距離測(cè)量與直線定向.ppt

第五章 距離測(cè)量與直線定向,本章內(nèi)容： 1、鋼尺量距 2、視距測(cè)量 3、紅外測(cè)距儀及全站儀 4、直線定向,5-1 距離測(cè)量概述,距離測(cè)量是測(cè)量的三項(xiàng)基本工作之一。 是量測(cè)地面點(diǎn)之間的水平距離。 水平距離是地面上兩點(diǎn)垂直投影在同一水平面上的 直線距離。 距離測(cè)量的主要方法有： 鋼尺量距 - 主要指鋼卷尺量距；適用于平坦地區(qū)的短距離量距，易受地形限制。 視距測(cè)量 - 利用測(cè)量?jī)x器的視距絲測(cè)距；適用于低精度的短距離量距。 電磁波測(cè)距 -測(cè)距儀、全站儀測(cè)距；適用于高精度的遠(yuǎn)距離量距。 衛(wèi)星測(cè)距4顆以上GPS衛(wèi)星測(cè)量。,5.2.1 量距工具 鋼(皮)尺量距就是利用具有標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的鋼(皮)尺直接量測(cè)地面兩點(diǎn)間的距離，又稱為距離丈量。 根據(jù)量距不同精度要求，所用工具、方法也不同：鋼制帶尺、因瓦尺、皮尺。,5-2 鋼卷尺量距,1）鋼(皮)尺：長(zhǎng)度有20米、30米及50米等。,根據(jù)尺的零點(diǎn)位置不同，分為刻線尺和端點(diǎn)尺： 刻線尺：鋼尺前端有一條刻線作為尺長(zhǎng)的零分劃線。 端點(diǎn)尺：零點(diǎn)位于尺端，即拉環(huán)外沿。,2）輔助工具 包括：測(cè)釬、花桿、垂球、彈簧秤和溫度計(jì)。,5.2.2 直線定線 確定分段丈量的分段點(diǎn)在待量直線端點(diǎn)的連線上的工作稱為直線定線。 分為：目視定線和經(jīng)緯儀定線。 （1）目估定線,(2) 過(guò)山頭定線,（3）經(jīng)緯儀定線,A,B,1,2,5.2.3 量距方法 1）整尺法量距 平坦地區(qū)，量距精度要求不高時(shí)可用此法。 為提高精度，一般往、返丈量。取平均值作為丈量結(jié)果。,A,B,測(cè)釬,為整尺段長(zhǎng)、 為余長(zhǎng).,2）水平量距和傾斜量距,當(dāng)?shù)孛嫫鸱淮髸r(shí)，可采用水平量距法（圖a）； 當(dāng)?shù)孛鎯A斜且坡度均勻時(shí)，可采用傾斜量距法（圖b）。,為了提高測(cè)量精度，防止丈量錯(cuò)誤，通常采用往返丈量取中數(shù)為丈量結(jié)果。 用相對(duì)誤差衡量測(cè)量精度，即,一般量距： 量距相對(duì)精度： 1200015000 主要用途：圖根導(dǎo)線邊長(zhǎng)丈量、一般工程的距離放樣。,3）、,3）精密量距 精密量距： 量距相對(duì)精度：110000140000 主要用途：砼、鋼結(jié)構(gòu)等較精密工程的放樣等。,精密量距采取措施： 1.用檢定過(guò)的鋼尺； 2.經(jīng)緯儀定線；釘尺段樁，逐段量測(cè)； 3.對(duì)鋼尺施加固定拉力（彈簧秤）； 4.對(duì)量距結(jié)果加三項(xiàng)改正數(shù)： 尺長(zhǎng)改正、高差改正、溫度改正。,3）、,準(zhǔn)備工作： 1.清理場(chǎng)地； 2.直線定線，用經(jīng)緯儀定線，標(biāo)志用十字線； 3.測(cè)樁頂間高差，用水準(zhǔn)儀。,精密量距步驟 : 1、經(jīng)緯儀定線。 在樁頂畫(huà)出十字線。 2、精密丈量: （1）前尺手零端用標(biāo)準(zhǔn)拉力拉緊鋼尺。 （2）前讀尺員發(fā)“預(yù)備”，后讀尺員發(fā)“好”；此時(shí)前后尺手同時(shí)讀數(shù)。 每尺段上要移動(dòng)鋼尺前后位置三次測(cè)量，三次讀數(shù)之差在2-3個(gè)毫米。 3、往返丈量； 4、用水準(zhǔn)儀測(cè)尺段木樁頂間高差。