第三章距离测量

1、2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系1 测 量 学第第5章章 距离测量与直线定向距离测量与直线定向2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系2第第5章章 距离测量与直线定向距离测量与直线定向 距离测量是测量三项基本工作之一距离测量是测量三项基本工作之一. 距离测量的方法主要有距离测量的方法主要有: 1.钢尺钢尺(皮尺皮尺)量距量距. 2.视距测量视距测量 3.光电测距光电测距 4.铟瓦基线尺量距：其精度达几十万分之一铟瓦基线尺量距：其精度达几十万分之一 要确定地面点的平面位置要确定地面点的平面位置,还必须测定直线的还必须测定直线的方向方向, 即直线定向即直

2、线定向2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系3视距测量图2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系4利用调制波波长测距B测距仪测距仪反光棱镜反光棱镜S电磁波测距电磁波测距电磁波测距图A2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系5 第第5 5章章距离测量距离测量与直线定向与直线定向 5.1 5.1 钢尺量距钢尺量距 5.2 5.2 视距测量视距测量 5.3 5.3 红外线测距仪及全站仪红外线测距仪及全站仪 5.45.4 直线定向直线定向 距离测量距离测量: 确定空间两点在某基准面（参考椭球面或水平面）上确定空间两点在某基准面（参考椭球面或水平面

3、）上的投影长度，就小范围而言，在水平面上的投影长度即水的投影长度，就小范围而言，在水平面上的投影长度即水平距离。平距离。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系65.1 钢尺量距钢尺量距1.钢卷尺钢卷尺 尺长与规格：尺长与规格：20米、米、30米、米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。米，钢质，涂塑或不涂塑。 刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位 置有不同，分置有不同，分刻线尺刻线尺和和端点尺端点尺两种。两种。 5.1.1 量距常用的工具量距常用的工具: 钢卷尺，花杆，测钎钢卷尺，花杆，测钎一般量距方法一般量距方法 量

4、距相对精度量距相对精度12000 15000 精密量距方法精密量距方法 量距相对精度量距相对精度110000 1400002.花杆花杆 定线用（量距时标定直线量距的前进方向）定线用（量距时标定直线量距的前进方向）3.测钎测钎 量距时在地面标定尺段端点位置。量距时在地面标定尺段端点位置。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系7端点尺 刻线尺测钎测钎 花杆花杆皮尺皮尺 测绳测绳钢卷尺钢卷尺2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系81.一般方法量距一般方法量距 钢尺量距的作业要求钢尺量距的作业要求1.1.一般方法量距：一般方法量距： 直直 目估定线，保证量距时沿

5、直线方向进行 平平 地面平整，钢尺水平 准准 每尺段端点标志精确AB测钎测钎SAB=n+ 为整尺段长 为余长2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系95.1.2 直线定线直线定线 1. 两点间目估定线两点间目估定线2. 两点间互不通视定线两点间互不通视定线3.经纬仪定线经纬仪定线: 如果量距要求的精度较高如果量距要求的精度较高, 可在其端点可在其端点A安置经纬仪定线安置经纬仪定线.2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系105.1.3 丈量方法（往返丈量丈量方法（往返丈量)）距离用下式计算：距离用下式计算：D=nl+l 式中：式中：l整尺段的长度；整尺段的长

6、度； n丈量的整尺段数；丈量的整尺段数； l零尺段长度。零尺段长度。 往返丈量较差往返丈量较差 D = D往往- -D返返距离平均值距离平均值 D平平= （D往往- -D返返）相对误差相对误差 K=DD /1平211. 在平坦地面丈量在平坦地面丈量2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系112.2.倾斜地面丈量SDh (1)斜量法斜量法: 地面坡度均匀，将量得的倾斜距离地面坡度均匀，将量得的倾斜距离S归算成水平距离归算成水平距离D。高差。高差h用水准仪测定。用水准仪测定。ShDDSDhSDhh2222-或水平距离：水平距离：(2) 在倾斜地面平量在倾斜地面平量2022年6月1

