL l8 130 120 2 7 0 mmtmmml 20 36 08 130 尺号 015名义长度 30m膨胀系数 0 012 23 钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析 误差类型误差类型误差类型误差类型 影响钢尺量距精度的因素很多 主要有定线误差 尺影响钢尺量距精度的因素很多 主要有定线误差 尺影响钢尺量距精度的因素很多 主要有定线误差 尺影响钢尺量距精度的因素很多 主要有定线误差 尺 长误差 温度测定误差 钢尺倾斜误差 拉力不均误长误差 温度测定误差 钢尺倾斜误差 拉力不均误长误差 温度测定误差 钢尺倾斜误差 拉力不均误长误差 温度测定误差 钢尺倾斜误差 拉力不均误 差 钢尺对准误差 读数误差等 差 钢尺对准误差 读数误差等 差 钢尺对准误差 读数误差等 差 钢尺对准误差 读数误差等 要求各项误差对测距影响控制在要求各项误差对测距影响控制在要求各项误差对测距影响控制在要求各项误差对测距影响控制在1 30 0001 30 000内内内内 24 钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析 一 定线误差一 定线误差一 定线误差一 定线误差 由于量距时钢尺没有准确地安放在待量距离的由于量距时钢尺没有准确地安放在待量距离的由于量距时钢尺没有准确地安放在待量距离的由于量距时钢尺没有准确地安放在待量距离的 直线方向上 所量的是折线 误差偏大 直线方向上 所量的是折线 误差偏大 直线方向上 所量的是折线 误差偏大 直线方向上 所量的是折线 误差偏大 l ll 2 22 2 2 2 2 0 12m30 30000 1 时 当ml l 目视定线即可达到此精度目视定线即可达到此精度目视定线即可达到此精度目视定线即可达到此精度 A A B B P P D1D1 D2D2 25 钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析 二 尺长误差二 尺长误差二 尺长误差二 尺长误差 钢尺名义长度与实际长度之差产生的尺长误差对量距钢尺名义长度与实际长度之差产生的尺长误差对量距钢尺名义长度与实际长度之差产生的尺长误差对量距钢尺名义长度与实际长度之差产生的尺长误差对量距 影响是随着距离的增加而增加的 在高精度量距时应加影响是随着距离的增加而增加的 在高精度量距时应加影响是随着距离的增加而增加的 在高精度量距时应加影响是随着距离的增加而增加的 在高精度量距时应加 尺长改正 并要求钢尺尺长检定误差小于尺长改正 并要求钢尺尺长检定误差小于尺长改正 并要求钢尺尺长检定误差小于尺长改正 并要求钢尺尺长检定误差小于1mm1mm 三 温度误差三 温度误差三 温度误差三 温度误差 根据钢尺温度改正公式 当温度变化根据钢尺温度改正公式 当温度变化根据钢尺温度改正公式 当温度变化根据钢尺温度改正公式 当温度变化 3 3 时 由此时 由此时 由此时 由此 引起的距离误差为引起的距离误差为引起的距离误差为引起的距离误差为1 30 0001 30 000 在测试时温度计显示的是空气环境温度 不是钢尺本在测试时温度计显示的是空气环境温度 不是钢尺本在测试时温度计显示的是空气环境温度 不是钢尺本在测试时温度计显示的是空气环境温度 不是钢尺本 身的温度 在阳光暴晒下 钢尺温度与环境温度可相差身的温度 在阳光暴晒下 钢尺温度与环境温度可相差身的温度 在阳光暴晒下 钢尺温度与环境温度可相差身的温度 在阳光暴晒下 钢尺温度与环境温度可相差 5 5 则量距误差大于则量距误差大于则量距误差大于则量距误差大于1 30 0001 30 000 所以量距宜在阴天 所以量距宜在阴天 