第六章距離測量及全站儀

1、 距離量測是確定地面點位觀測量之一距離量測是確定地面點位觀測量之一. . 測量地面兩點之間的水平距離測量地面兩點之間的水平距離。其其方法包括方法包括: :鋼尺量距鋼尺量距光學(xué)視距法光學(xué)視距法電磁波測距電磁波測距GPSGPS測距測距一、量具工具主要工具：鋼尺；常用的鋼尺有：20m,30m,50m；基本分畫有：厘米和毫米；更具零點的不同：刻線尺和零點尺二、直線定線直線定線即在兩點的直線方向上豎立一系列標桿，把中間若干點確定在已知直線的方向上。直線定線按精度要求可用目測定線，也可用經(jīng)緯儀或其他定線儀器進行定線。1、目測定線兩點間定線兩點延長線上定線2、儀器定線三、鋼尺量距方法1、鋼尺一般量距方法平坦

2、地面的量距方法：A、B兩點之間的水平距離為qlnDAB式中：整尺段數(shù)整尺長不足一整尺的余長nlq傾斜地面的量距方法：沿地面丈量傾斜距離D，用水準儀測定兩點間的高差h，計算水平距離D。22/hDD2、鋼尺精密量距方法鋼尺尺長方程式)(0ttllllt為丈量溫度為時的鋼尺實際長度（m)；為鋼尺刻劃上注記的長度，即名義長度（m)為鋼尺在鑒定溫度時的尺長該正數(shù)；為鋼尺膨脹系數(shù)其值約為tltll0t)/(105 .12106 .1166cmm定線 (1)經(jīng)緯儀在兩點間定線(2)經(jīng)緯儀延長定線量距測定樁頂間高差成果計算（為實際丈量長度）尺段長度的計算：尺長改正、溫度改正、傾斜改正計算全長llllld00l

3、ttlt)(0lhllhlhllk2)821 (24422平均返往DDDkD相對誤差l四、鋼尺量距的誤差1、鋼尺誤差尺長誤差屬系統(tǒng)誤差，是累積的。因此鋼尺須經(jīng)過檢定，以求得尺長改正值。2、人為誤差鋼尺傾斜誤差和垂曲誤差當?shù)孛娓叩筒黄?、按水平鋼尺法量距時，鋼尺沒有處于水平位置或因自重導(dǎo)致中間下垂而成曲線時，都會使所量距離增大，因此丈量時必須注意鋼尺水平。定線誤差使丈量結(jié)果偏大。一般丈量時，要求定線偏差不大于0.1m，可以用標桿目估定線。當直線較長或精度要求較高時，應(yīng)用經(jīng)緯儀定線。拉力變化的誤差一般量距中只要保持拉力均勻即可，而對較精密的丈量工作則需使用彈簧秤。丈量本身的誤差3、外界條件的影響外界

4、條件的影響主要是溫度的影響，鋼尺的長度隨溫度的變化而變化，當丈量時的溫度和標準溫度不一致時，將導(dǎo)致鋼尺長度變化。按照鋼的膨脹系數(shù)計算，溫度每變化l，約影響長度為1/80000。一般量距時，當溫度變化小于l0時可以不加改正，但精密量距時必須考慮溫度改正。一、概述視距測量是一種間接測距方法；裝置：視距絲特點：作業(yè)方便，不受地形條件的限制。不足：測程較短，精度較低，條件較好僅有1/2001/300。二、原理視距測量利用望遠鏡十字絲平面上的上、下兩根視距絲a與b，配合視距尺和測得的豎直角a，用視距公式算得水平距離及高差的一種方法。1、視線水平時的距離與高差公式如圖所示，欲測定A、B兩點間的水平距離D及

