測(cè)量第4章教案2

1、2021-7-271南方測(cè)距儀系列南方測(cè)距儀系列ND1000ND3000第三節(jié)第三節(jié) 電磁波測(cè)距電磁波測(cè)距2021-7-2722021-7-273電磁波測(cè)距是用電磁波(光波或微波)作為載波，傳輸測(cè)距信號(hào)，以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的一種方法。電磁波測(cè)距具有測(cè)程長(zhǎng)、精度高、作業(yè)快、工作強(qiáng)度低、幾乎不受地形限制等優(yōu)點(diǎn)。2021-7-27419481948年，瑞典年，瑞典AGA(AGA(阿嘎阿嘎) )公司公司( (現(xiàn)更名為現(xiàn)更名為GeotronicsGeotronics( (捷創(chuàng)力捷創(chuàng)力) )公司公司) )研制成功了世界上第一研制成功了世界上第一臺(tái)電磁波測(cè)距儀臺(tái)電磁波測(cè)距儀一、一、 電磁波測(cè)距技術(shù)概述電磁波測(cè)

2、距技術(shù)概述2021-7-2751967年AGA公司推出了世界上第一臺(tái)商品化的激光測(cè)距儀AGA-8。用5mw氦氖氣體激光器白天測(cè)40km，夜間可測(cè)60km精度：5mm+1ppm2021-7-276T2+DI101968年，Wild推出的第一臺(tái)測(cè)距儀Wild生產(chǎn)的微波測(cè)距儀2021-7-277激光測(cè)距儀優(yōu)點(diǎn)：發(fā)散角小、大氣穿透力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，不受太陽光干擾，可全天候作業(yè)。紅外測(cè)距儀優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、功耗小、測(cè)距快、自動(dòng)化程度高等。 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，從60年代末70年代初起，采用砷化鎵發(fā)光二極管作發(fā)光元件的紅外測(cè)距儀逐漸在世界上流行起來。微波和激光測(cè)距儀多屬于遠(yuǎn)程測(cè)距，測(cè)程可達(dá)60km，

3、一般用于大地測(cè)量。 紅外測(cè)距儀屬于中、短程測(cè)距儀， 測(cè)程為15km以下，一般用于小地區(qū)控制 測(cè)量、地形測(cè)量、地籍測(cè)量和工程測(cè)量等。2021-7-278根據(jù)測(cè)定時(shí)間方式的不同，光電測(cè)距又分為：根據(jù)測(cè)定時(shí)間方式的不同，光電測(cè)距又分為： a a、脈沖式測(cè)距儀（精度稍低，多用于遠(yuǎn)程測(cè)量）、脈沖式測(cè)距儀（精度稍低，多用于遠(yuǎn)程測(cè)量） b b、相位式測(cè)距儀（精度高些，工程上使用較多）、相位式測(cè)距儀（精度高些，工程上使用較多）電磁波測(cè)距儀：電磁波測(cè)距儀：根據(jù)測(cè)定距離根據(jù)測(cè)定距離：遠(yuǎn)程（遠(yuǎn)程（ 30km30km以上以上) )、中程、中程(5(530km)30km)、短程、短程( (小于小于5km 5km ）根據(jù)

4、載波數(shù)根據(jù)載波數(shù)：?jiǎn)屋d波、雙載波、三載波（可見光、紅外光、微波）：?jiǎn)屋d波、雙載波、三載波（可見光、紅外光、微波）根據(jù)反射目標(biāo)根據(jù)反射目標(biāo)：漫反射目標(biāo)（無合作目標(biāo)）、合作目標(biāo)（反射鏡）、：漫反射目標(biāo)（無合作目標(biāo)）、合作目標(biāo)（反射鏡）、有源反射器（載波應(yīng)答機(jī)）有源反射器（載波應(yīng)答機(jī)） 根據(jù)精度指標(biāo)根據(jù)精度指標(biāo)：I I級(jí)：級(jí)：m md d5mm 5mm II II級(jí)：級(jí)：5mm5mm m md d 10mm 10mm 電磁波測(cè)距儀按其所采用的載波可分為：電磁波測(cè)距儀按其所采用的載波可分為：微波測(cè)距儀（精度不夠穩(wěn)定，使用較少）微波測(cè)距儀（精度不夠穩(wěn)定，使用較少）光電測(cè)距儀光電測(cè)距儀 a.a.激光測(cè)距儀

5、激光測(cè)距儀 b.b.紅外測(cè)距儀紅外測(cè)距儀 2021-7-279測(cè)距儀的精度：測(cè)距儀的精度：式中：式中：mD 測(cè)距中誤差，單位為測(cè)距中誤差，單位為mm； A 固定誤差，單位為固定誤差，單位為mm； B 比例誤差系數(shù)，以比例誤差系數(shù)，以mm/km為單位；為單位； D 測(cè)距邊長(zhǎng)度，以測(cè)距邊長(zhǎng)度，以km為單位。為單位。 當(dāng)當(dāng)D1km時(shí)，為一公里的測(cè)距中誤差。時(shí)，為一公里的測(cè)距中誤差。 )1055(6DmmmD)(BDAmDu儀器說明書中精度表示：儀器說明書中精度表示：（3mm+1ppmD) (其中其中1ppm=1mm/1km=110-6 )2021-7-2710二、光電測(cè)距儀的基本原理二、光電測(cè)距儀的

