角度、距離測(cè)量與全站儀距離部分課件

1、第五章 角度、距離測(cè)量與全站儀5.6 距離測(cè)量5.7 光電測(cè)距誤差分析5.8 光電測(cè)距儀的檢驗(yàn)5.9 全站儀和自動(dòng)全站儀5.10 三角高程測(cè)量距離量測(cè)的方法有距離量測(cè)的方法有: :鋼尺量距鋼尺量距光學(xué)視距法光學(xué)視距法電磁波測(cè)距電磁波測(cè)距5.65.6 距離測(cè)量BABDSA傾斜距離：傾斜距離：ABAB間連線的長(zhǎng)度間連線的長(zhǎng)度水平距離：水平距離：ABAB間連線投影在水間連線投影在水平面上的長(zhǎng)度平面上的長(zhǎng)度0ttllllt 丈量溫度時(shí)的鋼尺實(shí)際長(zhǎng)度丈量溫度時(shí)的鋼尺實(shí)際長(zhǎng)度（m m）； 鋼尺刻劃上注記的長(zhǎng)度，即名義長(zhǎng)度鋼尺刻劃上注記的長(zhǎng)度，即名義長(zhǎng)度（m m）； 鋼尺在檢定溫度時(shí)的尺長(zhǎng)改正數(shù)；鋼尺在檢定

2、溫度時(shí)的尺長(zhǎng)改正數(shù)；鋼尺膨脹系數(shù)，其值約為鋼尺膨脹系數(shù)，其值約為11.611.61010-6-612.512.51010-6-6m/m/（mm）；t t0 0鋼尺檢定溫度，又稱標(biāo)準(zhǔn)溫度，一般取鋼尺檢定溫度，又稱標(biāo)準(zhǔn)溫度，一般取2020；t t丈量時(shí)溫度。丈量時(shí)溫度。 tlll 一一 鋼尺量距鋼尺量距尺長(zhǎng)方程式尺長(zhǎng)方程式:在一定拉力下，用以溫度為自變量的函數(shù)來表示在一定拉力下，用以溫度為自變量的函數(shù)來表示在某一溫度時(shí)鋼尺的實(shí)際長(zhǎng)度，該函數(shù)式稱作尺長(zhǎng)方程式。在某一溫度時(shí)鋼尺的實(shí)際長(zhǎng)度，該函數(shù)式稱作尺長(zhǎng)方程式。當(dāng)直線距離超過一個(gè)尺段時(shí)，需進(jìn)行直線定線；當(dāng)直線距離超過一個(gè)尺段時(shí)，需進(jìn)行直線定線；AB如

3、果地面平坦，就沿地面直接丈量；如果地面平坦，就沿地面直接丈量；1 外業(yè)測(cè)量外業(yè)測(cè)量沿傾斜地面量距時(shí)，可將鋼尺拉平丈量；也可沿斜沿傾斜地面量距時(shí)，可將鋼尺拉平丈量；也可沿斜坡丈量斜距，測(cè)出地面傾角，算出水平距離。坡丈量斜距，測(cè)出地面傾角，算出水平距離。ABlllll2 丈量距離的成果整理丈量距離的成果整理 尺長(zhǎng)改正尺長(zhǎng)改正10102030001l20102030ml30mml4mlll)004. 030(實(shí)llDD長(zhǎng)尺長(zhǎng)改正：尺長(zhǎng)改正：30004. 0ll名義長(zhǎng)度每米的改正數(shù)長(zhǎng)DDD 溫度改正溫度改正鋼尺在鋼尺在20C的條件下檢定的長(zhǎng)度的條件下檢定的長(zhǎng)度 為為30m，那么每，那么每測(cè)測(cè)1m應(yīng)加改

4、正應(yīng)加改正:ctmDm2011測(cè)距離測(cè)距離D應(yīng)加改正：應(yīng)加改正：ctDD20溫溫DDD 傾斜改正傾斜改正ABDDhDDD傾綜合上述，實(shí)際水平距離綜合上述，實(shí)際水平距離D應(yīng)為：應(yīng)為：傾溫長(zhǎng)DDDDD用一般的量距方法，量距精度只達(dá)到用一般的量距方法，量距精度只達(dá)到用精密方法量距，精度達(dá)到：用精密方法量距，精度達(dá)到：500011000140000110000122hDD傾cosDDg二二 光學(xué)視距法測(cè)距光學(xué)視距法測(cè)距視距測(cè)量是根據(jù)幾何光學(xué)原理間接測(cè)距方法。視距測(cè)量是根據(jù)幾何光學(xué)原理間接測(cè)距方法。視距法測(cè)距操作簡(jiǎn)便、較鋼尺量距速度快、不受視距法測(cè)距操作簡(jiǎn)便、較鋼尺量距速度快、不受地面高低起伏限制等優(yōu)點(diǎn)

