第六章距離測(cè)量及全站儀

1、 距離量測(cè)是確定地面點(diǎn)位觀測(cè)量之一距離量測(cè)是確定地面點(diǎn)位觀測(cè)量之一. . 測(cè)量地面兩點(diǎn)之間的水平距離測(cè)量地面兩點(diǎn)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(cè)距電磁波測(cè)距GPSGPS測(cè)距測(cè)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(diǎn)的不同：刻線尺和零點(diǎn)尺二、直線定線直線定線即在兩點(diǎn)的直線方向上豎立一系列標(biāo)桿，把中間若干點(diǎn)確定在已知直線的方向上。直線定線按精度要求可用目測(cè)定線，也可用經(jīng)緯儀或其他定線儀器進(jìn)行定線。1、目測(cè)定線兩點(diǎn)間定線兩點(diǎn)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(diǎn)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(zhǔn)儀測(cè)定兩點(diǎn)間的高差h，計(jì)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(shí)的鋼尺實(shí)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(shí)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(diǎn)間定線(2)經(jīng)緯儀延長定線量距測(cè)定樁頂間高差成果計(jì)算（為實(shí)際丈量長度）尺段長度的計(jì)算：尺長改正、溫度改正、傾斜改正計(jì)算全長llllld00l

3、ttlt)(0lhllhlhllk2)821 (24422平均返往DDDkD相對(duì)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(dāng)?shù)孛娓叩筒黄?、按水平鋼尺法量距時(shí)，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(shí)，都會(huì)使所量距離增大，因此丈量時(shí)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(shí)，要求定線偏差不大于0.1m，可以用標(biāo)桿目估定線。當(dāng)直線較長或精度要求較高時(shí)，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(duì)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(dāng)丈量時(shí)的溫度和標(biāo)準(zhǔn)溫度不一致時(shí)，將導(dǎo)致鋼尺長度變化。按照鋼的膨脹系數(shù)計(jì)算，溫度每變化l，約影響長度為1/80000。一般量距時(shí)，當(dāng)溫度變化小于l0時(shí)可以不加改正，但精密量距時(shí)必須考慮溫度改正。一、概述視距測(cè)量是一種間接測(cè)距方法；裝置：視距絲特點(diǎn)：作業(yè)方便，不受地形條件的限制。不足：測(cè)程較短，精度較低，條件較好僅有1/2001/300。二、原理視距測(cè)量利用望遠(yuǎn)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(cè)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(shí)的距離與高差公式如圖所示，欲測(cè)定A、B兩點(diǎn)間的水平距離D及

5、高差h，設(shè)望遠(yuǎn)鏡視線水平，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)視距尺。若尺上M、N點(diǎn)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(shí)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(gè)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(zhǔn)軸傾斜時(shí)的視距測(cè)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(cè)量的觀測(cè)和計(jì)算1、觀測(cè)2、計(jì)算照 準(zhǔn)點(diǎn)

6、 號(hào)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(cè)站：A，測(cè)站高程：41.40m,儀器高：1.42m四、視距測(cè)量的誤差分析1、讀數(shù)誤差2、標(biāo)尺傾斜誤差dKldD2sin3、豎直角觀測(cè)誤差dKldh2cos4、外界氣象條件的影響 電磁波測(cè)距的基本原理：電磁波測(cè)距的基本原理：通過測(cè)定電磁波在待測(cè)距離兩端點(diǎn)間往返傳播的時(shí)間，利用電磁通過測(cè)

7、定電磁波在待測(cè)距離兩端點(diǎn)間往返傳播的時(shí)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(jìn)行距離測(cè)量，其公式為：將電磁波作為載波進(jìn)行距離測(cè)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(cè)時(shí)的：電磁波在大氣中的傳播速度，它根據(jù)觀測(cè)時(shí)的 氣象條件來確定；氣象條件來確定； t ： 電磁波在被測(cè)距離上往返傳播時(shí)間。電磁波在被測(cè)距離上往返傳播時(shí)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(cè)定時(shí)間只要設(shè)法測(cè)定時(shí)間 t 便可以求出待測(cè)距離便可以求出

