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1、測(cè)量學(xué)測(cè)量學(xué)同濟(jì)大學(xué)同濟(jì)大學(xué) 測(cè)量與國土信息工程系測(cè)量與國土信息工程系 1第四章第四章距離測(cè)量距離測(cè)量24-1距離測(cè)量概述測(cè)距技術(shù)的發(fā)展直接測(cè)距法步測(cè)：雙步1.5m光學(xué)測(cè)距方法視距光學(xué)測(cè)距儀幾何光學(xué)測(cè)距方法步弓、尺鏈線尺、竹尺、皮尺、鋼尺電磁波測(cè)距34-2卷（鋼）尺量距一、鋼尺4(1)量距工具量距工具 1)鋼尺鋼尺長(zhǎng)度20m，30m，50m。52)輔助工具輔助工具64-2卷（鋼）尺量距二、直線定向1、兩點(diǎn)間定線7(2)直線定線直線定線確定分段丈量的分段點(diǎn)在待量直線端點(diǎn)的連線上確定分段丈量的分段點(diǎn)在待量直線端點(diǎn)的連線上。1)目測(cè)定線目測(cè)定線2)經(jīng)緯儀定線經(jīng)緯儀定線 84-2 卷（鋼）尺量距2、過

2、山頭定線93、延長(zhǎng)直線AC1BC2C101、鋼尺鋪地丈量（在標(biāo)準(zhǔn)拉力下）丈量結(jié)果：三、距離測(cè)量11(3)鋼尺量距的一般方法鋼尺量距的一般方法1)平坦地面的距離丈量平坦地面的距離丈量先量整尺段長(zhǎng)，最后量余長(zhǎng)。DAB=n尺段長(zhǎng)+余長(zhǎng) 12鋼尺鋪地丈量（在標(biāo)準(zhǔn)拉力下）丈量結(jié)果：三、距離測(cè)量13超過超過 100G的市政課件下載地址：的市政課件下載地址：http:/ 訪問密碼 d5cf十一月市政培訓(xùn)班的網(wǎng)址：http:/ http:/ 12年過的一級(jí)市政和造價(jià)師年過的一級(jí)市政和造價(jià)師 一次性八門一次性八門http:/ 通過市政通過市政 qqqq群：群：13681656413681656414需往、返丈量

3、，返測(cè)時(shí)應(yīng)重新定線。往、返丈量距離的相對(duì)誤差相對(duì)誤差K=|DABDBA|/D1/3000。例如，DAB=162.73m，DBA=162.78m，相對(duì)誤差相對(duì)誤差K=|162.73162.78|/162.755=1/3255實(shí)際長(zhǎng)度。整尺段懸空時(shí)，中間應(yīng)有人托住鋼尺。4)定線誤差定線誤差使所量距離為一組折線，丈量結(jié)果偏大。丈量30m的距離，偏差為0.25m時(shí)，量距偏大1mm。5)拉力誤差拉力誤差鋼尺丈量拉力應(yīng)與檢定拉力相同。拉力變化2.6kg，尺長(zhǎng)改變1mm。6)丈量誤差丈量誤差插測(cè)釬不準(zhǔn)，前、后尺手配合不佳，余長(zhǎng)讀數(shù)不準(zhǔn)丈量中應(yīng)盡量準(zhǔn)確對(duì)點(diǎn)，配合協(xié)調(diào)。1718四、尺長(zhǎng)鑒定鋼尺長(zhǎng)度方程式鋼尺長(zhǎng)度

