第5章光电测距

1、/ /29291 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 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 精密距离测量。当前，主要采用电磁波测距仪进行距离测量。本章主精密距离测量。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；电磁波测距仪的误差来要讨论中、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。目的是解决平面源极其影响；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

2、测量的斜距观测问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。题。 / /29292 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 / /29293 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 / /29294 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 电磁波测距仪按仪器测程分类：电磁波测距仪按仪器测程分类： 短程光电测距仪：测程在短程光电测距仪：测程在3km3km以内，测距精度一般在以内，测距精度一般在lcmlcm左右。如我左右。如我 国的国的HGC-1HGC-1、DCH-2DCH-2、DCH3DCH3、DCH-05DCH-05等

3、精度均可达等精度均可达(5mm+5(5mm+5 10 10-6 -6) )。 。 中程光电测距仪：测程在中程光电测距仪：测程在3 315km15km左右的仪器称为中程光电测距仪，左右的仪器称为中程光电测距仪， 这类仪器适用于二、三、四等控制网的边长测量。如我国的这类仪器适用于二、三、四等控制网的边长测量。如我国的JCY-2JCY-2、 DCS-1DCS-1，精度可达，精度可达（lOmm+1 lOmm+1 1010-6 -6）。 ）。 远程激光测距仪：测程在远程激光测距仪：测程在15km15km以上的光电测距仪，精度一般可达以上的光电测距仪，精度一般可达 (5mm+1(5mm+11010-6 -

4、6），能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我国研 ），能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我国研 制成功的制成功的JCY-3JCY-3型等。型等。 / /29295 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 电磁波测距仪的分类 / /29296 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 相位式光电测距仪的基本公式相位式光电测距仪的基本公式 测尺频率的选择测尺频率的选择 直接测尺频率方式：直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距直接测尺频率方式：直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距 离的方式，。离的方式，。 间接测尺频率方式：间接测尺频率方式：用差频作为测

5、尺频率进行测距的方式用差频作为测尺频率进行测距的方式 。 测尺频率的确定：测尺频率的确定：一般将用于决定仪器测距精度的测尺频率称精测一般将用于决定仪器测距精度的测尺频率称精测 尺频率；而将用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率。尺频率；而将用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率。 / /29297 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理 / /29298 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 光源光源 相位式测距仪的光源，主要

6、有砷化镓（相位式测距仪的光源，主要有砷化镓（GaAsGaAs）二极管和氦）二极管和氦- -氖氖 （He-NeHe-Ne）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中远）气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中远 程测距仪中。程测距仪中。 调制器调制器 采用砷化镓（采用砷化镓（GaAsGaAs）二极管发射红外光的红外测距仪，发射光）二极管发射红外光的红外测距仪，发射光 强直接由注入电流调制，发射一种红外调制光，称为直接调制，故强直接由注入电流调制，发射一种红外调制光，称为直接调制，故 不再需要专门的调制器。但是采用氦氖激光等作光源的相位式测距不再需要专门的调制器。但是采用氦氖激光等作

7、光源的相位式测距 仪，必须采用一种调制器，其作用是将测距信号载在光波上，使发仪，必须采用一种调制器，其作用是将测距信号载在光波上，使发 射光的振幅随测距信号电压而变化，成为一种调制光。射光的振幅随测距信号电压而变化，成为一种调制光。 棱镜反射器棱镜反射器 在使用光电测距仪进行精密测距时，必须在测线的另一端安置在使用光电测距仪进行精密测距时，必须在测线的另一端安置 一个反射器，使发射的调制光经它反射后，被仪器接收器接收。一个反射器，使发射的调制光经它反射后，被仪器接收器接收。 / /29299 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介相位

8、式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 光电转换器件光电转换器件 在光电测距仪中，接收器的信号为光信号。为了将此信号送到相在光电测距仪中，接收器的信号为光信号。为了将此信号送到相 位器进行相位比较，必须把光信号变为电信号，对此要采用光电转位器进行相位比较，必须把光信号变为电信号，对此要采用光电转 换器件来完成这项工作。用于测距仪的光电转换器件通常有光电二换器件来完成这项工作。用于测距仪的光电转换器件通常有光电二 极管，雪崩光电二极管和光电倍增管。极管，雪崩光电二极管和光电倍增管。 差频测相差频测相 目前相位式测距仪都采用差频测相，即就是使高频测距信号和高目前相位式测距仪都采用差频测相，即就是使高

9、频测距信号和高 频基准信号在进入比相前均与本振高频信号进行差频，成为测距和频基准信号在进入比相前均与本振高频信号进行差频，成为测距和 基准低频信号。在比相时，由于低频信号的频率大幅度降低（如精基准低频信号。在比相时，由于低频信号的频率大幅度降低（如精 测尺频率为测尺频率为15MHz15MHz，混频后低频为，混频后低频为4kHz4kHz时，降低了时，降低了37503750倍），周期倍），周期 相应扩大，即表象时间得到放大，这就大大地提高了测相精度。相应扩大，即表象时间得到放大，这就大大地提高了测相精度。 自动数字测相自动数字测相 随着集成电路和数字技术的发展，为测距仪向自动化和数字化随着集成电路

