测量学》第5章距离测量.ppt

第五章 距离测量与直线定向,距离测量是传统测量的三种基本测量工作之一，导线测量、碎部点测量等一般需要进行距离测量。传统距离的测量方法有钢尺量距、光电测距仪测距和光学视距法测距等。,5.1 钢尺量距,5.1.1 量距的工具,钢尺分划类型,零分划位置,1. 钢尺,2. 其它工具,5.1.2 直线的定线,要点：,甲在A点后1米左右处指挥，甲从在A点沿标杆的同一侧看到A、2、B三支标杆成一条线为止。,两点间定线，一般应由远到近，即先定1点，再定2点。,乙所持标杆应竖直，利用食指和姆指夹住标杆的上部，稍微提起，利用重心使标杆自然竖直。,5.1.3 量距方法,1. 整尺法量距,1,2,3,4,5,6,A,B,适用于平坦地区，量距精度要求不高时。,为进行检核并提高测距精度，一般采用往返丈量，在满足限差要求的情况下，取往返平均值为丈量结果。,2.倾斜地面的距离丈量,（1）平量法,适用于起伏不大，且坡度不均匀时。,（2）斜量法,适用于坡度均匀时。,往返测相对误差,为进行检核并提高测距精度，一般采用往返丈量，在满足限差要求的情况下，取往返平均值为丈量结果。,一般平坦地区K不应大于1/3000，困难地区K不应大于1/1000。,3. 钢尺量距的精密方法,（1）定向、概量,1,2,3,4,5,6,A,7,B,要点：使用经纬仪，每段小于尺长。,（2）量距,要点：前、后尺手分工，测量温度至0.5度，采用标准拉力，前后尺同时读数，读至0.5mm，每尺段读数三次，三次距离互差不超过23mm。,（3）测量桩顶高程,使用水准测量的方法测量各段高差，准备倾斜改正数据，相邻两桩顶往返测高差互差不超过10mm。,（4）计算尺段长度,整理距离测量成果。,（5）计算全长和往返测相对误差,（1）尺长改正,（2）温度改正,5.1.4 （精密）钢尺量距的成果整理,（3）倾斜改正,钢尺的名义长度,钢尺尺长改正值,钢尺的热膨胀系数,钢尺检定时的温度,尺长方程,量距时的温度,5.1.5 钢尺量距的误差分析,钢尺的名义长度,钢尺尺长改正值,钢尺的热膨胀系数,钢尺检定时的温度,尺长方程,量距时的温度,1 定线误差,例：使用30米钢尺量距时，如果测量某尺段时，尺端两端的定向误差均为0.2米，定向误差引起的距离误差为:,定向误差总是测的距离偏大，其产生的误差不能抵消。但实际量距时，目视定线即可使定向误差控制在合理的范围内。,当尺长为50米，为使定线误差产生的量距误差小于1/10000时，应使0.3536m,2. 尺长误差,钢尺的尺长误差在普通测量时可不予考虑。但当尺长误差超过1/10000时应加入尺长改正。,尺长误差随着距离在增加而增加，在高精度量距时应加尺长改正。,3. 温度误差,根据温度改正公式,当温度变化8C时，对于30米的钢尺，尺长变化为3mm，对于50米钢尺，尺长变化5mm, 所以精密量距时要加温度改正。,普通量距时，如果温度变化8C，也应考虑加入温度改正。,4. 拉力误差,钢尺长度尺长会随着拉力的变化而改变，如果测量时拉力不等于标准拉力，也会产生长度误差：,例，某钢尺长30m，标准拉力是10kg，弹性模量为2106kg/cm2，其横截面积为0.03cm2，测量时拉力为20kg，则拉力产生的长度误差为,如果钢尺长为50m，其它条件同上，则拉力产生的长度误差为0.008m。,5. 钢尺不水平产生误差,根据倾斜改正公式,目视钢尺水平的误差约为0.44m（相当于倾角50在30米距离上引起的高差），设钢尺长30m，钢尺不水平产生的距离误差为,如果钢尺长为50米，视线倾角为50分，则视线不水平产生的距离误差为5mm，相对误差为1/10000。,在精密量距时，如果高差测量误差为10mm，50m钢尺倾斜产生的量距误差约为0.2mm。,6. 钢尺垂曲产生的误差,在悬空量距时，钢尺由于自重会使中间下垂，造成钢尺弯曲，从而引起误差，量距时可以将钢尺托起至水平以降低垂曲影响。,A,B,7. 钢尺对准及读数误差,刻划对点误差,插测钎误差,读数误差,丈量误差是量距工作的主要来源。,5.2 视距测量,5.2.1 概述,使用的工具：经纬仪（或水准仪）、水准尺或视距尺）,视距测量的精度：一般为1/200或1/300。,用途：精度要求较低的碎部测量和放样工作中。,令,5.2.2 视线水平时视距公式,5.2.3 视线倾斜时视距公式,或,5.2.4 视距测量的观测与计算,1. 视距测量步骤,（1）在测站上安置经纬仪，对中、整平、量取仪器高。,（2）在待测点上立视距尺。,（3）瞄准视距尺，在尺上读取上丝、下丝读数，（也可直接读取尺间隔）。为计算高程，读取中丝读数。,（4）读取竖直度盘读数L、R（碎部测量时可只盘左读取L），读数时注意读数指标水准管气泡居中。