第四章 距离测量与全站仪-工程测量学

工程测量学工程测量学中海洋大学中国海洋大学2010年4月27日TotalStationandDistanceMeasurement2010年4月27日第四章距离测量与全站仪第四章距离测量与全站仪§4.1距离测量§光电测距误差分析§4.2光电测距误差分析§43光电测距仪的检验§4.3光电测距仪的检验§4.4全站仪和自动全站仪仪自动仪§4.5三角高程测量§4.6直线定向TotalStationandDistanceMeasurement§4.1距离测量4.1.1钢尺量距工具工具钢尺薄碳钢带制成温度计温度计弹簧秤其它测钎垂球标杆其它测钎、垂球、标杆TotalStationandDistanceMeasurement4.1.1钢尺量距钢尺丈量距离钢尺丈量距离定线平坦地面的距离丈量TotalStationandDistanceMeasurement4.1.1钢尺量距钢尺丈量距离倾斜地面的距离丈量倾斜地面的距离丈量平量法斜量法平量法斜量法22cos22DShDSTotalStationandDistanceMeasurement4.1.1钢尺量距尺长方程式丈量温度时的钢尺实际长度（m）0ttlllltl——丈量温度时的钢尺实际长度（m）；——钢尺刻划上注记的长度，即名义长度（m）；tll——钢尺在检定温度t0时的尺长改正数；α——钢尺膨胀系数，其值约为116×10-6～125×10-6m/（m·℃）llα钢尺膨胀系数，其值约为11.6×1012.5×10m/（m℃）t0——钢尺检定温度，又称标准温度，一般取20℃；t——丈量时温度。钢尺检定：就是检定出在某一温度下尺长改正数ΔL。钢尺检定：就是检定出在某温度下尺长改正数。钢尺检定的方法主要是与标准长度相比较求得。TotalStationandDistanceMeasurement例1:已知1号钢尺的尺长方程式为:5被检定的2号钢尺的名义长度是30m两尺末端对齐时1号钢尺51300.0031.251030(20)tlmmtCm被检定的2号钢尺的名义长度是30m,两尺末端对齐时,1号钢尺零分划对准2号钢尺的0.006m处,试确定2号钢尺的尺长方程式.TotalStationandDistanceMeasurement例2:已知某钢尺的尺长方程式为:5用这根钢尺在14℃时丈量一段水平距离为18645m试求改正5300.0061.251030(20)tlmmtCm用这根钢尺在14℃时丈量段水平距离为186.45m,试求改正后的实际距离.TotalStationandDistanceMeasurement4.1.1钢尺量距成果整理lDD10）尺长改正ttDDlDDtl)(2100）温度改正：）尺长改正：DhD232）倾斜改正：）水平距离DDDDStl）水平距离：4误差来源1）尺长本身误差2）温度变化的误差3）拉力误差4）垂曲、反曲误差5）钢尺不水平的误差6）定线误差7）丈量本身的误差TotalStationandDistanceMeasurement丈量本身的误差例3:已知某钢尺的尺长方程式为:5用这根钢尺在倾斜地面往返丈量AB两点的距离用水准仪测5300.0021.251030(20)tlmmtCm用这根钢尺在倾斜地面往返丈量AB两点的距离,用水准仪测得两点之间的高差为h=1.68m,往测时量得的长度为214.542m,平均温度为24.5℃,返测时量得的长度为214.532m,平均温度为24.8℃,试求经过各项改正后的AB的水平距离.TotalStationandDistanceMeasurement4.1.2视距测量利用水准仪与经纬仪等的望远镜观测标尺时，由透镜成像原理的三角形相似原理相似三角形对应边长成比例间接求原理的三角形相似原理，相似三角形对应边长成比例，间接求测出两点间的距离的测距方法。在相似三角形中，测视距时的观测值的不同，视距测量又可分为两种类型：l定角视距法定基线视距法2cot2lS定基线视距法视距测量变化而变化称为定角随不变时当lS视距测量变化而变化，称为定角随不变时，当lS线视距测量变化而变化，称为定基随不变时，当SlTotalStationandDistanceMeasurement4.1.2视距测量视准轴水平时，内调焦望远镜测距公式bbbflfpbffS121llKS100fp2TotalStationandDistanceMeasurement4.1.2视距测量轴倾斜时的式视准轴倾斜时的视距公式90190OMM90219090290ONNOMMcoslNMl22coscoscoslKDSlKlKDcoscoslScoslKD视距尺不垂直于视准轴的改正coslKD视距尺不垂直于视准轴的改正倾斜距离改化为水平距离coscos2DKlSTotalStationandDistanceMeasurement拇指（跳眼）测距法拇指（跳眼）测距法假设距离我们N米有一棵树，测量我们到这棵树的距离：水平端起我们的右手臂右手握拳立起大拇指1、水平端起我们的右手臂，右手握拳，立起大拇指；2、用右眼（左眼闭）将大拇指的左边与树重叠在一条直线上；右手臂和大拇指不动闭上右眼再用左眼观测大拇指左边3、右手臂和大拇指不动，闭上右眼，再用左眼观测大拇指左边，会发现这个边线离开树右边一段距离；4估算这段距离（这个也可以测量）将这个距离×10得数4、估算这段距离（这个也可以测量），将这个距离×10，得数就是我们距离这课树的约略距离；这个“拇指测距法”，熟练、正确掌握后，1000m内，测量结果上下误差在1m内。练、正确掌握后，1000m内，测量结果上下误差在1m内。原理人的瞳孔间距约6单臂长约60二原理：人的瞳孔间距约6cm,单臂长约60cm,二者之比为10倍。相似三角形原理。