第五章 距離測(cè)量與直線定向

1、2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系1 測(cè) 量 學(xué)第第5章章 距離測(cè)量與直線定向距離測(cè)量與直線定向主講教師：陶庭葉主講教師：陶庭葉 副教授副教授2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系2第第5章章 距離測(cè)量與直線定向距離測(cè)量與直線定向 距離測(cè)量是測(cè)量三項(xiàng)基本工作之一距離測(cè)量是測(cè)量三項(xiàng)基本工作之一. 距離測(cè)量的方法主要有距離測(cè)量的方法主要有: 1.鋼尺鋼尺(皮尺皮尺)量距量距. 2.視距測(cè)量視距測(cè)量 3.光電測(cè)距光電測(cè)距 要確定地面點(diǎn)的平面位置要確定地面點(diǎn)的平面位置,還必須測(cè)定直還必須測(cè)定直線的方向線的方向, 即直線定向即直線定向2021年11月25日

2、星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系3視距測(cè)量圖2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系4利用調(diào)制波波長(zhǎng)測(cè)距B測(cè)距儀測(cè)距儀反光棱鏡反光棱鏡S電磁波測(cè)距電磁波測(cè)距電磁波測(cè)距圖A2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系5 第第5 5章距離測(cè)量與直線定向章距離測(cè)量與直線定向 5.1 5.1 鋼尺量距鋼尺量距 5.2 5.2 視距測(cè)量視距測(cè)量 5.3 5.3 紅外線測(cè)距儀及全站儀紅外線測(cè)距儀及全站儀 5.45.4 直線定向直線定向 2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系65.1 鋼尺量距鋼尺量距1.鋼卷尺鋼卷尺 尺長(zhǎng)與規(guī)格：尺長(zhǎng)與規(guī)格：2

3、0米、米、30米、米、50米，鋼質(zhì)，涂塑或不涂塑。米，鋼質(zhì)，涂塑或不涂塑。 刻度與注記：毫米刻度，注記厘米、分米、米。零分劃位刻度與注記：毫米刻度，注記厘米、分米、米。零分劃位 置有不同，分置有不同，分刻線尺刻線尺和和端點(diǎn)尺端點(diǎn)尺兩種。兩種。 5.1.1 量距用的工具量距用的工具: 鋼卷尺，花桿，測(cè)釬鋼卷尺，花桿，測(cè)釬一般量距方法一般量距方法 量距相對(duì)精度量距相對(duì)精度12000 15000 精密量距方法精密量距方法 量距相對(duì)精度量距相對(duì)精度110000 1400002.花桿花桿 定線用（量距時(shí)標(biāo)定直線量距的前進(jìn)方向）定線用（量距時(shí)標(biāo)定直線量距的前進(jìn)方向）3.測(cè)釬測(cè)釬 量距時(shí)在地面標(biāo)定尺段端點(diǎn)位

4、置。量距時(shí)在地面標(biāo)定尺段端點(diǎn)位置。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系7端點(diǎn)尺 刻線尺測(cè)釬測(cè)釬 花桿花桿皮尺皮尺 測(cè)繩測(cè)繩鋼卷尺鋼卷尺2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系85.1.2 直線定線直線定線 1. 兩點(diǎn)間目估定線兩點(diǎn)間目估定線2. 兩點(diǎn)間互不通視定線兩點(diǎn)間互不通視定線3.經(jīng)緯儀定線經(jīng)緯儀定線: 如果量距要求的精度較高如果量距要求的精度較高, 可在其端點(diǎn)可在其端點(diǎn)A安置經(jīng)緯儀定線安置經(jīng)緯儀定線.2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系95.1.3 丈量方法（往返丈量丈量方法（往返丈量)）距離用下式計(jì)算：距離用下式計(jì)算：

5、D=nl+l 式中：式中：l整尺段的長(zhǎng)度；整尺段的長(zhǎng)度； n丈量的整尺段數(shù)；丈量的整尺段數(shù)； l零尺段長(zhǎng)度。零尺段長(zhǎng)度。 往返丈量較差往返丈量較差 D = D往往- -D返返距離平均值距離平均值 D平平= （D往往- -D返返）相對(duì)誤差相對(duì)誤差 K=DD /1平211. 在平坦地面丈量在平坦地面丈量2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系102.2.傾斜地面丈量SDh (1)斜量法斜量法: 地面坡度均勻，將量得的傾斜距離地面坡度均勻，將量得的傾斜距離S歸算成水平距離歸算成水平距離D。高差高差h用水準(zhǔn)儀測(cè)定。用水準(zhǔn)儀測(cè)定。ShDDSDhSDhh2222-或水平距離：水平距離：