,鋼尺長(zhǎng)度方程式（檢定鋼尺附有）,反映了鋼尺在標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)拉力下的實(shí)際長(zhǎng)度，以及尺長(zhǎng)隨溫度變化的函數(shù)。,1、尺長(zhǎng)改正,名義長(zhǎng)： 即鋼尺的刻劃長(zhǎng)度。 真長(zhǎng)： 即在檢定時(shí)的拉力、溫度下的實(shí)際長(zhǎng)度。,整尺段的尺長(zhǎng)改正：,任一長(zhǎng)度的尺長(zhǎng)改正：,5.1.4 鋼尺量距的成果整理,三項(xiàng)改正,2、溫度改正,丈量時(shí)的溫度與鋼尺檢定時(shí)的溫度不同，尺長(zhǎng)會(huì) 發(fā)生變化。,3、傾斜改正,任一距離丈量值改正后的水平距離為：,再計(jì)算往返測(cè)距離及其平均值，最后計(jì)算相對(duì)誤差KK容。,量得AB兩點(diǎn)間距離為 s=234.943; t=27.4C; h=2.54 求S=？,解：,1、尺長(zhǎng)改正： 2、溫度改正： 3、傾斜改正： 4、實(shí)際平距：,5.2.5 鋼尺量距的誤差分析,1、定線誤差 （結(jié)果偏大,認(rèn)真定線，丈量時(shí)鋼尺邊必須緊貼定向點(diǎn)。 ） 2、尺長(zhǎng)誤差 (鋼尺名義長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度不符的誤差。 具有積累性，丈量距離越長(zhǎng)，誤差越大。） 3、溫度誤差（溫度變化1，丈量30m距離的影響為0.4mm，測(cè)量鋼尺表面溫度） 4、拉力誤差 （應(yīng)用彈簧秤,采用鋼尺鑒定時(shí)的拉力 ,） 5、鋼尺傾斜誤差（地面不平坦，鋼尺不水平或中間下垂而成曲線， 所量長(zhǎng)度實(shí)際長(zhǎng)度。整尺段懸空時(shí)，中間應(yīng)有人托住鋼尺使距離偏大，精密量距時(shí)應(yīng)用水準(zhǔn)儀測(cè)定高差進(jìn)行改正） 6、鋼尺對(duì)準(zhǔn)及讀數(shù)誤差（偶然誤差，認(rèn)真，集中精力，避免聽(tīng)錯(cuò)、記錯(cuò)。多次丈量） ) 鋼尺傾斜和垂曲誤差,5-3 視距測(cè)量,5.3.1、視距測(cè)量概述,視距絲,視距測(cè)量利用測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的視距絲，間接測(cè)定 距離和高差的方法。,優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量速度快，不受地形限制，用一臺(tái)經(jīng)緯儀即可完成。 不足：精度低，距離相對(duì)誤差一般約1/300，精密視距測(cè)量可達(dá)1/2000。 用途：主要用于地形圖測(cè)繪(地形點(diǎn)的平距與高差測(cè)量)。,5.3.2 視線水平時(shí)的公式,5.3.3 視線傾斜時(shí)的視距公式,兩點(diǎn)間高差的計(jì)算公式：,視距測(cè)量步驟： （1）在A點(diǎn)上安置經(jīng)緯儀（包括對(duì)中、整平）； （2）另一點(diǎn)B上豎立標(biāo)尺； （3）經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)B點(diǎn)的標(biāo)尺； （4）讀數(shù)（上絲、中絲、下絲以及豎盤(pán)讀數(shù)）i、l、 （5）按公式計(jì)算水平距離、高差。,5.3.4 視距常數(shù)測(cè)定 為保證視距測(cè)量精度，在視距測(cè)量前須對(duì)儀器常數(shù)進(jìn)行測(cè)定。 現(xiàn)代經(jīng)緯儀為內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，一般加常數(shù)近似零，不需測(cè)定。