工程测量_4,5_距离测量与直线定向

4-3 光电测距仪简介
概况 分类
1. 按载波分 ① 微波测距仪 激光测距仪 ② 激光测距仪 ③ 红外光测距仪 2. 按测程分 短程测距仪(<5 (<5km) ① 短程测距仪(<5km) 中程测距仪(5 15km) (5② 中程测距仪(5-15km) 远程测距仪(>15 (>15km) ③ 远程测距仪(>15km)
4-4 光电测距仪简介
由于测相器只能测定不足一周的“尾数”，所以， 由于测相器只能测定不足一周的“尾数 ，所以， 如果我们选择调制光的频率对应的“尺长” 如果我们选择调制光的频率对应的“尺长”足够我们 的测程（比如10km） 则我们只要测出“尾数” 10km 的测程（比如10km）,则我们只要测出“尾数”就可以 了 但是，测相的精度是有限的。仪器测相的精度一 但是，测相的精度是有限的。 般为1/1000 显然，测尺越长，测距的的精度越差。 1/1000， 般为1/1000，显然，测尺越长，测距的的精度越差。
5-2 方位角
正、反坐标方位角
测量中的直线具有方向性 通过起点A的坐标纵轴方向 通过起点A 与直线A 与直线A B所夹的坐标方位角 称为直线AB AB的 αAB，称为直线AB的正坐标方
位角
过终点B的坐标纵轴方向与直线B 过终点B的坐标纵轴方向与直线B A所夹的坐标 方位角，称为直线AB的 直线AB 是直线BA BA的 方位角，称为直线AB的反坐标方位角(是直线BA的 正坐标方位角) 正坐标方位角)。 显然有： αBA = αAB + 180º 显然有： 测量工作中均采用坐标方位角进行直线定向 !!
《工程测量》 工程测量》
北京科技大学土木学院
晏剑斌
第四、 第四、五章 距离测量与直线定向
4-1 钢尺量距
量距的工具
钢尺：最常用有30m 50m两种 钢尺：最常用有30m、50m两种 30
花杆、测钎、垂球、弹簧秤、 花杆、测钎、垂球、弹簧秤、温度计
注意零点的位置！ 注意零点的位置！
4-1-1 钢尺量距的一般方法
4-3 光电测距仪简介
概况 分类 电磁波测距原理
设电磁波在测距仪与反光镜之间往返的时间为t, 设电磁波在测距仪与反光镜之间往返的时间为t, 则测距仪至反光镜的距离: 则测距仪至反光镜的距离: 1 S = Ct 其中 C=C0/n 2 C0为光在真空中的传播速度 C0=299792458m/s =299792458m/ 为大气折射率,与测距仪所用光源的波长λ n为大气折射率,与测距仪所用光源的波长λ ，测 线上的气温t, 气压P和湿度e有关。 线上的气温t, 气压P和湿度e有关。 要保证±lcm的测距精度 的测距精度， 要保证±lcm的测距精度，时间测定要准确到 6.7× s,这是难以做到的 因此， 这是难以做到的。 6.7×10-lls,这是难以做到的。因此，大多采用间接测 定法来测定。 定法来测定。
５－１ 标准方向的种类
1．真子午线方向
通过地球表面某点的真子午线的 切线方向， 切线方向，称为该点的真子午线方向
2．磁子午线方向
磁子午线方向是磁针在地球磁场 的作用下， 的作用下，磁针自由静止时其轴线 所指的方向
3．坐标纵轴方向
用高斯投影后该带的坐标纵轴（X轴）方向作为标准方向 用高斯投影后该带的坐标纵轴（
可测定Δφ 但而不能求得“整周数N” Δφ， N”。 利用测相器可测定Δφ，但而不能求得“整周数N”。 因此只可以求得“余长” 而不能求得整长。 因此只可以求得“余长”，而不能求得整长。
4-3 光电测距仪简介
电磁波测距原理
2．相位式测距 短程的电磁波测距仪常用砷化镓GaAs GaAs发出的红外 短程的电磁波测距仪常用砷化镓GaAs发出的红外 激光波长约0.87μm。显然是不能用它做测距信号的。 0.87μm 激光波长约0.87μm。显然是不能用它做测距信号的。 无线电技术可以对电磁波的振幅、频率、 无线电技术可以对电磁波的振幅、频率、相位加 以调制使其随时间按一定的规律变化。 以调制使其随时间按一定的规律变化。 GaAs激光器上注入按规律变化的电流后可以使 在GaAs激光器上注入按规律变化的电流后可以使 激光器按同样的规律改变发光的强度。调制波的频率 远小于红外激光的频率。 远小于红外激光的频率。