所以量距宜在阴天 所以量距宜在阴天 进行 最好用半导体温度计测量钢尺自身温度 进行 最好用半导体温度计测量钢尺自身温度 进行 最好用半导体温度计测量钢尺自身温度 进行 最好用半导体温度计测量钢尺自身温度 26 钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析 五 拉力误差五 拉力误差五 拉力误差五 拉力误差 钢尺具有弹性 受拉会伸长 钢尺具有弹性 受拉会伸长 钢尺具有弹性 受拉会伸长 钢尺具有弹性 受拉会伸长 钢尺弹性钢尺弹性钢尺弹性钢尺弹性E 2E 2 1010 6 6 kg cmkg cm 2 2 设钢尺断面积设钢尺断面积设钢尺断面积设钢尺断面积A 0 04cmA 0 04cm 2 2 钢钢钢钢 尺拉力误差为尺拉力误差为尺拉力误差为尺拉力误差为 P P 根据虎克定律 钢尺伸长误差为 根据虎克定律 钢尺伸长误差为 根据虎克定律 钢尺伸长误差为 根据虎克定律 钢尺伸长误差为 EA lp p 当 当 当 当 P 3kgP 3kg L 30mL 30m时 钢尺量距误差为时 钢尺量距误差为时 钢尺量距误差为时 钢尺量距误差为1mm1mm 所以在精密量距时应用弹簧秤控制拉力 所以在精密量距时应用弹簧秤控制拉力 所以在精密量距时应用弹簧秤控制拉力 所以在精密量距时应用弹簧秤控制拉力 27 钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析 倾斜改正公式 倾斜改正公式 倾斜改正公式 倾斜改正公式 五 钢尺倾斜误差五 钢尺倾斜误差五 钢尺倾斜误差五 钢尺倾斜误差 当当当当L 30mL 30m的钢尺时 当的钢尺时 当的钢尺时 当的钢尺时 当h 1mh 1m 高差误差 高差误差 高差误差 高差误差5mm5mm时 时 时 时 产生测距误差为产生测距误差为产生测距误差为产生测距误差为0 17mm0 17mm 所以在精密量距时 用普通水准仪测定高差即可 所以在精密量距时 用普通水准仪测定高差即可 所以在精密量距时 用普通水准仪测定高差即可 所以在精密量距时 用普通水准仪测定高差即可 在普通量距时 用目估持平钢尺 经统计会产生在普通量距时 用目估持平钢尺 经统计会产生在普通量距时 用目估持平钢尺 经统计会产生在普通量距时 用目估持平钢尺 经统计会产生 5050 倾斜 对量距产生倾斜 对量距产生倾斜 对量距产生倾斜 对量距产生3mm3mm误差 误差 误差 误差 l h L h 2 2 六 对准及读数误差六 对准及读数误差六 对准及读数误差六 对准及读数误差 28 5 5 2 2 视距测量视距测量 29 视 距 测 量视 距 测 量 视距测量视距测量 利用测量望远镜的视距丝 间接测定 距离和高差的方法 利用测量望远镜的视距丝 间接测定 距离和高差的方法 优点优点 测量速度快 不受地 形限制 不足不足 精度低 距离相对误 差一般约为1 300 高 差一般为分米级 用途用途 主要用于地形图测绘 地形点的距离与高差 30 2 2 1 1 D n D n ban 尺间隔 1 视距公式 视距公式 5 3 1 一 视线水平时视距测量公式一 视线水平时视距测量公式 cnD n D n D 2 1 1 2 31 视距测量视距测量视距测量视距测量一 视线水平时一 视线水平时一 视线水平时一 视线水平时 十字丝板上有两根视距丝 它十字丝板上有两根视距丝 它 们在物镜光心处的张角们在物镜光心处的张角 基本基本 是不变的 两根视距丝在物方是不变的 两根视距丝在物方 象的间距与距离成正比象的间距与距离成正比 cn a f nD D n f a 所以 nD a f 100100 所以 f D 一般制作仪器时令 n 32 