第6章 精密距离测量.ppt

第六章精密距离测量 6 1概述 6 2精密距离测量的等级与精度评定 6 3精密距离测量仪器及方法 6 4精密光电测距方法 6 5实例介绍 精密距离测量应用广泛 例如 为了保证高能粒子在接近光速的飞行中与导流束管壁不发生碰撞 要求两相邻电磁铁的径向相对误差不超过 0 1 0 2 毫米 在直线加速器中 漂移管的横向距离精度要求达到 0 5 0 3 毫米 大型射电天文望远镜的安装 人造卫星和导弹的发射轨道 高速磁浮铁路建设 大型建筑物和设备的形变监测 地壳运动和地震的监测等等 都要求测距精度达到毫米或亚毫米级 6 1概述 精密测距的新仪器和新方法不断涌现 例如 用专制的因瓦杆尺 线尺进行测距和位移测量 精度可达 0 02毫米 高精度的电磁波测距仪 特别是双色激光测距仪 1公里的测距精度可达 0 2毫米 全球定位系统的空间测量技术 测量地面上相互不通视的两点距离的相对精度为百万分之0 5 即测量相距10公里的任意两点之间的距离精度为 5毫米 多普勒频移效应测定位移的双频激光干涉仪的精度可高达 0 5微米 米 成为最精密的长度测量仪和精密测距中最重要的长度基准 6 1概述 6 1概述 1973年瑞士kern公司me3000测距仪 20m 3km 0 2 1ppm1986年瑞士kern公司me5000测距仪 20m 8km 0 2 0 2ppm芬兰 维塞拉光干涉比长仪 6m 400m采用光干涉法进行精密长度测量精度达到 0 03 0 05mm美国hp公司激光干涉仪60m以内精度达到 0 01mm 高精度的精密距离测量和距离变化的测定 主要有以下几种方法 机械的测距方法 线尺和标尺 利用调制光的光电测距技术电子机械测量方法 其中包括伸长计 应变计等干涉测量法gps精密基线测量法 6 1概述 精密距离测量的等级与精度的具体确定 应根据精密工程项目的特点 精度指标 水平控制网的用途 目的等因素 综合分析 对照上表的规定选取 6 2精密距离测量的等级与精度评定 1 单向观测距离的精度评定根据测距误差源的大小估算测距精度 测距中误差经验公式 边长测距中误差的计算方法 式中 a 固定误差 mm b 比例误差系数 mm km m1 加常数测定误差 由检定证书中给出 m2 相位均匀性误差 由检定证书中给出 m3 周期误差测定中误差 由检定部门给出 m4 对中误差 m5 每一距离观测结果的算术平均值的中误差 m6 乘常数测定中误差 由检定部门给出 m7 折射率计算公式误差 一般取值为0 2 10 6 m8 精测频率的漂移和测定相对中误差 m9 气象代表性误差 与大气状况和测线通过的地形 地表覆盖物有关 2 对向观测距离的精度评定一次测量的中误差 利用测回间的差 df为测回平均值的差 对向观测的平均值中误差 相对中误差 边长测距中误差的计算方法 6 3精密距离测量仪器及方法 嵌合尺测距杆尺测距自动测距仪 distinvar 测距 因瓦线尺 24m因瓦线尺测距me500精密测距仪测距精密全站仪双频静态全球定位仪 1 嵌合尺测距 功能 嵌合尺主要用于工艺设备安装的精密定位 精度 可达0 03 0 05mm 嵌合尺双丝的宽度为0 2mm 刻线误差不大于0 002mm 配用的钢丝直径为0 2mm 测量时 由读数显微镜读取偏差值 偏差值小于0 05mm时取中数调整 测量长度 2 杆尺测距 功能 杆尺主要用于精密丈量短小距离 可丈量工程设备上的基准点到控制点之间的线段以及控制网中的短小距离 精度 0 01mm杆尺有以下两种类型 1 两端点设有分划尺 2 一端点设有分划尺 1 两端点设有分划尺 2 读数显微镜 3 杆尺 4 保护筒 5 杆尺的分划尺 2 一端点设有分划尺 杆尺制作 杆尺由膨胀系数极小的因瓦合金或石英玻璃材料 精确加工制成具有一端点分划尺或两端点分划尺的杆尺 分划尺的分划值为1mm 刻线粗度为0 015 0 020mm 任何一根刻划线相对于零分划线的位置误差不得超过0 005mm 端点分划尺的另一端要配强制对中轴柱 中间应有置平用的水准器 测量要求 根据待测的长度 设计制成相应长度的杆尺使待测长度为杆尺的整倍数 对于精密距离测量一级精度要求 用2m以内的杆尺丈量时 不超过三个尺段 用2 4m的杆尺丈量时 不超过二个尺段 利用杆尺丈量时 待测边长应设在同一高程面上 边长应往返丈量 利用杆尺丈量直伸三角形的高时 要配置专用的引张设备 用0 2mm直径的钢丝 标定三角形长边的方向 观测边长在30 50m内时 气流对钢丝的侧面速度不应超过0 1m s 边长在30m内不超过0 2m s 杆尺在丈量前 后必须进行尺长检定 尺长检定中误差不得超过0 010mm 测前 测后标定值之差不应超过0 020mm 丈量距离的计算公式 一端点设有分划尺的杆尺 式中 s h 每尺段距离 a1 b1 前标志上显微镜分别在标志十字丝交点上和在分划尺上的相应读数 a2 b2 后标志上读数显微镜分别在标志十字丝交点上和在分划尺上相应读数 sk 杆尺分划间的检定长度 t 