第五章 角度、距离测量与全站仪5.6 距离测量5.7 光电测距误差分析5.8 光电测距仪的检验5.9 全站仪和自动全站仪5.10 三角高程测量距离量测的方法有距离量测的方法有: :钢尺量距钢尺量距光学视距法光学视距法电磁波测距电磁波测距 距离测量BA倾斜距离：倾斜距离：ABAB间连线的长度间连线的长度水平距离：水平距离：ABAB间连线投影在水间连线投影在水平面上的长度平面上的长度 丈量温度时的钢尺实际长度丈量温度时的钢尺实际长度（m m）； 钢尺刻划上注记的长度，即名义长度钢尺刻划上注记的长度，即名义长度（m m）； 钢尺在检定温度时的尺长改正数；钢尺在检定温度时的尺长改正数；钢钢 尺尺 膨膨 胀胀 系系 数数 ， 其其 值值 约约 为为 11.61011.610-6-6 12.51012.510- -6 6m/m/（mm）；t t0 0钢尺检定温度，又称标准温度，一般取钢尺检定温度，又称标准温度，一般取2020；t t丈量时温度。丈量时温度。一一钢尺量距钢尺量距尺长方程式尺长方程式:在一定拉力下，用以温度为自变量的函数来表示在一定拉力下，用以温度为自变量的函数来表示在某一温度时钢尺的实际长度，该函数式称作尺长方程式。在某一温度时钢尺的实际长度，该函数式称作尺长方程式。当直线距离超过一个尺段时，需进行直线定线；当直线距离超过一个尺段时，需进行直线定线；如果地面平坦，就沿地面直接丈量；如果地面平坦，就沿地面直接丈量；1外业测量外业测量沿沿倾倾斜斜地地面面量量距距时时，可可将将钢钢尺尺拉拉平平丈丈量量；也也可可沿沿斜斜坡丈量斜距，测出地面倾角，算出水平距离。坡丈量斜距，测出地面倾角，算出水平距离。2丈量距离的成果整理丈量距离的成果整理尺长改正尺长改正尺长改正：尺长改正：温度改正温度改正钢尺在钢尺在20C的条件下检定的长度的条件下检定的长度为为30m，那么每，那么每测测1m应加改正应加改正:测距离测距离应加改正：应加改正：倾斜改正倾斜改正综合上述，实际水平距离综合上述，实际水平距离D应为：应为：用一般的量距方法，量距精度只达到用一般的量距方法，量距精度只达到用精密方法量距，精度达到：用精密方法量距，精度达到：二二 光学视距法测距光学视距法测距视距测量是根据几何光学原理间接测距方法。视距测量是根据几何光学原理间接测距方法。视距法测距操作简便、较钢尺量距速度快、不受视距法测距操作简便、较钢尺量距速度快、不受地面高低起伏限制等优点，但测距精度较低，距地面高低起伏限制等优点，但测距精度较低，距离相对精度为离相对精度为 , ,因此用于精度要求较低因此用于精度要求较低的测量工作中。的测量工作中。视线水平时，视距测量测得是水平距离。视线倾视线水平时，视距测量测得是水平距离。视线倾斜时，为求得水平距离还须测出竖角。也可求得斜时，为求得水平距离还须测出竖角。也可求得测站至目标的高差。即视距三角高程测量。测站至目标的高差。即视距三角高程测量。1 1、概述、概述OABCS2 2、普通视距测量原理和公式普通视距测量原理和公式1)、视准轴水平时的视距公式仪器中心十字丝分划板物镜GQMmgqNOS内调焦望远镜Pba2 2、普通视距测量原理和公式普通视距测量原理和公式3)、视准轴倾斜时的视距公式OMNEF视距尺不垂直于视准轴的改正视距改斜距倾斜距离改化为水平距离 电磁波测距是指利用电磁波测距是指利用电磁波电磁波作为载波传输作为载波传输测距信号，测量空间两点间的距离。测距信号，测量空间两点间的距离。 AB1 1、电磁波测距概述、电磁波测距概述 三、 光电测距C0：n：大气折射率基本原理1、电磁波测距概述、电磁波测距概述DAB测距仪反射器 通过测定电磁波在待测距离两端点间往返一次的通过测定电磁波在待测距离两端点间往返一次的传播时传播时间间t，利用电磁波在大气中的，利用电磁波在大气中的传播速度传播速度C来确定距离。来确定距离。