工程测量教程课件1523T附表格11

方法——钢尺量距、视距测量、电磁波测距和GPS测量。

§4.1钢尺量距

(1)量距工具

1)钢尺——长度20m，30m，50m。第4章距离测量与直线定向2)辅助工具(2)直线定线确定分段丈量的分段点在待量直线端点的连线上

。1)目测定线2)经纬仪定线

(3)钢尺量距的一般方法1)平坦地面的距离丈量先量整尺段长，最后量余长。DAB=n×尺段长+余长需往、返丈量，返测时应重新定线。往、返丈量距离的相对误差K=|DAB－DBA|/D≤1/3000。例如，DAB=162.73m，DBA=162.78m，相对误差K=|162.73－162.78|/162.755=1/3255<1/30002)倾斜地面的距离丈量

①平量法——吊垂球线投影。②斜量法——量斜距，测高差或竖角化算为平距。D=Scosα=√S2－h2(4)钢尺量距的精密方法

一般方法量距，相对误差为1/1000~1/5000，精密方法量距，相对误差为1/10000~1/40000，主要工具：钢尺、弹簧秤、温度计、尺夹等。钢尺应经检验——尺长方程式，量距时应使用弹簧秤施加鉴定时的拉力(15kg)。距离应进行温度与尺长改正。(5)钢尺量距的误差分析

1)尺长误差钢尺名义长度与实际长度不符的误差。具有积累性，丈量距离越长，误差越大。2)温度误差温度变化1℃，丈量30m距离的影响为0.4mm。3)钢尺倾斜和垂曲误差地面不平坦，钢尺不水平或中间下垂而成曲线，所量长度>实际长度。整尺段悬空时，中间应有人托住钢尺。4)定线误差使所量距离为一组折线，丈量结果偏大。丈量30m的距离，偏差为0.25m时，量距偏大1mm。5)拉力误差钢尺丈量拉力应与检定拉力相同。拉力变化2.6kg，尺长改变1mm。6)丈量误差插测钎不准，前、后尺手配合不佳，余长读数不准丈量中应尽量准确对点，配合协调。§4.2视距测量

望远镜十字丝分划板视距丝，厘米分划视距标尺。根据光学原理测定两点间的距离和高差视距测量的相对误差约为1/300，低于钢尺量距测定高差的精度低于水准测量。主要用于地形测量的碎部测量中。(1)视准轴水平时的视距计算公式