5、高差h，設(shè)望遠鏡視線水平，瞄準B點視距尺。若尺上M、N點成像在十字絲分劃板上的兩根視距絲m、n處，那末尺上MN的長度可由上、下視距絲讀數(shù)之差求得。2、視線傾斜時的距離與高差公式將視距間隔MN換算為與視線垂直的視距間隔，就可按上式傾斜距離D，再根據(jù)D和豎直角算出水平距離D及高差h。因此解決這個問題的關(guān)鍵在于求出MN與MN之間的關(guān)系。圖中角很小，約為34，故可把和EMM和ENN近似地視為直角，而MEMNEN，因此由圖可看出MN與MN的關(guān)系如下視準軸傾斜時的視距測量設(shè)MN為l，MN為l，則得傾斜距離所以A，B的水平距離由圖中看出，A，B間的高差h為所以三、視距測量的觀測和計算1、觀測2、計算照 準點

6、 號下絲讀數(shù)上絲讀數(shù)視距間隔中絲讀數(shù)豎直角水平距離（m）高差（m）高程（m）B1.7681.3524583.214.0745.470.9340.834C2.1821.42527150.8314.3955.790.6601.522D2.4402.15-13557.76-2.3339.071.8620.578vDhH測站：A，測站高程：41.40m,儀器高：1.42m四、視距測量的誤差分析1、讀數(shù)誤差2、標尺傾斜誤差dKldD2sin3、豎直角觀測誤差dKldh2cos4、外界氣象條件的影響 電磁波測距的基本原理：電磁波測距的基本原理：通過測定電磁波在待測距離兩端點間往返傳播的時間，利用電磁通過測

7、定電磁波在待測距離兩端點間往返傳播的時間，利用電磁波在大氣中的傳播速度來確定其距離。波在大氣中的傳播速度來確定其距離。一、基本原理 將電磁波作為載波進行距離測量，其公式為：將電磁波作為載波進行距離測量，其公式為： 式中式中C：電磁波在大氣中的傳播速度，它根據(jù)觀測時的：電磁波在大氣中的傳播速度，它根據(jù)觀測時的 氣象條件來確定；氣象條件來確定； t ： 電磁波在被測距離上往返傳播時間。電磁波在被測距離上往返傳播時間。 由于由于 C可以根據(jù)電磁波在真空中的傳播速度可以根據(jù)電磁波在真空中的傳播速度C0來精確推求，所以，來精確推求，所以，只要設(shè)法測定時間只要設(shè)法測定時間 t 便可以求出待測距離便可以求出

8、待測距離D。tCD21 電磁波測距儀的優(yōu)點：電磁波測距儀的優(yōu)點： 1、測程遠、精度高。、測程遠、精度高。 2、受地形限制少、受地形限制少等優(yōu)點。等優(yōu)點。 3、作業(yè)快、工作強度低。、作業(yè)快、工作強度低。二、光電測距的種類電磁波測距儀按采用的載波的不同，可分為：電磁波測距儀按采用的載波的不同，可分為： 光電測距儀光電測距儀(激光測距儀激光測距儀, 紅外測距儀紅外測距儀) ； 微波測距儀微波測距儀根據(jù)測定時間根據(jù)測定時間 t 的方法不同，分為：的方法不同，分為： 脈沖式測距儀；相位式測距儀脈沖式測距儀；相位式測距儀電磁波測距儀按測程來分，可分：電磁波測距儀按測程來分，可分： 短程短程 (3km 內(nèi)）

9、；中程（內(nèi)）；中程（ 3km至至15km）；）； 遠程（遠程（15km以上）以上）電磁波測距儀按載波數(shù)來分，可分：電磁波測距儀按載波數(shù)來分，可分： 單載波；單載波； 雙載波；雙載波； 三載波；三載波；電磁波測距儀按發(fā)射目標來分，可分：電磁波測距儀按發(fā)射目標來分，可分：無反射目標；有反射目標（反射鏡）；有源反射器（應(yīng)答機）無反射目標；有反射目標（反射鏡）；有源反射器（應(yīng)答機）根據(jù)測距的精度不同，電磁波測距儀又分為：根據(jù)測距的精度不同，電磁波測距儀又分為： 一級：一公里測距中誤差（精度）小于等于一級：一公里測距中誤差（精度）小于等于5mm； 二級：一公里測距中誤差（精度）大于二級：一公里測距中誤差

