测量教案4章_距离测量

(4) 钢尺量距的精密方法 一般方法量距，相对误差为1/1000~1/5000， 精密方法量距，相对误差为1/10000~1/40000， 主要工具：钢尺、弹簧秤、温度计、尺夹等。 钢尺应经检验——尺长方程式， 量距时应使用弹簧秤施加鉴定时的拉力(15kg)。 距离应进行温度与尺长改正。 (5) 钢尺量距的误差分析 1) 尺长误差 钢尺名义长度与实际长度不符的误差。 具有积累性，丈量距离越长，误差越大。 2) 温度误差 温度变化1℃，丈量30m距离的影响为0.4mm。
AGA厂 Geodimeter AGA-8激光测距仪
日本索佳 REDmini相位式红外测距仪
Wild DI4L相位式红外测距仪
Wild DIS5相位式红外测距仪
Wild DI20 相位式红外测距仪
Wild第一台电子经纬仪(1978年生产)- TC1电子经纬仪
Wild 新T2+DI1000相位式红外测距仪






D1 278.96 0.2904P (1 0.003661 t)

测距时的大气压力与空气温度测量设备
经典测距仪系列展
英国Tellurometer MRA101微波测距仪
北京701厂 DWJ-1型微波测距仪
北京701厂 WJ-1型微波测距仪
微波测距仪
激光测距仪
北京光学仪器厂——HGC-1红外测距仪
武汉地震仪器厂JCY-2A激光测距仪
总参测绘研究所 BJCY-1变频式半导体激光测距仪
北京光学仪器厂DC-30JG 激光测距仪
宜昌HQ-102激光测距仪
AGA厂 Geodimeter激光测距仪
AGA-6 激光测距仪
AGA厂 Geodimeter激光测距仪




3) 钢尺倾斜和垂曲误差 地面不平坦，钢尺不水平或中间下垂而成曲线， 所量长度>实际长度。 整尺段悬空时，中间应有人托住钢尺。 4) 定线误差 使所量距离为一组折线，丈量结果偏大。 丈量30m的距离，偏差为0.25m时，量距偏大1mm。 5) 拉力误差 钢尺丈量拉力应与检定拉力相同。 拉力变化2.6kg，尺长改变1mm。 6) 丈量误差 插测钎不准，前、后尺手配合不佳，余长读数不准 丈量中应尽量准确对点，配合协调。


[例4-1] HA=35.32m，i=1.39m， 上、下丝读数为1.264m，2.336m， 盘左竖盘读数L=82°26′00″，竖盘指标差x=1′， 求两点间的平距和高差。 [解] 视距间隔l=2.336－1.264=1.072m 竖角α =90°－82°26′00″+1′=7°35′ 平距D= Klcos2α=105.33m 中丝v=(上丝+下丝)/2=1.8m 高差h= Dtanα+i－v=+13.61m B点高程HB=35.32+13.61=48.93m。




(2) 视准轴倾斜时的视距计算公式 l’=l cosα，S=Kl’=Kl cosα D=Scosα=Klcos2α h’= Ssinα=Klcosαsinα=0.5Klsin2α=Dtanα h+v=h’+i，h= h’+i－v=0.5KLsin2α+i－v= Dtanα+i－v


D=0.5Ct2D=0.5C(N+ΔN)/f=0.5CT(N+ΔN)=0.5λS (N+ΔN) λS =C/f=CT——正弦波波长， 0.5λS——正弦波半波长，测尺。 调制频率f 越大，测尺长0.5λS越短。

电子相位计将两个正弦波比相测量相位差Δφ 求出不足一周期小数ΔN=Δφ/2π，测不出整周数 N。 距离D=0.5λS (N+ΔN)存在多值解， 只有当D < 0.5λS时，N=0，才不存在多值解。 解决方法——用不同长度的多把测尺测距，组合距离。 最短测尺——精测尺，其余测尺——粗测尺。 精粗测尺所测距离组合成最终距离。
Hale Waihona Puke Baidu
Wild T1600+DI4L
Wild T16+DI5L
Wild T1600+DI1000
Wild T2000+DI5
日本拓普康测距仪
世界最高精度的激光测距仪-Kern ME5000
§4.3.3 喜利得手持激光测距仪

