第四講 距離測量

1、1第四講 距離測量(distance measure)（1）了解鋼尺量距及數(shù)據(jù)處理）了解鋼尺量距及數(shù)據(jù)處理（2）熟悉）熟悉視距測量原理方法視距測量原理方法（3）掌握）掌握全站儀光電測距原理步驟方法全站儀光電測距原理步驟方法教學(xué)目標教學(xué)目標 重點：重點：難點：難點：視距測量的原理和計算方法視距測量的原理和計算方法 全站儀測距全站儀測距測距技術(shù)方法直接測距法直接測距法步測：雙步步測：雙步1.5m1.5m2間接測距間接測距 光學(xué)測距方法光學(xué)測距方法視距視距光學(xué)測距儀光學(xué)測距儀幾何光學(xué)測距方法幾何光學(xué)測距方法步弓、尺鏈步弓、尺鏈線尺、竹尺、線尺、竹尺、皮尺、鋼尺皮尺、鋼尺 電磁波測距電磁波測距第一節(jié)

2、鋼尺量距 (steel tape measuring)(steel tape measuring)3距離丈量距離丈量 指用工具在地面上直接量測兩點指用工具在地面上直接量測兩點之間的距離。之間的距離。丈量工作包括：丈量工作包括：點的標定點的標定、直線定線直線定線和和丈量丈量普通測量中，地面上兩點的距離一般指普通測量中，地面上兩點的距離一般指兩點兩點之間的之間的水平距離水平距離。當點位在地面上標定以后，用一定的丈量工當點位在地面上標定以后，用一定的丈量工具，沿著兩點間的直線方向進行丈量。丈量具，沿著兩點間的直線方向進行丈量。丈量方法按精度要求的不同而異。方法按精度要求的不同而異。 一、量距工具一、

3、量距工具 鋼尺鋼尺(steel tape)(steel tape) 標桿標桿(measuring bar)(measuring bar) 垂球垂球(plumb bob)(plumb bob) 測釬測釬(measuring rod)(measuring rod) 溫度計溫度計(thermometer)(thermometer) 彈簧秤彈簧秤( (spring balancespring balance) )45圖4-1 鋼尺 端點尺和刻線尺注意零分劃位置6圖4-2 溫度計 彈簧秤 標桿 測釬二、鋼尺一般量距二、鋼尺一般量距最基本的要求最基本的要求平、準、直。平、準、直。按精度分：一般量距和精密量

4、距按精度分：一般量距和精密量距（一）一般量距步驟（一）一般量距步驟1 1直線定線直線定線(line alignment)(line alignment)：將地面點標定將地面點標定在一條直線上的工作。在一條直線上的工作。按精度分：目估法和經(jīng)緯儀法。按精度分：目估法和經(jīng)緯儀法。 78圖圖4-3 目估法定線示意圖目估法定線示意圖2 2、標志地面點、標志地面點點的標志有臨時性和永久性兩種點的標志有臨時性和永久性兩種 臨時性標志臨時性標志：用木樁標定。：用木樁標定。 永久性標志永久性標志：混凝土樁或石樁。：混凝土樁或石樁。 9圖4-5（1）圖4-410圖4-5（2）臨時性標記永久性標記3丈量11整尺段長

5、余長整尺段數(shù)，00llnlnlS距離丈量分為：距離丈量分為：平坦地面平坦地面和和斜坡地面斜坡地面丈量丈量丈量工作要求：丈量工作要求：平、直、準平、直、準。1 1）距離丈量原理（平坦地面）距離丈量原理（平坦地面）圖4-6 距離丈量原理AB測釬測釬llllll l220hsDlnlS122 2）傾斜地面的距離丈量法）傾斜地面的距離丈量法： （1） 斜量法：按傾斜角或高差計算斜量法：按傾斜角或高差計算 圖4-7斜量法原理（2） 平量法：平量法：13圖4-8 平量法示意3）內(nèi)業(yè)成果整理 丈量精度用丈量精度用“相對誤差相對誤差”來衡量（來衡量（往返丈量的結(jié)果較差與平均值的比值，化成分子為1的分數(shù)形式稱為

6、相對誤差。） 14XXXDDDDK/121返往返往 15基本步驟1 鋼尺檢定2 經(jīng)緯儀定線 3 量距 5 人組成，2人拉尺，2 人讀數(shù)，1人指揮、記錄兼讀溫度。4 測定樁頂間高差5 成果計算 尺段長度的計算：尺長改正、溫度改正、傾斜改正 計算全長 鋼尺量距誤差 1）鋼尺誤差：名義長度與實際長度不符，屬于系統(tǒng)誤差 2）人為誤差：定線誤差、拉力誤差 3）外界條件的影響161、尺長鑒定鋼尺長度方程式測量時的鋼尺溫度設(shè)定的標準溫度鋼尺的溫度線膨脹系數(shù)數(shù)際長度與名義長度的差在標準溫度下，鋼尺實鋼尺的名義長度ttlttlllkkt00000彈性模量張力強度。EPlEPdl鋼是彈性體，在拉力作用下會變形（伸