7、5日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系12量距相对精度可达量距相对精度可达1 1万万 1 4万。万。 3. 钢尺量距的精密方法钢尺量距的精密方法精密量距时采取的精密量距时采取的措施：措施： 1.用检定过的钢尺用检定过的钢尺； 2.经纬仪定线；经纬仪定线； 3.钉尺段桩钉尺段桩(概量得概量得)，用水准仪测量桩间高差；，用水准仪测量桩间高差； 4.对钢尺施加固定拉力，并测量温度；对钢尺施加固定拉力，并测量温度； 5.对量距结果加三项改正数。对量距结果加三项改正数。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系13三项改正数三项改正数5 . 1 . 4 钢尺量距的成果整理钢尺量距的成

8、果整理每尺段经改正后的水平距离：每尺段经改正后的水平距离： htdilllld总的水平距离总的水平距离： idD往2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系14（一）一般量距方法（一）一般量距方法 (具体操作）具体操作） 适用条件：当量距精度要求为适用条件：当量距精度要求为1/20001/3000时采用。时采用。定线方法：目估法或经纬仪法。定线方法：目估法或经纬仪法。w w当当地面平坦地面平坦时时,可将钢尺拉平可将钢尺拉平,直接量测水平距离直接量测水平距离;w w对于对于倾斜地面倾斜地面，一般采用，一般采用 “平量法平量法” ; w w当地面两点之间坡度均匀时也可采用当地面两点

9、之间坡度均匀时也可采用“斜量法斜量法”.1、平坦地面的距离丈量、平坦地面的距离丈量 丈量：丈量：在地面平坦量距，可将钢尺拉平、拉直、用力均匀，在地面平坦量距，可将钢尺拉平、拉直、用力均匀，并整尺段地丈量，要进行往返丈量。并整尺段地丈量，要进行往返丈量。图图4-2J12022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系15测量成果的计算与精度评定：测量成果的计算与精度评定：往返测量结果分别为：往返测量结果分别为： D往往 = n l q ， D返返 = n l q， n为整尺长测段数为整尺长测段数 l为整尺段尺长为整尺段尺长 q往测丈量的零尺段长往测丈量的零尺段长 q返测丈量的零尺段长返测

10、丈量的零尺段长相对较差为：相对较差为：若若K小于限差小于限差,则取往返测均值则取往返测均值D均均作为最后结果。作为最后结果。 mDDDK1-均返往2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系16 2、倾斜地面的平量法倾斜地面的平量法 当当 地面倾斜时可将钢尺拉平，用垂球在地面投点（与定地面倾斜时可将钢尺拉平，用垂球在地面投点（与定线结合），如图线结合），如图4-2J2所视。所视。 图图4-2图图4-2J2若地面较陡，每一尺段可平量多次，见图若地面较陡，每一尺段可平量多次，见图4-2。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系173、坡度均匀地面的斜量法坡度均匀地面

11、的斜量法 当当 地面倾斜且坡度均匀时，可量斜距地面倾斜且坡度均匀时，可量斜距L和地面倾角和地面倾角 （图图4-2J3 ），求出平距），求出平距D， D=L cos 注：一般量距均需往返丈量和精度评定。注：一般量距均需往返丈量和精度评定。图图4-2J32022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系18 （二）精密量距方法（二）精密量距方法 当量距要求达到当量距要求达到1/10 0001/250 000的精度时采用。的精度时采用。1.直线定线直线定线 用经纬仪法定线，沿给定方向用钢尺概量打下一系列木用经纬仪法定线，沿给定方向用钢尺概量打下一系列木桩，桩间距小于钢尺尺长，桩顶钉上白铁皮，