10、和数字技术的发展，为测距仪向自动化和数字化 方向发展提供了条件。目前许多中、短程测距仪几乎都采用自动数方向发展提供了条件。目前许多中、短程测距仪几乎都采用自动数 字测相技术以及距离的数字显示。字测相技术以及距离的数字显示。 返回本章目录 / /292910 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 全站仪的概念全站仪的概念 ： 把电子测距、电子测角和微处理机结合成一个整体、能自动记把电子测距、电子测角和微处理机结合成一个整体、能自动记 录、存储并具备某些固定计算程序的电子速测仪录、存储并具备某些固定计算程序的电子速测仪 ，因该仪器在一个，因该仪器在一个 测站点能快速进行三维坐标

11、测量、定位和自动数据采集、处理、存测站点能快速进行三维坐标测量、定位和自动数据采集、处理、存 储等工作，较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化，储等工作，较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化， 所以称所以称“全站型电子速测仪全站型电子速测仪”，通常又称为，通常又称为“电子全站仪电子全站仪”或简称或简称 “全站仪全站仪”。 / /292911 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 全站仪的基本组成及结构全站仪的基本组成及结构 ： 全站仪的基本组成全站仪的基本组成 补偿部分 测角部分 测距部分 CPUCPUI/OI/O 接 口 中央处理器 输入输出 电 源

12、 显 示 屏 键 盘 / /292912 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 全站仪的基本结构全站仪的基本结构 组合式全站仪：组合式结构的全站仪是由测距头、光学经纬仪及电组合式全站仪：组合式结构的全站仪是由测距头、光学经纬仪及电 子计算部分拼装组合而成。子计算部分拼装组合而成。 整体式全站仪整体式全站仪: :整体式结构的全站仪是在一个机器外壳内含有电子测整体式结构的全站仪是在一个机器外壳内含有电子测 距、测角、补偿、记录、计算、存储等部分，将发射、接收、瞄准距、测角、补偿、记录、计算、存储等部分，将发射、接收、瞄准 光学系统设计成同轴，共用一个望远镜，角度和距离测量只需一

13、次光学系统设计成同轴，共用一个望远镜，角度和距离测量只需一次 瞄准，测量结果能自动显示并能与外围设备双向通讯。瞄准，测量结果能自动显示并能与外围设备双向通讯。 组合式全站仪 整体式全站仪 / /292913 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 全站仪的精度及等级全站仪的精度及等级 全站仪的精度 全站仪是由光电测距、电子测角、电子补偿、微机数据处理 为一体的综合型测量仪器，其主要精度指标是测距精度和测角 精度。如SET500全站仪的标称精度为：测角精度=5；测距 精度=（3+2ppmD）mm。 D m mm D m 全站仪的等级 国家计量检定规程（JJG10094）将全站仪

14、准确度等级分划为四 个等级。 / /292914 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 电脑全站仪的主要特点电脑全站仪的主要特点 1）电脑操作系统。电脑全站仪具有像通常PC机一样的DOS操 作系统。 2）大屏幕显示。可显示数字，文字，图像，也可显示电子 气泡居中情况，以提高仪器安置的速度与精度，并采用人机对 话式控制面板。 3）大容量的内存。一般内存在IM 以上，其中主内存有640K。 数据内存320K，程序内存512K，扩展内存512K。 4）采用国际计算机通用磁卡。所有测量信息都可以文件形 式记入磁卡或电子记录簿，磁卡采用无触点感应式，可以长期 保留数据。 5）自动补偿

15、功能。补偿器装有双轴倾斜传感器，能直接检 测出仪器的垂直轴,在视准轴方向和横轴方向上的倾斜量，经仪 器处理计算出改正值并对垂直方向和水平方向值加以改正，提 高测角精度。 6）测距时间快，耗电量少。 D m mm D m / /292915 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 全站仪操作应注意事项全站仪操作应注意事项 理解全站仪的概念 了解工作原理 明确测量功能 熟悉操作步骤 合理设置仪器参数 正确选择测量模式 掌握应用技术 D m mm D m / /292916 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 距离测量距离测量 距离测量必须选用与全站仪配套的合

16、作目标，即反光棱距离测量必须选用与全站仪配套的合作目标，即反光棱 镜。由于电子测距为仪器中心到棱镜中心的倾斜距离，因此镜。由于电子测距为仪器中心到棱镜中心的倾斜距离，因此 仪器站和棱镜站均需要精确对中、整平。在距离测量前应进仪器站和棱镜站均需要精确对中、整平。在距离测量前应进 行气象改正、棱镜类型、棱镜常数改正、测距模式的设置和行气象改正、棱镜类型、棱镜常数改正、测距模式的设置和 测距回光信号的检查，然后才能进行距离测量。仪器的各项测距回光信号的检查，然后才能进行距离测量。仪器的各项 改正是按设置仪器参数，经微处理器对原始观测数据计算并改正是按设置仪器参数，经微处理器对原始观测数据计算并 改正