5、，但測(cè)距精度較低，距地面高低起伏限制等優(yōu)點(diǎn)，但測(cè)距精度較低，距離相對(duì)精度為離相對(duì)精度為 , ,因此用于精度要求較低因此用于精度要求較低的測(cè)量工作中。的測(cè)量工作中。30012001視線水平時(shí)，視距測(cè)量測(cè)得是水平距離。視線傾視線水平時(shí)，視距測(cè)量測(cè)得是水平距離。視線傾斜時(shí)，為求得水平距離還須測(cè)出豎角。也可求得斜時(shí)，為求得水平距離還須測(cè)出豎角。也可求得測(cè)站至目標(biāo)的高差。即視距三角高程測(cè)量。測(cè)站至目標(biāo)的高差。即視距三角高程測(cè)量。1 1、概述、概述OABC lS22 ctglS 視距測(cè)量變化而變化，稱為定角隨不變時(shí)，當(dāng)lS 線視距測(cè)量變化而變化，稱為定基隨不變時(shí)，當(dāng) Sl2 2、普通視距測(cè)量原理和公式、普

6、通視距測(cè)量原理和公式1)、視準(zhǔn)軸水平時(shí)的視距公式儀器中心十字絲分劃板物鏡GQMlmgqNOS 1221flfpbffS 內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡1F2F1f2fPbaplKlS100 cKlS2 2、普通視距測(cè)量原理和公式、普通視距測(cè)量原理和公式3)、視準(zhǔn)軸傾斜時(shí)的視距公式 l 2000coscoscoscosKlDSKlKlDllEFl OMNEF2 2 視距尺不垂直于視準(zhǔn)軸的改正視距改斜距傾斜距離改化為水平距離 2coscoscosKlDSKlDKl 902190902190 NFOMEO 電磁波測(cè)距是指利用電磁波測(cè)距是指利用電磁波電磁波作為載波傳輸作為載波傳輸測(cè)距信號(hào)，測(cè)量空間兩點(diǎn)間的距離。測(cè)距信號(hào)

7、，測(cè)量空間兩點(diǎn)間的距離。 AB1 1、電磁波測(cè)距概述、電磁波測(cè)距概述 三、 光電測(cè)距C0：299 792.458km/sn：大氣折射率基本原理1、電磁波測(cè)距概述、電磁波測(cè)距概述12DCtDAB測(cè)距儀反射器 通過測(cè)定電磁波在待測(cè)距離兩端點(diǎn)間往返一次的通過測(cè)定電磁波在待測(cè)距離兩端點(diǎn)間往返一次的傳播時(shí)傳播時(shí)間間t，利用電磁波在大氣中的，利用電磁波在大氣中的傳播速度傳播速度C來確定距離。來確定距離。關(guān)鍵：精確測(cè)定傳播時(shí)間t0 CCn 電磁波測(cè)距儀的分類n 按所采用的載波按所采用的載波u光電測(cè)距儀光電測(cè)距儀紅外測(cè)距儀激光測(cè)距儀u微波測(cè)距儀微波測(cè)距儀1、電磁波測(cè)距概述、電磁波測(cè)距概述n 按測(cè)定時(shí)間的方式不

