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1、第4章 距離測量學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)目目標(biāo)標(biāo):學(xué)學(xué)習(xí)習(xí)光光電電測測距距、尺尺子子量量距距和和光光學(xué)學(xué)測測距距三三種種距距離離測測量量原原理理與與方方法法,在在掌掌握握現(xiàn)現(xiàn)代代光光電電測測距距技技術(shù)術(shù)原原理理與方法基礎(chǔ)上,掌握與方法基礎(chǔ)上,掌握鋼尺量距鋼尺量距、光學(xué)視距光學(xué)視距基本方法?;痉椒ā5谝还?jié) 鋼尺量距原理與方法一、概述一、概述傳統(tǒng)上所謂的尺子量距方法。鋼尺量距基本工作:定線、丈量、計(jì)算。鋼尺量距方法:一般量距方法、精密量距方法。二、定線的方法二、定線的方法:有目測法和經(jīng)緯儀法。定線,定線,把分段點(diǎn)確定在待量直線上的工作。1.目測法:二點(diǎn)法、趨近法、傳遞法。2.經(jīng)緯儀法:精密定線方法,有縱絲法和分
2、中法。1.目測法定線定線:1)二點(diǎn)法目測定線,二端為準(zhǔn),概量定點(diǎn)。一般在平地。(1)在A、B端點(diǎn)上樹立標(biāo)桿;(2)一指揮者立B點(diǎn)標(biāo)桿后瞄A點(diǎn)的標(biāo)桿;(3)二位定點(diǎn)人員按整尺段從A概量至1號點(diǎn),根據(jù)指揮確定1號點(diǎn)位置立在AB視線上;(4)按(3)的做法依次把2、3、4 等分段點(diǎn)定在AB線上。2.2.經(jīng)緯儀法經(jīng)緯儀法:1)縱絲法:經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡十字絲縱絲為準(zhǔn),概量定點(diǎn)。(1)在丈量直線一端A安置經(jīng)緯儀,望遠(yuǎn)鏡精確瞄準(zhǔn)另一端B樹立的目標(biāo),此時照準(zhǔn)部在水平方向上不得轉(zhuǎn)動;(2)沿BA方向按尺段長概量B1;(3)縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡瞄到1處附近,指揮1號分段點(diǎn)測釬定在十字絲的縱絲影像上。(4)仿步驟(2)(3),依
3、次在AB線上定分段點(diǎn)2、3、4三、鋼尺一般丈量法三、鋼尺一般丈量法 1.準(zhǔn)備工作:1)主要工具:鋼尺、垂球、測釬、標(biāo)桿等。鋼尺完好,刻劃清楚。2)工作人員組成:主要工作人員是拉尺、讀數(shù)、記錄共2-3人。3)場地:比較平坦,已定線,并插有測釬。2.丈量工作:1)往測:從A丈量至B,逐段丈量整尺段n,尺段長為lo;最后丈量零尺段長q。長度為D往;2)返測:從B丈量至A,返測全長長度為D返。3.計(jì)算與檢核:1)計(jì)算 D往=n lo往+q往 (3-35)D返=n lo返+q返 (3-36)2)檢核 D=D往-D返 (3-37)四、精密量距方法四、精密量距方法 1.準(zhǔn)備工作:1)工具:鋼尺、彈簧秤、溫度
4、計(jì)等。檢驗(yàn)鋼尺,且有尺長方程式。l=lo+lo+(t-to)lo (3-41)2)人員:主要5人。3)場地:(1)經(jīng)整理便于丈量;(2)定線后的分段點(diǎn)設(shè)有精確的標(biāo)志2.精密量距。一尺段丈量方法:1)拉尺。拉尺員拉掛有彈簧秤的鋼尺,拉力指示為100N(30米),鋼尺面刻劃與分段點(diǎn)標(biāo)志對齊。2)讀數(shù)。二位讀數(shù)員依次讀取分段點(diǎn)標(biāo)志橫線所對的鋼尺刻劃值。前端讀數(shù)員讀至cm,后端讀數(shù)員讀至0.5mm,如前端讀數(shù)l前=29.9800m,后端讀數(shù)l后=75.5mm。3)記錄。記錄l前、l后,計(jì)算尺段丈量值 l=l前-l后。4)重復(fù)丈量。按步驟1)、2)、3)重復(fù)丈量和記錄,計(jì)算獲得l”、l”。5)檢核。l容