4、方程式鋼是彈性體，在拉力作用下會(huì)變形（伸長(zhǎng)）P19簡(jiǎn)單的尺長(zhǎng)鑒定在平坦的地面（宜在室內(nèi)，使兩尺溫度相同）把待檢定的尺子與高精度的標(biāo)準(zhǔn)尺比較而求得kllt20檢定場(chǎng)：檢定場(chǎng)：在平整的條形場(chǎng)地兩端地面埋在平整的條形場(chǎng)地兩端地面埋設(shè)兩個(gè)穩(wěn)定的標(biāo)志，其間距比待檢定鋼設(shè)兩個(gè)穩(wěn)定的標(biāo)志，其間距比待檢定鋼尺長(zhǎng)度尺長(zhǎng)度n倍略短一些。倍略短一些。高精度測(cè)量?jī)蓸?biāo)志高精度測(cè)量?jī)蓸?biāo)志的間距作為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的間距作為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度L標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)尺子的溫度膨脹系數(shù)已知。用待檢定設(shè)尺子的溫度膨脹系數(shù)已知。用待檢定的尺子（先假定的尺子（先假定k=0），），在工作時(shí)的正在工作時(shí)的正常拉力下，測(cè)量檢定場(chǎng)兩標(biāo)志的間距常拉力下，測(cè)量檢定場(chǎng)兩標(biāo)

5、志的間距L。從而可得從而可得21鋼尺尺長(zhǎng)鑒定尺號(hào):015名義長(zhǎng)度:30m膨脹系數(shù):0.01222鋼尺鋪地丈量（在標(biāo)準(zhǔn)拉力下）名義丈量結(jié)果：最終成果：23五、鋼尺量距的成果整理量得s=234.943m;t=27.4;h=2.54m244-3視距測(cè)量視距測(cè)量25視視 距距 測(cè)測(cè) 量量視距測(cè)量視距測(cè)量利用測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的視距絲，間接測(cè)定利用測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的視距絲，間接測(cè)定 距離和高差的方法。距離和高差的方法。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量速度快，不受地 形限制。不足不足：精度低，距離相對(duì)誤 差一般約為1/300，高 差一般為分米級(jí)。用途用途：主要用于地形圖測(cè)繪 (地形點(diǎn)的距離與高差)。261.視距公式：視距公式：(4-3-

6、1)一一.視線水平時(shí)視距測(cè)量公式視線水平時(shí)視距測(cè)量公式27視距測(cè)量一、視線水平時(shí)十字絲板上有兩根視距絲，它們?cè)谖镧R光心處的張角基本是不變的。兩根視距絲在物方象的間距與距離成正比fDn一般制作儀器時(shí)令28視距測(cè)量一、視線水平時(shí)十字絲板上有兩根視距絲，它們?cè)谖镧R光心處的張角基本是不變的。兩根視距絲在物方象的間距與距離成正比fDn291.視距公式：視距公式：(4-3-1)(4-3-3)2.高差公式：高差公式：(4-3-4)一一.視線水平時(shí)視距測(cè)量公式視線水平時(shí)視距測(cè)量公式30nb二、視線傾斜時(shí)hialD由于視線與水準(zhǔn)尺不垂直naba a ,b b ,nnS31nb二、視線傾斜時(shí)ia由于視線與水準(zhǔn)尺不

7、垂直naba a ,b b ,nnS32nb二、視線傾斜時(shí)hialD由于視線與水準(zhǔn)尺不垂直naba a ,b b ,nnS33nb二、視線傾斜時(shí)hialD由于視線與水準(zhǔn)尺不垂直nabS344-4 光電測(cè)距1948年瑞典AGA廠推出了第一臺(tái)光波測(cè)距儀隨著需求的增長(zhǎng)和光學(xué)、微電子學(xué)的發(fā)展使電磁波測(cè)距的技術(shù)迅速發(fā)展。進(jìn)一步推進(jìn)了測(cè)量學(xué)的發(fā)展盡管GPS應(yīng)用很廣，短程電磁波測(cè)距儀仍然大有用途35電磁波測(cè)距儀的分類按載波分微波測(cè)距儀激光測(cè)距儀紅外光測(cè)距儀按測(cè)程分遠(yuǎn)（長(zhǎng)）程測(cè)距儀中、短程測(cè)距儀362014市政案例技巧班，可以擁有市政案例技巧班，可以擁有 http:/ http:/ 100G的市政課件下載地址

