精密测距改正课件

1、精密测距改正PPT课件测量工程与装备系测量工程与装备系: : 范范 百百 兴兴20212021年年1111月月2222日日精密测距改正PPT课件本次课程主要内容本次课程主要内容一、测距误差分析一、测距误差分析 测距误差分析测距误差分析 电磁波测距与大气电磁波测距与大气 大气折射率误差大气折射率误差 测距频率误差测距频率误差 相位测量误差相位测量误差 周期误差周期误差 仪器常数改正误差仪器常数改正误差 测距误差表述方式测距误差表述方式 二、测距成果改正二、测距成果改正 速度改正速度改正 斜距系统改正斜距系统改正 斜平改正斜平改正 几何改正几何改正 投影改正投影改正精密测距改正PPT课件设经过系统

2、误差改正后的斜距边长为：设经过系统误差改正后的斜距边长为： CDNfncD)2(4对上式作全微分得：对上式作全微分得：CCDdDDdDdnfDdnnDdDnDNfncnD)2(42fDNnfcfD)2(4244fncD1CDD公式中各项取值为：公式中各项取值为： 4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计一、测距误差分析一、测距误差分析 精密测距改正PPT课件)16()()()4()()(222222222222222cDfnDcfnDmmDfmnmmmmfDmnDm根据误差传播定理可得测距误差表达式：根据误差传播定理可得测距误差表达式： 引起测距误差的误差来源有：引起测距误差的误

3、差来源有：折射率误差、测距频率误折射率误差、测距频率误差、相位差测量误差、仪器加常数检定误差差、相位差测量误差、仪器加常数检定误差。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 比例误差：比例误差： 对测距误差的影响与被测距离成比例关系对测距误差的影响与被测距离成比例关系 固定误差：固定误差： 与被测距离大小无关，与被测距离大小无关，精密测距改正PPT课件 气象改正的原因气象改正的原因 为了唯一确定测尺频率，厂家在设计制造测距仪时，需选为了唯一确定测尺频率，厂家在设计制造测距仪时，需选定某一气象条件为定某一气象条件为基准气象条件基准气象条件，由此导出的大气折射率为，由此导出的大气折射

4、率为基基准折射率准折射率。当实际大气折射率和基准折射率有差异时，就产生。当实际大气折射率和基准折射率有差异时，就产生了了气象改正气象改正。 气象改正公式气象改正公式 nnnDnnnfncfncfncDDDn 00000444实际大气折射率值接近于实际大气折射率值接近于1 1，上式可简化为，上式可简化为：)(0nnDDn气象改正后的距离值：气象改正后的距离值： DDDDn4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计二、电磁波测距与大气二、电磁波测距与大气气象改正气象改正概述概述精密测距改正PPT课件二、电磁波测距与大气二、电磁波测距与大气q 大气对电磁波测距的影响大气对电磁波测距的影响

5、: 电磁波在大气中的传播速度小于在真空的传播速度电磁波在大气中的传播速度小于在真空的传播速度 电磁波传播的波道弯曲电磁波传播的波道弯曲,使测量距离过长使测量距离过长 q 必须解决两个问题必须解决两个问题 实际测量条件下电磁波的传播速度实际测量条件下电磁波的传播速度 尽可能消除波道弯曲尽可能消除波道弯曲q 原因原因: 电磁波测距是在非真空条件下进行的电磁波测距是在非真空条件下进行的,而气象参数对电磁波的传播有显而气象参数对电磁波的传播有显著影响著影响4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计气象改正气象改正概述概述精密测距改正PPT课件辐射衰减的辐射衰减的Bouguer公式公式:DD

6、eII)(0大气衰减系数和能见度的关系大气衰减系数和能见度的关系: :相关的常数和为为波长（微米），其中SqSq0,55. 091. 30成立的情况下，在V91.3155.0能见度不同能见度不同,衰减系数公式不同衰减系数公式不同:例如当小于例如当小于6km时时:31585.055.091.3SS4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 电磁波的传播规律电磁波的传播规律精密测距改正PPT课件其中：其中：n为大气折射率为大气折射率, ,是大气成分、气象参数是大气成分、气象参数( (气压气压, ,温度温度, ,湿度湿度) )和波长等综合作用的结果。和波长等综合作用的结果。电磁波在大气中

7、的传播速度：电磁波在大气中的传播速度：ncc04.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 电磁波的折射规律电磁波的折射规律42610)1(CBAn计算计算色散关系的柯希公式色散关系的柯希公式: :精密测距改正PPT课件81015 . 5760111tePtnng第十三届国际大地测量与地球物理年会推荐的第十三届国际大地测量与地球物理年会推荐的巴热尔巴热尔希希尔斯公式尔斯公式: :4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 电磁波的折射规律电磁波的折射规律式中：式中： t- 实际大气干温，单位实际大气干温，单位 C； P- 实际大气压，单位实际大气压，单位mmHg； e-

8、实际水汽压，单位实际水汽压，单位mmHg。 =1/273.16 ，为空气膨胀系数；为空气膨胀系数； ng- 标准气象条件标准气象条件调制光的折射率，调制光的折射率，精密测距改正PPT课件式中：式中： -单色光波长，单位微米（单色光波长，单位微米（ m）；）； n -单色非调制光在标准气象条件下的折射率单色非调制光在标准气象条件下的折射率4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 电磁波的折射规律电磁波的折射规律标准气象条件标准气象条件的计算公式为：的计算公式为：ddnnng(1)427136. 0288.1604.287610) 1(nn 计算公式由（计算公式由（Barrell-S

