光电测距仪PPT讲稿.ppt

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1、光电测距仪第1页，共29页，编辑于2022年，星期四知识点知识点知识点知识点(1)(1)(1)(1)电磁波测距基本原理；电磁波测距基本原理；电磁波测距基本原理；电磁波测距基本原理；(2)(2)(2)(2)相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理 ；(3)(3)(3)(3)测距误差来源及其影响测距误差来源及其影响测距误差来源及其影响测距误差来源及其影响 ；(4)(4)(4)(4)观测结果的化算观测结果的化算观测结果的化算观测结果的化算 ；(5)(5)(5)(5)电子全站仪电子全站仪电子全站仪电子全站仪 。习题习题 第2页，共29页，

2、编辑于2022年，星期四一、一、一、一、电磁波测距基本原理电磁波测距基本原理电磁波测距基本原理电磁波测距基本原理 光电测距仪按仪器测程分类：光电测距仪按仪器测程分类：短短程程光光电电测测距距仪仪：测测程程在在3km3km以以内内，测测距距精精度度一一般般在在lcmlcm左左右右。如如我我国国的的HGC-1HGC-1、DCH-2DCH-2、DCH3DCH3、DCH-05DCH-05等精度均可达等精度均可达(5mm+5 10(5mm+5 10-6-6)。中中程程光光电电测测距距仪仪：测测程程在在3 315km15km左左右右的的仪仪器器称称为为中中程程光光电电测测距距仪仪，这这类类仪仪器器适适用用

3、于于二二、三三、四四等等控控制制网网的的边边长长测测量量。如如我我国国的的JCY-2JCY-2、DCS-1DCS-1，精精度度可可达达（lOmm+1 10lOmm+1 10-6-6）。）。远程激光测距仪：测程在远程激光测距仪：测程在15km15km以上的光电测距仪，精度一般可达以上的光电测距仪，精度一般可达(5mm+110(5mm+110-6-6），能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我国研制成功的），能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我国研制成功的JCY-3JCY-3型等。型等。第3页，共29页，编辑于2022年，星期四相位式光电测距仪的基本公式相位式光电测距仪的基本公式式中：测尺长度

4、；整周数；不足一周的尾数 测尺频率的选择测尺频率的选择直接测尺频率方式：直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距离的方式，。直接测尺频率方式：直接使用各测尺频率的测量结果组合成待测距离的方式，。间接测尺频率方式：间接测尺频率方式：用差频作为测尺频率进行测距的方式用差频作为测尺频率进行测距的方式 。测测尺尺频频率率的的确确定定：一一般般将将用用于于决决定定仪仪器器测测距距精精度度的的测测尺尺频频率率称称精精测测尺尺频频率率；而而将将用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率。用于扩展测程的测尺频率称为粗测尺频率。第4页，共29页，编辑于2022年，星期四 对对于于采采用用直直接接测测尺尺频频率率方方式

5、式的的测测距距仪仪，精精测测尺尺频频率率的的确确定定，依依据据测测相相精精度度，主主要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接，还要使确定的测尺长度便于计算。要考虑仪器的测程和测量结果的准确衔接，还要使确定的测尺长度便于计算。例例如如我我国国的的HGC-1HGC-1型型及及长长征征DCH-1DCH-1型型红红外外测测距距仪仪，确确定定精精测测尺尺长长=10m=10m和和粗粗测测尺长尺长=1000m=1000m的精测尺频率和粗测尺频率。的精测尺频率和粗测尺频率。测尺频率可依下式确定：测尺频率可依下式确定：式中式中:光波在大气中的传播速度；光波在大气中的传播速度；大气折射率；大气折射率；光波在真空中的传