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

9、；中程（內(nèi)）；中程（ 3km至至15km）；）； 遠(yuǎn)程（遠(yuǎn)程（15km以上）以上）電磁波測(cè)距儀按載波數(shù)來分，可分：電磁波測(cè)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(cè)距儀按發(fā)射目標(biāo)來分，可分：電磁波測(cè)距儀按發(fā)射目標(biāo)來分，可分：無反射目標(biāo)；有反射目標(biāo)（反射鏡）；有源反射器（應(yīng)答機(jī)）無反射目標(biāo)；有反射目標(biāo)（反射鏡）；有源反射器（應(yīng)答機(jī)）根據(jù)測(cè)距的精度不同，電磁波測(cè)距儀又分為：根據(jù)測(cè)距的精度不同，電磁波測(cè)距儀又分為： 一級(jí)：一公里測(cè)距中誤差（精度）小于等于一級(jí)：一公里測(cè)距中誤差（精度）小于等于5mm； 二級(jí)：一公里測(cè)距中誤差（精度）大于二級(jí)：一公里測(cè)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(cè)距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)制成脈沖式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)制成一定頻率的尖脈沖，通過測(cè)量發(fā)射的尖脈沖在待測(cè)一定頻率的尖脈沖，通過測(cè)量發(fā)射的尖脈沖在待測(cè)距離上往返傳播的時(shí)間來計(jì)算距離。距離上往返傳播的時(shí)間來計(jì)算距離。脈沖測(cè)距原理圖002fqqTtD：脈沖的振蕩頻率0fq：計(jì)數(shù)器計(jì)得的時(shí)鐘 脈沖個(gè)數(shù) 計(jì)數(shù)器只能記憶整數(shù)個(gè)時(shí)鐘脈沖，不計(jì)數(shù)器只能記憶整數(shù)個(gè)時(shí)鐘脈沖，不 足一周期的時(shí)間被丟掉了。測(cè)距精度較足一周期的時(shí)間被丟掉了。測(cè)距精度較 低，一般在低，一般在“米米”級(jí)，最好的達(dá)級(jí)，最好的達(dá)“分米分米”級(jí)。級(jí)。*相位式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)

11、制成正弦波的形式，相位式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成正弦波的形式，通過測(cè)量正弦光波在待測(cè)距離上往、返傳播的相位移通過測(cè)量正弦光波在待測(cè)距離上往、返傳播的相位移來解算時(shí)間。從而求得距離。來解算時(shí)間。從而求得距離。* 1）相位法測(cè)距儀的工作基本原理相位法測(cè)距儀的工作基本原理 將返程的正弦波以棱鏡站為中心對(duì)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(qiáng)隨高頻信號(hào)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(qiáng)隨高頻信號(hào)變化的調(diào)制光，射向測(cè)線的另一端的反射鏡，同時(shí)調(diào)制光另一部分送入相位計(jì)作為參光，射向測(cè)線的另一端的反射鏡，同時(shí)調(diào)制光另一部分送入相位計(jì)作為參考信號(hào)。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(jì)將考信號(hào)。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(jì)將參考信號(hào)和接收信號(hào)進(jìn)行比較，并由顯示器顯示出調(diào)制光在被測(cè)距離上往參考信號(hào)和接收信號(hào)進(jìn)行比較，并由顯示器顯示出調(diào)制光在被測(cè)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(cè)距儀的基本測(cè)距公式）相位式測(cè)距儀的基本測(cè)距公式 往程返程2NDDN2 3）確定）確定N值的方法值的方法 當(dāng)當(dāng)N = 0時(shí)，時(shí)，D有唯一解。有唯一解?？梢?，要可見，要 N = 0，則必須選用較長的測(cè)尺長度即較低的測(cè)尺頻率。取，則必