l——视距间隔。相似三角形原理：d/f=l/p，d=lf/p=Kl，K=f/p，K=100D=d+f+δ=Kl+C，C=f+δ相对于Kl，C一般很小，可以忽略不计，D≈Kl。例如：D=Kl=100(1.385－1.190)=19.5m高差：hAB=i－v(2)视视准准轴轴倾倾斜斜时时的的视视距距计计算算公公式式l’’=lcosα，，S=Kl’=KlcosαD=Scosα=Klcos2αh’’=Ssinα=Klcosαsinαα=0.5Klsin2α=Dtanαh+v=h’’+i，h=h’’+i－－v=0.5KLsin2α+i－－v=Dtanα+i－－v[例例4-1]HA=35.32m，，i=1.39m，，上、、下下丝丝读读数数为为1.264m，，2.336m，，盘左左竖竖盘盘读读数数L=82°°26′′00″″，，竖盘盘指指标标差差x=1′′，，求两两点点间间的的平平距距和和高高差差。。[解解]视距距间间隔隔l=2.336－－1.264=1.072m竖角角α=90°°－－82°°26′′00″″+1′′=7°°35′′平距距D=Klcos2α=105.33m中丝丝v=(上丝丝+下下丝丝)/2=1.8m高差差h=Dtanα+i－－v=+13.61mB点高高程程HB=35.32+13.61=48.93m。。2007年年3月月上海海同同济济大大学学出版版社社出出版版(3)视距距测测量量的的误误差差分分析析1)读数数误误差差S=Kl’，，视距距间间隔隔l的读读数数误误差差被被扩扩大大100倍倍读数数误误差差为为lmm，对距距离离的的影影响响为为0.lm。。标尺尺读读数数前前应应先先消消除除视视差差，，上、、下下丝丝读读数数应应几几乎乎同同时时进进行行。。视距距测测量量的的距距离离不不能能太太长长，，测量的距距离越长长，标尺尺1cm分划的长长度在望远镜镜十字丝丝分划板板上的成成像长度度越小，，读数误差差越大。。2)标尺不竖竖直误差差标尺偏离离铅垂线线方向dα角时，对对水平距距离的影影响目估使标标尺竖直直的误差差dα=1°，，Kl=100m，α=5°，，dD=0.15m，，α=30°°，dD=0.76m。。结论：标标尺倾斜斜对测定定水平距距离的影影响随视准轴轴竖直角角的增大大而增大大。在山区测测量时应应特别注注意将标标尺竖直直。3)竖竖直角观观测误差差对水平距距离的影影响较小小，主要要影响高高差Kl=100m，dα=1′′，α=5°，，dD=0.03m。。4)大大气折光光的影响响近地面大大气折光光使视线线产生弯弯曲，日光照射射下，大大气湍流流会使成成像晃动动，风力使标标尺摇动动，使视视距测量量产生误误差。视距测量量时，不不要使视视线太贴贴近地面面，成像晃动动剧烈或或风力较较大时，，应停止止观测。。阴天且有有微风时时是观测测最有利利的气象象条件。。§4.3电磁磁波测距距电磁波测测距(Electro-magneticDistanceMeasuring)简称EDM用电磁波波(光波波或微波波)作为为载波传传输测距距信号，，间接测量量两点距距离。§4.3.1光光电测测距仪的的基本原原理测量光波波在待测测距离上上往、返返传播一一次所需需的时间间t2D，D=0.5Ct2D，C——光在大气气中的传传播速度度；C=C0/n，C0=299792458m/s±1.2m/s，真空光速速。n≥1，大气折射射率。n=f(λ,t,p)，是光波长长λ，大气温度度t，大气压力力p的函数瑞典AGA公司生产产的AGA-8激光测距距仪用5mw氦氖气体体激光器器白天测40km，夜间可测测60km精度：5mm+1ppmT2+DI10，1968年Wild推出的第第一台红红外测距距仪Wild生产的微微波测距距仪(1)脉脉冲式式光电测测距仪测量发射射尖脉冲冲在待测测距离上上往返传传播时间间计算距距离。钟脉冲的的振荡频频率———f0，周期T0=1/f0计数器的的时钟脉脉冲数———q，光脉冲往往返传播播时间———t2D=qT0问题——电子子计数器器只能记记忆整数数时钟脉脉冲数。。讨论——电子子计数器器只能记记忆整数数钟脉冲冲数。q有±1钟钟脉冲误误差，距距离测量量误差mD=0.5CT0=0.5C/f0f0=15MHz，，C=299792458m，mD=19.986m。如令mD=0.01m，f0=0.5C/mD=14989MHz人类可做做到的石石英晶振振频率为为1×10-6级的最高频率率为300MHz，，测距误差差——mD=0.5C/f0=0.5m。