测尺频率
15MHz
1.5MHz
150KHz
15KHz
1.5KHz
测量精度
1cm
10cm
1m
10m
100m
测距仪的标称精度 mD=±( a + b ·D)
5mm+1ppm; 3mm+2ppm
本章作业
教材第73页 教材第73页 73 思考题第5 思考题第5题 习题第１ 习题第１题
第五章 直线定向
确定直线与标准方向之间的水平角度称为直线定向。
经纬仪定线 尺段丈量 测定各段高差 尺段改正计算 计算全长和相对误差
计算往返测的各自长度 |往测 返测| 往测–返测 相对误差 的比长台进行 尺长方程式: (t－ 尺长方程式: lt＝ l0 + △l + α l0 (t－t0)
4-1-3 钢尺量距的误差分析
经纬仪定线
概量分段，每段略短于尺长；打木桩、 概量分段，每段略短于尺长；打木桩、做标记
尺段丈量
施标准拉力，同时读数，每段移动钢尺位置量 施标准拉力，同时读数，每段移动钢尺位置量3 估读到0.5mm 次，估读到
测定各段高差
水准测量，往返进行，互差不超过±10mm 水准测量，往返进行，互差不超过±10mm
② 温度改正
30米尺子每℃差0.36mm; 50米尺子每℃差0.6mm mm 30米尺子每℃ 0.36mm; 50米尺子每℃ 0.6mm 米尺子每 △Lh＝－h2/2L ＝－h ③ 倾斜改正 △Lh＝－(-0.152)2/(2x29.8652) = -0.0004 ＝－(
4-2 钢尺量距的精密方法
f七丈量本身的误差43光电测距仪简介概况1941年瑞典物理学家bergstrand在研究光速时开发了高精度测量时间的技术1948年瑞典aga厂推出了第一台光波测距仪年瑞典厂推出了第一台光波测距仪自20世纪50年代以来随着需求的增长和光学微电子学的发展出现了红外测距微波测距激光测距技术统称为电磁波测距技术电磁波测距技术大大减轻了距离测量的劳动强度也大大提高了作业精度和速度43光电测距仪简介概况分类1
5-2 方位角
标准方向的种类 表示直线方向的方法（方位角） 表示直线方向的方法（方位角）
由标准方向的北端起，顺时针方 由标准方向的北端起，顺时针方 北端起 向量到某直线的夹角， 向量到某直线的夹角，称为该直线 的 方位角
几种方位角之间的关系
1．真方位角与磁方位角之间的关系
我国+6º 我国 A真=A磁+δ（我国+6º ~北京- 50’ ~-10º ，北京-5º 50’）
？
5-2 方位角
正、反坐标方位角 坐标方位角的推算
从已知边开始， 从已知边开始， 通过观测各条边之 间的水平夹角， 间的水平夹角，即 可推算各条边的坐 标方位角
α下 = α上+ β左 + 180º α下 = α上- β右 + 180º
5-3 用罗盘仪测定磁方位角
最大优点：方便、灵活、 最大优点：方便、灵活、使用简单 最大缺点：怕磁干扰、 最大缺点：怕磁干扰、精度低 度盘为逆时针0-360度注记 度盘为逆时针0 360度注记 逆时针 可在已知边上测定磁偏角
一、定线误差 二、尺长误差
尺长误差具有系统积累性， 尺长误差具有系统积累性，它与所量距离成正比
三、温度误差
用温度计测定的是空气的温度， 用温度计测定的是空气的温度，而不是钢尺本身的温度
四、拉力误差
30m尺子2.6kgf导致1mm误差; 50m尺子1.7kgf导致 mm误差 1.7kgf导致1 30m尺子2.6kgf导致1mm误差; 50m尺子1.7kgf导致1mm误差 2.6kgf导致 误差
我们把λ/2叫作测距仪的“尺长” 我们把λ/2叫作测距仪的“尺长” 叫作测距仪的
4-3 光电测距仪简介
电磁波测距原理
2．相位式测距
设光从发射器发出， 设光从发射器发出， 抵达反光镜后返回仪器 的接收器，称为信号2 的接收器，称为信号2。 而从发射器发出的光分 出一路直接进入处理装 置，称为信号1。则信号 称为信号1 1和2之间存在相位差 Δφ和整周数 和整周数N Δφ和整周数N
量距的工具 直线定线
当两点之间的距离较长或地势起伏较 大时， 大时，须分段丈量
一般量距用目视定线即可
?