7、長）181）直接比長法在平坦的地面（宜在室內(nèi)，使兩尺溫度相同）把在平坦的地面（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準尺比較而求得尺待檢定的尺子與高精度的標準尺比較而求得尺長改正長改正k k lkkkklllt)(00ll標準尺)000000ttllttlllllkkt（高精度尺192 2）基線檢定法：）基線檢定法：在平整的條形場地兩端地面，埋設(shè)兩個穩(wěn)定的標在平整的條形場地兩端地面，埋設(shè)兩個穩(wěn)定的標志，其間距為待檢定鋼尺長度的若干倍。志，其間距為待檢定鋼尺長度的若干倍。高精高精度測量（如因瓦尺或高精度短程光電測距儀）度測量（如因瓦尺或高精度短程光電測距儀）兩標志的間距作為標準長度

8、兩標志的間距作為標準長度L L標準標準。0lLLLlk標準設(shè)尺子的溫度膨脹系數(shù)已知。用待檢定的尺子設(shè)尺子的溫度膨脹系數(shù)已知。用待檢定的尺子（先假定（先假定k=0），在正常拉力（如），在正常拉力（如30米尺為米尺為10kg）下，測量檢定場兩標志的間距）下，測量檢定場兩標志的間距L 。則尺。則尺長改正為：長改正為：20鋼尺尺長鑒定測回程序 丈 量時間丈 量溫度t溫 度差t-20測量值m溫度改正值mm改正后的平距m1往返9：50 293295+9.3+9.5119.973119.973+13.4+13.7119.9864119.98672往返30.430.5+10.4+10.5119.970119.

9、970+15.0+15.1119.9850119.98513往返10:40 30.231.1+10.2+11.1119.972119.973+14.7+16.0119.9867119.9890L=119.9865 L=119.9793mmlLLLl8.1301202.70mmtmmml)20(36. 08 . 130尺號: 015名義長度 : 30m膨脹系數(shù):0.0120.012120(t-t0)212 2、經(jīng)緯儀定線、經(jīng)緯儀定線安置經(jīng)緯儀于端點，照準另一端，制動照準部，上安置經(jīng)緯儀于端點，照準另一端，制動照準部，上下移動望遠鏡確定各定線點樁位，在樁頂畫出下移動望遠鏡確定各定線點樁位，在樁頂畫

10、出十字線十字線。3 3、精密丈量、精密丈量（1 1）后尺手零端用標準拉力拉緊鋼尺。）后尺手零端用標準拉力拉緊鋼尺。（2 2）前讀尺員發(fā)）前讀尺員發(fā)“預(yù)備預(yù)備”，后讀尺員發(fā)，后讀尺員發(fā)“好好”；此時前后尺手同時讀數(shù)。此時前后尺手同時讀數(shù)。22（3 3）移動后尺整厘米刻劃，按上述方法再測二次，）移動后尺整厘米刻劃，按上述方法再測二次，三次較差不超限時（一般不得超過三次較差不超限時（一般不得超過2-3mm2-3mm），?。?，取平均值作為尺段結(jié)果。每測完一尺段，用溫度平均值作為尺段結(jié)果。每測完一尺段，用溫度計讀取一次溫度。計讀取一次溫度。（4 4）進行）進行往返測量。往返測量。 記錄格式見表。記錄格式

11、見表。4、測定樁頂高程利用水準儀測量高差，以便確定高差改正數(shù)。利用水準儀測量高差，以便確定高差改正數(shù)。 23高差改正數(shù)溫度改正數(shù)尺長改正數(shù)htkhtkSSSSSSSS2cos222ShhSSSSh0ttSSt0lSSkk5、成果整理名義丈量結(jié)果名義丈量結(jié)果：余長整尺段數(shù)，lnlnlS0最終成果：最終成果：24256.6.鋼尺量距的成果整理舉例mSSSSShtk936.234mShhSSSSh0137.02cos222mttSSt0209.0)204 .27(3036.0943.2340mlSSkk0141.0308.1943.2340mmtmmml)20(36.08 .130已知量得s=234

12、.943m; t=27.4; h=2.54m1、某鋼尺的名義長度為30米，經(jīng)檢定實長為29.998m,檢定溫度為t=20C,拉力P=100N,用該尺丈量某距離得300 m ,丈量是溫度t=35C,拉力P=100N,兩點間高差為0.95m,求水平距離。2、已知AB的往返測距離分別為254.26254.31m，CD的往返測距離分別為385.27385.34m，這兩段距離的量測精度是否相同，為什么？26計算與思考題27第二節(jié) 視 距 測 量視距測量視距測量利用測量望遠鏡的視距絲，根據(jù)幾何利用測量望遠鏡的視距絲，根據(jù)幾何光學(xué)和三角測量原理，間接測定距離和高差的方法光學(xué)和三角測量原理，間接測定距離和高差

13、的方法 優(yōu)點優(yōu)點：測量速度快，不受地測量速度快，不受地 形限制。形限制。不足不足：精度低，距離相對誤：精度低，距離相對誤 差一般約為差一般約為1/3001/300，高，高 差一般為分米級。差一般為分米級。用途用途：主要用于地形圖測繪：主要用于地形圖測繪 ( (地形點的距離與高差地形點的距離與高差) )。十字絲板上有兩根視距絲，它們在物鏡光十字絲板上有兩根視距絲，它們在物鏡光心處的張角心處的張角基本是不變的。兩根視距基本是不變的。兩根視距絲的物象間距與距離成正比絲的物象間距與距離成正比28claflDDlfa所以lDaf100100，所以fDl一般制作儀器時令一般制作儀器時令（一）視線水平時視距