6、(2) 在傾斜地面平量在傾斜地面平量2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系11量距相對(duì)精度可達(dá)量距相對(duì)精度可達(dá)1 1萬(wàn)萬(wàn) 1 4萬(wàn)。萬(wàn)。 3. 鋼尺量距的精密方法鋼尺量距的精密方法精密量距時(shí)采取的精密量距時(shí)采取的措施：措施： 1.用檢定過(guò)的鋼尺；用檢定過(guò)的鋼尺； 2.經(jīng)緯儀定線；經(jīng)緯儀定線； 3.釘尺段樁釘尺段樁(概量得概量得)，用水準(zhǔn)儀測(cè)量樁間高差；，用水準(zhǔn)儀測(cè)量樁間高差； 4.對(duì)鋼尺施加固定拉力，并測(cè)量溫度；對(duì)鋼尺施加固定拉力，并測(cè)量溫度； 5.對(duì)量距結(jié)果加三項(xiàng)改正數(shù)。對(duì)量距結(jié)果加三項(xiàng)改正數(shù)。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系12三項(xiàng)改正數(shù)三

7、項(xiàng)改正數(shù)5 . 1 . 4 鋼尺量距的成果整理鋼尺量距的成果整理每尺段經(jīng)改正后的水平距離：每尺段經(jīng)改正后的水平距離： htdilllld總的水平距離總的水平距離： idD往2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系135.1.5 鋼尺檢定鋼尺檢定 目的：求得鋼尺兩端點(diǎn)刻劃間的實(shí)際長(zhǎng)度。目的：求得鋼尺兩端點(diǎn)刻劃間的實(shí)際長(zhǎng)度。 方法：用鋼尺對(duì)一段精確的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度進(jìn)行丈量，從而求得方法：用鋼尺對(duì)一段精確的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度進(jìn)行丈量，從而求得 鋼尺的鋼尺的尺長(zhǎng)改正數(shù)尺長(zhǎng)改正數(shù)。該檢定場(chǎng)地也稱(chēng)為。該檢定場(chǎng)地也稱(chēng)為“比尺場(chǎng)比尺場(chǎng)”。 。L比尺場(chǎng)示意圖作法：作法： “比尺場(chǎng)比尺場(chǎng)”為理想的砼條形場(chǎng)地，

8、埋有尺段標(biāo)志。將為理想的砼條形場(chǎng)地，埋有尺段標(biāo)志。將 待檢定的鋼尺，用精密量距的方法，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)距離待檢定的鋼尺，用精密量距的方法，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)距離L 進(jìn)行丈量。通過(guò)對(duì)量距結(jié)果的整理，得出該鋼尺的進(jìn)行丈量。通過(guò)對(duì)量距結(jié)果的整理，得出該鋼尺的 尺長(zhǎng)方程式尺長(zhǎng)方程式。 0 鋼尺名義長(zhǎng)(m)； t0 標(biāo)準(zhǔn)溫度，一般取20； d 尺長(zhǎng)改正值(mm)； t 丈量時(shí)溫度() 鋼的膨脹系數(shù)，1.210-5 / ；1.1.尺長(zhǎng)方程式：尺長(zhǎng)方程式： = 0+d+(t-t0)02021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系14例例：用一檢定過(guò)的：用一檢定過(guò)的30米鋼尺沿傾斜地面丈量米鋼尺沿傾斜地面丈量AB

9、距離，數(shù)據(jù)見(jiàn)距離，數(shù)據(jù)見(jiàn) 下表。該鋼尺的尺長(zhǎng)方程式如下，請(qǐng)整理量距成果。下表。該鋼尺的尺長(zhǎng)方程式如下，請(qǐng)整理量距成果。 mCtmmm30)20(102 .18 .1305-(注：注：鋼尺膨脹系數(shù)鋼尺膨脹系數(shù) =0.00001150.0000125為鋼尺溫度變?yōu)殇摮邷囟茸?化化1度時(shí)，單位長(zhǎng)度的變化量。度時(shí)，單位長(zhǎng)度的變化量。)尺段長(zhǎng)度及量距精度計(jì)算尺段長(zhǎng)度及量距精度計(jì)算2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系15 5.2 5.2 視距測(cè)量視距測(cè)量5.2.1 視距測(cè)量概述視距測(cè)量概述n視距測(cè)量是一種間接測(cè)距方法視距測(cè)量是一種間接測(cè)距方法; 它利用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)十字絲分劃板上的視距絲