距离 偏离 30m 5cm 0.16mm 10cm 0.67mm 20cm 2.67mm
4-1-1 钢尺量距的一般方法
量距的工具 直线定线 量距方法
1．平坦地区的距离丈量 可把尺子放在地面上进行, 可把尺子放在地面上进行 , 在整尺的地方插一 测钎,丈量至少往返测各一次。 测钎,丈量至少往返测各一次。 D = nL0 + △L0 量距精度以相对误差表示， 量距精度以相对误差表示，并将其换算为分子 的分数形式，精度一般不低于1 为1的分数形式，精度一般不低于1/3000 往测–返测 返测| |往测 返测| / 往返均值 = 1 / M
五、尺子不水平的误差
4-1-3 钢尺量距的误差分析
六、钢尺垂曲和反曲的误差
A B f
△f = -
8f2
/ 3L0
△Lf＝－(L/L0)3 .△f ＝－(L/L
七、丈量本身的误差
4-3 光电测距仪简介
概况
1941年瑞典物理学家Bergstrand在研究光速时 1941年瑞典物理学家Bergstrand在研究光速时 年瑞典物理学家Bergstrand 开发了高精度测量时间的技术 1948年瑞典AGA厂推出了第一台光波测距仪 1948年瑞典AGA厂推出了第一台光波测距仪 年瑞典AGA 自20世纪 年代以来，随着需求的增长和光学、 世纪50年代以来，随着需求的增长和光学、 世纪 年代以来 微电子学的发展，出现了红外测距、微波测距、 微电子学的发展，出现了红外测距、微波测距、激 光测距技术， 光测距技术，统称为电磁波测距技术 电磁波测距技术大大减轻了距离测量的劳动强度， 电磁波测距技术大大减轻了距离测量的劳动强度， 也大大提高了作业精度和速度
4-1-1 钢尺量距的一般方法
量距的工具 直线定线 量距方法
1．平坦地区的距离丈量 2．倾斜地面的距离丈量 ① 平量法 ② 斜量法
4-1-2 钢尺量距的精密方法
普通方法只能达到1/1000-1/5000， 普通方法只能达到1/1000-1/5000，精密方法可 1/1000 以达到1/10000 1/40000， 1/10000以达到1/10000-1/40000，所使用的钢尺必须经过 检定，测量时使用拉力计和温度计。 检定，测量时使用拉力计和温度计。
2．真方位角与坐标方位角之间的关系
A 真= α坐+ γ
γ =（L-L0）SinB
5-2 方位角
几种方位角之间的关系
1．真方位角与磁方位角之间的关系 2．真方位角与坐标方位角之间的关系 3．坐标方位角与磁方位角之间的关系
A 真= A 磁+ δ A 真= α坐+ γ α 坐= A 磁+ δ -γ
“三北”之间的关 三北” 系
4-3 光电测距仪简介
电磁波测距原理
1．脉冲式测距
由测距仪的发射系统 发出光脉冲，经被测目标 反射后， 反射后，再由测距仪的接 收系统接收， 收系统接收，测出这一光 脉冲往返所需时间间隔t 脉冲往返所需时间间隔t 的钟脉冲的个数以求得距 离S。由于计数器的频率 一般为300 300MHz(3x10 Hz)， 一般为300MHz(3x108Hz)， 测距精度为O.5m O.5m， 测距精度为O.5m，精度较 低。
2．相位式测距
由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波，测 出该调制光波在测线上往返传播所产生的相位移，以测 定距离S 红外光电测距仪一般都采用相位式测距。 定距离S。红外光电测距仪一般都采用相位式测距。
4-3 光电测距仪简介
1 1 λ ∆ϕ D = Ct = (Nλ + ∆λ) = (N + ) 2 2 2 2π
4-2 钢尺量距的精密方法
经纬仪定线 尺段丈量 测定各段高差 尺段改正计算
① 尺长改正
△Ld＝(L′－L0)L/L0 (L′－ △Ld＝(30.0025－30)x29.8652/30 = 0.0025 (30.0025－ △Lt＝α(t℃－t0℃)L α(t℃－ △Lt＝1.2x10-5x(25.8－20)x29.8652 = 0.0021 x(25.8－
解决办法：用几把不同尺长的测尺来测量，长的 解决办法：用几把不同尺长的测尺来测量，
测大数，短的测尾数；这样既可以扩大测程又可以保 测大数，短的测尾数；这样既可以扩大测程又可以保 证精度。
4-4 光电测距仪简介
电磁波测距原理
1．脉冲式测距 2．相位式测距
测尺长度 10m 100m 1km 10km 100km