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1、第4章 距離測量學學習習目目標標：學學習習光光電電測測距距、尺尺子子量量距距和和光光學學測測距距三三種種距距離離測測量量原原理理與與方方法法，在在掌掌握握現(xiàn)現(xiàn)代代光光電電測測距距技技術術原原理理與方法基礎上，掌握與方法基礎上，掌握鋼尺量距鋼尺量距、光學視距光學視距基本方法?；痉椒?。第一節(jié) 鋼尺量距原理與方法一、概述一、概述傳統(tǒng)上所謂的尺子量距方法。鋼尺量距基本工作：定線、丈量、計算。鋼尺量距方法：一般量距方法、精密量距方法。二、定線的方法二、定線的方法：有目測法和經(jīng)緯儀法。定線，定線，把分段點確定在待量直線上的工作。1.目測法：二點法、趨近法、傳遞法。2.經(jīng)緯儀法：精密定線方法，有縱絲法和分
2、中法。1.目測法定線定線：1)二點法目測定線，二端為準，概量定點。一般在平地。(1)在A、B端點上樹立標桿；(2)一指揮者立B點標桿后瞄A點的標桿；(3)二位定點人員按整尺段從A概量至1號點，根據(jù)指揮確定1號點位置立在AB視線上；(4)按(3)的做法依次把2、3、4 等分段點定在AB線上。2.2.經(jīng)緯儀法經(jīng)緯儀法：1)縱絲法：經(jīng)緯儀望遠鏡十字絲縱絲為準，概量定點。(1)在丈量直線一端A安置經(jīng)緯儀，望遠鏡精確瞄準另一端B樹立的目標，此時照準部在水平方向上不得轉動；(2)沿BA方向按尺段長概量B1；(3)縱轉望遠鏡瞄到1處附近，指揮1號分段點測釬定在十字絲的縱絲影像上。(4)仿步驟(2)(3)，依
3、次在AB線上定分段點2、3、4三、鋼尺一般丈量法三、鋼尺一般丈量法 1.準備工作：1)主要工具：鋼尺、垂球、測釬、標桿等。鋼尺完好，刻劃清楚。2)工作人員組成：主要工作人員是拉尺、讀數(shù)、記錄共2-3人。3)場地：比較平坦，已定線，并插有測釬。2.丈量工作：1)往測：從A丈量至B，逐段丈量整尺段n，尺段長為lo；最后丈量零尺段長q。長度為D往；2)返測：從B丈量至A，返測全長長度為D返。3.計算與檢核：1)計算 D往=n lo往+q往 (3-35)D返=n lo返+q返 (3-36)2)檢核 D=D往-D返 (3-37)四、精密量距方法四、精密量距方法 1.準備工作：1)工具：鋼尺、彈簧秤、溫度
4、計等。檢驗鋼尺，且有尺長方程式。l=lo+lo+(t-to)lo (3-41)2)人員：主要5人。3)場地：(1)經(jīng)整理便于丈量；(2)定線后的分段點設有精確的標志2.精密量距。一尺段丈量方法：1)拉尺。拉尺員拉掛有彈簧秤的鋼尺，拉力指示為100N(30米)，鋼尺面刻劃與分段點標志對齊。2)讀數(shù)。二位讀數(shù)員依次讀取分段點標志橫線所對的鋼尺刻劃值。前端讀數(shù)員讀至cm，后端讀數(shù)員讀至0.5mm，如前端讀數(shù)l前=29.9800m，后端讀數(shù)l后=75.5mm。3)記錄。記錄l前、l后，計算尺段丈量值 l=l前-l后。4)重復丈量。按步驟1)、2)、3)重復丈量和記錄，計算獲得l”、l”。5)檢核。l容
5、=23mm。6)記錄溫度t，抄錄尺段高差h。3.計算：1)二項改化計算:(1)各尺段尺長改正數(shù)li計算：(2)各尺段溫度改正數(shù)計算：二項改正后的尺段長為 2)平距化算：2)計算與檢核：五、鋼尺量距的誤差 鋼尺丈量誤差包括有鋼尺本身誤差、操作誤差和外界影響誤差。1.鋼尺本身誤差：包括尺長誤差和檢定誤差。一般地，這類誤差少于0.5mm。2.操作誤差：包括溫度誤差、拉力誤差、定線誤差、垂曲誤差、對點讀數(shù)誤差等。3.外界影響誤差：主要是風力、氣溫的影響，一般在陰天、微風的天氣，外界環(huán)境對鋼尺丈量的誤差影響比較小。A-1-2-15-B精密鋼尺丈量與計算的例子精密鋼尺丈量與計算的例子 表表3-33-3第二
