距離測(cè)量及直線定向.ppt

第五章 距離測(cè)量與直線定向,5.1 鋼尺量距 5.2 普通視距測(cè)量 5.3 光電測(cè)距儀 5.4 直線定向,距離測(cè)量：測(cè)量地面兩點(diǎn)之間的水平距離。,距離測(cè)量 的方法,鋼尺量距 普通視距 光電測(cè)距,垂球,一、量距工具,鋼尺端點(diǎn)尺和刻線尺,鋼尺,測(cè)釬,標(biāo)桿,彈簧秤,二、 鋼尺量距的一般方法,1、直線定線 標(biāo)定各尺段端點(diǎn)在同一直線上的工作稱為直線定線。,2、平坦地面的量距,A、B兩點(diǎn)間的水平距離為：,式中：n 尺段數(shù)； l 鋼尺的尺長(zhǎng)； q 不足一整尺的余長(zhǎng)。,為了校核、提高精度，還要進(jìn)行返測(cè)，用往、返測(cè)長(zhǎng)度之差 與全長(zhǎng)平均數(shù) 之比，并化成分子為1的分?jǐn)?shù)來(lái)衡量距離丈量的精度。這個(gè)比值稱為相對(duì)誤差K：,平坦地區(qū)鋼尺量距相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/3000,3、傾斜地面丈量,在困難地區(qū)鋼尺量距相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/1000,當(dāng)?shù)孛嫫露容^大，不可能將整根鋼尺拉平丈量時(shí)，則可將直線分成若干小段進(jìn)行丈量。每段的長(zhǎng)度視坡度大小、量距的方便而定。,三、鋼尺量距精密方法（1/10000）,1、經(jīng)緯儀定線,將經(jīng)緯儀安置于A點(diǎn)，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)，然后在AB的視線上用鋼尺量距，依次定出比鋼尺一整尺略短的尺段端點(diǎn)1，2，。在各尺段端點(diǎn)打入木樁，樁頂高出地面5cm10cm，在每個(gè)樁頂刻劃十字線，其中一條在AB方向上，另一條垂直AB方向，以其交點(diǎn)作為鋼尺讀數(shù)的依據(jù)。,2、量距 量距是用經(jīng)過(guò)檢定的鋼尺，兩人拉尺，兩人讀數(shù)，一人記錄及觀測(cè)溫度。 量距時(shí)由后尺手用彈簧秤控制施加于鋼尺的拉力(30 m鋼尺，標(biāo)準(zhǔn)拉力為100 N)。前、后讀數(shù)員應(yīng)同時(shí)在鋼尺上讀數(shù)，估讀到0.5mm。每尺段要移動(dòng)鋼尺三次不同位置，三次丈量結(jié)果的互差不應(yīng)超過(guò)2mm，取三段丈量結(jié)果的平均值作為尺段的最后結(jié)果。 隨之進(jìn)行返測(cè)，如要進(jìn)行溫度和傾斜改正，還要觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度和各樁頂高差。,經(jīng)過(guò)檢定的鋼尺長(zhǎng)度可用尺長(zhǎng)方程示：,溫度為t時(shí)的鋼尺實(shí)際長(zhǎng)度； 鋼尺的名義長(zhǎng)度； 尺長(zhǎng)改正值，即溫度在 時(shí)鋼尺全長(zhǎng)改正數(shù)； 鋼尺膨脹系數(shù)，一般取=1.25 鋼尺檢定時(shí)的溫度； 量距時(shí)的溫度。,四、尺長(zhǎng)方程,五、鋼尺量距成果整理,精密量距結(jié)果應(yīng)進(jìn)行以下三項(xiàng)改正,1、尺長(zhǎng)改正,2、溫度改正, 全長(zhǎng)改正數(shù), 名義長(zhǎng)度, 任一尺段, 鋼尺膨脹系數(shù) t 丈量時(shí)溫度 t0 標(biāo)準(zhǔn)溫度,當(dāng)為斜距時(shí)應(yīng)換算成平距d，則傾斜改正值為：,將上式 項(xiàng)展開(kāi)成級(jí)數(shù)：,取第一項(xiàng),3.傾斜改正,每一尺段改正后的水平距離為：,例題：用尺長(zhǎng)方程為 的鋼尺實(shí)測(cè)AB尺段（如圖），長(zhǎng)度l=29.896m,A、B兩點(diǎn)間高差h=0.272m,測(cè)量時(shí)的溫度t=25.8C,試求AB尺段的水平距離。,解：1）尺長(zhǎng)改正,3）傾斜改正,4）A-B尺段水平距離,2）溫度改正,六、鋼尺量距誤差及注意事項(xiàng),1、尺長(zhǎng)誤差 2、溫度誤差 3、拉力誤差,4、鋼尺傾斜誤差 5、定線誤差 6、丈量誤差,普通視距測(cè)量的精度一般為1/2001/300，但由于操作簡(jiǎn)便，不受地形起伏限制，可同時(shí)測(cè)定距離和高差，被廣泛用于測(cè)距精度要求不高的地形測(cè)量中。,視距測(cè)量是利用視距絲配合標(biāo)尺讀數(shù)來(lái)完成的。,D = p + f + d D = K l+C K=100 , C=0,一、視線水平時(shí)的測(cè)距原理,二、視準(zhǔn)軸傾斜時(shí)的距離和高差公式,圖中,設(shè),則,原理：,傾斜距離L為：,或,計(jì)算：,水平距離D為：,高差h為：,例題：如上圖，在A點(diǎn)量取經(jīng)緯儀高度i=1.400m，望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)B點(diǎn)標(biāo)尺，中絲、上絲、下絲讀數(shù)分別為v=1.400m，b=1.242m，a=1.558m，=327,試求A、B兩點(diǎn)間的水平距離和高差。