12、用经纬仪在白桩，桩间距小于钢尺尺长，桩顶钉上白铁皮，用经纬仪在白铁皮上划出定线方向线和垂直方向线（铁皮上划出定线方向线和垂直方向线（读尺指标读尺指标）。）。图图4-2J42022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系192. 精密量距方法精密量距方法1）用水准仪测出相邻两桩顶之间的高差；用水准仪测出相邻两桩顶之间的高差； 2）用拉力计和尺夹对检定过的钢尺施加标准拉力，每一尺段均用拉力计和尺夹对检定过的钢尺施加标准拉力，每一尺段均需在钢尺的不同位置量取三次，用需在钢尺的不同位置量取三次，用桩顶垂直方向线读取桩顶垂直方向线读取钢尺钢尺两端刻划，同时测量钢尺丈量时的平均温度，做好记录。三

13、两端刻划，同时测量钢尺丈量时的平均温度，做好记录。三次丈量的差值小于限差时，取均值为最后结果。超限时重量。次丈量的差值小于限差时，取均值为最后结果。超限时重量。3）计算每一尺段的水平距离和整条边的水平距离；）计算每一尺段的水平距离和整条边的水平距离；4）要往返丈量，互差要小于限差，取均值为最后结果，超限时）要往返丈量，互差要小于限差，取均值为最后结果，超限时要重量。要重量。3. 精密量距的计算精密量距的计算v 钢尺在使用前一般需要经过检定得出尺长方程式，以便计算钢尺在使用前一般需要经过检定得出尺长方程式，以便计算钢尺在不同条件下的测得的实际长度钢尺在不同条件下的测得的实际长度。2022年6月1

14、5日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系20 钢尺的尺长方程式：钢尺的尺长方程式：v 尺长方程式的一般形式为：尺长方程式的一般形式为： lt = l0+ l + l0(tt0)式中：式中： lt钢尺在标准温度钢尺在标准温度t C、标准拉力下的实际长度、标准拉力下的实际长度 (真长真长)； l0钢尺上标注的长度，即名义长度；钢尺上标注的长度，即名义长度； l在标准温度为在标准温度为t0 C、标准拉力时的尺长改正数、标准拉力时的尺长改正数(即即ltl0)； t丈量时的温度；丈量时的温度； t0钢尺的标准温度（钢尺的标准温度（20 C）；）； 钢尺的线膨胀系数，（钢尺的线膨胀系数，（1.2510-

15、5/ C）2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系21 成果处理成果处理 1） 一一尺段水平距离的计算尺段水平距离的计算（1）尺长改正数的计算）尺长改正数的计算 iidllll0 （2）温度改正数的计算）温度改正数的计算 lti li（tit0）（3）倾斜改正数的计算）倾斜改正数的计算：如图如图4-3，当两桩间的高差为，当两桩间的高差为hi时，时，倾斜改正数为倾斜改正数为 ： lhid i- - li iilh22-图图4-32022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系22 （4）一一尺段的水平距离：尺段的水平距离：di = li+ ldi + lti lhi

16、2）一条边水平距离的计算）一条边水平距离的计算 D = d1 + d2 + dn2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系23A-1-2-15-B精密钢尺丈量与计算的例子精密钢尺丈量与计算的例子 表表3-33-3尺 段起 讫丈量次数后端读数(mm)前端读数(m)尺段长度(m)尺长改正温度改正数改正后尺段长度高 差平距化算A-1123平均76.565.586.029.930029.920029.940029.853529.854529.854029.854012.425.82.129.86850.56729.8631-2123平均18.09.027.529.890029.8800

17、29.900029.872029.871029.872529.871812.427.42.729.88690.43529.88414-15123平均35.526.555.028.730028.720028.750028.694528.693528.695028.694312.030.73.728.71000.93228.69515-B123平均80.061.550.518.970018.950018.940018.890018.888518.889518.88937.930.52.418.89960.87318.8792022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系245.1.5 钢