14、測量公式（l =ab尺間隔）視距絲張角張角基本不變，其值為：基本不變，其值為：ltglaflD100)2/(所以43，所以1002由于afctgfDn30l2l1l2l1s1s2lDbalab100（尺間隔）siHhHHsihAAB311.視距公式視距公式： (4-2-1) (4-2-2)2.高差公式高差公式： （一）視線水平時視距測量公式(4-2-3)（二）視線傾斜時視距公式32)(bacD由于視線與水準尺不垂直，顯然b)(bacD顯然應(yīng)確定下述關(guān)系： aa , bb ,llnbhialDlaD 如圖，假設(shè)有一水準尺（紅尺）與視線垂直，則有cos)coscos22ballll（33由于視距絲

15、在光心處的張角由于視距絲在光心處的張角很小，故可近似地將很小，故可近似地將aal和和bbl看作直角三角形，故有：看作直角三角形，故有：bbalaSl342cos)(100coscos)(100baDDbaDsiDtghblbhialDlaD 傾斜視距的一般公式歸納如下：二、視距測量的外業(yè)觀測 1. 1.觀測：觀測：在在A A點安置經(jīng)緯儀，量取儀器高度點安置經(jīng)緯儀，量取儀器高度i i。轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動照準部和望遠鏡瞄準照準部和望遠鏡瞄準B B點標尺，分別讀取點標尺，分別讀取中絲、上絲、下絲讀數(shù)中絲、上絲、下絲讀數(shù)s s、b b、a a。調(diào)整豎。調(diào)整豎盤讀數(shù)指標水準管氣泡居中，讀取盤讀數(shù)指標水準管氣泡居

16、中，讀取豎盤讀豎盤讀數(shù)數(shù)。 352.計算:尺間隔尺間隔: : l l=a-b =a-b 豎直角豎直角: :=90=90-L-L水平距離水平距離:D=100(a-b)cos:D=100(a-b)cos2 2高差高差: :36siDtgh三、視距測量誤差及注意事項 1 1讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差 讀數(shù)時應(yīng)注意消除視差。 2 2標尺不豎直誤差標尺不豎直誤差 選用安裝圓水準器的標尺 。3 3外界條件的影響外界條件的影響 盡可能使儀器視線高出地面lm，并選擇合適的天氣作業(yè)。 此外，還有標尺分劃誤差、豎直角觀測誤差、視距常數(shù)誤差等。 37點點號號上絲讀數(shù)上絲讀數(shù)下絲讀數(shù)下絲讀數(shù)尺間隔尺間隔中絲中絲讀數(shù)讀數(shù)豎盤豎盤

17、讀數(shù)讀數(shù)豎直豎直角角高差高差水平水平距離距離高程高程備注備注11.8450.9601.40862822.1650.6351.40972431.8801.2421.56871842.8751.1202.00931838i=1.563、根據(jù)下列視距測量成果，計算各點的水平距離和高差。測站高程H0=50.00m計算與思考題第三節(jié) 光電測距（EDM）39一、電磁波測距儀的分類按按載波載波分分微波測距儀微波測距儀激光測距儀激光測距儀紅外光測距儀紅外光測距儀按按測程測程分分遠（長）程測距儀遠（長）程測距儀中、短程測距儀中、短程測距儀根據(jù)測定時間根據(jù)測定時間t的方式，分為直接測定時間的的方式，分為直接測定時

18、間的脈脈沖測距法沖測距法和間接測定時間的和間接測定時間的相位測距法相位測距法。高精。高精度的測距儀，一般采用相位式。度的測距儀，一般采用相位式。40南方測繪公司生產(chǎn)的南方測繪公司生產(chǎn)的ND3000紅外相位式測距儀紅外相位式測距儀 自帶望遠鏡，望遠鏡的視自帶望遠鏡，望遠鏡的視準軸、發(fā)射光軸和接收光軸同軸，有垂直制動和微動螺旋，可以安裝準軸、發(fā)射光軸和接收光軸同軸，有垂直制動和微動螺旋，可以安裝在光學(xué)經(jīng)緯儀上或電子經(jīng)緯儀上。在光學(xué)經(jīng)緯儀上或電子經(jīng)緯儀上。n測距時，測距時，測距儀測距儀瞄準棱鏡測瞄準棱鏡測斜距斜距，經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀瞄準棱鏡測量瞄準棱鏡測量豎直角豎直角，通過，通過測距儀面板上的鍵盤，將經(jīng)緯

19、儀測量出的天頂距輸入到測距儀后，計測距儀面板上的鍵盤，將經(jīng)緯儀測量出的天頂距輸入到測距儀后，計算出水平距離和高差。算出水平距離和高差。n右圖為與儀器配套的棱鏡對中桿與支架，它用于放樣測量非常方便。右圖為與儀器配套的棱鏡對中桿與支架，它用于放樣測量非常方便。 41徠卡公司生產(chǎn)的徠卡公司生產(chǎn)的DI1000紅外相位式測距儀紅外相位式測距儀，它不帶望遠鏡，發(fā)射光，它不帶望遠鏡，發(fā)射光軸和接收光軸是分立的，儀器通過專用連接裝置安裝到徠卡公司軸和接收光軸是分立的，儀器通過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。生產(chǎn)的光學(xué)經(jīng)緯儀或電子經(jīng)緯儀上。n測距時，當經(jīng)緯儀的望遠鏡瞄準棱鏡下的照準覘牌