6、播速度；光波在真空中的传播速度；调制频率（测尺频率）。调制频率（测尺频率）。返回本章目录第5页，共29页，编辑于2022年，星期四二、二、二、二、相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理 相位式光电测距仪的工作原理相位式光电测距仪的工作原理第6页，共29页，编辑于2022年，星期四相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 光源光源 相相位位式式测测距距仪仪的的光光源源，主主要要有有砷砷化化镓镓（GaAsGaAs）二二极极管管和和氦氦-氖氖（He-NeHe-Ne）气体激光器。前者一般用于短程测

7、距仪中，后者用于中远程测距仪中。气体激光器。前者一般用于短程测距仪中，后者用于中远程测距仪中。调制器调制器 采采用用砷砷化化镓镓（GaAsGaAs）二二极极管管发发射射红红外外光光的的红红外外测测距距仪仪，发发射射光光强强直直接接由由注注入入电电流流调调制制，发发射射一一种种红红外外调调制制光光，称称为为直直接接调调制制，故故不不再再需需要要专专门门的的调调制制器器。但但是是采采用用氦氦氖氖激激光光等等作作光光源源的的相相位位式式测测距距仪仪，必必须须采采用用一一种种调调制制器器，其其作作用用是是将将测测距距信信号载在光波上，使发射光的振幅随测距信号电压而变化，成为一种调制光。号载在光波上，使

8、发射光的振幅随测距信号电压而变化，成为一种调制光。棱镜反射器棱镜反射器 在在使使用用光光电电测测距距仪仪进进行行精精密密测测距距时时，必必须须在在测测线线的的另另一一端端安安置置一一个个反射器，使发射的调制光经它反射后，被仪器接收器接收。反射器，使发射的调制光经它反射后，被仪器接收器接收。第7页，共29页，编辑于2022年，星期四相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介相位式光电测距仪各主要部件的工作原理简介 光电转换器件光电转换器件 在在光光电电测测距距仪仪中中，接接收收器器的的信信号号为为光光信信号号。为为了了将将此此信信号号送送到到相相位位器器进进行行相相位位比比较较，必必须须把把光光信

9、信号号变变为为电电信信号号，对对此此要要采采用用光光电电转转换换器器件件来来完完成成这这项项工工作作。用用于于测距仪的光电转换器件通常有光电二极管，雪崩光电二极管和光电倍增管。测距仪的光电转换器件通常有光电二极管，雪崩光电二极管和光电倍增管。差频测相差频测相 目目前前相相位位式式测测距距仪仪都都采采用用差差频频测测相相，即即就就是是使使高高频频测测距距信信号号和和高高频频基基准准信信号号在在进进入入比比相相前前均均与与本本振振高高频频信信号号进进行行差差频频，成成为为测测距距和和基基准准低低频频信信号号。在在比比相相时时，由由于于低低频频信信号号的的频频率率大大幅幅度度降降低低（如如精精测测尺

10、尺频频率率为为15MHz15MHz，混混频频后后低低频频为为4kHz4kHz时时，降降低低了了37503750倍倍），周周期期相相应应扩扩大大，即即表表象象时时间间得得到放大，这就大大地提高了测相精度。到放大，这就大大地提高了测相精度。自动数字测相自动数字测相 随随着着集集成成电电路路和和数数字字技技术术的的发发展展，为为测测距距仪仪向向自自动动化化和和数数字字化化方方向向发发展展提提供供了了条条件件。目目前前许许多多中中、短短程程测测距距仪仪几几乎乎都都采采用用自自动动数数字字测测相相技技术术以以及及距距离离的的数字显示。数字显示。返回本章目录第8页，共29页，编辑于2022年，星期四三、三

11、、三、三、测距误差来源及其影响测距误差来源及其影响测距误差来源及其影响测距误差来源及其影响测距误差的主要来源测距误差的主要来源 ：上上式式中中的的各各项项误误差差影影响响，就就其其方方式式来来讲讲，有有些些是是与与距距离离成成比比例例的的。这这些些误误差差称称为为“比比例例误误差差”；另另一一些些误误差差影影响响与与距距离离长长短短无无关关。称称其其为为“固固定定误误差差”。对对于于式式中中偶偶然然性性误误差差的的影影响响，我我们们可可以以采采取取不不同同条条件件下下的的多多次次观观测测来来削削弱弱其其影影响响；而而对对系系统统性性误误差差影影响响则则不不然然，但但我我们们可可以以事事先先通通

