07测量学04[共49页]

1、第四章 距离测量,41 钢尺量距 42 视距测量 43 光电测距 44 全站仪,第四章 距 离 测 量,距离测量是测量的三项基本工作之一： 测定地面上两点间的水平距离。 距离测量的主要方法有： 钢尺量距 利用钢卷尺量距 视距测量 利用测量仪器的视距丝测距 电磁波测距 测距仪测距（如光电测距） 全站仪 GPS测量： GPS接收机,第四章 距 离 测 量,重点 钢尺量距的一般方法； 钢尺精密量距方法,钢尺尺长与距离改正计算;,难点 尺长方程 视距测量公式的推导,视距测量测量原理,41 钢尺量距,一、量距工具 二、尺长方程式 三、钢尺量距方法 1、直线定线 （1）目测定线 （2）经纬仪定线 2、钢尺

2、普通量距 （1）平坦地面的测量 （2）倾斜地面的测量 （3）高低不平地面测量 3、钢尺精密量距,四、钢尺量距的主要误差来源 五、钢尺的维护,41 钢尺量距,一、量距工具 钢尺是钢尺量距的主要工具，尺的宽度约1015mm，厚度约04mm。长度有20m、30m、50m等多种，常使用的有30m尺和50m尺等。平时卷在盒内或带手柄的金属尺架上，故又称钢卷尺。分划以mm为最小单位。,钢尺的分划及零点 端点尺与刻线尺,0刻线尺,钢尺量距的辅助工具,钢尺量距的辅助工具有：标杆、测钎、垂球、圆水准器等。精密测量需弹簧秤和温度计。,弹簧秤,二、尺长方程式,实际长度与钢尺名义长度不符： 制造误差、变形、温度、压力

3、等影响,钢尺在温度t时的实际长度,钢尺名义长度,尺长改正数,钢尺的线膨胀系数其值一般约为11.6x10-6 12.5x10-6/,钢尺检定的标准温度,钢尺实测时的温度,问题：当名义长度实际长度和名义长度实际长度分别会出现什么情况？,三、钢尺量距(steel tape measuring)方法,地面上两点之间的距离较远时，一个尺段不能量完，需要在直线方向上标定若干点，使它们在同一直线上，这项工作称直线定线。,1、直线定线：,方法： 目测定线、经纬仪定线,l,过高地定线,目测定线,（1）目测定线 当2点之间的距离大于尺长或地形起伏大时，需要进行直线定线，目测定线用于普通量距,（2）经纬仪定线：用于

4、精密量距 （A、B两点在一条直线，确定C点，使A、B、C三点一线）,思考：可否利用水准仪定线？,瞄准B点，水平制动,指挥持杆人左右移动标杆,2、钢尺普通量距,（1）平坦地面的测量（水平距离） 相对精度：（往测返测）/距离均值， 不大于1/3000,SAB=n+l ，为整尺段长，l为余长,（2）倾斜地面的测量（倾斜距离）,地面起伏情况,坡度均匀情况,将钢尺抬平,n+l,l,L,D,h,往返测量的精度,用垂球将尺的末端投影到地面，插上测钎,一般不大于1/3000 困难区不大于1/1000,（3）高低不平地面测量,注意：前后尺手同时抬高并拉紧尺子，使成悬空并保持大致水平。,D=di,尺长改正,温度改

5、正,倾斜改正,3、钢尺精密量距相对精度可达：1/100001/40000,精密量距时采取的措施： 1.用检定过的钢尺； 2.经纬仪定线； 3.钉尺段桩，逐段量测(3次/段）； 4.施加固定拉力(弹簧秤）； 5.测定温度（温度计估读到0.5 ）； 6.水准仪测定尺段高差（桩顶）； 7.对量距结果施加三项改正数：,距离全长计算 由各尺段水平距离，分别计算往测和返测距离的全长。 相对误差计算,由,若相对误差在规定范围，取往返平均值作为观测结果。,例题4-1 p67,l=18.8995m, t=27.5 , h=-0.0025, l0=30m, t0=20 l=0.0025m。 分别计算ld, lt,