20、時，測距儀的測距時，當經(jīng)緯儀的望遠鏡瞄準棱鏡下的照準覘牌時，測距儀的發(fā)射光軸就瞄準了棱鏡，使用儀器的附加鍵盤將經(jīng)緯儀測量出的發(fā)射光軸就瞄準了棱鏡，使用儀器的附加鍵盤將經(jīng)緯儀測量出的天頂距輸入到測距儀中，即可計算出水平距離和高差。天頂距輸入到測距儀中，即可計算出水平距離和高差。 42 電磁波測距分類電磁波測距分類光波測距儀光波測距儀 AGA 2AAGA 2A激光測距儀激光測距儀 AGA8AGA8微波測距儀微波測距儀 CMW20CMW20紅外測距儀紅外測距儀 DI5DI543全站儀、棱鏡照片全站儀、棱鏡照片二、電磁波測距原理（electro-magnetic distance measuringe

21、lectro-magnetic distance measuring）設(shè)電磁波在測距儀與反光鏡（合作目標）之間往返設(shè)電磁波在測距儀與反光鏡（合作目標）之間往返的時間為的時間為t t。則測距儀至反光鏡的距離：。則測距儀至反光鏡的距離：44光在真空中的傳播速度為C0=299792458米/秒。B測距儀測距儀(EDM instrument)反光棱鏡反光棱鏡(reflector)CtS21451. 1. 脈沖法測距脈沖法測距tcD21測定發(fā)射光脈沖與接受光脈沖的時間差t 46脈沖法測距原理框圖脈沖法測距原理框圖時標脈沖電子門計數(shù)顯示觸發(fā)器放大器光脈沖發(fā)生器光電接收器fcpt2D47激光往返時間激光往返

22、時間t t距離距離D合作目標合作目標 ERS-2ERS-2衛(wèi)星衛(wèi)星48脈沖法測距應(yīng)用-激光測衛(wèi)上海人衛(wèi)站上海人衛(wèi)站2 2、相位差測距1 1）測距測距原理原理由光源發(fā)出的光通過調(diào)制器后，成為光強隨高頻信號變化的由光源發(fā)出的光通過調(diào)制器后，成為光強隨高頻信號變化的調(diào)制光調(diào)制光。通過測量調(diào)制光在待測距離上。通過測量調(diào)制光在待測距離上往返傳播的相位差往返傳播的相位差來解算距離。來解算距離。光是電磁波，其數(shù)學(xué)表達式為光是電磁波，其數(shù)學(xué)表達式為: :它表達了光波在轉(zhuǎn)播空間任一位它表達了光波在轉(zhuǎn)播空間任一位置上電磁振動的狀態(tài)。置上電磁振動的狀態(tài)。49)sin(0tAEOTAM50fCfCCTTffTtA；故

23、有：表示用傳播的距離稱為波長，又波在一個振動周期內(nèi)表示頻率，用，則有：（周期），為設(shè)循環(huán)變化一次的時間，次的相位差為由于正弦波循環(huán)變化一的值；是單位時間內(nèi)相位變化為初始相位；是相位；是振幅；式中，102000tfT，2251Dft2)(2)(2)2(2122)(22NNNNfcNfcDNNNNN故：，為不足整周期的比例數(shù)相位移尾數(shù)，是不足一個整周期的又2N2D返D往 = N2+ 2221fcctD2）調(diào) 制 波短程電磁波測距儀常用砷化鎵GaAs發(fā)出的紅外激光,波長約0.87m。顯然不能直接用它作為測距的信號。52無線電技術(shù)可以對電磁波的振幅、頻率、相位加以調(diào)制使無線電技術(shù)可以對電磁波的振幅、頻

24、率、相位加以調(diào)制使其隨時間按一定的規(guī)律變化。在其隨時間按一定的規(guī)律變化。在GaAsGaAs激光器上注入激光器上注入按調(diào)制規(guī)按調(diào)制規(guī)律變化的電流律變化的電流后后, ,可以使激光器按同樣的規(guī)律改變發(fā)光的強可以使激光器按同樣的規(guī)律改變發(fā)光的強度。調(diào)制波的頻率遠小于紅外激光頻率，還可以用多個頻率度。調(diào)制波的頻率遠小于紅外激光頻率，還可以用多個頻率的調(diào)制波加載在紅外激光波上。的調(diào)制波加載在紅外激光波上。光從發(fā)射器發(fā)出后，分出一路直接進入處理裝置，稱為信號1；另一部分抵達反光鏡后返回儀器的接收器，稱為信號2。只要測量這兩個信號之間存在不足一個整周的相位差和整周數(shù)N便可確定距離，即53是余尺長稱為光尺長，而

25、22222ND相位法測距相當于用“光尺”代替鋼尺量距，而/2為光尺長度。3）光尺、測程和精度相位器只能測定，無法求得“整周數(shù)N”，故只可求得“余長”，不能求得整長，只能將調(diào)制波頻率變小，測尺變長，使整周數(shù)為零。但測相的精度是有限的。例如可以把細分1000倍，則測量的精度為測尺的1/1000。若測尺長為10m，最小讀數(shù)為1cm；測尺長1000m，則最小讀數(shù)為1m.產(chǎn)生下述問題：54如要達到精度，就應(yīng)縮短測尺如要達到精度，就應(yīng)縮短測尺, ,但但精度高測程小精度高測程小。如用長測尺能擴大測程，但如用長測尺能擴大測程，但測程大精度低測程大精度低。55為解決上述矛盾，采為解決上述矛盾，采用用兩個頻率的調(diào)

