测量学课件第4章距离测量(四)

1第四章第四章 距离测量距离测量24-1距离测量概述测距技术的发展直接测距法步测：双步1.5m光学测距方法视距光学测距仪几何光学测距方法步弓、尺链线尺、竹尺、皮尺、钢尺电磁波测距3一量距工具一量距工具 1)钢尺钢尺长度20m，30m，50m。4-2卷（钢）尺量距44-2卷（钢）尺量距钢尺52)辅助工具辅助工具64-2卷（钢）尺量距二、直线定向1、两点间定线74-2卷（钢）尺量距2、过山头定线83、延长直线AC1BC2C9钢尺量距的一般方法钢尺量距的一般方法 1)平坦地面的距离丈量平坦地面的距离丈量先量整尺段长，最后量余长。DAB=n尺段长+余长 三、距离测量三、距离测量1011钢尺铺地丈量（在标准拉力下）丈量结果：三、距离测量12需往、返丈量，返测时应重新定线。往、返丈量距离的相对误差K=|DABDBA|/D1/3000。例如，DAB=162.73m，DBA=162.78m，相对误差K=|162.73162.78|/162.755=1/3255实际长度。整尺段悬空时，中间应有人托住钢尺。4)定线误差定线误差使所量距离为一组折线，丈量结果偏大。丈量30m的距离，偏差为0.25m时，量距偏大1mm。5)拉力误差拉力误差钢尺丈量拉力应与检定拉力相同。拉力变化2.6kg，尺长改变1mm。6)丈量误差丈量误差插测钎不准，前、后尺手配合不佳，余长读数不准丈量中应尽量准确对点，配合协调。15四、尺长鉴定钢尺长度方程式钢尺长度方程式钢是弹性体，在拉力作用下会变形（伸长）P16简单的尺长鉴定在平坦的地面（宜在室内，使两尺温度相同）把待检定的尺子与高精度的标准尺比较而求得kllt17检定场：检定场：在平整的条形场地两端地面埋在平整的条形场地两端地面埋设两个稳定的标志，其间距比待检定钢设两个稳定的标志，其间距比待检定钢尺长度尺长度n倍略短一些。倍略短一些。高精度测量两标志高精度测量两标志的间距作为标准长度的间距作为标准长度L标准标准。设尺子的温度膨胀系数已知。用待检定设尺子的温度膨胀系数已知。用待检定的尺子（先假定的尺子（先假定k=0），在工作时的正），在工作时的正常拉力下，测量检定场两标志的间距常拉力下，测量检定场两标志的间距L。从而可得从而可得18钢尺尺长鉴定尺号:015名义长度:30m膨胀系数:0.01219钢尺铺地丈量（在标准拉力下）名义丈量结果：最终成果：20五、钢尺量距的成果整理量得s=234.943m;t=27.4;h=2.54m214-3视距测量视距测量22视视 距距 测测 量量视距测量视距测量利用测量望远镜的视距丝，间接测定利用测量望远镜的视距丝，间接测定 距离和高差的方法。距离和高差的方法。优点优点：测量速度快，不受地 形限制。不足不足：精度低，距离相对误 差一般约为1/300，高 差一般为分米级。用途用途：主要用于地形图测绘 (地形点的距离与高差)。231.视距公式：视距公式：(4-3-1)一一.视线水平时视距测量公式视线水平时视距测量公式24视距测量一、视线水平时十字丝板上有两根视距丝，它们在物镜光心处的张角基本是不变的。两根视距丝在物方象的间距与距离成正比fDn一般制作仪器时令25视距测量一、视线水平时十字丝板上有两根视距丝，它们在物镜光心处的张角基本是不变的。两根视距丝在物方象的间距与距离成正比fDn261.视距公式：视距公式：(4-3-1)(4-3-3)2.高差公式：高差公式：(4-3-4)一一.视线水平时视距测量公式视线水平时视距测量公式27nb二、视线倾斜时hialD由于视线与水准尺不垂直naba a ,b b ,nnS28nb二、视线倾斜时ia由于视线与水准尺不垂直naba a ,b b ,nnS29nb二、视线倾斜时hialD由于视线与水准尺不垂直naba a ,b b ,nnS30nb二、视线倾斜时hialD由于视线与水准尺不垂直nabS314-4光电测距1948年瑞典AGA厂推出了第一台光波测距仪随着需求的增长和光学、微电子学的发展使电磁波测距的技术迅速发展。进一步推进了测量学的发展尽管GPS应用很广，短程电磁波测距仪仍然大有用途32电磁波测距仪的分类按载波分微波测距仪激光测距仪红外光测距仪按测程分远（长）程测距仪中、短程测距仪3334瑞典AGA公司生产的AGA-8激光测距仪用氦氖气体激光器白天测40km，夜间可测60km精度：5mm+1ppm35T2+DI10，1968年Wild推出的第一台红外测距仪Wild生产的微波测距仪36373839电子全站仪电子全站仪棱棱镜镜全全站站仪仪404142棱镜与基座43 2.1.2 2.1.2 电磁波测距分类电磁波测距分类光波测距仪光波测距仪 AGA 2AAGA 2A激光测距仪激光测距仪 AGA8AGA8微波测距仪微波测距仪 CMW20CMW20红外测距仪红外测距仪 DI5DI544一、电磁波测距原理设电磁波在测距仪与反光镜（合作目标）之间往返的时间为t。