04 第4章 距离测量.pptx

第1页：第4章距离测量学习目标

第4章距离测量

学习目标：学习光电测距、尺子量距和光学测距三种距离测量原理与方法，在掌握现代光电测距技术原理与方法基础上，掌握钢尺量距、光学视距基本方法。

第2页：三种测距方法的比较

工程上常用的三种测距方法

• 钢尺量距
• 2-4人
• 精度
• 成本低、人累
• 视距测量
• 2人
• 精度低
• 成本低
• 电磁波测距
• 2人
• 精度高
• 成本高、人轻松

第3页：钢尺量距的工具

端点尺刻线尺测钎花杆皮尺测绳钢卷尺

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第4页：钢尺量距概述与定线

4.1钢尺量距原理与方法

• 一、概述
• 传统上所谓的尺子量距方法。
• 钢尺量距基本工作：定线、丈量、计算。
• 钢尺量距方法：
• 一般量距方法、精密量距方法。
• 二、定线的方法：有目测法和经纬仪法。
• 定线，把分段点确定在待量直线上的工作。
• 1.目测法：二点法、趋近法、传递法。
• 2.经纬仪法：精密定线方法，有纵丝法和分中法。

第5页：目测法定线

1.目测法定线：

• 1)二点法目测定线，二端为准，概量定点。一般在平地。
• (1)在A、B端点上树立标杆；
• (2)一指挥者立B点标杆后瞄A点的标杆；
• (3)二位定点人员按整尺段从A概量至1号点，根据指挥确定1号点位置立在AB视线上；
• (4)按(3)的做法依次把2、3、4……等分段点定在AB线上。

第6页：经纬仪法定线

2.经纬仪法：

• 1)纵丝法：经纬仪望远镜十字丝纵丝为准，概量定点。
• (1)在丈量直线一端A安置经纬仪，望远镜精确瞄准另一端B树立的目标，此时照准部在水平方向上不得转动；
• (2)沿BA方向按尺段长概量B1；
• (3)纵转望远镜瞄到1处附近，指挥1号分段点测钎定在十字丝的纵丝影像上。
• (4)仿步骤(2)(3)，依次在AB线上定分段点2、3、4……

第7页：钢尺一般丈量法

三、钢尺一般丈量法

• 准备工作：主要工具为钢尺、垂球、测钎、标杆等，要求钢尺完好、刻划清楚；工作人员为拉尺、读数、记录共 2—3 人；场地应比较平坦、已定线并插有测钎。
• 丈量工作：往测从 A 丈量至 B，逐段丈量整尺段 n（尺段长 l₀），最后丈量零尺段长 q，得 D_往；返测从 B 丈量至 A，得 D_返。
• 计算与检核：D_往=n·l₀+q_往，D_返=n·l₀+q_返，较差 ΔD=D_往−D_返。

第8页：精密量距的准备工作

四、精密量距方法

• 1.准备工作：
• 1)工具：钢尺、弹簧秤、温度计等。检验钢尺，且有尺长方程式。
• l=lo+Δlo+(t-to)lo
• 2)人员：主要5人。
• 3)场地：(1)经整理便于丈量；(2)定线后的分段点设有精确的标志

第9页：精密量距的一尺段丈量

2.精密量距。一尺段丈量方法：

• 1)拉尺。拉尺员拉挂有弹簧秤的钢尺，拉力指示为100N (30米)，钢尺面刻划与分段点标志对齐。
• 2)读数。二位读数员依次读取分段点标志横线所对的钢尺刻划值。前端读数员读至cm，后端读数员读至0.5mm，如前端读数l前=29.9800m，后端读数l后=75.5mm。
• 3)记录。记录l前、l后，计算尺段丈量值l’= l前-l后。
• 4)重复丈量。按步骤1)、2)、3)重复丈量和记录，计算获得l”、l”’。
• 5)检核。Δl容=±2～3mm。
• 6)记录温度t，抄录尺段高差h。

第10页：精密量距的计算

3.计算：

• 1)二项改化计算:
• (1)各尺段尺长改正数Δli计算：
• (2)各尺段温度改正数计算：
• 二项改正后的尺段长为
• 2)平距化算：
• 2)计算与检核：

第11页：钢尺量距的误差

五、钢尺量距的误差

• 钢尺丈量误差包括有钢尺本身误差、操作误差和外界影响误差。
• 1.钢尺本身误差：包括尺长误差和检定误差。一般地，这类误差少于0.5mm。
• 2.操作误差：包括温度误差、拉力误差、定线误差、垂曲误差、对点读数误差等。
• 3.外界影响误差：主要是风力、气温的影响，一般在阴天、微风的天气，外界环境对钢尺丈量的误差影响比较小。

第12页：精密钢尺丈量与计算示例

• A---------1----------2-----------------15---------B
• 精密钢尺丈量与计算的例子

第13页：光学测距原理概述

4.2光学测距原理与方法

• 一、概述
• 1.基本原理：根据几何光学原理，应用三角定理进行测距的技术。
• 余切定理可知A、B二点的距离D为
• 2.光学测距方式：光学测距的方式依角度和尺长的测量方法不同而异。
• 二、视距法测量距离
• 视距法测距是利用测量仪器望远镜十字丝的上、下丝获得尺子刻划读数M、N，从而实现距离测量技术。

第14页：平视距测量方法

3.平视距测量方法：

• 1)经纬仪望远镜视准轴处于水平状态瞄准直立的尺子(如木制标尺)；
• 2)利用望远镜读取上、下丝所截的尺面上刻划值M、N(l上、l下)；
• 3)按下式计算，按式计算距离D。
• l=N-M=l下-l上
• D=100l=kl

