光电测距

距离测量的方法有钢尺量距、光学视距法和电磁波测距，而应用最广泛的是电磁波测距。
 1、 电磁波测距的基本原理：通过测定电磁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：



 式中C：电磁波在大气中的传播速度，它根据观测时的
 气象条件来确定；
 t ： 电磁波在被测距离上往返传播时间。
 由于 C可以根据电磁波在真空中的传播速度C0来精确推求，所以，只要设法测定时间 t 便可以求出待测距离D。
2、电磁波测距仪的种类
 电磁波测距仪按采用的载波的不同，可分为光电测距仪和微波测距仪。采用光波（可见光或红外光）作为载波的称为光电测距仪。采用微波段的无线电波作为载波的称为微波测距仪。
 光电测距仪按测程来分，可分为短程 (3km 以内）、中程（ 3km至15km）、远程（ 15km以上）光电测距仪。
 根据测定时间 t 的方法不同，光电测距仪又分为：脉冲式和相位式测距仪。
3、相位式光电测距仪的原理

 相位式光电测距是利用测相电路测定调制光在测线上往返传播所产生的相位差，间接测得传播时间，从而求得距离。

 （1）、相位法测距仪的工作基本原理 （见下图）



 由光源发出的光通过调制器调制后，成为光强随高频信号变化的调制光，射向测线的另一端的反射镜，同时调制光另一部分送入相位计作为参考信号。射向反射镜的调制光被反射后，被接收器接收，然后由相位计将参考信号和接收信号进行比较，并由显示器显示出调制光在被测距离上往返传播所引起的相位移 。
 （2）、相位式测距仪的基本测距公式
 如果将调制波的往程和返程摊平，则有下图的波形。




 由上图可见，调制光全程的相位变化为：

 而调制光在测线上往返传播的时间为：


 则用相位表示的测距公式为：

 将 （1）式代入（3）式，可得：


 从图12-2可以看出：


 比较（4）式和（5）式得：


 在相位式测距中的相位计只能测定全程相位移尾数 ，而无法测定整周期数 N，（4）式有多值解。

（3）、确定N值的方法
当N = 0时，D有唯一解。




可见，要 N = 0，则必须选用较长的测尺长度即较低的测尺频率。取
可求出测尺长度相应的测尺频率，由于仪器的测相系统成在测相误差，其值一般达
它对测距精度的影响将随测尺长度的增大而增大。


如何解决扩大测程和提高精度的矛盾呢？
采用一组测尺来组合测距，以短测尺（频率高的调制波，又称精测尺）保证精度 ，以长测尺（频率低的调制波，又称粗测尺）保证测程。这样就解决了多值解的问题。

例：欲使某相位测距仪的测程达到10km,测距精度达到1mm，问需多少个光尺？它们的频率分别为多少？
解： 则
由 可准确测得“公里”、“百米”的数值，而“十米”的值存在误差。
选 则
由 可准确测得“十米”、“米”的数值，而“分米”存在误差。
选 则
由 可准确测得“分米”、“厘米”的数值，而“毫米”的值存在误差。
4、电磁波测距成果改正
（1）、加常数的改正
如果测距仪的仪器内光路等效反射面和仪器的安置中心不一致，以及镜站反射镜等效反射面和反射镜安置中心不一致，使仪器所测得的距离与实际的距离不相等，其差数称为加常数。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。

（2）、气象改正
测距仪进行作业时的大气状态一般不会与假定大气状态相同，故应加入气象改正。气象改正数与气压和温度有关，在测距时可用气象改正表查取气象改正值进行改正。在全站仪中，可对仪器预设气压和温度，仪器将自动进行气象改正。
（3）、倾斜改正
当测线两端不等高时，所测得距离为倾斜距离 ，水平距离为：
测线的倾斜角 Z 天顶距
5、光电测距的误差来源
对于相位式光电测距仪，其测距误差可分为两部分。一部分是由调制频率的误差、真空中光速值的误差、大气折射率的误差引起的，它与被测距离成正比，一般称为比例误差；另一部分是由测相误差、仪器加常数的校准误差引起的，它与距离无关，一般称为固定误差。在进行距离测量时，除以上各项误差外，还有仪器 与反射镜的对中误差，以及由于固定的电子信号串扰和测相单元移相器电路失调引起的周期误差。