只進(jìn)行乘常數(shù)測(cè)定。,測(cè)定方法： 平坦地區(qū)選擇一段直線，沿25米、50米、100米、150米、200米打下木樁； 儀器安置A點(diǎn)，木樁點(diǎn)依次立視距尺，視線水平情況下讀尺間隔（盤(pán)左、盤(pán)右）； 返測(cè)； 將每一尺段尺間隔取平均，再除以該段距離，即可求出K值，然后再取平均，即為儀器乘常數(shù)K。,5.3.5 視距測(cè)量誤差,1、視距尺分劃誤差 對(duì)視距測(cè)量產(chǎn)生系統(tǒng)性誤差或偶然性誤差。 2、乘常數(shù)K值的誤差 由于視距絲間隔誤差，使K不等于100，使視距測(cè)量產(chǎn)生系統(tǒng)性誤差。一般K值在1000.1，否則要改正。 3、豎直角測(cè)量的誤差 公式與豎角有關(guān)，按誤差傳播規(guī)律，會(huì)引起距離精度變化。 4、視距絲讀數(shù)誤差 是影響視距測(cè)量重要因素！與距離遠(yuǎn)近成正比。根據(jù)精度要求，限值最遠(yuǎn)視距。 5、視距尺傾斜對(duì)視距測(cè)量的影響 不可忽視。特別山區(qū)，傾角大時(shí)，更要注意！ 6、外界氣象條件對(duì)視距測(cè)量的影響 大氣折光、大氣湍流均會(huì)造成誤差。高出地面1米以上；風(fēng)和大氣能見(jiàn)度也會(huì)影響視距測(cè)量。應(yīng)選擇良好天氣進(jìn)行測(cè)量。,5-4 紅外測(cè)距儀及全站儀,按測(cè)程分為：,遠(yuǎn)程測(cè)距儀 (大于15km),中程測(cè)距儀 (5km15km),短程測(cè)距儀 (小于5km),按載波分為：,微波測(cè)距儀,光電測(cè)距儀,激光測(cè)距儀,紅外測(cè)距儀,光電測(cè)距儀,5.4.1 紅外測(cè)距儀的測(cè)距原理,反光鏡,測(cè)距儀,1、脈沖法測(cè)距 ：是通過(guò)測(cè)量光波在待測(cè)距離D上往、還傳播一次所需要的時(shí)間t2D ，計(jì)算出待測(cè)距離D。,（C=C0/n、C0光在真空中速度，是光在大氣中傳輸?shù)恼凵渎省＃?2、相位法測(cè)距 通過(guò)測(cè)量正弦波在待測(cè)距離上往、返傳播的相位移來(lái)解算距離。是一種間接測(cè)時(shí)方式。,實(shí)質(zhì)就是：利用測(cè)定光波的相位移代替測(cè)定t2D實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量。,5.4.3 測(cè)距邊長(zhǎng)改正計(jì)算,測(cè)距儀測(cè)定是斜距，且也沒(méi)有預(yù)置儀器常數(shù)，因而需對(duì)測(cè)試距離進(jìn)行儀器常數(shù)改正、氣象改正、傾斜改正等，最后求的水平距離。,（1）儀器常數(shù)改正 包括：儀器加常數(shù)和乘常數(shù)量項(xiàng)。 加常數(shù)是測(cè)距儀測(cè)出的距離值與實(shí)際距離值不一致，就是儀器的加常數(shù)，用K表示。一般儀器出廠時(shí)預(yù)置在儀器中。 剩余加常數(shù)K值可通過(guò)檢測(cè)測(cè)距儀、反射鏡得到。 乘常數(shù)是儀器的測(cè)尺長(zhǎng)度，與儀器震蕩頻率有關(guān)。儀器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用，晶體老化，致使測(cè)距時(shí)儀器的晶振頻率與設(shè)計(jì)頻率有偏移，產(chǎn)生與測(cè)試距離成正比的系統(tǒng)誤差。其比例因子稱乘常數(shù)。也通過(guò)檢測(cè)求定。用R表示。 現(xiàn)代測(cè)距儀都具有設(shè)置儀器常數(shù)的功能，先設(shè)置常數(shù)，在測(cè)距過(guò)程中自動(dòng)改正。