第六章距离测量及全站仪

《第六章距离测量及全站仪》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第六章距离测量及全站仪（35页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、 距离量测是确定地面点位观测量之一距离量测是确定地面点位观测量之一.测量地面两点之间的水平距离测量地面两点之间的水平距离。其其方法包括方法包括:钢尺量距钢尺量距光学视距法光学视距法电磁波测距电磁波测距GPSGPS测距测距一、量具工具主要工具：钢尺；常用的钢尺有：20m,30m,50m；基本分画有：厘米和毫米；更具零点的不同：刻线尺和零点尺二、直线定线直线定线即在两点的直线方向上竖立一系列标杆，把中间若干点确定在已知直线的方向上。直线定线按精度要求可用目测定线，也可用经纬仪或其他定线仪器进行定线。1、目测定线两点间定线两点延长线上定线2、仪器定线三、钢尺量距方法1、钢尺一般量距方法平坦地面的量距

2、方法：A、B两点之间的水平距离为qlnDAB式中：整尺段数整尺长不足一整尺的余长nlq倾斜地面的量距方法：沿地面丈量倾斜距离D，用水准仪测定两点间的高差h，计算水平距离D。22/hDD2、钢尺精密量距方法钢尺尺长方程式)(0ttllllt为丈量温度为时的钢尺实际长度（m)；为钢尺刻划上注记的长度，即名义长度（m)为钢尺在鉴定温度时的尺长该正数；为钢尺膨胀系数其值约为tltll0t)/(105.12106.1166cmm定线 (1)经纬仪在两点间定线(2)经纬仪延长定线量距测定桩顶间高差成果计算（为实际丈量长度）尺段长度的计算：尺长改正、温度改正、倾斜改正计算全长llllld00lttlt)(0

3、lhllhlhllk2)821(24422平均返往DDDkD相对误差l四、钢尺量距的误差1、钢尺误差尺长误差属系统误差，是累积的。因此钢尺须经过检定，以求得尺长改正值。2、人为误差钢尺倾斜误差和垂曲误差当地面高低不平、按水平钢尺法量距时，钢尺没有处于水平位置或因自重导致中间下垂而成曲线时，都会使所量距离增大，因此丈量时必须注意钢尺水平。定线误差使丈量结果偏大。一般丈量时，要求定线偏差不大于0.1m，可以用标杆目估定线。当直线较长或精度要求较高时，应用经纬仪定线。拉力变化的误差一般量距中只要保持拉力均匀即可，而对较精密的丈量工作则需使用弹簧秤。丈量本身的误差3、外界条件的影响外界条件的影响主要是

4、温度的影响，钢尺的长度随温度的变化而变化，当丈量时的温度和标准温度不一致时，将导致钢尺长度变化。按照钢的膨胀系数计算，温度每变化l，约影响长度为1/80000。一般量距时，当温度变化小于l0时可以不加改正，但精密量距时必须考虑温度改正。一、概述视距测量是一种间接测距方法；装置：视距丝特点：作业方便，不受地形条件的限制。不足：测程较短，精度较低，条件较好仅有1/2001/300。二、原理视距测量利用望远镜十字丝平面上的上、下两根视距丝a与b，配合视距尺和测得的竖直角a，用视距公式算得水平距离及高差的一种方法。1、视线水平时的距离与高差公式如图所示，欲测定A、B两点间的水平距离D及高差h，设望远镜

5、视线水平，瞄准B点视距尺。若尺上M、N点成像在十字丝分划板上的两根视距丝m、n处，那末尺上MN的长度可由上、下视距丝读数之差求得。2、视线倾斜时的距离与高差公式将视距间隔MN换算为与视线垂直的视距间隔，就可按上式倾斜距离D，再根据D和竖直角算出水平距离D及高差h。因此解决这个问题的关键在于求出MN与MN之间的关系。图中角很小，约为34，故可把和EMM和ENN近似地视为直角，而MEMNEN，因此由图可看出MN与MN的关系如下视准轴倾斜时的视距测量设MN为l，MN为l，则得倾斜距离所以A，B的水平距离由图中看出，A，B间的高差h为所以三、视距测量的观测和计算1、观测2、计算照 准点 号下丝读数上丝

6、读数视距间隔中丝读数竖直角水平距离（m）高差（m）高程（m）B1.7681.3524583.214.0745.470.9340.834C2.1821.42527150.8314.3955.790.6601.522D2.4402.15-13557.76-2.3339.071.8620.578vDhH测站：A，测站高程：41.40m,仪器高：1.42m四、视距测量的误差分析1、读数误差2、标尺倾斜误差dKldD2sin3、竖直角观测误差dKldh2cos4、外界气象条件的影响 电磁波测距的基本原理：电磁波测距的基本原理：通过测定电磁波在待测距离两端点间往返传播的时间，利用电磁通过测定电磁波在待测距