,解：1）尺間距,2）水平距離,3）高差,4、 視距測(cè)量誤差及注意事項(xiàng),此外還有：標(biāo)尺分劃誤差、豎直角觀測(cè)誤差、 視距常數(shù)誤差等。,1.讀數(shù)誤差 2.標(biāo)尺不豎直誤差 3.外界條件的影響,視距測(cè)量差,電磁波測(cè)距儀是用電磁波（光波或微波）作為 載波傳輸測(cè)距信號(hào)以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的一種方法。,電磁波測(cè)距儀的分類： 按載波分 1、光電測(cè)距儀 （可見(jiàn)光、紅外光、激光） 2、微波測(cè)距儀 （無(wú)線電波、微波）,紅外測(cè)距儀,按測(cè)程分,測(cè)程：測(cè)距儀一次所能測(cè)的最遠(yuǎn)距離。,短程測(cè)距儀 測(cè)程小于5km； 中程測(cè)距儀 測(cè)程在5km-30km； 遠(yuǎn)程測(cè)距儀 測(cè)程在30km以上。,電磁波測(cè)距儀的優(yōu)點(diǎn)： 1、測(cè)程遠(yuǎn)、精度高。 2、受地形限制少等優(yōu)點(diǎn)。 3、作業(yè)快、工作強(qiáng)度低。,建筑工程測(cè)量中應(yīng)用較多的是短程 紅外光電測(cè)距儀。,光電測(cè)距儀是通過(guò)測(cè)量光波在待測(cè)距離D上 往、返傳播的時(shí)間t2D，計(jì)算待測(cè)距離D：,式中：c 光波在空氣中的傳播速度,二、測(cè)距原理,光電測(cè)距儀按照t2D的不同測(cè)量方式， 可分為：,脈沖式（直接測(cè)定時(shí)間）,相位式（間接測(cè)定時(shí)間）,1、脈沖式,脈沖式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)制成 一定頻率的尖脈沖，通過(guò)測(cè)量發(fā)射的尖脈沖在待測(cè) 距離上往返傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算距離。,脈沖測(cè)距原理圖,：脈沖的振蕩頻率,q：計(jì)數(shù)器計(jì)得的時(shí)鐘 脈沖個(gè)數(shù),計(jì)數(shù)器只能記憶整數(shù)個(gè)時(shí)鐘脈沖，不 足一周期的時(shí)間被丟掉了。測(cè)距精度較 低，一般在“米”級(jí)，最好的達(dá)“分米”級(jí)。,2、相位式,相位式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成 正弦波的形式，通過(guò)測(cè)量正弦光波在待測(cè)距 離上往、返傳播的相位移來(lái)解算時(shí)間。,將返程的正弦波以棱鏡站為中心對(duì)稱 展開(kāi)后的圖形：,由于,，所以,則：,式中 ，,取,，則不同的調(diào)制頻率對(duì)應(yīng)的,測(cè)尺長(zhǎng)見(jiàn)下表：,調(diào)制頻率越大，測(cè)尺長(zhǎng)度越短。,相位式測(cè)距儀的基本工作原理圖：,1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個(gè)調(diào)制光波，同時(shí)至檢相器； 2、調(diào)制光波在待測(cè)距離上傳播，反射鏡反射后，經(jīng)接 收系統(tǒng)進(jìn)入檢相器； 3、檢相器將發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行相位比較，測(cè)出 相位差 ； 4、每改變頻率f 后的調(diào)制光波，測(cè)出一個(gè) ，組合后經(jīng) 微處理器計(jì)算顯示結(jié)果。,2、測(cè)距儀的精度：,式中：mD 測(cè)距中誤差，單位為mm； a 固定誤差，單位為mm； b 比例誤差； D 以km為單位的距離。,RED mini短程紅外測(cè)距儀的精度為 當(dāng)距離D為0.6km時(shí)，測(cè)距精度是mD=5.8mm。 ( 通常寫(xiě)作ppm),四、RED mini紅外測(cè)距儀,各種反射棱鏡,經(jīng)緯儀與測(cè)距儀配接,測(cè)距儀功能鍵盤,1、儀器簡(jiǎn)介：,經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)覘牌中心的視線與測(cè)距儀瞄準(zhǔn)反射棱鏡中心的視線保持平行。,調(diào)整經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡，使十字 絲對(duì) 準(zhǔn)反射棱鏡的覘牌中心,調(diào)整測(cè)距儀望遠(yuǎn)鏡，使十字絲對(duì)準(zhǔn)反射棱鏡中心,2、距離計(jì)算：,1）儀器常數(shù)改正（測(cè)距儀的乘常數(shù)R和加常數(shù)K）,加常數(shù)K=L L（mm）,乘常數(shù)R的單位是mm/km,對(duì)于觀測(cè)值為L(zhǎng)的距離，其常數(shù)改正值為：,2）氣象改正,RED mini測(cè)距儀的氣象改正公式為：,式中：Lt氣象改正值，單位為mm； P測(cè)站氣壓，單位為mmHg， 1 mmHg=133.322Pa； t測(cè)站溫度，單位為C； L距離，單位為km 。,3） 傾斜改正,L經(jīng)過(guò)常數(shù)改正和氣象改正后的距； 經(jīng)緯儀測(cè)定的測(cè)線豎直角。,五、光電測(cè)距的注意事項(xiàng),(1) 防止日曬雨淋，在儀器使用和運(yùn)輸中應(yīng)注意防震。 (2) 嚴(yán)防陽(yáng)光及強(qiáng)光直射物鏡，以免損壞光電器件。 (3) 儀器長(zhǎng)期不用時(shí)，應(yīng)將電池取出。,(4) 測(cè)線應(yīng)離開(kāi)地面障礙物一定高度，避免通過(guò)發(fā)熱體 和較寬水面上空，避開(kāi)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的地方。 (5) 鏡站的后面不應(yīng)有反光鏡和強(qiáng)光源等背景干擾。 (6) 應(yīng)在大氣條件比較穩(wěn)定和通視良好的條件下觀測(cè)。,確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱為直線定向。,一、標(biāo)準(zhǔn)方向的分類,1、真子午線方向,通過(guò)地球表面某點(diǎn)的真子午線的切線方向，稱為該點(diǎn)的真子午線方向。,真子午線的切線方向,P1,P2,真子午線方向是用天文測(cè)量方法或用陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的。,陀螺儀GP1-2A,2磁子午線方向,磁子午線方向是磁針在地球磁場(chǎng)的作用下，磁針自由靜止時(shí)其軸線所指的方向。,P北極 P磁北極,磁子午線方向可用羅盤儀測(cè)定。,DQL-1型森林羅盤儀,DQL-1B型森林羅盤儀,3坐標(biāo)縱軸方向,我國(guó)采用高斯平面直角坐標(biāo)系，6帶或3帶都以該帶的中央子午線為坐標(biāo)縱軸，因此取坐標(biāo)縱軸方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向。,高斯平面直角坐標(biāo)系,二、直線方向的表示方法,1、方位角,1）方位角的定義,從直線起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向北端起，順時(shí)針?lè)较蛄恐林本€的水平夾角，稱為該直線的方位角；其角值范圍為0 360。,1,2,標(biāo)準(zhǔn)方向北端,方位角,2,2,2,2,2,標(biāo)準(zhǔn)方向,真子午線方向,磁子午線方向,坐標(biāo)縱軸方向,真方位角（A）,磁方位角（Am）,坐標(biāo)方位角（ ）,2,磁北,真北,坐標(biāo)北,Am,A,1,由于地面各點(diǎn)的真北（或磁北）方向互不平行，用真（磁）方位角表示直線方向會(huì)給方位角的推算帶來(lái)不便，所以在一般測(cè)量工作中，常采用坐標(biāo)方位角來(lái)表示直線方向。,2）幾種方位角之間的關(guān)系,2,磁北,真北,坐標(biāo)北,Am,A,1,磁偏角真北方向與磁北方向之間的夾角； 子午線收斂角真北方向與坐標(biāo)北方向之間的夾角。,當(dāng)磁北方向或坐標(biāo)北方向偏于真北方向東側(cè)時(shí)， 和為正；偏于西側(cè)時(shí)， 和為負(fù)。,3）正、反坐標(biāo)方位角,直線1-2 ：點(diǎn)1是起點(diǎn)，點(diǎn)2是終點(diǎn)。,12 正坐標(biāo)方位角；,21 反坐標(biāo)方位角。,直線2-1：,所以一條直線的正、反坐標(biāo)方位角互差180,2、 象限角,某直線的象限角是由直線起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向北端或南端起，沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蛄恐猎撝本€的銳角，用R表示。,（北）,（西）,y（東）,（南）,x,o,RO1,RO3,RO2,RO4,O1,O2,O3,O4,1,2,3,4,O1=RO1,O2=180RO2,O3=180 RO3,O4=360RO4,三、坐標(biāo)方位角的推算,12已知，通過(guò)連測(cè)求得12邊與23邊的連接角為2 （右角）、 23邊與34邊的連接角為3（左角），現(xiàn)推算23、34。,1,2,3,4,x,x,x,23,34,12,2,3,前進(jìn)方向,1,2,3,4,x,x,23,12,2,21,前進(jìn)方向,x,34,3,32,由圖中分析可知：,推算坐標(biāo)方位角的通用公式：,注意： 計(jì)算中，若前360，