“工程测量工程测量”课程教学课课程教学课件件“十五十五”国家级规划教材国家级规划教材交通土木工程测量交通土木工程测量( (修订版修订版) )电子教案电子教案广东工业大学建设学院广东工业大学建设学院 课程设计课程设计 张坤宜张坤宜 魏德宏魏德宏 王国辉王国辉 马马 莉莉 网页设计网页设计 梁靖波梁靖波第三章 距离测量学学习习目目标标：学学习习光光电电测测距距、尺尺子子量量距距和和光光学学测测距距三三种种距距离离测测量量原原理理与与方方法法，在在掌掌握握现现代代光光电电测测距距技技术术原原理理与方法基础上，掌握与方法基础上，掌握钢尺量距钢尺量距、光学视距光学视距基本方法。基本方法。第一节 光电测距原理 一、基本原理一、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=ct2D， 实现式(3-1)的基本条件：t2D的测定，相位法、脉冲法 二、相位法测距原理二、相位法测距原理 实质实质: :利用测定光波的相位移代替测定利用测定光波的相位移代替测定t2D实现距离的测量。实现距离的测量。1光的调制光的调制：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。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-A2距离距离D与相位移的关系与相位移的关系：3.测尺和尺段：=2(N+N) (3-6) D=u(N+N)u称为测尺，称为测尺，N称为整尺段，称为整尺段，N称为尾尺段。称为尾尺段。4.组合测距过程：组合测距过程：D=uN 1)设测尺。设测尺。相位法按上式采用多测尺组合测距过程。如采用相位法按上式采用多测尺组合测距过程。如采用u1、u2，一般地设一般地设f115MHZ，精测尺，精测尺u1=10m， f2150kHZ，粗测尺，粗测尺u2=1000m。2 )组合测距过程D=uN(1)以u1测量距离得N1。例如N1=0.8654，把N1及u1代入式(3-9)得D1=8.654m。(2)以u2测量距离得N2。例如N2=0.9875，把N2及u2代入式(3-9)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，其中的不显示，则组合的距离值是m。三、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：发出调制信号对光源进行调制；同时发出参考信号考信号er给测相装置。给测相装置。2.光源：光源：一般采用砷化镓发光二极管一般采用砷化镓发光二极管(GaAs，红外光，红外光) ，直接受调，直接受调制信号控制发射调制光波制信号控制发射调制光波(频率为频率为f) 。3.接收装置接收装置：接收反射回测距仪的调制光波，把接收的光转换为：接收反射回测距仪的调制光波，把接收的光转换为电信号电信号em，该信号提供给测相装置。，该信号提供给测相装置。4.测相装置测相装置：在测相装置通过对电信号：在测相装置通过对电信号em 、参考信号、参考信号er进行相位进行相位比较测定比较测定 N和和N， 在处理方法上利用自动数字测相电子电路技在处理方法上利用自动数字测相电子电路技术把相位移术把相位移 转换成距离转换成距离D直接显示出来。直接显示出来。5.反射器：反射器：精密测距的合作目标。精密测距的合作目标。 6.电源电源第二节第二节 红外测距仪及其使用红外测距仪及其使用一、红外测距仪的类型一、红外测距仪的类型红外测距仪红外测距仪，是以发射红外光的光，是以发射红外光的光源装备的光电测距仪。源装备的光电测距仪。1.1.类类型型：按按测测程程：短短程程测测距距仪仪，中中程程测测距距仪仪，远远程程测测距距仪仪，超超远远程程测测距仪。距仪。按基本功能的类型有：按基本功能的类型有：1)专用型专用型：只用于测量距离。：只用于测量距离。2)半半站站型型：测测距距仪仪与与光光学学经经纬纬仪仪组组合在一起，称为半站型仪器。合在一起，称为半站型仪器。3)全全站站型型：测测距距仪仪与与光光电电经经纬纬仪仪组组合合的的仪仪器器，或或者者测测距距仪仪与与光光电电经经纬纬仪仪结结合合为为一一体体化化仪仪器器，称称为为全全站站型型仪器，简称全站器。仪器，简称全站器。二、二、D3000红外测距仪的技术指标红外测距仪的技术指标1.测距精度：测距精度： m=(a+bD) km )2.测程：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。在满足测距精度的条件下测距仪可能测得的最大距离。 km3.2km。与大气状况及反射器棱镜数有关。与大气状况及反射器棱镜数有关。三、三、D3000红外测距仪主要设备红外测距仪主要设备1.测距仪主机：外貌：前面板，操作面板。测距仪主机：外貌：前面板，操作面板。 2.反射器单棱镜、三棱镜反射器直角棱镜反射器有三个特点：1)反射器的入射光线和反射光线的方向相反，且线径互相平行。利于瞄准目标2)可以根据测程的长短增减棱镜的个数。3)反射器有本身的规格参数。反射器与测距仪配合使用，不要随意更换。