9、earsBarrell-Sears）给出：给出： (2)精密测距改正PPT课件对公式对公式(2)求微分可以得到：求微分可以得到：75310)136. 04288.162(ddn（3）把(2),(3)代入(1)式，有: 74210)136. 05288.16304.2876(1gn（4） 若已知全站仪的测距载波波长，由（若已知全站仪的测距载波波长，由（4 4）式即可得到标准折）式即可得到标准折射率，从而进一步得到实际大气折射率的一般公式：射率，从而进一步得到实际大气折射率的一般公式：6210)110126. 4129065. 0(1tetPn从而，从而，DD 可求，即可对距离观测值进行气象改正。

10、可求，即可对距离观测值进行气象改正。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件 在实际气象参数测量中，经常需要测量干温、湿温和大在实际气象参数测量中，经常需要测量干温、湿温和大气压强，在进行气象改正时常存在以下问题：气压强，在进行气象改正时常存在以下问题：q 需要由干温、湿温转换为蒸汽压强；需要由干温、湿温转换为蒸汽压强；q 大气压强不同单位的换算、以及改正公式的变化。大气压强不同单位的换算、以及改正公式的变化。q 水气压的计算；水气压的计算；q 气象参数的测定误差及测定方法气象参数的测定误差及测定方法4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 气

11、象参数的测量气象参数的测量 气象参数概述气象参数概述精密测距改正PPT课件 气压的测定气压的测定 采用气压计采用气压计,精度要求高于精度要求高于1mbar 1mmHg = 1.33322mb 4/3 mb 1mb = 100 Pa 温度和湿度温度和湿度 采用干湿球温度计采用干湿球温度计,精度要求高于精度要求高于0.1 C，干湿温度和水干湿温度和水汽压之间的转换汽压之间的转换(温度在温度在-10-10 C C +50 +50 C C湿湿 球未结冰球未结冰 ) ttaePttteea3 .2375 . 710107. 6)001146. 01)(000662. 04.13 测距测距误差误差分析及精

12、度估计分析及精度估计 气象参数的测量气象参数的测量精密测距改正PPT课件 饱和水汽压（饱和水汽压（E E）和相对湿度（和相对湿度（h h） (温度在温度在-10-10 C C +50 +50 C C湿湿 球未结冰球未结冰 )EehttxEx7857. 03 .2375 . 710 在温度在在温度在+10+10 C C -15 -15 C C湿球结冰的条件下湿球结冰的条件下, ,水汽压（水汽压（e）的的计算：计算：Ptte00294. 021981. 011177. 000068. 02饱和水汽压（饱和水汽压（E E）和相对湿度（和相对湿度（h h）的计算和第一种条件相同的计算和第一种条件相同

13、4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件 温度的变化规律温度的变化规律 日出后，地面温度随太阳辐射的增强升高，地面的长波辐射也日出后，地面温度随太阳辐射的增强升高，地面的长波辐射也增强，大气吸收了地面的长波辐射，气温也跟着上升。正午太阳辐增强，大气吸收了地面的长波辐射，气温也跟着上升。正午太阳辐射达到最强并随后开始减弱，但地面长波辐射继续加强，气温继续射达到最强并随后开始减弱，但地面长波辐射继续加强，气温继续升高。每日的最高气温出现在升高。每日的最高气温出现在午后两点左右午后两点左右。白天日照强烈，气温白天日照强烈，气温差异大，晚上气温相对变化平稳。差异大，

14、晚上气温相对变化平稳。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 气象参数的变化气象参数的变化精密测距改正PPT课件 气压的变化规律气压的变化规律 气压的变化与大气密度相关，大气的密度与气温有着很强的相关性。气气压的变化与大气密度相关，大气的密度与气温有着很强的相关性。气压分别在正午和午夜左右出现高峰值，正午前后气压的变化比较缓和，午夜压分别在正午和午夜左右出现高峰值，正午前后气压的变化比较缓和，午夜前后变化剧烈，日落前后气压较低。气压的变化周期大约为前后变化剧烈，日落前后气压较低。气压的变化周期大约为12个小时。个小时。6点点左右和晚上左右和晚上23点是气压的最低点，同时也是气压

15、的点是气压的最低点，同时也是气压的逆转点逆转点，实践表明，郑，实践表明，郑州地区在正午州地区在正午12点和晚上点和晚上23点左右，气压达到最高值。点左右，气压达到最高值。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件 湿温的变化规律湿温的变化规律 湿温的变化和温度的趋势基本一致，但是湿温的测量精度湿温的变化和温度的趋势基本一致，但是湿温的测量精度很低，受人工操作的影响非常大。以干湿球温度计为例，风扇很低，受人工操作的影响非常大。以干湿球温度计为例，风扇的转速、转动时间、温度计的悬挂高度、加水的时间及加水的的转速、转动时间、温度计的悬挂高度、加水的时间及加水的温度都

16、直接影响着测量精度。温度都直接影响着测量精度。 测距仪精度的不断提高，凸显出气象误差对测距精度的影测距仪精度的不断提高，凸显出气象误差对测距精度的影响，而问题又归结为气象参数测量的准确与否。可以预见，在响，而问题又归结为气象参数测量的准确与否。可以预见，在距离测量改正中，气象传感器必然得到广泛应用。距离测量改正中，气象传感器必然得到广泛应用。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件v 由于整条测线的大气参数无法准确获得由于整条测线的大气参数无法准确获得, ,因此常沿测线测定因此常沿测线测定 若干点的气象元素若干点的气象元素, ,并参照相关模型并参照相关模型(

