测量教案4章_距离测量.

方法——钢尺量距、视距测量、电磁波测距和GPS测量。§4.1钢尺量距(1)量距工具1)钢尺——长度20m，30m，50m。第4章距离测量与直线定向2)辅助工具(2)直线定线确定分段丈量的分段点在待量直线端点的连线上。1)目测定线2)经纬仪定线(3)钢尺量距的一般方法1)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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=|DAB－DBA|/D≤1/3000。例如，DAB=162.73m，DBA=162.78m，相对误差K=|162.73－162.78|/162.755=1/32551/30002)倾斜地面的距离丈量①平量法——吊垂球线投影。②斜量法——量斜距，测高差或竖角化算为平距。D=Scosα=√S2－h2(4)钢尺量距的精密方法一般方法量距，相对误差为1/1000~1/5000，精密方法量距，相对误差为1/10000~1/40000，主要工具：钢尺、弹簧秤、温度计、尺夹等。钢尺应经检验——尺长方程式，量距时应使用弹簧秤施加鉴定时的拉力(15kg)。距离应进行温度与尺长改正。(5)钢尺量距的误差分析1)尺长误差钢尺名义长度与实际长度不符的误差。具有积累性，丈量距离越长，误差越大。2)温度误差温度变化1℃，丈量30m距离的影响为0.4mm。3)钢尺倾斜和垂曲误差地面不平坦，钢尺不水平或中间下垂而成曲线，所量长度实际长度。整尺段悬空时，中间应有人托住钢尺。4)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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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。§4.2视距测量望远镜十字丝分划板视距丝，厘米分划视距标尺。根据光学原理测定两点间的距离和高差视距测量的相对误差约为1/300，低于钢尺量距测定高差的精度低于水准测量。主要用于地形测量的碎部测量中。(1)视准轴水平时的视距计算公式l——视距间隔。相似三角形原理：d/f=l/p，d=lf/p=Kl，K=f/p，K=100D=d+f+δ=Kl+C，C=f+δ相对于Kl，C一般很小，可以忽略不计，D≈Kl。例如：D=Kl=100(1.385－1.190)=19.5m高差：hAB=i－v(2)视准轴倾斜时的视距计算公式l’=lcosα，S=Kl’=KlcosαD=Scosα=Klcos2αh’=Ssinα=Klcosαsinα=0.5Klsin2α=Dtanαh+v=h’+i，h=h’+i－v=0.5KLsin2α+i－v=Dtanα+i－v[例4-1]HA=35.32m，i=1.39m，上、下丝读数为1.264m，2.336m，盘左竖盘读数L=82°26′00″，竖盘指标差x=1′，求两点间的平距和高差。[解]视距间隔l=2.336－1.264=1.072m竖角α=90°－82°26′00″+1′=7°35′平距D=Klcos2α=105.33m中丝v=(上丝+下丝)/2=1.8m高差h=Dtanα+i－v=+13.61mB点高程HB=35.32+13.61=48.93m。2007年3月上海同济大学出版社出版(3)视距测量的误差分析1)读数误差S=Kl’，视距间隔l的读数误差被扩大100倍读数误差为lmm，对距离的影响为0.lm。标尺读数前应先消除视差，上、下丝读数应几乎同时进行。视距测量的距离不能太长，测量的距离越长，标尺1cm分划的长度在望远镜十字丝分划板上的成像长度越小，读数误差越大。2)标尺不竖直误差标尺偏离铅垂线方向dα角时，对水平距离的影响dKldD2sin21目估使标尺竖直的误差dα=1°，Kl=100m，α=5°，dD=0.15m，α=30°，dD=0.76m。结论：标尺倾斜对测定水平距离的影响随视准轴竖直角的增大而增大。在山区测量时应特别注意将标尺竖直。3)竖直角观测误差对水平距离的影响较小，主要影响高差Kl=100m，dα=1′，α=5°，dD=0.03m。dKldh2cos4)大气折光的影响近地面大气折光使视线产生弯曲，日光照射下，大气湍流会使成像晃动，风力使标尺摇动，使视距测量产生误差。视距测量时，不要使视线太贴近地面，成像晃动剧烈或风力较大时，应停止观测。阴天且有微风时是观测最有利的气象条件。§4.3电磁波测距电磁波测距(Electro-magneticDistanceMeasuring)简称EDM用电磁波(光波或微波)作为载波传输测距信号，间接测量两点距离。§4.3.1光电测距仪的基本原理测量光波在待测距离上往、返传播一次所需的时间t2D，D=0.5Ct2D，C——光在大气中的传播速度；C=C0/n，C0=299792458m/s±1.2m/s，真空光速。n≥1，大气折射率。n=f(λ,t,p)，是光波长λ，大气温度t，大气压力p的函数瑞典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+1ppmT2+DI10，1968年Wild推出的第一台红外测距仪Wild生产的微波测距仪(1)脉冲式光电测距仪测量发射尖脉冲在待测距离上往返传播时间计算距离。钟脉冲的振荡频率——f0，周期T0=1/f0计数器的时钟脉冲数——q，光脉冲往返传播时间——t2D=qT0问题——电子计数器只能记忆整数时钟脉冲数。讨论——电子计数器只能记忆整数钟脉冲数。q有±1钟脉冲误差，距离测量误差mD=0.5CT0=0.5C/f0f0=15MHz，C=299792458m，mD=19.986m。