第四章 距离测量(1)

4.2视距测量
4.2视距测量
一、视距测量的概念
视距测量属于光学测距中的定角测距，它是利 用望远镜内装有的视距丝配合视距尺，根据几 何光学和三角学原理，同时测定两点间的水平 距离和高差的方法。
视距测量
操作方便
速度快
特点
因此，常用于低精度 相对精度约为1/200～1/300 。 但普通视距 测量精度较低 的测量工作中。 不受地形 起伏限制
§4.1 钢尺量距
进行三项改正
尺长方程
⑴尺长改正 ⑵温度改正 ⑶倾斜改正
lt l0 l t t 0 l0
l l0 ld L l0
L：为实际所 量距离
Δlt=α（t- t0）L
lh h2 d l 2L
计算最后 结果:
D=L+△ld+ △l t +△lh
从图可以看出：
1 D ( N ) 2
比较（4）式和（5）式得：
（5）
在相位式测距中的相位计只能测定全程相位移尾数 ， 而无法测定整周期数 N，（4）式有多值解。
2
4.3电磁波测距

C 当N = 0时，D有唯一解。 D C 2 2 2 f 2 L 令
当直线距离超过一个尺段时， 需进行直线定线.
2、往返观测
3、精度要求
K＜1/3000
§4.1 钢尺量距
1、平坦地区的距离丈量
A
平坦地区的距离丈量
B
l
l
DAB
q
AB两点间的距离公式：DAB=nl+q
§4.1 钢尺量距
2、倾斜地区的距离丈量
水平量距法
l A l B
倾斜量距法（需加高差改正）
精度要求：K＜1/2000
4.3电磁波测距
2、电磁波测距仪的种类及精度
式中：mD — 测距中误差，单位为mm； a — 固定误差，单位为mm；
测距仪的精度： D (a 106 bD) m
b — 比例误差；
D — 以km为 单位的距离。
RED mini短程红外测距仪的精度为
mD (5mm 5 106 D)
推导过程:调制光全程的相位变化为：
N 2
t 2f
（1） （2）

而调制光在测线上往返传播的时间为：

则用相位表示的测距公式为：
1 1 D C t C 2 2 2f
D 2 2
（3）
4.3电磁波测距
将 （1）式代入（3）式，可得： D (N ) （4） 2 2
0.890
A8P82时32分
4.2视距测量
三、 视距测量误差及注意事项
1.读数误差 视距测量差 2.标尺不竖直误差 3.外界条件的影响
视距测量
此外还有：标尺分划误差、竖直角观测误差、 视距常数误差等。
4.3电磁波测距
4.3电磁波测距
1、基本原理
电磁波测距的基本原理：通过测定电磁波在待测距离两端 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。
离（通常为一个精测尺长度）为周期重复出现的误差。
4.3电磁波测距
6、光电测距的注意事项
(electro-magnetic distancemeasuring)
•(steel tape measuring) (stadia measurement)。
A8P82时32分
§4.1 钢尺量距
一、普通量距方法
距离丈量步骤： 1、直线定线
A B
D往 D返 D K D往 D返 D 2
4.3电磁波测距
5、光电测距的误差来源
测距仪的精度一般用下式表示：
m D ( A B D)


式中:D为实测距离，以km为单位。 A为仪器标称精度中的固定误差，以mm为单位； B为仪器标称精度中的比例误差系数，以mm/km为 单位； 例如：某测距仪的标称精度为：3mm+3ppm,其表达的意 思是： 该测距仪 —— 测距时的固定误差为：3mm; 测距时的比例误差为3×10-6mm/km。
工程测量
西北农林科技大学
第四章 距离测量与直线定向
§4.1 钢尺量距 §4.2 视距测量
§4.3 电磁波测距 §4.4 直线定向
4.1钢尺量距
§4.1 钢尺量距
一、量距工具
wenku.baidu.com钢尺
标杆
弹簧秤
steel tape measuring)
垂球
温度计
测钎
§4.1 钢尺量距 一般在精度上：
EDM
电磁波测距 钢尺量距 视距法测距
由光源发出的光通过调制器调制后，成为光强随高频信 号变化的调制光，射向测线的另一端的反射镜，同时调制光 另一部分送入相位计作为参考信号。射向反射镜的调制光被 反射后，被接收器接收，然后由相位计将参考信号和接收信 号进行比较，并由显示器显示出调制光在被测距离上往返传 播所引起的相位移 。
4.3电磁波测距
S
3）确定N值的方法
2f
称为测尺长度
则 D LS 2
C C0 299792458 / s km
可见，要取N = 0，则必须选用较长的测尺长度即较低的测 尺频率。 可求出测尺长度相应的测尺频率，由于仪器的测相系统成在 测相误差，其值一般达 10 3
它对测距精度的影响将随测尺长度的增大而增大。
4.3电磁波测距
c c D N K 2nf 2 2nf

对于相位式光电测距仪，经分析，测距误差主要有三部分： 由调制频率的误差、真空中光速值的误差、大
比例误差：
气折射率误差引起，它与被测距离成正比，称为比例误差。 固定误差： 由测相误差、仪器加常数的校准误差、测距仪
和反射镜的对中误差引起，它与距离无关，称为固定误差。 周期误差： 由测距仪内部的光电信号串绕引起的以一定距
E D sin hN EN cos
l N′ h′ v
l′ N
φ

