测量学 第4章 距离测量与直线定向(1).ppt

2023年2月22日星期三,建筑之家,测 量 学第4章 距离测量与直线定向,2023年2月22日星期三,建筑之家,第4章 距离测量与直线定向,距离测量是测量三项基本工作之一.距离测量的方法主要有:1.钢尺(皮尺)量距.2.视距测量 3.光电测距要确定地面点的平面位置,还必须测定直线的方向,即直线定向,2023年2月22日星期三,建筑之家,视距测量图,2023年2月22日星期三,建筑之家,利用调制波波长测距,B,测距仪,反光棱镜,S,电磁波测距,电磁波测距图,A,2023年2月22日星期三,建筑之家,第4章 距离测量与直线定向 4.1 钢尺量距 4.2 普通视距测量 4.3 光电测距 4.4 直线定向,2023年2月22日星期三,建筑之家,4.1 钢尺量距,钢卷尺 尺长与规格：20米、30米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位 置有不同，分刻线尺和端点尺两种。,一、量距用的工具:钢卷尺，花杆，测钎、垂球、弹簧秤、温度计、三脚架,2023年2月22日星期三,建筑之家,端点尺 刻线尺,测钎 花杆,皮尺 测绳,钢卷尺,2023年2月22日星期三,建筑之家,二、直线定线,3.经纬仪定线:如果量距要求的精度较高,可在其端点A安置经纬仪定线.,2023年2月22日星期三,建筑之家,三、量距 方法（往返丈量)）,距离用下式计算：D=nl+l 式中：l整尺段的长度；n丈量的整尺段数；l零尺段长度。（边定线边丈量）,往返丈量较差 D=D往-D返距离平均值 D平=（D往-D返）相对误差 K=,1.在平坦地面丈量,2023年2月22日星期三,建筑之家,2.倾斜地面丈量,S,D,h,(1)斜量法:地面坡度均匀，将量得的倾斜距离S归算成水平距离D。高差h用水准仪测定。,或,水平距离：,(2)在倾斜地面平量,2023年2月22日星期三,建筑之家,量距相对精度可达1 1万,钢尺量距的精密方法,精密量距时采取的措施：1.用检定过的钢尺；2.经纬仪定线；3.钉尺段桩(概量，每尺段长要小于钢尺长)，用水准仪测量桩间高差；4.对钢尺施加固定拉力，并测量温度；5.对量距结果加三项改正数。,2023年2月22日星期三,建筑之家,1定线：用仪器定线，打木桩或做标志。2量距 后尺手 前尺手（尺头）（尺尾）好 预备3 测量桩顶高差,2023年2月22日星期三,建筑之家,三项改正数,4 尺段长度的计算,每尺段经改正后的水平距离：,总的水平距离：,2023年2月22日星期三,建筑之家,要点：1）先报记米数；2）读小数时要对准标志，前后两端同时读数；3）错动10cm以上，重新丈量，一般丈量三次，长度互差25mm。注意事项：一直二平三要准,2023年2月22日星期三,建筑之家,四、钢尺检定,目的：求得钢尺两端点刻划间的实际长度。方法：用钢尺对一段精确的标准长度进行丈量，从而求得 钢尺的尺长改正数。分比长台和基线场两种方式。,0 钢尺名义长(m)；t0 标准温度，一般取20；d 尺长改正值(mm)；t 丈量时温度()钢的膨胀系数，1.210-5/；,1.尺长方程式：=0+d+(t-t0)0,2023年2月22日星期三,建筑之家,五、成果整理1.水平距离的成果整理,设丈量结果为D，钢尺实际长度为lt,钢尺的名义长度为l0,则钢尺每米的实际长度为（lt/l0），所量距离的实际长度为,2.水平距离的成果整理（三项改正）1）尺长改正2）温度改正3）倾斜改正,2023年2月22日星期三,建筑之家,六、钢尺量距的误差分析,一、定线误差：当精度要达到1/万，定线误差小于0.21m二、尺长误差：一般丈量尺长改正数小于1/万可不改正三、温度误差：温度变化8度将产生1/万的误差四、拉力误差五、尺子不水平误差：类似定线误差，当精度要达到1/万，钢尺不水平应小于0.4m,2023年2月22日星期三,建筑之家,六、钢尺垂曲或反曲的误差悬空丈量时用悬空检定的尺长方程式七、丈量本身的误差（对点、插测钎、读数）精度一般丈量 山地：1/1000，平地：1/2000 1/3000精密丈量 1/3000 1/10000,2023年2月22日星期三,建筑之家,4.2 普通视距测量 根据几何光学原理用简便的方法迅速测出两点间的距离和高差。当视线水平时，视距测量测得的是水平距离；如果视线是倾斜的，为了求得水平距离，还应测出竖直角。