17、后，显示观测数据和计算数据的。只有合理设置仪器参改正后，显示观测数据和计算数据的。只有合理设置仪器参 数，才能得到高精度的观测成果。数，才能得到高精度的观测成果。 D m mm D m / /292917 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 二、全站仪（total station）构造简介 徕卡徕卡TPS700TPS700系系 列卓越中文全列卓越中文全 站仪站仪 拓普康拓普康GTS 332W 全站仪全站仪 索佳索佳10系列全站仪系列全站仪 / /292918 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 尼康尼康DTM801 系列全站仪系列全站仪 宾得全站仪宾

18、得全站仪 PTS V2 南方南方NTS 202 205全站仪全站仪 全站仪构造介绍录像全站仪构造介绍录像 / /292919 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 全站仪的功能介绍 1角度测量角度测量(angle observation) （1）功能：）功能： 测水平角（测水平角（horizontal anglehorizontal angle） 竖直角竖直角(vertical angle)(vertical angle) （2）方法：）方法：与经纬仪相同。与经纬仪相同。 若要测出水平角若要测出水平角AOBAOB，则：，则： a o b A O B / /292920 甘肃

19、工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 u当精度要求不高时只需半测回： 瞄准瞄准A A点点置零（置零（0SET0SET） 瞄准瞄准B B点，记下水平度盘点，记下水平度盘HRHR的的 大小。大小。 a o b A O B / /292921 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 u当精度要求高时：可用测回法 步骤同用经纬仪操作，配置度盘时，步骤同用经纬仪操作，配置度盘时， 可以用可以用“置盘置盘”（H SETH SET） A a o b B O / /292922 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 2距离测量(distance measu

20、ring) uPSM、PPM设置设置测距、坐标、放样前。测距、坐标、放样前。 1 1）棱镜常数（）棱镜常数（PSMPSM）的设置。）的设置。一般：一般： PRISM=0PRISM=0（原配棱镜），（原配棱镜），-30mm-30mm（国产棱镜）（国产棱镜） 2 2）大气改正数（）大气改正数（PPMPPM）（乘常数）设置。）（乘常数）设置。 输入测量时的气温（输入测量时的气温（TEMPTEMP）、气压（）、气压（PRESSPRESS），）， 或经计算后，输入或经计算后，输入PPMPPM的值。的值。 / /292923 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 （1）功能：）功能：可

21、测量平距、高差和斜距（全站仪可测量平距、高差和斜距（全站仪 镜点至棱镜镜点间高差及斜距）镜点至棱镜镜点间高差及斜距） （2）方法：）方法： 照准棱镜点，按照准棱镜点，按MEAS。 全站仪全站仪(total station) 反光棱镜反光棱镜(reflector) S=ct/2 / /292924 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 3坐标测量(coordinate measuring) （1）功能：）功能： 测出目标点的测出目标点的(X,Y,H)(X,Y,H) （2）原理）原理 1)1)平面坐标（平面坐标（X X，Y Y）测量）测量 原理原理 / /292925 甘肃工业

22、职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 2）高程（Z）测量原理 / /292926 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 （3）方法 后视点后视点 测站点测站点 待测量点待测量点 1) 输入测站输入测站X，Y，H，仪器高，仪器高i，棱镜高，棱镜高t。 2) 瞄准后视点，将水平度盘读数设置为测站瞄准后视点，将水平度盘读数设置为测站 至后视点的坐标方位角。至后视点的坐标方位角。 3) 瞄准目标棱镜点，按瞄准目标棱镜点，按MEAS（测量）键。（测量）键。 全站仪坐标测量录像全站仪坐标测量录像 / /292927 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距

23、4、点位放样 (Layout) （1）功能：）功能： 根据设计的待放样点根据设计的待放样点P P及已知点的坐标，及已知点的坐标， 在实地标出在实地标出P P点的平面位置及填挖高度。点的平面位置及填挖高度。 X Y 后视点后视点 测站点测站点 待放样点待放样点P / /292928 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 （2）原理 1 1）先在待放样点的大致位置立棱镜对其）先在待放样点的大致位置立棱镜对其 进行观测，测出当前棱镜位置的坐标。进行观测，测出当前棱镜位置的坐标。 X Y 后视点后视点 测站点测站点 待放样待放样 点点P位置位置 当前棱当前棱 镜位置镜位置 / /2

24、92929 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 2）将当前坐标与放样点的坐标相比较，计算出 其差值。距离差值dD和角度差dHR或纵向差值X 和横向差值Y。 X Y 后视点后视点 测站点测站点 当前棱当前棱 镜位置镜位置 待放样点待放样点P dD dHR / /292930 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 3）根据显示的dD、dHR或X、Y， 逐渐找到放样点的位置。 X Y 后视点后视点 测站点测站点 当前棱当前棱 镜位置镜位置 待放样点待放样点P dD dHR dHR=000000” dHD=0 m 全站仪点位放样录像全站仪点位放样录像 / /2