B
i h
h h i v
2 l l cos D' 1Kl Kl cos Kl2sin 2 i v H B H A hAB D D`cos Kl cos 2
f d l p
2．视线倾斜时的水平距离和高差公式
A、B两点间的高差h为： 由于很小， 34
ME ′——高差主 式中 M h NE N 值（也称初算高差）。 M E ME cos
在MM E和NN E中
M M′ E
D ′＝Kl′
hMMh iNE 90 E N v
4.3电磁波测距
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(激光测距仪, 红外测距仪) ； 微波测距仪 • 根据测定时间 t 的方法不同，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） • 电磁波测距仪按载波数来分，可分： 单载波； 双载波； 三载波； • 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；
转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指 标水准管气泡居中，读取竖盘读数，并计算 竖直角α。
A8P82时32分
视距测量记录与计算手簿
测站： 测 点
A
测站高程： 45.37m
仪器高：
1.45m
水平 距离 D/ m
仪器：
DJ6
高差 h /m 高程 H /m
备注
下丝读数 上丝读数 尺间隔l m
中丝 读数 v/ m
M N M E EN Kl cos sin 1ME cos EN cos MN sin2 Kl cos
i
H HA
A
大地水准面
D
视距测量的施测与计算
在A点安置经纬仪，量取仪器高，在B点竖立视 距尺
盘左（或盘右）位置，转动照准部瞄准B点视距尺， 分别读取上、下、中三丝读数，并算出尺间隔l。
脉冲测距原理图
f0
4.3电磁波测距
4、相位式光电测距仪的原理
相位式光电测距仪是将发射光强调制成正弦波的形式，通过测量正弦光波在
待测距离上往、返传播的相位移来解算时间。从而求得距离。 1）相位法测距仪的工作基本原理 将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形：
2N
4.3电磁波测距
§4.1 钢尺量距
二、精密量距方法
1、前、后尺手要用弹簧秤 2、用经纬仪标定直线方向 3、读温度；开始 t1
， 中间
t2， 结束 t3，取平均值作为结果 t
4、分段量取距离，每尺段读三次，取平均值作为结果 5、水准测量方法测定高差 6、成果处理(进行三项改正) 1 1 7、可达精度: ~ 5000 8000
2）相位式测距仪的基本测距公式
由于
c 则： D (N )＝ （N＋N） 2f 2 2
式中 N＝
， 0 N 2 N
t 2 f t2D
2N ，所以 t 2f
1

D

2
D
往程
N 2
返程

4.3电磁波测距
10m
1cm
100m
10cm
1km 1m
10k m 10m
100km 100m
4.3电磁波测距
相位式测距仪 例： LS 1 10m N 值的确定 N1 0.832 D 678.32m N 2 0.679
LS 2 1000 m
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: 选 LS1 10km 则 f1 15kHz 准确测得“公里”、“百 米” ， “十米”的值存在误差。 LS 2 100m f 2 1.5 MHz 选 则 准确测得“十米”、“米”， LS 3 1m “分米”的值存在误差。 f 3 150MHz 选 则 准确测得“分米”、“厘 米”，
视距测量
1．视线水平时的水平距离和高差公式
d f
δ
11
M
l
F n′ p m′ n m l
n
12
13
v
h
N
i
m
14
B
D
A
令 d f D p p100l 通常K=100 c值接近零 D Kl
d f mFf ∽ MFN n f K l f l p
c f h i v
竖盘 读数 L °′″
垂直角
°′″
初算 高差 h′/ m
1
2.237 0.663 1.574 2.445 1.555
2
1.45 87 41 12 +2 18 48 157.14 +6.35 +6.35 +51.72 盘 左 位 置 2.00 95 17 36 -5 17 36 88.24 -8.18 -8.73 +36.64
当距离D为0.6km时，测距精度是mD=±5.8mm。
10 6通常写作ppm) (
4.3电磁波测距
3、 脉冲式光电测距仪的原理
脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成 一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测 距离上往返传播的时间来计算距离。
t2 D
q qT0 f0
：脉冲的振荡频率 q：计数器计得的时钟 脉冲个数 计数器只能记忆整数个时钟脉冲，不 足一周期的时间被丢掉了。测距精度较 低，一般在“米”级，最好的达“分米” 级。
4.3电磁波测距
将电磁波作为载波进行距离测量，其公式为： 1 D C t 2
式中C：电磁波在大气中的传播速度，它根据观测时的 气象条件来确定； t ： 电磁波在被测距离上往返传播时间。 由于 C可以根据电磁波在真空中的传播速度C0来精确推求，所以， 只要设法测定时间 t 便可以求出待测距离D。 电磁波测距仪的优点： 1、测程远、精度高。 2、受地形限制少等优点。 3、作业快、工作强度低。
4.3电磁波测距
如何解决扩大测程和提高精度的矛盾呢？
采用一组测尺来组合测距，以短测尺（频率高的调制波，又称精测尺） 保证精度 ，以长测尺（频率低的调制波，又称粗测尺）保证测程。
这样就解决了多值解的问题。
C0 LS 2f
C0 299792458 / s km
10 精度： 3 LS
测尺频率f 15MHz 1.5MHz 150kHz15kHz 1.5kHz 测尺长度LS 精 度