12、过过精精确确检检定定，缩缩小小这这类类误误差差的的数数值值，达达到到控制其影响的目的。控制其影响的目的。第9页，共29页，编辑于2022年，星期四比例误差的影响比例误差的影响 ：光速值的误差影响光速值的误差影响 光速值对测距误差的影响甚微，可以忽略不计。光速值对测距误差的影响甚微，可以忽略不计。调制频率的误差影响调制频率的误差影响 调调制制频频率率的的误误差差，包包括括两两个个方方面面，即即频频率率校校正正的的误误差差（反反映映了了频频率率的的精精确确度度）和和频频率率的的漂漂移移误误差差（反反映映了了频频率率稳稳定定度度）。频频率率误误差差影影响响在在精精密密中中远远程程测测距距中中是是不不

13、容容忽忽视视的的，作作业业前前后后应应及及时时进进行行频频率率检检校校，必必要要时时还还得得确定晶体的温度偏频曲线，以便给以频率改正。确定晶体的温度偏频曲线，以便给以频率改正。大气折射率的误差影响大气折射率的误差影响 正正确确测测定定测测站站和和镜镜站站上上的的气气象象元元素素，并并使使算算得得的的大大气气折折射射系系数数与与传传播播络络径径上上的的实实际际数数值值十十分分接接近近，可可以以大大大大地地减减少少大大气气折折射射的的误误差差影影响，这对精密中、远程测距乃是十分重要的。响，这对精密中、远程测距乃是十分重要的。第10页，共29页，编辑于2022年，星期四固定误差的影响固定误差的影响

14、：测测相相误误差差，仪仪器器加加常常数数误误差差和和对对中中误误差差都都属属于于固固定定误误差差。在在精精密密的的短短程程测测距时，这类误差将处于突出的地位。距时，这类误差将处于突出的地位。对中误差对中误差 在在控控制制测测量量中中，一一般般要要求求对对中中误误差差在在3mm3mm以以下下，要要求求归归心心误误差差在在5mm5mm左左右右。但但在在精精密密短短程程测测距距时时，由由于于精精度度要要求求高高，必必须须采采用用强强制制归归心心方方法法，最最大大限限度地削弱此项误差影响。度地削弱此项误差影响。仪器加常数误差仪器加常数误差 经经常常对对加加常常数数进进行行及及时时检检测测，予予以以发发

15、现现并并改改用用新新的的加加常常数数来来避避免免这这种种影响。影响。测相误差测相误差 包包括括测测相相设设备备本本身身的的误误差差 ，幅幅相相误误差差 ，照照准准误误差差 ，信信噪噪比比引引起起的的误差，周期误差误差，周期误差 。返回本章目录第11页，共29页，编辑于2022年，星期四四、四、四、四、观测结果的化算观测结果的化算观测结果的化算观测结果的化算频率改正频率改正 ：频频率率变变化化对对距距离离的的影影响响是是系系统统性性的的。通通常常，精精测测尺尺频频率率可可通通过过检检测测，用用补补偿偿的的办办法法调调整整到到规规定定的的标标准准值值，这这时时频频率率改改正正就就不不必必加加了了。

16、但但是是，考考虑虑到到搬搬运运振振动动，晶晶体体老老化化等等原原因因会会导导致致频频率率变变化化，因因此此作作业业前前后后常常常常要要进进行频率对比，发现频率变化过大时，就要考虑对测得的距离加上频率改正。行频率对比，发现频率变化过大时，就要考虑对测得的距离加上频率改正。气象改正气象改正 ：气气象象改改正正数数随随温温度度和和气气压压的的变变化化而而变变化化，因因此此气气象象元元素素（温温度度和和气气压压）最好是取测线上的平均值来计算。最好是取测线上的平均值来计算。第12页，共29页，编辑于2022年，星期四波道弯曲改正波道弯曲改正 ：由于波道弯曲引起的弧长化为弦长的波道几何改正。由于波道弯曲引