8、：的市政課件下載地址：http:/ 訪問密碼 d5cf十一月市政培訓(xùn)班的網(wǎng)址：http:/ http:/ 12年過的一級(jí)市政和造價(jià)師年過的一級(jí)市政和造價(jià)師 一次性八門一次性八門http:/ 通過市政通過市政 qqqq群：群：1368165641368165643839瑞典AGA公司生產(chǎn)的AGA-8激光測(cè)距儀用5mw氦氖氣體激光器白天測(cè)40km，夜間可測(cè)60km精度：5mm+1ppm40T2+DI10，1968年Wild推出的第一臺(tái)紅外測(cè)距儀Wild生產(chǎn)的微波測(cè)距儀41電子全站儀電子全站儀棱棱鏡鏡全全站站儀儀424344454647棱鏡與基座48n下圖是南方測(cè)繪公司生產(chǎn)的下圖是南方測(cè)繪公司生產(chǎn)的

9、ND3000紅外相位式測(cè)距儀，紅外相位式測(cè)距儀，n它自帶望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸、發(fā)射光軸和接收光軸同軸，它自帶望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸、發(fā)射光軸和接收光軸同軸，n有垂直制動(dòng)螺旋和微動(dòng)螺旋，可以安裝在光學(xué)經(jīng)緯儀上或電子經(jīng)緯儀上。有垂直制動(dòng)螺旋和微動(dòng)螺旋，可以安裝在光學(xué)經(jīng)緯儀上或電子經(jīng)緯儀上。n測(cè)距時(shí)，測(cè)距儀瞄準(zhǔn)棱鏡測(cè)距，經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)棱鏡測(cè)量豎直角，測(cè)距時(shí)，測(cè)距儀瞄準(zhǔn)棱鏡測(cè)距，經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)棱鏡測(cè)量豎直角，n通過測(cè)距儀面板上的鍵盤，將經(jīng)緯儀測(cè)量出的天頂距輸入到測(cè)距儀中，通過測(cè)距儀面板上的鍵盤，將經(jīng)緯儀測(cè)量出的天頂距輸入到測(cè)距儀中，n可以計(jì)算出水平距離和高差?？梢杂?jì)算出水平距離和高差。n右圖為與儀器配套的棱

10、鏡對(duì)中桿與支架，它用于放樣測(cè)量非常方便。右圖為與儀器配套的棱鏡對(duì)中桿與支架，它用于放樣測(cè)量非常方便。49n下圖是徠卡公司生產(chǎn)的下圖是徠卡公司生產(chǎn)的DI1000紅外相位式測(cè)距儀，紅外相位式測(cè)距儀，n它不帶望遠(yuǎn)鏡，發(fā)射光軸和接收光軸是分立的，它不帶望遠(yuǎn)鏡，發(fā)射光軸和接收光軸是分立的，n儀器通過專用連接裝置安裝到徠卡公司生產(chǎn)的光學(xué)經(jīng)緯儀或電子經(jīng)緯儀上。儀器通過專用連接裝置安裝到徠卡公司生產(chǎn)的光學(xué)經(jīng)緯儀或電子經(jīng)緯儀上。n測(cè)距時(shí)，當(dāng)經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)棱鏡下的照準(zhǔn)覘牌時(shí)，測(cè)距時(shí)，當(dāng)經(jīng)緯儀的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)棱鏡下的照準(zhǔn)覘牌時(shí)，n測(cè)距儀的發(fā)射光軸就瞄準(zhǔn)了棱鏡，測(cè)距儀的發(fā)射光軸就瞄準(zhǔn)了棱鏡，n使用儀器的附加鍵盤將經(jīng)緯