,精度：精密视距测量：1/2000-1/5000普通视距测量：1/200-1/300，甚至更低。,2023年2月22日星期三,建筑之家,一、普通视距测量原理,1视准轴水平时的距离与高差公式 如图，望远镜的视准轴水平，瞄准一竖立的视距尺，十字丝在标尺上的读数分别为mn。,2023年2月22日星期三,建筑之家,视线水平时的视距测量公式:,(1)水平距离公式:,(2)高差公式:,(3)B点高程:,2023年2月22日星期三,建筑之家,2、视准轴倾斜时的视距公式 当望远镜视线倾斜一个角，把标尺绕视线与标尺的交点C旋转一个角，使视线垂直于标尺。通过视线与尺子的交点有一根倾斜尺子与倾斜视准轴相垂直，两视距丝在该尺上截于M，N，这样，就可按视线水平公式计算斜距D，然后，再根据D和竖直角算出平距D。,由于过视距丝的两条光线的夹角很小，约为34，故可把CMM和CNN视为直角，尺子是设想与倾斜视准轴相垂直的。,2023年2月22日星期三,建筑之家,视线倾斜时的视距测量公式,(1)水平距离公式:,(2)初算高差:,(3)高差公式:,2023年2月22日星期三,建筑之家,在测站上需要观测i、v、l、四个量。观测步骤如下：,3求l，读取下、上丝在标尺上的读数，估读至mm，两数相减求出视距间隔值；,二、视距测量的观测与计算,1量i，精度至cm；2对v，望远镜照准待测点竖立的标尺，使中丝对准i值，也可以对准任一值；,2023年2月22日星期三,建筑之家,三、视距测量误差来注意事项,1、读数误差 读数误差引起的距离误差是扩大100倍，如读数误差为1mm，它对距离的影响为0.1m;消除视差以减小读数误差。2、标尺不竖直误差 标尺不竖直对视距的影响与标尺倾斜度及竖直角有关，视距尺的倾斜又分前倾和后仰两种情况，其影响也是不相同的。但一般来说，视距尺竖立不直对视距的影响都基本上是系统性的，且使距离减小。当标尺倾斜1，竖直角为30时，所产生的相对误差可达1/10。在标尺上安装圆水准器。,2023年2月22日星期三,建筑之家,3、外界条件的影响1）垂直折光的影响，视线要有一定的高度；2）空气对流使视距尺成像不稳定，视线不要通过大面积水面，并且要有一定的高度；3）风力使尺子抖动。选择合适的天气。上述三种误差较大，另外还有标尺分划误差、竖直角观测误差、视距常数误差等。,2023年2月22日星期三,建筑之家,概述电磁波测距(Electro-magnetic Distance Measuring，EDM)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 光电测距,2023年2月22日星期三,建筑之家,电磁波测距仪分类1.按其所采用的载波（光源）可分为：微波测距仪(microwave EDM instrument)；激光测距仪(laser EDM instrument)；红外测距仪(infrared EDM instrument);,2.按测程分为：短程测距仪(5km)中程测距仪(515km)远程测距仪(15km）,3.按精度分为：级测距仪(mD 5mm)级测距仪(5 mD 10mm)级测距仪(mD 10mm）,4.按测距原理分为：脉冲式；相位式,2023年2月22日星期三,建筑之家,一、测距原理,基本公式:,c0光在真空中的速度ng光在大气中传输的折射率t光波在AB间往返传输时间,2023年2月22日星期三,建筑之家,直接测时-该类测距仪称为脉冲式测距仪，该仪器因其精度较低，通常只用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。间接测时-用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。现有的精密光电测距仪都不采用直接测时的方法，而采用间接测时。,电磁波测距方式,2023年2月22日星期三,建筑之家,光电测距仪的组成,2023年2月22日星期三,建筑之家,光电测距仪的组成,2023年2月22日星期三,建筑之家,三、成果计算1.气象改正气象元素包括气压和温度2.倾斜改正四、光电测距的注意事项1.选择合适的天气：微风的阴天；2.测线应离开地面障碍物1.3m以上，避免通过发热体和较宽水面上空；3.测线应避开强电磁场干扰的地方（如变压器、高压电线等）；4.镜站后面不应有反光镜和强光源等背景；5.要严防阳光及其它强光源直射接收物镜，阳光下作业要撑伞保护。