26、制波兩個頻率的調(diào)制波（兩個不同光（兩個不同光尺）進行測量，一個測量距離的大數(shù)，另一個精確測量尺）進行測量，一個測量距離的大數(shù)，另一個精確測量距離尾數(shù)。便可以既擴大測程又保證精度。如果需要還距離尾數(shù)。便可以既擴大測程又保證精度。如果需要還可以用更多的頻率測量?？梢杂酶嗟念l率測量。測尺頻率15MHz1.5MHz150kHz15kHz1.5kHz測尺長度10m100m1000m10km100km精度1cm10cm1m10m100mcf224）相位測量工作過程目的：測量目的：測量測距信號測距信號（U1U1）與）與參考信號參考信號（U2U2）的）的相位差相位差（1 1）濾波：取出調(diào)制波（頻率低）信號）

27、濾波：取出調(diào)制波（頻率低）信號（2 2）混頻：把調(diào)制波信號與）混頻：把調(diào)制波信號與“本振本振”信號混合，經(jīng)處理后可以信號混合，經(jīng)處理后可以得到頻率更低（以便于更精確測量相位差）、但相位依舊的得到頻率更低（以便于更精確測量相位差）、但相位依舊的差頻信號。差頻信號。56反光鏡5）電磁波測距成果的處理（1 1）儀器常數(shù)改正）儀器常數(shù)改正A A、乘常數(shù)乘常數(shù)改正數(shù)改正數(shù)57RSSR電磁波測距好象是用電子尺丈量的。電子尺不電磁波測距好象是用電子尺丈量的。電子尺不準產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差就是乘常數(shù)。準產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差就是乘常數(shù)。乘常數(shù)主要是由調(diào)制頻率偏離設(shè)計值引起的。乘常數(shù)主要是由調(diào)制頻率偏離設(shè)計值引起的。乘常數(shù)是

28、尺度比例系數(shù)，可以經(jīng)檢定求得。乘常數(shù)是尺度比例系數(shù)，可以經(jīng)檢定求得。B、加常數(shù)改正數(shù)測距儀的機械中心與調(diào)制波發(fā)射和接收的等效面不一致；測距儀的機械中心與調(diào)制波發(fā)射和接收的等效面不一致；測距儀的機械中心與內(nèi)光路等效面不一致使儀器產(chǎn)生（與測距儀的機械中心與內(nèi)光路等效面不一致使儀器產(chǎn)生（與所測距離長短無關(guān)的）加常數(shù)。所測距離長短無關(guān)的）加常數(shù)。加常數(shù)通過檢定可以求得。加常數(shù)通過檢定可以求得。58CSc內(nèi)光路當內(nèi)光路棱鏡移到出光當內(nèi)光路棱鏡移到出光口時測量到內(nèi)光路的口時測量到內(nèi)光路的“距離距離”。移開內(nèi)光路棱鏡后測量移開內(nèi)光路棱鏡后測量到外光路的到外光路的“距離距離”。外光路外光路“距離距離”減去內(nèi)減

29、去內(nèi)光路光路“距離距離”后才是需后才是需要測量的距離。要測量的距離。這是消除儀器系統(tǒng)誤差這是消除儀器系統(tǒng)誤差的重要措施之一。的重要措施之一。5960（2 2）氣象改正）氣象改正ASSA工具可在手算時使用。等改正數(shù)。也有輔助表格象參數(shù)后對所測距離加氣，可自動感知測站上的現(xiàn)在多數(shù)儀器有傳感器的函數(shù)。，氣壓，氣溫是波長氣象改正系數(shù)ptA氣象改正實例氣象改正實例電子尺長是光速的函數(shù)電子尺長是光速的函數(shù)而光速又是折射率的函數(shù)而光速又是折射率的函數(shù)空氣的折射率首先與波長有關(guān)空氣的折射率首先與波長有關(guān)61fC22nCC0421CBAn777210136. 010288.161004.2876%03. 007

30、600CBACOmmHgemmHgPCt，在標準大氣條件下空氣的折射率也與氣象條件有關(guān)空氣的折射率也與氣象條件有關(guān)制造者根據(jù)儀器所用電磁波的波長并顧及一般工作時的參考溫度及標準氣壓的濕度設(shè)定空氣的折射率。如果實際工作時的大氣條件與此參考條件相同，就不加氣象改正數(shù)。否則要相對于參考折射率加改正數(shù)。62是空氣膨脹系數(shù)折射率就是標準大氣條件下的式中16.273110155. 0760111070ggqntePtnn63（3）傾斜改正21cos2ShSS第四節(jié) 全站儀1 1、定義、定義 全站儀即全站儀即全站型電子速測儀全站型電子速測儀（Electronic Total StationElectroni

31、c Total Station）。是由電子測角、）。是由電子測角、電子測距、電子計算和數(shù)據(jù)存儲單元等組成的電子測距、電子計算和數(shù)據(jù)存儲單元等組成的, ,集光、機、電為一體的三維坐標測量系統(tǒng)，測量集光、機、電為一體的三維坐標測量系統(tǒng)，測量結(jié)果能自動顯示，并能與外圍設(shè)備交換信息的多結(jié)果能自動顯示，并能與外圍設(shè)備交換信息的多功能測量儀器功能測量儀器因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作，因其一次安置儀器就可完成該測站上全部測量工作， 即集即集水平角水平角、垂直角垂直角、距離距離( (斜距、平距斜距、平距) )、高差、高差測量功能于一體。所以稱之為全站儀。測量功能于一體。所以稱之為全站儀。一、全