关键：精确测定传播时间t 电磁波测距仪的分类n按所采用的载波按所采用的载波u光电测距仪光电测距仪红外测距仪激光测距仪u微波测距仪微波测距仪1、电磁波测距概述、电磁波测距概述n按测定时间的方式不同按测定时间的方式不同 u脉冲式光电测距仪脉冲式光电测距仪u相位式光电测距仪相位式光电测距仪主波脉冲主波脉冲回波脉冲回波脉冲通过通过直接测定直接测定光脉冲在测线上往返传播的光脉冲在测线上往返传播的时间时间t，求得距离。求得距离。2、脉冲式光电测距仪取样棱镜取样棱镜时标脉冲时标脉冲光电接收器光电接收器光脉冲发射器光脉冲发射器电子门电子门时标时标振荡器振荡器计数器计数器特 点n特点特点u采用可见激光作为光源，采用可见激光作为光源，测程可达十余公里；测程可达十余公里；u无合作目标模式测距；无合作目标模式测距；u在有合作目标模式下，测在有合作目标模式下，测距精度达到了毫米级。距精度达到了毫米级。2、脉冲式光电测距仪、脉冲式光电测距仪DISTO手持激光测距仪手持激光测距仪面向大众用户面向大众用户 3、相位式光电测距仪 通过测量通过测量调制光调制光在测线上往返传播所产生的在测线上往返传播所产生的相相位差位差，来求得距离。，来求得距离。光强光强时间时间电压电压时间时间调制调制光光原 理接收信号接收信号发射信号发射信号光源光源调制器调制器接收器接收器相位计相位计反反射射器器相位移相位移3、相位式光电测距仪、相位式光电测距仪返程返程D往程往程D原 理3、相位式光电测距仪、相位式光电测距仪测尺频率测尺频率15MHz1.5MHz150kHz15kHz测尺长度测尺长度10m100m1km10km测距精度测距精度1mm1cm10cm1m令令uDuD，N=0N=0：提高测程：提高测程：频率低频率低保证精度：保证精度：频率高频率高N值的确定3、相位式光电测距仪、相位式光电测距仪长测尺长测尺短测尺短测尺组组合合DN值的确定短测尺短测尺：长测尺长测尺：3、相位式光电测距仪、相位式光电测距仪N值的确定测程：测程：10km精度：精度：mm3、相位式光电测距仪、相位式光电测距仪特 点n特点特点u通常采用红外光作为通常采用红外光作为光源，测程在数公里之光源，测程在数公里之内；内；u精度高于脉冲式光电精度高于脉冲式光电测距仪。测距仪。3、相位式光电测距仪、相位式光电测距仪4、电磁波测距成果的整理n加常数改正加常数改正n乘常数改正乘常数改正n气象改正气象改正n倾斜改正倾斜改正BA 加常数改正4、电磁波测距成果的整理、电磁波测距成果的整理测距仪反射器DAB仪器仪器安置中心安置中心反射器反射器安置中心安置中心光波发射光波发射等效面等效面反射器反射器等效面等效面乘常数改正标准频率标准频率实际频率实际频率标称尺长标称尺长实际尺长实际尺长乘常数乘常数乘常数改正值乘常数改正值4、电磁波测距成果的整理、电磁波测距成果的整理气象改正4、电磁波测距成果的整理、电磁波测距成果的整理改正后的距离：改正后的距离：假定大气状态：假定大气状态：t015 ，P0=1013hPa，气象改正数公式：，气象改正数公式：Dtp：mm D(观测距离)：km例：例：倾斜改正倾斜距离倾斜距离4、电磁波测距成果的整理、电磁波测距成果的整理水平距离水平距离AB5.7 光电测距误差分析v对于相位式光电测距仪，测距误差可分为三部分：对于相位式光电测距仪，测距误差可分为三部分：比例误差比例误差由调制频率的误差、真空中光速值的误差、大气折射率误差由调制频率的误差、真空中光速值的误差、大气折射率误差引起，它与被测距离成正比，称为比例误差。引起，它与被测距离成正比，称为比例误差。周期误差周期误差：由测距仪内部的光电信号窜扰引起的以一定距离（通：由测距仪内部的光电信号窜扰引起的以一定距离（通常是一个精测尺长度）为周期重复出现的误差。它与距离有关，常是一个精测尺长度）为周期重复出现的误差。它与距离有关，但不成比例，仪器设计和调试时可严格控制其数值。以下暂不考但不成比例，仪器设计和调试时可严格控制其数值。