同濟(jì)大學(xué)《測(cè)量學(xué)》第四章距離測(cè)量

1、1測(cè)量學(xué)測(cè)量學(xué)同濟(jì)大學(xué) 測(cè)量與國(guó)土信息工程系 2第四章 距離測(cè)量3光學(xué)測(cè)距方法視距光學(xué)測(cè)距儀幾何光學(xué)測(cè)距方法步弓、尺鏈線(xiàn)尺、竹尺、皮尺、鋼尺電磁波測(cè)距4562、過(guò)山頭定線(xiàn)73、延長(zhǎng)直線(xiàn)AC1BC2C8余長(zhǎng)整尺段數(shù)，lnlnlS0三、距離測(cè)量9220hsDlnlS三、距離測(cè)量10測(cè)量時(shí)的鋼尺溫度設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)溫度鋼尺的溫度線(xiàn)膨脹系數(shù)數(shù)際長(zhǎng)度與名義長(zhǎng)度的差在標(biāo)準(zhǔn)溫度下，鋼尺實(shí)鋼尺的名義長(zhǎng)度ttlttlllkkt00000彈性模量張力強(qiáng)度。EPlEPdl鋼是彈性體，在拉力作用下會(huì)變形（伸長(zhǎng)）P11)(000000）ttllttlllllkktlkkkklllt)(00ll120lLLLlk標(biāo)準(zhǔn)設(shè)尺子的溫

2、度膨脹系數(shù)已知。用待檢定設(shè)尺子的溫度膨脹系數(shù)已知。用待檢定的尺子（先假定的尺子（先假定k=0），在工作時(shí)的正），在工作時(shí)的正常拉力下，測(cè)量檢定場(chǎng)兩標(biāo)志的間距常拉力下，測(cè)量檢定場(chǎng)兩標(biāo)志的間距L 。從而可得從而可得13測(cè)回程序 丈 量時(shí)間丈 量溫度t溫 度差t-20測(cè)量值m溫度改正值mm改正后的平距m1往返9：50 293295+9.3+9.5119.973119.973+13.4+13.7119.9864119.98672往返30.430.5+10.4+10.5119.970119.970+15.0+15.1119.9850119.98513往返10:40 30.231.1+10.2+11.11

3、19.972119.973+14.7+16.0119.9867119.9890L=119.9865 L=119.9793mmlLLLl8.1301202.70mmtmmml)20(36. 08 . 130尺號(hào): 015名義長(zhǎng)度 : 30m膨脹系數(shù):0.01214余長(zhǎng)整尺段數(shù)，lnlnlS0高差改正數(shù)溫度改正數(shù)尺長(zhǎng)改正數(shù)htkhtkSSSSSSSS2cos222ShhSSSSh0ttSSt0lSSkk最終成果：15mSSSSShtk936.234mShhSSSSh0137.02cos222mttSSt0209.0)204 .27(3036.0943.2340mlSSkk0141.0308.194

4、3.2340mmtmmml)20(36.08.130已知量得s=234.943m; t=27.4; h=2.54m1617視視 距距 測(cè)測(cè) 量量視距測(cè)量視距測(cè)量利用測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的視距絲，間接測(cè)定利用測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的視距絲，間接測(cè)定 距離和高差的方法。距離和高差的方法。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量速度快，不受地 形限制。不足不足：精度低，距離相對(duì)誤 差一般約為1/300，高 差一般為分米級(jí)。用途用途：主要用于地形圖測(cè)繪 (地形點(diǎn)的距離與高差)。182211DnDnban（尺間隔）1.視距公式：視距公式： (4-3-1) 一一. .視線(xiàn)水平時(shí)視距測(cè)量公式視線(xiàn)水平時(shí)視距測(cè)量公式cnDnDnD211219cnafnDD

5、nfa所以nDaf100100，所以fDn一般制作儀器時(shí)令20ntgnafnD100)2/(所以431002，所以afctgfDn21nDbanab100（尺間隔）1.視距公式：視距公式： (4-3-1) (4-3-3)2.高差公式：高差公式： (4-3-4) 一一. .視線(xiàn)水平時(shí)視距測(cè)量公式視線(xiàn)水平時(shí)視距測(cè)量公式liHhHHlihAAB22nb)(bacsDhialD由于視線(xiàn)與水準(zhǔn)尺不垂直nab)(bacsa a , b b ,nnS23nb)(bacsDia由于視線(xiàn)與水準(zhǔn)尺不垂直nab)(bacsa a , b b ,nncoscos22nnnnS24nb)(bacsDhialD由于視線(xiàn)與

