测量教案4章_距离测量

大气压力与大气温度测量设备
经典测距仪简介
英国Tellurometer MRA101微波测距仪
北京701厂 DWJ-1型微波测距仪
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变频半导体激光测距仪
湖北宜昌HQ-102激光测距仪
Wild 新T2+DI1000相位式红外测距仪
Wild T1600+DI4L
Wild T16+DI5L
Wild T1600+DI1000
Wild T2000+DI5
拓普康测距仪
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q有±1钟脉冲误差，测距误差mD=0.5cT0= 0.5c/f0 f0=15MHz，c≈3×108m，mD=10m 令mD=0.01m， f0 = 0.5c/mD=15000MHz 人类可做到的石英晶振频率误差为1×10-6级 最高频率为300MHz，测距误差——mD=0.5c/f0=0.5m Wild脉冲测距仪——DI3000解决方案 核心技术——一个特殊充放电电容器 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=10m/3000=0.0033m=3.3mm
5mw氦氖气体激光器
白天测40km，夜间测60km 精度——5mm+1ppm
Wild——微波测距仪
T2+DI10，1968年Wild第一台红外测距仪
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1) 脉冲式光电测距仪 测量发射尖脉冲在待测距离往返传播时间解算距离 钟脉冲振荡频率——f0，周期T0=1/ f0 计数器钟脉冲数 ——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钟脉冲数
AGA-6 激光测距仪
AGA——Geodimeter激光测距仪
AGA—— Geodimeter AGA-8激光测距仪
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)-TC1电子经纬仪
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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
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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——最终距离
[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=82o26'00"，竖盘指标差x=1' 求两点间平距和高差 [解]：视距间隔——l =2.336－1.264=1.072m 竖角——α =90o－82o26'00"+1'=7o35' 平距——D= Klcos2α=105.333m 中丝——v=(上丝+下丝)/2=1.8m 高差——h= Dtanα+i－v=+13.613m B点高程——HB=35.32+13.613=48.933m
弹Hale Waihona Puke Baidu称加力
24.5℃ 温度计
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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 光学原理测定两点——距离、高差 视距测量相对误差——1/300，低于钢尺量距 测定高差精度低于水准测量 主要用途——地形测量的碎部测量
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1) 视准轴水平的视距公式 l ——视距间隔 相似原理：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，忽略不计，D≈Kl 例：D=Kl=100(1.385－1.188)=19.7m 高差：hAB=i－v
Wild DI3000脉冲测距仪
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2) 相位式光电测距仪 测量正弦光波在待测距离往返传播相位差解算t2D 频率 f 正弦光波振荡一周期相位移——2π 发射正弦光波经2D距离后相位移——φ=2πN+Δφ 正弦光波振荡频率 f 的意义——1秒钟振荡次数 正弦光波经t2D秒钟后振荡相位移——φ= 2πf t2D 时间方程——2πf t2D=2πN+Δφ t2D=(N+Δφ/ 2π)/f=(N+ΔN)/f，ΔN=Δφ/ 2π
3) 钢尺量距的一般方法 (1) 平坦地面距离丈量 先量整尺段长，最后量余长 DAB=n×尺段长+余长
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往、返丈量，返测时需重新定线 往、返量距相对误差K=|DAB－DBA|/D≤1/3000 例—— 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，测高差或竖角化算平距 D=S cosα=√S2－h2
• 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 结 构
ND
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主要技术参数 ① 红外光源波长——0.865μ m ② 测尺长及对应的调制频率 精测尺：10m，f1=14.835546MHz 粗测尺1：1000m， f2=148.35546kHz 粗测尺2：10000m， f3=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 供电——6V镍镉(NiCd)可充电电池 ⑦ 气象改正比例系数计算公式：
