全站仪与距离测量.pptx

TotalStationandDistanceMeasurement第四章第四章距离测量与全站仪距离测量与全站仪4.1 4.1 距离测量距离测量4.2 4.2 光电测距误差分析光电测距误差分析4.3 4.3 光电测距仪的检验光电测距仪的检验4.4 4.4 全站仪和自动全站仪全站仪和自动全站仪4.5 4.5 三角高程测量三角高程测量TotalStationandDistanceMeasurement4.1 4.1 距离测量距离测量4.1.1 4.1.1 钢尺量距钢尺量距工具工具钢尺钢尺 薄碳钢带制成薄碳钢带制成温度计温度计弹簧秤弹簧秤 其它其它 测钎、垂球、标杆测钎、垂球、标杆TotalStationandDistanceMeasurement4.1.1 4.1.1 钢尺量距钢尺量距尺长方程式尺长方程式 丈量温度时的钢尺实际长度（m）；钢尺刻划上注记的长度，即名义长度（m）；钢尺在检定温度t0时的尺长改正数；钢 尺 膨 胀 系 数，其 值 约 为11.61011.610-6-6 12.51012.510-6 6m/m/（m m）t0钢尺检定温度，又称标准温度，一般取20；t丈量时温度。钢尺检定：就是检定出在某一温度下尺长改正数钢尺检定：就是检定出在某一温度下尺长改正数LL。钢尺检定的方法主要是与标准长度相比较求得。钢尺检定的方法主要是与标准长度相比较求得。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.1 4.1.1 钢尺量距钢尺量距钢尺丈量距离钢尺丈量距离定定线线平坦地面的距离丈量平坦地面的距离丈量TotalStationandDistanceMeasurement4.1.1 4.1.1 钢尺量距钢尺量距钢尺丈量距离钢尺丈量距离倾斜地面的距离丈量倾斜地面的距离丈量平量法平量法斜量法斜量法TotalStationandDistanceMeasurement4.1.1 4.1.1 钢尺量距钢尺量距 成果整理成果整理 误差来源误差来源 1 1）尺长本身误差）尺长本身误差 2 2）温度变化的误差）温度变化的误差 3 3）拉力误差）拉力误差 4 4）垂曲、反曲误差）垂曲、反曲误差 5 5）钢尺不水平的误差）钢尺不水平的误差 6 6）定线误差）定线误差 7 7）丈量本身的误差）丈量本身的误差 TotalStationandDistanceMeasurement4.1.2 4.1.2 视距测量视距测量 利用水准仪与经纬仪等的望远镜观测标尺时，由透镜成像利用水准仪与经纬仪等的望远镜观测标尺时，由透镜成像原理的三角形相似原理，相似三角形对应边长成比例，间接求原理的三角形相似原理，相似三角形对应边长成比例，间接求测出两点间的距离的测距方法。在相似三角形中，测视距时的测出两点间的距离的测距方法。在相似三角形中，测视距时的观测值的不同，视距测量又可分为两种类型：观测值的不同，视距测量又可分为两种类型：定角视距法定角视距法定基线视距法定基线视距法TotalStationandDistanceMeasurement4.1.2 4.1.2 视距测量视距测量视准轴水平时，内调焦望远镜测距公式视准轴水平时，内调焦望远镜测距公式TotalStationandDistanceMeasurement4.1.2 4.1.2 视距测量视距测量视准轴倾斜时的视距公式视准轴倾斜时的视距公式视距尺不垂直于视准轴的改正倾斜距离改化为水平距离TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距光电测距的基本原理光电测距的基本原理 通过测定电磁波（无线电波或光波）在待测距离两端点间往返传播的时间，利用电磁波在大气中的传播速度来确定其距离。将电磁波作为载波进行距离测量，其公式为：TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距光电测距的种类光电测距的种类电磁波测距仪按采用的载波的不同，可分为：电磁波测距仪按采用的载波的不同，可分为：光电测距仪光电测距仪：采用光波（可见光或红外光）激光测距仪激光测距仪：用激光作为载波；红外测距仪红外测距仪：用红外光作为载波；微波测距仪微波测距仪：采用微波段的无线电波根据测定时间根据测定时间t的方法不同，的方法不同，电磁波电磁波测距仪又分为：测距仪又分为：脉冲式测距仪脉冲式测距仪相位式测距仪相位式测距仪电磁波电磁波测距仪按测程来分，可分：测距仪按测程来分，可分：短程短程(3km 内）；中程中程（3km至15km）；远程远程（15km以上）TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距光电测距的种类光电测距的种类电磁波电磁波测距仪按载波数来分，可分：测距仪按载波数来分，可分：单载波：单载波：可见光、红外光、微波；双载波：双载波：可见光和可见光、可见光和红外光或微波等；三载波：三载波：可见光、可见光和微波，可见光、红外光和微波等；电磁波电磁波测距仪按发射目标来分，可分：测距仪按发射目标来分，可分：无反射目标；有反射目标无反射目标；有反射目标（反射镜）（反射镜）；有源反射器；有源反射器（应答机）（应答机）根据测距的精度不同，根据测距的精度不同，电磁波电磁波测距仪又分为：测距仪又分为：一级：一级：一公里测距中误差（精度）小于等于5mm；二级：二级：一公里测距中误差（精度）大于5mm小于等于10mm；TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距脉冲式测距仪脉冲式测距仪 通过直接测定光脉冲在测线上往返传播的时间来求得距离。通过直接测定光脉冲在测线上往返传播的时间来求得距离。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距相位式测距仪相位式测距仪相位法测距的基本原理相位法测距的基本原理TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距相位式测距仪相位式测距仪相位法测距的基本公式相位法测距的基本公式调制光全程的相位变化为：调制光全程的相位变化为：TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距相位式测距仪相位式测距仪相位法测距的基本公式相位法测距的基本公式令则称为测尺长度称为测尺长度在相位式测距仪中，相位计只能测定相位移尾数在相位式测距仪中，相位计只能测定相位移尾数而无法而无法测定整周期数测定整周期数N，因此使上式产生多值解，距离因此使上式产生多值解，距离D无法确定。无法确定。该方法实质上相当于用一把长度为该方法实质上相当于用一把长度为u u的尺子来丈量欲测的距离。的尺子来丈量欲测的距离。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距相位式测距仪相位式测距仪N值的确定值的确定当测尺长度当测尺长度u大于待测距离大于待测距离D 时，时，N=0，由下式可求由下式可求得确定的距离值。得确定的距离值。为了扩大测程，必须选用较长的测尺，即为了扩大测程，必须选用较长的测尺，即选用较低的调制频率。选用较低的调制频率。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距相位式测距仪相位式测距仪N值的确定值的确定 由于仪器测相(频率)误差一般小于1/1000，它对测距误差的影响将随测尺长度的增大而增大。因此，为了解决扩大测程与提高精度的矛盾，可以采用一组测尺配合测距：以短测尺（以短测尺（频率高的调制波，频率高的调制波，又称精测尺）保证精度：又称精测尺）保证精度：以长测尺（以长测尺（频率低的调制波，频率低的调制波，又称粗测尺）保证测程。又称粗测尺）保证测程。测尺频率与测距差的关系测尺频率与测距差的关系测尺频率测尺频率f f1515MHzMHz1.51.5MHzMHz150150kHzkHz1515kHzkHz1.51.5kHzkHz测尺长度测尺长度u u1010m m100100m m1 1kmkm1010kmkm100100kmkm精精 度度 1 1cmcm1010cmcm1 1m m1010m m100100m mTotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距相位式测距仪相位式测距仪N值的确定值的确定 例：欲使某相位测距仪的测程达到例：欲使某相位测距仪的测程达到10km,测距精度达到测距精度达到1mm，问需多少个光尺？它们的频率分别为多少？问需多少个光尺？它们的频率分别为多少？解：则 准确测得“公里”、“百米”“十米”的值存在误差。选 则 准确测得“十米”、“米”“分米”的值存在误差。选 则 准确测得“分米”、“厘米”估读到“毫米”例：TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距测距成果的整理测距成果的整理 加常数的改正加常数的改正 由于仪器的加常数为一固 定值，可预置在仪器中，使之 测距时自动加以改正。但是仪 器在使用一旦时间后，此加常数可能会有变化，应进行检验，测出加常数的变化值（剩余加常数）对观测成果加以改正。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距测距成果的整理测距成果的整理 乘乘常数的改正常数的改正 测距仪在使用过程中，实际的调制光频率与设计的标测距仪在使用过程中，实际的调制光频率与设计的标准频率之间有偏差时，将会影响测距成果的精度，其影响准频率之间有偏差时，将会影响测距成果的精度，其影响与距离的长度成正比。与距离的长度成正比。设设f为标准频率，假定无误差；为标准频率，假定无误差；f 为实际工作频率；为实际工作频率；乘常数为：乘常数为：则乘常数改正值：则乘常数改正值：DRR D式中式中D为实测距离值，单位为实测距离值，单位km，R单位单位mm/km。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距测距成果的整理测距成果的整理 气象气象改正改正 光的传播速度受大气状态（温度光的传播速度受大气状态（温度t、气压气压P、湿度湿度e等）的影响等）的影响。不同型号的测距仪，气象改正公式的系数也不同，在仪器不同型号的测距仪，气象改正公式的系数也不同，在仪器使用说明书内给出了气象改正计算公式。使用说明书内给出了气象改正计算公式。气象改正也可用附在仪器使用说明书内的气象改正表，以气象改正也可用附在仪器使用说明书内的气象改正表，以测距时测定的气温和气压为引数直接查取气象改正值。测距时测定的气温和气压为引数直接查取气象改正值。TotalStationandDistanceMeasurement4.1.3 4.1.3 光电测距光电测距测距成果的整理测距成果的整理 倾斜倾斜改正改正水平距离水平距离TotalStationandDistanceMeasurement4.2 4.2 光电测距误差分析光电测距误差分析4.2.1 4.2.1 光电测距仪光电测距仪的精度的精度 测距仪的精度一般用下式表示：测距仪的精度一般用下式表示：式中式中:D D为实测距离，以为实测距离，以km为单位。为单位。A A为仪器标称精度中的固定误差，以为仪器标称精度中的固定误差，以mm为单位；为单位；B B为仪器标称精度中的比例误差系数，以为仪器标称精度中的比例误差系数，以mm/km为单位；为单位；例如：某测距仪的标称精度为：例如：某测距仪的标称精度为：3 3mm+3+3ppm,其表达的意思是：其表达的意思是：该测距仪该测距仪 测距时的固定误差为：测距时的固定误差为：3 3mm;测距时的比例误差为测距时的比例误差为310310-6mm/kmTotalStationandDistanceMeasurement4.2.2 4.2.2 光电测距仪光电测距仪的误差来源的误差来源 对于相位式光电测距仪，经分析，测距误差主要有三部分：对于相位式光电测距仪，经分析，测距误差主要有三部分：比例误差：比例误差：由调制频率的误差、真空中光速值的误差、大由调制频率的误差、真空中光速值的误差、大 气折射率误差引起，它与被测距离成正比，称为比例误差。气折射率误差引起，它与被测距离成正比，称为比例误差。固定误差：固定误差：由测相误差、仪器加常数的校准误差、测距仪由测相误差、仪器加常数的校准误差、测距仪 和反射镜的对中误差引起，它与距离无关，称为固定误差。和反射镜的对中误差引起，它与距离无关，称为固定误差。周期误差：周期误差：由测距仪内部的光电信号串绕引起的以一定距由测距仪内部的光电信号串绕引起的以一定距 离（通常为一个精测尺长度）为周期重复出现的误差。离（通常为一个精测尺长度）为周期重复出现的误差。TotalStationandDistanceMeasurement4.2.3 4.2.3 光电测距仪光电测距仪的精度的精度评定方法评定方法相对误差或相对中误差相对误差或相对中误差 对两点间的距离进行往、返测量时，由于两次丈量时各种误差的影响的不同，使得两次丈量的成果也就不同，例如一段距离AB的长度为10m,两次测量的差值AB=10；另一段距离CD的长度为100m，两次测量的差值CD=20,或mAB=mCD=5mm；则如何来衡量这两短距离测量成果的好坏呢？较好的办法使用相对误差或相对中误差来进行评定。TotalStationandDistanceMeasurement4.2.3 4.2.3 光电测距仪光电测距仪的精度的精度评定方法评定方法例：一段距离AB的长度为10m,两次丈量的差值AB=10；另一段距离CD的长度为100m，两次丈量的差值CD=20,则这两短距离丈量成果哪个好呢？例：一段距离AB的长度为10m,测量中误差值mAB=5mm；另一段距离CD的长度为100m，测量中误差值mCD=10mm,则这两段距离测量成果哪个好呢？TotalStationandDistanceMeasurement4.3 4.3 光电测距仪的检验光电测距仪的检验5.8.1 光电测距仪的一般性检验光电测距仪的一般性检验外观检视外观检视配件、附件是否齐全，型号是否匹配；配件、附件是否齐全，型号是否匹配；仪器部件的功能检测仪器部件的功能检测 望远镜，望远镜，制制 动、微动螺旋，动、微动螺旋，电电 源，源，显示窗，按键（钮）等显示窗，按键（钮）等实测距离检查工作状态和性能。实测距离检查工作状态和性能。TotalStationandDistanceMeasurement4.3.2 光电测距仪的加常数检验光电测距仪的加常数检验加常数简易测定法加常数简易测定法六段比较法测定加、乘常数六段比较法测定加、乘常数TotalStationandDistanceMeasurement4.3.3 光电测距仪周期误差的检验光电测距仪周期误差的检验平台法平台法由近及远测定反射镜由近及远测定反射镜在各点处的距离，反射镜在各点处的距离，反射镜每次移动距离为每次移动距离为u/40(u为为精测尺长精测尺长)，依次测出，依次测出40个点至测站的距离。个点至测站的距离。TotalStationandDistanceMeasurement4.4 4.4 全站仪和自动全站仪全站仪和自动全站仪 全站型电子速测仪是由电子测角、电子测距、电子计算和数全站型电子速测仪是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储等单元组成的三维坐标测量系统，能自动显示测量结果，据存储等单元组成的三维坐标测量系统，能自动显示测量结果，能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。由于仪器较完善地实能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。由于仪器较完善地实现了测量和处理过程的电子一体化，通常称之为全站型电子速测现了测量和处理过程的电子一体化，通常称之为全站型电子速测仪或简称全站仪。仪或简称全站仪。NTS-552 NTS-552 NTS-550系列系列 NTS-660系列系列 NTS-325(5)NTS-322(2)TotalStationandDistanceMeasurement4.4.1 4.4.1 全站仪的结构全站仪的结构TotalStationandDistanceMeasurement4.4.1 4.4.1 全站仪的结构全站仪的结构三同轴望远镜三同轴望远镜在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外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，因此，测量时使望远镜照准光发射光轴和接收光轴是同轴的，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。目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距。