园林工程距离测量与直线定向教学课件PPT.ppt

第一章 距离测量与直线定向,量距的工具 直线丈量 钢尺量距成果的整理 钢尺量距的误差来源 电磁波测距 直线定向,主 要 内 容,第一章 距离测量与直线定向,学 习 重 点,学会钢尺测距的一般方法和钢尺量距的精密方法，并能完成计算。 了解钢尺比长及尺长方程式； 了解光电测距仪原理及使用方法。 掌握罗盘仪测定磁方位角的方法，理解几种方位角之间的关系，搞清楚坐标方位角、象限角和正、反方位角。,距离两点的铅垂线投影到水平面的直线长度。 （如果倾 斜距离，须改算为水平距离。） 按照所用仪器、工具的不同，测量距离的方法为： 有钢尺直接量距（本次重点讲解普通钢尺量距） 电磁破测距 视距法测距等。,端点尺,刻线尺,1 量距的工具,1.1 丈量距离所用尺子,（1）钢尺,钢尺的基本分划为厘米，在每米及每分米处有数字注记。,由于尺的零点位置的不同，有端点尺和刻线尺的区别。,盒式,手柄式,1 量距的工具,1.1 丈量距离所用尺子,（2）因瓦尺（因钢尺） 由铁、镍及少量猛、硅、碳等合金制成。热膨胀系数仅为普通钢尺的1/30-1/60，温度对之影响较小。但其昂贵，仅限用于精密量测以及检定普通钢尺。,（3）皮尺 用麻线织成，长度和刻线均与普通钢尺相似。 皮尺特点:轻、方便，多用于精度要求不高的距离丈量。,1 量距的工具,1.1 丈量距离所用尺子,（4）玻璃纤维卷尺 精度等方面优于钢尺。 （5）测绳 比精度低，适用于低精度勘测工作。,1 量距的工具,1.2 钢尺量距的常用附件,丈量距离的工具，除钢尺外，还有标杆、测钎和垂球等。,（1）标干(花杆) 标杆长2-3m，直径3-4cm，杆上涂以20cm间隔的红、白漆，以便远处清晰可见，用于标定直线。 （2）测钎 用于标定尺端在地面上的位置。一组为6根或ll根。,1 量距的工具,1.2 钢尺量距的常用附件,（3）垂球 用来投点。在不平坦地区要用垂球来确定尺端在地面的位置或地面点在尺上的读数。 （4）温度计 用于计量测量距离时的温度，以便根据尺长方程进行尺长的温差改正。（精确迅速）。,1 量距的工具,1.2 钢尺量距的常用附件,（5）弹簧秤 用于衡量拉力大小 对标有“30m、20、10kg”字样的钢尺，在测距时则要施加10kg的拉力。 如测距时拉力与检定时不同，则要进行拉力改正。,（6）水准器 用于在起伏的地面量测时使尺身两端保持等高，即尺身水平，量出为水平距离，无需进行倾斜改正。,1 量距的工具,1.3 钢尺的维护,（1）使用钢尺时注意不要有钢尺尺身扭曲。 钢尺在平直伸展时，尺身可以承载上百公斤的拉力。但是当尺身扭曲或折迭时，很小拉力可能引起钢尺断裂。 （2）每次使用完钢尺，尤其是当钢尺沾水或受潮时，要用擦拭干净再卷。 擦拭时两人将尺拉直，第三人用干布揩去污泥，再用带油的布擦一遍以防止生锈。,1.4 地面点标志,(1)地面点的标志作用 表示点在地面上的位置； 便于安置仪器、工具，以利于观测。,1 量距的工具,（2）点的标志可分为临时性和永久性两种。 临时性标志可采用木桩打入地中，桩顶略高于地面，并在桩顶钉一小钉或画一个十字表示点的位置。,永久性标志可用石桩或混凝土桩，在石桩顶刻十字或在混凝土桩顶埋入刻有十字的钢柱以表示点位。,1 量距的工具,1.4 地面点标志,2 直线丈量,21 直线定线,当两个地面点之间的距离较长或地势起伏较大时，分成几段进行丈量。 把多根标杆标定在已知直线上的工作称为直线定线。,一般量距用目视定线， 精密量距需要用仪器定线。,（1）直线两端点间通视 在待测a、b两点间立标杆，由一名测量员在a点杆后12m处指挥另一测量员持杆在a、b方向线附近移动，直到a、b点标杆重合一线为止。