10、及刻有厘米它利用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)十字絲分劃板上的視距絲及刻有厘米分劃的視距標(biāo)尺分劃的視距標(biāo)尺(地形塔尺或普通水準(zhǔn)尺地形塔尺或普通水準(zhǔn)尺)，根據(jù)光學(xué)，根據(jù)光學(xué)原理可以同時(shí)測(cè)定兩點(diǎn)間的水平距離和高差原理可以同時(shí)測(cè)定兩點(diǎn)間的水平距離和高差.n其中測(cè)量距離的相對(duì)誤差約為其中測(cè)量距離的相對(duì)誤差約為1/300，低于鋼尺量距；，低于鋼尺量距；n測(cè)定高差的精度低于水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)定高差的精度低于水準(zhǔn)測(cè)量;n視距測(cè)量廣泛用于地形測(cè)量的視距測(cè)量廣泛用于地形測(cè)量的 碎部測(cè)量中。碎部測(cè)量中。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系165.2.2 視準(zhǔn)軸水平時(shí)的視距計(jì)算公式視準(zhǔn)軸水平時(shí)的視距計(jì)算公式AB為待測(cè)距離

11、，在A點(diǎn)安置經(jīng)緯儀，B點(diǎn)豎立視距尺，設(shè)望遠(yuǎn)鏡視線水平，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)的視距尺，此時(shí)視線與視距尺垂直。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系17視線水平時(shí)的視距測(cè)量公式視線水平時(shí)的視距測(cè)量公式:(1) 水平距離公式:(2) 高差公式:vihAB-lcKlD100(3) B點(diǎn)高程:viHhHHAABAB-2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系185.2.3 視線傾斜時(shí)的視距測(cè)量公式視線傾斜時(shí)的視距測(cè)量公式(1) 水平距離公式:(2) 初算高差:(3) 高差公式:2coscosKlLDsincossinKlLhABviKlhAB-2sin212021年11月25

12、日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系19（1 1）在測(cè)站）在測(cè)站 A 安置安置經(jīng)緯儀，量取儀器高經(jīng)緯儀，量取儀器高 i，在測(cè)點(diǎn)在測(cè)點(diǎn) B 豎立視距尺；豎立視距尺； （2 2）照準(zhǔn)視距尺，用上下視距絲分別在尺上讀取讀數(shù)，）照準(zhǔn)視距尺，用上下視距絲分別在尺上讀取讀數(shù)，算出視距間隔算出視距間隔 n（n = =下絲讀數(shù)下絲讀數(shù)- -上絲讀數(shù)）。也可先將中絲上絲讀數(shù)）。也可先將中絲對(duì)準(zhǔn)儀器高讀豎直角，然后把上絲對(duì)準(zhǔn)鄰近整數(shù)刻劃后直對(duì)準(zhǔn)儀器高讀豎直角，然后把上絲對(duì)準(zhǔn)鄰近整數(shù)刻劃后直接讀取視距間隔；接讀取視距間隔；5.2.4 5.2.4 視距測(cè)量視距測(cè)量觀測(cè)與計(jì)算方法觀測(cè)與計(jì)算方法2021年11月25日

13、星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系20（3 3）轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤(pán)指標(biāo)）轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋使豎盤(pán)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋使豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤(pán)讀數(shù)，算出豎讀取豎盤(pán)讀數(shù)，算出豎直角。對(duì)有豎盤(pán)指標(biāo)自直角。對(duì)有豎盤(pán)指標(biāo)自動(dòng)歸零裝置的儀器，應(yīng)動(dòng)歸零裝置的儀器，應(yīng)打開(kāi)自動(dòng)歸零裝置后再打開(kāi)自動(dòng)歸零裝置后再讀數(shù)；讀數(shù)；5.2.4 5.2.4 視距測(cè)量視距測(cè)量觀測(cè)與計(jì)算方法觀測(cè)與計(jì)算方法（4 4）根據(jù)視距公式，計(jì)算水平距離和高差及）根據(jù)視距公式，計(jì)算水平距離和高差及立尺點(diǎn)的高程。立尺點(diǎn)的高程。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系21一、概述一、概述n電磁波測(cè)距電

14、磁波測(cè)距(Electro-magnetic Distance Measuring，EDM) 是用電磁波是用電磁波(光波或微波光波或微波)作為載波，傳輸測(cè)距信作為載波，傳輸測(cè)距信號(hào)，以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的一種方法。號(hào)，以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的一種方法。nEDM具有測(cè)程長(zhǎng)、精度高、作業(yè)快、工作強(qiáng)度低、幾具有測(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)。乎不受地形限制等優(yōu)點(diǎn)。n1948年，瑞典年，瑞典AGA(阿嘎阿嘎)公司公司(現(xiàn)更名為現(xiàn)更名為Geotronics捷創(chuàng)捷創(chuàng)力公司力公司)研制成功了世界上第一臺(tái)電磁波測(cè)距儀，研制成功了世界上第一臺(tái)電磁波測(cè)距儀，n它采用白熾燈發(fā)射的光波作載波，應(yīng)用了大

