三章章距离测量教学课件

第三章

距离测量测量7/19/20231第三章距离测量§3.1钢尺量距的一般方法§3.2钢尺量距的精密方法（略）§3.3钢尺量距的误差分析（略）§3.4光电测距仪与全站仪7/19/20232距离测量：测量地面两点之间的水平距离。距离测量方法钢尺量距普通视距光电测距——确定空间两点在某基准面（参考椭球面或水平面）上的投影长度，就小范围而言，距离测量即测量地面两点之间的水平距离。7/19/20233三、钢尺量距二、直线定线一、量距工具§3-1钢尺量距的一般方法7/19/20234

钢尺量距

(steeltapemeasuring)一、量距工具有：钢尺(steeltape)、标杆(measuringbar)、垂球(plumbbob)、测钎(measuringrod)、温度计(thermometer)、弹簧秤(springbalance)。§3-1钢尺量距的一般方法7/19/20235垂球7/19/202367/19/20237二、直线定线直线定线：要在待量直线方向上设立若干分段标记点的工作。标记点：花杆、测钎或钉木桩定线的方法：有目测法和经纬仪法。§3-1钢尺量距的一般方法7/19/20238三、量距方法最基本的要求——平、准、直。按精度分：一般量距和精密量距二、直线定线一、量距工具§3-1钢尺量距的一般方法（一）一般量距步骤

1．定线

2.量距7/19/202391、平坦地区的距离测量:

喊“预备”、“好”前后尺手同时读数，相减。平量法AB测钎DAB=n+

为整尺段长

为余长7/19/2023102、倾斜地面距离丈量在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1/10001）平量法：

当地面坡度较大，不可能将整根钢尺拉平丈量时，则可将直线分成若干小段进行丈量。每段的长度视坡度大小、量距的方便而定。返回

2）斜量法：

当地面坡度均匀，可沿着斜坡量出AB的斜距L，测出地面倾角，计算出AB的水平距离D。

D=L·cos斜量法7/19/2023113．内业成果整理

（1）丈量精度用“相对误差”来衡量：要求：一般量距：K≤1/3000(平坦)，≤1/1000（山区）。

7/19/202312§3-2钢尺量距精密方法（1/10000）(自学)1、经纬仪定线将经纬仪安置于A点，瞄准B点，然后在AB的视线上用钢尺量距，依次定出比钢尺一整尺略短的尺段端点1，2，…。在各尺段端点打入木桩，桩顶高出地面5cm～10cm，在每个桩顶刻划十字线，其中一条在AB方向上，另一条垂直AB方向，以其交点作为钢尺读数的依据。A1325B47/19/2023132、量距

量距是用经过检定的钢尺，两人拉尺，两人读数，一人记录及观测温度。量距时由后尺手用弹簧秤控制施加于钢尺的拉力(30m钢尺，标准拉力为100N)。前、后读数员应同时在钢尺上读数，估读到0.5mm。每尺段要移动钢尺三次不同位置，三次丈量结果的互差不应超过2mm，取三段丈量结果的平均值作为尺段的最后结果。随之进行返测，如要进行温度和倾斜改正，还要观测现场温度和各桩顶高差。返回7/19/202314§3-4光电测距仪简介一、概况二、测距原理三、测距仪的使用四、全站仪简介7/19/202315

电磁波测距:

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。红外测距仪§3-4光电测距仪简介一、概述

电磁波测距仪的优点：

1、测程远、精度高。

2、受地形限制少。

3、作业快、工作强度低。7/19/202316分类1．按测距仪所使用的光源分：普通光源、红外光源、激光光源。2．按传播时间t的测定方法分：脉冲法测距、相位法测距。3.按发射目标分：

漫反射目标：无合作目标

合作目标：反射镜有源反射器：同频载波应答机，非同频载波应答机等§3-4光电测距仪简介7/19/202317短程光电测距仪：测程小于3公里，用于工程测量。测距中误差一般为:（5mm+5ppm）中程光电测距仪：测程为3～15公里，通常用于一般等级控制测量。测距中误差一般为:（5mm+2ppm）远程光电测距仪：测程大于15公里，通常用于国家三角网及特级导线。测距中误差一般为:（5mm+1ppm）精密测距仪：一般为中短测程，用于精密工程测量和地壳变形观测。测距中误差一般可达:（0.2mm+0.2ppm）4、按测程分测程：测距仪一次所能测的最远距离。§3-4光电测距仪简介7/19/2023185、按测距精度分类光电测距仪精度，可按1公里测距中误差划分为3级：Ⅰ级：|mD|≤5mm；Ⅱ级：5mm<|mD|≤10mm；Ⅲ级：10mm<|mD|≤20mm。注意：mD为1km的测距中误差。§3-4光电测距仪简介7/19/202319二、测距原理