,（5）计算,测站：A 仪器高：1.42m 指标差：x=0 测站高：HA=207.40,测站：A 仪器高：1.42m 指标差：x=1 测站高：HA=207.40,0.760,91 45,1.42,93 28,-3 28,114 00,132 30,93 00,-3 00,87 26,-1 44,+2 35,114 00,178 25,-4.59,-4.59,0,75.7,202.81,202.48,房角,房角,山脚,山脊,1,1,2,2,205.83,208.22,0.514,0.257,1.42,1.42,-1.55,1.16,0,0,-1.55,51.4,1.16,25.6,1,2,1,2,0.750,2.42,-3.92,-1.00,-4.92,74.8,5.2.5 视距测量的误差来源,1. 视距尺分划误差,视距尺分划误差一般在0.5mm,2. 乘常数误差,乘常数应在1000.1以内，否则应该改正测定后按实际K值计算。,3. 竖直角测量误差,竖直角测量误差对视距测量的水平距离和高差影响较小。,4. 视距丝读数误差,视距丝读数误差对水平距离的影响与视距远近成正比，视距测量一般限定最远视距。,5. 视距尺倾斜对视距测量的影响,视距尺倾斜对视距的影响随倾角的增大而增大，在山区进行视距测量时更应注意，可以采用在视距尺加装圆水准器的方法减弱视距尺的倾斜。,6. 外界条件对视距测量的影响,越靠近地面大气折光影响视线弯曲越大，所以应限制视线高于地面一定距离。,（1）大气折光的影响,使视线高于地面一定距离。,（2）大气湍流（空气抖动）的影响,选择好的时间段。,（3）风和能见度的影响,5.3 红外测距仪,测距仪的分类,测距仪按测程划分,短程测距仪，测程5km,中程测距仪，测程515km,远程测距仪，测程15km以上,测距仪按精度划分,级测距仪，每公里测距中误差5mm,级测距仪，5mm每公里测距中误差10mm,级测距仪，每公里测距中误差10mm,测距仪按采用的载波不同有,微波测距仪、激光测距仪和红外测距仪,5.3.1 测距仪原理,1. 脉冲法测距原理,C0光在真空中的速度；,ng光在空气中的折射率。,手持式激光测距仪是脉冲式激光测距仪中又一新型测距仪，采用数字测相脉冲展宽细分技术，可达到毫米级精度，测程已经超过100m。,测距望远镜一般采用脉冲法来测量距离。,2. 相位法测距原理,（1）调制光,在光源砷化钾发光二极管两端加入交变电流。,电流,光强,t,t,（2）距离测量原理,5.3.2 测距方法,1. 测距前的准备工作,（1）在测站上安置经纬仪。,（2）在测距的端点上安置觇牌和反射棱镜。,（3）水平角、竖直角测量。,（4）安装测距仪。,（5）测距仪光学瞄准。,2. 开机设置气象参数,（1）开机显示标准气象参数T、P和加常数C0,（2）设置测距时气象参数T、P。,3. 距离测量,（1）电瞄准,（2）平均距离测量,AVE,ENT,TRK,MSR,南方系列测距仪标准气象条件为气压为1013hPa，15,5.3.3 测距边长改正计算,1. 仪器常数改正,（1） 仪器加常数,发光管的发射面、接收面与仪器中心不一致；,反光棱镜的等效反射面与反光镜中心不一致。,（2） 仪器乘常数R,由于元件老化，测距时的频率与设计频率不致，产生与所测距离成正比的系统误差,（3） 常数的改正,将加常数与乘常数输入仪器，由仪器自动改正。,2. 气象改正,利用仪器厂家提供的气象改正公式计算，如,P：气压值，以hPa为单位,T：温度以为单位,3. 倾斜改正,或,5.4.4 光电测距仪测距误差分析,1. 周期误差,由于仪器内部光电信号干扰而引起的误差，随所测距离的不同而周期性变化，周期一般为半个波长。,2. 固定误差,（1）对中误差,（2）加常数误差,（3）测相误差,6.4.5 仪器的标称精度,仪器的误差来源有固定误差和比例误差两部分，厂家一般按下式标称仪器的精度。,3. 比例误差,（1）光速测定误差,（2）大气折射率误差,（3）调制频率误差,5.4 直线的定向,5.4.1 标准方向的种类,1. 真子午线方向天文测量或陀螺经纬仪测定,2. 磁子午线方向用罗盘测定,3. 坐标纵轴方向,5.4.2 方位角,从标准方向的北端顺时针到某直线的水平夹角。,1. 真方位角A：从真子午线方向的北端起，顺时针到到某直线的水平夹角。,2. 磁方位角Am：从磁子午线方向的北端起，顺时针到某直线的水平夹角。,3. 坐标方位角：从坐标纵轴的北方向起，顺时针到某直线的水平夹角。,O,A,B,C,D,N,5.4.3 三种方位角的关系,真子午线与磁子午线方向之间的夹角。,1. 真方位角与磁方位角之间的关系,磁偏角,磁,北,线,过O点的子午线,O,磁,北,线,过O点的子午线,O,磁,北,线,A,某点真子午线与中央子午线之间的夹角。,2. 真方位角与坐标方位角之间的关系,子午线收敛角：,