15、量的電子管它采用白熾燈發(fā)射的光波作載波，應(yīng)用了大量的電子管元件，儀器相當(dāng)笨重且功耗大。元件，儀器相當(dāng)笨重且功耗大。n為避開(kāi)白天太陽(yáng)光對(duì)測(cè)距信號(hào)的干擾，只能在夜間作業(yè)，為避開(kāi)白天太陽(yáng)光對(duì)測(cè)距信號(hào)的干擾，只能在夜間作業(yè)，測(cè)距操作和計(jì)算都比較復(fù)雜。測(cè)距操作和計(jì)算都比較復(fù)雜。5.3 5.3 電磁波測(cè)距電磁波測(cè)距及全站儀2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系22n1960年世界上成功研制出了第一臺(tái)紅寶石激光器和第一臺(tái)年世界上成功研制出了第一臺(tái)紅寶石激光器和第一臺(tái)氦氦-氖激光器，氖激光器，1962年砷化鎵半導(dǎo)體激光器研制成功。年砷化鎵半導(dǎo)體激光器研制成功。n與白熾燈比較，激光的優(yōu)點(diǎn)是

16、發(fā)散角小、穿透力強(qiáng)、傳輸與白熾燈比較，激光的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)散角小、穿透力強(qiáng)、傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)、不受太陽(yáng)光干擾、基本上可以全天侯作業(yè)。的距離遠(yuǎn)、不受太陽(yáng)光干擾、基本上可以全天侯作業(yè)。n1967年年AGA公司推出了世界上第一臺(tái)商品化的激光測(cè)距儀公司推出了世界上第一臺(tái)商品化的激光測(cè)距儀AGA-8。n該儀器采用該儀器采用5mw的氦的氦-氖激光器作發(fā)光元件，白天測(cè)程為氖激光器作發(fā)光元件，白天測(cè)程為40km，夜間測(cè)程達(dá)，夜間測(cè)程達(dá)60km，測(cè)距精度，測(cè)距精度(5mm+1ppm)，主機(jī)重，主機(jī)重量量23kg。n我國(guó)的武漢地震大隊(duì)也于我國(guó)的武漢地震大隊(duì)也于1969年研制成功了年研制成功了JCY-1型激光型激光測(cè)距儀，測(cè)

17、距儀，1974年又研制并生產(chǎn)了年又研制并生產(chǎn)了JCY-2型激光測(cè)距儀。該儀型激光測(cè)距儀。該儀器采用器采用2.5mw的氦的氦-氖激光器作發(fā)光元件，白天測(cè)程為氖激光器作發(fā)光元件，白天測(cè)程為20km，測(cè)距精度測(cè)距精度(5mm+1ppm)，主機(jī)重量，主機(jī)重量16.3kg。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系23n隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，從隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，從60年代末年代末70年代初起，采年代初起，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(lái)。世界上流行起來(lái)。n與激光測(cè)距儀比較，紅外測(cè)距儀有體積小、重量輕、與激光

18、測(cè)距儀比較，紅外測(cè)距儀有體積小、重量輕、功耗小、測(cè)距快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。功耗小、測(cè)距快、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。n由于紅外光的發(fā)散角比激光大，所以紅外測(cè)距儀的測(cè)由于紅外光的發(fā)散角比激光大，所以紅外測(cè)距儀的測(cè)程一般小于程一般小于15km。n現(xiàn)在的紅外測(cè)距儀已經(jīng)和電子經(jīng)緯儀及計(jì)算機(jī)軟硬件現(xiàn)在的紅外測(cè)距儀已經(jīng)和電子經(jīng)緯儀及計(jì)算機(jī)軟硬件制造在一起，形成了全站儀，并向著自動(dòng)化、智能化制造在一起，形成了全站儀，并向著自動(dòng)化、智能化和利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸方向飛速發(fā)和利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸方向飛速發(fā)展。展。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系24二、電磁波測(cè)距

19、儀分類(lèi)二、電磁波測(cè)距儀分類(lèi)1. 按其所采用的載波（光源）可分為：按其所采用的載波（光源）可分為：微波測(cè)距儀微波測(cè)距儀(microwave EDM instrument)；激光測(cè)距儀激光測(cè)距儀(laser EDM instrument)；紅外測(cè)距儀紅外測(cè)距儀(infrared EDM instrument);2. 按測(cè)程分為：按測(cè)程分為：短程測(cè)距儀短程測(cè)距儀(5km)中程測(cè)距儀中程測(cè)距儀(515km)遠(yuǎn)程測(cè)距儀遠(yuǎn)程測(cè)距儀( 15km）3. 按精度分為：按精度分為：級(jí)測(cè)距儀級(jí)測(cè)距儀(mD 5mm) 級(jí)測(cè)距儀級(jí)測(cè)距儀(5 mD 10mm) 級(jí)測(cè)距儀級(jí)測(cè)距儀(mD 10mm ）4. 按測(cè)距原理分為按測(cè)