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

14、測(cè)尺）保證，以長測(cè)尺（頻率低的調(diào)制波，又稱粗測(cè)尺）保證測(cè)程。這樣就解決了多值解的問題。測(cè)程。這樣就解決了多值解的問題。 測(cè)尺頻率f測(cè)尺長度u精 度 1cm10cm1m10m100m10m1km10km 100km100m15MHz1.5MHz15kHz1.5kHz150kHz精度：310fC20skmC/10350 測(cè)距儀的精度一般用下式表示：測(cè)距儀的精度一般用下式表示： 式中式中:D為實(shí)測(cè)距離，以為實(shí)測(cè)距離，以km為單位。為單位。 A為儀器標(biāo)稱精度中的固定誤差，以為儀器標(biāo)稱精度中的固定誤差，以mm為單位；為單位； B為儀器標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)，以為儀器標(biāo)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(cè)距儀的標(biāo)稱精度為：例如：某測(cè)距儀的標(biāo)稱精度為：3mm+3ppm,其表達(dá)的意其表達(dá)的意思是：思是： 該測(cè)距儀該測(cè)距儀 測(cè)距時(shí)的固定誤差為：測(cè)距時(shí)的固定誤差為：3mm; 測(cè)距時(shí)的比例誤差為測(cè)距時(shí)的比例誤差為310-6mm/km。)(DBAmD KnfcnfcND 222 對(duì)于相位式光電測(cè)距儀，經(jīng)分析，測(cè)距誤差主要有三部分：對(duì)于相位式光電測(cè)距儀，經(jīng)分析，測(cè)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(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

16、誤差。固定誤差：固定誤差： 由測(cè)相誤差、儀器加常數(shù)的校準(zhǔn)誤差、測(cè)距儀和反射鏡的對(duì)由測(cè)相誤差、儀器加常數(shù)的校準(zhǔn)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。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(cè)距儀內(nèi)部的光電信號(hào)串繞引起的以一定距離（通常為一由測(cè)距儀內(nèi)部的光電信號(hào)串繞引起的以一定距離（通常為一個(gè)精測(cè)尺長度）為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差。個(gè)精測(cè)尺長度）為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差。 全站儀又名電子速測(cè)儀，它幾乎可以完成各種常規(guī)測(cè)量儀器所做的工作。全站儀又名電子速測(cè)儀，它幾乎可以完成各種常規(guī)測(cè)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(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)目標(biāo)，

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(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)目標(biāo)，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(diǎn)：助某種形式的度盤讀取方向值，但它又具有以下特點(diǎn)： 主要是小型光電測(cè)距裝置與經(jīng)緯儀相結(jié)合，構(gòu)成了三維測(cè)量系統(tǒng)；主要是小型光電測(cè)距裝置與經(jīng)緯儀相結(jié)合，構(gòu)成了三維測(cè)量系統(tǒng)； 用光電掃描度盤替代光學(xué)玻璃度盤；運(yùn)用微處理機(jī)對(duì)測(cè)量過程和測(cè)量數(shù)據(jù)用光電掃描度盤替代光學(xué)玻璃度盤；運(yùn)用微處理機(jī)對(duì)測(cè)量過程和測(cè)量數(shù)據(jù)的現(xiàn)場處理實(shí)施控制；的現(xiàn)場處理實(shí)施控制； 利用傾斜傳感器對(duì)豎直角的剩余傾斜值進(jìn)行自動(dòng)改正；除了具有液晶數(shù)字利用傾斜傳感器對(duì)豎直角的剩余傾斜值進(jìn)行自動(dòng)改正；除了具有液晶數(shù)字顯示測(cè)量值之外，

18、還具有電子數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄裝置。顯示測(cè)量值之外，還具有電子數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄裝置。 同軸望遠(yuǎn)鏡同軸望遠(yuǎn)鏡 雙軸自動(dòng)補(bǔ)償雙軸自動(dòng)補(bǔ)償 由于全站儀集測(cè)角、測(cè)距于一體，由微處理機(jī)控制能自由于全站儀集測(cè)角、測(cè)距于一體，由微處理機(jī)控制能自動(dòng)進(jìn)行測(cè)距、測(cè)角，能自動(dòng)歸算水平距離、高差和坐標(biāo)等，還能動(dòng)進(jìn)行測(cè)距、測(cè)角，能自動(dòng)歸算水平距離、高差和坐標(biāo)等，還能進(jìn)行施工放樣，能自動(dòng)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，所以使用極為方便，深受進(jìn)行施工放樣，能自動(dòng)記錄觀測(cè)數(shù)據(jù)，所以使用極為方便，深受廣大測(cè)量工作者的歡迎。廣大測(cè)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(jìn)外國制造的全站儀，年代初期開始小批量引進(jìn)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(jì)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(jì)各個(gè)部門得到廣泛應(yīng)用各個(gè)部門得到廣泛應(yīng)用。 全站儀的獨(dú)立觀測(cè)值是斜距、水平方向值和垂直角，其全站儀的獨(dú)立