25、92931 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 5程序测量 （1）数据采集）数据采集 （2）坐标放样）坐标放样 （3 3）对边测量、悬高测量、面积测量、导）对边测量、悬高测量、面积测量、导 线测量、后方交会等。线测量、后方交会等。 （4 4）数据存储管理。包括数据的传输、数）数据存储管理。包括数据的传输、数 据文件的操作（改名、删除、查阅）。据文件的操作（改名、删除、查阅）。 / /292932 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 附：TOPCON全站仪放样点位的方法 以下介绍的是少量零星点的坐标放样方法：以下介绍的是少量零星点的坐标放样方法： 1

26、1、按、按MENUMENU进入主菜单测量模式。进入主菜单测量模式。 2 2、按、按LAYOUTLAYOUT进入放样程序，再按进入放样程序，再按SKPSKP 略过选择文件。略过选择文件。 3 3、按、按OOC.PTOOC.PT（F1F1），再按），再按NEZNEZ，输入测站，输入测站OO 点的坐标（点的坐标（x0,y0,H0 x0,y0,H0）；并在）；并在INS.HTINS.HT一栏，输一栏，输 入仪器高。入仪器高。 / /292933 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 4 4、按、按BACKSIGHTBACKSIGHT（F2F2），再按），再按NE/AZNE/AZ，输

27、入后，输入后 视点视点A A的坐标（的坐标（xA, yAxA, yA）；若不知）；若不知A A点坐标而已点坐标而已 知坐标方位角，则可再按知坐标方位角，则可再按AZAZ，在，在HRHR项输入的值。项输入的值。 瞄准瞄准A A点，按点，按YESYES。 5 5、按、按LAYOUTLAYOUT（F3F3）：输入待放样点）：输入待放样点B B的坐标的坐标 （xB,yB,HBxB,yB,HB）及测杆单棱镜的镜高后，按）及测杆单棱镜的镜高后，按ANGLEANGLE （F1F1）。使用水平制动和水平微动螺旋，使显）。使用水平制动和水平微动螺旋，使显 示的示的dHR=0dHR=0，即找到了，即找到了OBOB

28、方向，指挥持测杆单棱方向，指挥持测杆单棱 镜者移动位置，使棱镜位于镜者移动位置，使棱镜位于OBOB方向上。方向上。 / /292934 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 6 6、按、按DISTDIST，进行测量，根据显示的，进行测量，根据显示的dHDdHD来指来指 挥持棱镜者沿挥持棱镜者沿OBOB方向移动，若方向移动，若dHDdHD为正，则为正，则 向向OO点方向移动；反之若点方向移动；反之若dHDdHD为负，则向远为负，则向远 处移动，直至处移动，直至dHD=0dHD=0时，立棱镜点即为时，立棱镜点即为B B点点 的平面位置。其所显示的的平面位置。其所显示的dZdZ值

29、即为立棱镜点值即为立棱镜点 处的填挖高度，正为挖，负为填。处的填挖高度，正为挖，负为填。 7、按、按NEXT放样下一个点放样下一个点C。 / /292935 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 全站仪在高程测量的应用全站仪在高程测量的应用 全站仪三角高程测量的技术指标全站仪三角高程测量的技术指标 D m mm D m 注： 1.D为测距边长度，以千米（km）为单位 2.边长大于400m时，应考虑球气差的影响 / /292936 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 基本原理基本原理 图中是高程已知的水准点，是待测点， 是高程路线的转点，1,2,3,4为

30、全站仪的设站位置。 因为用全站仪可以直接读取全站仪中心到棱镜中心的高 差，因此有： BA BABA BBAA BAAB vvh vvhh vihvih hhh 1 11 1111 11 )()( / /292937 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 同理可得： EA n i iAE vvhh 1 用全站仪代替水准仪进行高程测量应满足的条件: （1）全站仪的设站次数为偶数，否则不能把转点棱镜高抵消 掉； （2）起始点和终点的棱镜高，应保持相等； （3）转点上的棱镜高在仪器搬动过程中保持不变； （4）仪器在一个测站的观测过程中高度保持不变。 / /292938 甘肃工业职业

31、技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 精度分析精度分析 垂直角和水平距离观测误差对观测高差的影响 22 22 2 21 222111 22 21 sinsin coscos hss mm mmSmS V 地球曲率和大气折光的影响 水准测量要求前后视距相等主要是为了抵消角误差，同时 也为了削弱地球曲率及大气折光的影响，用全站仪代替水准仪测 量时，可以设置大气折光系数,有仪器自动对地球曲率及大气折 光的影响进行改正。如果把视距控制在200左右，前后视距差在 3之内，影响可以忽略不计。 / /292939 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 棱镜沉降、仪器沉降、棱镜倾斜

