《土木工程测量》第4章教案2.ppt
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1、4.3 电磁波测距(electro-magnetic distance measuring,简称EDM) 电磁波测距是用电磁波(光波或微波)作为载波,传输测距信号,以测量两点间距离的一种方法。 EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。 4.3.1 电磁波测距技术发展简介 1948年,瑞典AGA(阿嘎)公司(现更名为Geotronics(捷创力)公司)研制成功了世界上第一台电磁波测距仪, 它采用白炽灯发射的光波作载波,应用了大量的电子管元件,仪器相当笨重且功耗大。 为避开白天太阳光对测距信号的干扰,只能在夜间作业,测距操作和计算都比较复杂。 1960年世界上成功研制
2、出了第一台红宝石激光器和第一台氦-氖激光器,1962年砷化镓半导体激光器研制成功。 与白炽灯比较,激光器的优点是发散角小、大气穿透力强、传输的距离远、不受白天太阳光干扰、基本上可以全天侯作业。 1967年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。 该仪器采用5mw的氦-氖激光器作发光元件,白天测程为40km,夜间测程达60km,测距精度(5mm+1ppm),主机重量23kg。 我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了JCY-1型激光测距仪,1974年又研制并生产了JCY-2型激光测距仪。该仪器采用2.5mw的氦-氖激光器作发光元件,白天测程为20km,测距精度(5mm+1pp
3、m),主机重量16.3kg。,随着半导体技术的发展,从60年代末70年代初起,采用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。 与激光测距仪比较,红外测距仪有体积小、重量轻、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。 由于红外光的发散角比激光大,所以红外测距仪的测程一般小于15km。 现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起,形成了全站仪,并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发展。 电磁波测距仪按其所采用的载波可分为: 用微波段的无线电波作为载波的微波测距仪(microwave EDM instrument); 用激光作为载波的激光测距仪(
4、laser EDM instrument); 用红外光作为载波的红外测距仪(infrared EDM instrument), 后两者又统称为光电测距仪。 微波和激光测距仪多属于长程测距,测程可达60km,一般用于大地测量, 而红外测距仪属于中、短程测距仪(测程为15km以下),一般用于小地区控制测量、地形测量、地籍测量和工程测量等。 本节主要介绍光电测距仪的基本原理和测距方法。,4.3.3 红外测距仪及其使用 红外测距仪按其照准目标的方式可以分成带望远镜和不带望远镜的两种。 图4-15是南方测绘公司生产的ND3000红外相位式测距仪, 它自带望远镜,望远镜的视准轴、发射光轴和接收光轴同轴,
5、有垂直制动螺旋和微动螺旋,可以安装在光学经纬仪上或电子经纬仪上。 测距时,测距仪瞄准棱镜测距,经纬仪瞄准棱镜测量竖直角, 通过测距仪面板上的键盘,将经纬仪测量出的天顶距输入到测距仪中, 可以计算出水平距离和高差。 图4-16为与仪器配套的棱镜对中杆与支架,它用于放样测量非常方便。,图4-17是徕卡公司生产的DI1000红外相位式测距仪, 它不带望远镜,发射光轴和接收光轴是分立的, 仪器通过专用连接装置安装到徕卡公司生产的光学经纬仪或电子经纬仪上。 测距时,当经纬仪的望远镜瞄准棱镜下的照准觇牌时, 测距仪的发射光轴就瞄准了棱镜, 使用仪器的附加键盘将经纬仪测量出的天顶距输入到测距仪中, 即可计算
6、出水平距离和高差。,(1) DI1000的主要技术指标 1) 红外光源波长:0.865m 2) 测尺长及对应的调制频率 精测尺长=20m,f=7.492700MHz 粗测尺长=2000m, f= 74.92700kHz 3) 测程:800m(单棱镜) 1600m(三棱镜) 4) 标称精度:正常测距(按图4-18的“DIST”键)为 (5mm+5ppm) 跟踪测距(按图4-18的“TRK”键)为 (10mm+5ppm) 5) 测量时间:正常测距 4.5s10s 跟踪测距 初始测距3s,以后每次测距0.3s 6) 显示:带有灯光照明的7位数字液晶显示,最小显示距离1mm 7) 工作温度范围:-20
7、+50 储存温度范围:-40+70 8) 功率消耗:开机但不测距时1W(0.09A/12V) 测距或测试时2.4W(0.2A/12V) 9) 供电:镍镉(NiCd)可充电电池,12V直流电,在电池充满电(电池用完后必须连续充电14个小时)的情况下 GEB76迷你电池,容量0.5Ah,重0.4kg,可以连续测距500次或者连续测距8个小时(假设每分钟测距一次),(4) 测相误差 测相误差包括自动数字测相系统的误差, 测距信号在大气传输中的信噪比误差 信噪比为接收到的测距信号强度与大气中杂散光的强度之比 前者决定于测距仪的性能与精度,后者与测距时的自然环境有关, 例如空气的透明程度、干扰因素的多少
8、、视线离地面及障碍物的远近。 (5) 仪器对中误差 光电测距是测定测距仪中心至棱镜中心的距离, 因此仪器对中误差包括测距仪的对中误差和棱镜的对中误差。 用经过校准的光学对中器对中,此项误差一般不大于2mm。 4.3.5光电测距仪使用注意事项 (1) 红外测距仪是使用镍镉可充电电池作为供电电源, 由于镍镉电池具有记忆效应,所以一定要确认电池的电量已经全部用完后 才可以充电,否则电池的容量会逐渐减小而损坏电池; (2) 光电测距仪属于精密贵重仪器,运输、携带、装卸、操作过程中 都必须十分小心。运输和携带中要防震、防潮,装卸和操作中要注意连接牢固、 电源插接正确、严格按操作程序使用仪器,搬站时必须将
9、仪器装箱。 (3) 有阳光的天气必须撑伞保护仪器,在通电作业时, 严防阳光及其它强光直射接收物镜,更不能将接收物镜对准太阳, 以免损坏接收镜内的光敏二极管。,(4) 设置测站时要避免强电磁场的干扰,例如在变压器、高压线附近不宜设站。 (5) 气象条件对光电测距有较大的影响。 不宜在阳光强烈、视线靠近地面或者高温(35以上)的环境条件下观测。 4.4 直线定向 确定地面直线与标准方向间的水平夹角称为直线定向(line orientation)。 (1) 标准方向的分类 1) 真子午线方向(true meridian direction) 地表任一点P与地球旋转轴所组成的 平面与地球表面的交线称为
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