三章章距离测量07923.ppt

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1、6/6/2019,1,第 三 章 距 离 测 量,6/6/2019,2,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,6/6/2019,3,距离测量：测量地面两点之间的水平距离。,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。,6/6/2019,4,三、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,6/6/2019,5,钢尺量距 (steel tape measuring) 一、量距工具 有：钢尺(steel ta

2、pe)、标杆(measuring bar)、垂球(plumb bob)、测钎(measuring rod)、温度计(thermometer)、弹簧秤(spring balance)。,3-1 钢尺量距的一般方法,6/6/2019,6,6/6/2019,7,6/6/2019,8,二、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,6/6/2019,9,三、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

3、步骤 1定线 2. 量距,6/6/2019,10,1、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,6/6/2019,11,2、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1/1000,1）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。,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=Lcos ,斜量法,6/6/2019,12,3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：K1/3000(平坦)，1/

4、1000（山区）。,6/6/2019,13,3-2 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5cm10cm，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。,6/6/2019,14,2、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(30 m钢尺，标准拉力为100 N)。前、后读数员应同时在钢尺上读数，估读到0.5mm。每尺段要

5、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。,6/6/2019,15,3-4 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,6/6/2019,16,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。,6/6/2019,17,分类,1按测距仪所使用的光源分：普通光源、红外光源、激

6、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,6/6/2019,18,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315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

7、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,6/6/2019,19,5、 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： 级： | mD | 5mm； 级：5mm | mD | 10mm； 级：10mm | mD | 20mm。 注意： mD 为1km的测距中误差。,3-4 光电测距仪简介,6/6/2019,20,二、 测距原理,光电测距（electro-magnetic distance measuring）,全站仪、棱镜照片,3-4 光电测距仪简介,6/6/2019,21,6/6/2019,22,光电测

8、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 / s1.2m / 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,6/6/2019,23,测距方法,光电测距仪按照t2D 测量方式的不同，可分为：,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,6/6/2019,24,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

9、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：,6/6/2019,25,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，N为不足一整尺段的尾数。,3-4 光电测距仪简介,取,，则不同的调制频率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

10、然只要知道整尺段数 N 及余长比例数N，距离D就可以确定了。,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.,6/6/2019,27,2）组合测距方法,w 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：L 2 = 2 / 2= 1000m)”， “精测尺（长度较小的测尺：如： L1 = 1 / 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 （0-2的相位变化） , 即测量出尺段尾数 N( N = / 2 ), 而不

11、能测量整周数N. 如：当测尺长度为u10m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。,6/6/2019,28,测量距离时采用 u1 =10m， 和 u2 1 000m测尺， 测量结果如下： 精测 结果 5. 785 m 粗测结果 38 仪器显示 385. 785 m,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,6/6/2019,

12、29,3、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,6/6/2019,30,6/6/2019,31,三、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,6/6/2019,

13、32,3、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。,RED mini 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),6/6/2019,33,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、

14、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,6/6/2019,34,TOPCON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510 , 精度29。（9 ） 距离测量： 精度：(2mm+2ppm

15、D)； (3mm+3ppmD) GTS- 229 测程：一般1.5km3. 5km； 最大测程： 4km GTS- 229 测量时间，正常测距3秒。,6/6/2019,35,2、GTS -229系列,（实习用）,6/6/2019,36,Topcon GTS-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,6/6/2019,37,显示窗与键盘,显示窗：4行。 提示式键盘。 软键： F1. F2. F3. F4,6/6/2019,38,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。,6/6/2019,

16、39,显示符号说明：,6/6/2019,40,Topcon(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,6/6/2019,41,3、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

17、A的水平度盘读数设为00000：按F1（OSET）之后按F3(yes)，屏幕显示为 V HR 0 0 0 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水平方向置零,6/6/2019,42,2) 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

18、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,6/6/2019,43,4) 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： H ANGLE SET HR: INPUT - - ENTER 1234 5678 90.- ENT (注：只有在按了“

19、INPUT”之后才会出现此行字符),F3键：“HSET” 输入角度， 配置水平度盘,6/6/2019,44,例如：将水平角设置为901234(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（

20、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901234，为正常角度测量状态。,6/6/2019,45,5) 天顶距/高度角切换 （使V值变为90V） （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881020，则转

21、换后显示为：V 14940。 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,6/6/2019,46,1.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1020mm）。 粗测：显示至10mm，时间0.7秒，

22、精度较差（误差为1020mm）。 （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,6/6/2019,47,3.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）

23、（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,6/6/2019,48,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。 （

24、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）,6/6/2019,49,3.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)。 （

25、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OA=1203040）. （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”（右箭头）后重输。,五、坐标测量（碎部测量）,6/6/2019,50,南方NTS,

26、二、南方全站仪,6/6/2019,51,二、南方全站仪,广州南方测绘仪器公司 键盘操作键功能 PWR R/L OSET HOLD V% MODE REC,6/6/2019,52,6/6/2019,53,一、概述 1.基本原理：根据几何光学原理，应用三角定理进行测距的技术。 余切定理可知A、B二点的距离D为 2.光学测距方式：光学测距的方式依角度 和尺长的测量方法不同而异。,3-5 视距测量,二、视距法测量距离 视距法测距是利用测量仪器望远镜十字丝的上、下丝获得尺子刻划读数M、N的尺间隔l和竖直角，从而实现观测一次就能获得两点间的平距和高差距离测量。,6/6/2019,54,1.视线水平时视距测

27、量方法：,1)经纬仪望远镜视准轴处于水平状态瞄准直立的标尺， 2)利用望远镜读取上、下丝所截的尺面上刻划值l上、l下，计算 l=N-M= l下-l上 ； 3)计算水平距离D和高差 D=kl=100l h=il中,6/6/2019,55,2.视线倾斜视距测量平距计算公式,A点安置经纬仪，B立尺； 测竖直角为， 读数l（l上l下) ， 计算： DAB=k l cos2 hAB=DABtg+il中,6/6/2019,56,w 视距测量是利用普通光学经纬仪或水准仪的视距丝进行简易测距的方法，其精度较低。 w 公式： DKl cos2 ; hD tan iv,有的教材所用符号如下,6/6/2019,57,w 视距测量公式： DKl cos2 ; hD tan iv,式中： 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。 如右图,