4距离测量ppt课件

1、1土木工程测量土木工程测量4 4 距离测量距离测量24 4 距离测量距离测量3一般介绍在工程测量中使用三种距离：在工程测量中使用三种距离： 斜距（斜距（slope distanceslope distance） 水平距离（水平距离（horizontal distancehorizontal distance） 垂直距离或高差（垂直距离或高差（vertical distance, height difference)vertical distance, height difference)高差hAB平距 D=Lcosa过A点的水平面过B点的水平面垂距v斜距 La4 钢尺量距（钢尺量距（Steel

2、 tapingSteel taping），精度），精度 1/20001/20001/30001/3000，采用精密方法，可，采用精密方法，可达达1/11/1万万 视距法测距（视距法测距（Stadia tacheometryStadia tacheometry），精度），精度 1/2001/2001/3001/300 电磁波测距（电磁波测距（Electromagnetic distance measurement, EDM) Electromagnetic distance measurement, EDM) ，1/21/2万万1/31/3万万 三种距离测量方法三种距离测量方法5距离测量：确定两

3、点间的水平距离。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。方法：钢尺量距，视距测量和电磁波测距。 相对精度：相对精度：1/10001/10001/3000, 1/2001/3000, 1/2001/300, 1/11/300, 1/1万万1/31/3万万钢尺量距的基本步骤：定线、量距、成果计算。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。其它辅助工具：测钎，标杆，垂球。4.1 钢尺量距钢尺量距61 1量距工具量距工具钢尺是用钢制成的带状尺，尺的宽度约钢尺是用钢制成的带状尺，尺的宽度约101015 mm15 mm，厚度约，厚度约0.4mm

4、0.4mm，长度有，长度有20 m20 m、30 m30 m、50 m50 m等几种。等几种。 根据零点位置的不同，钢尺有端点尺和刻划尺两种。根据零点位置的不同，钢尺有端点尺和刻划尺两种。78皮尺皮尺钢尺钢尺9钢尺量距辅助工具（Subsidiary Tools） 花杆（Ranging rod ） 测钎（Marking arrow） 锤球（Plumb bob）10丈量方法（Measurement Methodology）从精度要求来看从精度要求来看 低精度丈量低精度丈量 （无须严格的距离改正）（无须严格的距离改正） 高精度丈量高精度丈量 （基于尺长方程，需要进行尺长、温度、倾斜等多项改（基于尺长

5、方程，需要进行尺长、温度、倾斜等多项改正）正）从距离长短来看从距离长短来看 直接丈量直接丈量 ，被量距离，被量距离 钢尺长度钢尺长度 分段丈量，被量距离分段丈量，被量距离 钢尺长度，需要使用肉眼或经纬仪来定线钢尺长度，需要使用肉眼或经纬仪来定线112 2直线定线直线定线直线定线：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。线定线。12一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：磁波测距）。目视定线

6、方法如下：先在先在A A、B B点上竖立标杆，甲站在点上竖立标杆，甲站在A A点标杆后约一米处，指挥乙左右移动标杆，点标杆后约一米处，指挥乙左右移动标杆，直到甲从在直到甲从在A A点沿标杆的同一侧看到点沿标杆的同一侧看到A A、2 2、B B三支标杆成一条线为止。三支标杆成一条线为止。设设A A、B B两点互相通视，要在两点互相通视，要在A A、B B两点的直线上标出分段点两点的直线上标出分段点1 1、2 2点。点。13两点间定线，一般应由远到近，即先定两点间定线，一般应由远到近，即先定1 1点，再定点，再定2 2点。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，稍定线时，乙所

7、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，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乙应持标杆站立在直线方向的左侧或右侧。 143 3平坦地面的距离丈量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 A、B B竖立标杆，后尺手持钢尺的零端位于竖立标杆，后尺手持钢尺的零端位于A A点，前尺手持钢尺的末端和一组点，前尺手持钢尺的末端和一组测钎沿测钎沿ABAB方向前进，行至一个尺段处停下。方

8、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后尺手用手势指挥前尺手将钢尺拉在ABAB直线上。直线上。15后尺手将钢尺的零点对准后尺手将钢尺的零点对准A A点，当两人同时把钢尺拉紧后，前尺手在钢尺末点，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时，也可以用粉笔在地面上划线做记号) )得到得到1 1点，即量完一个尺段。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，再重复上前、后尺手抬尺前进，

