第四章工程测量学距离测量与全站仪

Total Station and Distance Measurement
4.1.3 光电测距
光电测距的种类 电磁波测距仪按载波数来分，可分： 单载波：可见光、红外光、微波； 双载波：可见光和可见光、可见光和红外光或微波等； ；
三载波：可见光、可见光和微波，可见光、红外光和微波等；
电磁波测距仪按发射目标来分，可分： 无反射目标；有反射目标（反射镜）；有源反射器（应答机） 根据测距的精度不同，电磁波测距仪又分为： 一级：一公里测距中误差（精度）小于等于5mm； 二级：一公里测距中误差（精度）大于5mm小于等于10mm；
l MN l cos D Kl K l cos S Dcos K l cos 2
D Klcos 2Dcos SKlcos
视距尺不垂直于视准轴的改正 倾斜距离改化为水平距离
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4.1.3 光电测距
相位式测距仪 相位法测距的基本公式
调制光全程的相位变化为： N 2 2 (N 2 ) 2 N N

1 ) D (N N) D (N ) (N 2 2 2
气象改正
光的传播速度受大气状态（温度t、气压P、湿度e等）的影响。
Dtp (n0 n)D
n0假定大气状态下的折射率 ng标准大气状态下的折射率 1 273.16空气膨胀系数
不同型号的测距仪，气象改正公式的系数也不同，在仪器 使用说明书内给出了气象改正计算公式。 气象改正也可用附在仪器使用说明书内的气象改正表，以 测距时测定的气温和气压为引数直接查取气象改正值。
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4.1.3 光电测距
测距成果的整理 加常数的改正
K D(D0 d)
由于仪器的加常数为一固 定值，可预置在仪器中，使之
测距时自动加以改正。但是仪
器在使用一旦时间后，此加常 数可能会有变化，应进行检验，测出加常数的变化值（剩余加
§4.1 钢尺量距
钢尺量距工具准备
钢尺 温度计 弹簧秤 其它
薄碳钢带制成
测钎、垂球、标杆
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4.1.1
钢尺量距一般方法
1 定线
钢尺丈量距离
2 平坦地面的距离丈量
D=n*l+q
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常数）对观测成果加以改正。
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4.1.3 光电测距
测距成果的整理
乘常数的改正
测距仪在使用过程中，实际的调制光频率与设计的标 准频率之间有偏差时，将会影响测距成果的精度，其影响 与距离的长度成正比。 设 f 为标准频率，假定无误差； f ′ 为实际工作频率； 乘常数为：
原理：人的瞳孔间距约6cm,单臂长约60cm,二 者之比为10倍。相似三角形原理。
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4.1.3 光电测距
光电测距的基本原理 通过测定电磁波（无线电波或光波）在待测距离两端点间 往返传播的时间，利用电磁波在大气中的传播速度来确定其距 离。将电磁波作为载波进行距离测量，其公式为：
拇指（跳眼）测距法【了解】
假设距离我们N米有一棵树，测量我们到这棵树的距离： 1、水平端起我们的右手臂，右手握拳，立起大拇指； 2、用右眼（左眼闭）将大拇指的左边与树重叠在一条直线上； 3、右手臂和大拇指不动，闭上右眼，再用左眼观测大拇指左边 ，会发现这个边线离开树右边一段距离； 4、估算这段距离（这个也可以测量），将这个距离×10，得数 就是我们距离这课树的约略距离； 这个“拇指测距法”，熟 练、正确掌握后，1000m内，测量结果上下误差在1m内。
N
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4.1.3 光电测距
相位式测距仪 N 值的确定
例：u1 10m
u2 1000m
N 1 0.832 N 2 0.679
D 678.23m
例：欲使某相位测距仪的测程达到10km,测距精度达到1mm， 问需多少个光尺？它们的频率分别为多少？ 解： 1 10km 则 f1 15kHz 准确测得“公里”、“百米” “十米”的值存在误差。 选 2 100m 则 f2 1.5MHz 准确测得“十米”、“米” “分米”的值存在误差。 选 3 1m 则 f3 150MHz 准确测得“分米”、“厘米” 估读到“毫米”