18、尺检定钢尺检定 目的：求得钢尺两端点刻划间的实际长度。目的：求得钢尺两端点刻划间的实际长度。 方法：用钢尺对一段精确的标准长度进行丈量，从而求得方法：用钢尺对一段精确的标准长度进行丈量，从而求得 钢尺的钢尺的尺长改正数尺长改正数。该检定场地也称为。该检定场地也称为“比尺场比尺场”。 。L比尺场示意图作法：作法： “比尺场比尺场”为理想的砼条形场地，埋有尺段标志。将为理想的砼条形场地，埋有尺段标志。将 待检定的钢尺，用精密量距的方法，对该标准距离待检定的钢尺，用精密量距的方法，对该标准距离L 进行丈量。通过对量距结果的整理，得出该钢尺的进行丈量。通过对量距结果的整理，得出该钢尺的 尺长方程式尺长

19、方程式。 0 钢尺名义长(m)； t0 标准温度，一般取20； d 尺长改正值(mm)； t 丈量时温度() 钢的膨胀系数，1.210-5 / ；1.1.尺长方程式：尺长方程式： = 0+d+(t-t0)02022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系25例例：用一检定过的：用一检定过的30米钢尺沿倾斜地面丈量米钢尺沿倾斜地面丈量AB距离，数据见距离，数据见 下表。该钢尺的尺长方程式如下，请整理量距成果。下表。该钢尺的尺长方程式如下，请整理量距成果。 mCtmmm30)20(102 .18 .1305-(注：注：钢尺膨胀系数钢尺膨胀系数 =0.00001150.0000125为钢尺

20、温度变为钢尺温度变 化化1度时，单位长度的变化量。度时，单位长度的变化量。)尺段长度及量距精度计算尺段长度及量距精度计算2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系26距离测量的误差来源 尺长误差 系统 温度的影响 部分系统，部分偶然 倾斜的影响 系统 拉力不准引起的误差 部分系统,部分偶然 尺子垂曲与反曲引起的误差 系统 定线误差 系统 读数误差 偶然 22222)(曲定线倾斜尺长拉力温度读数mmmmmmmmS2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系28 5.2 5.2 视距测量视距测量5.2.1 视距测量概述视距测量概述n视距测量是一种间接测距方法视距测量是

21、一种间接测距方法; 它利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有厘米它利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有厘米分划的视距标尺分划的视距标尺(地形塔尺或普通水准尺地形塔尺或普通水准尺)，根据光学，根据光学原理可以同时测定两点间的水平距离和高差原理可以同时测定两点间的水平距离和高差.n其中测量距离的相对误差约为其中测量距离的相对误差约为1/300，低于钢尺量距；，低于钢尺量距；n测定高差的精度低于水准测量测定高差的精度低于水准测量;n视距测量广泛用于地形测量的视距测量广泛用于地形测量的 碎部测量中。碎部测量中。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系295.2.2 视准轴水平时

22、的视距计算公式视准轴水平时的视距计算公式AB为待测距离，在A点安置经纬仪，B点竖立视距尺，设望远镜视线水平，瞄准B点的视距尺，此时视线与视距尺垂直。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系30视线水平时的视距测量公式视线水平时的视距测量公式:(1) 水平距离公式:(2) 高差公式:vihAB-lcKlD100(3) B点高程:viHhHHAABAB-2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系31二二.视线倾斜视线倾斜时视距测量时视距测量公式公式二二. .视线倾斜时视距测量公式视线倾斜时视距测量公式2cos100coscos100cosnSDnSnn则(4-2-

23、8) 1.视距公式：视距公式：liDlihhDh-tantan2.高差公式：高差公式：高差主值 (4-2-9)AB高差n为水准尺与视线垂直时的尺间隔 n2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系325.2.3 视线倾斜时的视距测量公式视线倾斜时的视距测量公式(1) 水平距离公式:(2) 初算高差:(3) 高差公式:2coscosKlLDsincossinKlLhABviKlhAB-2sin212022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系33（1 1）在测站）在测站 A 安置安置经纬仪，量取仪器高经纬仪，量取仪器高 i，在测点在测点 B 竖立视距尺；竖立视距尺； （

