第四章距离测量

第四章距离测量  钢尺量距  钢尺量距误差及注意  视距测量  电磁波测距  全站型电子速测仪

§4.1 钢尺量距 距离—指两点间的水平长度。测量距离可根据不同的精度要求，不同的测量条件采用不同的方法。距离测量常用的方法：钢尺量距、光学视距法测距、电磁波测距等。

钢尺量距： 利用具有标准长度的钢尺直接量测地面两点间距离。又称距离丈量。距离丈量使用的工具：钢尺、铟瓦尺、木尺、皮尺、花杆、插钎、垂球、弹簧秤、温度计

A B l l q DAB 一、普通量距方法平坦地区的距离丈量 AB两点间的距离公式：DAB=n l + q 式中：n—尺段数 l—整尺长度 q—不足一整尺的余长必须要进行往返观测

直线定线 计算相对误差 K：限差要求： K＜1/3000 一般：K＜1/2000

二、精密量距方法 前、后尺手要用弹簧秤用经纬仪标定直线方向读温度；开始t1 ，中间 t2，结束t3，取平均值作为结果t 分段量取距离，每尺段读三次，取平均值作为结果。水准测量方法测定高差成果处理(进行三项改正) 可达精度:

三、钢尺量距成果整理 （一）尺长改正（二）温度改正 Δlt=α（t- t0）L

（三）倾斜改正 则倾斜改正为：经过三项改正后的水平距离应为: D=L+△ld+ △l t +△lh 例4-1

五、钢尺检定 尺长方程式式中：lt—温度为 t 时钢尺实际长度； l0—钢尺名义长度； Δl—钢尺尺长改正数； α—钢尺膨胀系数； t0—钢尺检定时温度； t—量距时温度。

§4.2 钢尺量距的误差分析 1. 定线误差 2. 尺长误差 3. 温度误差 4. 拉力误差 5. 钢尺不水平的误差 6. 钢尺对准及读数误差

§4.3 视距测量 一、视距测量概述 • 原理: 视距测量是利用望远镜内的视距装置配合视距尺，根据几何光学和三角测量原理，同时测定距离和高差的方法。视距装置

2. 特点: 这种方法具有操作方便，速度快，不受地面高低起伏限制等优点。 3. 工具: 视距测量所用的主要仪器、工具是经纬仪和视距尺。 4. 精度: 一般为1/200~~1/300,精度较低，所以广泛用于碎部测量中。精密视距测量精度可达 1/2000。

d δ f p l v i D 二、视线水平时的距离与高差公式 B A 距离公式:

令：则： D=Kl+C k—视距乘常数 c—视距加常数常用的内对光望远镜的视距常数在设计时使 k=100， c≈0 在视线水平时，计算两点间的水平距离公式为： D= k l

附：常用的内调焦望远镜原理图 P′——l 经过 L1 后的像长。由调焦透镜（凹透镜）成像原理得：像距 P ——P′经过凹透镜L2后的像长。物距

根据凹透镜成像公式得：

三、视线倾斜时的距离与高差公式 D′=k l′ v α h′ h α i D

倾斜距离： 所以A、B的水平距离：由此可得A、B两点高差为：如视线无阻挡时，可使 i = v，公式可简化为：

四、视距测量的施测 1、在测站点安置仪器,量取仪器高 i 。 (测站点至仪器横轴的高度,量至厘米)。 2、盘左位置瞄准视距尺，读取水准尺的下丝、上丝及中丝读数。 3、使竖盘水准管气泡居中，读取竖盘读数，然后计算竖直角。 4、计算水平距离。 5、计算高差和高程。

1 点号 1.642 1.277 0.365 下丝 1.460 中丝读数 91°41′00″ 竖盘读数 (盘左) 1°41′00″ 竖直角距离 (m) 36.5 1.07 高差(m) 高程 (m) 49.33 上丝 1 1.180 0.815 0.365 1.000 90°58′00″ 0°58′00″ 36.5 1.08 49.34 尺间距 2 1.687 1.230 0.457 1.460 92°33′00″ 2°33′00″ 45.6 2.03 50.29 2 2.225 1.770 0.455 2.000 93°13′30″ 3°13′30″ 45.6 2.02 50.28 视距测量记录手簿测站：A HA=48.263m 仪器高i=1.46m

五、视距测量误差分析 1、视距尺分划误差 2、乘常数K不准确的误差 3、竖直角测角误差 4、视距丝读数误差 5、视距尺倾斜对视距测量影响 6、外界气象条件对视距测量影响