17、起的弧长化为弦长的波道几何改正。由由于于实实际际大大气气折折射射系系数数仅仅用用测测线线两两端端的的中中值值，而而没没有有采采用用严严格格沿沿波波道道上上的的积积分平均值，因此产生了所谓折射系数的代表性改正。分平均值，因此产生了所谓折射系数的代表性改正。归心改正归心改正：包包括括高高差差而而引引起起的的倾倾斜斜改改正正，测测线线超超出出参参考考椭椭球球面面而而引引起起的的投投影影改改正正，弦弦长长化化为弧长的改正。为弧长的改正。倾斜改正和投影改正倾斜改正和投影改正：第13页，共29页，编辑于2022年，星期四椭球面上水平距离的计算椭球面上水平距离的计算：设参考椭球面上的水平距离以S表示，则：式

18、中 为仪器常数，为仪器周期误差改正。应当指出，以上各项改正并非每项都要计算，根据仪器情况，边的长短和测边精度要求，有些项实际上不存在或本身过小而无需计算。属于各测回不同的改正计算，必须在各测回内分别计算，而其余的改正项各测回都是一样的。则可在最后一次计算。返回本章目录第14页，共29页，编辑于2022年，星期四五、五、五、五、电子全站仪电子全站仪电子全站仪电子全站仪 全站仪的概念全站仪的概念 ：把把电电子子测测距距、电电子子测测角角和和微微处处理理机机结结合合成成一一个个整整体体、能能自自动动记记录录、存存储储并并具具备备某某些些固固定定计计算算程程序序的的电电子子速速测测仪仪 ，因因该该仪仪

19、器器在在一一个个测测站站点点能能快快速速进进行行三三维维坐坐标标测测量量、定定位位和和自自动动数数据据采采集集、处处理理、存存储储等等工工作作，较较完完善善地地实实现现了了测测量量和和数数据据处处理理过过程程的的电电子子化化和和一一体体化化，所所以以称称“全全站站型型电电子子速速测测仪仪”，通通常常又又称称为为“电电子子全全站站仪仪”或或简称简称“全站仪全站仪”。第15页，共29页，编辑于2022年，星期四全站仪的基本组成及结构全站仪的基本组成及结构 ：全站仪的基本组成全站仪的基本组成 补偿部分测角部分测距部分CPUCPUI/OI/O接 口中央处理器输入输出电 源显 示 屏键 盘第16页，共2

20、9页，编辑于2022年，星期四全站仪的基本结构全站仪的基本结构 组组合合式式全全站站仪仪：组组合合式式结结构构的的全全站站仪仪是是由由测测距距头头、光光学学经经纬纬仪仪及及电电子子计计算算部部分拼装组合而成。分拼装组合而成。整整体体式式全全站站仪仪:整整体体式式结结构构的的全全站站仪仪是是在在一一个个机机器器外外壳壳内内含含有有电电子子测测距距、测测角角、补补偿偿、记记录录、计计算算、存存储储等等部部分分，将将发发射射、接接收收、瞄瞄准准光光学学系系统统设设计计成成同同轴轴，共共用用一一个个望望远远镜镜，角角度度和和距距离离测测量量只只需需一一次次瞄瞄准准，测测量量结结果果能能自自动显示并能与