17、 (线性模型线性模型 抛物线模型抛物线模型 指数模型等指数模型等) )计算整条测线的折射率计算整条测线的折射率. .平均折射率平均折射率DxdxnDn0)(1v 一般是取测线两端或测线上若干点的气象元素的平均值作为一般是取测线两端或测线上若干点的气象元素的平均值作为 平均气象参数计算折射率平均气象参数计算折射率, ,由此造成了由此造成了气象代表性误差气象代表性误差. .v 气象参数及折射模型是影响野外电磁波测距精度的主要因素气象参数及折射模型是影响野外电磁波测距精度的主要因素.4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 电磁波测距的气象改正电磁波测距的气象改正精密测距改正PPT课件

18、 以以TCA2003全站仪为例，其载波波长为全站仪为例，其载波波长为0.85m ，标准标准气象条件：气象条件：t0=12 C、P0=1013.25mb、h0=60 (t 0=8.3 C)，基准折射率基准折射率n0=1.0002818，则其气象改正公式：则其气象改正公式：10110126.4129065.08 .2814xthtPD 气象元素对气象元素对测距误差的改正：测距误差的改正： 温度变化为时1 ，每公里的改正数约变化1mm； 气压变化1mbar时，每公里的改正数约变化0.3mm 湿温变化为时1 ，每公里的改正数约变化0.001mm4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 电

19、磁波测距的气象改正电磁波测距的气象改正精密测距改正PPT课件 10 10月月1616日在基线场进行了日在基线场进行了1212小时小时（7：3019：30）连续测距实验，连续测距实验，处理结果如图所示，测量过程由机载程序自动控制。处理结果如图所示，测量过程由机载程序自动控制。D36=575.392m 在在600600米距离上，距离中误差为米距离上，距离中误差为5.7 5.7 mmmm，经过气象改正后中误差提高到经过气象改正后中误差提高到0.9 0.9 mmmm 4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件 不同测距仪的标准气象条件不同测距仪的标准气象条件 仪器温度

20、压强湿温/湿度/水蒸气压徕卡(科恩)12C1013.25mbar8.3C( 60) 天宝（捷创力） 20C1013.25mbar60Jena(东德)15C987mbar13mbar拓普康15 C1013.25mbar60 在进行测距仪在进行测距仪/全站仪的气象改正时全站仪的气象改正时,一定要准确得到气象改一定要准确得到气象改正公式正公式,包括该仪器的标准气象参数包括该仪器的标准气象参数,测距测距 的波长等的波长等.4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 电磁波测距的气象改正电磁波测距的气象改正精密测距改正PPT课件三、大气折射率误差三、大气折射率误差 1 1公式误差公式误差 大

21、气折射率计算公式为经验公式，本身具有一定的误差，大气折射率计算公式为经验公式，本身具有一定的误差，一般小于一般小于1 1 1010-6-6，可以忽略不计。，可以忽略不计。2 2气象元素测定误差气象元素测定误差226222226216.2731027.11)16.273(2695880. 0) 1()16.273(1027.112695880. 0) 1(ePgtgnmtmtnmtePnm4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计为了定量计算气象参数对大气折射率的影响，引入实例数据：为了定量计算气象参数对大气折射率的影响，引入实例数据：mbembPCtnog0 .10,0 .1010

22、,0 .20,0002948.1精密测距改正PPT课件则可得到：则可得到：62222221004. 027. 093. 0ePtnmmmm按等精度影响原则：按等精度影响原则： ,0 . 1,0 . 1,0 . 1mbmmbmCmepot 经计算可知：温度测定误差所占比重最大，为经计算可知：温度测定误差所占比重最大，为92%92%；大气压测定误差次；大气压测定误差次之，为之，为7.8%7.8%；湿度（水汽压）最小，仅为；湿度（水汽压）最小，仅为0.2%0.2%。因此，保证。因此，保证大气温度的测定大气温度的测定精度精度是关键；在短程测距中，可以不考虑湿度的影响，一般来说，是关键；在短程测距中，可

23、以不考虑湿度的影响，一般来说，温度变化温度变化1.01.0，或气压变化，或气压变化4.04.0mbmb，将引起约将引起约1 1 1010-6-6的折射率变化的折射率变化。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件 目前，配合全站仪野外作业的气象设备主要为目前，配合全站仪野外作业的气象设备主要为通风干湿通风干湿温度计和空盒气压计温度计和空盒气压计，其气象元素的测定误差一般为：，其气象元素的测定误差一般为：mb5 . 0mb5 . 05 . 0ePtmmm，662222221048. 0105 . 004. 05 . 027. 05 . 093. 0nm气象元素测

24、定误差引起的大气折射率误差：气象元素测定误差引起的大气折射率误差：4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件 计算大气折射率采用的气象元素理论上应该是测距光波信号在测线计算大气折射率采用的气象元素理论上应该是测距光波信号在测线沿线上无数个气象元素的沿线上无数个气象元素的积分平均值积分平均值。显然该积分平均值在实际测量中。显然该积分平均值在实际测量中难以得到。全站仪野外距离测量时，通常采用测线两端的难以得到。全站仪野外距离测量时，通常采用测线两端的气象元素平均气象元素平均值值（有时甚至只采用测站的气象元素）代替积分平均值，由此产生的大（有时甚至只采用测站的气象元