,2 直线丈量,21 直线定线,（2）直线两端不通视(逐次趋近法),2 直线丈量,21 直线定线,2 直线丈量,22 普通量距方法,先将a、b用木桩(桩上钉一小钉)标志出来，然后在端点的外侧各立一标杆，清除直线上的障碍物。 丈量工作一般由两人进行（前司尺员和后司尺员）,（1）一般量距方法（平坦地面）,往返丈量较差 d = d往-d返 距离平均值 d平= （d往+d返） 相对误差 k=,2 直线丈量,22 普通量距方法,（1）一般量距方法（平坦地面）,为了防止丈量中发生错误及提高量距精度，距离要往、返丈量。,要求：一般量距：k1/3000(平坦)，1/1000（量距困难）,如合乎要求就取其平均值作为最后结果。,2 直线丈量,22 普通量距方法,（2）在有起伏地面的量距方法,平量法 斜量法,平量法,斜量法,用罗盘仪或经纬仪测出地面倾斜角a,尺拉抬平，垂球投点，插测钎，读数。,2 直线丈量,23 精密量距方法,指精度要求较高，读数至毫米的距离丈量。,（1）所有钢尺有毫米分划，且在使用前进行检定。,（2）用弹簧秤按检定钢尺时规定的拉力将尺拉直，且要用温度计测出钢尺附近的温度，以便进行温差改正。 （3）用水准测量的方法测出各尺段钢尺两端的高差，以进行倾斜改正。,端点法,2 直线丈量,23 精密量距方法,（4）尺端位置一般不用测钎标记，若定线时已打下木桩，两木桩之间的距离约等于钢尺全长，则可在木桩顶面上钉上小钉或者划十字线来标定尺端位置。若不用木桩，可使用带三个尖脚的铁片在尺端点踏实，在其上划线来表示尺端位置。,2 直线丈量,23 精密量距方法,读数法 是指在定线时已在木桩顶上插上了细针或划上了十字线。那么，就要通过尺端读数来量出相邻木桩间距离。每段丈量三次，且每次都以尺上不同位置对准标志，移动量一般在10cm以内，三次所得结果的互差若不超过限差（视要求不同为25cm），则取其平均值作为结果；若超限，则要加测一次。,3 钢尺量距成果的整理,精度较高的测距，量出的长度需要进行主要包括尺长、温度、倾斜三项改正。普通钢尺量距，钢尺可以不经检定，只作倾斜改正即可。,31 尺长改正 钢尺在标准拉力、标准温度下的检定(实际）长度l，与钢尺的名义长度l0往往不一致，其差 lll0数 ，即为整尺段的尺长改正。任一段尺长l 的改正数为:,例: 某个钢尺的实际长度为30.025m，名义长度为30m，假设某一段长度为29.934m，求其尺长改正数。,解：钢尺名义长度改正数：,则其尺长改正数：,32 温度改正 设钢尺在检定时的温度为t0，丈量时的温度为t，钢尺的膨胀系数为，则某尺段l 的温度改正为 lt(tt0)l,3 钢尺量距成果的整理,例：某钢尺膨胀系数为1.25 * 105 (m/m )，量距时t为26.5 ,标准温度为20 ，则尺长为29.934m的温度改正数lt？ 解：,33 倾斜改正 设l为量得的斜距，h为尺段两端间的高差，现要将l改算成水平距离d，故要加倾斜改正数,3 钢尺量距成果的整理,例：尺长为29.934m尺段高差为0.15m，则改尺段的倾斜改正数为：,3.4 计算改正后的尺段平距d为：,3 钢尺量距成果的整理,29.934m,0.15m,4 钢尺量距的误差来源,按照误差的性质来分,钢尺丈量的误差来源有: 仪器误差：是指仪器本身的不完善，如钢尺的刻度与实际不符，弹簧秤、温度计所测出的拉力、温度存在误差等。 外界影响：是指气温、风力、光照等都会对钢尺长度产生影响，地面平整情况及硬度等。 人差：是指量者感观能力的限制或者责任心不强引起的误差，如插测钎的误差等。,4 钢尺量距的误差来源,41 定线误差 钢尺丈量时应伸直紧靠所量直线。偏离直线就有误差。 