11、儀測(cè)量出的天頂距輸入到測(cè)距儀中，使用儀器的附加鍵盤將經(jīng)緯儀測(cè)量出的天頂距輸入到測(cè)距儀中，n即可計(jì)算出水平距離和高差。即可計(jì)算出水平距離和高差。50 2.1.2 2.1.2 電磁波測(cè)距分類電磁波測(cè)距分類光波測(cè)距儀光波測(cè)距儀 AGA 2AAGA 2A激光測(cè)距儀激光測(cè)距儀 AGA8AGA8微波測(cè)距儀微波測(cè)距儀 CMW20CMW20紅外測(cè)距儀紅外測(cè)距儀 DI5DI551一、電磁波測(cè)距原理設(shè)電磁波在測(cè)距儀與反光鏡（合作目標(biāo)）之間往返的時(shí)間為t。則測(cè)距儀至反光鏡的距離光在真空中的傳播速度為C0=299792458米/秒。521.1.脈沖法測(cè)距脈沖法測(cè)距53 1.1.脈沖法測(cè)距脈沖法測(cè)距脈沖法測(cè)距原理框圖時(shí)

12、標(biāo)脈沖電子門計(jì)數(shù)顯示觸發(fā)器放大器光脈沖發(fā)生器光電接收器fcpt2D54 2.1.3 2.1.3 脈沖法測(cè)距應(yīng)用脈沖法測(cè)距應(yīng)用-激光測(cè)衛(wèi)激光測(cè)衛(wèi)激光往返時(shí)間激光往返時(shí)間t t距離距離D合作目標(biāo)合作目標(biāo) ERS-2ERS-2衛(wèi)星衛(wèi)星55 2.1.3 2.1.3 脈沖法測(cè)距應(yīng)用脈沖法測(cè)距應(yīng)用-激光測(cè)衛(wèi)激光測(cè)衛(wèi)上海人衛(wèi)站上海人衛(wèi)站56一、電磁波測(cè)距原理設(shè)電磁波在測(cè)距儀與反光鏡（合作目標(biāo)）之間往返的時(shí)間為t。則測(cè)距儀至反光鏡的距離現(xiàn)代測(cè)時(shí)的精度可達(dá)10-8秒，但引起的距離誤差達(dá) 1.5m光在真空中的傳播速度為C0=299792458米/秒。57電磁波測(cè)距原理按電磁波理論：光是電磁波，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:它表

13、達(dá)了光波在轉(zhuǎn)播空間任一位置上電磁振動(dòng)的狀態(tài)。其中：58S59電磁波測(cè)距原理設(shè)光從發(fā)射器發(fā)出，抵達(dá)反光鏡后返回儀器的接收器，稱為信號(hào)2。而從發(fā)射器發(fā)出的光分出一路直接進(jìn)入處理裝置，稱為信號(hào)1。這兩個(gè)信號(hào)之間存在相位差和整周數(shù)N。利用相位器可測(cè)定，但而不能求得“整周數(shù)N”。因此只可以求得“余長(zhǎng)”，而不能求得整長(zhǎng)。60調(diào)制波短程的電磁波測(cè)距儀常用砷化鎵GaAs發(fā)出的紅外激光波長(zhǎng)約0.87m。顯然不能用它測(cè)距的信號(hào)。無線電技術(shù)可以對(duì)電磁波的振幅、頻率、相位加以調(diào)制使其隨時(shí)間按一定的規(guī)律變化。在GaAs激光器上注入按調(diào)制規(guī)律變化的電流后可以使激光器按同樣的規(guī)律改變發(fā)光的強(qiáng)度。調(diào)制波的頻率遠(yuǎn)小于紅外激光的

14、頻率，還可以用多個(gè)頻率的調(diào)制波加載在紅外激光波上。61電磁波測(cè)距原理測(cè)距儀把一定波長(zhǎng)的電磁波從A點(diǎn)射向B點(diǎn)，經(jīng)B點(diǎn)的反光棱鏡反射后由測(cè)距儀接收，射出與接收波之間的相位差可用微電子技術(shù)自動(dòng)測(cè)量是電磁波在AB點(diǎn)之間往返時(shí)間的函數(shù)表達(dá)式。用它可以算得測(cè)距儀至反光鏡之間斜距長(zhǎng)度的“尾數(shù)”。用幾個(gè)不同波長(zhǎng)的電磁波調(diào)制波測(cè)量同一段距離可以既擴(kuò)大測(cè)程又保持精度。62測(cè)程和精度測(cè)相的精度是有限的。例如可以把細(xì)分1000倍，則測(cè)量的精度為測(cè)尺的1/1000。設(shè) ，這時(shí)最小讀數(shù)為cm。若要提高讀數(shù)精度，就應(yīng)縮短電子尺。但由于憑一個(gè)無法求得整尺段數(shù)N，即不知待測(cè)距離的大數(shù)。就是說：用短的電子尺測(cè)量精度高但測(cè)程小。如