25、素）代替积分平均值，由此产生的大气折射率求定误差称之为气折射率求定误差称之为气象代表误差气象代表误差。 气象代表性误差与测线地形地貌、距离远近和观测时的气候条件等气象代表性误差与测线地形地貌、距离远近和观测时的气候条件等因素密切相关，并且这些因素往往难以控制，因此气象代表误差是大气因素密切相关，并且这些因素往往难以控制，因此气象代表误差是大气折射率求定误差中的主要误差，也是影响野外测距精度的主要因素。折射率求定误差中的主要误差，也是影响野外测距精度的主要因素。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计3 3气象代表性误差气象代表性误差精密测距改正PPT课件 温度分布规律温度分布规律

26、q 温度场分布复杂多变温度场分布复杂多变q 等温层与地表面近似平行等温层与地表面近似平行q 在高空分布较均匀，且随高度的增加而下降。在高空分布较均匀，且随高度的增加而下降。q 在近地表层，因受地表热辐射的影响昼夜变化较大。在近地表层，因受地表热辐射的影响昼夜变化较大。q 白天：白天：地面的空气层受热，温度随高度增加成对数下降，形成温度地面的空气层受热，温度随高度增加成对数下降，形成温度 垂直梯度为负的分布规律；垂直梯度为负的分布规律；q 夜晚：夜晚：地表温度开始下降，其下降速度快于地面空气层，这样地表就地表温度开始下降，其下降速度快于地面空气层，这样地表就 要从近地面空气层吸收热量，造成近地面

27、温度低，远离地面温度升高要从近地面空气层吸收热量，造成近地面温度低，远离地面温度升高 的现象，形成温度垂直梯度为正的分布规律。的现象，形成温度垂直梯度为正的分布规律。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计气象参数分布规律气象参数分布规律精密测距改正PPT课件等温层分布示意图高度高度h温度温度t高空高空近地层近地层（a：白天）白天）（b：晚上）晚上）近地层温度梯度分布近地层温度梯度分布4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计周日变化和周年变化：周日变化和周年变化： 温度的分布很大程度上取决于阳光的照射，而阳光照射的温度的分布很大程度上取决于阳光的照射，而阳光照射的强

28、度首先取决于太阳的高度。太阳的高度在一天之内是不断变强度首先取决于太阳的高度。太阳的高度在一天之内是不断变化的，随季节不同也有所不同。化的，随季节不同也有所不同。精密测距改正PPT课件 气压分布规律气压分布规律 大气压代表水平面上单位面积空气柱的总重量，随高度的增加减小：大气压代表水平面上单位面积空气柱的总重量，随高度的增加减小： hRTghmePP0 大气压力的分布可以近似认为高度的等面结构，其垂直分布的规律随高大气压力的分布可以近似认为高度的等面结构，其垂直分布的规律随高度增加按指数减小。度增加按指数减小。 大气压的分布与温度有关。因此大气压的分布与温度有关。因此温度的周日变化温度的周日变

29、化规律无疑会引起气压也规律无疑会引起气压也有有周日变化规律周日变化规律。气压周日变化振幅在赤道约为。气压周日变化振幅在赤道约为3 3mbmb，在纬度小于在纬度小于5050的地的地方小于方小于1 1mbmb。当然，大气压还有非周期性变化的因素，其影响往往比周期性当然，大气压还有非周期性变化的因素，其影响往往比周期性影响还大。影响还大。式中：式中：Tm 高度为高度为h时的大气压；时的大气压； Ph 高度为零时的大气压；高度为零时的大气压； P0 重力加速度（重力加速度（980.6cm/s2）；）； g 气体常数（气体常数（287 106尔格尔格/克克度）；度）； R 不同高度的空气平均温度。不同高

30、度的空气平均温度。 4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件 湿度分布规律湿度分布规律 大气中的水汽含量大部分来自于海水蒸发，再经过大气的大气中的水汽含量大部分来自于海水蒸发，再经过大气的水平流动而到达大陆。另外一小部分是内陆本身蒸发所致。在水平流动而到达大陆。另外一小部分是内陆本身蒸发所致。在任何温度下都有水汽蒸发，但蒸发量随温度的升高和风力的增任何温度下都有水汽蒸发，但蒸发量随温度的升高和风力的增大而增加。显然温度的周日变化，也引起空气中湿度的周日变大而增加。显然温度的周日变化，也引起空气中湿度的周日变化，其变化幅度与地面植被等条件因素有关。化，其变化幅

31、度与地面植被等条件因素有关。 有关资料表明：有关资料表明：湿度随高度的增加按指数减少，且其速度湿度随高度的增加按指数减少，且其速度远快于大气压远快于大气压。但到了。但到了高空渐趋稳定高空渐趋稳定，在更高的空气层（约，在更高的空气层（约300300m m以上），因不受地面对流的影响，其变化量更小。以上），因不受地面对流的影响，其变化量更小。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件 气象元素的分布规律气象元素的分布规律（a a）温度等温面大致与地面平行，其近地层温度垂直分布温度等温面大致与地面平行，其近地层温度垂直分布梯度白天为负，夜间为正。梯度白天为负，夜间为