9、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。述操作，量完第二尺段。后尺手拔起地上的测钎，依次前进，直到量完后尺手拔起地上的测钎，依次前进，直到量完ABAB直线的最后一段为止。直线的最后一段为止。16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，则最后手在钢尺上读取余长值，则最后A A、B B两点间的水平距离为：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。返测时是从为了提高量距精度，一般采用往返测量。返测时是从B B量至量至A A，要重新定线。，要重新定线

10、。取往返距离的平均值为丈量结果。取往返距离的平均值为丈量结果。lnlD174. 4. 钢尺量距的计算钢尺量距的计算 水平距离等于测定的距离加上各项改正。水平距离等于测定的距离加上各项改正。htdlllld185.5.例题：某尺段实测距离是例题：某尺段实测距离是29.902m29.902m，钢尺的检定长度，钢尺的检定长度30.005m30.005m，检定温度，检定温度2020，丈量时温度丈量时温度12.312.3，所测高差为，所测高差为0.252m0.252m，求水平距离，求水平距离解：解：1 1）尺长改正：）尺长改正： 2 2）温度改正：）温度改正： 3 3）倾斜改正：）倾斜改正：005. 0

11、902.2930005. 0dl003.0902.29)203 .12(0000125.0tl001. 0902.292252. 02hl903.29001. 0003. 0005. 0902.29d4）水平距离：）水平距离：196 6 钢尺量距精度钢尺量距精度 相对误差相对误差 K=(DK=(D往往D D返返) )D D平平=1=1M M K K限限=1 =1 20002000207. 7. 钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析 尺长误差尺长误差 温度误差温度误差 钢尺倾斜和垂曲误差钢尺倾斜和垂曲误差 定线误差定线误差 拉力误差拉力误差 丈量误差丈量误差AB218. 8. 钢尺的维护钢尺的维

12、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。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。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在行

13、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。而折断。 不准将钢尺沿地面拖拉，以免磨损尺面分划。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。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。 224.2 4.2 视距测量视距测量 D Dkl 经纬仪视距测量平距公式经纬仪视距测量平距公式k100100l为上下丝间隔为上下丝间隔 其中其中是竖直角是竖直角 2coslkD视距丝视距丝232 2 视距测量误差主要来源视距测量误差主要来源视距读数误差视距读数误差竖直角测量误差竖直角测量误差标尺倾斜误

14、差标尺倾斜误差大气垂直折光的影响大气垂直折光的影响244.34.3 电磁波测距电磁波测距电磁波测距是用电磁波电磁波测距是用电磁波( (光波或微波光波或微波) )作为载波，传输测距信号，以测作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法。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。形限制等优点。251.1.电磁波测距技术发展简介电磁波测距技术发展简介2619481948年，瑞典年，瑞典AGA(AGA(阿嘎阿嘎) )公司公司( (现更名为现更名为Geotronics(Geotron

15、ics(捷创力捷创力) )公司公司) )研制成功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。号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。19601960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦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，氖激光器，19621962年砷化镓半导体激光器研制成功。

16、与白炽灯比较，激光器的优点是发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。以全天侯作业。2719671967年年AGAAGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8AGA-8。该仪器采。该仪器采用用5mw5mw的氦的氦- -氖激光器作发光元件，白天测程为氖激光器作发光元件，白天测程为40km40km，夜间测程达，夜间测程达60km60km，测，测距精度距精度(5mm+1ppm)(5mm+1

17、ppm)，主机重量，主机重量23kg23kg。我国的武汉地震大队也于我国的武汉地震大队也于19691969年研制成功了年研制成功了JCY-1JCY-1型激光测距仪，型激光测距仪，19741974年又年又研制并生产了研制并生产了JCY-2JCY-2型激光测距仪。该仪器采用型激光测距仪。该仪器采用2.5mw2.5mw的氦的氦- -氖激光器作发光氖激光器作发光元件，白天测程为元件，白天测程为20km20km，测距精度，测距精度(5mm+1ppm)(5mm+1ppm)，主机重量，主机重量16.3kg16.3kg。28随着半导体技术的发展，从随着半导体技术的发展，从6060年代末年代末7070年代初起，

18、采用砷化镓发光二极管年代初起，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15km15km。现在。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

