测量第4章教案

2020 4 25 1 南方测距仪系列 ND1000 ND3000 第三节电磁波测距 2020 4 25 2 2020 4 25 3 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 2020 4 25 4 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 一 电磁波测距技术概述 2020 4 25 5 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 用5mw氦氖气体激光器白天测40km 夜间可测60km精度 5mm 1ppm 2020 4 25 6 T2 DI101968年 Wild推出的第一台测距仪 Wild生产的微波测距仪 2020 4 25 7 激光测距仪优点 发散角小 大气穿透力强 传输距离远 不受太阳光干扰 可全天候作业 红外测距仪优点 体积小 重量轻 功耗小 测距快 自动化程度高等 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 微波和激光测距仪多属于远程测距 测程可达60km 一般用于大地测量 红外测距仪属于中 短程测距仪 测程为15km以下 一般用于小地区控制测量 地形测量 地籍测量和工程测量等 2020 4 25 8 根据测定时间方式的不同 光电测距又分为 a 脉冲式测距仪 精度稍低 多用于远程测量 b 相位式测距仪 精度高些 工程上使用较多 电磁波测距仪 根据测定距离 远程 30km以上 中程 5 30km 短程 小于5km 根据载波数 单载波 双载波 三载波 可见光 红外光 微波 根据反射目标 漫反射目标 无合作目标 合作目标 反射镜 有源反射器 载波应答机 根据精度指标 I级 md 5mmII级 5mm md 10mm 电磁波测距仪按其所采用的载波可分为 微波测距仪 精度不够稳定 使用较少 光电测距仪a 激光测距仪b 红外测距仪 2020 4 25 9 测距仪的精度 式中 mD 测距中误差 单位为mm A 固定误差 单位为mm B 比例误差系数 以mm km为单位 D 测距边长度 以km为单位 当D 1km时 为一公里的测距中误差 仪器说明书中精度表示 3mm 1ppm D 其中1ppm 1mm 1km 1 10 6 2020 4 25 10 二 光电测距仪的基本原理 光电测距仪是通过测量光波在测线上往返传播所需的时间t 依下式来计算待测距离 D 1 2ct其中c c0 nc0为光在真空中的传播速度 3 0 105km sn为大气折射率n f t p 光波长t 大气温度p 气压 2020 4 25 11 三 测距方法 光电测距仪按照测定时间方式的不同 可分为 脉冲式 直接测定时间 相位式 间接测定时间 2020 4 25 12 1 脉冲式 脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成一定频率的尖脉冲 通过测量发射的尖脉冲在待测距离上往返传播的时间来计算距离 脉冲测距原理 脉冲测距原理 T 时标脉冲的时间间隔l 在时间间隔T内光脉冲往返所走的一个单位距离 2020 4 25 13 BUSHNELLPinSeeker1500发射出的激光为不可见且对人眼安全的红外脉冲 测距范围可达5 1373米 操作者对通过望远镜观察筒瞄准的目标进行连续测量 距离值则在LCD显示屏上进行连续的变化 LaserAce300手持式激光测距仪 2020 4 25 14 2 相位式 相位式光电测距仪是将发射光强调制成正弦波的形式 通过测量正弦光波在待测距离上往 返传播的相位移来解算时间 徕卡CRF1200 2020 4 25 15 相位式测距仪的基本工作原理图 1 由发射系统发射一个调制光波 同时至检相器 2 调制光波在待测距离上传播 反射镜反射后 经接收系统进入检相器 3 检相器将发射信号与接收信号进行相位比较 测出相位差 4 每改变频率f后的调制光波 测出一个 组合后经微处理器计算显示结果 相位式测距原理 2020 4 25 16 相位式红外测距仪 2020 4 25 17 南方测绘公司生产的ND3000相位式红外测距仪 2020 4 25 18 2020 4 25 19 由于光在玻璃中的折射率为1 5 1 6 而光在空气中的折射率近似等于1 也就是说光在玻璃中的传播要比空气中慢 因此光在棱镜中传播所用的超量时间会使所测距离增大某一数值 称为棱镜常数 四 全反射棱镜 2020 4 25 20 五 光电测距仪的使用 1 经纬仪和反射器的安置 2 测距仪的安置 安装电池 把测距仪装载在经纬仪的支柱上 瞄准反射器 经纬仪瞄准觇牌中心的视线与测距仪瞄准反射棱镜中心的视线保持平行 2020 4 25 21 调整经纬仪望远镜 使十字丝对准反射棱镜的觇牌中心 调整测距仪望远镜 使十字丝对准反射棱镜中心 经纬仪瞄准觇牌中心 测距仪瞄准反射器 3 开机检查 4 测距 正常测距 跟踪测距 连续测距 平均测距 5 测量气象元素 6 关机收测 2020 4 25 22 1 加常数改正 六 测距成果的整理 主要内容有 仪器系统误差改正 气象改正 归算改正 1 仪器系统误差改正 K D D0 d 单位 mm 原因 发光管的发射面 接收管接收面与仪器安置中心不一致辞 反光镜的等效反射面与反光镜安置中心不一致 2020 4 25 23 2 乘常数改正 指按一定的距离重复出现的误差 与距离有关但不成比例 设计和调试时可严格控制 3 周期误差改正 一般来说 如果一台测距仪的性能稳定合格 其仪器误差改正数都很小 可以忽略不计 原因 振荡器频率变化 发光管相位不均匀 2020 4 25 24 气象改正 DCH2型测距仪的气象改正公式为 式中 Dtp 气象改正值 单位为mm P 测站气压 单位为mb 毫巴 1mb 100Pa t 测站温度 单位为 C D 观测斜距 单位为km DI1000型测距仪的气象改正公式为 2020 4 25 25 3 倾斜改正 若已知两点高差 则 经过常数改正和气象改正后的倾斜距离 h为测距仪与反射棱镜中心之间的高差 则水平距离为 若已知测线竖直角 则水平距离为 2020 4 25 26 归算至大地水准面的改正 H1为测站高程 H 为反射棱镜站高程 或 H 为反射棱镜站高程 l为反射棱镜中心至地面的高度 2020 4 25 27 六 测距仪的主要误差 测距误差分两部分 一是与距离无关的误差 即测相误差 加常数误差 对中误差 式中 A 固定误差 单位为mm B 比例误差系数 以mm km为单位 D 测距边长度 以km为单位 如 5mm 5ppm D 当距离D为0 6km时 测距精度是mD 8mm 二是与距离D成比例的误差 即光速值误差 大气折射率误差和测距频率误差 所以测距仪的精度表达式由固定误差和比例误差组成 2020 4 25 28 七 光电测距的注意事项 1 防止日晒雨淋