32、的误差 与水准仪测量类似，用全站仪代替水准仪进行高程测量时同 样存在棱镜沉降、仪器沉降的影响，观测时必须采取一定的措施 来减弱或消除。 棱镜沉降主要发生在仪器的转站过程中，提高观测速度、采用 往返观测的方法也可以抵消部分影响。 仪器沉降主要发生在一个测回的观测过程中，在一个测站上要变 换仪器高观测两个测回，第二测回和第一测回采用相反的观测次 序，即“后前前后”或“前后后前”，可以有效的 减弱仪器沉降的影响。 觇标倾斜的影响与水准测量时水准尺的倾斜相似，只要仔细检验 对中杆上的圆水准气泡，在立杆时保证气泡居中就可以消除此影 响。 / /292940 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5

33、章光电测距 竖直度盘指标差的影响 水准测量时主要存在角误差的影响，为了消除角误差对 水准测量的影响一般要求前后视距相等。用全站仪观测时，类似 的误差是竖直度盘指标差，如果只用正镜或倒镜观测，该项误差 的影响不容忽视。但是只要采用正倒镜观测，就可以抵消指标差 的影响。 竖直度盘指标差的影响 水准测量时主要存在角误差的影响，为了消除角误差对 水准测量的影响一般要求前后视距相等。用全站仪观测时，类似 的误差是竖直度盘指标差，如果只用正镜或倒镜观测，该项误差 的影响不容忽视。但是只要采用正倒镜观测，就可以抵消指标差 的影响。 / /292941 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距

34、 垂直轴倾斜误差的影响 全站仪能够进行垂直轴倾斜的自动补偿，并且补偿后的精度能达到 0.1，影响甚微。因此，垂直轴倾斜误差的影响可以忽略不计。 垂线偏差的影响 在山区和丘陵地区用全站仪代替水准仪进行高程测量有显著的优点， 但由于垂线偏差的变化较大，使得测点之间所观测的高差不等于这两点之 间的正常高高差，因此，必须加一个垂线偏差改正。 在平原地区，前视和后视的平均垂线偏差基本相等，故垂线偏差的影响等 于零。在丘陵地区，垂线偏差的最大值为2，在几百米左右的范围内它 的变化不大，取0.2(最大值的十分之一)，=300，对高差的影响为 0.29；在山区，垂线偏差的最大值为10，在几百米左右的范围内它

35、的变化量也取最大值的十分之一(1)，=300，则对高差的影响为 1.45。在大山区，垂线偏差的最大值为20，在几百米左右的范围内 它的变化量也取最大值的十分之一（2）,=300，则对高差的影响为 2.91。 综上所述，垂线偏差对高程的影响在山区和大山区是很大的，因此， 在这些地区测量时，应该适当的减小视线的长度。 返回本章目录 / /292942 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 第一类仪器本身所造成的改正：第一类仪器本身所造成的改正： 加常数、置平、加常数、置平、 乘常数（频率）、乘常数（频率）、 周期误差周期误差 第二类大气折光而引起的改正：第二类大气折光而引起的改

36、正： 气象、气象、 波道弯曲波道弯曲 第三类归算方面的改正：第三类归算方面的改正： 归心、归心、 倾斜和投影到椭球面上倾斜和投影到椭球面上 / /292943 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 1. 气象改正气象改正 这是电磁波测距最重要的改正，因为电磁波在大气中 传输时受气象条件的影响很大。实质是大气折射率对距 离的改正，因大气折射率与气压、气温、湿度有关，因 此习惯叫气象改正。 2. 周期误差周期误差 （1）周期误差概念）周期误差概念 周期误差是指按一定的距离为周期重复出现 的误差。 / /292944 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 周期

37、误差主要来源于仪器内部固定的串扰信 号。由于测相方式的不同，其误差来源也有 所不同，因而周期误差的周期也有区别。一 般地说，周期误差的周期取决于精测尺长。 对于自动数字测相的测距仪，共周期误差主 要是由于仪器内部电信号的串扰面产生的： 如发射信号通过电子开关、电源线等通道或 空间渠道的耦合到接收部分。从而形成固定 不变的串扰信号，此时相位计测得的相位值 就不单是测距信号的相位值，而且包含有串 扰信号的相位值，这就使测距产生误差。 / /292945 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 （2）要求及改正）要求及改正 要求周期误差的振幅小于仪器测距中误差（固定误 差）的1/2

38、。当周期误差的振幅大于或等于仪器测距中 误差（固定误差）的1/2时，并且数值较稳定时，则必 须在测距中加入周期误差改正。 / /292946 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 2.周期误差的测定周期误差的测定 (3)周期误差的测定方法周期误差的测定方法 平台法平台法 反光镜 50100m 标准长度 测距仪 平 台 / /292947 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 / /292948 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 / /292949 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 3.仪器常数仪器常数 （1

39、）什么是仪器常数）什么是仪器常数 加常数加常数K： D0=D/+Ki+Kr=D/+K 乘常数：乘常数： 当频率偏离其标准值时而引起一个计算改正 数的乘系数，即比例因子。 / /292950 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 4. 加常数的测定 六段解析法：不需要预先知道测线的精确长度而采用电磁 波测距仪本身的测量成果，通过平差计算求定加常数的方法 1 )(.)()( 1 21 n dD K KdKdKdKD n i i n / /292951 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 用六段解析法测定加常数用六段解析法测定加常数 nKdKdKdKdKD