20、距原理分為： 脈沖式；脈沖式； 相位式相位式2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系255.3.15.3.1 紅外測(cè)距的測(cè)距原理紅外測(cè)距的測(cè)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光在大氣中傳輸?shù)恼凵渎使庠诖髿庵袀鬏數(shù)恼凵渎蕋光波在光波在AB間往返傳輸時(shí)間間往返傳輸時(shí)間2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系26直接測(cè)時(shí)直接測(cè)時(shí)-該類(lèi)測(cè)距儀稱(chēng)為該類(lèi)測(cè)距儀稱(chēng)為脈沖式測(cè)距儀脈沖式測(cè)距儀，該儀器因其精度較低，通常只用于精度較低的該儀器因其精度較低，通常只用于精度較低的遠(yuǎn)距離測(cè)量、地形測(cè)量和炮瞄雷達(dá)測(cè)距。遠(yuǎn)距離測(cè)量、地形測(cè)量和炮

21、瞄雷達(dá)測(cè)距。間接測(cè)時(shí)間接測(cè)時(shí)-用測(cè)定相位的方法來(lái)測(cè)定距離，用測(cè)定相位的方法來(lái)測(cè)定距離，此類(lèi)儀器稱(chēng)為相位式測(cè)距儀。此類(lèi)儀器稱(chēng)為相位式測(cè)距儀?，F(xiàn)有的精密光電測(cè)距儀都不采用直接測(cè)時(shí)的方現(xiàn)有的精密光電測(cè)距儀都不采用直接測(cè)時(shí)的方法，而采用間接測(cè)時(shí)。法，而采用間接測(cè)時(shí)。電磁波測(cè)距方式電磁波測(cè)距方式2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系27 脈沖式脈沖式測(cè)距原理測(cè)距原理 假設(shè)時(shí)鐘脈沖的震蕩頻率為假設(shè)時(shí)鐘脈沖的震蕩頻率為 , 震蕩周期為震蕩周期為計(jì)數(shù)器記錄的震蕩次數(shù)為計(jì)數(shù)器記錄的震蕩次數(shù)為N, 則脈沖光波在則脈沖光波在AB兩點(diǎn)間兩點(diǎn)間往返的時(shí)間為往返的時(shí)間為:0f001fT 00fNNT

22、ttncDg0212021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系282. 相位式相位式測(cè)距原理測(cè)距原理 用測(cè)定相位的方法來(lái)測(cè)定距離，此類(lèi)儀器稱(chēng)為用測(cè)定相位的方法來(lái)測(cè)定距離，此類(lèi)儀器稱(chēng)為相位式測(cè)距儀。相位式測(cè)距儀。它是用一種連續(xù)波（精密光波測(cè)距儀采用光波）它是用一種連續(xù)波（精密光波測(cè)距儀采用光波）作為作為“運(yùn)輸工具運(yùn)輸工具”（稱(chēng)為載波），通過(guò)一個(gè)調(diào)（稱(chēng)為載波），通過(guò)一個(gè)調(diào)制器使載波的振幅或頻率按照調(diào)制波的變化做制器使載波的振幅或頻率按照調(diào)制波的變化做周期性變化。周期性變化。測(cè)距時(shí)，通過(guò)測(cè)量調(diào)制波在待測(cè)距離上往返傳測(cè)距時(shí)，通過(guò)測(cè)量調(diào)制波在待測(cè)距離上往返傳播所產(chǎn)生的相位變化，間接地確定

23、傳播時(shí)間播所產(chǎn)生的相位變化，間接地確定傳播時(shí)間t t，進(jìn)而求得待測(cè)距離進(jìn)而求得待測(cè)距離D D。 2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系29相位式測(cè)距原理相位式測(cè)距原理 調(diào)制波的調(diào)制頻率f，角頻率 ，周期T， 波長(zhǎng): 設(shè)調(diào)制波在距離D往返一次產(chǎn)生的相位變化為 ，調(diào)制信號(hào)一個(gè)周期相位變化為2，則調(diào)制波的傳播時(shí)間t為： 代入基本公式得 :fccT ft2fcD4f22021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系30相位式測(cè)距原理相位式測(cè)距原理設(shè)調(diào)制信號(hào)為正弦信號(hào)，包含2的整倍數(shù)N2，和不足2的尾數(shù)部分，即：)(2)2(22NNNN代入前面公式: )(2)(2NNN