6、節(jié) 光學測距原理與方法一、概述一、概述1.基本原理：根據(jù)幾何光學原理，應用三角定理進行測距的技術。余切定理可知A、B二點的距離D為2.光學測距方式：光學測距的方式依角度和尺長的測量方法不同而異。二、視距法測量距離二、視距法測量距離視距法測距是利用測量儀器望遠鏡十字絲的上、下絲獲得尺子刻劃讀數(shù)M、N，從而實現(xiàn)距離測量技術。3.平視距測量方法：1)經(jīng)緯儀望遠鏡視準軸處于水平狀態(tài)瞄準直立的尺子(如木制標尺)；2)利用望遠鏡讀取上、下絲所截的尺面上刻劃值M、N(l上、l下)；3)按式(3-53)計算，按式(3-65)計算距離D。l=N-M=l下-l上 (3-53)D=100l (3-65)4.斜視距測
7、量平距計算公式A點安置經(jīng)緯儀，B立尺；測豎直角為，讀數(shù)為M、N(l上、l下)，計算：DAB=100(l上-l下)cos2 (3-69)第三節(jié) 光電測距原理 一、基本原理一、基本原理光電測距，即是以光和電子技術測量距離。或者說，以光和電子測量距離的技術。光束速度c經(jīng)過了二倍的距離，即2D；同時，測距儀測出光束從發(fā)射到接收期間的時間t2D。根據(jù)速度乘以時間得路程的原理，便可知，2D=ct2D，實現(xiàn)式(3-1)的基本條件：t2D的測定，相位法、脈沖法 二、相位法測距原理二、相位法測距原理 實質實質:利用測定光波的相位移代替測定利用測定光波的相位移代替測定t2D實現(xiàn)距離的測量。實現(xiàn)距離的測量。1光的調
8、制光的調制：使發(fā)射的光束成為一種光強度有規(guī)律明暗變化的調制光波。使發(fā)射的光束成為一種光強度有規(guī)律明暗變化的調制光波。A-B-A2距離距離D與相位移的關系與相位移的關系：3.測尺和尺段：=2(N+N)(3-6)D=u(N+N)u稱為測尺，稱為測尺，N稱為整尺段，稱為整尺段，N稱為尾尺段。稱為尾尺段。4.組合測距過程：組合測距過程：D=uN 1)設測尺。設測尺。相位法按上式采用多測尺組合測距過程。如采用相位法按上式采用多測尺組合測距過程。如采用u1、u2，一般地設一般地設f115MHZ，精測尺，精測尺u1=10m，f2150kHZ，粗測尺，粗測尺u2=1000m。2)組合測距過程D=uN(1)以u
9、1測量距離得N1。例如N1=0.8654，把N1及u1代入式(3-9)得D1=8.654m。(2)以u2測量距離得N2。例如N2=0.9875，把N2及u2代入式(3-9)得D2=987.5m。(3)組合完整的距離值。將u1、u2測量距離值組合為完整的距離值，如圖，其中的7.5不顯示，則組合的距離值是988.654m。三、相位法測距儀的基本結構三、相位法測距儀的基本結構1.調制信號發(fā)生器調制信號發(fā)生器：發(fā)出調制信號對光源進行調制；同時發(fā)出參：發(fā)出調制信號對光源進行調制；同時發(fā)出參考信號考信號er給測相裝置。給測相裝置。2.光源：光源：一般采用砷化鎵發(fā)光二極管一般采用砷化鎵發(fā)光二極管(GaAs，
10、紅外光，紅外光)，直接受調，直接受調制信號控制發(fā)射調制光波制信號控制發(fā)射調制光波(頻率為頻率為f)。3.接收裝置接收裝置：接收反射回測距儀的調制光波，把接收的光轉換為：接收反射回測距儀的調制光波，把接收的光轉換為電信號電信號em，該信號提供給測相裝置。，該信號提供給測相裝置。4.測相裝置測相裝置：在測相裝置通過對電信號：在測相裝置通過對電信號em、參考信號、參考信號er進行相位進行相位比較測定比較測定 N和和N，在處理方法上利用自動數(shù)字測相電子電路技在處理方法上利用自動數(shù)字測相電子電路技術把相位移術把相位移 轉換成距離轉換成距離D直接顯示出來。直接顯示出來。5.反射器：反射器：精密測距的合作目
11、標。精密測距的合作目標。6.電源電源第四節(jié)第四節(jié) 紅外測距儀及其使用紅外測距儀及其使用一、紅外測距儀的類型一、紅外測距儀的類型紅外測距儀紅外測距儀，是以發(fā)射紅外光的光，是以發(fā)射紅外光的光源裝備的光電測距儀。源裝備的光電測距儀。1.1.類類型型：按按測測程程：短短程程測測距距儀儀，中中程程測測距距儀儀，遠遠程程測測距距儀儀，超超遠遠程程測測距儀。距儀。按基本功能的類型有：按基本功能的類型有：1)專用型專用型：只用于測量距離。：只用于測量距離。2)半半站站型型：測測距距儀儀與與光光學學經(jīng)經(jīng)緯緯儀儀組組合在一起，稱為半站型儀器。合在一起，稱為半站型儀器。3)全全站站型型：測測距距儀儀與與光光電電經(jīng)經(jīng)