10、（精度）大于5mm小于等于小于等于10mm；脈沖式光電測距儀是將發(fā)射光波的光強調(diào)制成脈沖式光電測距儀是將發(fā)射光波的光強調(diào)制成一定頻率的尖脈沖，通過測量發(fā)射的尖脈沖在待測一定頻率的尖脈沖，通過測量發(fā)射的尖脈沖在待測距離上往返傳播的時間來計算距離。距離上往返傳播的時間來計算距離。脈沖測距原理圖002fqqTtD：脈沖的振蕩頻率0fq：計數(shù)器計得的時鐘 脈沖個數(shù) 計數(shù)器只能記憶整數(shù)個時鐘脈沖，不計數(shù)器只能記憶整數(shù)個時鐘脈沖，不 足一周期的時間被丟掉了。測距精度較足一周期的時間被丟掉了。測距精度較 低，一般在低，一般在“米米”級，最好的達級，最好的達“分米分米”級。級。*相位式光電測距儀是將發(fā)射光強調(diào)

11、制成正弦波的形式，相位式光電測距儀是將發(fā)射光強調(diào)制成正弦波的形式，通過測量正弦光波在待測距離上往、返傳播的相位移通過測量正弦光波在待測距離上往、返傳播的相位移來解算時間。從而求得距離。來解算時間。從而求得距離。* 1）相位法測距儀的工作基本原理相位法測距儀的工作基本原理 將返程的正弦波以棱鏡站為中心對稱展開后的圖形：N2 由光源發(fā)出的光通過調(diào)制器調(diào)制后，成為光強隨高頻信號變化的調(diào)制由光源發(fā)出的光通過調(diào)制器調(diào)制后，成為光強隨高頻信號變化的調(diào)制光，射向測線的另一端的反射鏡，同時調(diào)制光另一部分送入相位計作為參光，射向測線的另一端的反射鏡，同時調(diào)制光另一部分送入相位計作為參考信號。射向反射鏡的調(diào)制光被

12、反射后，被接收器接收，然后由相位計將考信號。射向反射鏡的調(diào)制光被反射后，被接收器接收，然后由相位計將參考信號和接收信號進行比較，并由顯示器顯示出調(diào)制光在被測距離上往參考信號和接收信號進行比較，并由顯示器顯示出調(diào)制光在被測距離上往返傳播所引起的相位移返傳播所引起的相位移 。 由于D2 2 tft，所以fNt22）（NN2)2(2NfcD則：式中 ，2N10 N2）相位式測距儀的基本測距公式）相位式測距儀的基本測距公式 往程返程2NDDN2 3）確定）確定N值的方法值的方法 當當N = 0時，時，D有唯一解。有唯一解?？梢姡梢?，要 N = 0，則必須選用較長的測尺長度即較低的測尺頻率。取，則必

13、須選用較長的測尺長度即較低的測尺頻率。取 可求出測尺長度相應(yīng)的測尺頻率，由于儀器的測相系統(tǒng)成在測相誤差，其可求出測尺長度相應(yīng)的測尺頻率，由于儀器的測相系統(tǒng)成在測相誤差，其值一般達值一般達 ，它對測距精度的影響將隨測尺長度的增大而增大。，它對測距精度的影響將隨測尺長度的增大而增大。令則2D稱為測尺長度310skmCC/10350fC22222fCD 如何解決如何解決擴大測程擴大測程和和提高精度提高精度的矛盾呢？的矛盾呢？ 采用一組測尺來組合測距，以短測尺（頻率高的調(diào)制波，又稱精采用一組測尺來組合測距，以短測尺（頻率高的調(diào)制波，又稱精測尺）保證精度測尺）保證精度 ，以長測尺（頻率低的調(diào)制波，又稱粗

14、測尺）保證，以長測尺（頻率低的調(diào)制波，又稱粗測尺）保證測程。這樣就解決了多值解的問題。測程。這樣就解決了多值解的問題。 測尺頻率f測尺長度u精 度 1cm10cm1m10m100m10m1km10km 100km100m15MHz1.5MHz15kHz1.5kHz150kHz精度：310fC20skmC/10350 測距儀的精度一般用下式表示：測距儀的精度一般用下式表示： 式中式中:D為實測距離，以為實測距離，以km為單位。為單位。 A為儀器標稱精度中的固定誤差，以為儀器標稱精度中的固定誤差，以mm為單位；為單位； B為儀器標稱精度中的比例誤差系數(shù)，以為儀器標稱精度中的比例誤差系數(shù)，以mm/k

