距離測量講課講稿

1、距離測量第一節(jié) 光電測距原理 一、基本原理一、基本原理 光電測距，即是以光和電子技術(shù)測量距離?；蛘哒f，以光和電子測量距離的技術(shù)。光束速度c經(jīng)過了二倍的距離，即2D；同時，測距儀測出光束從發(fā)射到接收期間的時間t2D 。根據(jù)速度乘以時間得路程的原理，便可知，2D=ct2D， 實現(xiàn)式(3-1)的基本條件：t2D的測定，相位法、脈沖法 13212DctD二、相位法測距原理二、相位法測距原理 實質(zhì)實質(zhì): :利用測定光波的相位移代替測定利用測定光波的相位移代替測定t2D實現(xiàn)距離的測量。實現(xiàn)距離的測量。1光的調(diào)制光的調(diào)制：使發(fā)射的光束成為一種光強度有規(guī)律明暗變化的調(diào)制光波。使發(fā)射的光束成為一種光強度有規(guī)律明

2、暗變化的調(diào)制光波。A-B-A2距離距離D與相位移的關(guān)系與相位移的關(guān)系：4322ftD53221fcD13212DctD3.測尺和尺段：=2(N+N) (3-6) D=u(N+N)u稱為測尺，稱為測尺，N稱為整尺段，稱為整尺段，N稱為尾尺段。稱為尾尺段。4.組合測距過程：組合測距過程：D=uN 1)設(shè)測尺。設(shè)測尺。相位法按上式采用多測尺組合測距過程。如采用相位法按上式采用多測尺組合測距過程。如采用u1、u2，一般地設(shè)一般地設(shè)f115MHZ，精測尺，精測尺u1=10m， f2150kHZ，粗測尺，粗測尺u2=1000m。832fcu103211fcu113222fcu53221fcD2 )組合測距

3、過程 D=uN (1)以u1測量距離得N1。例如N1=0.8654，把N1及u1代入式(3-9)得D1=8.654m。 (2)以u2測量距離得N2。例如N2=0.9875，把N2及u2代入式(3-9)得D2=987.5m。 (3)組合完整的距離值。將u1、u2測量距離值組合為完整的距離值，如圖，其中的7.5不顯示，則組合的距離值是988.654m。三、相位法測距儀的基本結(jié)構(gòu)三、相位法測距儀的基本結(jié)構(gòu)1.調(diào)制信號發(fā)生器調(diào)制信號發(fā)生器：發(fā)出調(diào)制信號對光源進行調(diào)制；同時發(fā)出參：發(fā)出調(diào)制信號對光源進行調(diào)制；同時發(fā)出參考信號考信號er給測相裝置。給測相裝置。2.光源：光源：一般采用砷化鎵發(fā)光二極管一般采

4、用砷化鎵發(fā)光二極管(GaAs，紅外光，紅外光) ，直接受調(diào)，直接受調(diào)制信號控制發(fā)射調(diào)制光波制信號控制發(fā)射調(diào)制光波(頻率為頻率為f) 。3.接收裝置接收裝置：接收反射回測距儀的調(diào)制光波，把接收的光轉(zhuǎn)換為：接收反射回測距儀的調(diào)制光波，把接收的光轉(zhuǎn)換為電信號電信號em，該信號提供給測相裝置。，該信號提供給測相裝置。4.測相裝置測相裝置：在測相裝置通過對電信號：在測相裝置通過對電信號em 、參考信號、參考信號er進行相位進行相位比較測定比較測定 N和和N， 在處理方法上利用自動數(shù)字測相電子電路技在處理方法上利用自動數(shù)字測相電子電路技術(shù)把相位移術(shù)把相位移 轉(zhuǎn)換成距離轉(zhuǎn)換成距離D直接顯示出來。直接顯示出來