32、站儀概述2 2、全站儀的分類、全站儀的分類全站儀按其外觀結(jié)構(gòu)可分為兩類：全站儀按其外觀結(jié)構(gòu)可分為兩類：積木式積木式全站儀（全站儀（ModularModular，又稱組合型），又稱組合型）早期的全站早期的全站儀，大都是積木型結(jié)構(gòu)，即電子速測儀、電子經(jīng)緯儀、電儀，大都是積木型結(jié)構(gòu)，即電子速測儀、電子經(jīng)緯儀、電子記錄器各是一個整體，可以分離使用，也可以通過電纜子記錄器各是一個整體，可以分離使用，也可以通過電纜或接口把它們組合起來，形成完整的全站儀?；蚪涌诎阉鼈兘M合起來，形成完整的全站儀。整體式或集成式整體式或集成式（IntegralIntegral） 光電測距儀的光波發(fā)射、接收系統(tǒng)的光軸和經(jīng)緯光電測

33、距儀的光波發(fā)射、接收系統(tǒng)的光軸和經(jīng)緯儀的視準軸組合成同軸的整體式全站儀。儀的視準軸組合成同軸的整體式全站儀。積木式整合式徠卡徠卡TPS700TPS700系系列卓越中文全列卓越中文全站儀站儀拓普康拓普康GTS 332W 全站儀全站儀索佳索佳10系列全站儀系列全站儀尼康尼康DTM801 系列全站儀系列全站儀賓得全站儀賓得全站儀PTS V2南方南方NTS 202 205全站儀全站儀按測距儀測距的大小可以分為： （1）短距離測距全站儀 測程小于3KM，一般精度為（5mm+5ppm），主要用于普通測量和城市測量。 （2）中測程全站儀 測程為3-15km,一般精度為（5mm+2ppm）-，（2mm+2pp

34、m)通常用于一般等級的控制測量。 （3）長測程全站儀 測程大于15km，一般精度為（5mm+1ppm），通常用于國家三角網(wǎng)及特級導(dǎo)線的測量。3、全站儀的基本構(gòu)造1）數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要包括電子測角系統(tǒng)、電子測距系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)及自動補償設(shè)備等。2）過程控制機主要用于有序?qū)崿F(xiàn)上述各專用功能，包括與測量數(shù)據(jù)相聯(lián)接的外圍設(shè)備及進行計算、產(chǎn)生指令的微處理機。兩部分的有機結(jié)合，真正地體現(xiàn)了“全站”功能，既要自動完成數(shù)據(jù)采集，又要自動處理數(shù)據(jù)和控制整個測量過程。70全站儀剖視圖全站儀剖視圖傾斜傳感器自動旋轉(zhuǎn)裝置自動目標識別系統(tǒng)電子指示燈能量搜索二、全站儀的構(gòu)成特點二、全站儀的構(gòu)成特點1 1同軸望遠鏡同軸望遠

35、鏡 （三軸光學(xué)系統(tǒng)）（三軸光學(xué)系統(tǒng)）全站儀的望遠鏡實現(xiàn)了視準軸、測距光波的發(fā)射、接收光軸同軸化。同軸性使得望遠鏡一次瞄準即可實現(xiàn)同時測定水平角、垂直角和斜距等全部基本測量要素的測定功能。加之強大、便捷的數(shù)據(jù)處理功能，使用極其方便?；驹恚涸谕h物鏡與調(diào)焦透鏡間設(shè)置在望遠物鏡與調(diào)焦透鏡間設(shè)置分光棱鏡系統(tǒng)分光棱鏡系統(tǒng)，使望，使望遠鏡具有多功能遠鏡具有多功能. . 瞄準目標，使之成像于十字絲分劃板，瞄準目標，使之成像于十字絲分劃板，觀測角度觀測角度； 測距測距部分的部分的外光路系統(tǒng)外光路系統(tǒng)同時使發(fā)光二極管發(fā)射的同時使發(fā)光二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光調(diào)制紅外光經(jīng)物鏡射向反光棱鏡后，經(jīng)同一路徑反經(jīng)物鏡射向

36、反光棱鏡后，經(jīng)同一路徑反射回來，再經(jīng)分光棱鏡使回光被光電二極管接收；射回來，再經(jīng)分光棱鏡使回光被光電二極管接收； 為測距需要在儀器內(nèi)部另設(shè)一為測距需要在儀器內(nèi)部另設(shè)一內(nèi)光路系統(tǒng)內(nèi)光路系統(tǒng)。通過。通過分光棱鏡系統(tǒng)分光棱鏡系統(tǒng)中的光導(dǎo)纖維將由發(fā)光二極管發(fā)射的中的光導(dǎo)纖維將由發(fā)光二極管發(fā)射的調(diào)制紅外光傳也送給光電二極管接收調(diào)制紅外光傳也送給光電二極管接收 ，進而由，進而由內(nèi)、內(nèi)、外光路調(diào)制光的相位差外光路調(diào)制光的相位差間接計算光的傳播時間，計間接計算光的傳播時間，計算實測距離。算實測距離。 2 2雙軸自動電子補償雙軸自動電子補償器(軸系誤差補償技術(shù)軸系誤差補償技術(shù)) )作業(yè)時，若全站儀作業(yè)時，若全站

37、儀縱軸傾斜縱軸傾斜，會引起角度觀測的誤，會引起角度觀測的誤差，不能用盤左、盤右觀測取中值的方法抵消。差，不能用盤左、盤右觀測取中值的方法抵消。雙軸（或單軸）傾斜自動補償系統(tǒng)雙軸（或單軸）傾斜自動補償系統(tǒng)，可自動將豎軸，可自動將豎軸傾斜量分解成視準軸方向和橫軸方向兩個分量進傾斜量分解成視準軸方向和橫軸方向兩個分量進行補償。行補償。即對即對縱軸的傾斜縱軸的傾斜進行進行監(jiān)測監(jiān)測，并在度盤讀數(shù)中對因縱，并在度盤讀數(shù)中對因縱軸傾斜造成的測角誤差軸傾斜造成的測角誤差自動加以改正自動加以改正( (某些全站某些全站儀縱軸最大傾斜可允許至儀縱軸最大傾斜可允許至66）；或由）；或由微處理微處理器器自動按豎軸傾斜改

38、正計算式計算，并加入度盤自動按豎軸傾斜改正計算式計算，并加入度盤讀數(shù)中加以改正，使度盤顯示讀數(shù)為正確值。讀數(shù)中加以改正，使度盤顯示讀數(shù)為正確值。 3 3鍵盤鍵盤 全站儀在測量全站儀在測量時輸入操作時輸入操作指令或數(shù)據(jù)指令或數(shù)據(jù)的硬件。的硬件。全站型儀器的全站型儀器的鍵盤和顯示鍵盤和顯示屏均為屏均為雙面雙面式式，便于正、，便于正、倒鏡作業(yè)時倒鏡作業(yè)時操作。操作。 4 4存儲器存儲器 包括包括內(nèi)存儲器內(nèi)存儲器和和存儲卡存儲卡兩種。兩種。 內(nèi)存儲器相當于計算機的內(nèi)存內(nèi)存儲器相當于計算機的內(nèi)存(RAM)(RAM)，存儲卡是一種外存儲，存儲卡是一種外存儲媒體，又稱媒體，又稱PCPC卡，作用相當于計算機的

39、磁盤卡，作用相當于計算機的磁盤 5 5通訊接口通訊接口 全站儀可以通過全站儀可以通過BS232CBS232C通訊接口和通訊電纜將內(nèi)存中通訊接口和通訊電纜將內(nèi)存中存儲的數(shù)據(jù)輸入計算機，或?qū)⒂嬎銠C中的數(shù)據(jù)和信息經(jīng)存儲的數(shù)據(jù)輸入計算機，或?qū)⒂嬎銠C中的數(shù)據(jù)和信息經(jīng)通訊電纜傳輸給全站儀，實現(xiàn)通訊電纜傳輸給全站儀，實現(xiàn)雙向信息傳輸雙向信息傳輸。816、免棱鏡測距近年來，很多全站儀都設(shè)置了此項功能，這給測近年來，很多全站儀都設(shè)置了此項功能，這給測量和放樣工作都帶來了方便。量和放樣工作都帶來了方便。除脈沖式測距儀外，相位式測距儀上，也設(shè)置了除脈沖式測距儀外，相位式測距儀上，也設(shè)置了高精度的免棱鏡測距模式，精度

40、可達毫米級。高精度的免棱鏡測距模式，精度可達毫米級。一般是在同一儀器中設(shè)置一般是在同一儀器中設(shè)置兩個發(fā)射光源兩個發(fā)射光源： 紅外光束紅外光束 保證相位測距的精度和測程；保證相位測距的精度和測程； 紅外激光束紅外激光束 使光斑壓縮得很小，光能力增大，使光斑壓縮得很小，光能力增大，從而保證漫反射的回波能測出距離，但測程較棱從而保證漫反射的回波能測出距離，但測程較棱鏡測距短。鏡測距短。三、全站儀的基本功能三、全站儀的基本功能測量測量坐標坐標（NEZENZ)NEZENZ)測量測量距離距離( (斜距、平距、高差、懸高）斜距、平距、高差、懸高）測量測量角度角度（水平角、垂直角）（水平角、垂直角）放樣放樣工

41、作（平距、高差、高程、坐標等放樣元素）工作（平距、高差、高程、坐標等放樣元素）測量參數(shù)設(shè)置測量參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理1 1角度測量角度測量(angle observation)(angle observation)（1 1）功能：）功能：水平角（水平角（horizontal anglehorizontal angle）豎直角豎直角(vertical angle)(vertical angle)（2 2）方法：）方法：與經(jīng)緯儀相同。與經(jīng)緯儀相同。若要測出水平角若要測出水平角AOBAOB，則：，則：aobAOBu當精度要求不高時只需半測回：瞄準瞄準A A點點置零（置零（0SET0SET）瞄準瞄準

42、B B點，記下水平度盤點，記下水平度盤HRHR的的大小。大小。aobAOBu當精度要求高時可用測回法步驟同用經(jīng)緯儀操作，配置度盤時，步驟同用經(jīng)緯儀操作，配置度盤時，可以用可以用“置盤置盤”（H SETH SET）2距離測量(distance measuring)1)PSM1)PSM、PPMPPM設(shè)置設(shè)置測距、坐標、放樣前。測距、坐標、放樣前。A A）棱鏡常數(shù)（）棱鏡常數(shù)（PSMPSM）的設(shè)置。一般：）的設(shè)置。一般： PRISM=0PRISM=0（原配棱鏡），（原配棱鏡），-30mm-30mm（國產(chǎn)棱鏡）（國產(chǎn)棱鏡）B B）大氣改正數(shù)（）大氣改正數(shù)（PPMPPM）（乘常數(shù)）設(shè)置。）（乘常數(shù)）設(shè)置