7、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。波在大气中的传播速度来确定其距离。一、基本原理 将电磁波作为载波进行距离测量，其公式为：将电磁波作为载波进行距离测量，其公式为：式中式中C：电磁波在大气中的传播速度，它根据观测时的：电磁波在大气中的传播速度，它根据观测时的 气象条件来确定；气象条件来确定；t：电磁波在被测距离上往返传播时间。电磁波在被测距离上往返传播时间。由于由于 C可以根据电磁波在真空中的传播速度可以根据电磁波在真空中的传播速度C0来精确推求，所以，来精确推求，所以，只要设法测定时间只要设法测定时间 t 便可以求出待测距离便可以求出待测距离D。tCD21 电

8、磁波测距仪的优点：电磁波测距仪的优点：1、测程远、精度高。、测程远、精度高。2、受地形限制少、受地形限制少等优点。等优点。3、作业快、工作强度低。、作业快、工作强度低。二、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：光电测距仪光电测距仪(激光测距仪激光测距仪,红外测距仪红外测距仪)；微波测距仪微波测距仪根据测定时间根据测定时间 t 的方法不同，分为：的方法不同，分为：脉冲式测距仪；相位式测距仪脉冲式测距仪；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：短程短程(3km 内）；中程（内）；中程（3km至至15km）；）；

9、远程（远程（15km以上）以上）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；单载波；双载波；双载波；三载波；三载波；电磁波测距仪按发射目标来分，可分：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：根据测距的精度不同，电磁波测距仪又分为：一级：一公里测距中误差（精度）小于等于一级：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）大于二级：一公里测距中误差（精度）大于5mm小于等于小于等于10mm；脉冲式光电测距仪

10、是将发射光波的光强调制成脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测距离上往返传播的时间来计算距离。距离上往返传播的时间来计算距离。脉冲测距原理图002fqqTtD：脉冲的振荡频率0fq：计数器计得的时钟 脉冲个数 计数器只能记忆整数个时钟脉冲，不计数器只能记忆整数个时钟脉冲，不 足一周期的时间被丢掉了。测距精度较足一周期的时间被丢掉了。测距精度较 低，一般在低，一般在“米米”级，最好的达级，最好的达“分米分米”级。级。*相位式光电测距仪是将发射光强调制成正弦波的形式，相位式光电测距仪是将发射光强调制成正弦波的

11、形式，通过测量正弦光波在待测距离上往、返传播的相位移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。从而求得距离。来解算时间。从而求得距离。*1）相位法测距仪的工作基本原理相位法测距仪的工作基本原理 将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形：N2 由光源发出的光通过调制器调制后，成为光强随高频信号变化的调制由光源发出的光通过调制器调制后，成为光强随高频信号变化的调制光，射向测线的另一端的反射镜，同时调制光另一部分送入相位计作为参光，射向测线的另一端的反射镜，同时调制光另一部分送入相位计作为参考信号。射向反射镜的调制光被反射后，被接收器接收，然后由相位计将考信号。射向反射镜的调制光

12、被反射后，被接收器接收，然后由相位计将参考信号和接收信号进行比较，并由显示器显示出调制光在被测距离上往参考信号和接收信号进行比较，并由显示器显示出调制光在被测距离上往返传播所引起的相位移返传播所引起的相位移 。由于D2 2 tft，所以fNt22）（NN2)2(2NfcD则：式中 ，2N10 N2）相位式测距仪的基本测距公式）相位式测距仪的基本测距公式 往程返程2NDDN2 3）确定）确定N值的方法值的方法 当当N=0时，时，D有唯一解。有唯一解。可见，要可见，要 N=0，则必须选用较长的测尺长度即较低的测尺频率。取，则必须选用较长的测尺长度即较低的测尺频率。取 可求出测尺长度相应的测尺频率，

13、由于仪器的测相系统成在测相误差，其可求出测尺长度相应的测尺频率，由于仪器的测相系统成在测相误差，其值一般达值一般达 ，它对测距精度的影响将随测尺长度的增大而增大。，它对测距精度的影响将随测尺长度的增大而增大。令则2D称为测尺长度310skmCC/10350fC22222fCD 如何解决如何解决扩大测程扩大测程和和提高精度提高精度的矛盾呢？的矛盾呢？采用一组测尺来组合测距，以短测尺（频率高的调制波，又称精采用一组测尺来组合测距，以短测尺（频率高的调制波，又称精测尺）保证精度测尺）保证精度，以长测尺（频率低的调制波，又称粗测尺）保证，以长测尺（频率低的调制波，又称粗测尺）保证测程。这样就解决了多值

14、解的问题。测程。这样就解决了多值解的问题。测尺频率f测尺长度u精 度 1cm10cm1m10m100m10m1km10km 100km100m15MHz1.5MHz15kHz1.5kHz150kHz精度：310fC20skmC/10350 测距仪的精度一般用下式表示：测距仪的精度一般用下式表示：式中式中:D为实测距离，以为实测距离，以km为单位。为单位。A为仪器标称精度中的固定误差，以为仪器标称精度中的固定误差，以mm为单位；为单位；B为仪器标称精度中的比例误差系数，以为仪器标称精度中的比例误差系数，以mm/km为为单位；单位；例如：某测距仪的标称精度为：例如：某测距仪的标称精度为：3mm+3