8、同按測(cè)定時(shí)間的方式不同 u脈沖式光電測(cè)距儀脈沖式光電測(cè)距儀u相位式光電測(cè)距儀相位式光電測(cè)距儀12DCt主波脈沖主波脈沖回波脈沖回波脈沖tn t 1nt通過通過直接測(cè)定直接測(cè)定光脈沖在測(cè)線上往返傳播的光脈沖在測(cè)線上往返傳播的時(shí)間時(shí)間t，求得距離。求得距離。2、脈沖式光電測(cè)距儀取樣棱鏡取樣棱鏡時(shí)標(biāo)脈沖時(shí)標(biāo)脈沖光電接收器光電接收器光脈沖發(fā)射器光脈沖發(fā)射器電子門電子門時(shí)標(biāo)時(shí)標(biāo)振蕩器振蕩器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器特 點(diǎn)n特點(diǎn)特點(diǎn)u采用可見激光作為光源，采用可見激光作為光源，測(cè)程可達(dá)十余公里；測(cè)程可達(dá)十余公里；u無合作目標(biāo)模式測(cè)距；無合作目標(biāo)模式測(cè)距；u在有合作目標(biāo)模式下，測(cè)在有合作目標(biāo)模式下，測(cè)距精度達(dá)到了毫米級(jí)。

9、距精度達(dá)到了毫米級(jí)。2、脈沖式光電測(cè)距儀、脈沖式光電測(cè)距儀DISTO手持激光測(cè)距儀手持激光測(cè)距儀面向大眾用戶面向大眾用戶 3、相位式光電測(cè)距儀 通過測(cè)量通過測(cè)量調(diào)制光調(diào)制光在測(cè)線上往返傳播所產(chǎn)生的在測(cè)線上往返傳播所產(chǎn)生的相位差相位差，來求得距離。，來求得距離。光強(qiáng)光強(qiáng)時(shí)間時(shí)間電壓電壓時(shí)間時(shí)間調(diào)制調(diào)制光光2原 理接收信號(hào)接收信號(hào)發(fā)射信號(hào)發(fā)射信號(hào)光源光源調(diào)制器調(diào)制器接收器接收器相位計(jì)相位計(jì)反射器反射器相位移相位移3、相位式光電測(cè)距儀、相位式光電測(cè)距儀2N AB返程返程D2N往程往程DA2 /2u令 ：()Du NN原 理3、相位式光電測(cè)距儀、相位式光電測(cè)距儀2 ()2N()22DNN /2N 令

10、：2 ()NN 測(cè)尺頻率測(cè)尺頻率15MHz1.5MHz150kHz15kHz測(cè)尺長(zhǎng)度測(cè)尺長(zhǎng)度10m100m1km10km測(cè)距精度測(cè)距精度1mm1cm10cm1mDu N令令uDuD，N=0N=0：提高測(cè)程：提高測(cè)程：頻率低頻率低保證精度：保證精度：頻率高頻率高N值的確定3、相位式光電測(cè)距儀、相位式光電測(cè)距儀()Du NN 長(zhǎng)測(cè)尺長(zhǎng)測(cè)尺短測(cè)尺短測(cè)尺組合組合010()uDN值的確定2215MH 10 =1fzummm2，短測(cè)尺短測(cè)尺：11115kH 10 1fzukmm，長(zhǎng)測(cè)尺長(zhǎng)測(cè)尺：01020303、相位式光電測(cè)距儀、相位式光電測(cè)距儀010N值的確定11: 0.1568 1568uNDm22:

11、0.7245 7.245uNDm155015601570154001015607.2451567.245Dmmm測(cè)程：測(cè)程：10km 精度：精度：mm3、相位式光電測(cè)距儀、相位式光電測(cè)距儀15607.245特 點(diǎn)n 特點(diǎn)特點(diǎn)u通常采用紅外光作為通常采用紅外光作為光源，測(cè)程在數(shù)公里之光源，測(cè)程在數(shù)公里之內(nèi)；內(nèi)；u精度高于脈沖式光電精度高于脈沖式光電測(cè)距儀。測(cè)距儀。3、相位式光電測(cè)距儀、相位式光電測(cè)距儀4、電磁波測(cè)距成果的整理n 加常數(shù)改正加常數(shù)改正n 乘常數(shù)改正乘常數(shù)改正n 氣象改正氣象改正n 傾斜改正傾斜改正BABDSA 加常數(shù)改正4、電磁波測(cè)距成果的整理、電磁波測(cè)距成果的整理測(cè)距儀反射器DA