6、 lh, DAB,作业：p784-2、4-3,四、钢尺量距的主要误差来源,钢尺本身误差（尺长改正误差）,钢尺垂曲误差 风力影响,外界条件影响,操作误差,拉力误差 温度误差 定线误差 倾斜改正误差 对中读数误差,五、钢尺的维护,钢尺易生锈，工作结束后，用软布擦去尺上的泥和水，涂上机油，以防生锈； 钢尺易折断，钢尺出现卷曲，不可用力硬拉； 在车辆多的地区，严防尺被车辆压过而折断； 不准将尺子沿地面拖拉，以免磨损尺面刻划； 收卷钢尺，顺时针方向转动钢尺摇柄，不可逆转，以免折断钢尺。,42 视距测量,一、视距测量的基本原理 1. 视准轴水平时的视距公式 2. 视准轴倾斜时的视距公式 二、视距测量方法

7、1. 观测方法 2. 计算方法 三、视距测量的主要误差来源,仪器：经纬仪和水准尺,42 视距测量,一、视距测量的基本原理 利用视距丝和视距尺（水准尺）测定水平距离和高差，精度约为1/2001/300。不受地形限制，便捷，用于碎步测量。 视距丝：经纬仪或者水准仪的十字丝平面内，与横丝平行且上下等间距的两根短丝.,f,D,l,仪器设计时使,a,l1,l2,v2,v1,D1,D2,i,标尺越远，视距间隔 l 就越大,h = i - v,1. 视准轴水平时的视距公式,测站至立尺点的高差：,仪器高,中丝读数,视距间隔,h1,h2,2. 视准轴倾斜时的视距公式,i,l,l,视距间隔,水准尺与视线垂直时的视

8、距间隔,由 l=lcos 得 D=Lcos=klcos=klcos2 由 h + v =h + i 得 h=h+iv =Dtan+i-v = (1/2)klsin(2)+i-v,中丝读数v,L =k l,v,h,h=Dtan,l,二、视距测量方法,1. 观测方法 1)在测站上安置经纬仪，量取仪器高 i，单位取厘米。 2)在测点上立尺（水准尺）。 3)用望远镜照准标尺读上、中、下丝读数，应估读至毫米，用上下丝读数计算视距间隔 l，中丝读数 v,也可直接读取视距间隔。 4) 中丝位置不变，使竖盘指标水准管气泡居中（若竖盘指标自动补偿，无需此操作），读竖盘读数一并记录，计算竖直角 。 2. 计算方法

9、 水平距离：D=Lcos=klcos=klcos2 高差：h=h+iv =Dtan+i-v = (1/2)klsin(2)+i-v,三、视距测量的主要误差来源,仪器误差 视距尺分划误差 视距乘常数 k 的误差 观测误差 视距尺倾斜误差 读数误差 竖直角观测误差 外界条件的影响 大气折光 空气对流 风力影响,43 光电测距,一、光电测距概述 二、光电测距的基本原理 三、光电测距仪及其使用,43 光电测距,一、光电测距概述： 用电磁波作为载波传输测距信号以测量两点间距离的一种方法。 优点：扩大测程，提高精度，作业速度快，几乎不受地形条件限制。 分类： 1）按照测程分：短程（测程在3km以内）； 中

10、程（测程3-15km）； 远程（测程15-100km）。,2）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）； 脉冲相位式（上述两种的结合）。,3）按载波分,微波测距仪 激光测距仪 红外光测距仪,4）按精度分为 1（5mm)、2(5-10mm)、3(11-20mm)级,A,B,反射棱镜,测距仪,电磁波传播速度为光速C，测定它在两点间的传播时间t，以计算距离。,二、光电测距的基本原理：,要使D1cm，就要求t 6.7x10-11s，因受电子计时器分辨率限制，精度低，常用于远程测距。,1、脉冲式测距仪：直接测定光脉冲往返时间间隔获得距离,方法,直接：脉冲式测距仪 间接：相位式测

11、距仪,激光器,调制器,发射正弦波或余弦波,2、相位式测距仪,间接测定测距仪发出的一种连续的调制光波在测线上往返传播所产生的相位变化来计算距离。,鉴相器,距离显示,电磁波反射、接收,=ft,n: 整周期数； 不足一个周期的小数,距离计算：,t1f =ct=c/f,光速: c=f=/t,=ft,三、光电测距仪及其使用（常用短程红外光电测距仪）,包括主机、电池和反射镜，与光学经纬仪或电子经纬仪一起使用。,液晶显示,望远镜,操作键,装电池,：,反射棱镜,单棱镜,三棱镜,注意： 距离近时用单棱镜；当距离远时，为保证接收信号的强度，采用多棱镜。,觇(chan)牌,将主机发射的调制光信号经反射镜反射又回到主

