(同濟(jì)大學(xué)測(cè)量學(xué)課件)第04章_距離測(cè)量.ppt

1 測(cè)量學(xué) 同濟(jì)大學(xué)測(cè)量與國(guó)土信息工程系 第四章距離測(cè)量 4 1距離測(cè)量概述測(cè)距技術(shù)的發(fā)展 直接測(cè)距法步測(cè) 雙步 1 5m 光學(xué)測(cè)距方法視距光學(xué)測(cè)距儀幾何光學(xué)測(cè)距方法 步弓 尺鏈線尺 竹尺 皮尺 鋼尺 電磁波測(cè)距 4 2卷 鋼 尺量距 一 鋼尺 1 量距工具1 鋼尺 長(zhǎng)度20m 30m 50m 2 輔助工具 4 2卷 鋼 尺量距 二 直線定向1 兩點(diǎn)間定線 2 直線定線確定分段丈量的分段點(diǎn)在待量直線端點(diǎn)的連線上 1 目測(cè)定線2 經(jīng)緯儀定線 4 2卷 鋼 尺量距 2 過(guò)山頭定線 3 延長(zhǎng)直線 A C1 B C2 C 1 鋼尺鋪地丈量 在標(biāo)準(zhǔn)拉力下 丈量結(jié)果 三 距離測(cè)量 3 鋼尺量距的一般方法1 平坦地面的距離丈量先量整尺段長(zhǎng) 最后量余長(zhǎng) DAB n 尺段長(zhǎng) 余長(zhǎng) 鋼尺鋪地丈量 在標(biāo)準(zhǔn)拉力下 丈量結(jié)果 三 距離測(cè)量 14 超過(guò)100G的市政課件下載地址 攜手十一通過(guò)市政qq群 136816564 需往 返丈量 返測(cè)時(shí)應(yīng)重新定線 往 返丈量距離的相對(duì)誤差K DAB DBA D 1 3000 例如 DAB 162 73m DBA 162 78m 相對(duì)誤差K 162 73 162 78 162 755 1 3255 1 30002 傾斜地面的距離丈量 平量法 吊垂球線投影 斜量法 量斜距 測(cè)高差或豎角化算為平距 D Scos S2 h2 4 鋼尺量距的精密方法一般方法量距 相對(duì)誤差為1 1000 1 5000 精密方法量距 相對(duì)誤差為1 10000 1 40000 主要工具 鋼尺 彈簧秤 溫度計(jì) 尺夾等 鋼尺應(yīng)經(jīng)檢驗(yàn) 尺長(zhǎng)方程式 量距時(shí)應(yīng)使用彈簧秤施加鑒定時(shí)的拉力 15kg 距離應(yīng)進(jìn)行溫度與尺長(zhǎng)改正 5 鋼尺量距的誤差分析1 尺長(zhǎng)誤差鋼尺名義長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度不符的誤差 具有積累性 丈量距離越長(zhǎng) 誤差越大 2 溫度誤差溫度變化1 丈量30m距離的影響為0 4mm 3 鋼尺傾斜和垂曲誤差地面不平坦 鋼尺不水平或中間下垂而成曲線 所量長(zhǎng)度 實(shí)際長(zhǎng)度 整尺段懸空時(shí) 中間應(yīng)有人托住鋼尺 4 定線誤差使所量距離為一組折線 丈量結(jié)果偏大 丈量30m的距離 偏差為0 25m時(shí) 量距偏大1mm 5 拉力誤差鋼尺丈量拉力應(yīng)與檢定拉力相同 拉力變化2 6kg 尺長(zhǎng)改變1mm 6 丈量誤差插測(cè)釬不準(zhǔn) 前 后尺手配合不佳 余長(zhǎng)讀數(shù)不準(zhǔn)丈量中應(yīng)盡量準(zhǔn)確對(duì)點(diǎn) 配合協(xié)調(diào) 四 尺長(zhǎng)鑒定 鋼尺長(zhǎng)度方程式 鋼是彈性體 在拉力作用下會(huì)變形 伸長(zhǎng) P 簡(jiǎn)單的尺長(zhǎng)鑒定 在平坦的地面 宜在室內(nèi) 使兩尺溫度相同 把待檢定的尺子與高精度的標(biāo)準(zhǔn)尺比較而求得 k l lt 檢定場(chǎng) 在平整的條形場(chǎng)地兩端地面埋設(shè)兩個(gè)穩(wěn)定的標(biāo)志 其間距比待檢定鋼尺長(zhǎng)度n倍略短一些 高精度測(cè)量?jī)蓸?biāo)志的間距作為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度L標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)尺子的溫度膨脹系數(shù)已知 用待檢定的尺子 