12、BD儀器儀器安置中心安置中心反射器反射器安置中心安置中心iKrK光波發(fā)射光波發(fā)射等效面等效面反射器反射器等效面等效面 DDK irKKK乘常數(shù)改正f標(biāo)準(zhǔn)頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率f實(shí)際頻率實(shí)際頻率u標(biāo)稱尺長(zhǎng)標(biāo)稱尺長(zhǎng)實(shí)際尺長(zhǎng)實(shí)際尺長(zhǎng)u0102030ufffRfDDDDf 乘常數(shù)乘常數(shù)fRf乘常數(shù)改正值乘常數(shù)改正值RDRDRDDD 4、電磁波測(cè)距成果的整理、電磁波測(cè)距成果的整理氣象改正4、電磁波測(cè)距成果的整理、電磁波測(cè)距成果的整理tPDDD 改正后的距離：改正后的距離：假定大氣狀態(tài)：假定大氣狀態(tài)：t015 ，P0=1013hPa，氣象改正數(shù)公式：，氣象改正數(shù)公式：C0.2927910.0037tPPDDtDtp

13、：mm D(觀測(cè)距離)：km380.005201012.8Dmtcphpa ， ， 例：例：2380.007tpDmmDmV ，傾斜改正傾斜距離傾斜距離4、電磁波測(cè)距成果的整理、電磁波測(cè)距成果的整理RtPDDKDDcosSD水平距離水平距離ABABDS5.7 光電測(cè)距誤差分析v對(duì)于相位式光電測(cè)距儀，測(cè)距誤差可分為三部分：對(duì)于相位式光電測(cè)距儀，測(cè)距誤差可分為三部分：比例誤差比例誤差 由調(diào)制頻率的誤差、真空中光速值的誤差、大氣折射率誤差由調(diào)制頻率的誤差、真空中光速值的誤差、大氣折射率誤差引起，它與被測(cè)距離成正比，稱為比例誤差。引起，它與被測(cè)距離成正比，稱為比例誤差。周期誤差周期誤差：由測(cè)距儀內(nèi)部的

14、光電信號(hào)竄擾引起的以一定距離：由測(cè)距儀內(nèi)部的光電信號(hào)竄擾引起的以一定距離（通常是一個(gè)精測(cè)尺長(zhǎng)度）為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差。它與距離（通常是一個(gè)精測(cè)尺長(zhǎng)度）為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差。它與距離有關(guān)，但不成比例，儀器設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)可嚴(yán)格控制其數(shù)值。以有關(guān)，但不成比例，儀器設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)可嚴(yán)格控制其數(shù)值。以下暫不考慮。下暫不考慮。固定誤差固定誤差 由測(cè)相誤差、儀器加常數(shù)誤差、測(cè)距儀和反射鏡的對(duì)中誤由測(cè)相誤差、儀器加常數(shù)誤差、測(cè)距儀和反射鏡的對(duì)中誤差引起，它與距離無關(guān)，稱為固定誤差。差引起，它與距離無關(guān)，稱為固定誤差。 * 在評(píng)定測(cè)距儀的測(cè)距精度時(shí)，通常用下列公式表在評(píng)定測(cè)距儀的測(cè)距精度時(shí)，通常用下列公式表示：示：

15、DBAmD 22DBAmD或A：固定誤差，以mm為單位B：比例誤差系數(shù)，以mm/km為單位D：被測(cè)距離，以km為單位例如：某儀器的精度為5+5D5.8 光電測(cè)距儀的檢驗(yàn)n 測(cè)距常數(shù)的測(cè)定測(cè)距常數(shù)的測(cè)定1、加常數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)定、加常數(shù)簡(jiǎn)易測(cè)定ABCAB=AC+CBDAB+K+DABR=DAC+K+DACR+DCB+K+DCBRK=DAB-DAC-DCB+(DAB-DAC-DCB) RK=DAB-DAC-DCB2、六段比較法測(cè)定加、乘常數(shù)、六段比較法測(cè)定加、乘常數(shù) 通過被檢測(cè)的儀器在基線場(chǎng)上取得的觀測(cè)值，將通過被檢測(cè)的儀器在基線場(chǎng)上取得的觀測(cè)值，將測(cè)定值測(cè)定值與與已知值已知值進(jìn)行比較，從而求出加常數(shù)和乘