徕卡脉冲冲测距仪仪——DI3000解决方案案核心技术术——一一个特殊殊的充放电电电容器，放电时间间T是充电时时间t的数千倍倍。用测距时时间t2D对电容器器充电，，然后放放电，通过填充充钟脉冲冲测量放放电时间间T2D，设t2D=T2D/3000，等价将充充电时间间误差缩缩小3000倍倍。f0=15MHz，，mD=19.986m/3000=0.007mm。WildDI3000脉冲测距距仪(2)相相位式式光电测测距仪测量正弦弦光波在在待测距距离上往往返传播播的相位位差解算算t2D。频率为f的正弦光光波振荡荡一周期期的相位位移———2π，发射正弦弦光波经经2D距离后的的相位移移——φ=2πN+Δφφ正弦光光波振振荡频频率f的意义义———一秒秒钟振振荡的的次数数，正弦光光波经经t2D秒钟后后振荡荡的相相位移移———φ=2πft2D列时间间方程程———2πft2D=2πN+Δφφt2D=(N+ΔΔφ/2π)/f=(N+ΔN)/f，ΔN=Δφφ/2πD=0.5Ct2D=0.5C(N+ΔN)/f=0.5CT(N+ΔN)=0.5λS(N+ΔN)λS=C/f=CT———正弦波波波长长，0.5λS——正弦波波半波波长，，测尺尺。调制频频率f越大，，测尺尺长0.5λS越短。电子相相位计计将两两个正正弦波波比相相测量量相位位差Δφ求出不不足一一周期期小数数ΔN=Δφφ/2π，测不出出整周数数N。距离D=0.5λS(N+ΔN)存在多多值解解，只有当当D<0.5λS时，N=0，，才不存存在多多值解解。解决方方法———用不同同长度度的多多把测测尺测测距，，组合合距离离。最短测测尺———精精测尺尺，其余测测尺———粗粗测尺尺。精粗测测尺所所测距距离组组合成成最终终距离离。测程1km测距仪仪———10m(15MHz)，，1000m(150MHz)两把测测尺；；待测距距离为为586.486m，用1000m粗测尺尺测量量的距距离0.5λ粗ΔN=1000×0.5871=587.1m用10m精测尺尺测量量的距距离0.5λ精ΔN=10×0.6486=6.486m精粗测测尺测测距结结果组组合过过程587.16.486586.486m精粗测测尺测测距结结果组组合由由测距距仪微微处理理器自自动完完成，，结果送显示示窗显示，，无需人工工干预。§4.3.2ND3000红外测距仪仪简介自带望远镜镜，望远镜视准准轴、发射射光轴、接接收光轴同同轴。ND3000测距仪内部部主要技术参参数①红外光源波波长：0.865m②测尺长及对对应的调制制频率②精测尺：10m，f1=14.835546MHz粗测尺1：：1000m，f2=148.35546kHz粗测尺2：：10000m，f2=14.835546kHz③测程：2500m(单棱镜)，，3500m(三棱镜)④标称精精度：±(5mm+3ppm)⑤测量时间：：正常测距距3s，跟踪测距、、初始测距距3s，以后每次测测距0.8s⑥显示：带有有灯光照明明的7位数数字液晶显显示，最小小显示距离离为1mm⑦供电：6V镍镉(NiCd)可充电电池池⑧气象改改正比例系系数计算公公式：测距时的大大气压力与与空气温度度测量设备备经典测距仪仪系列展英国TellurometerMRA101微波测距仪仪北京701厂DWJ-1型微波测距距仪北京701厂WJ-1型微波测距距仪微波测距仪仪激光测距仪仪北京光学仪仪器厂———HGC-1红外测距仪仪武汉地震仪仪器厂JCY-2A激光测距仪仪总参测绘研研究所BJCY-1变频式半导导体激光测测距仪北京光学仪仪器厂DC-30JG激光测距仪仪宜昌HQ-102激光测距仪仪AGA厂Geodimeter激光测距仪仪AGA-6激光测距仪仪AGA厂Geodimeter激光测距仪仪AGA厂GeodimeterAGA-8激光测距仪仪日本索佳REDmini相位式红外外测距仪WildDI4L相位式红外外测距仪WildDIS5相位式红外外测距仪WildDI20相位式红外外测距仪Wild第一台电子子经纬仪(1978年生产)-TC1电子经纬仪仪Wild新T2+DI1000相位式红外外测距仪WildT1600+DI4LWildT16+DI5LWildT1600+DI1000WildT2000+DI5日本拓普康康测距仪世界最高精精度的激光光测距仪-KernME5000§4.3.3喜利利得手持激激光测距仪仪德国喜利得得(HILTI)手持激光测测距仪PD30用于建筑施施工与房产产测量中的的距离、面面积、体积积测量。