6、基本原理光電測(cè)距儀是通過測(cè)量光波在測(cè)線上往返傳播所需的時(shí)間t，依下式來計(jì)算待測(cè)距離：D=1/2 ct其中c=c0/n c0為光在真空中的傳播速度 3.0105km/s n為大氣折射率 n=f(, t，p) ：光波長(zhǎng) t：大氣溫度 p：氣壓2021-7-2711三、測(cè)距方法 光電測(cè)距儀按照測(cè)定時(shí)間方式的不同，可分為：脈沖式（直接測(cè)定時(shí)間）相位式（間接測(cè)定時(shí)間）2021-7-27121、脈沖式 脈沖式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)制成一定頻率的尖脈沖，通過測(cè)量發(fā)射的尖脈沖在待測(cè)距離上往返傳播的時(shí)間來計(jì)算距離。脈沖測(cè)距原理脈沖測(cè)距原理脈沖測(cè)距原理Dnl12lc TT T：時(shí)標(biāo)脈沖的時(shí)間間隔：時(shí)標(biāo)脈沖

7、的時(shí)間間隔 l：在時(shí)間間隔在時(shí)間間隔T T內(nèi)光脈沖內(nèi)光脈沖往返所走的一個(gè)單位距離往返所走的一個(gè)單位距離2021-7-2713BUSHNELLPinSeeker1500 發(fā)射出的激發(fā)射出的激光為不可見且對(duì)人眼安全的紅外脈沖。測(cè)光為不可見且對(duì)人眼安全的紅外脈沖。測(cè)距范圍可達(dá)距范圍可達(dá)5-1373米。操作者對(duì)通過望米。操作者對(duì)通過望遠(yuǎn)鏡觀察筒瞄準(zhǔn)的目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，距遠(yuǎn)鏡觀察筒瞄準(zhǔn)的目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)測(cè)量，距離值則在離值則在LCD顯示屏上進(jìn)行連續(xù)的變化。顯示屏上進(jìn)行連續(xù)的變化。 LaserAce 300手持式激光測(cè)距儀手持式激光測(cè)距儀 2021-7-27142、相位式 相位式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成正

8、弦波的形式，通過測(cè)量正弦光波在待測(cè)距離上往、返傳播的相位移來解算時(shí)間。徠卡CRF12002021-7-2715 相位式測(cè)距儀的基本工作原理圖：1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個(gè)調(diào)制光波，同時(shí)至檢相器；2、調(diào)制光波在待測(cè)距離上傳播，反射鏡反射后，經(jīng)接 收系統(tǒng)進(jìn)入檢相器；3、檢相器將發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行相位比較，測(cè)出 相位差 ；4、每改變頻率f 后的調(diào)制光波，測(cè)出一個(gè) ，組合后經(jīng) 微處理器計(jì)算顯示結(jié)果。相位式測(cè)距原理相位式測(cè)距原理2021-7-2716相位式紅外測(cè)距儀各種反射棱鏡各種反射棱鏡經(jīng)緯儀與測(cè)距儀配接經(jīng)緯儀與測(cè)距儀配接測(cè)距儀功能鍵盤測(cè)距儀功能鍵盤2021-7-2717n南方測(cè)繪公司生產(chǎn)的ND3000

9、相位式紅外測(cè)距儀2021-7-27182021-7-2719n由于光在玻璃中的折射率為由于光在玻璃中的折射率為1.51.51.61.6，而，而光在空氣中的折射率近似等于光在空氣中的折射率近似等于1 1，也就是說，也就是說光在玻璃中的傳播要比空氣中慢，因此光光在玻璃中的傳播要比空氣中慢，因此光在棱鏡中傳播所用的超量時(shí)間會(huì)使所測(cè)距在棱鏡中傳播所用的超量時(shí)間會(huì)使所測(cè)距離增大某一數(shù)值，稱為棱鏡常數(shù)。離增大某一數(shù)值，稱為棱鏡常數(shù)。 四、全反射棱鏡四、全反射棱鏡2021-7-2720五、光電測(cè)距儀的使用五、光電測(cè)距儀的使用1 1、經(jīng)緯儀和反射器的安置。、經(jīng)緯儀和反射器的安置。 2 2、測(cè)距儀的安置。、測(cè)距