32、正。（b b）大气压力、湿度的分布随高度的增加按指数规律减小大气压力、湿度的分布随高度的增加按指数规律减小，湿度的减小速率远快于压力。，湿度的减小速率远快于压力。（c c）气象元素（气象元素（t、P、e）均有周日变化的规律。均有周日变化的规律。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件（1 1）选择相应精度的气象仪器）选择相应精度的气象仪器 依据测距精度严格按照相应的测距规范的要求进行操作和依据测距精度严格按照相应的测距规范的要求进行操作和获取数据。获取数据。（2 2）合理选择测线）合理选择测线 测线两端高差不宜过大，测线沿线的地形地貌、植被覆测线两端高差不宜

33、过大，测线沿线的地形地貌、植被覆盖条件应趋于一致。在长边或地形、地物较复杂的测线，必要盖条件应趋于一致。在长边或地形、地物较复杂的测线，必要时应在测线两端或在测线中间加测气象。时应在测线两端或在测线中间加测气象。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 5 5减弱折射率求定误差的措施减弱折射率求定误差的措施精密测距改正PPT课件（3 3）合理地选择观测时间）合理地选择观测时间 距离观测分配在上午、下午，或白天、晚上多时段进行，最后取中数距离观测分配在上午、下午，或白天、晚上多时段进行，最后取中数的结果可在很大的程度上抵偿气象代表性误差的影响。阴天中的全天都是的结果可在很大的程度上

34、抵偿气象代表性误差的影响。阴天中的全天都是是最佳的野外观测时间。是最佳的野外观测时间。 在在逆转点逆转点时刻不同高度上不存在温差，因此温度代表性误差最小，这时刻不同高度上不存在温差，因此温度代表性误差最小，这就是一天中的最佳观测时刻就是一天中的最佳观测时刻, ,在每天日出后在每天日出后2 2小时和日落前小时和日落前2 2小时的时间段内小时的时间段内。实践表明，考虑大气透明度等因素，每天下午。实践表明，考虑大气透明度等因素，每天下午1717时至天黑前，是全站仪时至天黑前，是全站仪外业较好的作业时间。外业较好的作业时间。（4 4）周日观测）周日观测 在一天的白天、黑夜中均匀分布若干时刻进行在一天的

35、白天、黑夜中均匀分布若干时刻进行周日观测周日观测，并在地形相，并在地形相似的基准边上似的基准边上实时差分求得气象改正参数实时差分求得气象改正参数，通过取其中数的方法可非常有，通过取其中数的方法可非常有效地减弱气象代表性误差对距离测量的影响。效地减弱气象代表性误差对距离测量的影响。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件 测量原理测量原理 测量已知基线值，利用测量值和观测值求出气象比例改正系数 ，然后对观测距离进行改正。 测量精度测量精度 在短时间内忽略大气条件变化的影响，在短时间内忽略大气条件变化的影响，TCA2003TCA2003全站仪在全站仪在14014

36、0m m距离上距离上ATRATR的坐标测量精度可达到的坐标测量精度可达到0.20.2mmmm。 测量特点：测量特点： 基线和测距边的情况（长度、距离、视线穿越德地物基线和测距边的情况（长度、距离、视线穿越德地物地貌、测量时间等）越接近，测量精度越高。地貌、测量时间等）越接近，测量精度越高。didjdj00JJJddddijiidddd06 6距离差分距离差分4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件四、测距频率误差四、测距频率误差 频率校准误差频率校准误差 即频率的准确度，优于即频率的准确度，优于1 11010-7-7。因此经过测距频率校准后的全站仪，。因此经

37、过测距频率校准后的全站仪，此项误差可忽略不计。此项误差可忽略不计。频率漂移误差频率漂移误差 即频率的稳定度，是频率误差的主要因素，受振荡器元器件老化、温度即频率的稳定度，是频率误差的主要因素，受振荡器元器件老化、温度变化、电源电压变化等因素引起，此项误差的大小取决于仪器的质量，一般变化、电源电压变化等因素引起，此项误差的大小取决于仪器的质量，一般要求年漂移量不超过五百万分之一。要求年漂移量不超过五百万分之一。 在精度要求很高的边长测量中，常常采用在精度要求很高的边长测量中，常常采用边频同测边频同测的办法，即在测距的的办法，即在测距的同时，也测量测距信号的频率，用该实测频率进行实时改正，以控制频

38、率漂同时，也测量测距信号的频率，用该实测频率进行实时改正，以控制频率漂移误差的影响。移误差的影响。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 1 1测距频率测距频率误差来源误差来源精密测距改正PPT课件 环境气象条件的变化，特别是温度的变化，将直接影响晶体振荡器的环境气象条件的变化，特别是温度的变化，将直接影响晶体振荡器的稳定，稳定，主要解决方法有：主要解决方法有： 采用温度补偿晶体振荡器采用温度补偿晶体振荡器 当温度变化时，温补网络里热敏电阻引起的频率变化量与晶体振荡器当温度变化时，温补网络里热敏电阻引起的频率变化量与晶体振荡器的频率变化量近似相等且符号相反，使振荡器在一个恒定的