6、水準(zhǔn)尺不垂直nab)(bacsa a , b b ,nncoscos22nnnn2cos)(100coscos)(100baSDbaSS25nb)(bacsDhialD由于視線(xiàn)與水準(zhǔn)尺不垂直nab)(bacscosnn 2cos)(100baDSliDtgh2627按測(cè)程分遠(yuǎn)（長(zhǎng)）程測(cè)距儀中、短程測(cè)距儀28電子全站儀電子全站儀棱棱鏡鏡全全站站儀儀2930n下圖是南方測(cè)繪公司生產(chǎn)的ND3000紅外相位式測(cè)距儀，n它自帶望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸、發(fā)射光軸和接收光軸同軸，n有垂直制動(dòng)螺旋和微動(dòng)螺旋，可以安裝在光學(xué)經(jīng)緯儀上或電子經(jīng)緯儀上。n測(cè)距時(shí)，測(cè)距儀瞄準(zhǔn)棱鏡測(cè)距，經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)棱鏡測(cè)量豎直角，n通過(guò)測(cè)距

7、儀面板上的鍵盤(pán)，將經(jīng)緯儀測(cè)量出的天頂距輸入到測(cè)距儀中，n可以計(jì)算出水平距離和高差。n右圖為與儀器配套的棱鏡對(duì)中桿與支架，它用于放樣測(cè)量非常方便。 31n下圖是徠卡公司生產(chǎn)的DI1000紅外相位式測(cè)距儀，n它不帶望遠(yuǎn)鏡，發(fā)射光軸和接收光軸是分立的，n儀器通過(guò)專(zhuān)用連接裝置安裝到徠卡公司生產(chǎn)的光學(xué)經(jīng)緯儀或電子經(jīng)緯儀上。n測(cè)距時(shí)，當(dāng)經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)棱鏡下的照準(zhǔn)覘牌時(shí)，n測(cè)距儀的發(fā)射光軸就瞄準(zhǔn)了棱鏡，n使用儀器的附加鍵盤(pán)將經(jīng)緯儀測(cè)量出的天頂距輸入到測(cè)距儀中，n即可計(jì)算出水平距離和高差。 323334 2.1.2 2.1.2 電磁波測(cè)距分類(lèi)電磁波測(cè)距分類(lèi)光波測(cè)距儀光波測(cè)距儀 AGA 2AAGA 2A激光

8、測(cè)距儀激光測(cè)距儀 AGA8AGA8微波測(cè)距儀微波測(cè)距儀 CMW20CMW20紅外測(cè)距儀紅外測(cè)距儀 DI5DI535CtS21光在真空中的傳播速度為C0=299792458米/秒。361. 1. 脈沖法測(cè)距脈沖法測(cè)距tcD2137 1. 1.脈沖法測(cè)距脈沖法測(cè)距脈沖法測(cè)距原理框圖時(shí)標(biāo)脈沖電子門(mén)計(jì)數(shù)顯示觸發(fā)器放大器光脈沖發(fā)生器光電接收器fcpt2D38 2.1.3 2.1.3 脈沖法測(cè)距應(yīng)用脈沖法測(cè)距應(yīng)用- -激光測(cè)衛(wèi)激光測(cè)衛(wèi)激光往返時(shí)間激光往返時(shí)間t t距離距離D合作目標(biāo)合作目標(biāo) ERS-2ERS-2衛(wèi)星衛(wèi)星39 2.1.3 2.1.3 脈沖法測(cè)距應(yīng)用脈沖法測(cè)距應(yīng)用- -激光測(cè)衛(wèi)激光測(cè)衛(wèi)上海人衛(wèi)

9、站上海人衛(wèi)站40CtS21現(xiàn)代測(cè)時(shí)的精度可達(dá)10-8秒，但引起的距離誤差達(dá) 1.5m光在真空中的傳播速度為C0=299792458米/秒。41)sin(0tAEfCfCCTTTfftA；播的距離稱(chēng)為波長(zhǎng)；波在一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)傳變化一次的時(shí)間；是周期，即正弦波循環(huán)是頻率，的值，是單位時(shí)間內(nèi)相位變化是初始相位；是相位；是振幅；10042S)(2)(2121NNCtSfTCfCCTTNTt)2()2(2N43是余尺長(zhǎng)稱(chēng)為光尺長(zhǎng)，而22222NS利用相位器可測(cè)定，但而不能求得“整周數(shù)N”。 因此只可以求得“余長(zhǎng)”，而不能求得整長(zhǎng)。44無(wú)線(xiàn)電技術(shù)可以對(duì)電磁波的振幅、頻率、相位加以調(diào)制使其隨時(shí)間按一定的規(guī)律