5、=23mm。6)記錄溫度t,抄錄尺段高差h。3.計(jì)算:1)二項(xiàng)改化計(jì)算:(1)各尺段尺長改正數(shù)li計(jì)算:(2)各尺段溫度改正數(shù)計(jì)算:二項(xiàng)改正后的尺段長為 2)平距化算:2)計(jì)算與檢核:五、鋼尺量距的誤差 鋼尺丈量誤差包括有鋼尺本身誤差、操作誤差和外界影響誤差。1.鋼尺本身誤差:包括尺長誤差和檢定誤差。一般地,這類誤差少于0.5mm。2.操作誤差:包括溫度誤差、拉力誤差、定線誤差、垂曲誤差、對點(diǎn)讀數(shù)誤差等。3.外界影響誤差:主要是風(fēng)力、氣溫的影響,一般在陰天、微風(fēng)的天氣,外界環(huán)境對鋼尺丈量的誤差影響比較小。A-1-2-15-B精密鋼尺丈量與計(jì)算的例子精密鋼尺丈量與計(jì)算的例子 表表3-33-3第二
6、節(jié) 光學(xué)測距原理與方法一、概述一、概述1.基本原理:根據(jù)幾何光學(xué)原理,應(yīng)用三角定理進(jìn)行測距的技術(shù)。余切定理可知A、B二點(diǎn)的距離D為2.光學(xué)測距方式:光學(xué)測距的方式依角度和尺長的測量方法不同而異。二、視距法測量距離二、視距法測量距離視距法測距是利用測量儀器望遠(yuǎn)鏡十字絲的上、下絲獲得尺子刻劃讀數(shù)M、N,從而實(shí)現(xiàn)距離測量技術(shù)。3.平視距測量方法:1)經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸處于水平狀態(tài)瞄準(zhǔn)直立的尺子(如木制標(biāo)尺);2)利用望遠(yuǎn)鏡讀取上、下絲所截的尺面上刻劃值M、N(l上、l下);3)按式(3-53)計(jì)算,按式(3-65)計(jì)算距離D。l=N-M=l下-l上 (3-53)D=100l (3-65)4.斜視距測
7、量平距計(jì)算公式A點(diǎn)安置經(jīng)緯儀,B立尺;測豎直角為,讀數(shù)為M、N(l上、l下),計(jì)算:DAB=100(l上-l下)cos2 (3-69)第三節(jié) 光電測距原理 一、基本原理一、基本原理光電測距,即是以光和電子技術(shù)測量距離?;蛘哒f,以光和電子測量距離的技術(shù)。光束速度c經(jīng)過了二倍的距離,即2D;同時,測距儀測出光束從發(fā)射到接收期間的時間t2D。根據(jù)速度乘以時間得路程的原理,便可知,2D=ct2D,實(shí)現(xiàn)式(3-1)的基本條件:t2D的測定,相位法、脈沖法 二、相位法測距原理二、相位法測距原理 實(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì):利用測定光波的相位移代替測定利用測定光波的相位移代替測定t2D實(shí)現(xiàn)距離的測量。實(shí)現(xiàn)距離的測量。1光的調(diào)
8、制光的調(diào)制:使發(fā)射的光束成為一種光強(qiáng)度有規(guī)律明暗變化的調(diào)制光波。使發(fā)射的光束成為一種光強(qiáng)度有規(guī)律明暗變化的調(diào)制光波。A-B-A2距離距離D與相位移的關(guān)系與相位移的關(guān)系:3.測尺和尺段:=2(N+N)(3-6)D=u(N+N)u稱為測尺,稱為測尺,N稱為整尺段,稱為整尺段,N稱為尾尺段。稱為尾尺段。4.組合測距過程:組合測距過程:D=uN 1)設(shè)測尺。設(shè)測尺。相位法按上式采用多測尺組合測距過程。如采用相位法按上式采用多測尺組合測距過程。如采用u1、u2,一般地設(shè)一般地設(shè)f115MHZ,精測尺,精測尺u1=10m,f2150kHZ,粗測尺,粗測尺u2=1000m。2)組合測距過程D=uN(1)以u