大屏幕显示示读数容易测量起始点点选择前端/后部PD30手持激光测测距仪功能:管水准器提高水平测测量精确度度键盘(体积,面积,距离,加,减)全版显示,容易理解橡胶保护提高对机身身的保护,更坚固背景灯黑暗中可读读数测量延长片片从角落起测测量充电接口可用充电电电池开/关键开机显示最最后4个测量值/测量功能PD30简单的操作作,即可完成各各种测量任任务PD30图形显示所所有的功能能,一目了然距离测量键键放线定位(15读数/秒)按下测量键键2秒,进入连续测测量体积键面积键加键减键屏幕照明键键徕卡DISTOA8手持激光测测距仪带倾斜传感感器——便便于测量坡坡度；带3×数码码瞄准器———便于白白天测量。。主显示栏显示测量或或计算结果果倾斜斜传传感感器器徕卡卡DISTOA8手持持激激光光测测距距仪仪功能能:管水水准准器器提高高水水平平测测量量精精确确度度间接接测测量量键键利用用三三角角函函数数与与勾勾股股定定理理计计算算3××数数码码瞄瞄准准器器便于于白白天天测测量量时时瞄瞄准准目目标标清除除键键测量量延延长长片片从角角落落起起测测量量背景景灯灯黑暗暗中中可可读读数数橡胶胶保保护护提高高对对机机身身的的保保护护,更坚坚固固副显显示示栏栏显示示倾倾斜斜角角或或辅辅助助测测量量结结果果§4.3.4光光电电测测距距的的误误差差分分析析相位位式式光光电电测测距距仪仪测测距距公公式式D=C0/(2fn)(N+ΔN)+K，K————测距距仪仪的的加加常常数数距离离D的误误差差————C0，f，n，ΔN，K。C0，f，n的误误差差————比例误差ΔN，K的误差——固定误差缩写——常用经验公式式——ND3000标称精度———5mm+3ppm1ppm=1mm/1km=1××10-6，测量1km距离的比例误误差为1mm。§4.4直直线定向确定地面直线线与标准北方方向的水平夹夹角。(1)标准准北方向分类类——三北方方向1)真北方方向真子午线———地面P点子午面与地地表的交线。。真北方向———真子午线在在P点切线北方向向。测量方法———天文测量，，陀螺经纬仪仪。2)磁子午午线方向磁北方向———P点，磁针自由静止止时北端所指指方向。测量方法———罗盘仪。3)坐标北北方向在高斯平面直直角坐标系中中，过P点平行x轴的北方向。。确定地面直线线与标准北方方向的水平夹夹角。中、小比例尺尺地形图的图图框外绘有本幅图的的三北方向关关系图(2)表示示直线方向的的方法方位角——标准北方向，，顺时针到直直线PQ的水平夹角。。取值范围———0°~360°。直线PQ的三种方位角真北方位角———APQ。磁北方位角———AmPQ。坐标方位角———αPQ。(3)三种方位角的的关系三种标准北方方向的关系1)APQ与AmPQ的关系δP——磁偏角。磁偏真东面为为正，磁偏真西面为为负。我国δP∈+6°~－－10°APQ=AmPQ+δP2)APQ与αPQ的关系γP——P点子午线收敛敛角。P点高斯横坐标标y>0，γP>0，P点高斯横坐标标y<0，γP<0。APQ=αPQ+γP用光盘PG2-1.exe程序精确计算算γP3)αPQ与AmPQ的关系αPQ=AmPQ+δP－γP(4)用罗罗盘仪测定磁磁方位角主要部件———磁针、刻度度盘、望远镜镜、基座。§4.5陀陀螺经纬仪与与直线真子午午线方位角的的测定(1)陀螺螺仪定向原理理高速旋转转子子(>15000r/min)的物理特性：：1)定轴性性——无外力力矩作用时，，转子旋转轴轴保持不变。。2)进动———外力矩作作用下，转子旋转轴方方位向外力矩矩作用方向运运动。陀螺仪利用转转子的上述特特性制造。t1时刻，转子悬悬吊在地球上上P点，转子轴OX在真北偏东方方向；t2时刻，地球自自西向东旋转转了θ角，地平面降降落了θ角，OX轴相对于地平平面抬升了θ角。转子重心偏离离P点铅垂线垂直直距离b，转子重量外力力矩——M=bG。在M作用下，OX轴转向西进动动，在t3时刻到达子午午面，惯性作用继续续向西进动，，OX轴相对于地平平面变成倾俯俯，力矩M的方向被改变变。随着偏离真北北方向角的增增大，指向子午面力力矩阻止转子子继续进动，，直到转子轴达达到最大摆幅幅后反方向往回进进动，如此往复不已已。OX轴以过P点的真北方向向为对称中心心，作等幅简谐运运动。P点真子午线方方向——东西西最大摆幅方方向平均值。。地球自转带给给陀螺转轴OX的进动力矩，，与陀螺所处空空间的地理位位置有关，赤道处最大，，南、北两极极为零。在纬度≥75°的高纬度度地区，陀螺螺仪不能定向向。我国属中纬度度地区，最北端黑龙江江省漠河纬度度为北纬53°27′左左右。我国任意地点点都可使用陀陀螺仪确定点点的真子