16、常數(shù)。進(jìn)行比較，從而求出加常數(shù)和乘常數(shù)。5.9 全站儀和自動(dòng)全站儀1、同時(shí)測(cè)角（水平角和豎角）和測(cè)距；、同時(shí)測(cè)角（水平角和豎角）和測(cè)距；2、望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸和測(cè)距儀的視準(zhǔn)軸是同軸的；、望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸和測(cè)距儀的視準(zhǔn)軸是同軸的；3、對(duì)水平角和豎角進(jìn)行補(bǔ)償（具有雙軸補(bǔ)償器）；、對(duì)水平角和豎角進(jìn)行補(bǔ)償（具有雙軸補(bǔ)償器）；4、數(shù)據(jù)電子顯示，并存入內(nèi)存儲(chǔ)器，無須讀數(shù)，無須記錄。、數(shù)據(jù)電子顯示，并存入內(nèi)存儲(chǔ)器，無須讀數(shù)，無須記錄。5、 數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出提供提供RS232C串口和電子手簿、掌上電腦、計(jì)串口和電子手簿、掌上電腦、計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備連接；算機(jī)等外部設(shè)備連接；6、提供多種測(cè)量模式、提供多種測(cè)量模式距離測(cè)

17、量、角度測(cè)量、坐標(biāo)測(cè)量、高距離測(cè)量、角度測(cè)量、坐標(biāo)測(cè)量、高級(jí)測(cè)量（后方交會(huì)、放樣測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、懸高測(cè)量）級(jí)測(cè)量（后方交會(huì)、放樣測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、懸高測(cè)量）一、全站儀一、全站儀二、自動(dòng)全站儀二、自動(dòng)全站儀 自動(dòng)全站儀是一種能自動(dòng)識(shí)別、照準(zhǔn)和跟蹤目標(biāo)的自動(dòng)全站儀是一種能自動(dòng)識(shí)別、照準(zhǔn)和跟蹤目標(biāo)的一種全站儀，又稱為測(cè)量機(jī)器人。一種全站儀，又稱為測(cè)量機(jī)器人。 自動(dòng)全站儀由伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)照準(zhǔn)部和望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)和定自動(dòng)全站儀由伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)照準(zhǔn)部和望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)和定位，在望遠(yuǎn)鏡中有同軸自動(dòng)識(shí)別裝置，能自動(dòng)照準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行位，在望遠(yuǎn)鏡中有同軸自動(dòng)識(shí)別裝置，能自動(dòng)照準(zhǔn)棱鏡進(jìn)行測(cè)量。它的基本原理是：儀器向目標(biāo)發(fā)射激光束，經(jīng)

18、反射棱測(cè)量。它的基本原理是：儀器向目標(biāo)發(fā)射激光束，經(jīng)反射棱鏡返回，并被儀器中的鏡返回，并被儀器中的CCD相機(jī)接收，從而計(jì)算出反射光點(diǎn)相機(jī)接收，從而計(jì)算出反射光點(diǎn)的中心位置，得到水平方向和天頂距的改正數(shù)，最后啟動(dòng)馬的中心位置，得到水平方向和天頂距的改正數(shù)，最后啟動(dòng)馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)全站儀轉(zhuǎn)向棱鏡，自動(dòng)精確照準(zhǔn)目標(biāo)。達(dá)，驅(qū)動(dòng)全站儀轉(zhuǎn)向棱鏡，自動(dòng)精確照準(zhǔn)目標(biāo)。5.10 三角高程測(cè)量n 水準(zhǔn)測(cè)量水準(zhǔn)測(cè)量求得地面點(diǎn)的高程精度高，普遍用于建求得地面點(diǎn)的高程精度高，普遍用于建立國家高程控制點(diǎn)及測(cè)定高級(jí)地形控制點(diǎn)的高程。立國家高程控制點(diǎn)及測(cè)定高級(jí)地形控制點(diǎn)的高程。n 在地面高低起伏較大或不便于水準(zhǔn)測(cè)量的地區(qū)，在地面高低起伏較大或不便于水準(zhǔn)測(cè)量的地區(qū)，可采用可采用三角高程測(cè)量三角高程測(cè)量的方法傳遞高程。的方法傳遞高程。ABABhHHABABh 直覘反覘一、三角高程測(cè)量的基本原理光電測(cè)距三角高程測(cè)量光電測(cè)距三角高程測(cè)量Divs tggsABhs tgiv BAABAHHhHs tgiv sinABhDiv 的正負(fù)號(hào)二、地球曲率與大氣折光的影響（球氣差）二、地球曲率與大氣折光的影響（球氣差