24、2 2）照准视距尺，用上下视距丝分别在尺上读取读数，）照准视距尺，用上下视距丝分别在尺上读取读数，算出视距间隔算出视距间隔 n（n = =下丝读数下丝读数- -上丝读数）。也可先将中丝上丝读数）。也可先将中丝对准仪器高读竖直角，然后把上丝对准邻近整数刻划后直对准仪器高读竖直角，然后把上丝对准邻近整数刻划后直接读取视距间隔；接读取视距间隔；5.2.4 5.2.4 视距测量视距测量观测与计算方法观测与计算方法2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系34（3 3）转动竖盘指标）转动竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘水准管微动螺旋使竖盘指标水准管气泡居中，指标水准管气泡居中，读取竖盘读数，

25、算出竖读取竖盘读数，算出竖直角。对有竖盘指标自直角。对有竖盘指标自动归零装置的仪器，应动归零装置的仪器，应打开自动归零装置后再打开自动归零装置后再读数；读数；5.2.4 5.2.4 视距测量视距测量观测与计算方法观测与计算方法（4 4）根据视距公式，计算水平距离和高差及）根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。立尺点的高程。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系35三三.视距测量观视距测量观测和计算测和计算观测：观测：在测站安置经纬仪，对中、整平、量仪器高； 在测点竖水准尺，瞄准(要求三丝都能读数)。读数：读数：每个测点读四个读数 上丝读数 a a 读至毫米 下丝读

26、数 b b 读至毫米 中丝读数 读至厘米 竖盘读数 L L 读至分三三. .视距测量观测和计算视距测量观测和计算 视距测量通常只测盘左（或盘右），测量前要对竖盘指标差进行检验与校正。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系36视距测视距测量表量表视距测量表视距测量表liDHhHHliDhbaDAAp-tantancos1002计算公式计算公式2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系37一、概述一、概述n电磁波测距电磁波测距(Electro-magnetic Distance Measuring，EDM) 是用电磁波是用电磁波(光波或微波光波或微波)作为载波，

27、传输测距信作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法。号，以测量两点间距离的一种方法。nEDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。乎不受地形限制等优点。n1948年，瑞典年，瑞典AGA(阿嘎阿嘎)公司公司(现更名为现更名为Geotronics捷创捷创力公司力公司)研制成功了世界上第一台电磁波测距仪，研制成功了世界上第一台电磁波测距仪，n它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管元件，仪器相当笨重且功耗大。元件，仪器相当笨重且功耗大。n为避开白天太阳光对测距信号的干

28、扰，只能在夜间作业，为避开白天太阳光对测距信号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。测距操作和计算都比较复杂。5.3 5.3 电磁波测距电磁波测距及全站仪2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系38n1960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦氦-氖激光器，氖激光器，1962年砷化镓半导体激光器研制成功。年砷化镓半导体激光器研制成功。n与白炽灯比较，激光的优点是发散角小、穿透力强、传输与白炽灯比较，激光的优点是发散角小、穿透力强、传输的距离远、不受太阳光干扰、基本上可以全天侯作业。的距离远、不受太阳光干扰、

29、基本上可以全天侯作业。n1967年年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。n该仪器采用该仪器采用5mw的氦的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为氖激光器作发光元件，白天测程为40km，夜间测程达，夜间测程达60km，测距精度，测距精度(5mm+1ppm)，主机重，主机重量量23kg。n我国的武汉地震大队也于我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了年研制成功了JCY-1型激光型激光测距仪，测距仪，1974年又研制并生产了年又研制并生产了JCY-2型激光测距仪。该仪型激光测距仪。该仪器采用器采用2.5mw的氦的氦-氖激光器作发光元件，白天

30、测程为氖激光器作发光元件，白天测程为20km，测距精度测距精度(5mm+1ppm)，主机重量，主机重量16.3kg。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系39n随着半导体技术的发展，从随着半导体技术的发展，从60年代末年代末70年代初起，采年代初起，采用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。世界上流行起来。n与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、重量轻、与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、重量轻、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。功耗小、测距快、自动化程度高等优点。n由于红外光的发散角比激光大，所以红外