视距测量视距测量视距测量视距测量一 视线水平时一 视线水平时一 视线水平时一 视线水平时 十字丝板上有两根视距丝 它十字丝板上有两根视距丝 它 们在物镜光心处的张角们在物镜光心处的张角 基本基本 是不变的 两根视距丝在物方是不变的 两根视距丝在物方 象的间距与距离成正比象的间距与距离成正比 n tg n a f nD100 2 所以 43100 2 所以 a f ctg f Dn 33 nD ban ab 100 尺间隔 1 视距公式 视距公式 5 3 1 5 3 3 2 高差公式 高差公式 5 3 4 一 视线水平时视距测量公式一 视线水平时视距测量公式 liHhHH lih AAB 34 n b bacsD 二 视线倾斜时二 视线倾斜时二 视线倾斜时二 视线倾斜时 h i a l D 由于视线与水准尺不垂直 n a b bacs a a b b n n S 35 n b bacsD 二 视线倾斜时二 视线倾斜时二 视线倾斜时二 视线倾斜时 i a 由于视线与水准尺不垂直 n a bacs b a a b b n n cos cos 22 nn nn S 36 n b bacsD 二 视线倾斜时二 视线倾斜时二 视线倾斜时二 视线倾斜时 h i a l D 由于视线与水准尺不垂直 n a b bacs a a b b n n cos cos 22 nn nn 2 cos 100 cos cos 100 ba SD baS S 37 n b bacsD 二 视线倾斜时二 视线倾斜时二 视线倾斜时二 视线倾斜时 h i a l D 由于视线与水准尺不垂直 n a b bacs cosnn 2 cos 100baD S liDtgh 38 5 2 4 5 2 4 视距常数测定视距常数测定视距常数测定视距常数测定 在平坦地区选择一段直线 沿直线在距离在平坦地区选择一段直线 沿直线在距离 为为25m25m 50m50m 100m100m 150m150m 200m200m的地方分的地方分 别打下木桩 编号为别打下木桩 编号为B B 1 1 B B 2 2 B B n n 仪器要安仪器要安 置在置在A A点 在点 在B B i i 桩上依次立视距尺 在视线桩上依次立视距尺 在视线 水平时 以两个盘位用上 下丝在尺上读水平时 以两个盘位用上 下丝在尺上读 数 测得尺间隔数 测得尺间隔LiLi 然后进行返测 将每一 然后进行返测 将每一 段尺间隔平均值除以该段距离段尺间隔平均值除以该段距离DD i i 可以求出 可以求出 K K i i 再取平均值 即为仪器乘常数 再取平均值 即为仪器乘常数K K 39 5 2 5 5 2 5 视距测量误差视距测量误差视距测量误差视距测量误差 视距尺分化误差视距尺分化误差视距尺分化误差视距尺分化误差 该误差若系统地增大或减小 视距尺分化误差则该误差若系统地增大或减小 视距尺分化误差则该误差若系统地增大或减小 视距尺分化误差则该误差若系统地增大或减小 视距尺分化误差则 对视距测量将产生系统性误差 这个误差在仪器对视距测量将产生系统性误差 这个误差在仪器对视距测量将产生系统性误差 这个误差在仪器对视距测量将产生系统性误差 这个误差在仪器 常数检测时将反应在乘常数常数检测时将反应在乘常数常数检测时将反应在乘常数常数检测时将反应在乘常数K K上 上 上 上 若视距尺分划误差是偶然误差 它对视距测量影若视距尺分划误差是偶然误差 它对视距测量影若视距尺分划误差是偶然误差 它对视距测量影若视距尺分划误差是偶然误差 它对视距测量影 响也是偶然性的 响也是偶然性的 响也是偶然性的 响也是偶然性的 视距尺分划误差一般为视距尺分划误差一般为视距尺分划误差一般为视距尺分划误差一般为 0 5mm0 5mm 