40、n in 1 21 )()()( 1 1 n dD K n i dK m n n m 2 ) 1( 1 0.5 Kd mm一般要求 0.5 Kd mm取 得得n=6.5一般取一般取n=6（段）（段） / /292952 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 频率改正频率改正 ： 频率变化对距离的影响是系统性的。通常，精测尺频率可通过频率变化对距离的影响是系统性的。通常，精测尺频率可通过 检测，用补偿的办法调整到规定的标准值，这时频率改正就不必加检测，用补偿的办法调整到规定的标准值，这时频率改正就不必加 了。但是，考虑到搬运振动，晶体老化等原因会导致频率变化，因了。但是，考虑

41、到搬运振动，晶体老化等原因会导致频率变化，因 此作业前后常常要进行频率对比，发现频率变化过大时，就要考虑此作业前后常常要进行频率对比，发现频率变化过大时，就要考虑 对测得的距离加上频率改正。对测得的距离加上频率改正。 / /292953 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 归心改正归心改正 ：包括测站偏心和照准偏心：包括测站偏心和照准偏心 / /292954 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 波道弯曲改正波道弯曲改正 ： 由于波道弯曲引起的弧长化为弦长的波道几何改正。由于波道弯曲引起的弧长化为弦长的波道几何改正。 由于实际大气折射系数仅用测线两端的

42、中值，而没有采用严格沿由于实际大气折射系数仅用测线两端的中值，而没有采用严格沿 波道上的积分平均值，因此产生了所谓折射系数的代表性改正。波道上的积分平均值，因此产生了所谓折射系数的代表性改正。 图4-17 / /292955 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 投影改正投影改正 ： / /292956 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 测距误差的主要来源测距误差的主要来源 ： 222 22 22 0 22 4 0 lK n fc S mmm n m f m c m DM 上式中的各项误差影响，就其方式来讲，有些是与距离成比例的。这些上式中的各项误差

43、影响，就其方式来讲，有些是与距离成比例的。这些 误差称为误差称为“比例误差比例误差”；另一些误差影响与距离长短无关。称其为；另一些误差影响与距离长短无关。称其为“固定固定 误差误差”。对于对于式中式中偶然性误差的影响，我们可以采取不同条件下的多次观偶然性误差的影响，我们可以采取不同条件下的多次观 测来削弱其影响；而对系统性误差影响则不然，但我们可以事先通过精确测来削弱其影响；而对系统性误差影响则不然，但我们可以事先通过精确 检定，缩小这类误差的数值，达到控制其影响的目的。检定，缩小这类误差的数值，达到控制其影响的目的。 / /292957 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测

44、距 比例误差的影响比例误差的影响 ： 光速值的误差影响光速值的误差影响 光速值对测距误差的影响甚微，可以忽略不计。光速值对测距误差的影响甚微，可以忽略不计。 调制频率的误差影响调制频率的误差影响 调制频率的误差，包括两个方面，即频率校正的误差（反映了调制频率的误差，包括两个方面，即频率校正的误差（反映了 频率的精确度）和频率的漂移误差（反映了频率稳定度）。频率误频率的精确度）和频率的漂移误差（反映了频率稳定度）。频率误 差影响在精密中远程测距中是不容忽视的，作业前后应及时进行频差影响在精密中远程测距中是不容忽视的，作业前后应及时进行频 率检校，必要时还得确定晶体的温度偏频曲线，以便给以频率改正

45、。率检校，必要时还得确定晶体的温度偏频曲线，以便给以频率改正。 大气折射率的误差影响大气折射率的误差影响 正确测定测站和镜站上的气象元素，并使算得的大气折射系数正确测定测站和镜站上的气象元素，并使算得的大气折射系数 与传播络径上的实际数值十分接近，可以大大地减少大气折射的误与传播络径上的实际数值十分接近，可以大大地减少大气折射的误 差影响，这对精密中、远程测距乃是十分重要的。差影响，这对精密中、远程测距乃是十分重要的。 / /292958 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 大气折射率的误差影响大气折射率的误差影响 因此，在实际作业中必须注意以下几点： （1）气象仪表必须

46、经过检验，以保证仪表本身的正确性。读定气象元 素前，应使气象仪表反映的气象状态与实地大气的气象状态充分一致。 温度读至0.2oC，其误差应小于0.5 oC，气压读至0.0667kPa，其误差应小 于0.1333kPa，这样，由于气象元素的读数误差引起的测距误差可望小于 110-6。 （2）气象代表性的误差影响较为复杂，它受到测线周围的地形、地物 和地表情况以及气象条件诸因素的影响。为了削弱这方面的影响，选点 时应注意地形条件，尽量避免测线两端高差过大的情况，避免视线擦过 水域。观测时，应选择在空气能充分调和的有微凤的天气或温度比较稳 定的阴天。必要时，可加测测线中间点的温度。 （3）气象代表性