杆尺温度改正数 两端点设有分划尺的杆尺 杆尺量距的技术要求 一测回读数间互差超限时 重测二次读数 舍去最大和最小值后 若仍超限 应重新观测该测回 测回间互差超限时 重新观测二测回 往返测边长互差超限 应分析原因后重新观测 精度评定 利用测回间的差按下式计算测距中误差 式中 d 测回平均值的差 mm n d的个数 3 自动测距仪 distinvar 测距 功能 自动测距仪可用来精密丈量0 4 50m的边长距离 精度 读数内符合精度0 01mm 测量中误差 0 05mm 自动测距仪结构组成和测距原理 自动测距仪由三部分组成 带有插入式配件的1 65mm因瓦线尺 固定的基准点和测量仪器 因瓦线尺 式中 x 仪器探头读数值 lo 因瓦线尺的检定长度 t 作业时温度 to 检定时温度 自动测距仪观测长度的计算公式 自动测距仪精密丈量的作业要求 自动测距仪精密丈量 观测四测回 往返各二测回 返测时仪器设备互换位置 一测回读数四次 作业时温度要求在以t0 50c内 t0为检定时温度 作业前 后对所用的因瓦线尺应作长度检定 检定误差不应超过0 5s m s为因瓦线尺的长度 以m为单位 前后两次检定之差不应超过1s m 自动测距仪精密丈量的技术规定 4 distometer测距仪 功能 机械式测距仪 可用来精密丈量50m以内的边长距离 精度 小于20m测距时 精度 0 02mm 大于20m测距时 精度10 6 5 24m因瓦线尺测距 因瓦线尺为一等基线尺 标准长度24m 刻划线粗为15 20 m 长距离可由多根组合量具 要求任何一根刻划线相对于零分划线的位置误差不得超过5 m 温度变化1 时 线尺每1m的伸缩不超过0 5 m 距离丈量时 由不同温度系数的二条一等基线尺 分别往返丈量 轴杆架之间高差用ds1型水准仪的及有正副尺的1m轻便水准尺进行往返测定 端点之间的距离最好为24m的倍数 不得已才使用补尺 24m因瓦线尺丈量距离的计算公式 24m因瓦线尺精密丈量的技术规定 精度评定方法 可按下面的公式计算测距中误差式中 d 两根尺往返丈量中数的差数 n 差数个数 精密光电测距仪测距 精密光电测距仪器有 kernme3000激光测距仪0 2mm 1 0ppmkernme5000激光测距仪0 2mm 0 2ppmleicadi1000红外光测距仪1 0mm 1 0ppmleicatc2003精密全站仪1 0mm 1 0ppmleicatca2003精密自动全站仪1 0mm 1 0ppmleicatm30 ts30精密自动全站仪0 6mm 1 0ppmtrimbles6 s8精密自动全站仪1 0mm 1 0ppmsokkianet05精密自动全站仪0 8mm 1 0ppm 精密光电测距仪测距 kernme5000激光测距仪 精密光电测距仪测距 leicatca2003 sokkianet05 光电测距仪厂家均提供测距仪标称精度 在精密距离测量前 应根据提供的每公里测距中误差md 选择测距仪 三级精密距离测量 md 1mm 四级精密距离测量 md 3mm 6 4精密光电测距方法 加常数和乘常数的检验 测前 测后检验 周期误差的检验发射 接收 照准三轴关系的正确性的检验与调整 发光管光相位不均匀的检验 幅相误差的检验 棱镜常数的检验 内部符合精度的检验 精测频率的检验 光电测距仪的检验项目 测距前 应先将仪器 气压表 温度计打开 与外界条件相适应15分钟后再观测 温度计宜采用刻划为0 2 通风干湿温度计 气压表宜选用空盒气压表 在测距始末 分别在测线两端点上测定干温 湿温和气压 温度读至0 1 气压读至0 1hpa 量取仪器高和棱镜高 读至毫米 测距边两端点的高差 用二等水准测量或相当精度的其他方法测定 应在大气稳定和成像清晰的气象条件下进行距离测量 测距时 严禁有另外的反光镜位于测线或测线延长线上 步话机暂时停止通话 晴天作业时 应给测距仪 棱镜打伞 一 二级精密距离时应进行 边频 同测 频率计精度应不低于1hz 光电测距仪的作业要求 通风干湿温度计 空盒气压表 光电测距仪精密距离测量的技术要求 光电测距仪精密距离测量采用往返 或二光段 观测 往返 或每光段 各观测二测回 一测回照准目标一次 读数四次 测回间应重新照准目标 当一测回中读数互差超限时 整测回重测 测回间互差超限时 重新观测二测回 往返测或光段间互差超限时 重测单方向的距离 重测超限时 应重新观测往返两个方向的距离 光电测距仪观测的各项限差 按往返观测之差进行测距边的精度评定 单位权中误差式中 d 各边往返测距离之差 n 测距边数 p 各边距离测量的先验权 令 测距的先验中误差 任一边的实际测距中误差pi 第i边距离测量先验权 如网中的边长相差不大 可用平均测距中误差 测距精度评定 仪器常数改正加常数改正 dc c乘常数改正 dk k s s为观测距离m c k为仪器检测结果 送检提供 气象改正式中 no 仪器气象参考点上的折射率 由仪器设计给出 ng 作业气象条件下 干温t1 湿温t2 气压p 实际的群折射率 