10、儀的安置。安裝電池。安裝電池。把測(cè)距儀裝載在經(jīng)緯儀的支柱上。把測(cè)距儀裝載在經(jīng)緯儀的支柱上。 瞄準(zhǔn)反射器。瞄準(zhǔn)反射器。 經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)覘牌中心的視線與測(cè)距儀瞄準(zhǔn)反射棱鏡中心的視線保持平行。2021-7-2721 調(diào)整經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡，使十字絲對(duì) 準(zhǔn)反射棱鏡的覘牌中心 調(diào)整測(cè)距儀望遠(yuǎn)鏡，使十字絲對(duì)準(zhǔn)反射棱鏡中心經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)覘牌中心。測(cè)距儀瞄準(zhǔn)反射器3、開機(jī)檢查。4、測(cè)距。正常測(cè)距、跟蹤測(cè)距、連續(xù)測(cè)距、平均測(cè)距。5、測(cè)量氣象元素。6、關(guān)機(jī)收測(cè)。2021-7-27221）加常數(shù)改正六、測(cè)距成果的整理主要內(nèi)容有：儀器系統(tǒng)誤差改正、氣象改正、歸算改正1、儀器系統(tǒng)誤差改正K=D-(D0-d) 單位：?jiǎn)挝唬簃m原因：原

11、因：發(fā)光管的發(fā)射面、接收管接收面與儀器安置中心不一致發(fā)光管的發(fā)射面、接收管接收面與儀器安置中心不一致辭，反光鏡的等效反射面與反光鏡安置中心不一致。辭，反光鏡的等效反射面與反光鏡安置中心不一致。2021-7-27232）乘常數(shù)改正指按一定的距離重復(fù)出現(xiàn)的誤差，與距離有關(guān)指按一定的距離重復(fù)出現(xiàn)的誤差，與距離有關(guān)但不成比例。設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)可嚴(yán)格控制。但不成比例。設(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)可嚴(yán)格控制。RDDDRDD為實(shí)測(cè)距離值 R單位為mm/km fffRfff 標(biāo)準(zhǔn)頻率f 實(shí)際頻率3 3）周期誤差改正）周期誤差改正一般來說，如果一臺(tái)測(cè)距儀的性能穩(wěn)定合格，其儀器一般來說，如果一臺(tái)測(cè)距儀的性能穩(wěn)定合格，其儀器誤差改正數(shù)

12、都很小，可以忽略不計(jì)。誤差改正數(shù)都很小，可以忽略不計(jì)。原因：原因：振蕩器頻率變化，發(fā)光管相位不均勻。振蕩器頻率變化，發(fā)光管相位不均勻。2021-7-2724、氣象改正DCH2型測(cè)距儀的氣象改正公式為：型測(cè)距儀的氣象改正公式為：0.29027910.0037tpPDDt式中：式中：D Dtptp氣象改正值，單位為氣象改正值，單位為mm； P測(cè)站氣壓，單位為測(cè)站氣壓，單位為mb(毫巴），毫巴）， 1 mb=100Pa； t測(cè)站溫度，單位為測(cè)站溫度，單位為C C； D D觀測(cè)斜距，單位為觀測(cè)斜距，單位為km km 。DI1000型測(cè)距儀的氣象改正公式為：型測(cè)距儀的氣象改正公式為：0.29082821

13、0.00366tpPDDt2021-7-27253、傾斜改正cosSD若已知兩點(diǎn)高差，則經(jīng)過常數(shù)改正和氣象改正后的傾斜距離：RtpDDKDD 24328hhhDDD h為測(cè)距儀與反射棱鏡中心之間的高差則水平距離為hSDD 若已知測(cè)線豎直角，則水平距離為2021-7-2726、歸算至大地水準(zhǔn)面的改正2cosHlHSSDRR 12()2hHHHSSDDRR H1為測(cè)站高程，H為反射棱鏡站高程或或H為反射棱鏡站高程，l為反射棱鏡中心至地面的高度2021-7-2727六、測(cè)距儀的主要誤差測(cè)距誤差分兩部分：一是與距離無關(guān)的誤差，即測(cè)相誤差、加常數(shù)誤差、對(duì)中誤差；式中：A 固定誤差，單位為mm； B 比例誤差系數(shù)，以mm/km為單位； D 測(cè)距邊長(zhǎng)度，以km為單位。)(BDAmD如：如：（5mm+5ppmD)當(dāng)距離當(dāng)距離D為為0.6km時(shí)，測(cè)距精度是時(shí)，測(cè)距精度是mD=8mm二是與距離D成比例的誤差，即光速值誤差、大氣折射率誤差和測(cè)距頻率誤差。所以測(cè)距儀的精度表達(dá)式由固定誤差和比例誤差組成：2021-7-2728七、光電測(cè)距的注意事項(xiàng)(1)(1) 防止日曬雨淋，在儀器使用和運(yùn)輸中應(yīng)注意防震。防止日曬雨淋，在儀器使用和運(yùn)輸中應(yīng)注意防震。(2)(2) 嚴(yán)防陽光及強(qiáng)光直射物鏡，以免損壞光電器件。嚴(yán)防陽光及強(qiáng)光直射物鏡，以免損壞光電器件。(3)(3) 儀器長(zhǎng)期不用時(shí)，應(yīng)將電池取出。儀器