5、。5.反射器：反射器：精密測距的合作目標。精密測距的合作目標。 6.電源電源第二節(jié)第二節(jié) 紅外測距儀及其使紅外測距儀及其使用用 一、紅外測距儀的類型一、紅外測距儀的類型紅外測距儀紅外測距儀，是以發(fā)射紅外光的光，是以發(fā)射紅外光的光源裝備的光電測距儀。源裝備的光電測距儀。1.1.類型：按測程：短程測距儀，中類型：按測程：短程測距儀，中程測距儀，遠程測距儀，超遠程測程測距儀，遠程測距儀，超遠程測距儀。距儀。按基本功能的類型有：按基本功能的類型有：1)專用型專用型：只用于測量距離。：只用于測量距離。2)半站型半站型：測距儀與光學經(jīng)緯儀組：測距儀與光學經(jīng)緯儀組合在一起，稱為半站型儀器。合在一起，稱為半站

6、型儀器。3)全站型全站型：測距儀與光電經(jīng)緯儀組：測距儀與光電經(jīng)緯儀組合的儀器，或者測距儀與光電經(jīng)緯合的儀器，或者測距儀與光電經(jīng)緯儀結(jié)合為一體化儀器，稱為全站型儀結(jié)合為一體化儀器，稱為全站型儀器，簡稱全站器。儀器，簡稱全站器。二、二、D3000紅外測距儀的技術(shù)指標紅外測距儀的技術(shù)指標 1.測距精度：測距精度： m=(a+bD) m=(5mm+5ppm.Dkm ) 2.測程：測程：在滿足測距精度的條件下測距儀可能測得的最大距離。在滿足測距精度的條件下測距儀可能測得的最大距離。 1.2km3.2km。與大氣狀況及反射器棱鏡數(shù)有關(guān)。與大氣狀況及反射器棱鏡數(shù)有關(guān)。 三、三、D3000紅外測距儀主要設(shè)備紅

7、外測距儀主要設(shè)備 1.測距儀主機：外貌：前面板，操作面板。測距儀主機：外貌：前面板，操作面板。 2.反射器 單棱鏡、三棱鏡反射器直角棱鏡反射器有三個特點：1)反射器的入射光線和反射光線的方向相反，且線徑互相平行。利于瞄準目標2)可以根據(jù)測程的長短增減棱鏡的個數(shù)。3)反射器有本身的規(guī)格參數(shù)。反射器與測距儀配合使用，不要隨意更換。測程短 1km 測程長3km3.蓄電池、充電器 4.氣象儀器四、四、D3000紅外測距儀的一般使用紅外測距儀的一般使用 1.基本操作(半站型)1)經(jīng)緯儀和反射器的安置。 2)測距儀的安置。(1)安裝電池。(2)把測距儀裝載在經(jīng)緯儀的支柱上。3)瞄準反射器。(1)經(jīng)緯儀瞄準

8、反射器。覘牌中心。(2)測距儀瞄準反射器。4)開機檢查。5)測距。正常測距、跟蹤測距、連續(xù)測距、平均測距。6)測量氣象元素。7)關(guān)機收測。 2.紅外測距儀使用中的注意問題： 測線環(huán)境要求：大氣透明度比較好，測線沒有障礙物；測線上只架設(shè)一個反射器，不得存在多個反射器；測線上沒有強烈光源，太陽光不得對射測距儀。第三節(jié) 光電測距成果處理 一、儀器改正。一、儀器改正。主要內(nèi)容：加常數(shù)改正。 測距儀在一條已知邊的測距結(jié)果總與已知邊相差的一個固定值，就是測距儀的加常數(shù)，用k表示。 k值可通過檢定測距儀(包括反射器)得到。 二、氣象改正。二、氣象改正。1.氣象改正原理公式2.氣象改正實用公式：測距儀光源不同

