-距离测量学习.pptx
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1、4-14-14-14-1 距离测量概述距离测量概述测距技术的发展:从从直接用各种尺子量距 光学间接光学间接测距 电磁波电磁波 物理测距物理测距 测距工具:直接量距直接量距 木尺、织物卷尺、钢卷尺、因瓦钢线尺木尺、织物卷尺、钢卷尺、因瓦钢线尺 光学测距光学测距 用光学仪器的视距测量、基线尺视距测用光学仪器的视距测量、基线尺视距测 量、光干涉测距量、光干涉测距 电磁波测距电磁波测距 用物理测距仪器的微波测距、红外光用物理测距仪器的微波测距、红外光 测距、激光测距测距、激光测距 161第1页/共50页4-24-2 卷尺量距一、钢卷尺和丈量工具2卷于尺盒内卷于尺盒内或尺架上的或尺架上的钢卷尺钢卷尺尺头
2、及尺上尺头及尺上分划分划尺长尺长20m20m、30m30m、50m50m61第2页/共50页广泛用于地形测量和工程测量的各种钢卷尺350m50m长钢尺长钢尺20m钢尺5m小钢尺小钢尺经典的测量工具目前仍有广泛用途经典的测量工具目前仍有广泛用途61第3页/共50页二、直线定线4目测定线:AB两点之间由于距离过长,需要在AB直线上用标杆目测定出1、2两点。61第4页/共50页用经纬仪定线长距离的直线精密定线得借助于经纬仪望远镜十字丝的瞄准代替目视瞄准。5用经纬仪延长直线,如需要将用经纬仪延长直线,如需要将ABAB直线延长至直线延长至C C。B B点置经点置经纬仪,盘左后视瞄准纬仪,盘左后视瞄准A
3、A点,制动照准部,倒镜前视得点,制动照准部,倒镜前视得CC 点;盘右后视瞄准点;盘右后视瞄准A A点,制动照准部,倒镜前视得点,制动照准部,倒镜前视得CC点。点。取取CCCC的中点的中点C C,则,则A-B-CA-B-C精确地位于一直线上。精确地位于一直线上。61第5页/共50页(一一)平坦地面的丈量方法 例如从A量至B,由后尺手定向,先量整尺段,最后量余长。6三、距离丈量AB的平距:DAB=n 尺段长+余长61第6页/共50页 沿倾斜地面AB量得的为斜距 S,设两点间高差为h,则用下式将其归算为平距 D:7(二)倾斜地面丈量方法一般量距相对精度:往测距离返测距离往测距离返测距离 距离概值距离
4、概值 13000SDhAB61第7页/共50页 四、钢尺长度检定尺长方程式:8钢尺两端分划之间的标准长度称为实际长度实际长度,末端分划的注记长度称为名义长度名义长度。丈量时的地面温度对尺长也有影响。经过钢尺长度检定,得到尺长方程式尺长方程式,用以计算量得的实际长度。61第8页/共50页五、钢尺量距的长度改正用钢尺沿倾斜地面量得的名义长度 D:9长度改正:改正后长度:61第9页/共50页钢尺量距长度改正的计算数例10D=234.943m,t=32.4,h=2.54m尺长方程式尺长方程式:观测数据观测数据:长度改正值长度改正值:改正后长度改正后长度:61第10页/共50页11视距测量是利用测量望远
5、镜中十字丝视距测量是利用测量望远镜中十字丝平面的视距丝及视距尺,按光学原理,平面的视距丝及视距尺,按光学原理,间接测定距离的方法。间接测定距离的方法。水平视线,上丝在视距尺上读数水平视线,上丝在视距尺上读数a a,下丝读数下丝读数b b,则水平距离,则水平距离D D:4-3 视距测量三角高程测量视距测量曾广泛视距测量曾广泛用于地形测量等用于地形测量等,目前已被测距仪目前已被测距仪代替,但仍用于代替,但仍用于水准测量中的前水准测量中的前后视距离测定。后视距离测定。(n为视距间隔)为视距间隔)61第11页/共50页12三角高程测量 距离较远时距离较远时,考虑地球曲率差和大气折光差对高差的考虑地球曲
6、率差和大气折光差对高差的影响影响,应对观测得到的高差加应对观测得到的高差加“球差改正球差改正”和和“气差改气差改正正”(总称总称“两差改正两差改正”):球差改正:球差改正:气差改正:两差改正:两差改正:(一般情况取一般情况取 k=0.14)D(m)100 200 500 1000 f(mm)1 3 17 6761第12页/共50页13三角高程测量两点距离较远时,应考虑加地球 曲率和大气折光影响的改正(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 验观测精度;用电子全站仪进行三角高程测量,能代替三、四等水准测量。三角高程测量的注意事项:61第13
7、页/共50页三角高程测量的计算数例14表4-5 光电测距的平距和高差计算(单位:m)测距边 A B B C 测 站 A B B C 目 标 B A C B 斜距S 303.393 303.400 491.360 491.333 垂直角 +113249-113306+64148 -64204 D=Scos 297.253 297.255 488.008 487.976 平均平距 297.254m 487.992m V=Ssin +60.730 -60.756 +57.299 -57.334 仪器高i 1.440 1.491 1.491 1.502 -目标高l -1.502 -1.400 -1.5
8、22 -1.441 两差改正f 0.006 0.006 0.016 0.016 h=V+il+f +60.674 -60.659 +57.284 -57.257 平均高差 +60.666m +57.270m 61第14页/共50页4-44-4 电磁波测距两点间两点间,测定电磁波往返传递的速度测定电磁波往返传递的速度C C和时间和时间t t,计算距离计算距离:15一、电磁波测距的基本工作原理测距仪按不同的测距仪按不同的电磁波作为载波,电磁波作为载波,分为:分为:微波测距仪微波测距仪 红外光测距仪红外光测距仪 激光测距仪激光测距仪ABAB测程,测程,A A点安置测距仪,点安置测距仪,B B点安置反
9、射器。点安置反射器。后二者又称后二者又称光电测距仪光电测距仪光电测距仪光电测距仪61第15页/共50页关于光速光波在真空中的传播速度光波在真空中的传播速度C C0 0是一个重要的物理量,近是一个重要的物理量,近代代科学实验已精确测定:科学实验已精确测定:C C0 0=(299792458299792458 1.21.2 )m m /s s 。光波在大气中的传播速度光波在大气中的传播速度C C为:为:16n为大气折射率,为光波波长,t、p为大气温度及气压。关于测定光波往返传播时间光速近于光速近于300000300000 kmkm /sec,sec,地面两点间传播时间极短地面两点间传播时间极短,直
10、直接测定时间几乎不可能。因此必须将光波用高频电振荡接测定时间几乎不可能。因此必须将光波用高频电振荡调制,用调制,用脉冲法脉冲法脉冲法脉冲法或或相位法相位法相位法相位法间接测定两点间光波传播时间。间接测定两点间光波传播时间。61第16页/共50页关于测距时的大气温度和气压17大气的温度和气压影响其对光波的折射率,从而影响大气的温度和气压影响其对光波的折射率,从而影响光速和光电测距的计算光速和光电测距的计算,其影响与距离的长度成正比。其影响与距离的长度成正比。因此,长距离的因此,长距离的精密测距必须用精密测距必须用空盒气压计与通空盒气压计与通风风温度计,测定温度计,测定观测当时的气温观测当时的气温
11、和气压,加以改和气压,加以改正。一般情况下正。一般情况下只需温度改正。只需温度改正。通风温度计通风温度计空盒气压计空盒气压计61第17页/共50页(一)脉冲式测距18将发射光波的光强调制成高频光脉冲,再由时标振荡器将发射光波的光强调制成高频光脉冲,再由时标振荡器产生时标脉冲产生时标脉冲(周期周期T T0 0),二者都经过电子门;发射,二者都经过电子门;发射脉冲光打开电子门,反射回来的脉冲光关闭电子门;在脉冲光打开电子门,反射回来的脉冲光关闭电子门;在开关门之间,时标脉冲计数器计数为开关门之间,时标脉冲计数器计数为m m;则;则 mTmT0 0 为脉冲为脉冲光往返传播光往返传播时间时间 t t
12、,据据此可根据光此可根据光速计算距离:速计算距离:61第18页/共50页(二)相位式测距19用高频电振荡用高频电振荡(周期周期T T )将发射光进行振幅调制将发射光进行振幅调制,使光强随使光强随电振荡而产生周期性的明暗电振荡而产生周期性的明暗(相位相位)变化;调制光在测程变化;调制光在测程上往返传播,同一瞬间仪器的发射光与接收光产生相位上往返传播,同一瞬间仪器的发射光与接收光产生相位差差,据此可算出光波往返传播时间,据此可算出光波往返传播时间t t 。61第19页/共50页设光速为设光速为C C,调制振荡频率为调制振荡频率为f f,振荡周期振荡周期T T=1 1 /f f,则调则调制光制光的波