引起的距离误 引起的距离误 引起的距离误 引起的距离误 差为差为差为差为 mKmd071 0 5 02 40 5 2 5 5 2 5 视距测量误差视距测量误差视距测量误差视距测量误差 乘常数乘常数乘常数乘常数K K值的误差值的误差值的误差值的误差 一般视距常乘数一般视距常乘数一般视距常乘数一般视距常乘数K 100K 100 由于视距间隔有误 由于视距间隔有误 由于视距间隔有误 由于视距间隔有误 差 视距尺有系统误差 仪器检定有误差 视距尺有系统误差 仪器检定有误差 视距尺有系统误差 仪器检定有误差 视距尺有系统误差 仪器检定有误 差 都会使差 都会使差 都会使差 都会使K K值不为值不为值不为值不为100100 K K值应在值应在值应在值应在100100 0 10 1之内 否则应该改正 之内 否则应该改正 之内 否则应该改正 之内 否则应该改正 41 5 2 5 5 2 5 视距测量误差视距测量误差视距测量误差视距测量误差 视距丝读数误差视距丝读数误差视距丝读数误差视距丝读数误差 视距丝读数误差是影响视距测量精度的重要因视距丝读数误差是影响视距测量精度的重要因视距丝读数误差是影响视距测量精度的重要因视距丝读数误差是影响视距测量精度的重要因 素素素素 它与视距远近成正比 距离越远误差越大 所以它与视距远近成正比 距离越远误差越大 所以它与视距远近成正比 距离越远误差越大 所以它与视距远近成正比 距离越远误差越大 所以 视距测量中要根据测图对测量精度的要求限制最视距测量中要根据测图对测量精度的要求限制最视距测量中要根据测图对测量精度的要求限制最视距测量中要根据测图对测量精度的要求限制最 远视距远视距远视距远视距 42 5 2 5 5 2 5 视距测量误差视距测量误差视距测量误差视距测量误差 视距尺倾斜对视距测量的影响视距尺倾斜对视距测量的影响视距尺倾斜对视距测量的影响视距尺倾斜对视距测量的影响 视距公式是在视距尺严格与地面垂直条件下推导视距公式是在视距尺严格与地面垂直条件下推导视距公式是在视距尺严格与地面垂直条件下推导视距公式是在视距尺严格与地面垂直条件下推导 出的 若视距尺倾斜 设其倾角为 出的 若视距尺倾斜 设其倾角为 出的 若视距尺倾斜 设其倾角为 出的 若视距尺倾斜 设其倾角为 现对视 现对视 现对视 现对视 距测量公式距测量公式距测量公式距测量公式 5 5 18 18 进行微分 得视距测量误差 进行微分 得视距测量误差 进行微分 得视距测量误差 进行微分 得视距测量误差 sincos2klD tg kl kl D D 2 cos sincos2 2 一般视距测量精度为一般视距测量精度为一般视距测量精度为一般视距测量精度为1 3001 300 要保证 要保证 要保证 要保证 D DD D 1 3001 300 视距测量时倾角误差应满足 视距测量时倾角误差应满足 视距测量时倾角误差应满足 视距测量时倾角误差应满足 ctg ctg 8 5 600 43 5 2 5 5 2 5 视距测量误差视距测量误差视距测量误差视距测量误差 外界气象条件对视距测量的影响外界气象条件对视距测量的影响外界气象条件对视距测量的影响外界气象条件对视距测量的影响 大气折光的影响 视线要高出地面大气折光的影响 视线要高出地面大气折光的影响 视线要高出地面大气折光的影响 视线要高出地面1m1m以上以上以上以上 大气的影响大气的影响大气的影响大气的影响 44 4 4 4 4光电测距光电测距光电测距光电测距 19481948年瑞典年瑞典AGAAGA厂推出了第一台光波测距仪厂推出了第一台光波测距仪 随着需求的增长和光学 微电子学的发展使电随着需求的增长和光学 微电子学的发展使电 磁波测距的技术迅速发展 进一步推进了测量磁波测距的技术迅速发展 