按仪器说明书指定的公式计算 通常测距仪说明书中直接给出作业气象条件下的改正公式 dn a t1 t2 p s注意 精密全站仪有 项改正设置 测量时应注意off on 光电测距边长的计算方法 周期误差改正 da asin 0 2s 360 式中 a 周期误差的振幅 m 由检定给出 0 周期误差的初相角 度 由检定给出 测距仪精测调制波长 m 频率改正 df f0 f测 f测 s式中 f0 测距仪的标称 或显示 测距频率 hz f测 频率计测定的测距频率 hz 光电测距边长的计算方法 光电测距边长的计算方法 改正后的边长 d s dk dc da df dn边长改正完成后再进行 倾斜改正 采用二等水准测量或精密三角高程 投影改正 距离投影改正 将距离投影到大地水准面或施工区平均高程面水平距离向椭球面的化算d d 1 hm r 1hm 两中心高程均值椭球面距离向高斯平面的化算 d ym2 2r2 d ym 两端点高斯横坐标自然值的均值d d d注意 精密全站仪有投影改正设置 测量时应注意off on 仪器常数 k c 测定误差气象参数测定误差对中误差照准误差调制频率误差周期误差测相误差光速误差 光电测距的误差来源 光电测距的几个概念 仪器标称精度 a b d 10 6 mm或 amm bppm 仪器固定误差a仪器比例误差b仪器加常数c仪器乘常数k仪器加常数误差mc仪器乘常数误差mk 6 5实例介绍 精密距离测量琅琊山抽水蓄能电站大坝变形监测监测网 网形结构 9个点 边角全测网 网的精度 二等专用平面控制网 测距精度 三级精密距离测量 md 1mm观测要求 首次进行2次重复测量 观测仪器 瑞士leicatca2003智能型全站仪 标称精度 测边为1mm 1ppm 测角为0 5 测量模式 采用全站仪atr 自动目标识别及定位 功能和开发的自动测量系统 由仪器自动观测 自动限差检验 记录方式 仪器自动记录 储存在随机的pcmcia卡中 1 概况 6 5实例介绍 精密距离测量琅琊山抽水蓄能电站大坝变形监测监测网 观测方法 全网共25条边 均对向观测 每条边单向观测4测回 每测回读取4组数据 测站限差设置 一测回4次读数间较差 2mm 4测回中数较差 2 5mm 往返测较差环境量测量 同时进行 测站 干温 湿温 气压 仪器高镜站 干温 湿温 气压 棱镜高观测注意事项 选择呈像清晰的天气观测 2 边长外业观测 下载pcmcia中的观测资料至计算机中 然后保存原始电子记录手簿 另将数据格式的边长观测结果转换成文本格式原始观测手簿 ls1 16 4 0 235distancestart2004 11 4 15 0 49 tca20031 le5 1014 7410 0 2332 le5 1014 7411 0 00003 le5 1014 7410 0 00004 le5 1014 7413 0 00005 le5 1014 7411 0 00006 le5 1014 7411 0 00007 le5 1014 7412 0 00008 le5 1014 7410 0 00009 le5 1014 7412 0 000010 le5 1014 7411 0 000011 le5 1014 7411 0 000012 le5 1014 7412 0 000013 le5 1014 7410 0 000014 le5 1014 7410 0 000015 le5 1014 7409 0 000016 le5 1014 7411 0 0000distanceend2004 11 4 15 2 44 tca2003distancestart2004 11 4 15 2 44 tca20031 le3 597 6285 0 23952 le3 597 6285 0 00003 le3 597 6284 0 00004 le3 597 6284 0 00005 le3 597 6284 0 00006 le3 597 6284 0 00007 le3 597 6284 0 00008 le3 597 6284 0 00009 le3 597 6284 0 000010 le3 597 6284 0 000011 le3 597 6285 0 0000 光电测距记录计算表仪器型号 tca2003加常数 1 03mm乘常数 2 16mm km边号 le1 le2开始时间 11月5日9时15分天气 晴成象 清晰 测站 镜站 干温 湿温 气压 仪高 镜高 高程 le1 19 2 15 8 998 7 0 2340 196 5890 le2 17 4 13 6 998 4 0 2350 201 0760 中数 18 30 14 70 998 55 天顶距 未测 观测读数 1 2 3 4 测回中数 869 2590 869 2588 869 2590 869 2590 869 25895 测 869 2591 869 2589 869 2590 869 2590 869 259