15、果用長(zhǎng)的電子尺能擴(kuò)大測(cè)程，但由于細(xì)分技術(shù)的限制，不能求得精確的尾數(shù)。即測(cè)程大但精度低。用兩個(gè)頻率的波（兩個(gè)不同的電子尺）進(jìn)行測(cè)量，一個(gè)用來測(cè)量距離的大數(shù)，另一個(gè)用于精確測(cè)量距離的尾數(shù)。就可以既擴(kuò)大測(cè)程又保證精度。如果需要還可以用更多的頻率測(cè)量。63相位測(cè)量要測(cè)量測(cè)距信號(hào)（U1）與參考信號(hào)（U2）之間的相位差1）濾波：取出調(diào)制波（頻率低）的信號(hào)2）混頻：把調(diào)制波信號(hào)與“本振”信號(hào)混合，經(jīng)處理后可以得到頻率更低（以便于更精確測(cè)量相位差），但相位依舊的差分信號(hào)64相位測(cè)量3）把正弦波處理成方波4）把U1和U2分別接在門電路的兩個(gè)觸發(fā)器上，U2負(fù)跳變時(shí)把與門打開，U1負(fù)跳變時(shí)把與門關(guān)閉。在門開啟的這段

16、時(shí)間內(nèi)讓計(jì)數(shù)脈沖通過，從而可以測(cè)得。6566內(nèi)光路 當(dāng)內(nèi)光路棱鏡移到出光口時(shí)測(cè)量到內(nèi)光路的“距離”移開內(nèi)光路棱鏡后測(cè)量到外光路的“距離”外光路“距離”減去內(nèi)光路“距離”后才是需要測(cè)量的距離。這是消除儀器系統(tǒng)誤差的重要措施之一67電磁波測(cè)距成果的處理1）儀器常數(shù)改正乘常數(shù)改正數(shù)加常數(shù)改正數(shù)2）氣象改正3）傾斜改正68一、乘常數(shù)改正 電磁波測(cè)距好象是用電子尺丈量的。如果電子尺不準(zhǔn)就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。這就是乘常數(shù)。乘常數(shù)主要是由調(diào)制頻率偏離設(shè)計(jì)值引起的。乘常數(shù)是尺度比例系數(shù)，可以經(jīng)檢定求得。電磁波測(cè)距成果的處理69二加常數(shù)測(cè)距儀的機(jī)械中心與調(diào)制波發(fā)射和接收的等效面不一致；測(cè)距儀的機(jī)械中心與內(nèi)光路等效面不一致使儀器產(chǎn)生（與所測(cè)距離長(zhǎng)短無關(guān)的）加常數(shù)。加常數(shù)通過檢定可以求得。70電磁波測(cè)距成果的處理3）氣象改正電子尺長(zhǎng)是光速的函數(shù)而光速又是折射率的函數(shù)空氣的折射率首先與波長(zhǎng)有關(guān)物理學(xué)家測(cè)算得713）氣象改正空氣的折射率也與氣象條件有關(guān)儀器制造者根據(jù)儀器所用電磁波的波長(zhǎng)并顧及一般工作時(shí)的參考溫度及標(biāo)準(zhǔn)氣壓的濕度設(shè)定空氣的折射率。如果實(shí)際工作時(shí)的大氣條件與此參考條件相同，就不加氣象改正數(shù)。否則要相對(duì)于