进一步推进了测量 学的发展学的发展 尽管尽管GPSGPS应用很广 短程电磁波测距仪仍然大有用途应用很广 短程电磁波测距仪仍然大有用途 45 电磁波测距仪的分类电磁波测距仪的分类电磁波测距仪的分类电磁波测距仪的分类 按载波分按载波分 微波测距仪微波测距仪 激光测距仪激光测距仪 红外光测距仪红外光测距仪 按测程分 远 15km 程测距仪 中 5 15km 短程 5km 测距仪 按测量精度划分按测量精度划分 级 级 mmD D 5mm 级 级 5mm mmD D 10mm 级 级 mmD D 10mm 46 电子全站仪电子全站仪 棱 镜 全 站 仪 棱 镜 全 站 仪 47 48 下图是南方测绘公司生产的ND3000红外相位式测距仪 它自带望远镜 望远镜的视准轴 发射光轴和接收光轴同轴 有垂直制动螺旋和微动螺旋 可以安装在光学经纬仪上或电子经纬仪上 测距时 测距仪瞄准棱镜测距 经纬仪瞄准棱镜测量竖直角 通过测距仪面板上的键盘 将经纬仪测量出的天顶距输入到测距仪中 可以计算出水平距离和高差 右图为与仪器配套的棱镜对中杆与支架 它用于放样测量非常方便 49 下图是徕卡公司生产的DI1000红外相位式测距仪 它不带望远镜 发射光轴和接收光轴是分立的 仪器通过专用连接装置安装到徕卡公司生产的光学经纬仪或电子经纬仪上 测距时 当经纬仪的望远镜瞄准棱镜下的照准觇牌时 测距仪的发射光轴就瞄准了棱镜 使用仪器的附加键盘将经纬仪测量出的天顶距输入到测距仪中 即可计算出水平距离和高差 50 51 52 2 1 2 电磁波测距分类2 1 2 电磁波测距分类 光波测距仪 AGA 2A光波测距仪 AGA 2A激光测距仪 AGA8激光测距仪 AGA8 微波测距仪 CMW20微波测距仪 CMW20 红外测距仪 DI5红外测距仪 DI5 53 一 电磁波测距原理一 电磁波测距原理一 电磁波测距原理一 电磁波测距原理 设电磁波在测距仪与反光镜 合作目标 之间往返设电磁波在测距仪与反光镜 合作目标 之间往返 的时间为的时间为t t 则测距仪至反光镜的距离则测距仪至反光镜的距离 CtS 2 1 光在真空中的传播速度为C0 299792458米 秒 54 1 脉冲法测距1 脉冲法测距 t n C D g 0 2 1 55 1 脉冲法测距1 脉冲法测距 脉冲法测距原理框图 时标脉冲 电子门 计数显示 触发器 放大器 光脉冲发生器 光电接收器 fcp t2D 56 2 1 3 脉冲法测距应用 激光测卫2 1 3 脉冲法测距应用 激光测卫 激光往返时间t 距离 激光往返时间t 距离D 合作目标 ERS 2卫星合作目标 ERS 2卫星 57 2 1 3 脉冲法测距应用 激光测卫2 1 3 脉冲法测距应用 激光测卫 上海人卫站上海人卫站 58 一 电磁波测距原理一 电磁波测距原理一 电磁波测距原理一 电磁波测距原理 设电磁波在测距仪与反光镜 合作目标 之间往返设电磁波在测距仪与反光镜 合作目标 之间往返 的时间为的时间为t t 则测距仪至反光镜的距离则测距仪至反光镜的距离 CtS 2 1 现代测时的精度可达 10 8秒 但引起的距离误差达 1 5m 光在真空中的传播速度为C0 299792458米 秒 如果要达到 1cm的测距精度 测时的精度需要达到6 7 10 11秒 59 电磁波测距原理电磁波测距原理电磁波测距原理电磁波测距原理 按电磁波理论 按电磁波理论 光是电磁波 其数学表达式为光是电磁波 其数学表达式为 它表达了光波在转播空间任一位置上电磁振动的状它表达了光波在转播空间任一位置上电磁振动的状 态 态 其中 其中 sin 0 tAE fC f C CT T T ff t A 播的距离称为波长 波在一个振动周期内传 变化一次的时间 