光电测距（electro-magneticdistancemeasuring）B测距仪(EDMinstrument)反光棱镜(reflector)全站仪、棱镜照片§3-4光电测距仪简介7/19/2023207/19/202321光电测距仪是通过测量光波在待测距离D上往、返传播的时间t2D，计算待测距离D：

C0---真空中的光速：C0=299792458m/s±1.2m/s;

n---为大气折射率,它与波长、气温、气压和湿度有关。式中：c

—光波在空气中的传播速度。

c=c0/n§3-4光电测距仪简介7/19/202322测距方法光电测距仪按照t2D测量方式的不同，可分为：脉冲式（直接测定时间）相位式（间接测定时间）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。2、相位式§3-4光电测距仪简介7/19/202323将往、返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形调制波在待测距离D上往返传播，在t2D时间内发射波与接收波产生相位移；根据相位差间接计算出传播时间t2D

，从而计算两点间的距离。（N为相位移的整周期数）总相位移:1）相位法测距的实质：A起点A返回到起点B反射镜7/19/202324由于，所以则：式中，N——为不足一整周期的小数公式（4-13）可以理解为用一把长度为“u=

/

2”的“光测尺”量距，N为整尺段数，ΔN为不足一整尺段的尾数。§3-4光电测距仪简介7/19/202325调制频率ƒ测尺长10m20m100m1km2km精度1cm2cm10cm1m2m取，则不同的调制频率ƒ对应的测尺长见下表：由于

u=

/

2,调制频率越大，测尺长度越短。

由于光传播速度

C和调制频率

f是已知的，所以光尺的长度u=

/

2也是已知的，显然只要知道整尺段数N及余长比例数ΔN，距离D就可以确定了。=c/f由于仪器测相系统测相精度一般为1:1000,故测尺越长,测距误差越大.7/19/2023262）组合测距方法

AA’Bw

为了兼顾测程和精度，仪器中应采用一组测尺配合测距，“粗测尺（长度较大的测尺：如：L2=λ2/2=

1000m)”，

“精测尺（长度较小的测尺：如：L1=λ1/2=

10m）”.

同时测距，然后将粗测结果和精测结果组合得最后结果。

粗测尺保证了测程，精测尺保证了精度。

（接后页）

仪器用于测量相位的装置（称相位计）只能测量出Δ（0-2π的相位变化）,即测量出尺段尾数ΔN(ΔN=Δ/2

),而不能测量整周数N.如：当测尺长度为u＝10m时，要测量距离为835.486m时，测量出的距离只能为5.486m，即此时只能测量小于10m的距离。这样，距离值将出现无数解，距离无法确定。7/19/202327测量距离时采用u1

=10m，

和u2

＝1000m测尺，测量结果如下：

精测结果5.785m

粗测结果38

─────

仪器显示385.785m

上述组合过程类似于光学经纬仪测角读取度和读取分秒的组合形式，但是光电测距的上述三步过程以电子电路为条件进行全自动交替测量，同时又在数字电路中完成数据处理，并直接从屏幕上显示测距的成果。[例]§3-4光电测距仪简介7/19/2023283、全反射棱镜——反光镜反光镜的作用：是使经主机发出的测距信号经反光镜反射后返回到主机的接收系统。一组反光镜：由一块或几块这样的棱镜组成。反光镜包括单棱镜组、三棱镜、六棱镜、九棱镜组等，可根据所测距离的远近予以选择。§3-4光电测距仪简介7/19/2023297/19/202330三、测距仪的使用：

1、常数预置（1）设置棱镜常数（PRISM）。一般：原配棱镜为零，国产棱镜多为-30mm。（2）预置加常数。由仪器检定单位给定。（3）预置乘常数输入气温、气压或用有关公式计算出值后,再输入。2、倾斜改正可由测距仪自动改正。§3-4光电测距仪简介7/19/2023313、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；D—以km为单位的距离。