39、温度环境中工的频率变化量近似相等且符号相反，使振荡器在一个恒定的温度环境中工作，从而提高频率的稳定度。作，从而提高频率的稳定度。 采用频率综合和锁相技术采用频率综合和锁相技术 在采用高稳定温补晶体振荡器的基础上，用频率合成的方法得到所有在采用高稳定温补晶体振荡器的基础上，用频率合成的方法得到所有需要的频率，如精测、粗测频率。主、本振频率等。使各个频率之间严格需要的频率，如精测、粗测频率。主、本振频率等。使各个频率之间严格相关，并具有与温补晶振相同的频率稳定度。相关，并具有与温补晶振相同的频率稳定度。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 2 2减弱频率误差的措施减弱频率误差的措

40、施精密测距改正PPT课件 晶振器件老化晶振器件老化 一般来说，晶振器件在使用初期老化进程最快，约为一般来说，晶振器件在使用初期老化进程最快，约为3 10-6-6。为了不把。为了不把这种变化带给实际使用过程中，工厂在仪器制造时，先进行晶体老化工作这种变化带给实际使用过程中，工厂在仪器制造时，先进行晶体老化工作。这样在仪器投入使用后，老化进程将变得极为缓慢，一般小于。这样在仪器投入使用后，老化进程将变得极为缓慢，一般小于1 1 10-6-6。 动态频率校正技术动态频率校正技术 动态频率校正技术是徕卡全站仪或测距仪对测距频率进行控制的专用动态频率校正技术是徕卡全站仪或测距仪对测距频率进行控制的专用技

41、术，其工作原理可参考教材。技术，其工作原理可参考教材。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 2 2减弱频率误差的措施减弱频率误差的措施精密测距改正PPT课件 由于仪器本身的测相误差和外界条件变化引起的相位测量误差，它由于仪器本身的测相误差和外界条件变化引起的相位测量误差，它是决定仪器测距精度的主要因素之一，是决定仪器测距精度的主要因素之一，1 1仪器相位计测相误差仪器相位计测相误差 相位计对相位测量的最小分辨率具有一定的限制；相位计对相位测量的最小分辨率具有一定的限制； 电路的稳定性电路的稳定性 例如在较好的外部条件下，当全站仪对某短距离进行重复测量时，例如在较好的外部条件下

42、，当全站仪对某短距离进行重复测量时，其读数尾数的变化主要就是仪器相位计测相误差影响的结果。其读数尾数的变化主要就是仪器相位计测相误差影响的结果。五、相位测量误差、相位测量误差4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件2 2幅相误差幅相误差 因测距信号幅度变化引起的测距误差称为幅相误差。因测距信号幅度变化引起的测距误差称为幅相误差。 相位测量前需先用整形电平将发射或接收到的正弦信号转化为方波相位测量前需先用整形电平将发射或接收到的正弦信号转化为方波信号。由于光强的不同，用同一整形电平将其转化为方波，显然产生了信号。由于光强的不同，用同一整形电平将其转化为方波，显

43、然产生了一个相移差，从而引起相位误差。一个相移差，从而引起相位误差。整形电平整形电平ememememtttV 由于被测距离长短变化及大气的由于被测距离长短变化及大气的复杂性，测距接收信号的幅度变化总复杂性，测距接收信号的幅度变化总是存在。为了减弱由此产生的幅相误是存在。为了减弱由此产生的幅相误差的影响，在全站仪的发射和接收系差的影响，在全站仪的发射和接收系统中安置统中安置自动减光装置自动减光装置，不论距离长，不论距离长短、大气条件如何变化，始终把其内短、大气条件如何变化，始终把其内、外光路测量时光电管接收到的测距、外光路测量时光电管接收到的测距信号保持在一定范围之内。信号保持在一定范围之内。4

44、.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件3 3发光管相位不均匀性误差发光管相位不均匀性误差 发光管实质上是一个面光源，当测距调制信号加到发光管上时，其发光发光管实质上是一个面光源，当测距调制信号加到发光管上时，其发光面上多个发光点并不是同步响应，存在面上多个发光点并不是同步响应，存在“时滞效应时滞效应”，使得不同点发出的调，使得不同点发出的调制光信号相位不一致。发光管制光信号相位不一致。发光管A A点发光相位与测距调制信号一致，但点发光相位与测距调制信号一致，但B B点发光点发光相位明显滞后，因此分别用相位明显滞后，因此分别用A A光与光与B B光测相存在相位

45、误差。这种由于发光管相光测相存在相位误差。这种由于发光管相位不均匀性引起的测相误差称为位不均匀性引起的测相误差称为发光管相位不均匀性误差发光管相位不均匀性误差。发光管发光管AButtt调制信号调制信号A光光B光光4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件 由于发射光有一定的张角，在不同的距离上反射棱镜截取光斑的大小由于发射光有一定的张角，在不同的距离上反射棱镜截取光斑的大小不同，或由于照准误差的影响，反射棱镜可能随机反射不同光斑。因不同不同，或由于照准误差的影响，反射棱镜可能随机反射不同光斑。因不同光斑存在相位不均匀性，由此产生测相误差。因此发光管相位不均匀性

46、误光斑存在相位不均匀性，由此产生测相误差。因此发光管相位不均匀性误差通常由照准误差表现出来。早期仪器的发光管相位不均匀性误差可达厘差通常由照准误差表现出来。早期仪器的发光管相位不均匀性误差可达厘米级。米级。发光面发光面棱镜棱镜a. 不同距离的照准误差不同距离的照准误差b. 不同部位的照准误差不同部位的照准误差棱镜棱镜 利用利用“电照准电照准”的方法可减弱发光管相位不均匀性误差的影响：在用的方法可减弱发光管相位不均匀性误差的影响：在用望远镜十字丝照准目标棱镜后，打开全站仪测距信号强度检测的功能，通望远镜十字丝照准目标棱镜后，打开全站仪测距信号强度检测的功能，通过微动螺旋上下、左右调整仪器，寻找最