是周期 即正弦波循环 是频率 的值 是单位时间内相位变化 是初始相位 是相位 是振幅 1 00 60 S 2 2 1 2 1 NNCtS f T C f C CT TNTt 2 2 2 N 61 电磁波测距原理电磁波测距原理电磁波测距原理电磁波测距原理 设光从发射器发出 抵达反光镜后返回仪器的接收设光从发射器发出 抵达反光镜后返回仪器的接收 器 称为信号器 称为信号2 2 而从发射器发出的光分出一路直接 而从发射器发出的光分出一路直接 进入处理装置 称为信号进入处理装置 称为信号1 1 这两个信号之间存在相 这两个信号之间存在相 位差位差 和整周数和整周数NN 是余尺长称为光尺长 而 222 22 NS 利用相位器可测定 但而不能求得 整周数 N 因此只可以求得 余长 而不能求得整 长 62 调制波调制波调制波调制波 短程的电磁波测距仪常用砷化镓短程的电磁波测距仪常用砷化镓GaAsGaAs发出的红外发出的红外 激光波长约激光波长约0 870 87 mm 显然不能用它测距的信号 显然不能用它测距的信号 无线电技术可以对电磁波的振幅 频率 相位加以 调制使其随时间按一定的规律变化 在GaAs激光器 上注入按调制规律变化的电流后可以使激光器按同 样的规律改变发光的强度 调制波的频率远小于红 外激光的频率 还可以用多个频率的调制波加载在 红外激光波上 63 电磁波测距原理电磁波测距原理电磁波测距原理电磁波测距原理 测距仪把一定波长的电磁波从测距仪把一定波长的电磁波从A A点射向点射向B B点 点 经经B B点的反光棱镜反射后由测距仪接收 射出点的反光棱镜反射后由测距仪接收 射出 与接收波之间的相位差与接收波之间的相位差 可用微电子技术自动可用微电子技术自动 测量测量 是电磁波在是电磁波在ABAB点之间往返时间的函数点之间往返时间的函数 表达式表达式 用它可以算得测距仪至反光镜之 用它可以算得测距仪至反光镜之 间斜距长度的间斜距长度的 尾数尾数 用几个不同波长的电磁 用几个不同波长的电磁 波波 调制波调制波 测量同一段距离可以既扩大测程又测量同一段距离可以既扩大测程又 保持精度保持精度 64 测程和精度测程和精度测程和精度测程和精度 测相的精度是有限的 例如可以把测相的精度是有限的 例如可以把 细细 分分10001000倍 则测量的精度为测尺的倍 则测量的精度为测尺的1 10001 1000 设设 这时最小读数为 这时最小读数为cmcm m10 2 电子尺 若要提高读数精度 就应缩短电子尺 但由于凭一 个 无法求得整尺段数N 即不知待测距离的大 数 就是说 用短的电子尺测量精度高但测程小 如果用长的电子尺能扩大测程 但由于细分技术的 限制 不能求得精确的尾数 即测程大但精度低 用两个频率的波 两个不同的电子尺 进行测量 一个用来测量距离的大数 另一个用于精确测量距离 的尾数 就可以既扩大测程又保证精度 如果需要还 可以用更多的频率测量 65 相相相相 位位位位 测测测测 量量量量 要测量测距信号要测量测距信号 U1U1 与参考信号与参考信号 U2U2 之间的相位差之间的相位差 1 1 滤波滤波 取出调制波 频率低 的信号 取出调制波 频率低 的信号 2 2 混频混频 把调制波信号与 把调制波信号与 本振本振 信号混合 经处理后可以得信号混合 经处理后可以得 到频率更低 以便于更精确测量相位差 但相位依旧的差到频率更低 以便于更精确测量相位差 但相位依旧的差 分信号分信号 66 相位测量相位测量相位测量相位测量 3 3 把正弦波处理成方波 把正弦波处理成方波 4 4 把 把U1U1和和U2U2分别接在分别接在门门 电路电路的两个触发器上 的两个触发器上 U2U2负跳变时把与门打负跳变时把与门打 开 开 U