第04章精密距离测量

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[习题]
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精密距离测量
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4.1 概述
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• 在大地测量中，不管是三角网的起始边， 或是精密导线测量的导线边，都需进行高精
3 度的距离测量。在本世纪60年代以前，采用
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一种膨胀系数极小的合金—因瓦(其膨胀系 数a=0.5×10-6／℃)制成的线尺，即因瓦线
7 尺来丈量，我国大地网的起始边大多数就是
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六千四百分之一改为“秒是铯-133原子基态的 两个超精密能极之间跃迁辐射的9192631770 个周期的持续时间。”在此基础上，1983年10
6 月20日，在法国巴黎举行的第17届国际计量大
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会上，再次通过了米的新定义：“米是光在真 空中，在1／299792458秒的时间间隔内所经 过的距离。”
• 新的米定义特点是：把真空中的光速值作为一 个固定不变的基本物理常数，长度测量可通过
9/13 时间或频率测量间接导出，从而使长度单位和 9 时间单位结合了起来。
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• 2．我国的长度基准
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• 我国计量法规定，长度计量单位采用国际通用 单位：m。为了统一国内尺度并便于国际上的 交流，还需要建立相应的长度基准及其传递系
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采用24m因瓦线尺用悬空丈量的方法测定的。
10 作业时先在地面选择一合适的地段直接丈量
出一条较短的边，这条短边称为基线。然后
通过构成一定几何图形的基线网，推算出三
4/13 角网的起始边长。直接丈量短边的工作称为
9 基线测量。
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• 用因瓦线尺丈量距离不仅进度缓慢，且耗费
大量的人力和物力，所以在三角测量中，总力
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第四章 精密距离测量
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第四章 精密距离测量
1 [本章提要]
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建立高精度平面控制网和进行电磁波测距三角高程时，需要进行
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精密距离测量。当前，主要采用电磁波测距仪进行距离测量。本章
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主要讨论中、短程红外光电测距仪的基本原理；电磁波测距仪的误
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• 国际米原器作为米基准一直延用了71年，它 的相对精度为千万分之一左右。到了20世纪中
3 叶，这个精度就显得不够用，不能满足精密机
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械制造等行业的要求，影响科学技术的发展。
6 • 为了把最高长度基准长期保存下来，物理学家
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提出利用原子辐射的波长值代替国际米原器作
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求少作距离测量，尽可能利用角度观测值来推 求距离。这样由于边长误差的积累，将有碍于
3 三角网精度的进一步提高。
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• 近三十年来，随着无线电技术的迅速发展，光 电测距仪和微波测距仪的先后问世，并不断更
7 新、完善和愈益精密，逐步取代了因瓦基线尺
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而成为精密距离测量的主要工具，为提高大地 测量控制网的精度展示了广阔的前景。但在检
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以微波为载波，后者以光波为载波。在光波测 距仪中，又有用普通光、红外光和激光的不同
6 仪器。对于后两种，习惯上又分别叫做红外测
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距仪和激光测距仪。
9 • 大地测量要求高精度的距离测量，因此只采用
10 高精度的光波测距仪，我们把这样的光波测距
仪称为精密光波测距仪。本章将介绍这类仪器
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差来源极其影响；地面距离观测值如何归算到椭球面上。目的是解
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决平面控制网的水平距离观测问题和电磁波测距三角高程测量的斜
距观测问题。
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知识点
1 (1)概述；
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(2)电磁波测距基本原理；
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(3)测距误差来源及其影响 ；
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10 (4) 观测结果的化算
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基准尺C10，作为国家大地网中使用的24m基线 尺的长度基准。
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• 目前，氪-86长度基准和氦氖激光长度
1 基准是我国两项最高长度基准，其极限
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误差分别为±l×l0-8和±4×10-9；一等标
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准是3m一等因瓦标准尺，极限误差为 ±0.8μm，相对中误差为±0.9X10-7；二
9 为米定义的新建议。1960年召开的国际计量大
10 会通过米的定义为：“米等于氪-86原子的2P10
和5d2能极间跃迁辐射真空波长的1650763.73
8/13 倍的长度。”
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• 根据上述定义，lm的精度为十亿分之四，它
意味着1000km的长度测量中误差4mm。
1 • 1967年，秒的定义也由地球自转一周的八万
定电磁波测距仪时，其标准长度目前还是用因
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瓦线尺多次丈量求得。另外，在某些特殊要求
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的精密工程测量中，往往也还需要用因瓦线尺 来丈量(有关内容请参阅《应用大地测量学》)。
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• 电磁波测距仪就是利用电磁波来测量距离的
1 仪器。根据仪器所用载波的性质不同，一般可 2 分为两大类：微波测距仪和光波测距仪，前者
4 列，以保证精度从高到低地复现长度基准，实
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现长度基准的传递，达到统一尺度的目的。
7 • 我国原有两支lm因瓦合金杆尺R16l和N563，50
8 年代在苏联检定了它们的长度。以后在我国计
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量科学院用光波波长通过100mm石英标准具逐 年检定它们，这两支杆尺就成为我国的长度基
准。1959年我国又从苏联引进了一支3m工作
的测距原理、使用方法，同时还讲述测距的成 果处理、误差分析和仪器检验。
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4.2 距离测量方式及其原理
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• 一、长度基准 • 所有距离的测定结果，都必须用一种统一的、
固定的长度单位来表示，这种统一的、固定的
4 长度单位就是长度基准。
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• 1．国际长度基准 • 具有国际统一性的长度单位，是从1875年国
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等标准是24m因瓦标准尺，极限误差为
9 20μm，相对中误差为±2.8X10-7；三等
际米制公约的建立开始的。当时规定，通过巴
9 黎的地球子午线的四千万分之一的长度为lm。
10 在1889年的米制公约国际计量大会上通过决定，
用铂铱合金米尺上两条刻线间的距离作为lm的
定义值。这根米尺称为国际米原器，它安放在
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法国巴黎国际计量局的地下室内。各国都保存 着一支它的复制品，作为传递长度的标准。