24、NfcD2N2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系31相位式測(cè)距原理相位式測(cè)距原理 令 : -單位長(zhǎng)，“光測(cè)尺”，“電子尺” 22fcLs公式改寫(xiě)成 :)(NNLDs上式就是相位式測(cè)距原理公式相位式測(cè)距原理公式。相位式測(cè)距儀是用長(zhǎng)度為L(zhǎng)S的“測(cè)尺”去量測(cè)距離，量了N個(gè)整尺段加上不足一個(gè)LS的長(zhǎng)度就是所測(cè)距離。 采用多個(gè)“測(cè)尺”組合實(shí)現(xiàn)測(cè)距技術(shù)過(guò)程。設(shè)計(jì)；精測(cè)尺+粗測(cè)尺測(cè)距。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系32相位式測(cè)距原理相位式測(cè)距原理調(diào)制頻率與測(cè)尺長(zhǎng)度的關(guān)系調(diào)制頻率f15MHz7.5MHz1.5MHz150kHz75kHz15kHz測(cè)尺長(zhǎng)度/

25、210m20m100m1km2km10km精度1cm2cm10cm1m2m10m2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系335.3.25.3.2 光電測(cè)距儀的組成光電測(cè)距儀的組成2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系345.3.25.3.2 光電測(cè)距儀的組成光電測(cè)距儀的組成2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系355.3.4 全站儀及其使用全站儀及其使用（一）（一） 全站儀概述全站儀概述（二）（二） 全站儀的功能全站儀的功能 （三）（三） 幾種全站儀及其基本應(yīng)用幾種全站儀及其基本應(yīng)用 2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建

26、學(xué)院測(cè)量工程系36南方南方NTSNTS全站儀全站儀TOPCON GTSTOPCON GTS全站儀全站儀2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系37Leica Leica 全站儀全站儀2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系38（一）（一） 全站儀概述全站儀概述全站儀全站儀(total station)是由電子測(cè)角、光電測(cè)距、微是由電子測(cè)角、光電測(cè)距、微型機(jī)及其軟件組合而成的智能型光電測(cè)量?jī)x器。型機(jī)及其軟件組合而成的智能型光電測(cè)量?jī)x器。q全站儀的基本功能是全站儀的基本功能是測(cè)量水平角、豎直角和距離測(cè)量水平角、豎直角和距離。q全站儀具有如下特點(diǎn)：全站儀具有如

27、下特點(diǎn)：同時(shí)進(jìn)行角度測(cè)量同時(shí)進(jìn)行角度測(cè)量( (水平角、豎直角水平角、豎直角) ) 和距離測(cè)量和距離測(cè)量( (斜斜距距S S、平距、平距D D、高差、高差h) h) ； 測(cè)距系統(tǒng)光軸與測(cè)角系統(tǒng)視準(zhǔn)軸同軸（測(cè)距系統(tǒng)光軸與測(cè)角系統(tǒng)視準(zhǔn)軸同軸（三軸同一三軸同一）；）；顯示測(cè)點(diǎn)的角度顯示測(cè)點(diǎn)的角度( (方向值方向值) )、距離、高差或三維坐標(biāo)；、距離、高差或三維坐標(biāo)；擁有后方交會(huì)、放樣、擁有后方交會(huì)、放樣、偏心測(cè)量、懸高測(cè)量、對(duì)邊偏心測(cè)量、懸高測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、面積計(jì)算測(cè)量、面積計(jì)算等高級(jí)測(cè)量功能。等高級(jí)測(cè)量功能。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系39全站儀特點(diǎn)全站儀特點(diǎn)擁有較大

28、容量的內(nèi)部存儲(chǔ)器，以數(shù)據(jù)文件形式擁有較大容量的內(nèi)部存儲(chǔ)器，以數(shù)據(jù)文件形式存儲(chǔ)已存儲(chǔ)已知點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、編碼、三維坐標(biāo)；知點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、編碼、三維坐標(biāo)； 實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊；實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊； 高精度全站儀測(cè)角達(dá)高精度全站儀測(cè)角達(dá)0.50.5秒級(jí)，測(cè)距精度達(dá)秒級(jí)，測(cè)距精度達(dá)(0.1mm+0.1PPM)(0.1mm+0.1PPM)； 與計(jì)算機(jī)聯(lián)合組成的智能觀測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全與計(jì)算機(jī)聯(lián)合組成的智能觀測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)瞄準(zhǔn)、觀測(cè)、記錄、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的傳輸，自動(dòng)瞄準(zhǔn)、觀測(cè)、記錄、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的傳輸，被稱(chēng)為測(cè)量機(jī)器人。被稱(chēng)為測(cè)量機(jī)器人。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)

29、院測(cè)量工程系40 三軸同一望遠(yuǎn)鏡三軸同一望遠(yuǎn)鏡在全站儀的望遠(yuǎn)鏡中，照準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)軸、光電測(cè)在全站儀的望遠(yuǎn)鏡中，照準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)軸、光電測(cè)距的紅外光發(fā)射光軸和接收光軸是同軸的，其光路距的紅外光發(fā)射光軸和接收光軸是同軸的，其光路如圖所示。因此，測(cè)量時(shí)使望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的如圖所示。因此，測(cè)量時(shí)使望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心，就能同時(shí)測(cè)定水平角、垂直角和斜距中心，就能同時(shí)測(cè)定水平角、垂直角和斜距2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系41測(cè)量?jī)x器總的發(fā)展過(guò)程測(cè)量?jī)x器總的發(fā)展過(guò)程 測(cè)量?jī)x器總的發(fā)展過(guò)程：測(cè)量?jī)x器總的發(fā)展過(guò)程： 光學(xué)經(jīng)緯儀光學(xué)經(jīng)緯儀 電子經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀 速測(cè)全站儀速測(cè)全站

30、儀 全站儀。全站儀。 全站儀的發(fā)展過(guò)程：全站儀的發(fā)展過(guò)程： 1.1.普通型全站儀普通型全站儀2.2.功能型全站儀功能型全站儀3.3.磁卡型全站儀磁卡型全站儀4.4.內(nèi)存式全站儀內(nèi)存式全站儀 5.5.全自動(dòng)智能全站儀全自動(dòng)智能全站儀 全站儀生產(chǎn)廠家：全站儀生產(chǎn)廠家：瑞士：徠卡瑞士：徠卡LeicaLeica德國(guó)：蔡司德國(guó)：蔡司Zeiss Zeiss 日本：拓普康日本：拓普康TOPCONTOPCON，索佳，索佳SOKKIASOKKIA，賓得，賓得, ,尼康尼康中國(guó)：南方、蘇州、北京中國(guó)：南方、蘇州、北京2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系42（二）（二） 全站儀的功能全站儀的

31、功能對(duì)邊測(cè)量、懸高測(cè)量、后方交會(huì)、放樣、偏心測(cè)量、面積計(jì)算等高級(jí)測(cè)量功能。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系43全站儀的功能全站儀的功能1、對(duì)邊測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量如圖，分別瞄準(zhǔn)兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)處的棱鏡并觀測(cè)后，儀器即可顯示出兩個(gè)棱鏡之間的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。對(duì)邊測(cè)量可以連續(xù)進(jìn)行。VSHD%2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系44全站儀的功能全站儀的功能 2、懸高測(cè)量、懸高測(cè)量 如圖，要測(cè)量某些不能設(shè)置反射棱鏡的目標(biāo)（高壓電線、橋梁桁架高壓電線、橋梁桁架）的高度時(shí)，可在目標(biāo)正上方或正下方處安置棱鏡，輸入棱鏡高h(yuǎn)1，瞄準(zhǔn)棱鏡并觀

32、測(cè)后，再瞄準(zhǔn)目標(biāo)，儀器即可顯示目標(biāo)的高度HHh1h22021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系45全站儀的功能全站儀的功能3、后方交會(huì)測(cè)量、后方交會(huì)測(cè)量如圖，全站儀安置在某一待定點(diǎn)上，通過(guò)對(duì)兩個(gè)以上的已知點(diǎn)處的棱鏡進(jìn)行觀測(cè)，并輸入各已知點(diǎn)三維坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，全站儀即可顯示待定點(diǎn)的三維坐標(biāo)。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系46 4、三維坐標(biāo)測(cè)量、三維坐標(biāo)測(cè)量 如圖，將全站儀安置在已知點(diǎn)A，棱鏡設(shè)置在待定點(diǎn)P，輸入A點(diǎn)已知坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，先后視已知點(diǎn)B并輸入B點(diǎn)坐標(biāo)（后視已知點(diǎn)是為了設(shè)置方向位角）然后瞄準(zhǔn)P點(diǎn)處棱鏡并進(jìn)行觀測(cè)，儀器即可顯