31、测距仪的测由于红外光的发散角比激光大，所以红外测距仪的测程一般小于程一般小于15km。n现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起，形成了全站仪，并向着自动化、智能化制造在一起，形成了全站仪，并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发展。展。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系40二、电磁波测距仪分类二、电磁波测距仪分类1. 按其所采用的载波（光源）可分为：按其所采用的载波（光源）可分为：微波测距仪微波测距仪(microwave EDM ins

32、trument)；激光测距仪激光测距仪(laser EDM instrument)；红外测距仪红外测距仪(infrared EDM instrument);2. 按测程分为：按测程分为：短程测距仪短程测距仪(5km)中程测距仪中程测距仪(515km)远程测距仪远程测距仪( 15km）3. 按精度分为：按精度分为：级测距仪级测距仪(mD 5mm) 级测距仪级测距仪(5 mD 10mm) 级测距仪级测距仪(mD 10mm ）4. 按测距原理分为按测距原理分为： 脉冲式；脉冲式； 相位式相位式2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系415.3.15.3.1 红外测距的测距原理红外测

33、距的测距原理 基本公式:tncDg021c0光在真空中的速度光在真空中的速度ng光在大气中传输的折射率光在大气中传输的折射率t光波在光波在AB间往返传输时间间往返传输时间2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系42直接测时直接测时-该类测距仪称为该类测距仪称为脉冲式测距仪脉冲式测距仪，该仪器因其精度较低，通常只用于精度较低的该仪器因其精度较低，通常只用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。间接测时间接测时-用测定相位的方法来测定距离，用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。此类仪器称为相位式测距仪。现有的精密光电测距

34、仪都不采用直接测时的方现有的精密光电测距仪都不采用直接测时的方法，而采用间接测时。法，而采用间接测时。电磁波测距方式电磁波测距方式2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系431. 脉冲式脉冲式测距原理测距原理 假设时钟脉冲的震荡频率为假设时钟脉冲的震荡频率为 , 震荡周期为震荡周期为计数器记录的震荡次数为计数器记录的震荡次数为N, 则脉冲光波在则脉冲光波在AB两点间两点间往返的时间为往返的时间为:0f001fT 00fNNTttncDg0212022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系442. 相位式相位式测距原理测距原理 用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称

35、为用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。相位式测距仪。它是用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）它是用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）作为作为“运输工具运输工具”（称为载波），通过一个调（称为载波），通过一个调制器使载波的振幅或频率按照调制波的变化做制器使载波的振幅或频率按照调制波的变化做周期性变化。周期性变化。测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接地确定传播时间播所产生的相位变化，间接地确定传播时间t t，进而求得待测距离进而求得待测距离D D。 2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系4

36、5相位式测距原理相位式测距原理 调制波的调制频率f，角频率 ，周期T， 波长: 设调制波在距离D往返一次产生的相位变化为 ，调制信号一个周期相位变化为2，则调制波的传播时间t为： 代入基本公式得 :fccT ft2fcD4f22022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系46相位式测距原理相位式测距原理设调制信号为正弦信号，包含2的整倍数N2，和不足2的尾数部分，即：)(2)2(22NNNN代入前面公式: )(2)(2NNNNfcD2N2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系47相位式测距原理相位式测距原理 令 : -单位长，“光测尺”，“电子尺” 22fcLs公

37、式改写成 :)(NNLDs上式就是相位式测距原理公式相位式测距原理公式。相位式测距仪是用长度为LS的“测尺”去量测距离，量了N个整尺段加上不足一个LS的长度就是所测距离。 采用多个“测尺”组合实现测距技术过程。设计；精测尺+粗测尺测距。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系48相位式测距原理相位式测距原理调制频率与测尺长度的关系调制频率f15MHz7.5MHz1.5MHz150kHz75kHz15kHz测尺长度/210m20m100m1km2km10km精度1cm2cm10cm1m2m10m2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系495.3.25.3.2