10、變化。在GaAs激光器上注入按調(diào)制規(guī)律變化的電流后可以使激光器按同樣的規(guī)律改變發(fā)光的強(qiáng)度。調(diào)制波的頻率遠(yuǎn)小于紅外激光的頻率，還可以用多個(gè)頻率的調(diào)制波加載在紅外激光波上。4546m102電子尺若要提高讀數(shù)精度，就應(yīng)縮短電子尺。但由于憑一個(gè)無(wú)法求得整尺段數(shù)N，即不知待測(cè)距離的大數(shù)。就是說(shuō)：用短的電子尺測(cè)量精度高但測(cè)程小。如果用長(zhǎng)的電子尺能擴(kuò)大測(cè)程，但由于細(xì)分技術(shù)的限制，不能求得精確的尾數(shù)。即測(cè)程大但精度低。用兩個(gè)頻率的波（兩個(gè)不同的電子尺）進(jìn)行測(cè)量，一個(gè)用來(lái)測(cè)量距離的大數(shù)，另一個(gè)用于精確測(cè)量距離的尾數(shù)。就可以既擴(kuò)大測(cè)程又保證精度。如果需要還可以用更多的頻率測(cè)量。474849測(cè)距信號(hào)參考信號(hào)本振信號(hào)

11、混頻混頻濾波濾波調(diào)制波測(cè)距信號(hào)調(diào)制波參考信號(hào)更低頻率測(cè)距信號(hào)更低頻率參考信號(hào)測(cè)相器測(cè)相器50515253RSSRCSc使用。在手算時(shí)也有輔助表格等工具可改正數(shù)。象參數(shù)后對(duì)所測(cè)距離加站上的氣傳感器，可自動(dòng)感知測(cè)有的函數(shù)?，F(xiàn)在多數(shù)儀器氣壓，氣溫是波長(zhǎng)氣象改正系數(shù)ptAASSA21cos2ShSS54fC22nCC0421CBAn777210136. 010288.161004.2876%03. 007600CBACOmmHgemmHgPCt，在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下55。表格等工具計(jì)算改正數(shù)得的氣象參數(shù)借助輔助個(gè)點(diǎn)上測(cè)改正數(shù)。也可以根據(jù)幾數(shù)，自動(dòng)對(duì)所測(cè)距離加的氣象參器，可自動(dòng)感知測(cè)站上現(xiàn)在多數(shù)儀器帶有傳感

12、是空氣膨脹系數(shù)折射率就是標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下的式中16.273110155. 0760111070ggqntePtnn564-5 光電測(cè)距的歸算光電測(cè)距的歸算光電測(cè)距一般測(cè)得是光電測(cè)距一般測(cè)得是兩點(diǎn)之間的斜距S，觀(guān)測(cè)垂直角垂直角 ， 從而計(jì)算水平距離和高差。一一. . 近距離的平距和高差計(jì)算近距離的平距和高差計(jì)算57一一. . 近距離的平距和高差計(jì)算近距離的平距和高差計(jì)算B點(diǎn)的高程：點(diǎn)的高程：ABABhHH已測(cè)得AB的傾斜距離S， A點(diǎn)高程HA，在測(cè)站A觀(guān)測(cè)垂直角，則：cosSD liDtghABliSsin58二二.一般情況下的三角高程測(cè)量一般情況下的三角高程測(cè)量 距離較遠(yuǎn)時(shí)，考慮地球曲率差和大氣折光差對(duì)高差的影響，應(yīng)對(duì)觀(guān)測(cè)得到的高差加“兩差兩差”改正：fliDtghabab59二二.遠(yuǎn)距離的三角高程測(cè)量計(jì)算遠(yuǎn)距離的三角高程測(cè)量計(jì)算 P110 表4-6按(4-5-7)式列出部分范圍內(nèi)的兩差改正值(略) 距離較遠(yuǎn)時(shí)，考慮地球曲率差和大氣折光差對(duì)高差的影響，應(yīng)對(duì)觀(guān)測(cè)得到的高差加“兩差兩差”改正：RDkfRDf222221球差改正：氣差改正：RDkfff21221(4-5-7)兩差改正：（k=0.14）21ffliDtghAB60二二.一般情況下的三角高程測(cè)量一般情況下的三角高程測(cè)量 距離較遠(yuǎn)時(shí)，考慮地球曲率差和大氣折光差對(duì)高差的影響，應(yīng)對(duì)觀(guān)測(cè)