47、强的返回信号，然后再启动距离过微动螺旋上下、左右调整仪器，寻找最强的返回信号，然后再启动距离测量。因发光管最强发光区域是固定的，每次利用发光管最强发光区域进测量。因发光管最强发光区域是固定的，每次利用发光管最强发光区域进行测距，可有效减弱发光管相位不均匀性误差的影响。行测距，可有效减弱发光管相位不均匀性误差的影响。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件由于仪器内部光信号、电信号之间的窜扰所引起的随着被测距离的由于仪器内部光信号、电信号之间的窜扰所引起的随着被测距离的“尾尾数数”成周期性变化的误差，称为成周期性变化的误差，称为周期误差周期误差。 “ “尾数尾

48、数”是指小于一个精测尺是指小于一个精测尺长的那部分距离，因此周期误差的周期与仪器精测尺长一致。长的那部分距离，因此周期误差的周期与仪器精测尺长一致。 测距发射系统发出的调制光信号在射向棱镜端时，有一部分由于物镜测距发射系统发出的调制光信号在射向棱镜端时，有一部分由于物镜表面、光栏或减光板的反射、或通过内光路系统直接到达接收系统，从而表面、光栏或减光板的反射、或通过内光路系统直接到达接收系统，从而形成形成光信号窜扰光信号窜扰。同时，通过电子开关、电源线、放大器以及电磁场空间。同时，通过电子开关、电源线、放大器以及电磁场空间耦合等渠道，将引起电信号之间的窜扰。耦合等渠道，将引起电信号之间的窜扰。对

49、测距误差影响最严重的是与测对测距误差影响最严重的是与测距信号同频的窜扰信号。距信号同频的窜扰信号。 加强电路间的屏蔽，实现光路间的合理的隔离，是减弱周期误差影响加强电路间的屏蔽，实现光路间的合理的隔离，是减弱周期误差影响的基本途径。现代全站仪采用超大规模集成电路，有效控制了信号窜扰，的基本途径。现代全站仪采用超大规模集成电路，有效控制了信号窜扰，实际检测的周期误差幅值都较小，周期误差对距离测量的影响已大大减弱。实际检测的周期误差幅值都较小，周期误差对距离测量的影响已大大减弱。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计4 4周期误差周期误差精密测距改正PPT课件 仪器常数改正数是在野

50、外基线上通过六段比较法检定得来的。因检定仪器常数改正数是在野外基线上通过六段比较法检定得来的。因检定基线场一般都有较好的观测条件，要求检测仪器改正常数时，其测距中误基线场一般都有较好的观测条件，要求检测仪器改正常数时，其测距中误差要小于仪器标称中误差的二分之一。差要小于仪器标称中误差的二分之一。 另外，仪器改正常数在较多的多余观测条件下通过最小二乘平差求得，另外，仪器改正常数在较多的多余观测条件下通过最小二乘平差求得，具有较高的精度。仪器改正常数的检定误差值应小于常数值，一般为亚毫具有较高的精度。仪器改正常数的检定误差值应小于常数值，一般为亚毫米或毫米级，否则不宜用该仪器常数改正其他距离。米或

51、毫米级，否则不宜用该仪器常数改正其他距离。 检定基线本身距离的准确性对仪器常数测定，特别是乘常数的测定影检定基线本身距离的准确性对仪器常数测定，特别是乘常数的测定影响较大。因此对基线的量值溯源应提出较高的要求，否则同一全站仪在不响较大。因此对基线的量值溯源应提出较高的要求，否则同一全站仪在不同基线上可能检测出明显不同的加、乘常数该正数。同基线上可能检测出明显不同的加、乘常数该正数。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计六、仪器常数改正误差六、仪器常数改正误差精密测距改正PPT课件七、测距误差表述方式七、测距误差表述方式 全站仪测距误差公式：全站仪测距误差公式： )16()()(

52、22222222cDfnDmmDfmnmm式中：式中：A为为固定误差固定误差，B为为比例误差比例误差，D为被测距离。为被测距离。 上式虽不符合误差传播规律，但并未改变全站仪测距误差特性，并且比上式虽不符合误差传播规律，但并未改变全站仪测距误差特性，并且比较方便，被广泛采用。因（较方便，被广泛采用。因（2 2）式经平方后比（）式经平方后比（1 1）式多了）式多了“2“2abD”项，因项，因此（此（2 2）式中）式中a、b值要分别略小于（值要分别略小于（1 1）式中的）式中的A、B值。值。测距精度实际采用线性表达式：测距精度实际采用线性表达式：)(DbamD（2） 折射率误差折射率误差 、测距频率

53、误差、测距频率误差 与被测距离与被测距离成比例关系成比例关系；相位差测；相位差测量误差量误差 、仪器加常数检定误差、仪器加常数检定误差 则与被测距离则与被测距离大小无关大小无关。进一步简。进一步简化上述公式：化上述公式：nmfmmDcm2222DBAmD222DBAmD（1）4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件在仪器的研制和设计过程中，依据（在仪器的研制和设计过程中，依据（2 2）式中的单项误差检测结果）式中的单项误差检测结果或理论分析估计，可按以下方法确定（或理论分析估计，可按以下方法确定（2 2）式中固定误差系数）式中固定误差系数a和比例误差系和比例