TotalStationandDistanceMeasurement4.4.2 4.4.2 全站仪的功能及特性全站仪的功能及特性同时测角（水平角和竖角）和测距；同时测角（水平角和竖角）和测距；望远镜的视准轴和测距仪的视准轴是同轴的；望远镜的视准轴和测距仪的视准轴是同轴的；对水平角和竖角进行补偿（具有双轴补偿器）；对水平角和竖角进行补偿（具有双轴补偿器）；数据电子显示，并存入内存储器，无须读数，无须记录。数据电子显示，并存入内存储器，无须读数，无须记录。一般可存一般可存3000点的数据（角度、距离、坐标）点的数据（角度、距离、坐标）数据输出数据输出提供提供RS232C串口和电子手簿、掌上电脑、计串口和电子手簿、掌上电脑、计算机等外部设备连接；算机等外部设备连接；提供多种测量模式提供多种测量模式距离测量、角度测量、坐标测量、距离测量、角度测量、坐标测量、高级测量（后方交会、放样测量、对边测量、悬高测量）高级测量（后方交会、放样测量、对边测量、悬高测量）TotalStationandDistanceMeasurement4.4.3 4.4.3 全站仪的应用全站仪的应用三维坐标测量、放样三维坐标测量、放样对边测量对边测量方位角设置方位角设置悬高测量悬高测量TotalStationandDistanceMeasurement4.4.3 4.4.3 全站仪的应用全站仪的应用面积计算面积计算角度偏心测量角度偏心测量 测站点高程测站点高程 后方交会测量后方交会测量TotalStationandDistanceMeasurement4.4.4 4.4.4 自动全站仪自动全站仪自动全站仪是一自动全站仪是一种能自动识别、照种能自动识别、照准和跟踪目标的全准和跟踪目标的全站仪，又称测量机站仪，又称测量机器人。器人。本图为徕卡公司本图为徕卡公司的的TPS1100系列全系列全站仪。站仪。TotalStationandDistanceMeasurement4.4.4 4.4.4 自动全站仪自动全站仪徕卡公司的徕卡公司的TPS1100系列全站系列全站仪的特性仪的特性马达驱动与自动目标识别；马达驱动与自动目标识别；自动跟踪；自动跟踪；镜站遥控测量；镜站遥控测量；无反射棱镜测量；无反射棱镜测量；支持用户自编应用程序。支持用户自编应用程序。TotalStationandDistanceMeasurement4.5 4.5 三角高程测量三角高程测量4.5.1 4.5.1 三角高程测量原理三角高程测量原理反觇反觇注意：目标高注意：目标高v v与竖角与竖角必须同步观测。必须同步观测。直觇直觇TotalStationandDistanceMeasurement4 4.5 5.2 2 地地球球曲曲率率与与大大气气折折光光的的影影响响 K 称为大气垂直折光系数TotalStationandDistanceMeasurement4.5.3 4.5.3 单向观测计算高差的基本公式单向观测计算高差的基本公式TotalStationandDistanceMeasurement4.5.4 4.5.4 对向观测计算高差的公式对向观测计算高差的公式TotalStationandDistanceMeasurement4.5.5 4.5.5 三角高程测量的误差来源三角高程测量的误差来源竖角的观测误差。竖角的观测误差。边长的观测误差。边长的观测误差。折光系数的误差。折光系数的误差。仪器高、目标高的量测误差。仪器高、目标高的量测误差。当当m1.5,S3.5km时，光电测距三角高程测量可达时，光电测距三角高程测量可达到四等水准测量的精度。当到四等水准测量的精度。当m1.5,S1.2km时可达到四时可达到四等水准测量的精度。等水准测量的精度。实践表明，当：实践表明，当：m2.0,S2km时，光电测距三角高时，光电测距三角高程测量完全可以取代四等水准测量。程测量完全可以取代四等水准测量。TotalStationandDistanceMeasurement 4.6 直线定向1.标准方向真子午线方向（真北）过地面某点的真子午线方向磁子午线方向（磁北）地球磁场作用下的指向坐标纵轴方向（坐标北）高斯投影坐标纵轴正方向2.方位角 作用：表示直线方向3.正反坐标方位角4.坐标方位角的推算5.象限角TotalStationandDistanceMeasurement