9、，參考氣象元素不同，按原理公式推證的實用公式也不同。1)D3000紅外測距儀的氣象改正的實用公式氣壓單位kpa，溫度單位攝氏，Dtp單位毫米，Dokm以單位公里。183nnDDootp19316.27312.79396.278tpDDokmtp三、平距化算三、平距化算1.概念一般情況下，光電測距邊兩端點不可能同高程，光電測距邊是一條傾斜邊。把傾斜的測距邊化算為端點同高程的直線距離的工作，稱為平距化算。2.平距化算的輔助參數(shù)：1)地球曲率影響參數(shù)：C=16.19Dkm。2)折光角：k=0.13， r=2.10Dkm3)豎直角：263222DRRABRBAC273222DRkkRDkRAB3.平距

10、化算的幾個公式平距化算的幾個公式 1)平均型平距化算公式。 DAB= ABcos(+C-) （3-28） DAB=Dcos( +14.09”Dkm) (3-29) 2)測站型平距化算公式。 DAB= ABsin(Z-2C+ ) (3-30) DAB=Dsin(Z-30.30 Dkm) (3-31) 3)鏡站型平距化算公式。 DAB= ABsin(Z+ ) (3-32) DAB= Dsin(Z+2.10 Dkm) (3-33)第四節(jié) 鋼尺量距原理與方法 一、概述一、概述 傳統(tǒng)上所謂的尺子量距方法。 鋼尺量距基本工作：定線、丈量、計算。 鋼尺量距方法： 一般量距方法、精密量距方法。 二、定線的方法

11、二、定線的方法：有目測法和經(jīng)緯儀法。 定線，定線，把分段點確定在待量直線上的工作。 1.目測法：二點法、趨近法、傳遞法。 2.經(jīng)緯儀法：精密定線方法，有縱絲法和分中法。1.目測法定線定線： 1) 二點法目測定線，二端為準，概量定點。一般在平地。(1)在A、B端點上樹立標桿；(2)一指揮者立B點標桿后瞄A點的標桿；(3)二位定點人員按整尺段從A概量至1號點，根據(jù)指揮確定1號點位置立在AB視線上； (4)按(3)的做法依次把2、3、4 等分段點定在AB線上。2.2.經(jīng)緯儀法經(jīng)緯儀法： 1)縱絲法：經(jīng)緯儀望遠鏡十字絲縱絲為準 ，概量定點。 (1)在丈量直線一端A安置經(jīng)緯儀，望遠鏡精確瞄準另一端B樹立

12、的目標，此時照準部在水平方向上不得轉(zhuǎn)動； (2)沿BA方向按尺段長概量B1； (3)縱轉(zhuǎn)望遠鏡瞄到1處附近，指揮1號分段點測釬定在十字絲的縱絲影像上。 (4)仿步驟(2)(3)，依次在AB線上定分段點2、3、4三、鋼尺一般丈量法三、鋼尺一般丈量法 1.準備工作：1)主要工具：鋼尺、垂球、測釬、標桿等。鋼尺完好，刻劃清楚。 2)工作人員組成：主要工作人員是拉尺、讀數(shù)、記錄共2-3人。3)場地：比較平坦，已定線，并插有測釬。 2.丈量工作：1)往測：從A丈量至B，逐段丈量整尺段n，尺段長為lo；最后丈量零尺段長q。長度為D往；2)返測：從B丈量至A，返測全長長度為D返。3.計算與檢核：1)計算 D

13、往=n lo往 +q往 (3-35) D返=n lo返+q返 (3-36)2)檢核 D=D往-D返 (3-37)3832返往DDD3931DDDDk四、精密量距方法四、精密量距方法 1.準備工作：1)工具：鋼尺、彈簧秤、溫度計等。檢驗鋼尺，且有尺長方程式。 l=lo+lo +(t-to)lo (3-41)2)人員：主要5人。3)場地：(1)經(jīng)整理便于丈量；(2)定線后的分段點設(shè)有精確的標志2.精密量距。一尺段丈量方法：1)拉尺。拉尺員拉掛有彈簧秤的鋼尺，拉力指示為100N (30米) ，鋼尺面刻劃與分段點標志對齊。2)讀數(shù)。二位讀數(shù)員依次讀取分段點標志橫線所對的鋼尺刻劃值。前端讀數(shù)員讀至cm，