19、蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向仪，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。飞速发展。激光测距仪和红外测距仪统称为光电测距仪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）。电磁波测距仪）。29反光镜Reflecting Prism (Reflector)ABDistance ?30RotatableTribrach-mountedPole-mounted311.1 测距仪分类按测距方式分按测距方式分脉冲式，以激光作光源脉冲式，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（相位式，以红外光作光源，近来还出现了以微波（MicrowaveMicr

20、owave）作能）作能源的微波测距仪源的微波测距仪脉冲脉冲相位式相位式按最大测程分按最大测程分短程：短程：3km3km以来；以来； 中程：中程：315km315km远程：远程：15100km15100km； 超远程：超远程：100km100km按构造分按构造分组合式（测距仪组合式（测距仪+ +经纬仪）；经纬仪）；整体式（全站仪）整体式（全站仪）321.2 组合式：测距头+经纬仪Liquid Crystal Display (LCD)Function KeysJoints used to mount on a theodolite33原理是原理是 脉冲法测距脉冲法测距 这种方法的测距精度取决于时

21、间的量测精度。对电子元件性能要求比较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。高，难以达到。相位法测距：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。测定距离。ctD21tncDg2022220NNfncDg2 2.光电测距仪的基本原理光电测距仪的基本原理342.1 相位式测距原理电磁波基本知识回顾电磁波基本知识回顾)( 2相位传播方向xyfc光速，约为3108m/s波长（m）频率（周/秒，Hz）35基于时间测距的弱点基于时间测距的弱点通过测量光波往返传播时间

22、，距离可如下确定通过测量光波往返传播时间，距离可如下确定 ctD21D=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)D=ct/236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)37如：砷化镓二极管产生近红外光，易于调制如：砷化镓二极管产生近红外光，易于调制DC sourcemm38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，距离可被确定通过测量光波发射时与返回时

23、的相位差或者说相位延迟，距离可被确定2nnD42 2 nDn测尺长度测距波波长不足整周期的小数个数波长整周/2)期(nn39 : 可测相位延迟 (小于2的相位)n: 整波长个数 (未知整数，ambiguous integer)n测距仪反光镜nRDS40如何确定整波长个数？此问题也被称为整周模糊度（此问题也被称为整周模糊度（AmbiguityAmbiguity）确定问题）确定问题相位式测距仪靠发射多种频率（相位式测距仪靠发射多种频率（Multi-frequencyMulti-frequency）的测距波来解决模糊度问题）的测距波来解决模糊度问题 高频测距波高频测距波负责测定微小距离，精测尺负责测

24、定微小距离，精测尺 低频测距波低频测距波负责测定较大距离，粗测尺负责测定较大距离，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的例子41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）42多频率测距举例一段距离使用了两种频率来测定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：如果各频率上所得到的可测相位延迟分别为： n1=0.698=0.698（周）（周） n2=0.387=0.387（周

25、）（周）问题：问题：43求解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=387mf1= 15 MHz, 1/2=10 m, n1未知因为n1=0.698，则精测距离=0.69810=6.98mD44测距头外观45经纬仪经纬仪+光电测距仪光电测距仪电子电子经纬经纬仪仪+ +光电光电测距测距仪仪46总结：三种测距方法的比较总结：三种测距方法的比较卷尺丈量卷尺丈量劳动强度大，工作效率低，受地形影响大，精度为劳动强度大，工作效率低，受地形影响大，精度为1/10001/4000视距测量视距测量观测速度快，操作方便，不

26、受地形限制，精度为观测速度快，操作方便，不受地形限制，精度为1/2001/300，测程小。广泛应用在地形测量中。，测程小。广泛应用在地形测量中。光电测距光电测距观测速度快，测程大，不受地形影响，精度极高。观测速度快，测程大，不受地形影响，精度极高。483. 3. 全站仪简介全站仪简介 1 1）全站仪）全站仪(total station)(total station)是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而是由电子测角、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。成的智能型光电测量仪器。2 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，）全站仪的基本功能是测

27、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。坐标，进行偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等。 494. 4. 全站仪具有如下特点全站仪具有如下特点 505152534 4 实训室现有全站仪认识实训室现有全站仪认识一、科力达一、科力达KTS442KTS4421 1、仪器的结构、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。部分结构同电子经纬仪。2 2、仪器常用设置、仪器常用设置 在状态模式下按配置，进入设置模式。在状态模式下按配置，进入设置模式。 配置配置仪器参数设置仪器参数设置仪器常数设置仪器常数设置输入常数回车。输入常数回车。注注: :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仪器的常数在出厂时经严格测定并设置好，用户一般情