2

C 2f
以短测尺（频率高的调制波，又称精测尺）保证精度： N 以长测尺（频率低的调制波，又称粗测尺）保证测程。
测尺频率与测距差的关系 测尺频率f 测尺长度u 精度 15MHz 10m 1cm 1.5MHz 100m 10cm 150kHz 1km 1m 15kHz 10km 10m 1.5kHz 100km 100m
例1:
已知1号钢尺的尺长方程式为:
lt1 30m0.003m1.2510530(t 20C)m
被检定的2号钢尺的名义长度是30m,两尺末端对齐时,1号钢尺 零分划对准2号钢尺的0.006m处,试确定2号钢尺的尺长方程式.
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b b b
S K l 100 l
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4.1.2 视距测量
视准轴倾斜时的视距公式
1 90 2 1 NN O 90 90 2 M M O 90
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4.1.3 光电测距
脉冲式测距仪 通过直接测定光脉冲在测线上往返传播的时间来求得距离。
1 D C t 2
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4.1.3 光电测距
相位式测距仪 相位法测距的基本原理
lt 30m0.002m1.2510530(t 20C)m
用这根钢尺在倾斜地面往返丈量AB两点的距离,用水 准仪测 得两点之间的高差为h=1.68m,往测时量得的长度为 214.542m, 平均温度为24.5℃,返测时量得的长度为214.532m,平均 温度为 24.8℃,试求经过各项改正后的AB的水平距离.
D 1 C t 2
C C0 n C 0 3 10 8 m / s
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4.1.3 光电测距
光电测距的种类
电磁波测距仪按采用的载波的不同，可分为：
光电测距仪：采用光波（可见光或红外光） 激光测距仪：用激光作为载波； 红外测距仪：用红外光作为载波； 微波测距仪：采用微波段的无线电波 根据测定时间 t 的方法不同，电磁波测距仪又分为： 脉冲式测距仪 相位式测距仪 电磁波测距仪按测程来分，可分： 短程 (3km 内）；中程（ 3km至15km）； 远程（15km以上）
建筑工程测量
重庆市经贸中等专业学校
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第四章 距离测量与全站仪
§4.1 钢尺量距
§4.2 视距测量
§4.3 光电测距 §4.4 距离测量的误差分析
§4.5 全站仪
§4.6 直线定向
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R f f f
则乘常数改正值：
式中
ΔDR＝－R· D′
D′为实测距离值，单位km，R单位mm/km。
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4.1.3 光电测距
测距成果的整理
1 C0 1 D C t t 2 2 n
ng 1 P n 1 1 t 1013
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4.1.3 光电测距
相位式测距仪 相位法测距的基本公式
D
1 Ct 2
C v f
T
1 f
令∶
wk.baidu.com
2
t N T
则


T
1 D (N N ) 2
μ称为测尺长度
C 2f
D (N N)
水平距离： 误差来源
S D Dl Dt D 2）温度变化的误差 3）拉力误差
1）尺长本身误差 4）垂曲、反曲误差 7）丈量本身的误差
5）钢尺不水平的误差 6）定线误差
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例3:
已知某钢尺的尺长方程式为:
定基线视距法
当不变时， S随l变化而变化，称为定角 视距测量 当l不变时，S随变化而变化，称为定基 线视距测量
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4.1.2 视距测量
视准轴水平时，内调焦望远镜测距公式
S
f 1 f 2 b l f1 p f2
α——钢尺膨胀系数，其值约为11.6×10-6
——钢尺刻划上注记的长度，即名义长度（m）；
～ 12.5×10-6m/（m· ℃）
t0——钢尺检定温度，又称标准温度，一般取20℃；
t——丈量时温度。
钢尺检定：就是检定出在某一温度下尺长改正数ΔL 。 钢尺检定的方法主要是与标准长度相比较求得。
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N 2 D N
C 2 2f
为了扩大测程，必须选用较长的测尺，即 选用较低的调制频率。
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4.1.3 光电测距
相位式测距仪 N 值的确定 由于仪器测相(频率)误差一般小于1/1000，它对测距误差的 影响将随测尺长度的增大而增大。因此，为了解决扩大测程与 提高精度的矛盾，可以采用一组测尺配合测距：
3 倾斜地面的距离丈量
平量法
斜量法
D
L2 h2
D L cos
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4.1.1
钢尺量距
尺长方程式
lt llltt0
lt
——丈量温度时的钢尺实际长度（m）；
l l ——钢尺在检定温度t0时的尺长改正数；
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§ 4.2 视距测量（到这里）
利用水准仪与经纬仪等的望远镜观测标尺时，由透镜成像 原理的三角形相似原理，相似三角形对应边长成比例，间接求 测出两点间的距离的测距方法。在相似三角形中，测视距时的 观测值的不同，视距测量又可分为两种类型： l cot 定角视距法 S 2 2
例2:
已知某钢尺的尺长方程式为:
lt 30m0.006m1.2510530(t 20C)m
用这根钢尺在14℃时丈量一段水平距离为186.45m,试求改正 后的实际距离.
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4.1.1
钢尺量距
成果整理
l 0 1 ）尺长改正：Dl D l 2 ）温度改正：Dt D (t t0) 3）倾斜改正： Dh h2 2D
该方法实质上相当于用一把长度为u的尺子来丈量欲测的距离。 在相位式测距仪中，相位计只能测定相位移尾数Δφ而无法 测定整周期数N，因此使上式产生多值解，距离D无法确定。
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4.1.3 光电测距
相位式测距仪 N 值的确定 当测尺长度u 大于待测距离D 时，N = 0，由下式可求 得确定的距离值。