43、。 輸入測量時的氣溫（輸入測量時的氣溫（TEMPTEMP）、氣壓（）、氣壓（PRESSPRESS），），或經(jīng)計算后，輸入或經(jīng)計算后，輸入PPMPPM的值。的值。（2 2）功能：）功能：可測量平距、高差和斜距（全站可測量平距、高差和斜距（全站儀儀 鏡點至棱鏡鏡點間高差及斜距）鏡點至棱鏡鏡點間高差及斜距）（3 3）方法：）方法： 照準棱鏡點，按照準棱鏡點，按MEAS(MEAS(測量）。測量）。 全站儀全站儀(total station)反光棱鏡反光棱鏡(reflector)S=ct/23坐標測量(coordinate measuring) （1 1）功能：）功能：測出目標點的測出目標點的(X,Y,

44、H)(X,Y,H)（2 2）原理）原理1)1)平面坐標（平面坐標（X X，Y Y）測量）測量原理原理 2）高程（Z）測量原理 （3 3）方法1) 1) 輸入測站輸入測站X X，Y Y，H H，儀器高，儀器高i i，棱鏡高，棱鏡高t t。2) 2) 瞄準后視點，將水平度盤讀數(shù)設(shè)置為測站瞄準后視點，將水平度盤讀數(shù)設(shè)置為測站至后視點的坐標方位角。至后視點的坐標方位角。3) 3) 瞄準目標棱鏡點，按瞄準目標棱鏡點，按MEASMEAS（測量）鍵。（測量）鍵。后視點后視點測站點測站點待測量點待測量點四、NTS-305R全站儀簡介1、儀器的構(gòu)造和主要性能NTS-305R是高智能化程度的全站儀，儀器采用菜單圖

45、標，光柵數(shù)碼度盤，配備單軸補償器，一測回方向觀測中誤差為5，豎盤指標自動歸零補償為電子液體補償器，補償范圍3。儀器最大測程2.3km（三塊棱鏡），測距誤差3mm+2ppm；無棱鏡測距測程為120m，測距精度5mm。內(nèi)存可存儲3456個點的測量數(shù)據(jù)或坐標數(shù)據(jù)，由6V鎳氫可充電電池供電，一塊充滿電的電池可供連續(xù)測量6h。9399按鍵按鍵名稱名稱功能功能F1F4F1F409/ A/09/ A/ENTENTPOWERPOWERESCESC功能軟鍵數(shù)字鍵/字母鍵回車鍵電源鍵星鍵退出鍵參見顯示屏最后一行顯示的信息輸入數(shù)字/字母數(shù)據(jù)輸入結(jié)束并認可電源開/關(guān)儀器若干常用功能操作退回到前一個顯示屏或前一個模式N

46、TS-305R全站儀操作面板的按鍵名稱和功能2、全站儀的使用1 1）測量）測量前的準備工作前的準備工作（1）整置儀器 在測站點上安置儀器，對中、整平；（2）電池的安裝與檢查 裝入電池前，先檢查電池開關(guān)是否在OFF的位置。安裝時關(guān)上電池解鎖紐蓋，使電池的定位導(dǎo)塊與儀器安裝電池的凹處相吻合，按電池的頂部，聽到“咔嚓”聲為安上。當電源接通時，自檢功能將確保儀器正常工作。（3）垂直度盤和水平度盤指標的設(shè)置 松開垂直度盤制動紐，將望遠鏡縱轉(zhuǎn)一周，隨即聽見一聲鳴響，并顯示垂直方向（ZA）讀數(shù)，垂直指標已設(shè)置完畢；松開水平度盤制動紐，旋轉(zhuǎn)照準部360，隨即聽見一聲鳴響，同時顯示水平角（HAR），水平指標已設(shè)

47、置完畢。（4 4）傾角的自動補償與使用傾角顯示進行整平）傾角的自動補償與使用傾角顯示進行整平 當顯示窗出現(xiàn)“上十”符號時，說明垂直和水平均通過雙軸傾斜傳感器已自動進行了小的傾斜改正，在顯示角值穩(wěn)定后，再讀取補償后的角值。使用雙軸（X，y）傾斜傳感器所顯示的傾角X和y值可進行儀器的整平。此傾角值可用于計算因垂直軸不垂直而引起的垂直角和水平角的誤差。（5 5）儀器參數(shù)的設(shè)置）儀器參數(shù)的設(shè)置 根據(jù)測量的要求，通過鍵盤操作來選擇并設(shè)置儀器參數(shù)，如單位、坐標格式等。所設(shè)置的儀器參數(shù)可儲存在存儲器中，直到下次改變選項時才消失。102符號符號含義含義符號符號含義含義V VV%V%HRHRHLHLHDHDVDVDN NSDSDZ ZE E豎直角百分度水平角（右角）水平角（左角）平距高差北向坐標斜距天頂方向坐標東向坐標*mftFNTRSpsmppm點子測距正在進行以米為單位以英尺為單位精測模式N次測量跟蹤模式（10mm）重復(fù)測量單次測量棱鏡常數(shù)值大氣改正數(shù)NTS-305R屏幕顯示符號及其含義2 2）角度）角度測量測量 （1 1）按角度測量鍵，使全站儀處于）按角度測量鍵，使全站儀處于角度測量模式，照準第一個目標角度測量模式，照準第一個目標A A。 （2 2）設(shè)置）設(shè)置A A方向的水平度盤讀數(shù)為方向的水平度盤讀數(shù)為0 000000000。 （3 3）照準第二個目標）照