21、外围设备双向通讯。动显示并能与外围设备双向通讯。组合式全站仪 整体式全站仪 第17页，共29页，编辑于2022年，星期四全站仪的精度及等级全站仪的精度及等级全站仪的精度全站仪是由光电测距、电子测角、电子补偿、微机数据处理为一体的综合型测量仪器，其主要精度指标是测距精度和测角精度。如SET500全站仪的标称精度为：测角精度=5；测距精度=（3+2ppmD）mm。全站仪的等级国家计量检定规程（JJG10094）将全站仪准确度等级分划为四个等级。第18页，共29页，编辑于2022年，星期四电脑全站仪的主要特点电脑全站仪的主要特点 1）电脑操作系统。电脑全站仪具有像通常PC机一样的DOS操作系统。2）

22、大屏幕显示。可显示数字，文字，图像，也可显示电子气泡居中情况，以提高仪器安置的速度与精度，并采用人机对话式控制面板。3）大容量的内存。一般内存在IM 以上，其中主内存有640K。数据内存320K，程序内存512K，扩展内存512K。4）采用国际计算机通用磁卡。所有测量信息都可以文件形式记入磁卡或电子记录簿，磁卡采用无触点感应式，可以长期保留数据。5）自动补偿功能。补偿器装有双轴倾斜传感器，能直接检测出仪器的垂直轴,在视准轴方向和横轴方向上的倾斜量，经仪器处理计算出改正值并对垂直方向和水平方向值加以改正，提高测角精度。6）测距时间快，耗电量少。第19页，共29页，编辑于2022年，星期四全站仪操

23、作应注意事项全站仪操作应注意事项 理解全站仪的概念了解工作原理明确测量功能熟悉操作步骤合理设置仪器参数正确选择测量模式掌握应用技术 第20页，共29页，编辑于2022年，星期四距离测量距离测量 距距离离测测量量必必须须选选用用与与全全站站仪仪配配套套的的合合作作目目标标，即即反反光光棱棱镜镜。由由于于电电子子测测距距为为仪仪器器中中心心到到棱棱镜镜中中心心的的倾倾斜斜距距离离，因因此此仪仪器器站站和和棱棱镜镜站站均均需需要要精精确确对对中中、整整平平。在在距距离离测测量量前前应应进进行行气气象象改改正正、棱棱镜镜类类型型、棱棱镜镜常常数数改改正正、测测距距模模式式的的设设置置和和测测距距回回光

24、光信信号号的的检检查查，然然后后才才能能进进行行距距离离测测量量。仪仪器器的的各各项项改改正正是是按按设设置置仪仪器器参参数数，经经微微处处理理器器对对原原始始观观测测数数据据计计算算并并改改正正后后，显显示示观观测测数据和计算数据的。只有合理设置仪器参数，才能得到高精度的观测成果。数据和计算数据的。只有合理设置仪器参数，才能得到高精度的观测成果。第21页，共29页，编辑于2022年，星期四全站仪在高程测量的应用全站仪在高程测量的应用 全站仪三角高程测量的技术指标全站仪三角高程测量的技术指标 注：1.D为测距边长度，以千米（km）为单位 2.边长大于400m时，应考虑球气差的影响第22页，共2

25、9页，编辑于2022年，星期四基本原理基本原理 图中是高程已知的水准点，是待测点，是高程路线的转点，1,2,3,4为全站仪的设站位置。因为用全站仪可以直接读取全站仪中心到棱镜中心的高差，因此有：第23页，共29页，编辑于2022年，星期四同理可得：用全站仪代替水准仪进行高程测量应满足的条件:（1）全站仪的设站次数为偶数，否则不能把转点棱镜高抵消掉；（2）起始点和终点的棱镜高，应保持相等；（3）转点上的棱镜高在仪器搬动过程中保持不变；（4）仪器在一个测站的观测过程中高度保持不变。第24页，共29页，编辑于2022年，星期四精度分析精度分析 垂直角和水平距离观测误差对观测高差的影响 地球曲率和大气