第15页：斜视距平距计算公式

4.斜视距测量平距计算公式

• A点安置经纬仪，B立尺；
• 测竖直角为，
• 读数为M、N(l上、l下)，
• 计算：

第16页：光电测距的基本原理

4.3光电测距原理

• 一、基本原理
• 光电测距，即是以光和电子技术测量距离。或者说，以光和电子测量距离的技术。
• 光束速度c经过了二倍的距离，即2D；同时，测距仪测出光束从发射到接收期间的时间t2D。根据速度乘以时间得路程的原理，便可知，2D=c×t2D，
• 实现式(3-1)的基本条件：t2D的测定，相位法、脉冲法

第17页：相位法测距原理

二、相位法测距原理

• 实质:利用测定光波的相位移代替测定t2D实现距离的测量。
• 1．光的调制：
• 使发射的光束成为一种光强度有规律明暗变化的调制光波。A-B-A
• 2．距离D与相位移的关系：

第18页：测尺与尺段

3.测尺和尺段：

• =2π(N+ΔN)
• D=u×(N+ΔN)
• u称为测尺，N称为整尺段，ΔN称为尾尺段。
• 4.组合测距过程：D=u×ΔN
• 1)设测尺。相位法按上式采用多测尺组合测距过程。如采用u1、u2，
• 一般地设f1≈15MHZ，精测尺u1=10m，
• f2≈150kHZ，粗测尺u2=1000m。

第19页：组合测距过程

2 )组合测距过程

• D=u×ΔN
• (1)以u1测量距离得ΔN1。例如ΔN1=0.8654，把ΔN1及u1代入得D1=8.654m。
• (2)以u2测量距离得ΔN2。例如ΔN2=0.9875，把ΔN2及u2代入得D2=987.5m。
• (3)组合完整的距离值。将u1、u2测量距离值组合为完整的距离值，如图，其中的7.5不显示，则组合的距离值是988.654m。

第20页：相位法测距仪的基本结构

三、相位法测距仪的基本结构

• 1.调制信号发生器：发出调制信号对光源进行调制；同时发出参考信号er给测相装置。
• 2.光源：一般采用砷化镓发光二极管(GaAs，红外光)，直接受调制信号控制发射调制光波(频率为f)。
• 3.接收装置：接收反射回测距仪的调制光波，把接收的光转换为电信号em，该信号提供给测相装置。
• 4.测相装置：在测相装置通过对电信号em、参考信号er进行相位比较测定N和ΔN，在处理方法上利用自动数字测相电子电路技术把相位移转换成距离D直接显示出来。
• 5.反射器：精密测距的合作目标。
• 6.电源

第21页：红外测距仪的类型

4.4红外测距仪及其使用

• 一、红外测距仪的类型
• 红外测距仪，是以发射红外光的光源装备的光电测距仪。
• 1.类型：按测程：短程测距仪，中程测距仪，远程测距仪，超远程测距仪。按基本功能的类型有：
• 1)专用型：只用于测量距离。
• 2)半站型：测距仪与光学经纬仪组合在一起，称为半站型仪器。
• 3)全站型：测距仪与光电经纬仪组合的仪器，或者测距仪与光电经纬仪结合为一体化仪器，称为全站型仪器，简称全站器。

第22页：棱镜与棱镜组

棱镜与棱镜组

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第23页：D3000红外测距仪技术指标

二、D3000红外测距仪的技术指标

• 1.测距精度：m=±(a+bD)m=±(5mm+5ppm.Dkm)
• 2.测程：在满足测距精度的条件下测距仪可能测得的最大距离。
• 1.2km～3.2km。与大气状况及反射器棱镜数有关。
• 三、D3000红外测距仪主要设备
• 1.测距仪主机：外貌：前面板，操作面板。

第24页：反射器

2.反射器

单棱镜、三棱镜反射器

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第25页：D3000红外测距仪的使用

四、D3000红外测距仪的一般使用

• 1.基本操作(半站型)
• 1)经纬仪和反射器的安置。
• 2)测距仪的安置。
• (1)安装电池。(2)把测距仪装载在经纬仪的支柱上。
• 3)瞄准反射器。
• (1)经纬仪瞄准反射器。觇牌中心。
• (2)测距仪瞄准反射器。
• 4)开机检查。
• 5)测距。正常测距、跟踪测距、连续测距、平均测距。
• 6)测量气象元素。
• 7)关机收测。
• 2.红外测距仪使用中的注意问题：
• 测线环境要求：大气透明度比较好，测线没有障碍物；测线上只架设一个反射器，不得存在多个反射器；测线上没有强烈光源，太阳光不得对射测距仪。

第26页：光电测距成果处理

4.5光电测距成果处理

• 一、仪器改正。主要内容：加常数改正。
• 测距仪在一条已知边的测距结果总与已知边相差的一个固定值，就是测距仪的加常数，用k表示。k值可通过检定测距仪(包括反射器)得到。
• 二、气象改正。
• 1.气象改正原理公式
• 2.气象改正实用公式：测距仪光源不同，参考气象元素不同，按原理公式推证的实用公式也不同。
• 1)D3000红外测距仪的气象改正的实用公式
• 气压单位kpa，温度单位摄氏℃，ΔDtp单位毫米，Dokm以单位公里。

第27页：斜视距计算的已知条件

A点安置经纬仪，B立尺；

• 测竖直角为，
• 读数为M、N(l上、l下)，
• 计算：

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第28页：视距测量记录计算手簿

视距测量记录计算手簿

本表按源文字中的栏名与数值顺序还原：水平距离 D 与初算高差 h′ 均由尺间隔 i 与竖直角推算，与表中数值一致；改正数一栏中 1、2、4 号点的 +0.239、−0.105、−0.264 无法由 i−v 直接推算，疑为源表其他改正项，建议对照原课件图片核对。