德国喜利得(HILTI)手持激光测距仪PD30 用于建筑施工与房产测量中的距离、面积、体积测量。
第4章 距离测量与直线定向

方法——钢尺量距、视距测量、电磁波测距和GPS测量。


§4.1 钢尺量距
(1) 量距工具 1) 钢尺——长度20m，30m，50m。

2) 辅助工具


(2) 直线定线
确定分段丈量的分段点在待量直线端点的连线上 。 1) 目测定线 2) 经纬仪定线


(3) 钢尺量距的一般方法
1) 平坦地面的距离丈量 先量整尺段长，最后量余长。 DAB=n×尺段长+余长



需往、返丈量，返测时应重新定线。 往、返丈量距离的相对误差K=|DAB－DBA|/D≤1/3000。 例如， DAB=162.73m， DBA=162.78m， 相对误差K=|162.73－162.78|/162.755=1/3255< 1/3000 2) 倾斜地面的距离丈量 ① 平量法——吊垂球线投影。 ② 斜量法——量斜距，测高差或竖角化算为平距。 D=S cosα=√S2－h2
d 1 dD Kl sin 2 2

目估使标尺竖直的误差dα=1°， Kl=100m，α=5°，dD=0.15m， α=30°，dD=0.76m。 结论：标尺倾斜对测定水平距离的影响 随视准轴竖直角的增大而增大。 在山区测量时应特别注意将标尺竖直。 3) 竖直角观测误差 对水平距离的影响较小，主要影响高差 d dh Kl cos 2
PD 30手持激光测距仪
功能:
测量起始点选择 前端/后部
开/关 键
开机显示最后4个测量值/测量功能
大屏幕显示 橡胶保护
提高对机身的保护,更坚固 读数容易
键盘
(体积, 面积, 距离, 加, 减) 全版显示,容易理解
管水准器
提高水平测量精确度
充电接口
可用充电电池
背景灯
黑暗中可读数
测量延长片
从角落起测量







测程1km测距仪—— 10m(15MHz)，1000m(150MHz)两把测尺； 待测距离为586.486m， 用1000m粗测尺测量的距离 0.5λ粗 ΔN =1000×0.5871=587.1m 用10m精测尺测量的距离 0.5λ精ΔN =10×0.6486=6.486m 精粗测尺测距结果组合过程 587.1 6.486 586.486m 精粗测尺测距结果组合由测距仪微处理器自动完成， 结果送显示窗显示，无需人工干预 。

2007年3月 上海同济大学 出版社出版







(3) 视距测量的误差分析 1) 读数误差 S=Kl’，视距间隔l的读数误差被扩大100倍 读数误差为lmm，对距离的影响为0.lm。 标尺读数前应先消除视差， 上、下丝读数应几乎同时进行。 视距测量的距离不能太长， 测量的距离越长，标尺1cm分划的长度 在望远镜十字丝分划板上的成像长度越小， 读数误差越大。 2) 标尺不竖直误差 标尺偏离铅垂线方向dα角时，对水平距离的影响


§4.2 视距测量
望远镜十字丝分划板视距丝，厘米分划视距标尺。 根据光学原理测定两点间的距离和高差 视距测量的相对误差约为1/300，低于钢尺量距 测定高差的精度低于水准测量。 主要用于地形测量的碎部测量中。



(1) 视准轴水平时的视距计算公式 l——视距间隔。 相似三角形原理：d/f=l/p，d= lf/p=Kl，K=f/p，K=100 D=d+f+δ=Kl+C，C= f+δ 相对于Kl，C一般很小，可以忽略不计，D≈Kl。 例如：D=Kl=100(1.385－1.190)=19.5m 高差：hAB=i－v


