第四章距离测量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,测量学第四章,*,4-1,距离测量概述,距离测量,:,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，,小范围而言，在水平面上的投影长度即水平距离。,距离测量方法,:,钢尺量距、视距测量、电磁波测距和,GPS,测量等。,钢尺量距,:用钢卷尺沿地面直接丈量距离；,其精度约为,1/1 000,至几万分之一,;,铟瓦基线尺量距,：其精度达,几十万分之一;,视距测量,:是利用经纬仪或水准仪望远镜中的视距丝及视距标尺按几何光学原理进行测距；,测距精度约为,1/200,1/300;,电磁波测距,:是用仪器发射并接收电磁波，通过测量电磁波在待测距离上往返传播的时间解算出距离；,其精度在几千分之一到几十万分之一;,GPS测量:,是利用两台GPS接收机接收空间轨道上4颗卫星发射的精密测距信号，通过距离空间交会的方法解算出两台GPS接收机之间的距离。,11/5/2024,1,测量学第四章,4-2,钢尺量距,一、钢尺量距的工具,:钢尺,标杆,测钎,垂球,弹簧秤,温度计,等.,1.钢尺(steel tape),用钢制成的带状尺，尺的宽度约1015 mm，厚度约0.4mm；,钢尺的基本分划为厘米，在每厘米、每分米及每米处印有数字注记。,按长度分有：20 m、30 m、50 m等几种；,按零点位置的不同，钢尺有端点尺和刻划尺两种。端点尺是以尺的最外端作为尺的零点；刻线尺是以尺前端的一刻线作为尺的零点。,11/5/2024,2,测量学第四章,2.,其它辅助工具,标杆(measuring bar),测钎(measuring rod),垂球(plumb bob),弹簧秤,温度计,尺夹,11/5/2024,3,测量学第四章,（一）直线定线,二、,钢尺量距的步骤,1.目估法定线,（由远而近，三点一线，,钢尺量距的一般方法,）,（1）,直线定线；,（2）,距离丈量,在直线方向上设立若干标记点，将测段分成若干尺段，以便分段丈量。,w,直线定线的方法,：,目估法,、,经纬仪法,目估定线.swf,11/5/2024,4,测量学第四章,2.,经纬仪法法定线,（二）距离丈量,有,一般量距方法、,精密量距方法两种,适用于钢尺量距的精密方法。,设A、B两点互相通视，将经纬仪安置在A点，用望远镜纵丝瞄准B点，制动照准部；望远镜上下转动，指挥在两点间某一点上的助手，左右移动标杆，直至标杆像为纵丝所平分。,为减小照准误差，精密定线时，可用测钎或垂球线代替标杆。,1.钢尺量距的一般方法,适用条件,：当量距精度要求为,1/2000,1/3000,时采用。,定线方法,：目估法或经纬仪法。,w,当地面平坦时,可将钢尺拉平,直接量测水平距离,;,w,对于倾斜地面，一般采用“,平量法,”;,w,当地面两点之间坡度均匀时也可采用“,斜量法,”.,11/5/2024,5,测量学第四章,（,1,）平坦地面的距离丈量,丈量：,清除待量直线上的障碍物后，在直线两端点,A,、,B,竖立标杆，后尺手持钢尺的零端位于,A,点，前尺手持钢尺的末端和一组测钎沿,AB,方向前进，行至一个尺段处停下。将钢尺拉平、拉直、用力均匀，并整尺段地丈量；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。全测段要进行往返丈量。,往返测量结果,分别为:,D,往=n,l,q,，,D,返=n,l,q,，,n,为整尺长测段数,l,为整尺段尺长,q,往测丈量的零尺段长,q,返测丈量的零尺段长,相对较差,为：,若,K,小于限差,则取往返测均值,D,均作为最后结果。,A,B,平坦地面丈量距离.swf,11/5/2024,6,测量学第四章,丈量由,A,点向,B,点进行，甲立于,A,点，指挥乙将尺拉在,AB,方向线上。,甲将尺的零端对准,A,点，乙将钢尺抬高，并且目估使钢尺水平，然后用垂球尖将尺段的末端投影到地面上，插上测钎。,若地面倾斜较大，将钢尺抬平有困难时，可将一个尺段分成几个小段来平量，如图中的,ij,段。,(,2)倾斜地面量距平量法,(3)倾斜地面量距斜量法,当 地面倾斜且坡度均匀时，可量斜距L和地面倾角,求出平距D，D=Lcos,注：一般量距均需往返丈量和精度评定。,11/5/2024,7,测量学第四章,2.,精密量距方法,当量距要求达到1/10 0001/250 000的精度时采用。,精密方法量距的主要工具为：钢尺、弹簧秤、温度计等。其中钢尺必须经过检验，并得到其检定的尺长方程式。,随着电磁波测距仪的逐渐普及，现在，测量人员已经很少使用钢尺精密方法丈量距离，需要了解这方面内容的读者请参考有关的书籍。,三、钢尺量距的误差分析及注意事项,（一）钢尺量距的误差分析,1.尺长误差：,钢尺的名义长度和实际长度不符而产生尺长误差。尺长误差是积累的，丈量的距离越长，误差越大。因此新购置的钢尺必须经过检定，测出其尺长改正值。,2.温度误差：,当丈量时的温度与钢尺检定时的标准温度不一致时，钢尺的长度随温度而变化，将产生温度误差。按照钢的膨胀系数计算，温度每变化1，丈量距离为30m时对距离影响为0.4mm。,3.钢尺倾斜和垂曲误差：,在高低不平的地面上采用钢尺水平法量距时，钢尺不水平或中间下垂而成曲线时，都会使量得的长度比实际要大。因此丈量时必须注意钢尺水平，整尺段悬空时，中间应有人托住钢尺，否则会产生不容忽视的垂曲误差。,11/5/2024,8,测量学第四章,1.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。,2.钢尺易折断，如果钢尺出现卷曲，切不可用力硬拉。,3.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，以免将钢尺拖出。,4.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而折断。,5.不准将钢尺沿地面拖拉，以免磨损尺面分划。,6.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。,4.定线误差:,丈量时钢尺没有准确地放在所量距离的直线方向上，使所量距离不是直线而是一组折线，造成丈量结果偏大，这种误差称为定线误差。丈量30m的距离，当偏差为0.25m时，量距偏大1mm。,5.拉力误差:,钢尺在丈量时所受拉力应与检定时的拉力相同。