测程短 1km 测程长3km3.蓄电池、充电器4.气象仪器四、四、D3000红外测距仪的一般使用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。第三节 光电测距成果处理一、仪器改正。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。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，Dtp单位毫米，Dokm以单位公里。三、平距化算三、平距化算1.概念一般情况下，光电测距边两端点不可能同高程，光电测距边是一条倾斜边。把倾斜的测距边化算为端点同高程的直线距离的工作，称为平距化算。2.平距化算的辅助参数：1)地球曲率影响参数：Dkm。2)折光角：， Dkm3)竖直角：3.平距化算的几个公式平距化算的几个公式1)平均型平距化算公式。DAB= ABcos(+C-) （3-28）DAB=Dcos( +14.09”Dkm) (3-29)2)测站型平距化算公式。DAB= ABsin(Z-2C+ ) (3-30)DAB=Dsin(Z-30.30 Dkm) (3-31)3)镜站型平距化算公式。DAB= ABsin(Z+ ) (3-32)DAB= Dsin(Z+2.10 Dkm) (3-33)第四节 钢尺量距原理与方法一、概述一、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、定线的方法二、定线的方法：有目测法和经纬仪法。定线，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。1.目测法定线定线：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。2.2.经纬仪法经纬仪法：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、4三、钢尺一般丈量法三、钢尺一般丈量法 1.准备工作：1)主要工具：钢尺、垂球、测钎、标杆等。钢尺完好，刻划清楚。 2)工作人员组成：主要工作人员是拉尺、读数、记录共2-3人。3)场地：比较平坦，已定线，并插有测钎。 2.丈量工作：1)往测：从A丈量至B，逐段丈量整尺段n，尺段长为lo；最后丈量零尺段长q。长度为D往；2)返测：从B丈量至A，返测全长长度为D返。3.计算与检核：1)计算 D往=n lo往 +q往 (3-35) D返=n lo返+q返 (3-36)2)检核 D=D往-D返 (3-37)四、精密量距方法四、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+lo +(t-to)lo (3-41)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mm，如前端读数l前m，后端读数l后mm。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。l容=23mm。6)记录温度t，抄录尺段高差h。3.计算：1)二项改化计算:(1)各尺段尺长改正数li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：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mm。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。 A-1-2-15-B精密钢尺丈量与计算的例子精密钢尺丈量与计算的例子 表表3-33-3第五节 光学测距原理与方法一、概述一、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。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)按式(3-53)计算，按式(3-65)计算距离D。l=N-M= l下-l上 (3-53)D=100l (3-65)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：DAB=100(l上-l下)cos2 (3-69)解答参考解答参考13按下表成果处理。光电测距得到的倾斜距离D=1265.543m,竖直角=33641,气压P=98.6kpa,空气温度t=31.3,仪器的加常数k=-29mm,已知气象改正公式是项目数 据处理参数处理后的距离说 明距离观测值D: 1265.543m m m未处理的倾斜距离Dkm: 1.265543km倾斜距离以公里为单位仪器加常数-29mmk : -29mm1265.514m加常数改正后倾斜距离气象元素t:31.3 p:98.6kpaDtp ：25.8mm1265.540m气象改正后倾斜距离平均型平距：33641+14.1Dkm1263.020 m平均高程面的平距测站型平距Z： 862319-30.3Dkm1263.012 m测站高程面的平距