14、后端讀數(shù)員讀至0.5mm，如前端讀數(shù)l前=29.9800m，后端讀數(shù)l后=75.5mm。3)記錄。記錄l前、 l后，計算尺段丈量值 l= l前- l后。4)重復丈量。按步驟1)、2)、3)重復丈量和記錄，計算獲得l”、l”。5)檢核。l容=23mm。6)記錄溫度t，抄錄尺段高差h。4333 lllli3.計算：1)二項改化計算:(1)各尺段尺長改正數(shù)li計算：(2)各尺段溫度改正數(shù)計算：二項改正后的尺段長為 2)平距化算：2)計算與檢核：443iooillll453ioii tlttl463i tiiillll47322iiihlD五、鋼尺量距的誤差 鋼尺丈量誤差包括有鋼尺本身誤差、操作誤差和

15、外界影響誤差。 1.鋼尺本身誤差：包括尺長誤差和檢定誤差。一般地，這類誤差少于0.5mm。 2.操作誤差：包括溫度誤差、拉力誤差、定線誤差、垂曲誤差、對點讀數(shù)誤差等。 3.外界影響誤差：主要是風力、氣溫的影響，一般在陰天、微風的天氣，外界環(huán)境對鋼尺丈量的誤差影響比較小。 A-1-2-15-B精密鋼尺丈量與計算的例子精密鋼尺丈量與計算的例子 表表3-33-3尺 段起 訖丈量次數(shù)后端讀數(shù)(mm)前端讀數(shù)(m)尺段長度(m)尺長改正溫度改正數(shù)改正后尺段長度高 差平距化算A-1123平均76.565.586.029.930029.920029.940029.853529.854529.854029.8

16、54012.425.82.129.86850.56729.8631-2123平均18.09.027.529.890029.880029.900029.872029.871029.872529.871812.427.42.729.88690.43529.88414-15123平均35.526.555.028.730028.720028.750028.694528.693528.695028.694312.030.73.728.71000.93228.69515-B123平均80.061.550.518.970018.950018.940018.890018.888518.889518.88937

17、.930.52.418.89960.87318.879第五節(jié) 光學測距原理與方法 一、概述一、概述1.基本原理：根據(jù)幾何光學原理，應用三角定理進行測距的技術(shù)。余切定理可知A、B二點的距離D為2.光學測距方式：光學測距的方式依角度和尺長的測量方法不同而異。 二、視距法測量距離二、視距法測量距離視距法測距是利用測量儀器望遠鏡十字絲的上、下絲獲得尺子刻劃讀數(shù)M、N，從而實現(xiàn)距離測量技術(shù)。52322ctglD3.平視距測量方法：1)經(jīng)緯儀望遠鏡視準軸處于水平狀態(tài)瞄準直立的尺子(如木制標尺)；2)利用望遠鏡讀取上、下絲所截的尺面上刻劃值M、N(l上、l下)； 3)按式(3-53)計算，按式(3-65)計算距離D。 l=N-M= l下-l上 (3-53) D=100l (3-65)4.斜視距測量平距計算公式 A點安置經(jīng)緯儀，B立尺； 測豎直角為， 讀數(shù)為M、N(l上、l下) ， 計算： DAB=100(l上-l下)cos2 (3-69)解答參考解答參考13按下表成果處理。光電測距得到的傾斜距離D=1265.543m,豎直角=33641,氣壓P=98.6kpa,空氣溫度t=31.3,儀器的加常數(shù)k=-29mm,已知氣象改正公式是tpDDkmtp16.27394.7938 .2810項目數(shù) 據(jù)處理參數(shù)處理后的距離說 明距離觀測值D: