第04章精密距離測(cè)量課件

第四章精密距離測(cè)量安徽理工大學(xué)地環(huán)院[本章提要]

建立高精度平面控制網(wǎng)和進(jìn)行電磁波測(cè)距三角高程時(shí)，需要進(jìn)行精密距離測(cè)量。當(dāng)前，主要采用電磁波測(cè)距儀進(jìn)行距離測(cè)量。本章主要討論中、短程紅外光電測(cè)距儀的基本原理；電磁波測(cè)距儀的誤差來源極其影響；地面距離觀測(cè)值如何歸算到橢球面上。目的是解決平面控制網(wǎng)的水平距離觀測(cè)問題和電磁波測(cè)距三角高程測(cè)量的斜距觀測(cè)問題。第四章精密距離測(cè)量知識(shí)點(diǎn)

(1)概述；(2)電磁波測(cè)距基本原理；(3)測(cè)距誤差來源及其影響；(4)

觀測(cè)結(jié)果的化算[習(xí)題]4.1概述

在大地測(cè)量中，不管是三角網(wǎng)的起始邊，或是精密導(dǎo)線測(cè)量的導(dǎo)線邊，都需進(jìn)行高精度的距離測(cè)量。在本世紀(jì)60年代以前，采用一種膨脹系數(shù)極小的合金—因瓦(其膨脹系數(shù)a=0.5×10-6／℃)制成的線尺，即因瓦線尺來丈量，我國大地網(wǎng)的起始邊大多數(shù)就是采用24m因瓦線尺用懸空丈量的方法測(cè)定的。作業(yè)時(shí)先在地面選擇一合適的地段直接丈量出一條較短的邊，這條短邊稱為基線。然后通過構(gòu)成一定幾何圖形的基線網(wǎng)，推算出三角網(wǎng)的起始邊長(zhǎng)。直接丈量短邊的工作稱為基線測(cè)量。

用因瓦線尺丈量距離不僅進(jìn)度緩慢，且耗費(fèi)大量的人力和物力，所以在三角測(cè)量中，總力求少作距離測(cè)量，盡可能利用角度觀測(cè)值來推求距離。這樣由于邊長(zhǎng)誤差的積累，將有礙于三角網(wǎng)精度的進(jìn)一步提高。近三十年來，隨著無線電技術(shù)的迅速發(fā)展，光電測(cè)距儀和微波測(cè)距儀的先后問世，并不斷更新、完善和愈益精密，逐步取代了因瓦基線尺而成為精密距離測(cè)量的主要工具，為提高大地測(cè)量控制網(wǎng)的精度展示了廣闊的前景。但在檢定電磁波測(cè)距儀時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度目前還是用因瓦線尺多次丈量求得。另外，在某些特殊要求的精密工程測(cè)量中，往往也還需要用因瓦線尺來丈量(有關(guān)內(nèi)容請(qǐng)參閱《應(yīng)用大地測(cè)量學(xué)》)。

電磁波測(cè)距儀就是利用電磁波來測(cè)量距離的儀器。根據(jù)儀器所用載波的性質(zhì)不同，一般可分為兩大類：微波測(cè)距儀和光波測(cè)距儀，前者以微波為載波，后者以光波為載波。在光波測(cè)距儀中，又有用普通光、紅外光和激光的不同儀器。對(duì)于后兩種，習(xí)慣上又分別叫做紅外測(cè)距儀和激光測(cè)距儀。大地測(cè)量要求高精度的距離測(cè)量，因此只采用高精度的光波測(cè)距儀，我們把這樣的光波測(cè)距儀稱為精密光波測(cè)距儀。本章將介紹這類儀器的測(cè)距原理、使用方法，同時(shí)還講述測(cè)距的成果處理、誤差分析和儀器檢驗(yàn)。返回本章目錄4.2距離測(cè)量方式及其原理

一、長(zhǎng)度基準(zhǔn)所有距離的測(cè)定結(jié)果，都必須用一種統(tǒng)一的、固定的長(zhǎng)度單位來表示，這種統(tǒng)一的、固定的長(zhǎng)度單位就是長(zhǎng)度基準(zhǔn)。

1．國際長(zhǎng)度基準(zhǔn)具有國際統(tǒng)一性的長(zhǎng)度單位，是從1875年國際米制公約的建立開始的。當(dāng)時(shí)規(guī)定，通過巴黎的地球子午線的四千萬分之一的長(zhǎng)度為lm。在1889年的米制公約國際計(jì)量大會(huì)上通過決定，用鉑銥合金米尺上兩條刻線間的距離作為lm的定義值。這根米尺稱為國際米原器，它安放在法國巴黎國際計(jì)量局的地下室內(nèi)。各國都保存著一支它的復(fù)制品，作為傳遞長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)。

國際米原器作為米基準(zhǔn)一直延用了71年，它的相對(duì)精度為千萬分之一左右。到了20世紀(jì)中葉，這個(gè)精度就顯得不夠用，不能滿足精密機(jī)械制造等行業(yè)的要求，影響科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。為了把最高長(zhǎng)度基準(zhǔn)長(zhǎng)期保存下來，物理學(xué)家提出利用原子輻射的波長(zhǎng)值代替國際米原器作為米定義的新建議。1960年召開的國際計(jì)量大會(huì)通過米的定義為：“米等于氪-86原子的2P10和5d2能極間躍遷輻射真空波長(zhǎng)的1650763.73倍的長(zhǎng)度?！?/p>

根據(jù)上述定義，lm的精度為十億分之四，它意味著1000km的長(zhǎng)度測(cè)量中誤差4mm。

1967年，秒的定義也由地球自轉(zhuǎn)一周的八萬六千四百分之一改為“秒是銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精密能極之間躍遷輻射的9192631770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間?！痹诖嘶A(chǔ)上，1983年10月20日，在法國巴黎舉行的第17屆國際計(jì)量大會(huì)上，再次通過了米的新定義：“米是光在真空中，在1／299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)過的距離?！毙碌拿锥x特點(diǎn)是：把真空中的光速值作為一個(gè)固定不變的基本物理常數(shù)，長(zhǎng)度測(cè)量可通過時(shí)間或頻率測(cè)量間接導(dǎo)出，從而使長(zhǎng)度單位和時(shí)間單位結(jié)合了起來。2．我國的長(zhǎng)度基準(zhǔn)我國計(jì)量法規(guī)定，長(zhǎng)度計(jì)量單位采用國際通用單位：m。為了統(tǒng)一國內(nèi)尺度并便于國際上的交流，還需要建立相應(yīng)的長(zhǎng)度基準(zhǔn)及其傳遞系列，以保證精度從高到低地復(fù)現(xiàn)長(zhǎng)度基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度基準(zhǔn)的傳遞，達(dá)到統(tǒng)一尺度的目的。我國原有兩支lm因瓦合金桿尺R16l和N563，50年代在蘇聯(lián)檢定了它們的長(zhǎng)度。以后在我國計(jì)量科學(xué)院用光波波長(zhǎng)通過100mm石英標(biāo)準(zhǔn)具逐年檢定它們，這兩支桿尺就成為我國的長(zhǎng)度基準(zhǔn)。1959年我國又從蘇聯(lián)引進(jìn)了一支3m工作基準(zhǔn)尺C10，作為國家大地網(wǎng)中使用的24m基線尺的長(zhǎng)度基準(zhǔn)。

目前，氪-86長(zhǎng)度基準(zhǔn)和氦氖激光長(zhǎng)度基準(zhǔn)是我國兩項(xiàng)最高長(zhǎng)度基準(zhǔn)，其極限誤差分別為±l×l0-8和±4×10-9；一等標(biāo)準(zhǔn)是3m一等因瓦標(biāo)準(zhǔn)尺，極限誤差為±0.8μm，相對(duì)中誤差為±0.9X10-7；二等標(biāo)準(zhǔn)是24m因瓦標(biāo)準(zhǔn)尺，極限誤差為20μm，相對(duì)中誤差為±2.8X10-7；三等標(biāo)準(zhǔn)是測(cè)距儀專用野外基線，相對(duì)中誤差為±(0.4～1)X10-6。二）距離測(cè)量的方式距離測(cè)量的方式包括光學(xué)視距、線尺量距、電磁波測(cè)距等。其中使用基線尺量距、光干涉測(cè)距和電磁波測(cè)距儀測(cè)距精度較高，可稱為精密距離測(cè)量。(一)用因瓦基線尺丈量距離因瓦基線尺是用含鐵約64％、鎳約36％的合金鋼制成的。它的熱膨脹系數(shù)非常小，是精密量距的理想工具。因瓦基線尺有線尺和帶尺兩種。線尺的直徑1.65mm，長(zhǎng)24m。每箱線尺通常備有4根主尺，另外配備一根用于丈量不足一整尺段的8m或4m的補(bǔ)尺。一般每期作業(yè)前應(yīng)對(duì)基線尺檢定一次。檢定其尺長(zhǎng)改正數(shù)及其溫度系數(shù)。檢定可在室內(nèi)用專門的檢定器進(jìn)行。對(duì)于低等級(jí)基線所用的基線尺，常采用野外檢定的方法，在專門的基線檢定場(chǎng)上進(jìn)行。

丈量基線是在較為平坦的地面上，用因瓦基線尺一尺接一尺地懸空丈量?jī)牲c(diǎn)的基線長(zhǎng)度。丈量時(shí)，尺的兩端施以一定的拉力，丈量的結(jié)果中加上相應(yīng)的尺長(zhǎng)改正、溫度改正、懸鏈線改正等項(xiàng)改正后，能夠達(dá)到幾十萬分之一到一百萬分之一的相對(duì)精度。為了將每一尺段丈量的結(jié)果換算為水平長(zhǎng)度，在丈量前還應(yīng)對(duì)尺段兩端點(diǎn)用水準(zhǔn)測(cè)量的方法測(cè)定其高差。對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行傾斜改正，得到沿基線平均高程面上的水平長(zhǎng)度。這個(gè)長(zhǎng)度還要根據(jù)不同要求歸化到所選擇的橢球面和高斯投影平面上。(二)光干涉測(cè)距光干涉測(cè)距是以lm石英標(biāo)準(zhǔn)桿尺為基準(zhǔn)，將光源分成兩路，一路在lm基準(zhǔn)長(zhǎng)度上多次倍乘反射，另一路拉長(zhǎng)距離，根據(jù)兩路返回光所產(chǎn)生的光干涉條紋，將lm基準(zhǔn)長(zhǎng)度倍乘若干倍，從而獲得新的已知更長(zhǎng)的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，并按同樣的方法倍乘，達(dá)到精密測(cè)距的目的。芬蘭曾用此法測(cè)得維塞拉干涉基線，據(jù)資料說明可達(dá)10-7精度。我國已用國產(chǎn)干涉基線測(cè)量?jī)x測(cè)定高精度的野外長(zhǎng)度基準(zhǔn)。

基線尺量距雖然精度很高，但都要求地面平坦，丈量工作繁重。對(duì)于兩山之間、兩岸之間、高樓之間的距離就更無法丈量了。20世紀(jì)50年代以來發(fā)展起來的紅外測(cè)距技術(shù)、微波測(cè)距技術(shù)和激光測(cè)距技術(shù)，統(tǒng)稱為電磁波測(cè)距技術(shù)，為精密測(cè)距開辟了廣闊的前途。電磁波測(cè)距儀可測(cè)量?jī)蓚€(gè)通視點(diǎn)間的任何距離，短到幾米，長(zhǎng)達(dá)幾十公里，精度可達(dá)10-5～10-6，可滿足控制測(cè)量、工程測(cè)量以及其它各種距離測(cè)量的需要。現(xiàn)在，種類繁多的紅外測(cè)距儀配上電子測(cè)角系統(tǒng)組成電子全站儀，可自動(dòng)完成測(cè)角、測(cè)距、歸算，記錄和傳輸，使野外測(cè)量數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化，大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了作業(yè)精度和速度。（三）電磁波測(cè)距基本原理1.電磁波測(cè)距基本原理公式設(shè)電磁波在大氣中傳播速度為c，當(dāng)它在距離D上往返一次的時(shí)間為t，則有：上式為電磁波測(cè)距基本原理公式。測(cè)定t方法有①直接測(cè)時(shí)②間接測(cè)時(shí)。直接測(cè)時(shí)一類測(cè)距儀稱為脈沖式測(cè)距儀，該儀器因其精度較低，通常只用于精度較低的遠(yuǎn)距離測(cè)量、地形測(cè)量和炮瞄雷達(dá)測(cè)距。微分上式：換成中誤差

一般只能達(dá)到設(shè)則

要求現(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)，即用測(cè)定相位的方法來測(cè)定距離，此類儀器稱為相位式測(cè)距儀。它是用一種連續(xù)波（精密光波測(cè)距儀采用光波）作為“運(yùn)輸工具”（稱為載波），測(cè)距時(shí)，通過測(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，間接地確定傳播時(shí)間t，進(jìn)而求得待測(cè)距離D。2.測(cè)距儀的分類和分級(jí)分類按測(cè)定t的方法按測(cè)程按載波按載波數(shù)按反射目標(biāo)分級(jí)1999年《城市測(cè)量規(guī)范》規(guī)定，按1km測(cè)距中誤差(即mD=a+bD，當(dāng)D=1km時(shí))劃分為兩級(jí)：

I級(jí)：mD≤5mm; II級(jí)：5mm<mD≤10mm。a--固定誤差(mm),b--比例誤差系數(shù)(mm/km)，D---測(cè)距邊長(zhǎng)度(km)3.相位式測(cè)距原理公式

設(shè)用相位式測(cè)距儀測(cè)定A、B兩點(diǎn)間的距離D(圖1)，在A點(diǎn)安置測(cè)距儀，在B點(diǎn)安置反射器。由測(cè)距儀發(fā)射調(diào)制光波，射向反射鏡后被反射回測(cè)距儀接收系統(tǒng)。若調(diào)制波往返于距離D所用的時(shí)間為t，已知光波在大氣中傳播速度是c，此時(shí)距離D即可按公式計(jì)算。

如果把調(diào)制波在測(cè)線上按往返距離展開，如圖所示，調(diào)制波回到A點(diǎn)的相位比發(fā)出時(shí)延遲了φ角。其大小為：

φ=2πft

（1）

式就是相位式測(cè)距的基本公式。由該式可看出，相位式測(cè)距的原理，猶如用一把半波長(zhǎng)(專)的“測(cè)尺”或叫“光尺”進(jìn)行量測(cè)，N就是丈量的整尺段數(shù)，△N就是不足一整尺段的尾數(shù)部分。4.N值解算的一般原理在上式中u=λ/2是已知的，ΔN可測(cè)出（測(cè)相器只能測(cè)定余長(zhǎng)uΔN，而不能測(cè)出整周數(shù)N）但仍有兩個(gè)未知數(shù)，即待測(cè)距離D和整周數(shù)N，這就使距離產(chǎn)生多值性，如能解出N，距離D就成為單值解。解算N的方法有固定頻率方式（直接測(cè)尺頻率方式和間接測(cè)尺頻率方式）與變頻方式兩種。

固定頻率方式基本原理是：由于測(cè)相器只能測(cè)定余長(zhǎng)uΔN，而不能測(cè)出整周數(shù)N，例如用一個(gè)頻率測(cè)得2.578m，它可以是尾數(shù)都是2.578m的若干個(gè)大數(shù)不同的距離。這好比擔(dān)任量距的人記不住已經(jīng)量了多少整尺段，只記得最后不足一個(gè)整尺段的余長(zhǎng)。顯而易見，一個(gè)頻率的測(cè)量只能得到余長(zhǎng)而解不出N。如果選擇“測(cè)尺”（或頻率）大于待測(cè)距離，則D=uΔN,這可解出距離D。但由于測(cè)相精度只能達(dá)到10-3所以想要用單一頻率的測(cè)量來獲得距離的單值解，則精度和測(cè)程就不可能兼顧。微分測(cè)距式得，換成中誤差測(cè)尺頻率f15MHz1.5MHz150kHz15kHz1.5kHz測(cè)尺長(zhǎng)度u10m100m1km10km100km精度mD1cm10cm1m10m100m

為解決擴(kuò)大測(cè)程和提高精度的矛盾，既得到距離的單值解，同時(shí)具有高精度和遠(yuǎn)測(cè)程，相位式測(cè)距儀一般采用一組“測(cè)尺”共同測(cè)距，即用精測(cè)頻率測(cè)定余長(zhǎng)以保證精度，設(shè)置多級(jí)頻率（粗測(cè)頻率）來解算N而保證測(cè)程，從而解決“多值性”問題。(1)直接測(cè)尺頻率方式

在紅外測(cè)距儀中，大多采用直接測(cè)尺頻率的方式。它是在儀器中設(shè)置2個(gè)或3個(gè)固定不變的測(cè)距頻率，其一為“高頻”，又叫精測(cè)頻率；其余為“低頻”，又叫粗測(cè)頻率。利用這些固定頻率測(cè)距時(shí)可直接確定N值。例如設(shè)置:

精測(cè)頻率f1=15MHz，對(duì)應(yīng)測(cè)尺長(zhǎng)10m

粗測(cè)頻率f2=150kHz，對(duì)應(yīng)測(cè)尺長(zhǎng)1000m

我們用λ1/2去測(cè)量相應(yīng)于△φ1的距離，即測(cè)出小于10m的米位、分米位、厘米位及毫米位數(shù)，測(cè)相精度一般為1‰；用λ2/2去量測(cè)相應(yīng)于△φ2的距離，即測(cè)出百米位、十米位、米位及分米位數(shù)。使這二者所測(cè)結(jié)果銜接起來，就得到完整的距離讀數(shù)。比如，測(cè)量386.574m這段距離，用λ1/2去測(cè)量相應(yīng)于6.574m的距離，用λ2/2去量測(cè)相應(yīng)于386.5m的距離，組合起來得到完整的距離。這樣，較短的測(cè)尺(或稱精測(cè)光尺)保證了測(cè)距精度，較長(zhǎng)的測(cè)尺(或稱粗測(cè)光尺)保證了必要的測(cè)程。(2)間接測(cè)尺頻率方式

上述各直接測(cè)尺頻率彼此相差較大，測(cè)程愈長(zhǎng)時(shí)，精、粗測(cè)尺頻率相差更懸殊，這使電路中放大器的增益和相對(duì)穩(wěn)定性難于一致。所以，在一些遠(yuǎn)程的激光測(cè)距中改用一組數(shù)值上比較接近的測(cè)尺頻率，利用其差頻頻率作為粗測(cè)頻率，間接確定N值，從而得到與直接測(cè)尺頻率方式相同的效果。

例如，有一段距離為12345．67m，用10m的尺子(相應(yīng)于f1=15MHz的頻率工作)去量，只能讀得10m以內(nèi)的數(shù)576(相位顯示讀數(shù)一般為3位)，即為5.67m，這對(duì)于測(cè)距精度是滿足了。為了進(jìn)而決定10m以上的位數(shù)，可以將尺長(zhǎng)逐級(jí)增大，組合起來共同確定。如以表所示的5種頻率測(cè)距時(shí)，則用直接讀數(shù)之差△Nl—△Ni來計(jì)算波長(zhǎng)數(shù)N，逐級(jí)組合即可測(cè)得所測(cè)距離為12345.67m。

由表還可看出，這種方式中各測(cè)尺頻率的最大差值僅1.5MHz，這樣不僅放大器能對(duì)各頻率獲得相近的增益，調(diào)制器對(duì)各頻率的相移也較穩(wěn)定，而且各頻率石英晶體的類型也可以統(tǒng)一。所以，在遠(yuǎn)程激光測(cè)距儀中，間接測(cè)尺頻率方式有著廣泛的應(yīng)用。返回本章目錄4.3光電測(cè)距誤差分析

一）測(cè)距誤差的種類相位式測(cè)距的基本公式可以寫為上式中，真空中光速值c0和調(diào)制頻率f是已知量，它們的數(shù)值本身存在一定的誤差；大氣的群折射率n和相位△是測(cè)定值，也存在測(cè)定誤差。因此，距離D的誤差是由c0、n、f、△的誤差決定的。如果用中誤差表示它們之間的關(guān)系，則由協(xié)方差傳播律可得

式表明，測(cè)距誤差是光速c0誤差、大氣折射率n的誤差、調(diào)制頻率f的誤差、測(cè)相誤差等各種誤差的聯(lián)合影響。事實(shí)上，除上述誤差外，測(cè)距誤差中還包含：儀器加常數(shù)測(cè)定誤差、對(duì)中或歸心改正誤差、由高差誤差引起的距離誤差、儀器內(nèi)部信號(hào)之間的串?dāng)_所產(chǎn)生的與距離成周期變化的誤差--周期誤差mR。于是上式可以寫為上式中的誤差可以分作兩類：一類是與距離成比例增大的，我們稱其為比例誤差，如mc0、mn、mf：另一類是與距離無關(guān)的，我們稱其為固定誤差，如m△、mk、me。因此測(cè)距儀的標(biāo)稱精度表達(dá)式可以寫成

mD=a+b*D式中mD——測(cè)距中誤差，mm；a——固定誤差，mm；b——比例誤差系數(shù)，mm／kmD——距離值，km。下面具體說明各項(xiàng)誤差的來源性質(zhì)及其影響二）比例誤差1．真空中光速c0的誤差真空中的光速是物理學(xué)中的一個(gè)重要常數(shù)，很多國家的研究單位對(duì)它進(jìn)行過多次測(cè)定。1975年國際大地測(cè)量及地球物理協(xié)會(huì)聯(lián)合采用c0＝299792458+1.2(m／s)。這是目前國際上通用的數(shù)值，其相對(duì)誤差m/c＝4X10-9，所以精度較高，它對(duì)測(cè)距誤差的影響甚微，可以忽略不記。2、大氣折射率n的誤差已知大氣中的光速為c=c0/n，可見大氣折射率的變化將使光在大氣中的傳播速度發(fā)生變化，從而影響測(cè)尺長(zhǎng)度，引起測(cè)距誤差。因?yàn)榇髿庹凵渎适怯煽諝獾拿芏燃按髿鈨?nèi)所含的水分決定的。而空氣的密度又與氣溫氣壓有關(guān)，所以大氣折射率n是氣溫t、氣壓p及濕度e的函數(shù)。根據(jù)公式（α=1/273.16）

對(duì)t、p、e求偏微分，并以一般氣象條件(t＝20℃，p＝760mmHg，e＝10mmHg)代入得

可以看出，在一般氣象條件下，對(duì)于lkm的距離，溫度變化1℃所產(chǎn)生的測(cè)距誤差為0.95mm；氣壓變化lmmHg所產(chǎn)生的測(cè)距誤差為0.36mm；濕度變化lmmHg所產(chǎn)生的測(cè)距誤差為0.05mm。三者之間的比率約為19:7.4:1。

假如計(jì)算n的公式正確無誤，這時(shí)引起的大氣折射率n產(chǎn)生誤差的原因，一是氣象參數(shù)(t、p、e)的測(cè)定誤差；二是測(cè)站上測(cè)得的氣象參數(shù)不能代表整個(gè)測(cè)程的氣象參數(shù)所產(chǎn)生的氣象代表性誤差。至于測(cè)距時(shí)的實(shí)際氣象條件不同于儀器設(shè)計(jì)時(shí)選用的基準(zhǔn)氣象條件所引起的折射率變化，可以用加入氣象改正數(shù)的方法加以消除。

從前面的誤差分析來看，在測(cè)程較長(zhǎng)、精度要求較高的情況下，應(yīng)該正確地測(cè)定測(cè)站和鏡站的氣象參數(shù)，使用的大氣折射率與全測(cè)程的實(shí)際數(shù)值盡量相近。為此實(shí)際作業(yè)中應(yīng)該注意以下兩點(diǎn)：第一，為保證氣象儀表本身的正確性，必須經(jīng)過檢驗(yàn)。作業(yè)時(shí)，要提前按規(guī)定將氣象儀表安放于無陽光照射的通風(fēng)處。同時(shí)，為保證1X10-6的測(cè)距精度，測(cè)定溫度的精度要高于0.5℃，測(cè)定氣壓的精度要高于lmmHg。

第二，氣象代表性的誤差影響較為復(fù)雜，它受測(cè)程附近的地表地形情況以及氣象條件諸因素的影響。為了減弱這些因素的影響，測(cè)距邊應(yīng)盡量避免兩端高差過大，避免視線通過水面；觀測(cè)時(shí)，應(yīng)選擇在空氣能充分調(diào)和的微風(fēng)之天或溫度比較均勻的陰天。當(dāng)需要較高的觀測(cè)精度時(shí)，可以采取不同氣象條件下的多次觀測(cè)。因?yàn)闅庀蟠硇哉`差的影響，在不同的時(shí)間，不同的天氣，具有一定的偶然性，這樣可以起到相互抵償?shù)淖饔谩?．調(diào)制頻率f的誤差調(diào)制頻率是由儀器的主控振蕩器產(chǎn)生的，調(diào)制頻率誤差的來源主要有兩個(gè)方面：一是裝調(diào)儀器時(shí)頻率校正的精確性不夠；二是振蕩器所用晶體的頻率穩(wěn)定性不好。對(duì)于前者，由于是用高精度的數(shù)字頻率計(jì)作頻率校準(zhǔn)的，其誤差可以略而不計(jì)。對(duì)于后者，則與主控振蕩器所用的石英晶體的質(zhì)量、老化過程以及是否采用恒溫措施密切相關(guān)。

由于紅外測(cè)距儀中都采用了精粗測(cè)定值銜接的運(yùn)算電路，所以作業(yè)前應(yīng)對(duì)它的精測(cè)晶振頻率進(jìn)行校正，一般要求mf/f在(0.5-1.0)X10-6范圍內(nèi)。短期內(nèi)它的影響可以忽略。對(duì)于粗測(cè)頻率，只要求有10-4的精度，一般石英晶體振蕩器均可滿足要求。三）固定誤差固定誤差通常都具有一定的數(shù)值，與測(cè)程無關(guān)。測(cè)程較長(zhǎng)時(shí)，比例誤差占主要地位，而測(cè)程較短時(shí)，固定誤差可能處于突出地位。

(一)相位差△φ的測(cè)定誤差相位差△φ的測(cè)定誤差簡(jiǎn)稱為測(cè)相誤差。測(cè)相誤差是制約儀器精度的主要因素之一。在測(cè)距誤差中，有些是通過檢測(cè)求出其大小，然后在測(cè)量結(jié)果中進(jìn)行校正。但這些誤差的檢測(cè)精度，又要受到測(cè)相誤差的限制。所以，只有測(cè)相精度好的儀器，加之正確使用，才可以取得較好的測(cè)量成果。1．測(cè)相設(shè)備本身的誤差目前，絕大多數(shù)紅外測(cè)距儀都采用脈沖數(shù)字式自動(dòng)測(cè)相，它是依靠多次填充脈沖的方法實(shí)現(xiàn)的。若時(shí)鐘脈沖有頻率誤差，則根據(jù)脈沖填充個(gè)數(shù)計(jì)算精測(cè)尺長(zhǎng)度與實(shí)際的精測(cè)尺長(zhǎng)度就不會(huì)相符。此時(shí)即使二路信號(hào)之間的相位差保持不變，多次測(cè)出的數(shù)值也不會(huì)完全一致，這就是測(cè)相設(shè)備本身的誤差。這項(xiàng)誤差主要與電路的穩(wěn)定性和測(cè)相器件的時(shí)間分辨率有關(guān)。它的數(shù)值一般不會(huì)超過±1個(gè)最小顯示單位。測(cè)定幾組讀數(shù)取其平均值，就可以減小測(cè)相誤差的影響。2．幅相誤差在測(cè)程不變的情況下，接收信號(hào)的強(qiáng)弱不同會(huì)使它的幅度發(fā)生變化，由此而引起的測(cè)距誤差稱為儀器的幅相誤差。它的產(chǎn)生原理可以用圖加以說明。圖中u1和u2為2個(gè)強(qiáng)弱不同因而幅度不同的返回信號(hào)，u0為整形電子。由圖可見，幅度不同的信號(hào)整形后的波形亦不相同，造成充填脈沖的個(gè)數(shù)發(fā)生變化，顯示出的距離出現(xiàn)差異?，F(xiàn)在的紅外測(cè)距儀一般都設(shè)有幅度自動(dòng)控制系統(tǒng)，使距離不同的接收信號(hào)幅度保持在一定范圍內(nèi)。來減小幅相誤差對(duì)觀測(cè)值的影響。3．發(fā)射光束相位不均勻引起的誤差——照準(zhǔn)誤差由于砷化鎵發(fā)光二極管的空間相位不均勻性，使得發(fā)出的調(diào)制光束在同一橫截面上各部分的相位出現(xiàn)差異。這時(shí)，不同的照準(zhǔn)部位，會(huì)使反射鏡位于光束同一橫截面上的不同位置，測(cè)得的距離就不會(huì)相同，這種誤差稱為照準(zhǔn)誤差。照準(zhǔn)方向出現(xiàn)偏差，是由于望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸和發(fā)射、接收光軸不平行而引起的。所以，在使用儀器時(shí)應(yīng)檢查并校正三軸的平行性；在觀測(cè)時(shí)要注意使用固定區(qū)域的光。在發(fā)光管整個(gè)發(fā)光區(qū)域內(nèi)，有一區(qū)域發(fā)出的光比其它區(qū)域都強(qiáng)，觀測(cè)時(shí)這一部分的返回信號(hào)也最強(qiáng)。因此，使用儀器的水平和垂直微動(dòng)螺旋使返回信號(hào)的指示達(dá)到最大就找到了這一區(qū)域發(fā)出的光，這就可以減弱照準(zhǔn)誤差的影響。這種照準(zhǔn)方法稱為“電照準(zhǔn)

(二)儀器常數(shù)誤差測(cè)距儀在已知長(zhǎng)度的基線上檢測(cè)時(shí)，已知的基線長(zhǎng)度與實(shí)測(cè)結(jié)果之間存在著一個(gè)固定不變的常數(shù)，通常稱其為儀器加常數(shù)。

多數(shù)儀器的加常數(shù)在出廠時(shí)已給出并進(jìn)行了預(yù)置。但由于振動(dòng)等原因，往往使加常數(shù)發(fā)生變化，所以作業(yè)前需要對(duì)其進(jìn)行測(cè)定。此外，不同廠家的儀器所配反射鏡亦不相同，使用時(shí)應(yīng)注意配套。必須代用時(shí)，使用之前應(yīng)該準(zhǔn)確測(cè)定儀器加常數(shù)。(三)對(duì)中誤差在安置測(cè)距儀和反射器時(shí)，應(yīng)使它們的中心位于地面標(biāo)志中心的鉛垂線上，否則將產(chǎn)生對(duì)中誤差而影響測(cè)距精度。為此，對(duì)于精密測(cè)距，應(yīng)該用經(jīng)過檢查的光學(xué)對(duì)點(diǎn)器仔細(xì)進(jìn)行對(duì)中。通常情況下，對(duì)中的線量偏差不會(huì)超過+3mm。四）周期誤差周期誤差是由測(cè)距儀內(nèi)部的光電信號(hào)串?dāng)_而引起的以一定的距離(通常是一個(gè)精測(cè)尺長(zhǎng)度)為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差。例如發(fā)射的信號(hào)通過電子開關(guān)、電源線或空間等渠道耦合，串到接收部分，形成相位固定不變的串?dāng)_信號(hào)。使得相位計(jì)測(cè)得的相位未必是測(cè)距信號(hào)的相位，而是串?dāng)_信號(hào)與測(cè)距信號(hào)合成矢量的相位。

如圖所示，測(cè)距信號(hào)為El，串?dāng)_信號(hào)為E2，兩者具有相同的角頻率ω，但它們的振幅e1和e2不等，且存在一個(gè)相位差φ，其公式為E1=e1cos(ωt+φ)E2=e2cos(ωt)

若El與E2的合成信號(hào)為Ek，其振幅為ek，它與E2存在相位差φ′，于是Ek=ekcos(ωt+φ′)=ekcosφ′cosωt-eksinφ′sinωtEk既然是合成信號(hào)，則有

Ek=E1+E2=e1cos(ωt+φ)+e2cos(ωt)=(e1cosφ+e2)cosωt-e1sinφsinωt比較以上兩式的系數(shù)，可以得出

ekcosφ′=e1cosφ+e2

eksinφ′=e1sinφ以上二式相除得tanφ′=e1sinφ/(e1cosφ+e2)=sinφ/(cosφ+k)式中,k=e2/e1是串繞信號(hào)與測(cè)距信號(hào)強(qiáng)度比。由下圖Δφ看出，由于串?dāng)_信號(hào)而引起的相位誤差。

可以畫出圖所示的曲線。由圖可以看出，串?dāng)_信號(hào)引起的附加相位誤差△φ，是隨相位角φ的不同而按照近似于正弦曲線的規(guī)律變化的，其周期為2π。應(yīng)該注意，串?dāng)_信號(hào)E2的相位一般為固定值，而測(cè)距信號(hào)E1的相位則隨著距離的變化而變化，所以相位誤差△φ也將隨著待測(cè)距離的不同而變化。在自動(dòng)數(shù)字測(cè)相的儀器中，相位誤差的變化周期相當(dāng)于一個(gè)精測(cè)尺的長(zhǎng)度(通常為l0cm)。所以，周期誤差是一種按一個(gè)精測(cè)尺長(zhǎng)為周期重復(fù)出現(xiàn)的誤差。

由上式和上圖可知，相位誤差△φ引起的周期誤差大小與強(qiáng)度比k密切相關(guān)，串?dāng)_信號(hào)的振幅e2越大，k值越大，周期誤差也就越大。所以要減小周期誤差，在制造儀器時(shí)應(yīng)加強(qiáng)屏蔽，盡量減小儀器內(nèi)部的信號(hào)串?dāng)_；在使用儀器時(shí)，應(yīng)盡量避免用弱信號(hào)測(cè)距和避免其它外部雜亂信號(hào)的串?dāng)_。

通過上述分析可以看出，影響測(cè)距精度的因素很多，但其中比較主要的是調(diào)制頻率誤差、照準(zhǔn)誤差、儀器常數(shù)誤差以及周期誤差。對(duì)待這些誤差，應(yīng)該進(jìn)一步通過儀器檢驗(yàn)，客觀地發(fā)現(xiàn)它們，或者調(diào)整儀器，或者加入改正數(shù)，以便將它們的影響控制在允許范圍之內(nèi)。返回本章目錄4.4

測(cè)距的作業(yè)要求和成果換算

各等級(jí)平面控制網(wǎng)的邊長(zhǎng)，多數(shù)是采用相應(yīng)精度的光電測(cè)距儀測(cè)定。本節(jié)討論測(cè)距時(shí)的技術(shù)要求和測(cè)距成果的換算問題。一、測(cè)距作業(yè)及有關(guān)規(guī)定1．測(cè)距邊的選設(shè)測(cè)距邊最好是在測(cè)距儀最佳測(cè)程范圍內(nèi)，測(cè)線應(yīng)高出地面或離開障礙物1.3m以上，離開高壓線2—5m，避免通過發(fā)熱體(如散熱塔、煙囪等)和較寬水面的上空，背景應(yīng)避免有反光物體。另外，在測(cè)距過程中，應(yīng)盡量避開外界的電、磁場(chǎng)和光反射的干擾，為測(cè)距提供良好的外界條件。選擇測(cè)距邊時(shí)其傾角不宜太大。根據(jù)公式可知，測(cè)距邊傾角太大，將直接影響傾斜改正的精度。如果測(cè)距邊傾角較小，則垂直角觀測(cè)誤差、儀器誤差、垂線偏差等項(xiàng)影響均相應(yīng)減小。2．測(cè)距作業(yè)技術(shù)規(guī)定就適用而言，當(dāng)測(cè)距長(zhǎng)度為lkm時(shí)，儀器按其精度分級(jí)為

Ⅰ級(jí)——mD≤5mmⅡ級(jí)——5mm<mD≤10mmⅢ級(jí)——10mm<mD≤20mm

對(duì)于不同等級(jí)的平面控制測(cè)量，應(yīng)選用相應(yīng)精度等級(jí)的測(cè)距儀，規(guī)定出不同的技術(shù)要求，如表。式中a--儀器標(biāo)稱精度中的固定誤差；

b--標(biāo)稱精度中的比例誤差系數(shù)，mm／km。按上式作往、返較差比較時(shí)，必須將斜距換算為同一高程面的平距后才能進(jìn)行比較。當(dāng)測(cè)距邊垂直角不大時(shí)，由高差測(cè)定誤差mh而引起的距離改正誤差（h/D)mh中，h之值遠(yuǎn)比D值小得多，所以高差測(cè)定誤差影響距離傾斜改正誤差就更微小。為測(cè)距邊傾斜改正而進(jìn)行垂直角觀測(cè)時(shí)，可按五等光電測(cè)距三角高程測(cè)量有關(guān)規(guī)定放寬1倍執(zhí)行。

當(dāng)觀測(cè)四等及其以上距離時(shí)，應(yīng)量取兩端點(diǎn)的觀測(cè)始末的氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)取始末之平均值。3．測(cè)距作業(yè)中的注意事項(xiàng)

(1)觀測(cè)作業(yè)應(yīng)在大氣穩(wěn)定和成像清晰的氣象條件下進(jìn)行，在霧、雨、雪天氣及大氣透明度很差的情況下不應(yīng)作業(yè)。在測(cè)距過程中，如遇大風(fēng)或大氣湍流影響嚴(yán)重時(shí)(這時(shí)信號(hào)指針顫動(dòng)厲害)，應(yīng)停止觀測(cè)。

(2)到達(dá)測(cè)站后，應(yīng)立即打開氣壓計(jì)的盒子，置平氣壓計(jì)，避免日曬。溫度計(jì)應(yīng)懸掛于離地面1.5m左右、不受日光輻射影響和通風(fēng)良好的地方，待氣壓計(jì)和溫度計(jì)與周圍溫度一致后，才能正式測(cè)記氣象數(shù)據(jù)。

(3)測(cè)距時(shí)，一般應(yīng)按儀器性能和測(cè)程范圍使用規(guī)定的棱鏡個(gè)數(shù)。作業(yè)中使用的反射鏡，應(yīng)與檢測(cè)時(shí)所用反射鏡相同。儀器測(cè)距時(shí)，避免有另外的反光體位于測(cè)線或測(cè)線延長(zhǎng)線上，避免有物體在測(cè)線上晃動(dòng)，或人在測(cè)線上走動(dòng)。

(4)儀器測(cè)距時(shí)應(yīng)暫停無線通話，以免干擾。

(5)在晴天作業(yè)時(shí)測(cè)距儀和反射鏡均須打傘，主要電子附件亦應(yīng)防止曝曬。嚴(yán)禁將儀器照準(zhǔn)頭對(duì)向太陽。架設(shè)儀器后，測(cè)站、鏡站不準(zhǔn)離人，儀器應(yīng)由專人保養(yǎng)看護(hù)。觀測(cè)人員應(yīng)嚴(yán)格按照儀器說明書中規(guī)定的操作程序進(jìn)行作業(yè)。二、距離觀測(cè)值的改正計(jì)算直接觀測(cè)值的改正計(jì)算，是將野外觀測(cè)值加入各項(xiàng)改正數(shù)，換算為儀器中心至反射鏡中心的斜距。以下分別介紹各項(xiàng)改正的意義、公式和計(jì)算方法。1．氣象改正現(xiàn)代生產(chǎn)的紅外測(cè)距儀，一般都設(shè)有自動(dòng)氣象改正裝置。只需根據(jù)實(shí)地測(cè)出的氣溫t和氣壓p，將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入，儀器就能自動(dòng)進(jìn)行改正。2．周期誤差改正儀器出廠時(shí)，通常都是將周期誤差調(diào)整到儀器額定的測(cè)距中誤差的50％以內(nèi)。實(shí)際上，有些儀器超過其限定的數(shù)值。經(jīng)過檢測(cè)若發(fā)現(xiàn)周期誤差較大，例如，當(dāng)振幅A超過固定誤差的一半時(shí)，可在測(cè)距成果中進(jìn)行周期誤差改正，其公式為3．儀器常數(shù)改正加常數(shù)改正值，由儀器檢測(cè)結(jié)果得出。由于該值與距離無關(guān)，所以直接加在觀測(cè)結(jié)果中即可(△Dk=K)。測(cè)距儀加常數(shù)和乘常數(shù)修正值的計(jì)算：加常數(shù)修正值：△Dk=K乘常數(shù)修正值：△DR=R*D′式中：K——測(cè)距儀的加常數(shù)，mm；

R——測(cè)距儀的乘常數(shù)，mm/Km。

測(cè)距儀的加、乘常數(shù)是由測(cè)定多條已知距離，經(jīng)過頻率、氣象、周期誤差修正后計(jì)算出來的。其值由檢定證書給出。在測(cè)距儀檢定中，若距離進(jìn)行了頻率改正后，多段歸算結(jié)果，乘常數(shù)|R|>1*10-6

，應(yīng)首先檢查氣象元素取樣是否正確，測(cè)頻和公式應(yīng)用是否有誤，若以上正常，應(yīng)在不同基線段或不同基線場(chǎng)上進(jìn)行比測(cè)。測(cè)試結(jié)果和上述結(jié)果一致時(shí)，所測(cè)乘常數(shù)有效。頻率和乘常數(shù)改正同時(shí)進(jìn)行。若距離進(jìn)行頻率改正后，歸算結(jié)果，乘常數(shù)|R|<1*10-6

，則只進(jìn)行頻率或乘常數(shù)單項(xiàng)改正。4．頻率改正如果由經(jīng)過檢驗(yàn)的實(shí)際測(cè)尺頻率f與標(biāo)準(zhǔn)測(cè)尺頻率f0計(jì)算的頻偏度:（f0-f)/f0>1*10-6時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)距結(jié)果加入頻偏改正:頻率變化對(duì)距離的影響是系統(tǒng)性的。三、測(cè)距成果的換算經(jīng)過上述改正后的斜距，還需要換算到兩標(biāo)石中心投影至橢球面上的水平距離。

1.斜距換算至標(biāo)石中心的改正—?dú)w心改正我們知道，控制測(cè)量的一切成果都是以標(biāo)石中心為依據(jù)的?？墒窃跍y(cè)定距離時(shí)，因某種原因儀器中心或反射鏡中心未必對(duì)中于標(biāo)石中心，這時(shí)所進(jìn)行的觀測(cè)稱為偏心觀測(cè)。將偏心觀測(cè)的距離換算成標(biāo)石中心之間距離所加的改正數(shù)稱為歸心改正數(shù)。

2.斜距化成平距的計(jì)算如圖所示，設(shè)野外測(cè)定的距離為d，它是在測(cè)站A和鏡站B不等高的情況下得到的。將斜距d化為平距時(shí)，首先要選取平距所在高程面，高程面不同，平距值亦不同。這里討論將d化為A、B平均高程面上的平距。這對(duì)于以后的換算和往、返觀測(cè)的較差檢核，都是便利的。

在控制測(cè)量中，距離d通常不超過lOkm，它與地球半徑相比較是一個(gè)微小量，所以可以把這一部分的橢球面視作圓球面，圓球的半徑就用測(cè)距方向的地球橢球曲率半徑RA代替。圖中，a和b是A和B在球面上的投影，A點(diǎn)和B點(diǎn)的大地高分別為H1和H2。

如果過A點(diǎn)作直線AE交OB于B″，使AE//ab，BE⊥AE，取BB″的中點(diǎn)為B′，作A′B′//ab。由于∠δ/2極其微小，故可視BE=BB″=H2-H1=h。由圖可以證明，A、B平均高程位置的平距s=A′B′=AE，亦即

3.平距化至橢球面的計(jì)算按照我國現(xiàn)行測(cè)量規(guī)范的規(guī)定，所有控制測(cè)量的觀測(cè)成果都需要?dú)w化到橢球面上。為此尚應(yīng)將平距換算成橢球面上的相應(yīng)長(zhǎng)度S

1）求橢球面上兩點(diǎn)間的弦長(zhǎng)S。

2）由弦長(zhǎng)S。求弧長(zhǎng)S

最后指出，如果測(cè)區(qū)控制點(diǎn)按正形投影計(jì)算其在60帶或30帶中的平面直角坐標(biāo)，尚需將橢球面上的長(zhǎng)度換算至高斯投影平面，此時(shí)應(yīng)加入由下式計(jì)算的改正數(shù)式中ym—距離兩端的高斯平面橫坐標(biāo)自然值的平均值；

R—測(cè)站點(diǎn)橢球平均曲率半徑。返回本章目錄四、測(cè)距邊長(zhǎng)精度的評(píng)定三、四等邊長(zhǎng)測(cè)量，各測(cè)距邊均往、返觀測(cè)。因此在一個(gè)測(cè)區(qū)進(jìn)行同一等級(jí)邊長(zhǎng)的測(cè)量時(shí)，可以根據(jù)各邊往、返測(cè)的距離較差di算出單位權(quán)中誤差，進(jìn)而計(jì)算各邊的實(shí)際測(cè)距中誤差。例：用一臺(tái)標(biāo)稱精度為(3+2*D)的全站儀測(cè)得三等導(dǎo)線點(diǎn)A、B的往、返測(cè)的偏心距離觀測(cè)值及相應(yīng)的偏心元素分別為：往測(cè)2678.123m，e＝1.250m，θ＝60°15′；返測(cè)2678.130m,e′=1.250m，θ′＝60°15′。其他有關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù)為：HA=70.553m，HB=81.942m，Rm=6368192m，yA＝66164m，yB＝67780m(yA、yB為自然值)，hm=45m,平均儀器高度1.5m，K＝+10mm,R=-6ppm,A=5mm,ψ0=35°2350,本測(cè)區(qū)n＝25，[Pdd]＝35.1286。試計(jì)算高斯平面上對(duì)應(yīng)于AB的長(zhǎng)度，并進(jìn)行有關(guān)的檢核及精度估算。4.5

相位式光電測(cè)距儀的工作原理相位式光電測(cè)距儀的工作原理相位式光電測(cè)距儀各主要部件的工作原理簡(jiǎn)介

光源相位式測(cè)距儀的光源，主要有砷化鎵（GaAs）二極管和氦-氖（He-Ne）氣體激光器。前者一般用于短程測(cè)距儀中，后者用于中遠(yuǎn)程測(cè)距儀中。調(diào)制器采用砷化鎵（GaAs）二極管發(fā)射紅外光的紅外測(cè)距儀，發(fā)射光強(qiáng)直接由注入電流調(diào)制，發(fā)射一種紅外調(diào)制光，稱為直接調(diào)制，故不再需要專門的調(diào)制器。但是采用氦氖激光等作光源的相位式測(cè)距儀，必須采用一種調(diào)制器，其作用是將測(cè)距信號(hào)載在光波上，使發(fā)射光的振幅隨測(cè)距信號(hào)電壓而變化，成為一種調(diào)制光。棱鏡反射器

在使用光電測(cè)距儀進(jìn)行精密測(cè)距時(shí)，必須在測(cè)線的另一端安置一個(gè)反射器，使發(fā)射的調(diào)制光經(jīng)它反射后，被儀器接收器接收。

相位式光電測(cè)距儀各主要部件的工作原理簡(jiǎn)介

光電轉(zhuǎn)換器件

在光電測(cè)距儀中，接收器的信號(hào)為光信號(hào)。為了將此信號(hào)送到相位器進(jìn)行相位比較，必須把光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，對(duì)此要采用光電轉(zhuǎn)換器件來完成這項(xiàng)工作。用于測(cè)距儀的光電轉(zhuǎn)換器件通常有光電二極管，雪崩光電二極管和光電倍增管。差頻測(cè)相目前相位式測(cè)距儀都采用差頻測(cè)相，即就是使高頻測(cè)距信號(hào)和高頻基準(zhǔn)信號(hào)在進(jìn)入比相前均與本振高頻信號(hào)進(jìn)行差頻，成為測(cè)距和基準(zhǔn)低頻信號(hào)。在比相時(shí)，由于低頻信號(hào)的頻率大幅度降低（如精測(cè)尺頻率為15MHz，混頻后低頻為4kHz時(shí)，降低了3750倍），周期相應(yīng)擴(kuò)大，即表象時(shí)間得到放大，這就大大地提高了測(cè)相精度。自動(dòng)數(shù)字測(cè)相隨著集成電路和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，為測(cè)距儀向自動(dòng)化和數(shù)字化方向發(fā)展提供了條件。目前許多中、短程測(cè)距儀幾乎都采用自動(dòng)數(shù)字測(cè)相技術(shù)以及距離的數(shù)字顯示。返回本章目錄4.6電子全站儀

全站儀的概念：把電子測(cè)距、電子測(cè)角和微處理機(jī)結(jié)合成一個(gè)整體、能自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)并具備某些固定計(jì)算程序的電子速測(cè)儀，因該儀器在一個(gè)測(cè)站點(diǎn)能快速進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量、定位和自動(dòng)數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)等工作，較完善地實(shí)現(xiàn)了測(cè)量和數(shù)據(jù)處理過程的電子化和一體化，所以稱“全站型電子速測(cè)儀”，通常又稱為“電子全站儀”或簡(jiǎn)稱“全站儀”。全站儀的基本組成及結(jié)構(gòu)：全站儀的基本組成補(bǔ)償部分測(cè)角部分測(cè)距部分CPUI/O接口中央處理器輸入輸出電源顯示屏鍵盤全站儀的基本結(jié)構(gòu)組合式全站儀：組合式結(jié)構(gòu)的全站儀是由測(cè)距頭、光學(xué)經(jīng)緯儀及電子計(jì)算部分拼裝組合而成。整體式全站儀:整體式結(jié)構(gòu)的全站儀是在一個(gè)機(jī)器外殼內(nèi)含有電子測(cè)距、測(cè)角、補(bǔ)償、記錄、計(jì)算、存儲(chǔ)等部分，將發(fā)射、接收、瞄準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成同軸，共用一個(gè)望遠(yuǎn)鏡，角度和距離測(cè)量只需一次瞄準(zhǔn)，測(cè)量結(jié)果能自動(dòng)顯示并能與外圍設(shè)備雙向通訊。

組合式全站儀

整體式全站儀

全站儀的精度及等級(jí)全站儀的精度全站儀是由光電測(cè)距、電子測(cè)角、電子補(bǔ)償、微機(jī)數(shù)據(jù)處理為一體的綜合型測(cè)量?jī)x器，其主要精度指標(biāo)是測(cè)距精度和測(cè)角精度。如SET500全站儀的標(biāo)稱精度為：測(cè)角精度=±5〞；測(cè)距精度=±（3+2ppmD）mm。全站儀的等級(jí)國家計(jì)量檢定規(guī)程（JJG100－94）將全站儀準(zhǔn)確度等級(jí)分劃為四個(gè)等級(jí)。電腦全站儀的主要特點(diǎn)1）電腦操作系統(tǒng)。電腦全站儀具有像通常PC機(jī)一樣的DOS操作系統(tǒng)。2）大屏幕顯示?？娠@示數(shù)字，文字，圖像，也可顯示電子氣泡居中情況，以提高儀器安置的速度與精度，并采用人機(jī)對(duì)話式控制面板。3）大容量的內(nèi)存。一般內(nèi)存在IM以上，其中主內(nèi)存有640K。數(shù)據(jù)內(nèi)存320K，程序內(nèi)存512K，擴(kuò)展內(nèi)存512K。4）采用國際計(jì)算機(jī)通用磁卡。所有測(cè)量信息都可以文件形式記入磁卡或電子記錄簿，磁卡采用無觸點(diǎn)感應(yīng)式，可以長(zhǎng)期保留數(shù)據(jù)。5）自動(dòng)補(bǔ)償功能。補(bǔ)償器裝有雙軸傾斜傳感器，能直接檢測(cè)出儀器的垂直軸,在視準(zhǔn)軸方向和橫軸方向上的傾斜量，經(jīng)儀器處理計(jì)算出改正值并對(duì)垂直方向和水平方向值加以改正，提高測(cè)角精度。6）測(cè)距時(shí)間快，耗電量少。全站儀操作應(yīng)注意事項(xiàng)理解全站儀的概念了解工作原理明確測(cè)量功能熟悉操作步驟合理設(shè)置儀器參數(shù)正確選擇測(cè)量模式掌握應(yīng)用技術(shù)距離測(cè)量

距離測(cè)量必須選用與全站儀配套的合作目標(biāo)，即反光棱鏡。由于電子測(cè)距為儀器中心到棱鏡中心的傾斜距離，因此儀器站和棱鏡站均需要精確對(duì)中、整平。在距離測(cè)量前應(yīng)進(jìn)行氣象改正、棱鏡類型、棱鏡常數(shù)改正、測(cè)距模式的設(shè)置和測(cè)距回光信號(hào)的檢查，然后才能進(jìn)行距離測(cè)量。儀器的各項(xiàng)改正是按設(shè)置儀器參數(shù)，經(jīng)微處理器對(duì)原始觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算并改正后，顯示觀測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)的。只有合理設(shè)置儀器參數(shù)，才能得到高精度的觀測(cè)成果。全站儀在高程測(cè)量的應(yīng)用全站儀三角高程測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)注：1.D為測(cè)距邊長(zhǎng)度，以千米（km）為單位

2.邊長(zhǎng)大于400m時(shí)，應(yīng)考慮球氣差的影響基本原理

圖中Ａ是高程已知的水準(zhǔn)點(diǎn)，Ｅ是待測(cè)點(diǎn)，Ｂ，Ｃ，Ｄ是高程路線的轉(zhuǎn)點(diǎn)，1,2,3,4為全站儀的設(shè)站位置。因?yàn)橛萌緝x可以直接讀取全站儀中心到棱鏡中心的高差Δｈ，因此有：同理可得：用全站儀代替水準(zhǔn)儀進(jìn)行高程測(cè)量應(yīng)滿足的條件:（1）全站儀的設(shè)站次數(shù)為偶數(shù)，否則不能把轉(zhuǎn)點(diǎn)棱鏡高抵消掉；（2）起始點(diǎn)和終點(diǎn)的棱鏡高，應(yīng)保持相等；（3）轉(zhuǎn)點(diǎn)上的棱鏡高在儀器搬動(dòng)過程中保持不變；（4）儀器在一個(gè)測(cè)站的觀測(cè)過程中高度保持不變。精度分析垂直角和水平距離觀測(cè)誤差對(duì)觀測(cè)高差的影響

地球曲率和大氣折光的影響