,2023年2月22日星期三,建筑之家,4-4 直线定向,0 直线定向的概念确定地面上两点之间的相对位置，仅知道两点之间的水平距离是不够的，还必须确定此直线与标准方向之间的水平夹角。确定直线与标准方向之间的水平角度称为直线定向。,2023年2月22日星期三,建筑之家,一、标准方向的种类 1 真子午线方向 通过地球表面某点真子午线的切线方向，称为该点的真子午线方向，真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。2 磁于午线方向 磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下，磁针自由静止时其轴线所指的方向。磁子午线方向可用罗盘仪测定。,2023年2月22日星期三,建筑之家,3 坐标纵轴方向(中央子午线方向)我国采用高斯平面直角坐标系，每一6带或3带内都以该带的中央子午线为坐标纵轴方向。因此，该带内直线定向，就用该带的坐标纵轴方向作为标准方向。如假定坐标系，则用假定的坐标纵轴(X轴)作为标准方向。,2023年2月22日星期三,建筑之家,二、方位角 测量工作中，常采用方位角来表示直线的方向。由标准方向的北端起，顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角，其角值从0 360。由不同的标准方向所得到的方位角，分别为：真方位角：A 磁方位角：Am 坐标方位角：,2023年2月22日星期三,建筑之家,当标准方向为坐标纵轴(中央子午线)方向时，直线的方位角称为坐标方位角(，简称方向角)。,X,Y,B,AB,例1：已知CD=782024，JK=3261230，求DC，KJ：,各点的坐标纵轴方向都是平行的，所以，一条直线有两个相差180的方位角，互称为正、反方位角。,正、反方位角关系,BA,BA=AB180,解：DC=2582024 KJ=1461230,三、正、反坐标方位角,2023年2月22日星期三,建筑之家,四、坐标方位角的推算,1已知边和推算边的起点相同如图，已知若已知,2023年2月22日星期三,建筑之家,坐标方位角的推算规律,方位角的范围：如果加了左转折角会大于360则要减去360，若减了右转折角会小于0则要加上360归纳为：推算坐标方位角，左加右减转折角。大于2减2，小于0则加2。,2023年2月22日星期三,建筑之家,四、坐标方位角的推算 已知边和推算边的起点不相同，已知边的终点为推算边的起点,左角公式：右角公式：方位角的范围：,2023年2月22日星期三,建筑之家,坐标方位角的推算规律,推算坐标方位角，左加右减转折角。大于2减2，小于0则加2。大于要减去，小于则加上。注意：如果已知边和推算边的起点不相同，则还要增加第三句话。,2023年2月22日星期三,建筑之家,解：B1=AB+B 180=7620+18542-180=8202,12=B1+1 180=8202+21108-180=11310,23=12+2 180=11310+15045-180=8355,方位角的推算,2023年2月22日星期三,建筑之家,五、几种方位角之间的关系 1 真方位角与磁方位角之间的关系,由于地磁南北极与地球的南北极并不重合，因此，过地面上某点的真子午线方向与磁子午线方向常不重合，两者之间的夹角称为磁偏角，磁针北端偏于其子午线以东称东偏，偏于其子午线以西称西偏。东偏取正值，西偏取负值。我国磁偏角的变化大约在+6到-10之间。直线的真方位角与磁方位,2023年2月22日星期三,建筑之家,2真方位角与坐标方位角之间的关系,中央子午线在高斯平面上是一条直线，作为该带的坐标纵轴，而其它子午线投影后为收敛于两极的曲线，地面点M、N等点的真子午线方向与中央子午线之间的夹角，称为子午线收敛角。在中央子午线以东地区，各点的坐标纵轴偏在真子午线的东边，为正值；在中央子午线以西地区，为负值。直线的真方位角与磁方位角 之间可用下式进行换算,2023年2月22日星期三,建筑之家,3坐标方位角与磁方位角的关系,若已知某点的磁偏角与子午线收敛角，则坐标方位角与磁方位角之间的换算式为,为磁坐偏角,2023年2月22日星期三,建筑之家,六、象限角,1）定义：分别以标准方向的北、南方向起，向东或向西量至直线的夹角。2）范围：0 903）表示方式：要注明象限，如：RNW30表示北西30,.4）象限角与方位角的关系,