先假定 k 0 在工作時(shí)的正常拉力下 測(cè)量檢定場(chǎng)兩標(biāo)志的間距L 從而可得 鋼尺尺長(zhǎng)鑒定 尺號(hào) 015 名義長(zhǎng)度 30m 膨脹系數(shù) 0 012 鋼尺鋪地丈量 在標(biāo)準(zhǔn)拉力下 名義丈量結(jié)果 最終成果 五 鋼尺量距的成果整理 量得s 234 943m t 27 4 h 2 54m 4 3視距測(cè)量 視距測(cè)量 視距測(cè)量 利用測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的視距絲 間接測(cè)定距離和高差的方法 優(yōu)點(diǎn) 測(cè)量速度快 不受地形限制 不足 精度低 距離相對(duì)誤差一般約為1 300 高差一般為分米級(jí) 用途 主要用于地形圖測(cè)繪 地形點(diǎn)的距離與高差 1 視距公式 4 3 1 一 視線水平時(shí)視距測(cè)量公式 視距測(cè)量一 視線水平時(shí) 十字絲板上有兩根視距絲 它們?cè)谖镧R光心處的張角 基本是不變的 兩根視距絲在物方象的間距與距離成正比 f D n 一般制作儀器時(shí)令 視距測(cè)量一 視線水平時(shí) 十字絲板上有兩根視距絲 它們?cè)谖镧R光心處的張角 基本是不變的 兩根視距絲在物方象的間距與距離成正比 f D n 1 視距公式 4 3 1 4 3 3 2 高差公式 4 3 4 一 視線水平時(shí)視距測(cè)量公式 n b 二 視線傾斜時(shí) h i a l D 由于視線與水準(zhǔn)尺不垂直 n a b a a b b n n S n b 二 視線傾斜時(shí) i a 由于視線與水準(zhǔn)尺不垂直 n a b a a b b n n S n b 二 視線傾斜時(shí) h i a l D 由于視線與水準(zhǔn)尺不垂直 n a b a a b b n n S n b 二 視線傾斜時(shí) h i a l D 由于視線與水準(zhǔn)尺不垂直 n a b S 4 4光電測(cè)距 1948年瑞典AGA廠推出了第一臺(tái)光波測(cè)距儀隨著需求的增長(zhǎng)和光學(xué) 微電子學(xué)的發(fā)展使電磁波測(cè)距的技術(shù)迅速發(fā)展 進(jìn)一步推進(jìn)了測(cè)量學(xué)的發(fā)展盡管GPS應(yīng)用很廣 短程電磁波測(cè)距儀仍然大有用途 電磁波測(cè)距儀的分類 按載波分微波測(cè)距儀激光測(cè)距儀紅外光測(cè)距儀 按測(cè)程分遠(yuǎn) 長(zhǎng) 程測(cè)距儀中 短程測(cè)距儀 37 2014市政案例技巧班 可以擁有 38 超過(guò)100G的市政課件下載地址 攜手十一通過(guò)市政qq群 136816564 瑞典AGA公司生產(chǎn)的AGA 8激光測(cè)距儀 用5mw氦氖氣體激光器白天測(cè)40km 夜間可測(cè)60km精度 5mm 1ppm T2 DI10 1968年Wild推出的第一臺(tái)紅外測(cè)距儀 Wild生產(chǎn)的微波測(cè)距儀 電子全站儀 棱鏡 全站儀 棱鏡與基座 下圖是南方測(cè)繪公司生產(chǎn)的ND3000紅外相位式測(cè)距儀 它自帶望遠(yuǎn)鏡 望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸 發(fā)射光軸和接收光軸同軸 有垂直制動(dòng)螺旋和微動(dòng)螺旋 可以安裝在光學(xué)經(jīng)緯儀上或電子經(jīng)緯儀上 測(cè)距時(shí) 測(cè)距儀瞄準(zhǔn)棱鏡測(cè)距 經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)棱鏡測(cè)量豎直角 通過(guò)測(cè)距儀面板上的鍵盤(pán) 將經(jīng)緯儀測(cè)量出的天頂距輸入到測(cè)距儀中 可以計(jì)算出水平距離和高差 右圖為與儀器配套的棱鏡對(duì)中桿與支架 它用于放樣測(cè)量非常方便 下圖是徠卡公司生產(chǎn)的DI1000紅外相位式測(cè)距儀 它不帶望遠(yuǎn)鏡 發(fā)射光軸和接收光軸是分立的 