13、长为:的波长为:20调制光在测程的往返传播时间调制光在测程的往返传播时间t t内,变化内,变化N N个整周个整周(NT)(NT)和和一个零数一个零数TT,即,即代入电磁波代入电磁波测距基本公测距基本公式,得到:式,得到:61第20页/共50页调制频率与光尺长度由此可见由此可见,相位式光电测距和钢尺量距有一点相似之处:相位式光电测距和钢尺量距有一点相似之处:相当于用一支长度为相当于用一支长度为 2 2 (半波长半波长)的的“光波尺光波尺”来量来量距距,N N为为“整尺段数整尺段数”,(,(/2 2 )()(/22 )为为“余长余长”。光源的波长光源的波长 g g 在标准气象状态在标准气象状态(t
14、 t =1515CC ,p=p=10131013 mPamPa)计算而得,因此计算而得,因此,调制光的调制光的“光尺长度光尺长度”,可由调制频,可由调制频率率确定确定:调制频率调制频率(概值概值)与光尺长度与光尺长度(半波长半波长)21相位式测距基本公式:相位式测距基本公式:调制频率调制频率 f f 30 MHz 15 MHz 7.5 MHz1.5 MHz150 KHz 光尺长度光尺长度 2 2 5 m 10 m 20 m 100 m 1000 m61第21页/共50页22二、光电测距仪及反射器开始时开始时,光电测距仪光电测距仪光电测距仪光电测距仪为一架单独的测量仪器;仪器小型化为一架单独的测
15、量仪器;仪器小型化后后,可架设于经纬仪上方、成为测角和测距的联合体。可架设于经纬仪上方、成为测角和测距的联合体。目前,将测距仪中的目前,将测距仪中的光电发射和接收系统光电发射和接收系统以及脉冲计、相位计以及脉冲计、相位计等微电子元件和经纬等微电子元件和经纬仪的瞄准望远镜组装仪的瞄准望远镜组装在一起,而成为同时在一起,而成为同时可以测距和测角的可以测距和测角的电电电电子全站仪子全站仪子全站仪子全站仪,一般不再,一般不再使用单独的测距仪。使用单独的测距仪。(一)光电测距仪61第22页/共50页23(二)反射器反射器为测距仪的配套部件。反射反射器为测距仪的配套部件。反射器分为全反射棱镜和反射片两种,
16、器分为全反射棱镜和反射片两种,前者经常用于控制测量中长距离的前者经常用于控制测量中长距离的精密测距;后者用于近距离的测距,精密测距;后者用于近距离的测距,例如地形测量和工程测量。例如地形测量和工程测量。全反射棱镜(简称反射棱镜或反光全反射棱镜(简称反射棱镜或反光镜)是用光学玻璃磨制成的四面体,镜)是用光学玻璃磨制成的四面体,如同正立方体上切下的一个角锥体,如同正立方体上切下的一个角锥体,能使入射光从原光路返回发射源。能使入射光从原光路返回发射源。61入射光入射光反射光反射光第23页/共50页24各种形式的反射器适用于长距离的三块适用于长距离的三块棱镜的组合棱镜的组合(三棱镜三棱镜)适用于中适用
17、于中,短距短距离的小型棱镜离的小型棱镜,可手持或安装可手持或安装于标杆头上。于标杆头上。适用于近距适用于近距离细部测量离细部测量的反射片的反射片61第24页/共50页25三、光电测距的长度改正(一)测距仪的乘常数和加常数改正(二)气象改正乘常数改正数:乘常数改正数:加常数改正数:加常数改正数:测距仪通过标准长度的检定,得到仪器的乘常数测距仪通过标准长度的检定,得到仪器的乘常数R R 和和 加常数加常数C C。乘常数改正与距离长度成正比,加常数与。乘常数改正与距离长度成正比,加常数与 长度无关。长度无关。影响光速的大气折射率影响光速的大气折射率n n是气温是气温t t、气压、气压p p的函数。气
18、象的函数。气象改正数与距离长度成正比:改正数与距离长度成正比:某测距仪的某测距仪的气象改正系数气象改正系数改正后长度:改正后长度:61第25页/共50页26四、光电测距的精度分析(一)光电测距的误差来源1.1.调制频率误差调制频率误差2.2.气象参数测定误差气象参数测定误差根据根据得到:得到:调制频率的相对误差使距离测量产生相同的相对误差调制频率的相对误差使距离测量产生相同的相对误差根据根据得到:得到:如果气温测定误差为如果气温测定误差为11o oC,C,或气压测定误差为或气压测定误差为4mPa,4mPa,使距离测量产生相对误差为使距离测量产生相对误差为1101106 661第26页/共50页
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