38、光电测距仪的组成光电测距仪的组成2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系505.3.25.3.2 光电测距仪的组成光电测距仪的组成2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系515.3.4 全站仪及其使用全站仪及其使用（一）（一） 全站仪概述全站仪概述（二）（二） 全站仪的功能全站仪的功能 （三）（三） 几种全站仪及其基本应用几种全站仪及其基本应用 2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系52南方南方NTSNTS全站仪全站仪TOPCON GTSTOPCON GTS全站仪全站仪2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系53Leic

39、aLeica 全站仪全站仪2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系54（一）（一） 全站仪概述全站仪概述全站仪全站仪(total station)是由电子测角、光电测距、微是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。q全站仪的基本功能是全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和距离测量水平角、竖直角和距离。q全站仪具有如下特点：全站仪具有如下特点：同时进行角度测量同时进行角度测量( (水平角、竖直角水平角、竖直角) ) 和距离测量和距离测量( (斜斜距距S S、平距、平距D D、高差、高差h) h) ； 测距系统光

40、轴与测角系统视准轴同轴（测距系统光轴与测角系统视准轴同轴（三轴同一三轴同一）；）；显示测点的角度显示测点的角度( (方向值方向值) )、距离、高差或三维坐标；、距离、高差或三维坐标；拥有后方交会、放样、拥有后方交会、放样、偏心测量、悬高测量、对边偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算测量、面积计算等高级测量功能。等高级测量功能。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系55全站仪特点全站仪特点拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式存储已存储已知点和观测点的点号、编码、三维坐标；知点和观测点的点号、编码、三维坐标； 实现全站仪与计算机的数

41、据通讯；实现全站仪与计算机的数据通讯； 高精度全站仪测角达高精度全站仪测角达0.50.5秒级，测距精度达秒级，测距精度达(0.1mm+0.1PPM)(0.1mm+0.1PPM)； 与计算机联合组成的智能观测系统能实现全与计算机联合组成的智能观测系统能实现全自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机器人。被称为测量机器人。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系56 三轴同一望远镜三轴同一望远镜在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴和接收光轴是同轴的，其光路距的

42、红外光发射光轴和接收光轴是同轴的，其光路如图所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的如图所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系57测量仪器总的发展过程测量仪器总的发展过程 测量仪器总的发展过程：测量仪器总的发展过程： 光学经纬仪光学经纬仪 电子经纬仪电子经纬仪 速测全站仪速测全站仪 全站仪。全站仪。 全站仪的发展过程：全站仪的发展过程： 1.1.普通型全站仪普通型全站仪2.2.功能型全站仪功能型全站仪3.3.磁卡型全站仪磁卡型全站仪4.4.内存式全站仪内存式全

43、站仪 5.5.全自动智能全站仪全自动智能全站仪 全站仪生产厂家：全站仪生产厂家：瑞士：徕卡瑞士：徕卡LeicaLeica德国：蔡司德国：蔡司Zeiss Zeiss 日本：拓普康日本：拓普康TOPCONTOPCON，索佳，索佳SOKKIASOKKIA，宾得，宾得, ,尼康尼康中国：南方、苏州、北京中国：南方、苏州、北京2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系58（二）（二） 全站仪的功能全站仪的功能对边测量、悬高测量、后方交会、放样、偏心测量、面积计算等高级测量功能。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系59全站仪的功能全站仪的功能1、对边测量、对边测量如图

44、，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。对边测量可以连续进行。VSHD%2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系60全站仪的功能全站仪的功能 2、悬高测量、悬高测量 如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高h1，瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度HHh1h22022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系61全站仪的功能全站仪的功能3、后方交会测量、后方交会测量如图，全站仪安置在某一

45、待定点上，通过对两个以上的已知点处的棱镜进行观测，并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显示待定点的三维坐标。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系62 4、三维坐标测量、三维坐标测量 如图，将全站仪安置在已知点A，棱镜设置在待定点P，输入A点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点B并输入B点坐标（后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准P点处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定P的三维坐标。APB全站仪的功能全站仪的功能2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系63全站仪的功能全站仪的功能5、放样测量、放样测量 将要测设的角度和边长（或坐标值）输