B A D §4.4 电磁波测距电磁波测距原理通过测定电磁波在测线两端往反传播的时间△ｔ进行测距的方法。式中c为电磁波在大气中的传播速度

棱镜

测距仪按测距原理分类 一、脉冲法测距当测距仪发出光脉冲（或电脉冲），经反光镜反射（或被测物体反射），回到测距仪。测定接收光脉冲和发射脉冲时间差△t，按式计算距离，称脉冲法测距。讨论：测距精度为1cm，时间测量精度是多少？

光强光强 t t 调制光 GaAs发光管

φ Δφ 2π A B DAB DAB 二、相位法测距原理反光镜

式中c0为光在真空中的速度 c0 =299792458 m/ s ng为光在大气中传输折射率称为光尺讨论： • 频率f1=15MHz , LS1=? , f2=150kHz , LS2=? • 当分辩率为1/1000时，LS1 , LS2 测距精度为多少？

机内参考信号 参考信号方波测距信号测距方波相位控制计数脉冲 φ △φ 计数脉冲测距仪如何将相位测量信号变成数字信号计数显示

讨论： • 相位法测距中N无法测定，如何解决测距问题？ • 2 km测程测距仪如何选定频率？ f1=15MHz, LS1=10m, 分辩率1mm f2=75kHz , LS2=2000m 分辩率2m 精测距 5.421 粗测距 184 仪器测距 1845.421m

红外测距仪工作原理图

测距成果计算

D′ α D0 一、仪器常数改正加常数 k ：原因：发光管的发射面、接收管接收面，反光镜的等效反射面与反光镜中心不一致; 乘常数 R ：原因：振荡器频率变化，发光管相位不均匀。二、气象改正仪器设计气象参数：三、倾斜改正

测距仪检测 • 1. 仪器标称精度：±（3mm+2ppm·D） ppm=1×10-6 • 仪器检验：由计量单位进行 • ①测距频率检验：频率稳定度1×10-6 , 15MHz容许差多少？ • ②周期误差检测相位误差测距矢量合成矢量固定误差矢量相位误差

3. 加常数、乘常数测定：在基线场进行

测距仪分类 按光源分：微波测距仪光速测距仪红外测距仪激光测距仪声波测距仪按测程分：超短程 ≤100m 短程 ≤5km 中程 ≤ 15km ＞5km 远程＞ 15km

§4.5 全站仪及其使用 全站仪——能同时完成测距、测角、测高功能的仪器。全站仪分类：光学经纬仪+测距仪积木式（分离式）：一体化电子经纬仪+测距仪我校全站仪种类： • TOPOCON （拓普康）GTS-332 全站仪（日本） • 蔡司 Eita 55 全站仪 (德国) • 徕卡 TC—305 全站仪（瑞士）

TOPOCON （拓普康） GTS-212 全站仪（日本）

蔡司 Eita 55 全站仪 (德国)

徕卡 TC—305 全站仪（瑞士）

全站仪的构造 同轴异轴红外测距仪电子经纬仪显示器操作键盘电池 1. 全站仪主机：

全站仪的主要技术指标 1. 测角精度： ±0.5″、 ± 1″、 ± 2″、 ±5″、 ±10″ 2. 测距精度： ±( A mm + B×10-6 D ) A=3， B=2 3. 测程： 900m/单棱镜， 1200m/3棱镜 4. 最小读数及测距时间：精测模式：1 mm ，2.5s (首次4.5s) 粗测模式：10 mm ，0.5s (首次3.0s) 跟踪模式：5 mm ，0.3s (首次2.5s) 测角时间：0.3s 5. 工作环境温度： -20℃ ~ +50℃

全站仪测量模式 1. 角度测量模式：可进行水平角、竖直角测量 2. 距离测量模式：跟踪测量、快速测量、高精度测量 • 组合测量模式：水平角、平距、高差测量 • 放样测量模式 • 坐标测量模式

全站仪操作 • 全站仪、反光镜安置、对中、整平 • 开机：联接电源、开电源 • 测前准备：选择测角模式 • 输入仪器常数 • 输入气象参数 • 瞄准目标、测量 • 测试完毕关机

全站仪使用注意事项 • 强阳光或雨天要撑伞，防止阳光直射物镜，防止雨淋测距仪，以免发生短路。 • 镜站应避开反射物体。 • 主机避开高压线、变电所等强电场干扰源。 • 测量结束关机，勿带电迁站。 • 运输中防潮、防震 • 电池及时充电

第四章 距离测量