如令mD=0.01m，f0=0.5C/mD=14989MHz人类可做到的石英晶振频率为1×10-6级的最高频率为300MHz，测距误差——mD=0.5C/f0=0.5m。徕卡脉冲测距仪——DI3000解决方案核心技术——一个特殊的充放电电容器，放电时间T是充电时间t的数千倍。用测距时间t2D对电容器充电，然后放电，通过填充钟脉冲测量放电时间T2D，设t2D=T2D/3000，等价将充电时间误差缩小3000倍。f0=15MHz，mD=19.986m/3000=0.007mm。WildDI3000脉冲测距仪(2)相位式光电测距仪测量正弦光波在待测距离上往返传播的相位差解算t2D。频率为f的正弦光波振荡一周期的相位移——2π，发射正弦光波经2D距离后的相位移——φ=2πN+Δφ正弦光波振荡频率f的意义——一秒钟振荡的次数，正弦光波经t2D秒钟后振荡的相位移——φ=2πft2D列时间方程——2πft2D=2πN+Δφt2D=(N+Δφ/2π)/f=(N+ΔN)/f，ΔN=Δφ/2πD=0.5Ct2D=0.5C(N+ΔN)/f=0.5CT(N+ΔN)=0.5λS(N+ΔN)λS=C/f=CT——正弦波波长，0.5λS——正弦波半波长，测尺。调制频率f越大，测尺长0.5λS越短。电子相位计将两个正弦波比相测量相位差Δφ求出不足一周期小数ΔN=Δφ/2π，测不出整周数N。距离D=0.5λS(N+ΔN)存在多值解，只有当D0.5λS时，N=0，才不存在多值解。解决方法——用不同长度的多把测尺测距，组合距离。最短测尺——精测尺，其余测尺——粗测尺。精粗测尺所测距离组合成最终距离。测程1km测距仪——10m(15MHz)，1000m(150MHz)两把测尺；待测距离为586.486m，用1000m粗测尺测量的距离0.5λ粗ΔN=1000×0.5871=587.1m用10m精测尺测量的距离0.5λ精ΔN=10×0.6486=6.486m精粗测尺测距结果组合过程587.16.486586.486m精粗测尺测距结果组合由测距仪微处理器自动完成，结果送显示窗显示，无需人工干预。§4.3.2ND3000红外测距仪简介自带望远镜，望远镜视准轴、发射光轴、接收光轴同轴。ND3000测距仪内部主要技术参数①红外光源波长：0.865m②测尺长及对应的调制频率②精测尺：10m，f1=14.835546MHz粗测尺1：1000m，f2=148.35546kHz粗测尺2：10000m，f2=14.835546kHz③测程：2500m(单棱镜)，3500m(三棱镜)④标称精度：±(5mm+3ppm)⑤测量时间：正常测距3s，跟踪测距、初始测距3s，以后每次测距0.8s⑥显示：带有灯光照明的7位数字液晶显示，最小显示距离为1mm⑦供电：6V镍镉(NiCd)可充电电池⑧气象改正比例系数计算公式：)003661.01(2904.096.2781tPD测距时的大气压力与空气温度测量设备经典测距仪系列展英国TellurometerMRA101微波测距仪北京701厂DWJ-1型微波测距仪北京701厂WJ-1型微波测距仪微波测距仪激光测距仪北京光学仪器厂——HGC-1红外测距仪武汉地震仪器厂JCY-2A激光测距仪总参测绘研究所BJCY-1变频式半导体激光测距仪北京光学仪器厂DC-30JG激光测距仪宜昌HQ-102激光测距仪AGA厂Geodimeter激光测距仪AGA-6激光测距仪AGA厂Geodimeter激光测距仪AGA厂GeodimeterAGA-8激光测距仪日本索佳REDmini相位式红外测距仪WildDI4L相位式红外测距仪WildDIS5相位式红外测距仪WildDI20相位式红外测距仪Wild第一台电子经纬仪(1978年生产)-TC1电子经纬仪Wild新T2+DI1000相位式红外测距仪WildT1600+DI4LWildT16+DI5LWildT1600+DI1000WildT2000+DI5日本拓普康测距仪世界最高精度的激光测距仪-KernME5000§4.3.3喜利得手持激光测距仪德国喜利得(HILTI)手持激光测距仪PD30用于建筑施工与房产测量中的距离、面积、体积测量。大屏幕显示读数容易测量起始点选择前端/后部PD30手持激光测距仪功能:管水准器提高水平测量精确度键盘(体积,面积,距离,加,减)全版显示,容易理解橡胶保护提高对机身的保护,更坚固背景灯黑暗中可读数测量延长片从角落起测量充电接口可用充电电池开/关键开机显示最后4个测量值/测量功能PD30简单的操作,即可完成各种测量任务PD30图形显示所有的功能,一目了然距离测量键放线定位(15读数/秒)按下测量键2秒,进入连续测量体积键面积键加键减键屏幕照明键徕卡DISTOA8手持激光测距仪带倾斜传感器——便于测量坡度；带3×数码瞄准器——便于白天测量。主显示栏显示测量或计算结果倾斜传感器徕卡DISTOA8手持激光测距仪功能:管水准器提高水平测量精确度间接测量键利用三角函数与勾股定理计算3×数码瞄准器便于白天测量时瞄准目标清除键测量延长片从角落起测量背景灯黑暗中可读数橡胶保护提高对机身的保护,更坚固副显示栏显示倾斜角或辅助测量结果§4.3.4光电测距的误差分析相位式光电测距仪测距公式D=C0/(2fn)(N+ΔN)+K，K——测距仪的加常数距离D的误差——C0，f，n，ΔN，K。C0，f，n的误差——比例误差ΔN，K的误差——固定误差缩写——常用经验公式——ND3000标称精度——5mm+3ppm1ppm=1mm/1km=1×10-6，测量1km距离的比例误差为1mm。2222222220224)(0KNsfnCDmmDfmnmCmm精2222DBAmD)(bDamD§4.4直线定向确定地面直线与标准北方向的水平夹角。(1)标准