Kl=100m，dα= 1′， α=5°，dD=0.03m。



4) 大气折光的影响 近地面大气折光使视线产生弯曲， 日光照射下，大气湍流会使成像晃动， 风力使标尺摇动，使视距测量产生误差。 视距测量时，不要使视线太贴近地面， 成像晃动剧烈或风力较大时，应停止观测。 阴天且有微风时是观测最有利的气象条件。


§4.3.2 ND3000红外测距仪简介
自带望远镜， 望远镜视准轴、发射光轴、接收光轴同轴。
30 00 测 距 仪 内 部
ND



主要技术参数
① 红外光源波长：0.865m ② 测尺长及对应的调制频率 ② 精测尺：10m，f1=14.835546MHz 粗测尺1：1000m， f2=148.35546kHz 粗测尺2：10000m， f2=14.835546kHz ③ 测程：2500m(单棱镜)，3500m(三棱镜) ④ 标称精度：±(5mm+3ppm) ⑤ 测量时间：正常测距 3s，跟踪测距、初始测距3s，以后每 次测距0.8s ⑥ 显示：带有灯光照明的7位数字液晶显示，最小显示距离为 1mm ⑦ 供电：6V镍镉(NiCd)可充电电池 ⑧ 气象改正比例系数计算公式：




讨论——电子计数器只能记忆整数钟脉冲数。 q有±1钟脉冲误差，距离测量误差mD=0.5CT0= 0.5C/f0 f0=15MHz，C=299792458m，mD=19.986m。 如令mD=0.01m， f0 = 0.5C/mD=14989MHz 人类可做到的石英晶振频率为1×10-6级的 最高频率为300MHz，测距误差——mD=0.5C/f0=0.5m。 徕卡脉冲测距仪——DI3000解决方案 核心技术——一个特殊的充放电电容器， 放电时间T是充电时间t的数千倍。 用测距时间t2D对电容器充电，然后放电， 通过填充钟脉冲测量放电时间T2D， 设t2D=T2D/3000，等价将充电时间误差缩小3000倍。 f0=15MHz，mD=19.986m/3000=0.007mm。
Wild DI3000脉冲测距仪




(2) 相位式光电测距仪 测量正弦光波在待测距离上往返传播的相位差解算t2D。 频率为 f 的正弦光波振荡一周期的相位移——2π， 发射正弦光波经2D距离后的相位移——φ=2πN+Δφ 正弦光波振荡频率 f 的意义——一秒钟振荡的次数， 正弦光波经t2D秒钟后振荡的相位移——φ= 2πf t2D 列时间方程——2πf t2D=2πN+Δφ t2D=(N+Δφ/ 2π)/f=(N+ΔN)/f，ΔN=Δφ/ 2π


瑞典AGA公司生产的AGA-8激光测距仪
用5mw氦氖气体激光器 白天测40km，夜间可测60km 精度：5mm+1ppm
Wild生产的微波测距仪
T2+DI10，1968年Wild推出的第一台红外测距仪





(1) 脉冲式光电测距仪 测量发射尖脉冲在待测距离上往返传播时间计算距离。 钟脉冲的振荡频率——f0，周期T0=1/ f0 计数器的时钟脉冲数 ——q， 光脉冲往返传播时间——t2D=qT0 问题——电子计数器只能记忆整数时钟脉冲数。


§4.3 电磁波测距
电磁波测距(Electro-magnetic Distance Measuring) 简称EDM 用电磁波(光波或微波)作为载波传输测距信号， 间接测量两点距离。





§4.3.1 光电测距仪的基本原理
测量光波在待测距离上往、返传播一次所需的时间t2D， D=0.5Ct2D，C——光在大气中的传播速度； C=C0/n， C0=299792458m/s±1.2m/s，真空光速。 n≥1，大气折射率。 n=f(λ,t,p)，是光波长λ，大气温度t，大气压力p的函数
PD 30 简单的操作,即可完成各种测量任务
PD 30图形显示所有的功能,一目了然
距离测量键 体积键 面积键 加键 减键 放线定位(15 读数/秒) 按下测量键2秒,进入连续测量