12、机接收。,测距方法：,距离测量步骤如下： 1）仪器安置：在测站点安置经纬仪，方法同角度测量，但应比测角时仪器安置高度略低。包括经纬仪对中整平和棱镜对中整平； 2）测前准备：打开电源进行仪器功能及电源状态测试；设置单位制式，预置常数，包括：仪器加常数、气象改正数等。 3）照准反射棱镜，调节经纬仪的水平和竖直微动螺旋使回光信号最大。 4）根据测量精度要求测量距离若干测回，同时观测垂直角，量仪器高，镜高并记录有关气象数据，备成果整理之用。,注意：,精密仪器，防震、防尘、防潮。 不许将照准头正对太阳； 测距仪不要在高压线附近设站，以免受强电磁场干扰。,成果计算,1、气象改正：距离值由波长推算， 随大气

13、折射率的变化而变化，而大气折射率又随气象条件（气压、温度）的不同改变，从而导致波长改变。 2、加常数和乘常数改正：加常数以mm为单位，而乘常数以10-6表示。 精度：abppm 3、倾斜改正：将斜距归算为水平距离。,44 全站仪,一、全站仪概述 二、全站仪结构 1同轴望远镜 2双轴自动补偿 3键盘 4存储器 5通讯接口 三、全站仪的使用,44 全站仪,棱 镜,全 站 仪,一、全站仪概述,全站仪是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。 全站仪的发展经历了从积

14、木式（组合式）即光电测距仪与光学经纬仪组合（二者可分可合），到整体式即将光电测距仪和经纬仪组合为同轴的整体式全站仪（二者不能分离）。,电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等组成。 同电子经纬仪、光学经纬仪相比，全站仪增加了许多特殊部件，因此而使得全站仪具有比其它测角、测距仪器更多的功能，使用也更方便。这些特殊部件构成了全站仪在结构方面独树一帜的特点。,1同轴望远镜,全站仪的望远镜实现了视准轴、测距光波的发射、接收光轴同轴化。同轴性使得望远镜一次瞄准即可实现同时测定水平角、垂直角和斜距等全部基本测量要素的测定功能。加之全站仪强大、便捷的数据处理功能，使

15、全站仪使用极其方便。,二、全站仪结构,2双轴自动补偿,作业时若全站仪纵轴倾斜，会引起角度观测的误差，盘左、盘右观测值取中不能使之抵消。而全站仪特有的双轴（或单轴）倾斜自动补偿系统，可对纵轴的倾斜进行监测，并在度盘读数中对因纵轴倾斜造成的测角误差自动加以改正(某些全站仪纵轴最大倾斜可允许至6）。，也可通过将由竖轴倾斜引起的角度误差，由微处理器自动按竖轴倾斜改正计算式计算，并加入度盘读数中加以改正，使度盘显示读数为正确值，即所谓纵轴倾斜自动补偿。,3键盘,键盘是全站仪在测量时输入操作指令或数据的硬件，全站型仪器的健盘和显示屏均为双面式，便于正、倒镜作业时操作。,4存储器,全站仪存储器的作用是将实时

16、采集的测量数据存储起来，再根据需要传送到其它设备如计算机等中，供进一步的处理或利用，全站仪的存储器有内存储器和存储卡两种。 全站仪内存储器相当于计算机的内存(RAM)，存储卡是一种外存储媒体，又称PC卡，作用相当于计算机的磁盘。,5通讯接口,全站仪可以通过BS232C通讯接口和通讯电缆将内存中存储的数据输入计算机，或将计算机中的数据和信息经通讯电缆传输给全站仪，实现双向信息传输。,全站仪的使用方法与步骤,1安置电子全站仪固定点上，对中整平，量取仪器高。 2安置测杆反光镜于另一固定点上，经对中整平后，用反光镜觇标上的瞄准器对准测距仪。 3瞄准反光镜。瞄准时将望远镜的十字丝中横丝对准水平觇标，竖丝瞄准竖直觇标。 4距离测量。 （1）设置单位、棱镜、比例改正系数。单位有测量单位米或英尺，角度单位有360或400g ；棱镜类型有圆形或矩形；比例改正系数从0 30，它是与距离成正比的各项改正。 （2）按ON键开机；按TEST键检验电源电压、反回信号强度，显示光强横条越多反回信号越强；按DIST开始测距，发出嘀哒、嘀哒声，约6秒钟后显示水平角、竖直角、水平距