47、的误差影响，在不同的时间（如白天与黑夜），不同 的天气（如阴天和晴天），具有一定的偶然性，有相互抵消的作用。因 此，采取不同气象条件下的多次观测取平均值，也能进一步地削弱气象 代表性的误差影响。 / /292959 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 固定误差的影响固定误差的影响 ： 对中误差对中误差 在控制测量中，一般要求对中误差在在控制测量中，一般要求对中误差在3mm3mm以下，要求归心误差以下，要求归心误差 在在5mm5mm左右。但在精密短程测距时，由于精度要求高，必须采用强左右。但在精密短程测距时，由于精度要求高，必须采用强 制归心方法，最大限度地削弱此项误差影响

48、。制归心方法，最大限度地削弱此项误差影响。 1对中误差对中误差 对于对中或归心误差的限制，在控制测量中，一般要求对中误差在对于对中或归心误差的限制，在控制测量中，一般要求对中误差在3mm 以下，要求归心误差在以下，要求归心误差在5mm左右。但在精密短程测距时，由于精度要求高，左右。但在精密短程测距时，由于精度要求高， 必须采用强制归心方法，最大限度地削弱此项误差影响。必须采用强制归心方法，最大限度地削弱此项误差影响。 2仪器加常数误差仪器加常数误差 仪器加常数误差包括在已知线上检定时的测定误差和由于机内光电器件仪器加常数误差包括在已知线上检定时的测定误差和由于机内光电器件 的老化变质和变位而产

49、生加常数变更的影响。通常要求加常数测定误差的老化变质和变位而产生加常数变更的影响。通常要求加常数测定误差 0.5，此处为仪器设计（标称）的偶然中误差。对于仪器加常数变更的影，此处为仪器设计（标称）的偶然中误差。对于仪器加常数变更的影 响，则应经常对加常数进行及时检测，予以发现并改用新的加常数来避免响，则应经常对加常数进行及时检测，予以发现并改用新的加常数来避免 这种影响。同时，要注意仪器的保养和安全运输，以减少仪器光电器件的这种影响。同时，要注意仪器的保养和安全运输，以减少仪器光电器件的 变质和变位，从而减少仪器加常数可能出现的变更。变质和变位，从而减少仪器加常数可能出现的变更。 返回本章目录

50、 / /292960 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 测相误差测相误差 包括测相设备本身的误差包括测相设备本身的误差 ，幅相误差，幅相误差 ，照准误，照准误 差差 ，信噪比引起的误差，周期误差，信噪比引起的误差，周期误差 。 这些误差有测相设备本身的误差，内外光路光强相差这些误差有测相设备本身的误差，内外光路光强相差 悬殊而产生的幅相误差，发射光照准部位改变所致的悬殊而产生的幅相误差，发射光照准部位改变所致的 照准误差以及仪器信噪比引起的误差。此外，由仪器照准误差以及仪器信噪比引起的误差。此外，由仪器 内部的固定干扰信号而引起的周期误差也在测相结果内部的固定干扰信号而

51、引起的周期误差也在测相结果 中反映出来中反映出来。 / /292961 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 （1）测相设备本身的误差 目前常用方法有移相鉴相平衡测相法和自动数字测相法两种。 当采用移相鉴相平衡测相法时，测相设备本身的误差与 电感移相器的质量，读数装置的正确性以及鉴相器的灵敏度等有 关。其中电感移相器与机械计数器是联动的，由于移相器电路元 件的变化和非线性误差影响，以及鉴相器的不灵敏，使机械计数 器的读数与应有值不符，而产生测相误差，对此，必须提高移相 器和鉴相器本身的质量。测距时，我们采用内外光路的多次交替 观测，这样可以消除相位零点的漂移，提高测相精度。

52、 当采用自动数字测相法时，数字相位计本身的误差与检相电 路的时间分辨率、时间脉冲频率，以及一次测相的检相次数有关。 一般来说，检相触发器和门电路的启闭愈灵敏，时标脉冲的频率 愈高，则测相精度愈高，这自然和设备的质量有关。测相的灵敏 度还与信号的强弱有关，而信号的强弱又与大气能见度、反光镜 大小等因素有关。所以选择良好的大气条件配置适当的反光镜， 也可以减少数字相位计产生的测相误差。 / /292962 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 （2）幅相误差 由信号幅度变化而引起的测距误差称为幅相误差。 产生的原因是由于放大电路有畸变或检相电路有缺陷， 当信号强弱不同时，使移相

53、量发生变化而影响测距结 果，这种误差有时达12cm。为了减小幅相误差，除 了在制造工艺上改善电路系统外，尽量使内外光路信 号强度大致相当。一般内光路光强调好后是不大改变 的，因而必须对外光路接收信号作适当的调整，为此 在机内设置了自动增益控制电路，还专门设置了手动 减光板等设备，供作业时随时调节接收信号强度，使 内外光路接收信号接近。通过这种措施，幅相误差可 望小于5mm。 / /292963 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 （3）照准误差 PKD*PKD* / /292964 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 （4）信噪比引起的误差 / /2