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3光电测距光电测距的基本原理通过测定电磁波（无线电波或光波）在待测距离两端点间往返传播的时间，利用电磁波在大气中的传播速度来确定其距离。将电磁波作为载波进行距离测量，其公式为：tCD1CCtCD20smCn/10380TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3光电测距光电测距的种类电磁波测距仪按采用的载波的不同，可分为：电磁波测距仪按采用的载波的不同，可分为：光电测距仪：采用光波（可见光或红外光）激光测距仪：用激光作为载波；红外测距仪：用红外光作为载波；微波测距仪：采用微波段的无线电波根据测定时间t的方法不同，电磁波测距仪又分为：根据测定时间t的方法不同，电磁波测距仪又分为：脉冲式测距仪相位式测距仪电磁波测距仪按测程来分可分电磁波测距仪按测程来分，可分：短程(3km内）；中程（3km至15km）；远程（15km以上）TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3光电测距光电测距的种类电磁波测距仪按载波数来分，可分：电磁波测距仪按载波数来分，可分：单载波：可见光、红外光、微波；双载波可见光和可见光可见光和红外光或微波等双载波：可见光和可见光、可见光和红外光或微波等；；三载波：可见光、可见光和微波，可见光、红外光和微波等；电磁波测距仪按发射目标来分，可分：无反射目标；有反射目标（反射镜）；有源反射器（应答机）无反射目标；有反射目标（反射镜）；有源反射器（应答机）根据测距的精度不同，电磁波测距仪又分为：级公里测距中误差（精度）小于等于5一级：一公里测距中误差（精度）小于等于5mm；二级：一公里测距中误差（精度）大于5mm小于等于10mm；TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3光电测距脉冲式测距仪通过直接测定光脉冲在测线上往返传播的时间来求得距离。通过直接测定光脉冲在测线上往返传播的时间来求得距离。tCD21TotalStationandDistanceMeasurement24.1.3光电测距相位式测距仪相位法测距的基本原理相位法测距的基本原理TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3光电测距相位式测距仪相位法测距的基本公式调制光全程的相位变化为NNNN2)(22调制光全程的相位变化为：NNNN2)2(221)(2)(21NND)(2NNDTotalStationandDistanceMeasurement4.1.3光电测距相位式测距仪相位法测距的基本公式111121fTfvCtCD令∶)(21NNDTTNtfC22则)(NNDμ称为测尺长度在相位式测距仪中相位计只能测定相位移尾数Δφ而无法该方法实质上相当于用一把长度为u的尺子来丈量欲测的距离。在相位式测距仪中，相位计只能测定相位移尾数Δφ而无法测定整周期数N，因此使上式产生多值解，距离D无法确定。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3光电测距相位式测距仪N值的确定（混搭）？？当测尺长度大于待测距离时由下式可求当测尺长度u大于待测距离D时，N=0，由下式可求得确定的距离值。NND2为了扩大测程必须选用较长的测即fC22为了扩大测程，必须选用较长的测尺，即选用较低的调制频率。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3光电测距相位式测距仪N值的确定由于仪器测相(频率)误差般小于1/1000它对测距误差的由于仪器测相(频率)误差一般小于1/1000，它对测距误差的影响将随测尺长度的增大而增大。因此，为了解决扩大测程与提高精度的矛盾可以采用组测尺配合测距提高精度的矛盾，可以采用一组测尺配合测距：以短测尺（频率高的调制波又称精测尺）保证精度fC22以短测尺（频率高的调制波，又称精测尺）保证精度：以长测尺（频率低的调制波，又称粗测尺）保证测程。NN测尺频率与测距差的关系测尺频率f15MHz1.5MHz150kHz15kHz1.5kHz测尺长度u10m100m1km10km100km精度1cm10cm1m10m100mTotalStationandDistanceMeasurement精度4.1.3光电测距相位式测距仪N值的确定N832010例mDNmuNmu23.678679.01000832.0102211例：例：欲使某相位测距仪的测程达到10km,测距精度达到1mm，问需多少个光尺？它们的频率分别为多少？解：则准确测得“公里”、“百米”“十米”的值存在误差。km101kHzf151选则准确测得“十米”、“米”“分米”的值存在误差。m1002MHzf5.12分米的值存在误差选则准确测得“分米”、“厘米”估读到“毫米”m13MHzf1503TotalStationandDistanceMeasurement估读到毫米4.1.3光电测距测距成果的整理加常数的改正)(dDDK由于仪器的加常数为一固)(0dDDK由于仪器的加常数为一固定值，可预置在仪器中，使之测距时自动加以改正但是仪测距时自动加以改正。但是仪器在使用一旦时间后，此加常数可能会有变化，应进行检验，测出加常数的变化值（剩余加常数）对观测成果加以改正。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3光电测距测距成果的整理乘常数的改正测距仪在使用过程中实际的调制光频率与设计的标测距仪在使用过程