9、1測量距離得N1。例如N1=0.8654,把N1及u1代入式(3-9)得D1=8.654m。(2)以u2測量距離得N2。例如N2=0.9875,把N2及u2代入式(3-9)得D2=987.5m。(3)組合完整的距離值。將u1、u2測量距離值組合為完整的距離值,如圖,其中的7.5不顯示,則組合的距離值是988.654m。三、相位法測距儀的基本結(jié)構(gòu)三、相位法測距儀的基本結(jié)構(gòu)1.調(diào)制信號發(fā)生器調(diào)制信號發(fā)生器:發(fā)出調(diào)制信號對光源進(jìn)行調(diào)制;同時發(fā)出參:發(fā)出調(diào)制信號對光源進(jìn)行調(diào)制;同時發(fā)出參考信號考信號er給測相裝置。給測相裝置。2.光源:光源:一般采用砷化鎵發(fā)光二極管一般采用砷化鎵發(fā)光二極管(GaAs,
10、紅外光,紅外光),直接受調(diào),直接受調(diào)制信號控制發(fā)射調(diào)制光波制信號控制發(fā)射調(diào)制光波(頻率為頻率為f)。3.接收裝置接收裝置:接收反射回測距儀的調(diào)制光波,把接收的光轉(zhuǎn)換為:接收反射回測距儀的調(diào)制光波,把接收的光轉(zhuǎn)換為電信號電信號em,該信號提供給測相裝置。,該信號提供給測相裝置。4.測相裝置測相裝置:在測相裝置通過對電信號:在測相裝置通過對電信號em、參考信號、參考信號er進(jìn)行相位進(jìn)行相位比較測定比較測定 N和和N,在處理方法上利用自動數(shù)字測相電子電路技在處理方法上利用自動數(shù)字測相電子電路技術(shù)把相位移術(shù)把相位移 轉(zhuǎn)換成距離轉(zhuǎn)換成距離D直接顯示出來。直接顯示出來。5.反射器:反射器:精密測距的合作目
11、標(biāo)。精密測距的合作目標(biāo)。6.電源電源第四節(jié)第四節(jié) 紅外測距儀及其使用紅外測距儀及其使用一、紅外測距儀的類型一、紅外測距儀的類型紅外測距儀紅外測距儀,是以發(fā)射紅外光的光,是以發(fā)射紅外光的光源裝備的光電測距儀。源裝備的光電測距儀。1.1.類類型型:按按測測程程:短短程程測測距距儀儀,中中程程測測距距儀儀,遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程測測距距儀儀,超超遠(yuǎn)遠(yuǎn)程程測測距儀。距儀。按基本功能的類型有:按基本功能的類型有:1)專用型專用型:只用于測量距離。:只用于測量距離。2)半半站站型型:測測距距儀儀與與光光學(xué)學(xué)經(jīng)經(jīng)緯緯儀儀組組合在一起,稱為半站型儀器。合在一起,稱為半站型儀器。3)全全站站型型:測測距距儀儀與與光光電電經(jīng)經(jīng)
12、緯緯儀儀組組合合的的儀儀器器,或或者者測測距距儀儀與與光光電電經(jīng)經(jīng)緯緯儀儀結(jié)結(jié)合合為為一一體體化化儀儀器器,稱稱為為全全站站型型儀器,簡稱全站器。儀器,簡稱全站器。二、二、D3000紅外測距儀的技術(shù)指標(biāo)紅外測距儀的技術(shù)指標(biāo)1.測距精度:測距精度:m=(a+bD)m=(5mm+5ppm.Dkm)2.測程:測程:在滿足測距精度的條件下測距儀可能測得的最大距離。在滿足測距精度的條件下測距儀可能測得的最大距離。1.2km3.2km。與大氣狀況及反射器棱鏡數(shù)有關(guān)。與大氣狀況及反射器棱鏡數(shù)有關(guān)。三、三、D3000紅外測距儀主要設(shè)備紅外測距儀主要設(shè)備1.測距儀主機(jī):外貌:前面板,操作面板。測距儀主機(jī):外貌:
13、前面板,操作面板。2.反射器單棱鏡、三棱鏡反射器直角棱鏡反射器有三個特點(diǎn):1)反射器的入射光線和反射光線的方向相反,且線徑互相平行。利于瞄準(zhǔn)目標(biāo)2)可以根據(jù)測程的長短增減棱鏡的個數(shù)。3)反射器有本身的規(guī)格參數(shù)。反射器與測距儀配合使用,不要隨意更換。測程短 1km 測程長3km3.蓄電池、充電器4.氣象儀器四、四、D3000紅外測距儀的一般使用紅外測距儀的一般使用1.基本操作(半站型)1)經(jīng)緯儀和反射器的安置。2)測距儀的安置。(1)安裝電池。(2)把測距儀裝載在經(jīng)緯儀的支柱上。3)瞄準(zhǔn)反射器。(1)經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)反射器。覘牌中心。(2)測距儀瞄準(zhǔn)反射器。4)開機(jī)檢查。5)測距。正常測距、跟蹤測距、
14、連續(xù)測距、平均測距。6)測量氣象元素。7)關(guān)機(jī)收測。2.紅外測距儀使用中的注意問題:測線環(huán)境要求:大氣透明度比較好,測線沒有障礙物;測線上只架設(shè)一個反射器,不得存在多個反射器;測線上沒有強(qiáng)烈光源,太陽光不得對射測距儀。第五節(jié) 光電測距成果處理一、儀器改正。一、儀器改正。主要內(nèi)容:加常數(shù)改正。測距儀在一條已知邊的測距結(jié)果總與已知邊相差的一個固定值,就是測距儀的加常數(shù),用k表示。k值可通過檢定測距儀(包括反射器)得到。二、氣象改正。二、氣象改正。1.氣象改正原理公式2.氣象改正實(shí)用公式:測距儀光源不同,參考?xì)庀笤夭煌?,按原理公式推證的實(shí)用公式也不同。1)D3000紅外測距儀的氣象改正的實(shí)用公式氣
15、壓單位kpa,溫度單位攝氏,Dtp單位毫米,Dokm以單位公里。三、平距化算三、平距化算1.概念一般情況下,光電測距邊兩端點(diǎn)不可能同高程,光電測距邊是一條傾斜邊。把傾斜的測距邊化算為端點(diǎn)同高程的直線距離的工作,稱為平距化算。2.平距化算的輔助參數(shù):1)地球曲率影響參數(shù):C=16.19Dkm。2)折光角:k=0.13,r=2.10Dkm3)豎直角:3.平距化算的幾個公式平距化算的幾個公式1)平均型平距化算公式。DAB=ABcos(+C-)(3-28)DAB=Dcos(+14.09”Dkm)(3-29)2)測站型平距化算公式。DAB=ABsin(Z-2C+)(3-30)DAB=Dsin(Z-30.
16、30 Dkm)(3-31)3)鏡站型平距化算公式。DAB=ABsin(Z+)(3-32)DAB=Dsin(Z+2.10 Dkm)(3-33)A點(diǎn)安置經(jīng)緯儀,B立尺;測豎直角為,讀數(shù)為M、N(l上、l下),計(jì)算:DAB=100(l上-l下)cos2 (3-69)解答參考解答參考13按下表成果處理。光電測距得到的傾斜距離D=1265.543m,豎直角=33641,氣壓P=98.6kpa,空氣溫度t=31.3,儀器的加常數(shù)k=-29mm,已知?dú)庀蟾恼绞琼?xiàng)目數(shù) 據(jù)處理參數(shù)處理后的距離說 明距離觀測值D:1265.543m m m未處理的傾斜距離Dkm:1.265543km傾斜距離以公里為單位儀器加常數(shù)-29mmk:-29mm1265.514m加常數(shù)改正后傾斜距離氣象元素t:31.3 p:98.6kpaDtp:25.8mm1265.540m氣象改正后傾斜距離平均型平距:33641+14.1Dkm1263.020 m平均高程面的平距測站型平距Z:862319-30.3Dkm1263.012 m測站高程面的平距