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测程1km测距仪 两把测尺——10m(15MHz)，1000m(150KHz) 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
4.3 电磁波测距 电磁波测距 (Electro-magnetic Distance Measuring)——EDM 电磁波(光波或微波)作载波——传输测距信号 间接测量两点距离 测距基准:真空光速c0=299792458±1.2m/s
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人类为精确测量光速，用了300多年时间 1676年丹麦天文学家罗默(Romer)观察木星卫星蚀 第一个测得光速c0=215000km/s 迈克尔逊(美国1852-1931)以测量光速为终生目标 设计旋转镜和干涉仪测量光速 1879年测得光速c0=299910±5km/s 1882年测得光速c0=299853±6km/s 作为国际标准沿用了40年,获1907诺贝尔物理学奖 但人类对光速测量并未完结 1958年弗鲁姆(Froome)利用微波干涉法测得光速 c0=299792.5±0.1km/s 1972年埃文森用激光测出光速的最精确值 c0=299792457.4±0.1m/s
• 4.3.1 光电测距仪基本原理
• • • • • 测量光波在待测距离往、返传播一次所需时间t2D D=ct2D/2，c——大气光速 c=c0/n， c0=299792457.4±0.1m/s——真空光速 n≥1——大气折射率 n=f(λ,t,P)——光波长λ，大气温度t，大气压力P的函数
瑞典AGA公司——AGA-8激光测距仪
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真空光速——物理学最重要的基本常数之一。 物理学界最早的争执—— 开普勒(德国1571-1630)和笛卡儿(法国1596-1660) 认为光的传播不需要时间，是在瞬时进行的 伽利略(意大利1564-1642) 认为光速虽然传播得很快，但可以测定。 著名的光速测量实验——掩灯方案 1607年，伽利略进行了世界首次光速测量实验。 甲乙两人分别站在相距1英里的两山上 甲乙各拿一灯，甲先举灯，乙看甲举灯立即举灯， 从甲举灯到他看到乙举灯的时间间隔 就是光传播2英里的时间。 但光速太快了，这种方法根本测不出。 实际测量的是：实验者的反应和人手动作的时间。
fx-5800P程序P4-1进行视距测量计算
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3) 视距测量误差分析 (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——1mm，对距离的影响——0.1m 读数前消除视差，上、下丝读数同时进行 视距测量距离不能太长 量距越长，标尺1cm分划长度 在望远镜十字丝分划板的成像长度越小，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
• Kl=100m，dα=1'， α=5o，dD=0.03m
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(4) 大气折光影响 近地面大气折光——视线弯曲 日光照射、大气湍流——成像晃动 风力使标尺摇动 视距测量时，应不使视线太贴近地面 成像晃动剧烈或风力较大——停止观测 阴天且有微风——最有利观测气象条件。
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(3) 钢尺倾斜和垂曲误差 地面不平，钢尺不水平、中间下垂成曲线 所量长度＞实际长度，悬空丈量，中间有人托钢尺 (4) 定线误差 量距为一组折线，丈量结果偏大 量距30m，偏差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
• 2) 视准轴倾斜时的视距公式 • 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
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第4章 距离测量与直线定向
• • • • 方法——钢尺、视距、电磁波测距和GNSS测量 4.1 钢尺量距 1) 量距工具 (1) 钢尺——长度20m，30m，50m
• 端点尺与刻线尺
• (2) 辅助工具
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2) 直线定线 确定分段点在待量直线上 (1) 目测定线 (2) 经纬仪定线
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目估立标尺竖直误差——dα=1o Kl=100m，α=5o，dD=0.15m α=30o，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→增大 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
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4) 钢尺量距精密方法 一般方法相对误差——1/1000~1/5000 精密方法相对误差——1/10000~1/40000 主要工具——钢尺、弹簧秤、温度计、尺夹等 检验钢尺——尺长方程式 量距时用弹簧秤施加鉴定时的拉力(15kg) 距离——加温度与尺长改正 5) 钢尺量距误差分析 (1) 尺长误差——钢尺名义长与实际长不符误差 ——累积性，量距越长，误差越大 (2) 温度误差——温度变化1℃,量距30m——0.4mm