,（2）氣象改正 氣象改正實(shí)用公式 P觀測(cè)時(shí)氣壓，mPa； t觀測(cè)時(shí)溫度,0C； D0-每100m為單位的改正值。 測(cè)距儀光源不同，參考?xì)庀笤夭煌?，推出?shí)用公式也不一。,（3）傾斜改正 測(cè)距儀經(jīng)前兩項(xiàng)改正得到距離是測(cè)距儀幾何中心到反光鏡幾何中心的斜距。需改算成平距。 改算公式： Z是從天定方向到目標(biāo)方向的角度。,4、儀器精度（標(biāo)稱精度） 式中：A-固定誤差； B-比例誤差系數(shù)； 如某廠家儀器精度為：,5.4.4 全站儀使用,電子全站儀是一種可以同時(shí)進(jìn)行角度（水平角、垂直角）測(cè)量和距離（斜距、平距、高差）測(cè)量、由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測(cè)量?jī)x器。 由于只要一次安置，儀器便可以完成在該測(cè)站上所有的測(cè)量工作，故被稱為“全站儀”(Total-station)。,日本索佳SET2000全站儀,拓普康TS-105N全站儀,顯示屏,鍵盤(pán),手柄,概略瞄準(zhǔn)器,光學(xué)對(duì)中器,物鏡,水平制動(dòng),微動(dòng)旋鈕,腳螺旋,G垂直制動(dòng),微動(dòng)旋鈕,目鏡,圓水準(zhǔn)器,水準(zhǔn)管,串行接口,儀器中心標(biāo)志,棱鏡與基座,全站儀功能: 1)測(cè)量功能: 1、水平角 2、豎直角 3、斜距 4、平距 5、高差 6、高程 7、坐標(biāo) 8、坐標(biāo)方位角 2)菜單程序功能: （1）三維坐標(biāo)測(cè)量 （2）導(dǎo)線測(cè)量 （3）前方交會(huì) （4）側(cè)方交會(huì) （5）后方交會(huì) （6）距離交會(huì) （7）懸高測(cè)量 （8）偏心測(cè)量 （9）工程放樣等。,全站儀的操作： 安置儀器 開(kāi)機(jī) 儀器初始化（縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡） 選擇角度測(cè)量模式 選擇距離測(cè)量模式 測(cè)完畢關(guān)機(jī),5-5 直線定向,1、直線定向概念 確定地面直線與標(biāo)準(zhǔn)方向間的水平夾角。,測(cè)量中常用標(biāo)準(zhǔn)方向有三種：,1、真子午線方向： 通過(guò)地表面某點(diǎn)的真子午線的切線方向,稱為該點(diǎn)的真子午線方向。 2、磁子午線方向： 通過(guò)地面上某點(diǎn)磁針處于自由靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)所指的方向，稱為磁子午線方向。 3、坐標(biāo)縱線方向： 通過(guò)地面上某點(diǎn)平面直角坐標(biāo)系平行中央子午線的坐標(biāo)縱線方向。,磁偏角：過(guò)地面上某點(diǎn)的真子午線與磁子午線方向不重合，兩者間的夾角為磁偏角，用 表示。 磁針北端偏于真子午線東側(cè),取正值,反之,取負(fù)值.,子午線收斂角：地面點(diǎn)的真子午線方向與中央子午線方向的夾角，稱為子午線收斂角,用 表示。,坐標(biāo)縱軸方向偏在真子午線東邊的, 為正值,反之,為負(fù).,例如某點(diǎn)的三北方向如圖,則:,2、直線定向的方法,測(cè)量中常用方位角表示直線方向。 方位角：由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到某直線的水平夾角。范圍0360。,標(biāo)準(zhǔn)方向,真方位角 A 磁方位角 Am 坐標(biāo)方位角 磁偏角 收斂角,3、正、反坐標(biāo)方位角,B,AB,正,反,思考： 已知： AB=