33、示待定P的三維坐標(biāo)。APB全站儀的功能全站儀的功能2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系47全站儀的功能全站儀的功能5、放樣測(cè)量、放樣測(cè)量 將要測(cè)設(shè)的角度和邊長(zhǎng)（或坐標(biāo)值）輸入全站儀，在放樣過(guò)程中儀器顯示角度和邊長(zhǎng)的實(shí)測(cè)值與放樣值之差，根據(jù)顯示的偏離值及符號(hào)調(diào)整棱鏡位置，直至偏離值為零，此時(shí)棱鏡所處位置即為要測(cè)設(shè)的點(diǎn)位。有的電子全站儀還可通過(guò)圖形顯示出棱鏡上下左右前后的移動(dòng)方向。D2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系48全站儀的功能全站儀的功能6、偏心測(cè)量、偏心測(cè)量如圖，若侍定點(diǎn)處不能設(shè)置棱鏡，可將棱鏡設(shè)置在待定點(diǎn)的左側(cè)或右側(cè)，并使棱鏡至站點(diǎn)的距離

34、相當(dāng)，瞄準(zhǔn)棱鏡并進(jìn)行觀測(cè)，再照準(zhǔn)待定點(diǎn)，儀器即可顯示待定點(diǎn)的坐標(biāo)。不同廠家生產(chǎn)的電子全站儀其鍵盤(pán)設(shè)計(jì)并不完全相同，實(shí)現(xiàn)相同測(cè)量功能的按鍵程序和步驟也不完全一樣，具體使用應(yīng)參見(jiàn)廠家的使用說(shuō)明書(shū)。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系49全站儀測(cè)量的流程全站儀測(cè)量的流程野外采集數(shù)據(jù)野外采集數(shù)據(jù)：南方NTS、 TOPCON全站儀+PDA（測(cè)圖精靈）傳輸數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)：將數(shù)據(jù)文件傳入計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)：用測(cè)圖軟件 （南方測(cè)繪CASS）處理、編輯輸出成果輸出成果：數(shù)字化地 形圖、電子地圖（.dwg）、工程圖。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系50 5.4

35、 直線定向5.4.1 直線定向的概念 確定地面上兩點(diǎn)之間的相對(duì)位置，僅知道兩點(diǎn)之間的水平距離是不夠的，還必須確定此直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平夾角。 確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱(chēng)為直線定向。 2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系51標(biāo)準(zhǔn)方向的種類(lèi) 1 真子午線方向 通過(guò)地球表面某點(diǎn)真子午線的切線方向，稱(chēng)為該點(diǎn)的真子午線方向，真子午線方向是用天文測(cè)量方法或用陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的。 2 磁于午線方向 磁子午線方向是磁針在地球磁場(chǎng)的作用下，磁針自由靜止時(shí)其軸線所指的方向。磁子午線方向可用羅盤(pán)儀測(cè)定。2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系52標(biāo)準(zhǔn)方向的種類(lèi)

36、3 坐標(biāo)縱軸方向(中央子午線方向) 第二章已述及，我國(guó)采用高斯平面直角坐標(biāo)系，每一6帶或3帶內(nèi)都以該帶的中央子午線為坐標(biāo)縱軸方向。因此，該帶內(nèi)直線定向，就用該帶的坐標(biāo)縱軸方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向。 如假定坐標(biāo)系，則用假定的坐標(biāo)縱軸(X軸)作為標(biāo)準(zhǔn)方向。 2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系535.4.2 表示直線方向的方法 測(cè)量工作中，常采用方位角來(lái)表示直線的方向。 由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起，順時(shí)針?lè)较蛄康侥持本€的夾角，稱(chēng)為該直線的方位角，其角值從0 36 360。 由不同的標(biāo)準(zhǔn)方向所得到的方位角，分別為： 真方位角：A 磁方位角：Am 坐標(biāo)方位角：標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)方方向向O OP P202

37、1年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系54幾種方位角之間的關(guān)系 1 真方位角與磁方位角之間的關(guān)系 由于地磁南北極與地球的南北極并不重合，因此，由于地磁南北極與地球的南北極并不重合，因此，過(guò)地面上某點(diǎn)的真子午線方向與磁子午線方向常不過(guò)地面上某點(diǎn)的真子午線方向與磁子午線方向常不重合，兩者之間的夾角稱(chēng)為重合，兩者之間的夾角稱(chēng)為磁偏角磁偏角，磁針北端偏，磁針北端偏于其子午線以東稱(chēng)東偏，偏于其子午線以西稱(chēng)西偏。于其子午線以東稱(chēng)東偏，偏于其子午線以西稱(chēng)西偏。東偏取正值，西偏取負(fù)東偏取正值，西偏取負(fù)值。我國(guó)磁偏角的變化大值。我國(guó)磁偏角的變化大約在約在+6到到-10之間之間。直線的真方位角與磁方位直線的真方位角與磁方位mAA2021年11月25日星期四 合肥工業(yè)大學(xué)土建學(xué)院測(cè)量工程系55幾種方位角之間的關(guān)系 2真方位角與坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系 中