则测距仪至反光镜的距离光在真空中的传播速度为C0=299792458米/秒。451.1.脉冲法测距脉冲法测距46 2.1.3 2.1.3 脉冲法测距应用脉冲法测距应用-激光测卫激光测卫激光往返时间激光往返时间t t距离距离D合作目标合作目标 ERS-2ERS-2卫星卫星47 2.1.3 2.1.3 脉冲法测距应用脉冲法测距应用-激光测卫激光测卫上海人卫站上海人卫站48一、电磁波测距原理设电磁波在测距仪与反光镜（合作目标）之间往返的时间为t。则测距仪至反光镜的距离现代测时的精度可达10-8秒，但引起的距离误差达 1.5m光在真空中的传播速度为C0=299792458米/秒。49电磁波测距原理按电磁波理论：光是电磁波，其数学表达式为:它表达了光波在转播空间任一位置上电磁振动的状态。其中：50S51电磁波测距原理设光从发射器发出，抵达反光镜后返回仪器的接收器，称为信号2。而从发射器发出的光分出一路直接进入处理装置，称为信号1。这两个信号之间存在相位差和整周数N。52内光路 当内光路棱镜移到出光口时测量到内光路的“距离”移开内光路棱镜后测量到外光路的“距离”外光路“距离”减去内光路“距离”后才是需要测量的距离。这是消除仪器系统误差的重要措施之一53电磁波测距原理利用相位器可测定，但而不能求得“整周数N”。因此只可以求得“余长”，而不能求得整长。54调制波短程的电磁波测距仪常用砷化镓GaAs发出的红外激光波长约0.87m。显然不能用它测距的信号。无线电技术可以对电磁波的振幅、频率、相位加以调制使其随时间按一定的规律变化。在GaAs激光器上注入按调制规律变化的电流后可以使激光器按同样的规律改变发光的强度。调制波的频率远小于红外激光的频率，还可以用多个频率的调制波加载在红外激光波上。55测程和精度测相的精度是有限的。例如可以把细分1000倍，则测量的精度为测尺的1/1000。设 ，这时最小读数为cm。若要提高读数精度，就应缩短电子尺。但由于凭一个无法求得整尺段数N，即不知待测距离的大数。就是说：用短的电子尺测量精度高但测程小。如果用长的电子尺能扩大测程，但由于细分技术的限制，不能求得精确的尾数。即测程大但精度低。用两个频率的波（两个不同的电子尺）进行测量，一个用来测量距离的大数，另一个用于精确测量距离的尾数。就可以既扩大测程又保证精度。如果需要还可以用更多的频率测量。56一、乘常数改正 电磁波测距好象是用电子尺丈量的。如果电子尺不准就会产生系统误差。这就是乘常数。乘常数主要是由调制频率偏离设计值引起的。乘常数是尺度比例系数，可以经检定求得。电磁波测距成果的处理57二加常数测距仪的机械中心与调制波发射和接收的等效面不一致；测距仪的机械中心与内光路等效面不一致使仪器产生（与所测距离长短无关的）加常数。加常数通过检定可以求得。58电磁波测距成果的处理3）气象改正电子尺长是光速的函数而光速又是折射率的函数空气的折射率首先与波长有关物理学家测算得593）气象改正空气的折射率也与气象条件有关仪器制造者根据仪器所用电磁波的波长并顾及一般工作时的参考温度及标准气压的湿度设定空气的折射率。如果实际工作时的大气条件与此参考条件相同，就不加气象改正数。否则要相对于参考折射率加改正数。60测距时的大气压力与空气温度测量设备614-5光电测距的归算光电测距的归算光电测距一般测得是光电测距一般测得是两点之间的斜距S，观测垂直角垂直角，从而计算水平距离和高差。一一.近距离的平距和高差计算近距离的平距和高差计算62一一.一一.近距离的平距和高差计算近距离的平距和高差计算B点的高程：点的高程：已测得AB的倾斜距离S，A点高程HA，在测站A观测垂直角，则：63二二.远距离的三角高程测量计算远距离的三角高程测量计算646566二二.一般情况下的一般情况下的三角高程测量三角高程测量二二.远距离的三角高程测量计算远距离的三角高程测量计算 P110 表4-6按(4-5-7)式列出部分范围内的两差改正值(略)距离较远时，考虑地球曲率差和大气折光差对高差的影响，应对观测得到的高差加“两差两差”改正：球差改正：气差改正：两差改正：（k=0.14）67二二.一般情况下的三角高程测量一般情况下的三角高程测量 距离较远时，考虑地球曲率差和大气折光差对高差的影响，应对观测得到的高差加“两差两差”改正：68二二.一般情况下的三角高程测量一般情况下的三角高程测量 距离较远时，考虑地球曲率差和大气折光差对高差的影响，应对观测得到的高差加“两差两差”改正：697071三角高程测量两点距离较远时，应考虑加两差改正；两点间对向观测高差取平均，能抵消两差影响；三角高程测量通常组成附合或闭合路线，以检验精度；用电子全站仪进行三角高程测量，能代替三、四等水准测量。三三.三角高程测量的其他特点三角高程测量的其他特点