12、緯緯儀儀組組合合的的儀儀器器，或或者者測測距距儀儀與與光光電電經(jīng)經(jīng)緯緯儀儀結結合合為為一一體體化化儀儀器器，稱稱為為全全站站型型儀器，簡稱全站器。儀器，簡稱全站器。二、二、D3000紅外測距儀的技術指標紅外測距儀的技術指標1.測距精度：測距精度：m=(a+bD)m=(5mm+5ppm.Dkm)2.測程：測程：在滿足測距精度的條件下測距儀可能測得的最大距離。在滿足測距精度的條件下測距儀可能測得的最大距離。1.2km3.2km。與大氣狀況及反射器棱鏡數(shù)有關。與大氣狀況及反射器棱鏡數(shù)有關。三、三、D3000紅外測距儀主要設備紅外測距儀主要設備1.測距儀主機：外貌：前面板，操作面板。測距儀主機：外貌：
13、前面板，操作面板。2.反射器單棱鏡、三棱鏡反射器直角棱鏡反射器有三個特點：1)反射器的入射光線和反射光線的方向相反，且線徑互相平行。利于瞄準目標2)可以根據(jù)測程的長短增減棱鏡的個數(shù)。3)反射器有本身的規(guī)格參數(shù)。反射器與測距儀配合使用，不要隨意更換。測程短 1km 測程長3km3.蓄電池、充電器4.氣象儀器四、四、D3000紅外測距儀的一般使用紅外測距儀的一般使用1.基本操作(半站型)1)經(jīng)緯儀和反射器的安置。2)測距儀的安置。(1)安裝電池。(2)把測距儀裝載在經(jīng)緯儀的支柱上。3)瞄準反射器。(1)經(jīng)緯儀瞄準反射器。覘牌中心。(2)測距儀瞄準反射器。4)開機檢查。5)測距。正常測距、跟蹤測距、
14、連續(xù)測距、平均測距。6)測量氣象元素。7)關機收測。2.紅外測距儀使用中的注意問題：測線環(huán)境要求：大氣透明度比較好，測線沒有障礙物；測線上只架設一個反射器，不得存在多個反射器；測線上沒有強烈光源，太陽光不得對射測距儀。第五節(jié) 光電測距成果處理一、儀器改正。一、儀器改正。主要內(nèi)容：加常數(shù)改正。測距儀在一條已知邊的測距結果總與已知邊相差的一個固定值，就是測距儀的加常數(shù)，用k表示。k值可通過檢定測距儀(包括反射器)得到。二、氣象改正。二、氣象改正。1.氣象改正原理公式2.氣象改正實用公式：測距儀光源不同，參考氣象元素不同，按原理公式推證的實用公式也不同。1)D3000紅外測距儀的氣象改正的實用公式氣
15、壓單位kpa，溫度單位攝氏，Dtp單位毫米，Dokm以單位公里。三、平距化算三、平距化算1.概念一般情況下，光電測距邊兩端點不可能同高程，光電測距邊是一條傾斜邊。把傾斜的測距邊化算為端點同高程的直線距離的工作，稱為平距化算。2.平距化算的輔助參數(shù)：1)地球曲率影響參數(shù)：C=16.19Dkm。2)折光角：k=0.13，r=2.10Dkm3)豎直角：3.平距化算的幾個公式平距化算的幾個公式1)平均型平距化算公式。DAB=ABcos(+C-)（3-28）DAB=Dcos(+14.09”Dkm)(3-29)2)測站型平距化算公式。DAB=ABsin(Z-2C+)(3-30)DAB=Dsin(Z-30.
16、30 Dkm)(3-31)3)鏡站型平距化算公式。DAB=ABsin(Z+)(3-32)DAB=Dsin(Z+2.10 Dkm)(3-33)A點安置經(jīng)緯儀，B立尺；測豎直角為，讀數(shù)為M、N(l上、l下)，計算：DAB=100(l上-l下)cos2 (3-69)解答參考解答參考13按下表成果處理。光電測距得到的傾斜距離D=1265.543m,豎直角=33641,氣壓P=98.6kpa,空氣溫度t=31.3,儀器的加常數(shù)k=-29mm,已知氣象改正公式是項目數(shù) 據(jù)處理參數(shù)處理后的距離說 明距離觀測值D:1265.543m m m未處理的傾斜距離Dkm:1.265543km傾斜距離以公里為單位儀器加常數(shù)-29mmk:-29mm1265.514m加常數(shù)改正后傾斜距離氣象元素t:31.3 p:98.6kpaDtp：25.8mm1265.540m氣象改正后傾斜距離平均型平距：33641+14.1Dkm1263.020 m平均高程面的平距測站型平距Z：862319-30.3Dkm1263.012 m測站高程面的平距
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