26、折光的影响 水准测量要求前后视距相等主要是为了抵消角误差，同时也为了削弱地球曲率及大气折光的影响，用全站仪代替水准仪测量时，可以设置大气折光系数（一般取0.12），有仪器自动对地球曲率及大气折光的影响进行改正。如果把视距控制在200左右，前后视距差在3之内，影响可以忽略不计。第25页，共29页，编辑于2022年，星期四棱镜沉降、仪器沉降、棱镜倾斜的误差 与水准仪测量类似，用全站仪代替水准仪进行高程测量时同样存在棱镜沉降、仪器沉降的影响，观测时必须采取一定的措施来减弱或消除。棱镜沉降主要发生在仪器的转站过程中，提高观测速度、采用往返观测的方法也可以抵消部分影响。仪器沉降主要发生在一个测回的观测过

27、程中，在一个测站上要变换仪器高观测两个测回，第二测回和第一测回采用相反的观测次序，即“后前前后”或“前后后前”，可以有效的减弱仪器沉降的影响。觇标倾斜的影响与水准测量时水准尺的倾斜相似，只要仔细检验对中杆上的圆水准气泡，在立杆时保证气泡居中就可以消除此影响。第26页，共29页，编辑于2022年，星期四竖直度盘指标差的影响 水准测量时主要存在角误差的影响，为了消除角误差对水准测量的影响一般要求前后视距相等。用全站仪观测时，类似的误差是竖直度盘指标差，如果只用正镜或倒镜观测，该项误差的影响不容忽视。但是只要采用正倒镜观测，就可以抵消指标差的影响。竖直度盘指标差的影响 水准测量时主要存在角误差的影响

28、，为了消除角误差对水准测量的影响一般要求前后视距相等。用全站仪观测时，类似的误差是竖直度盘指标差，如果只用正镜或倒镜观测，该项误差的影响不容忽视。但是只要采用正倒镜观测，就可以抵消指标差的影响。第27页，共29页，编辑于2022年，星期四垂直轴倾斜误差的影响 全站仪能够进行垂直轴倾斜的自动补偿，并且补偿后的精度能达到0.1，影响甚微。因此，垂直轴倾斜误差的影响可以忽略不计。垂线偏差的影响 在山区和丘陵地区用全站仪代替水准仪进行高程测量有显著的优点，但由于垂线偏差的变化较大，使得测点之间所观测的高差不等于这两点之间的正常高高差，因此，必须加一个垂线偏差改正。在平原地区，前视和后视的平均垂线偏差基

29、本相等，故垂线偏差的影响等于零。在丘陵地区，垂线偏差的最大值为2，在几百米左右的范围内它的变化不大，取0.2(最大值的十分之一)，=300，对高差的影响为0.29；在山区，垂线偏差的最大值为10，在几百米左右的范围内它的变化量也取最大值的十分之一(1)，=300，则对高差的影响为1.45。在大山区，垂线偏差的最大值为20，在几百米左右的范围内它的变化量也取最大值的十分之一（2）,=300，则对高差的影响为2.91。综上所述，垂线偏差对高程的影响在山区和大山区是很大的，因此，在这些地区测量时，应该适当的减小视线的长度。返回本章目录第28页，共29页，编辑于2022年，星期四习习 题题1电磁波测距

30、仪有哪些分类方法？各是如何分类的?2电磁波测距仪表示标称精度的公式有哪些？3为什么电磁波测距仪一般都采用两个以上的测尺频率？利用单一频率能否进行距离测量？为什么？4相位式测距仪测距的求距基本公式和基本原理是什么？试简述其中的N值确定方法。5试述相位测距法的测距公式，并指出其中哪些是已知参数，哪些是经测算获得的参数，它们是如何获得的。6测距误差共有哪些？哪些属于比例误差？哪些属于固定误差？7测距时应采取哪些措施可减小大气折射率误差的影响？8测距过程中的照准误差是由什么原因引起的？用什么措施避免或减弱其影响？9用光电测距仪进行距离测量时，在测站上应对测得的倾斜距离加入哪些改正？返回本章目录第29页，共29页，编辑于2022年，星期四