15、m為為單位；單位； 例如：某測距儀的標稱精度為：例如：某測距儀的標稱精度為：3mm+3ppm,其表達的意其表達的意思是：思是： 該測距儀該測距儀 測距時的固定誤差為：測距時的固定誤差為：3mm; 測距時的比例誤差為測距時的比例誤差為310-6mm/km。)(DBAmD KnfcnfcND 222 對于相位式光電測距儀，經(jīng)分析，測距誤差主要有三部分：對于相位式光電測距儀，經(jīng)分析，測距誤差主要有三部分：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，它與被測距離成正比，稱為比例誤差。引起，它與被測距離成正比，稱為比例

16、誤差。固定誤差：固定誤差： 由測相誤差、儀器加常數(shù)的校準誤差、測距儀和反射鏡的對由測相誤差、儀器加常數(shù)的校準誤差、測距儀和反射鏡的對中誤差引起，它與距離無關(guān)，稱為固定誤差。中誤差引起，它與距離無關(guān)，稱為固定誤差。周期誤差：周期誤差： 由測距儀內(nèi)部的光電信號串繞引起的以一定距離（通常為一由測距儀內(nèi)部的光電信號串繞引起的以一定距離（通常為一個精測尺長度）為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差。個精測尺長度）為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差。 全站儀又名電子速測儀，它幾乎可以完成各種常規(guī)測量儀器所做的工作。全站儀又名電子速測儀，它幾乎可以完成各種常規(guī)測量儀器所做的工作。 全站儀的工作原理與傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀類似，即利用望遠鏡瞄準目標，

17、然后借全站儀的工作原理與傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀類似，即利用望遠鏡瞄準目標，然后借助某種形式的度盤讀取方向值，但它又具有以下特點：助某種形式的度盤讀取方向值，但它又具有以下特點： 主要是小型光電測距裝置與經(jīng)緯儀相結(jié)合，構(gòu)成了三維測量系統(tǒng)；主要是小型光電測距裝置與經(jīng)緯儀相結(jié)合，構(gòu)成了三維測量系統(tǒng)； 用光電掃描度盤替代光學(xué)玻璃度盤；運用微處理機對測量過程和測量數(shù)據(jù)用光電掃描度盤替代光學(xué)玻璃度盤；運用微處理機對測量過程和測量數(shù)據(jù)的現(xiàn)場處理實施控制；的現(xiàn)場處理實施控制； 利用傾斜傳感器對豎直角的剩余傾斜值進行自動改正；除了具有液晶數(shù)字利用傾斜傳感器對豎直角的剩余傾斜值進行自動改正；除了具有液晶數(shù)字顯示測量值之外，

18、還具有電子數(shù)據(jù)自動記錄裝置。顯示測量值之外，還具有電子數(shù)據(jù)自動記錄裝置。 同軸望遠鏡同軸望遠鏡 雙軸自動補償雙軸自動補償 由于全站儀集測角、測距于一體，由微處理機控制能自由于全站儀集測角、測距于一體，由微處理機控制能自動進行測距、測角，能自動歸算水平距離、高差和坐標等，還能動進行測距、測角，能自動歸算水平距離、高差和坐標等，還能進行施工放樣，能自動記錄觀測數(shù)據(jù)，所以使用極為方便，深受進行施工放樣，能自動記錄觀測數(shù)據(jù)，所以使用極為方便，深受廣大測量工作者的歡迎。廣大測量工作者的歡迎。 我國從我國從8080年代初期開始小批量引進外國制造的全站儀，年代初期開始小批量引進外國制造的全站儀，到到9090年代已能自主研制并批量生產(chǎn)。目前，全站儀已在國民經(jīng)濟年代已能自主研制并批量生產(chǎn)。目前，全站儀已在國民經(jīng)濟各個部門得到廣泛應(yīng)用各個部門得到廣泛應(yīng)用。 全站儀的獨立觀測值是斜距、水平方向值和垂直角，其全站儀的獨立