54、92965 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 （5）周期误差 所谓周期误差，是指按一定距离为周期而重复 出现的误差。它是由于机内同频串扰信号的干 扰而产生的。这种干扰主要由机内电信号的串 扰而产生。如发射信号通过电子开关，电源线 等通道或空间渠道的耦合串到接收部分，也可 能由光串扰产生，如内光路漏光而串到接收部 分。周期误差可采取测定其振幅和初相而在观 测值中加以改正来消除其影响。 / /292966 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 第五节光波测距仪的检验第五节光波测距仪的检验 功能检视：查看仪器各组成部分的功能是否功能检视：查看仪器各组成部分

55、的功能是否 正常；正常； 三轴关系正确性的检校：对于同轴系统，则三轴关系正确性的检校：对于同轴系统，则 检验其一致性，对异轴系统，则检验其平行性；检验其一致性，对异轴系统，则检验其平行性； 发光管相位均匀性发光管相位均匀性(照准误差照准误差)的测定；的测定； 幅相误差的测定；幅相误差的测定； 周期误差的测定；周期误差的测定； / /292967 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 第五节光波测距仪的检验第五节光波测距仪的检验 加常数的测定；加常数的测定； 乘常数乘常数(包括品振频率包括品振频率)的测定；的测定； 内部、外部符合精度的检验；内部、外部符合精度的检验； 适应性

56、能的检测：主要检测温度变化，工作电压变化对测适应性能的检测：主要检测温度变化，工作电压变化对测 距成果的影响。距成果的影响。 测程的检测。测程的检测。 / /292968 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 第五节 电磁波测距仪的检验 1电磁波测距仪加常数和乘数的测定高精度测距仪常用比较法测定 加常数和乘常数。 加常数：采用电磁波测距仪测得的距离与实际距离之间的常差 乘常数：3+2ppm这个2就是乘常数,由测距仪的频率偏移所引起的误差。 即事先选择地质情况稳定、地形平坦的地段，建立一条 比长基线。精确 丈量基线长度，其精度至少应比仪器标称精度高一倍。为了增加多余观 测，至

57、少应埋设6个观测墩，总长应在1000M左右，如下所示： 依次设站于1、2、3、4、5号观测墩，用被检定的仪器施测15个距离，将 测距仪的观测值与基线丈量值比较。可以获得15个观测方程依最小二乘 法求解，即可算得乘常数和加常数。 / /292969 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 第五节 电磁波测距仪的检验 2气象仪表之检定测边时所用气象仪表（阿斯曼通风干湿温度表及 空盒气压表）应定期送气象部门检验。于湿温度表每三年检验一次，气 压表每年检验一次。 空盒气压表检定的项目为： （1）补充订正值之检定（主要是由于指针安装不准确所引起的误差）。 （2）温度改正系数（由于温度变

58、化引起空盒弹性改变而造成的误差） 的检定。 （3）刻度改正值检定。 / /292970 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 第五节 电磁波测距仪的检验 注：空盒气压表之1）项订正值常因受震动而发生变化，故应配备 一个标准气压表，施测期间一律放在驻地，以免受到震动。野外所用气 压表在每期业务前后均应与标准气压表比较校准。野外气压表与标准气 压表读数经改正后的差值不大于3MM时，可加在野外表（1）项订正值上， 若 差 值 大 于 3 M M ， 则 该 野 外 表 应 送 气 象 部 门 重 新 检 定 。 通 风 干 湿 温 度 表 的 检 定 包 括 两 个 项 目 ：

59、（1）通风器之检定（通风器开动后四分钟；温度表球部风速不得小 于2MS，否则不得使用）。 （2）温度表刻划之检定 / /292971 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 第六节 精密导线测量 / /292972 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 第六节 精密导线测量 / /292973 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 第六节 精密导线测量 与水准仪测量类似，用全站仪代替水准仪进行高程测量时同 样存在棱镜沉降、仪器沉降的影响，观测时必须采取一定的措施 来减弱或消除。 棱镜沉降主要发生在仪器的转站过程中，提高观测速度、采用 往

60、返观测的方法也可以抵消部分影响。 仪器沉降主要发生在一个测回的观测过程中，在一个测站上要变 换仪器高观测两个测回，第二测回和第一测回采用相反的观测次 序，即“后前前后”或“前后后前”，可以有效的 减弱仪器沉降的影响。 觇标倾斜的影响与水准测量时水准尺的倾斜相似，只要仔细检验 对中杆上的圆水准气泡，在立杆时保证气泡居中就可以消除此影 响。 / /292974 甘肃工业职业技术学院甘肃工业职业技术学院 第5章光电测距 二、导线观测 1、角度观测 1)观测前应先检验仪器，发现仪器有误差应立即进行校正，并采 用盘左、盘右取平均值和用十字丝交点照准等方法，减小和消除 仪器误差对观测结果的影响。 (2)安