46、入全站仪，在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样值之差，根据显示的偏离值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的点位。有的电子全站仪还可通过图形显示出棱镜上下左右前后的移动方向。D2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系64全站仪的功能全站仪的功能6、偏心测量、偏心测量如图，若侍定点处不能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点的左侧或右侧，并使棱镜至站点的距离相当，瞄准棱镜并进行观测，再照准待定点，仪器即可显示待定点的坐标。不同厂家生产的电子全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测量功能的按键程序和步骤也不完全一样，具体使用应参见厂家的使用说明书。202

47、2年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系65全站仪测量的流程全站仪测量的流程野外采集数据野外采集数据：南方NTS、 TOPCON全站仪+PDA（测图精灵）传输数据传输数据：将数据文件传入计算机处理数据处理数据：用测图软件 （南方测绘CASS）处理、编辑输出成果输出成果：数字化地 形图、电子地图（.dwg）、工程图。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系66 5.4 直线定向5.4.1 直线定向的概念 确定地面上两点之间的相对位置，仅知道两点之间的水平距离是不够的，还必须确定此直线与标准方向之间的水平夹角。 确定直线与标准方向之间的水平角度称为直线定向。 2022

48、年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系67标准方向的种类 1 真子午线方向 通过地球表面某点真子午线的切线方向，称为该点的真子午线方向，真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。 2 磁子午线方向 磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下，磁针自由静止时其轴线所指的方向。磁子午线方向可用罗盘仪测定。2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系68标准方向的种类 3 坐标纵轴方向(中央子午线方向) 第二章已述及，我国采用高斯平面直角坐标系，每一6带或3带内都以该带的中央子午线为坐标纵轴方向。因此，该带内直线定向，就用该带的坐标纵轴方向作为标准方向。 如假定坐标系，则

49、用假定的坐标纵轴(X轴)作为标准方向。 2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系695.4.2 表示直线方向的方法 测量工作中，常采用方位角来表示直线的方向。 由标准方向的北端起，顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角，其角值从0 36 360。 由不同的标准方向所得到的方位角，分别为： 真方位角：A 磁方位角：Am 坐标方位角：标标准准方方向向O OP P2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系70几种方位角之间的关系 1 真方位角与磁方位角之间的关系 由于地磁南北极与地球的南北极并不重合，因此，由于地磁南北极与地球的南北极并不重合，因此，过地面上

50、某点的真子午线方向与磁子午线方向常不过地面上某点的真子午线方向与磁子午线方向常不重合，两者之间的夹角称为重合，两者之间的夹角称为磁偏角磁偏角，磁针北端偏，磁针北端偏于真子午线以东称东偏，偏于真子午线以西称西偏。于真子午线以东称东偏，偏于真子午线以西称西偏。东偏取正值，西偏取负东偏取正值，西偏取负值。我国磁偏角的变化大值。我国磁偏角的变化大约在约在+6到到-10之间之间。直线的真方位角与磁方位直线的真方位角与磁方位mAA2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系71几种方位角之间的关系 2真方位角与坐标方位角之间的关系 中央子午线在高斯平面上是一条直线，作为该带的坐标纵轴，而其它

51、子午线投影后为收敛于两极的曲线，地面点M、N等点的真子午线方向与中央子午线之间的夹角，称为子午线收敛角。在中央子午线以东地区，各点的坐标纵轴偏在真子午线的东边，为正值；在中央子午线以西地区，为负值。 直线的真方位角与坐标方位角 之间可用下式进行换算A2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系72几种方位角之间的关系 3坐标方位角与磁方位角的关系 若已知某点的磁偏角与子午线收敛角，则坐标方位角与磁方位角之间的换算式为 mmmmAAAA-m为磁坐偏角mA2022年6月15日星期三 西南科技大学环资学院测量工程系73 当标准方向为坐标纵轴当标准方向为坐标纵轴( (中央子午线中央子午线) )方向时，直线的方方向时，直线的方位角称为位角称为坐标方位角坐标方位角( ( ，简称方向角，简称方向角) )。X XY YA AB B ABAB例例1