 在评定测距仪的测距精度时，通常用下列公式表示：
6、思考题
1、试述相位式光电测距仪工作的基本原理。
2、相位法测距为什么要用两个或多个频率测距？
3、电磁波测距中应加哪些改正，才能获得两点间的水平距离？
4、光电测距的误差来源有哪些？
数字测图原理与方法
数字测图原理与方法
全站仪和自动全站仪
一、全站仪的特点
 1、同时测角（水平角和竖角）和测距；
 2、望远镜的视准轴和测距仪的视准轴是同轴的；
 3、对水平角和竖角进行补偿（具有双轴补偿器）；
 4、数据电子显示，并存入内存储器，无须读数，无须记录。
 5、一般可存3000点的数据（角度、距离、坐标）
 6、 数据输出——提供RS232C串口和电子手簿、掌上电脑、计算机等外部设备连接；
 7、提供多种测量模式——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）

一、三角高程测量的原理
二、三角高程测量的基本公式
1、地球曲率与大气折光的影响


三、三角高程测量的误差来源
数字测图原理与方法
数字测图原理与方法

一、建立国家平面大地控制网的方法
常规大地测量法
1.三角网测量法
三角网的元素
① 起算元素：已知的坐标、边长和已知的方位角，也称起算数据。
② 观测元素：三角网中观测的所有方向(或角度)。
③ 推算元素：由起算元素和观测元素的平差值推算的三角网中其他边长、坐标方位角和各点的坐标

一、建立国家平面大地控制网的方法
常规大地测量法
2.导线测量法 
3.三边测量及边角同测法

现代定位新技术
1、GPS测量
全球定位系统GPS(Global Positioning System）
GPS系统的应用领域:导航，导弹的制导，精密定位，时间的传递和速度的测量等。
1、建立高精度的全国性的大地测量控制网
2、测定全球性的地球动态参数
3、建立陆地海洋大地测量的基准，进行海洋测绘和高精度的海岛陆地联测
4、监测地球板块运动和地壳形变
5、建立城市测量和工程测量的平面控制网方法
6、测定航空航天摄影的瞬间位置，实现仅有少量的地面控制或无地面控制的航测快速成图。

一、建立国家平面大地控制网的方法
现代定位新技术
2.甚长基线干涉测量系统(VLBI)
甚长基线干涉测量系统(Very Long Baseline Interferometry)是在甚长基线的两端(相距几千公里)，用射电望远镜，接收银河系或银河系以外的类星体发出的无线电辐射信号，通过信号对比，根据干涉原理，直接测定基线长度和方向的一种空间技术。

一、建立国家平面大地控制网的方法
现代定位新技术
3.惯性测量系统(INS)
惯性测量系统(Inertiae Navigation System)是利用惯性导航技术，同时快速地获得大地测量数据(如经度、纬度、高程、方位角、重力异常和垂线偏差)的一种新技术。

二、建立国家平面大地控制网的基本原则
1、大地控制网应分级布设、逐级控制
先以精度高而稀疏的一等三角锁，尽可能沿经纬线纵横交叉地迅速地布满全国，形成统一的骨干控制网，然后在一等锁环内逐级布设二、三、四等三角网。
GPS测量控制网按其精度划分为A、B、C、D、E五级，其中A级网建立我国最高精度的坐标框架，B、C、D、E级分别相当于常规大地测量的一、二、三、四等。


二、建立国家平面大地控制网的基本原则
2、大地控制网应有足够的精度
在测图中，要求首级图根点相对于起算三角点的点位误差，在图上应不超过±0.1mm，相对于地面点的点位误差则不超过±0.1 N mm( N 为测图比例尺分母)。而图根点对于国家三角点的相对误差，又受图根点误差和国家三角点误差的共同影响，为使国家三角点的误差影响可以忽略不计，应使相邻国家三角点的点位误差小于1/3×0.1 N mm。

二、建立国家平面大地控制网的基本原则
3、大地控制网应有一定的密度
国家三角网是测图的基本控制，故其密度应满足测图的要求。三角点的密度，是指每幅图中包含有多少个控制点，而测图的比例尺不同，每幅图的面积也不同。所以，三角点的密度也用平均若干平方公里有一个三角点来表示。


二、建立国家平面大地控制网的基本原则
4、大地控制网应有统一的技术规格和要求1958年和1959年国家测绘总局先后颁布了《大地测量法式(草案)》和《一、二、三、四等三角测量细则》，1974年又颁布了《国家三角测量和精密导线测量规范》。为规范GPS测量工作，1992年国家测绘局发布了《全球定位系统(GPS)测量规范》。

三、利用现代测量技术建立国家大地测量控制网
GPS技术具有精度高、速度快、费用省、全天候、操作简便等优点。
用GPS技术建立起来的控制网叫GPS网。
两大类：
1、全球或全国性的高精度的GPS网（A级GPS网、B级GPS网）
2、区域性的GPS网（国家C、D、E级GPS网或专为工程项目而建立的工程GPS网）

三、我国GPS网的布设情况
1、国家高精度GPS A级网
在全国范围内确定精确的地心坐标，建立起我国新一代的地心参考框架及其与国家坐标系的转换参数，以优于量级的相对精度确定站间基线向量、布设成国家A级网，作为国家高精度卫星大地网的骨架并奠定地壳运动及地球动力学研究的基础。全网由27个点组成，其中五个测站上布置了GPS观测副站，平均边长800km，平差后在ITRF 91地心参考框架中的定位精度优于0.1m，边长相对精度一般优于1× 。

三、我国GPS网的布设情况
2、国家高精度GPS B级网
为了精化我国的大地水准面，初步建立覆盖全国的三维地心坐标框架，精确测定我国大地坐标与地心坐标系之间的转换参数，监测我国地壳变和板块运动，建立海洋大地测量与陆地大地测量统一的大地基准。全网由818个点组成，分布全国各地(除台湾省外)。东部点位较密，平均站间50～70km,中部地区平均站间100km，西部地区平均站间距150km。外业自1991年至1995年结束，点位中误差相对于已知点在水平方向优于0.07m，高程方向优于0.16m，平均点位中误差水平方向为0.02m，垂直方向为0.04m，基线相对精度达到 。

三、我国GPS网的布设情况
3、全国GPS一、二级网
全国GPS一、二级网是军测部门建立的。
一级网由40余点组成。大部分点与国家三角点(或导线点)重合，水准高程进行了联测。一级网相邻点间距离最大1 667km，最小86km，平均为683km。基线分量相对误差平均在0.01ppm左右，最大0.024ppm，点位中误差，绝大多数点在2cm以内。
二级网由500多个点组成，二级网是一级网的加密。二级网与地面网联系密切，有200多个二级点与国家三角点(或导线点)重合，所有点都进行了水准联测，全网平均距离为164.7km。基线分量相对误差平均在0.02 ppm左右，最大0.245ppm，网平差后大地纬度、大地经度和大地高的中误差的平均值分别为0.18cm、0.21cm和0.81cm。
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三、我国GPS网的布设情况
4、中国地震网络GPS网
中国地壳运动观测网络是中国地震局、总参测绘局、中国科学院和国家测绘局联合建立的，主要是服务于中长期地震预报，兼顾大地测量的目的。
该网络是以GPS为主，辅以SLR和VLBI以及重力测量的观测网络，它由三个层次的网络组成，即25站连续运行的基准网、56站定期复测的基本网和1 000站复测频率低的区域网。

三、我国GPS网的布设情况
5、中国GPS2000网
目前：点数2000多个，GPS永久性跟踪站25个。
点数少、分布密度低（1：70kmX70km，即9幅1：5万地形图才有1个GPS点）
“十五” “十一五”目标：布局合理的高精度的GPS加密网点5000个，270个左右的永久性跟踪站。