儀器通過(guò)專用連接裝置安裝到徠卡公司生產(chǎn)的光學(xué)經(jīng)緯儀或電子經(jīng)緯儀上 測(cè)距時(shí) 當(dāng)經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)棱鏡下的照準(zhǔn)覘牌時(shí) 測(cè)距儀的發(fā)射光軸就瞄準(zhǔn)了棱鏡 使用儀器的附加鍵盤(pán)將經(jīng)緯儀測(cè)量出的天頂距輸入到測(cè)距儀中 即可計(jì)算出水平距離和高差 2 1 2電磁波測(cè)距分類 光波測(cè)距儀AGA2A 激光測(cè)距儀AGA8 微波測(cè)距儀CMW20 紅外測(cè)距儀DI5 一 電磁波測(cè)距原理 設(shè)電磁波在測(cè)距儀與反光鏡 合作目標(biāo) 之間往返的時(shí)間為t 則測(cè)距儀至反光鏡的距離 光在真空中的傳播速度為C0 299792458米 秒 1 脈沖法測(cè)距 1 脈沖法測(cè)距 2 1 3脈沖法測(cè)距應(yīng)用 激光測(cè)衛(wèi) 激光往返時(shí)間t 距離D 合作目標(biāo)ERS 2衛(wèi)星 2 1 3脈沖法測(cè)距應(yīng)用 激光測(cè)衛(wèi) 上海人衛(wèi)站 一 電磁波測(cè)距原理 設(shè)電磁波在測(cè)距儀與反光鏡 合作目標(biāo) 之間往返的時(shí)間為t 則測(cè)距儀至反光鏡的距離 現(xiàn)代測(cè)時(shí)的精度可達(dá) 10 8秒 但引起的距離誤差達(dá) 1 5m 光在真空中的傳播速度為C0 299792458米 秒 電磁波測(cè)距原理 按電磁波理論 光是電磁波 其數(shù)學(xué)表達(dá)式為 它表達(dá)了光波在轉(zhuǎn)播空間任一位置上電磁振動(dòng)的狀態(tài) 其中 S 電磁波測(cè)距原理 設(shè)光從發(fā)射器發(fā)出 抵達(dá)反光鏡后返回儀器的接收器 稱為信號(hào)2 而從發(fā)射器發(fā)出的光分出一路直接進(jìn)入處理裝置 稱為信號(hào)1 這兩個(gè)信號(hào)之間存在相位差 和整周數(shù)N 利用相位器可測(cè)定 但而不能求得 整周數(shù)N 因此只可以求得 余長(zhǎng) 而不能求得整長(zhǎng) 調(diào)制波 短程的電磁波測(cè)距儀常用砷化鎵GaAs發(fā)出的紅外激光波長(zhǎng)約0 87 m 顯然不能用它測(cè)距的信號(hào) 無(wú)線電技術(shù)可以對(duì)電磁波的振幅 頻率 相位加以調(diào)制使其隨時(shí)間按一定的規(guī)律變化 在GaAs激光器上注入按調(diào)制規(guī)律變化的電流后可以使激光器按同樣的規(guī)律改變發(fā)光的強(qiáng)度 調(diào)制波的頻率遠(yuǎn)小于紅外激光的頻率 還可以用多個(gè)頻率的調(diào)制波加載在紅外激光波上 電磁波測(cè)距原理 測(cè)距儀把一定波長(zhǎng)的電磁波從A點(diǎn)射向B點(diǎn) 經(jīng)B點(diǎn)的反光棱鏡反射后由測(cè)距儀接收 射出與接收波之間的相位差 可用微電子技術(shù)自動(dòng)測(cè)量 是電磁波在AB點(diǎn)之間往返時(shí)間的函數(shù) 表達(dá)式 用它可以算得測(cè)距儀至反光鏡之間斜距長(zhǎng)度的 尾數(shù) 用幾個(gè)不同波長(zhǎng)的電磁波 調(diào)制波 測(cè)量同一段距離可以既擴(kuò)大測(cè)程又保持精度 測(cè)程和精度 測(cè)相的精度是有限的 例如可以把 細(xì)分1000倍 則測(cè)量的精度為測(cè)尺的1 1000 設(shè) 這時(shí)最小讀數(shù)為cm 若要提高讀數(shù)精度 就應(yīng)縮短電子尺 但由于憑一個(gè) 無(wú)法求得整尺段數(shù)N 即不知待測(cè)距離的大數(shù) 就是說(shuō) 用短的電子尺測(cè)量精度高但測(cè)程小 如果用長(zhǎng)的電子尺能擴(kuò)大測(cè)程 但由于細(xì)分技術(shù)的限制 不能求得精確的尾數(shù) 即測(cè)程大但精度低 用兩個(gè)頻率的波 兩個(gè)不同的電子尺 進(jìn)行測(cè)量 