REDmini短程红外测距仪的精度为§3-4光电测距仪简介例：当距离D为0.6km时，测距精度是：mD=±8mm。

(每公里改正的毫米数通常写作ppm)7/19/202332操作仪器之前,须详细阅读使用说明.开箱时须记住仪器的装放位置.作业前一天，应给电池充电。出发之前应检查电池电量。仪器长期不用时，应将电池取出。仪器不能暴晒，不能淋雨，必须使用测伞。架设仪器之后，需再次检查连接螺旋是否已拧紧。操作过程中，动作须轻，不能凭力气猛扳、猛按。测站和镜站均不得离人。搬站时仪器须装箱，运输中应注意防震。严禁将开机状态下的接收物镜直接对向太阳。测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。若发生故障，应及时报告，不得任意拆卸仪器各部件。作业员必须严肃认真，谁操作谁负责！全站仪操作须知7/19/202333TOPCON全站仪（托普康）举例GTS-220型全站仪技术指标：（GTS-229型，实习用）角度测量：显示5～10″,精度±2″～±9″。（9″）距离测量：精度：±(2mm+2ppmD)；±(3mm+3ppmD)－GTS-229测程：一般1.5km～3.5km；

最大测程：4km－GTS-229测量时间，正常测距3秒。7/19/2023342、GTS-229系列（实习用）7/19/202335TopconGTS-229

点阵式液晶显示（LCD），可显示4行。每行20个字符，前三行：显示测量数据；第4行：显示随测量模式变化的按键功能7/19/202336显示窗与键盘显示窗：4行。提示式键盘。软键：F1.F2.F3.F4水平角（右）高差水平距显示窗：前三行显示测量数据，

第四行显示按键功能。按键功能7/19/202337硬键:

坐标测量键.距离测量键.角度测量键.菜单键.退出键.电源键。7/19/202338显示符号内容显示符号内容V垂直角N北向坐标(x)坡度E东向坐标(y)HR水平角(右角)Z高程HL水平角(左角)正在进行测距HD水平距离m以米为单位SD倾斜距离ft以英尺为单位VD高差fi以英尺与英寸为单位显示符号说明：7/19/202339Topcon(托普康)GTS-229全站仪的使用1、安置仪器：对中、整平。2、开机：

打开电源开关（POWER键）→显示仪器型号→进入角度测量模式（也可设置为其它模式）→显示望远镜所处位置的垂直角与水平角读数（角度处于连续测量状态）电池电量检查：

→电量充足电量不足；闪烁,电池应充电或更换二、仪器安置与操作若屏幕底行显示“xTILTOVER”，说明仪器不水平,需重新整平,直至显示“OSETHOLDHSETP1”）F1F2F3F47/19/2023403、角度测量1)水平角（右角HR：从起始方向顺时针计，相当于是顺时针注记的水平度盘）和垂直角测量（1）确认全站仪处于角度测量模式（状态）。（按ANG键）。（2）照准第一个目标A（后视）。（3）将目标A的水平度盘读数设为0°00′00″：按F1（OSET）之后按F3(yes)，屏幕显示为V××°××′××HR0°00′00″记录显示的天顶距和水平角值。（4）.照准第二个目标B（前视），屏幕显示该目标的V、HR值，记录此值。以上为上半测回。纵转望远镜测下半测回（跟测回法相同），注意：盘右不需再置零！F1键：OSET——水平方向置零7/19/2023412)水平角右角（顺计）/左角（逆计）的切换

（1）.确认全站仪处于角度测量模式（状态）。

（2）.按F4两次，进入第3页。

（3）.按F2键,便实现了HR与HL的转换,此时水平角显示为HL

3)水平角的设置（配置水平度盘）方法之一

（1）确认全站仪处于角度测量模式（状态）。

（2）用水平制动和水平微动螺旋,使显示屏显示所设的水平角值（3）.按F2键(HOLD)。

（4）.转动全站仪照准后视目标A。

（5）.按F3键(yes)，完成水平角的设置，即后视方向的水平度盘读数为设定值。F2键：“HOLD”——锁定，水平度盘配置7/19/2023424)水平角的设置（配置水平度盘）方法之二（1）.确认全站仪处于角度测量模式（状态）。（2）.照准后视目标A。（3）.按F3键(选择HSET),此时显示屏显示如下内容：HANGLESETHR:INPUT----------ENTER1234567890.-[ENT](注：只有在按了“INPUT”之后才会出现此行字符)F3键：“HSET”

