工程测量4,5距离测量与直线定向.ppt

工程测量,北京科技大学土木学院 晏剑斌,第四、五章 距离测量与直线定向,4-1 钢尺量距,量距的工具,钢尺：最常用有30m、50m两种,注意零点的位置！,花杆、测钎、垂球、弹簧秤、温度计,4-1-1 钢尺量距的一般方法,量距的工具,直线定线,当两点之间的距离较长或地势起伏较大时，须分段丈量,一般量距用目视定线即可,?,4-1-1 钢尺量距的一般方法,量距的工具,直线定线,量距方法,1平坦地区的距离丈量,量距精度以相对误差表示，并将其换算为分子为1的分数形式，精度一般不低于1/3000 |往测返测| / 往返均值 = 1 / M,可把尺子放在地面上进行,在整尺的地方插一测钎,丈量至少往返测各一次。 D = nL0 + L0,4-1-1 钢尺量距的一般方法,量距的工具,直线定线,量距方法,1平坦地区的距离丈量,2倾斜地面的距离丈量, 平量法, 斜量法,4-1-2 钢尺量距的精密方法,普通方法只能达到1/1000-1/5000，精密方法可以达到1/10000-1/40000，所使用的钢尺必须经过检定，测量时使用拉力计和温度计。,经纬仪定线,概量分段，每段略短于尺长；打木桩、做标记,尺段丈量,施标准拉力，同时读数，每段移动钢尺位置量3次，估读到0.5mm,测定各段高差,水准测量，往返进行，互差不超过10mm,4-2 钢尺量距的精密方法,经纬仪定线,尺段丈量,测定各段高差,尺段改正计算, 尺长改正,Ld(LL0)L/L0,Ld(30.002530)x29.8652/30 = 0.0025, 温度改正,Lt(tt0)L,Lt1.2x10-5x(25.820)x29.8652 = 0.0021,30米尺子每差0.36mm; 50米尺子每差0.6mm, 倾斜改正,Lhh2/2L,Lh(-0.152)2/(2x29.8652) = -0.0004,4-2 钢尺量距的精密方法,经纬仪定线,尺段丈量,测定各段高差,尺段改正计算,计算全长和相对误差,计算往返测的各自长度,相对误差 = |往测返测| / 往返均值,钢尺的检定,到检定机构的比长台进行,尺长方程式: lt l0 + l + l0 (tt0),4-1-3 钢尺量距的误差分析,一、定线误差,二、尺长误差,尺长误差具有系统积累性，它与所量距离成正比,三、温度误差,用温度计测定的是空气的温度，而不是钢尺本身的温度,四、拉力误差,五、尺子不水平的误差,30m尺子2.6kgf导致1mm误差; 50m尺子1.7kgf导致1mm误差,4-1-3 钢尺量距的误差分析,六、钢尺垂曲和反曲的误差,f = - 8f2 / 3L0,Lf(L/L0)3 .f,七、丈量本身的误差,4-3 光电测距仪简介,概况,1941年瑞典物理学家Bergstrand在研究光速时开发了高精度测量时间的技术,1948年瑞典AGA厂推出了第一台光波测距仪,自20世纪50年代以来，随着需求的增长和光学、微电子学的发展，出现了红外测距、微波测距、激光测距技术，统称为电磁波测距技术,电磁波测距技术大大减轻了距离测量的劳动强度，也大大提高了作业精度和速度,4-3 光电测距仪简介,概况,分类,1. 按载波分, 微波测距仪, 激光测距仪, 红外光测距仪,2. 按测程分, 短程测距仪(5km), 中程测距仪(5-15km), 远程测距仪(15km),4-3 光电测距仪简介,概况,分类,电磁波测距原理,设电磁波在测距仪与反光镜之间往返的时间为t,则测距仪至反光镜的距离:,其中 C=C0/n,C0为光在真空中的传播速度 C0=299792458m/s,n为大气折射率,与测距仪所用光源的波长 ，测线上的气温t, 气压P和湿度e有关。,要保证lcm的测距精度，时间测定要准确到6.710-lls,这是难以做到的。因此，大多采用间接测定法来测定。,4-3 光电测距仪简介,电磁波测距原理,1脉冲式测距,由测距仪的发射系统发出光脉冲，经被测目标反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔t的钟脉冲的个数以求得距离S。由于计数器的频率一般为300MHz(3x108Hz)，测距精度为O.5m，精度较低。,2相位式测距,由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波，测出该调制光波在测线上往返传播所产生的相位移，以测定距离S。红外光电测距仪一般都采用相位式测距。,4-3 光电测距仪简介,我们把/2叫作测距仪的“尺长”,4-3 光电测距仪简介,电磁波测距原理,2相位式测距,设光从发射器发出，抵达反光镜后返回仪器的接收器，称为信号2。而从发射器发出的光分出一路直接进入处理装置，称为信号1。则信号1和2之间存在相位差和整周数N,利用测相器可测定，但而不能求得“整周数N”。 因此只可以求得“余长”，而不能求得整长。,4-3 光电测距仪简介,电磁波测距原理,2相位式测距,短程的电磁波测距仪常用砷化镓GaAs发出的红外激光波长约0.87m。显然是不能用它做测距信号的。,无线电技术可以对电磁波的振幅、频率、相位加以调制使其随时间按一定的规律变化。,在GaAs激光器上注入按规律变化的电流后可以使激光器按同样的规律改变发光的强度。调制波的频率远小于红外激光的频率。,4-4 光电测距仪简介,由于测相器只能测定不足一周的“尾数”，所以，如果我们选择调制光的频率对应的“尺长”足够我们的测程（比如10km）,则我们只要测出“尾数”就可以了,但是，测相的精度是有限的。仪器测相的精度一般为1/1000，显然，测尺越长，测距的的精度越差。,解决办法：用几把不同尺长的测尺来测量，长的测大数，短的测尾数；这样既可以扩大测程又可以保证精度。,4-4 光电测距仪简介,电磁波测距原理,2相位式测距,1脉冲式测距,测距仪的标称精度,mD=( a + b D),5mm+1ppm; 3mm+2ppm,第五章 直线定向,确定直线与标准方向之间的水平角度称为直线定向。, 标准方向的种类,1真子午线方向,通过地球表面某点的真子午线的切线方向，称为该点的真子午线方向,2磁子午线方向,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,3坐标纵轴方向,用高斯投影后该带的坐标纵轴（X轴）方向作为标准方向,5-2 方位角,标准方向的种类,表示直线方向的方法（方位角）,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,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,A真=A磁+,（我国+6 -10 ，北京-5 50）,2真方位角与坐标方位角之间的关系,A真=坐+, =（L-L0）SinB,5-2 方位角,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,A真= A磁+,2真方位角与坐标方位角之间的关系,A真=坐+,3坐标方位角与磁方位角之间的关系,坐= A磁+-,“三北”之间的关系,5-2 方位角,正、反坐标方位角,测量中的直线具有方向性,通过起点A的坐标纵轴方向与直线AB所夹的坐标方位角AB，称为直线AB的正坐标方位角,过终点B的坐标纵轴方向与直线BA所夹的坐标方位角，称为直线AB的反坐标方位角(是直线BA的正坐标方位角)。,显然有： BA = AB + 180,测量工作中均采用坐标方位角进行直线定向 !,？,5-2 方位角,正、反坐标方位角,坐标方位角的推算,从已知边开始