一個(gè)用來(lái)測(cè)量距離的大數(shù) 另一個(gè)用于精確測(cè)量距離的尾數(shù) 就可以既擴(kuò)大測(cè)程又保證精度 如果需要還可以用更多的頻率測(cè)量 相位測(cè)量 要測(cè)量測(cè)距信號(hào) U1 與參考信號(hào) U2 之間的相位差 1 濾波 取出調(diào)制波 頻率低 的信號(hào)2 混頻 把調(diào)制波信號(hào)與 本振 信號(hào)混合 經(jīng)處理后可以得到頻率更低 以便于更精確測(cè)量相位差 但相位依舊的差分信號(hào) 相位測(cè)量 3 把正弦波處理成方波4 把U1和U2分別接在門(mén)電路的兩個(gè)觸發(fā)器上 U2負(fù)跳變時(shí)把與門(mén)打開(kāi) U1負(fù)跳變時(shí)把與門(mén)關(guān)閉 在門(mén)開(kāi)啟的這段時(shí)間內(nèi)讓計(jì)數(shù)脈沖通過(guò) 從而可以測(cè)得 內(nèi)光路 當(dāng)內(nèi)光路棱鏡移到出光口時(shí)測(cè)量到內(nèi)光路的 距離 移開(kāi)內(nèi)光路棱鏡后測(cè)量到外光路的 距離 外光路 距離 減去內(nèi)光路 距離 后才是需要測(cè)量的距離 這是消除儀器系統(tǒng)誤差的重要措施之一 電磁波測(cè)距成果的處理 1 儀器常數(shù)改正乘常數(shù)改正數(shù)加常數(shù)改正數(shù)2 氣象改正3 傾斜改正 一 乘常數(shù)改正 電磁波測(cè)距好象是用電子尺丈量的 如果電子尺不準(zhǔn)就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差 這就是乘常數(shù) 乘常數(shù)主要是由調(diào)制頻率偏離設(shè)計(jì)值引起的 乘常數(shù)是尺度比例系數(shù) 可以經(jīng)檢定求得 電磁波測(cè)距成果的處理 二加常數(shù) 測(cè)距儀的機(jī)械中心與調(diào)制波發(fā)射和接收的等效面不一致 測(cè)距儀的機(jī)械中心與內(nèi)光路等效面不一致使儀器產(chǎn)生 與所測(cè)距離長(zhǎng)短無(wú)關(guān)的 加常數(shù) 加常數(shù)通過(guò)檢定可以求得 電磁波測(cè)距成果的處理 3 氣象改正電子尺長(zhǎng)是光速的函數(shù)而光速又是折射率的函數(shù)空氣的折射率首先與波長(zhǎng)有關(guān)物理學(xué)家測(cè)算得 3 氣象改正 空氣的折射率也與氣象條件有關(guān)儀器制造者根據(jù)儀器所用電磁波的波長(zhǎng)并顧及一般工作時(shí)的參考溫度及標(biāo)準(zhǔn)氣壓的濕度設(shè)定空氣的折射率 如果實(shí)際工作時(shí)的大氣條件與此參考條件相同 就不加氣象改正數(shù) 否則要相對(duì)于參考折射率加改正數(shù) 測(cè)距時(shí)的大氣壓力與空氣溫度測(cè)量設(shè)備 測(cè)距時(shí)的大氣壓力與空氣溫度測(cè)量設(shè)備 高端全站儀簡(jiǎn)介索佳超站儀SET3110MV 在全站儀的基礎(chǔ)上增加攝像部 測(cè)角精度為 3 測(cè)距精度為2mm 2ppm 測(cè)程為1 6km 單棱鏡 和80m 反射片 攝像部有兩個(gè)38萬(wàn)像素的廣角和聚焦CCD 廣角CCD搜索棱鏡 分辨率小于2 近焦CCD聚焦望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸于棱鏡中心 分辨率小于5 光線昏暗時(shí) 可打開(kāi)儀器的發(fā)光二極管 發(fā)射白色亮光照亮現(xiàn)場(chǎng)的反射目標(biāo) 使其影像清晰地顯示在屏幕上 無(wú)水平 垂直微動(dòng)螺旋和目鏡 不能手動(dòng)操作望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)目標(biāo) 只能通過(guò)攝像部對(duì)目標(biāo)拍攝的圖像進(jìn)行自動(dòng)照準(zhǔn) 儀器能自動(dòng)照準(zhǔn)棱鏡并對(duì)焦 也可以切換到手動(dòng)對(duì)焦?fàn)顟B(tài) 