15、ppm,其表达的意其表达的意思是：思是：该测距仪该测距仪 测距时的固定误差为：测距时的固定误差为：3mm;测距时的比例误差为测距时的比例误差为310-6mm/km。)(DBAmD KnfcnfcND 222 对于相位式光电测距仪，经分析，测距误差主要有三部分：对于相位式光电测距仪，经分析，测距误差主要有三部分：比例误差比例误差：由调制频率的误差、真空中光速值的误差、大气折射率误差由调制频率的误差、真空中光速值的误差、大气折射率误差引起，它与被测距离成正比，称为比例误差。引起，它与被测距离成正比，称为比例误差。固定误差：固定误差：由测相误差、仪器加常数的校准误差、测距仪和反射镜的对由测相误差、仪

16、器加常数的校准误差、测距仪和反射镜的对中误差引起，它与距离无关，称为固定误差。中误差引起，它与距离无关，称为固定误差。周期误差：周期误差：由测距仪内部的光电信号串绕引起的以一定距离（通常为一由测距仪内部的光电信号串绕引起的以一定距离（通常为一个精测尺长度）为周期重复出现的误差。个精测尺长度）为周期重复出现的误差。全站仪又名电子速测仪，它几乎可以完成各种常规测量仪器所做的工作。全站仪又名电子速测仪，它几乎可以完成各种常规测量仪器所做的工作。全站仪的工作原理与传统的经纬仪类似，即利用望远镜瞄准目标，然后借全站仪的工作原理与传统的经纬仪类似，即利用望远镜瞄准目标，然后借助某种形式的度盘读取方向值，但

17、它又具有以下特点：助某种形式的度盘读取方向值，但它又具有以下特点：主要是小型光电测距装置与经纬仪相结合，构成了三维测量系统；主要是小型光电测距装置与经纬仪相结合，构成了三维测量系统；用光电扫描度盘替代光学玻璃度盘；运用微处理机对测量过程和测量数据用光电扫描度盘替代光学玻璃度盘；运用微处理机对测量过程和测量数据的现场处理实施控制；的现场处理实施控制；利用倾斜传感器对竖直角的剩余倾斜值进行自动改正；除了具有液晶数字利用倾斜传感器对竖直角的剩余倾斜值进行自动改正；除了具有液晶数字显示测量值之外，还具有电子数据自动记录装置。显示测量值之外，还具有电子数据自动记录装置。同轴望远镜同轴望远镜 双轴自动补偿

18、双轴自动补偿 由于全站仪集测角、测距于一体，由微处理机控制能自由于全站仪集测角、测距于一体，由微处理机控制能自动进行测距、测角，能自动归算水平距离、高差和坐标等，还能动进行测距、测角，能自动归算水平距离、高差和坐标等，还能进行施工放样，能自动记录观测数据，所以使用极为方便，深受进行施工放样，能自动记录观测数据，所以使用极为方便，深受广大测量工作者的欢迎。广大测量工作者的欢迎。我国从我国从8080年代初期开始小批量引进外国制造的全站仪，年代初期开始小批量引进外国制造的全站仪，到到9090年代已能自主研制并批量生产。目前，全站仪已在国民经济年代已能自主研制并批量生产。目前，全站仪已在国民经济各个部

19、门得到广泛应用各个部门得到广泛应用。全站仪的独立观测值是斜距、水平方向值和垂直角，其全站仪的独立观测值是斜距、水平方向值和垂直角，其他数据如平距、高差、坐标等可由全站仪内的微处理机计算而得他数据如平距、高差、坐标等可由全站仪内的微处理机计算而得，不必另行观测，这是在全站仪的使用过程中应当注意的。，不必另行观测，这是在全站仪的使用过程中应当注意的。三同轴望远镜三同轴望远镜 在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴和接收光轴是同轴的，因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时和接收光轴是同轴的，因此，测量时使

20、望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距。测定水平角、垂直角和斜距。三维坐标测量、放样三维坐标测量、放样对边测量对边测量方位角设置方位角设置悬高测量悬高测量 面积计算面积计算角度偏心测量角度偏心测量 测站点高程测站点高程 后方交会测量后方交会测量 自动全站仪是一自动全站仪是一种能自动识别、照种能自动识别、照准和跟踪目标的全准和跟踪目标的全站仪，又称测量机站仪，又称测量机器人。器人。本图为徕卡公司本图为徕卡公司的的TPS1100系列全系列全站仪。站仪。徕卡公司的徕卡公司的TPS1100系列全站仪的特性系列全站仪的特性马达驱动与自动目标识别；马达驱动与自动目标识别；自动跟踪；自动跟踪；镜站遥控测量；镜站遥控测量；无反射棱镜测量；无反射棱镜测量；支持用户自编应用程序。支持用户自编应用程序。