54、误差系数数b。其中：其中：2524232221mmmmma29282726mmmmb1m2m3m4m5m6m7m8m9m加常数测定误差，由检定证书给出；加常数测定误差，由检定证书给出；发光管相位不均匀性误差，由检定证书给出；发光管相位不均匀性误差，由检定证书给出；周期误差测定误差，由检定证书给出；周期误差测定误差，由检定证书给出；对中误差，依据对中方式决定；对中误差，依据对中方式决定；相位计测相误差和幅相误差；相位计测相误差和幅相误差；V为每边重复观测读数与中数的差值。为每边重复观测读数与中数的差值。乘常数测定中误差，由检定证书给出；乘常数测定中误差，由检定证书给出；大气折射率计算公式误差，一

55、般取值大气折射率计算公式误差，一般取值0.20.21010-6-6；精测频率漂移及测定相对中误差，参照检定证书给出；精测频率漂移及测定相对中误差，参照检定证书给出；气象代表性误差；气象代表性误差；4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计 测距误差线性系数的确定测距误差线性系数的确定q 单项误差综合方法单项误差综合方法精密测距改正PPT课件气象代表性情况气象代表性情况一端测气象一端测气象两端测气象两端测气象较好较好1.001.000.70.7中等中等1.51.51.11.1较差较差2.02.01.41.4 气象代表性误差与大气状况和测线通过的地形、植被有关，一气象代表性误差与大气状

56、况和测线通过的地形、植被有关，一般按下表取值。般按下表取值。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计精密测距改正PPT课件为了实际检测全站仪的真实测距精度，一般在野外基线上按六段比较法检为了实际检测全站仪的真实测距精度，一般在野外基线上按六段比较法检测全站仪测距加、乘常数的同时，综合确定测距固定误差系数测全站仪测距加、乘常数的同时，综合确定测距固定误差系数a和比例误差和比例误差系数系数b。因由因由7 7个点组成六段基线，按全组合法可观测个点组成六段基线，按全组合法可观测2121条边，则：条边，则： （i=1=1，2 2，3 3 21 21）（1 1）因此可列出因此可列出2121个

57、线性方程：个线性方程： （i=1=1，2 2，3 3 21 21） （2 2） 由（由（2 2）式按线性回归的方法求解未知参数）式按线性回归的方法求解未知参数a和和b，即可确定全站仪测距即可确定全站仪测距固定误差系数固定误差系数a和比例误差系数和比例误差系数b。0iiiDDViiDbaV 上述精度综合评定的方法集中体现了上述精度综合评定的方法集中体现了仪器常数检定误差，幅相误差、发仪器常数检定误差，幅相误差、发光管相位不均匀性误差、周期误差以及大气折射率求定误差、测距频率误差光管相位不均匀性误差、周期误差以及大气折射率求定误差、测距频率误差等因素的综合影响，客观真实地反映了全站仪距离测量的等因

58、素的综合影响，客观真实地反映了全站仪距离测量的外部符合精度外部符合精度。因。因此该方法常用于检定全站仪的此该方法常用于检定全站仪的测距标称精度测距标称精度。4.13 测距测距误差误差分析及精度估计分析及精度估计q 基线比测综合确定方法基线比测综合确定方法精密测距改正PPT课件4.12 测距测距成果的归算成果的归算 为了将距离观测值进行特定的应用，需要对距离观测为了将距离观测值进行特定的应用，需要对距离观测值进行改正，主要包括以下几个方面：值进行改正，主要包括以下几个方面： 对仪器系统误差进行改正对仪器系统误差进行改正 大气折射率变化引起的改正大气折射率变化引起的改正 归算改正归算改正精密测距改

59、正PPT课件 仪器的参考折射率参考折射率和测量条件下的大气折射率测量条件下的大气折射率之间的不同所引起的距离误差改正,一般由仪器厂家提供。调参参参其中ufcntnctncddkDD2,22020202. 第二次速度改正第二次速度改正 由气象代表误差气象代表误差所引起的折射率误差,进而所引起的速度改正23212)(Rdkkndk 其中k为折光系数,R为沿测线方向的地球平均曲率半径,经改正后的波道曲线弧长:1kkdd4.12 测距测距成果的归算成果的归算一、速度改正一、速度改正 1. 1. 第一次速度改正第一次速度改正精密测距改正PPT课件3. 波道弯曲改正波道弯曲改正 大气密度随高度不同呈下密上

60、疏状态，光波的传播轨迹是弧大气密度随高度不同呈下密上疏状态，光波的传播轨迹是弧线，用线，用K1来表示，来表示，气象代表性误差气象代表性误差用用K2表示。表示。测站测站镜站镜站地球表面地球表面D 3222322112)(24DRkkKDRkKK1, K 2的改正公式：的改正公式：32221242DRkkKKD则波道弯曲改正则波道弯曲改正 为：为： D 波道弯曲改正非常小，在中短程距离测量中可以忽略该项改正。将地球波道弯曲改正非常小，在中短程距离测量中可以忽略该项改正。将地球半径和波道弯曲半径之比定义为折光系数：半径和波道弯曲半径之比定义为折光系数：k=R/rk=R/r ,常取常取0.13。4.1