聚焦視準(zhǔn)和廣角CCD切換 廣角CCD用于搜尋棱鏡 17 35M像素 聚焦視準(zhǔn)CCD用于棱鏡測(cè)量 47 35M像素 聚焦CCD照準(zhǔn) 圖像 1 廣角 70m視準(zhǔn) 廣角 131m視準(zhǔn) 廣角 517m視準(zhǔn) 廣角 1073m視準(zhǔn) 圖像 1 使用屏幕右邊的控制塊切換到視準(zhǔn)CCD照準(zhǔn)手動(dòng)對(duì)焦 廣焦CCD觀測(cè)完畢后自動(dòng)切換到視準(zhǔn)CCD 并自動(dòng)對(duì)焦 自動(dòng)對(duì)焦棱鏡 無(wú)須觸摸儀器 所有的測(cè)量都可以通過(guò)屏幕遙控實(shí)現(xiàn) 控制點(diǎn)測(cè)量 控制點(diǎn)測(cè)量 發(fā)射白色亮光照亮現(xiàn)場(chǎng)反射目標(biāo) 觀測(cè)影像和數(shù)據(jù)通過(guò)有線電纜 無(wú)線通訊 如傳呼機(jī) 手機(jī)等 或經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)同步傳輸?shù)饺魏尉邆錀l件的計(jì)算機(jī)或手持電腦上 用電纜將儀器的RS232C接口和攝像信號(hào)接口分別與計(jì)算機(jī)通訊口連接 現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)的影像實(shí)時(shí)顯示在PC機(jī)屏幕上 用鼠標(biāo)操作軟件即可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè) 可與索佳變形監(jiān)測(cè)應(yīng)用程序控制系統(tǒng) MOS 組成超站儀定點(diǎn)觀測(cè)系統(tǒng) 通過(guò)程序控制儀器在指定的時(shí)間段里 不間斷地對(duì)一系列指定目標(biāo)自動(dòng)鎖定觀測(cè) 超站儀定點(diǎn)觀測(cè)系統(tǒng)能滿足對(duì)地震 火山 滑坡 大壩 隧道 大型工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行各類高精度自動(dòng)監(jiān)測(cè)的需要 使用變形測(cè)量軟件 測(cè)量人員可通過(guò)屏幕監(jiān)控變形值 變形測(cè)量 變形測(cè)量 測(cè)量人員手持棱鏡像將在屏幕中顯示出來(lái) 供確認(rèn) 地形測(cè)量 放樣測(cè)量 地形測(cè)量 放樣測(cè)量 1 拓普康GPT 3000L長(zhǎng)測(cè)程 1200m 無(wú)棱鏡測(cè)距全站儀 徠卡DISTOA8手持激光測(cè)距儀帶傾斜傳感器 便于測(cè)量坡度 帶3 數(shù)碼瞄準(zhǔn)器 便于白天測(cè)量 4 5光電測(cè)距的歸算 光電測(cè)距一般測(cè)得是兩點(diǎn)之間的斜距S 觀測(cè)垂直角 從而計(jì)算水平距離和高差 一 近距離的平距和高差計(jì)算 一 近距離的平距和高差計(jì)算 B點(diǎn)的高程 已測(cè)得AB的傾斜距離S A點(diǎn)高程HA 在測(cè)站A觀測(cè)垂直角 則 二 一般情況下的三角高程測(cè)量 二 遠(yuǎn)距離的三角高程測(cè)量計(jì)算 P110表4 6按 4 5 7 式列出部分范圍內(nèi)的兩差改正值 略 距離較遠(yuǎn)時(shí) 考慮地球曲率差和大氣折光差對(duì)高差的影響 應(yīng)對(duì)觀測(cè)得到的高差加 兩差 改正 球差改正 氣差改正 4 5 7 兩差改正 k 0 14 二 一般情況下的三角高程測(cè)量 距離較遠(yuǎn)時(shí) 考慮地球曲率差和大氣折光差對(duì)高差的影響 應(yīng)對(duì)觀測(cè)得到的高差加 兩差 改正 二 一般情況下的三角高程測(cè)量 距離較遠(yuǎn)時(shí) 考慮地球曲率差和大氣折光差對(duì)高差的影響 應(yīng)對(duì)觀測(cè)得到的高差加 兩差 改正 三角高程測(cè)量?jī)牲c(diǎn)距離較遠(yuǎn)時(shí) 應(yīng)考慮加兩差改正 兩點(diǎn)間對(duì)向觀測(cè)高差取平均 能抵消兩差影響 三角高程測(cè)量通常