以下暂不考虑。虑。固定误差固定误差由测相误差、仪器加常数误差、测距仪和反射镜的对中误由测相误差、仪器加常数误差、测距仪和反射镜的对中误差引起，它与距离无关，称为固定误差。差引起，它与距离无关，称为固定误差。* 在评定测距仪的测距精度时，通常用下列公式表在评定测距仪的测距精度时，通常用下列公式表示：示：或A：固定误差，以mm为单位B：比例误差系数，以mm/km为单位D：被测距离，以km为单位例如：某仪器的精度为5+5D5.8 光电测距仪的检验n测距常数的测定测距常数的测定1、加常数简易测定、加常数简易测定ABCAB=AC+CBDAB+K+DABR=DAC+K+DACR+DCB+K+DCBRK=DAB-DAC-DCB+(DAB-DAC-DCB) RK=DAB-DAC-DCB2、六段比较法测定加、乘常数、六段比较法测定加、乘常数通过被检测的仪器在基线场上取得的观测值，将通过被检测的仪器在基线场上取得的观测值，将测定值测定值与与已知值已知值进行比较，从而求出加常数和乘常数。进行比较，从而求出加常数和乘常数。5.9 全站仪和自动全站仪1、同时测角（水平角和竖角）和测距；、同时测角（水平角和竖角）和测距；2、望远镜的视准轴和测距仪的视准轴是同轴的；、望远镜的视准轴和测距仪的视准轴是同轴的；3、对水平角和竖角进行补偿（具有双轴补偿器）；、对水平角和竖角进行补偿（具有双轴补偿器）；4、数据电子显示，并存入内存储器，无须读数，无须记录。、数据电子显示，并存入内存储器，无须读数，无须记录。5、 数据输出数据输出提供提供RS232C串口和电子手簿、掌上电脑、计串口和电子手簿、掌上电脑、计算机等外部设备连接；算机等外部设备连接；6、提供多种测量模式、提供多种测量模式距离测量、角度测量、坐标测量、高距离测量、角度测量、坐标测量、高级测量（后方交会、放样测量、对边测量、悬高测量）级测量（后方交会、放样测量、对边测量、悬高测量）一、全站仪一、全站仪二、自动全站仪二、自动全站仪 自动全站仪是一种能自动识别、照准和跟踪目标的自动全站仪是一种能自动识别、照准和跟踪目标的一种全站仪，又称为测量机器人。一种全站仪，又称为测量机器人。 自动全站仪由伺服马达驱动照准部和望远镜的转动和定自动全站仪由伺服马达驱动照准部和望远镜的转动和定位，在望远镜中有同轴自动识别装置，能自动照准棱镜进行位，在望远镜中有同轴自动识别装置，能自动照准棱镜进行测量。它的基本原理是：仪器向目标发射激光束，经反射棱测量。它的基本原理是：仪器向目标发射激光束，经反射棱镜返回，并被仪器中的镜返回，并被仪器中的CCD相机接收，从而计算出反射光点相机接收，从而计算出反射光点的中心位置，得到水平方向和天顶距的改正数，最后启动马的中心位置，得到水平方向和天顶距的改正数，最后启动马达，驱动全站仪转向棱镜，自动精确照准目标。达，驱动全站仪转向棱镜，自动精确照准目标。5.10 三角高程测量n水准测量水准测量求得地面点的高程精度高，普遍用于建立求得地面点的高程精度高，普遍用于建立国家高程控制点及测定高级地形控制点的高程。国家高程控制点及测定高级地形控制点的高程。n在地面高低起伏较大或不便于水准测量的地区，可在地面高低起伏较大或不便于水准测量的地区，可采用采用三角高程测量三角高程测量的方法传递高程。的方法传递高程。AB直觇反觇一、三角高程测量的基本原理光电测距三角高程测量光电测距三角高程测量D的正负号二、地球曲率与大气折光的影响（球气差）二、地球曲率与大气折光的影响（球气差）RABMCEFSs0大气折光大气折光的影响的影响地球曲率地球曲率的影响的影响RPNhAB=BF=MC+CE+EF-MN-NB对向观测可消除球气差的影响三、三角高程测量的误差来源三、三角高程测量的误差来源1、竖角观测误差竖角观测误差2、大气折光误差大气折光误差3、边长误差边长误差4、仪器高、目标高的量测误差：四等仪器高、目标高的量测误差：四等 mm