若拉力变化2.6kg，尺长将改变1mm。,6.丈量误差:,丈量时在地面上标志尺端点位置处插测钎不准,前、后尺手配合不佳,余长读数不准等都会引起丈量误差，这种误差对丈量结果的影响可正可负,大小不定。在丈量中要尽力做到对点准确，配合协调。,(,二）使用钢尺的注意事项,11/5/2024,9,测量学第四章,11/5/2024,10,测量学第四章,视距测量是一种间接测距方法,;,它利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有厘米分划的视距标尺，根据光学原理,简易测距的方法,;,精度较低。,4-3,视距测量,公式：,D,Kl,cos,2,;,h,D,tan,i,v,l,上下丝切尺读数差；,K,称为,“,视距乘常数,”,(经纬仪和水准仪,K=100,)；,i,仪器高；,v,中丝读数。,倾斜视线视距测量原理.swf,水平视线视距测量原理.swf,视距测量以前广泛用于地形测量的碎部测量中,现在主要用于水准视距。,望远镜的视距丝.swf,11/5/2024,11,测量学第四章,4-4,光电测距,电磁波测距(electro-magnetic distance measuring,简称EDM)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。,EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低等优点。,AB两点距离：D,c,0,t,/,2/n,c,2997924581.2米/秒,电磁波信号在真空中的传播速度；,t,测量2D所需的时间；n=f(,t,p),1,大气折射率。,基本原理：,11/5/2024,12,测量学第四章,一、电磁波测距技术发展,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。,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号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。,1960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，1962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、基本上可以全天侯作业。,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。,该仪器采用5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为40km，夜间测程达60km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量23kg。,我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了JCY-1型激光测距仪，1974年又研制并生产了JCY-2型激光测距仪。该仪器采用2.5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为20km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量16.3kg。,11/5/2024,13,测量学第四章,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。,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15km。,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。,二、测距仪分类,（一）按光源分类（,按其所采用的载波,）,1.微波测距仪(microwave EDM instrument)：用微波段的无线电波作为载波；,2.激光测距仪(laser EDM instrument)：,采用固体激光器、气体激光器或半导体激光器发出的方向性强、亮度高、相干性好的激光作光源；,3.红外测距仪(infrared EDM instrument)：采用砷化镓发光二极管发出不可见的红外光,作光源，,0.850.93,m.,激光测距仪、红外测距仪,又统称为光电测距仪。,微波和激光测距仪多属于长程测距，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)，工程测量等。,11/5/2024,14,测量学第四章,(,二,),按测程分类,1.短程光电测距仪：,测程小于,3,公里，用于工程测量。,2.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。,3.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.,(三）按测距精度分类,测距精度按1公里测距中误差(即,mD=A+B,D,当,D,=1km时),划分为3级:,级：,mD,5mm,；,级：,5mm,mD,10mm,；,级：,10mm,mD,20mm,。,其中：,A,为固定误差，以,mm,为单位；,B,为每公里的比例误差系数，以,mm/km,为单位；,D,为测距边长，以,km,为单位。,1967,年第,13,届国际计量会议定义,:1,秒是相应于铯原子基态的两个超精细能量级间的跃迁辐射的,9192631770,个周期的时间,.,1983,年第,17,届国际计量会议定义,:1,米是光在真空中于,1,299792458,秒的时间间隔内所经路径的长度,.,11/5/2024,15,测量学第四章,11/5/2024,16,测量学第四章,瑞典AGA公司生产的AGA-8激光测距仪,用5mw氦氖气体激光器,白天测40km，夜间可测60km,精度：5mm+1ppm,11/5/2024,17,测量学第四章,T2+DI10，1968年Wild推出的第一台红外测距仪,Wild生产的微波测距仪,11/5/2024,18,测量学第四章,Wild DI3000脉冲测距仪,11/5/2024,19,测量学第四章,三、光电测距的原理,（一）脉冲式光电测距仪,光电测距的精度主要取决于测量时间的精度。,在