——输入角度，

配置水平度盘7/19/202343例如：将水平角设置为90°12′34″(按90.1234进行输入),则按以下操作：（4）.按F1键（INPUT）。（5）.按F3键（90.-），显示屏底行显示：（9）（0）（。）（-）（6）.按F1键（选择“9”），显示屏第二行显示：HR:9（7）.按F3键（90.-），显示屏底行显示：（9）（0）（。）（-）（8）.按F2键（选择“0”），显示屏第二行显示：HR:90（9）.按F3键（90.-），显示屏底行显示：（9）（0）（。）（-）（10）.按F3键（选择“。”），显示屏第二行显示：HR:90.（11）.按F1键（选择“1234”）,显示屏底行显示：（1）（2）（3）（4）（12）.按F1键（选择“1”），显示屏第二行显示：HR:90.1……同法输入所有的数字，使显示屏第二行显示：HR:90.1234。最后按F4键（ENT），即完成了水平角的设置，此时显示屏显示90°12′34″，为正常角度测量状态。7/19/2023445)天顶距/高度角切换（使V值变为90°－V）（1）.确认全站仪处于角度测量模式（状态）。（2）.按F4键两次转到第3页。（3）.按F3键（CMPS），即实现“天顶距/高度角”的转换。如V原为88°10′20″，则转换后显示为：V1°49′40″。角度测量模式软键说明——见试验指导书22页距离测量模式软键说明——见试验指导书22-23页坐标测量模式软键说明——见试验指导书23页7/19/2023451.进入距离测量模式（状态）在测角模式下，按“测距键”即进入测距模式，此时显示屏上出现“*”标志；若瞄准了反光镜，则会出现“滴…滴…”的蜂鸣声。（欲从测距模式返回测角模式，按ANG键）2.“精测/跟踪/粗测”模式选择精测：正常测距方式，显示至mm，时间为1.2秒，精度高（能达到标称精度）。

跟踪：显示至10mm，测距时间短，仅需0.4秒，但精度低（误差为10~20mm）。

粗测：显示至10mm，时间0.7秒，精度较差（误差为10~20mm）。（1）.在测距模式下按F2键（MODE）.（2）.按F1或F2或F3，选择精测（FINE）或跟踪（TRACK）或粗测（COARSE）模式。四.距离测量7/19/2023463.距离测量之一（连续测量。模式已由“四.2”选定）（1）.在测角模式下照准反光镜中心。（2）.按测距键，约4秒钟后显示距离。以后每隔1.2秒（或0.4秒或0.7秒）显示一次距离。[若显示屏显示的是HR、HD*和VD（高差），则再按一次测距键，显示变为HR、V和SD（斜距），反之亦然。]（3）.记录足够的距离值后，按ANG键返回测角模式（省电）。4.距离测量之二（单次测量）（1）.在测角模式下照准反光镜中心。（2）.按测距键后接着按F1键（MEAS），约4秒钟后显示一次距离。（3）.再按F1键一次，约4秒钟后又显示一次距离，……（4）.记录足够的距离值后，按ANG键返回测角模式。四.距离测量7/19/202347在已知点O安置仪器，以另一个已知点A定向，根据O点的已知坐标、OA的方位角以及照准P点时的读数(水平角、垂直角、斜距、仪高、镜高等)便可计算P点的坐标，并显示出来。1.设置测站点的已知坐标（假设为：x○=1234.567,y○=2345.678,z○=56.789）。（1）.在测角模式下按坐标测量键(简称“坐标键”)，进入坐标测量模式。（2）.按F4键。（3）.按F3键（OCC）。（4）.按F1键(INPUT)后输入纵坐标x○(即N)之值(方法类似于“三.4”角度输入)，按F4键（ENT）确认。（5）.同法输入y○(即E)、z○(即Z)之值。显示屏返回坐标测量模式。2.输入仪器高（假设i=1.523m）。（1）.在坐标测量模式下，按F4。（2）.按F2键(INS.HT)。（3）.按F1键(INPUT)后输入仪器高i(1.523),按F4键(ENT)确认。五、坐标测量（碎部测量）7/19/2023483.输入目标（即棱镜）高（假设v=1.3m）（1）.在坐标测量模式下，按F4。（2）.按F1键(R.HT)。（3）.按F1键（INPUT）后输入棱镜高v（1.3）,按F4键（ENT）确认。4.仪器定向（即预置已知方位角）（假设αOA=120°30′40″）.（1）.按ANG键返回测角模式。（2）.用“三.3”或“三.4”的方法进行设置。5.碎部点（P）坐标测量（1）.照准目标(P)点的反光镜中心。（2）.按“坐标键”，几秒钟后得P点的三维坐标（x、y、z）(即N、E、Z)。同法测量其它碎部点。测完后按ANG键返回测角模式。注：输入的已知数据关机后仍保存。输入过程中若需修改，可按“坐标测量键”（左箭头）或“菜单键”（