42 尺长误差 钢尺必须经过检定以求得其尺长改正数。尺长误差具有系统积累性，它与所量距离成正比。精密量距时，钢尺虽经捡定并在丈量结果中进行了尺长改正，其成果中仍存在尺长误差，因为一段尺长检定方法只能达到0.5mm左右的精度。一般量距时可不作尺长改正。,4 钢尺量距的误差来源,43 温度误差 由于用温度计测量温度，测定的是空气的温度，而不是尺于本身的温度，在夏季阳光曝晒下，此两者温度之差可大于5c。因此，量距宜在阴天进行，并要设法测定钢尺本身的温度。 44 拉力误差 钢尺具有弹性，会因受拉而伸长。量距时，如果拉力不等于标准拉力，钢尺的长度就会产生变化。精密量距时，用弹簧秤控制标准拉力，一般量距时拉力要均匀，不要或大或小。,4 钢尺量距的误差来源,45 尺子不水平的误差 钢尺一般量距时，如果钢尺不水平，总是使所量距离偏大。精密量距时，测出尺段两端点的高差，进行倾斜改正。用普通水准测量的方法是容易达到的。 46 钢尺垂曲和反曲的误差 钢尺悬空丈量时，中间下垂，称为垂曲。故在钢尺检定时，应按悬空与水平两种情况分别检定，得出相应的尺长方程式，按实际情况采用相应的尺长方程式进行成果整理，这项误差可以不计。 在凹凸不平的地面量距时，凸起部分将使钢尺产生上凸现象，称为反曲。设在尺段中 部凸起05m，由此而产生的距离误差，这是不能允许的。应将钢尺拉平丈量。,4 钢尺量距的误差来源,47 丈量本身的误差 它包括钢尺刻划对点的误差、插测钎的误差及钢尺读数误差等。这些误差是由人的感官能力所限而产生，误差有正有负，在丈量结果中可以互相抵消一部分，但仍是量距工作的一项主要误差来源。,4 钢尺量距的误差来源,精密量距时，除经纬仪定线、用弹簧秤控制拉力外，还需进行尺长、温度和斜改正。而一般量距可不考虑上述各项改正。 但当尺长改正数较大或丈量时的温度与标准温度之差大于8时进行单项改正，此类误差用根尺往返丈量发现不了。 尺子拉平不容易做到，丈量时可以手持一悬挂垂球，抬高或降低尺子的一端，尺上读数最小的位置就是尺子水平时的位置，并用垂球进行投点及对点。,5 视距测量,视距测量是利用经纬仪、水准仪望远镜内的视距丝装置，根据光学原理同时测定距离和高差的一种方法。,视距测量具有操作方便、速度快、一般不受地形限制等优点。,普通视距测量精度较低，仅能达到1/2001/300的精度。,但能满足测定碎部点位置的精度要求，所以视距测量被广泛地应用于地形测图中。,进行视距测量，要用到视距丝和视距尺。 视距丝即望远镜内十字丝分划板上的上下两根短丝，它与中丝平行且等距离。 视距尺是有刻划的尺子。,k一般为100，c对于内对光望远镜在设计时使c近0。故d=kl,5.1 视距水平时候测距,h=i-v,5.1 视距水平时候测距,操作： 1、在a点安置经纬仪，量取仪器高i，在b点竖立视距尺。 2、盘左（或盘右）位置，转动照准部瞄准b点视距尺，分别读 取上、中、下三丝数，并算出尺间距。 3、根据尺间距、仪器高和中丝读数，计算水平距离和高差。,5.2 视距倾斜时测距,操作： 1、在a点安置经纬仪，量取仪器高i，在b点竖立视距尺。 2、盘左（或盘右）位置，转动照准部瞄准b点视距尺，分别读取上、中、下三丝数，并算出尺间距。 3、量算垂直角a. 4、根据尺间距、垂直角、仪器高和中丝读数，计算水平距离和高差。,1、误差来源 用视距丝读取尺间距的误差（其误差扩大100倍，缩短视距长度） 垂直角测定误差（影响高差，注意气泡居中，盘左右平均值） 尺杆倾斜误差（尺上应该有水准器） 外界条件的影响（大气折光，空气对流。视线在地面1米以上，合适时间观测及避开大水域）,5.3 视距测量误差来源及注意事项,2注意事项 (1)为减少垂直折光的影响，观测时应尽可能使视线离地面1m以上， (2)作业时，要将视距尺竖直，并尽量采用带有水准器的视距尺。 (3)要严格测定视距常数，扩值应在10001之内，否则应加以改正； (4)视距尺一般应是厘米刻划的整体尺。如果使用塔尺应注意检查各节尺的接头是否准确， (5)要在成像稳定的情况下进行观测。,5.3 视距测量误差来源及注意事项,5 电磁波测距,电磁波测距按测程来分：短程(3km)、中程(315km)和远程(15km)。 按测距精度来分：级(5mm)、级(5mm10mm)和级(10mm)。 按载波来分：,微波测距仪采用微波段的电磁波作为载波； 光电测距仪采用光波作为载波。 光电测距仪所使用的光源有激光光源和红外光源，采用红外线波段作为载波的称为红外测距仪。,红外测距仪兼有载波源和调制器的双重功能 以砷化稼(gaas)发光二极管，所发的荧光作为载波源，发出的红外线的强度能随注入电信号的强度而变化。 gaas发光二极管体积小，亮度高，功耗小，寿命长，且能连续发光，所以红外测距仪获得了更为迅速的发展。 本节讨论的就是红外光电测距仪。,5 电磁波测距,5 电磁波测距,5.1 测距原理,测定距离的精度，取决于测定时间 t的精度。例如要求保证lcm的测距精度，时间测定要求准确到6710lls，难以做到。因此，大多采用间接测定法来测定 (2种方法）。,（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t2d，以求得距离d。 由于计数器的频率一殷为300mhz(300106hz)，测距精度为o.5m，精度较低。,5 电磁波测距,5.1 测距原理,（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d。 红外光电测距仪一般都采用相位测距法。,5 电磁波测距,5.1 测距原理,5 电磁波测距,5.1 测距原理,（2）相位式测距 在砷化镓发光二极管上加了频率为f的交变电压(即注入交变电流)后，它发出的光强就随注入的交变电流呈正弦变化，这种光称为调制光。测距仪在a点发出的调制光在待测距离上传播，经反射镜反射后被接收器所接收，然后用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较，由显示器显出调制光在待测距离往、返传播所引起的相位移。,5 电磁波测距,52 测距仪测量步骤及其他,红外测距仪类型很多，使用时候按照仪器使用手册来操作。 一般测距仪测量步骤： （1）安装仪器：包括对中、整平等内容，接通电源。 （2）安置常数或观测记录竖直角、气温等项。 （3）测距观测。 （4）成果计算（仪器可自动进行气象及各种常数改正）,5 电磁波测距,52 测距仪测量步骤及其他,测距仪在使用时注意以下几点： （1）在阳光下作业（或雨天作业），一定要打伞保护，以防损坏。 （2）仪器在大气比较稳定和通视良好的条件下使用。 （3）测距结束立即关机，前站时要拔掉电源线。 （4）测距仪在运输过程中要注意防潮、防震和防高温。,直线定向：确定直线与标准方向之间的水平角度关系的工作。,6 直线定向,地面上2点在平面上的相对位置,测定2点之间距离,测定2点之间方向,用该直线与基本方向线之间所夹的水平角来表示,6 直线定向,6.1 标准方向（基本方向）的种类,(1) 真子午线方向,旋转椭球体的旋转轴(地轴），它的两端点为南北两,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。 真子午线北端所指方向为真北方向。 真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。,极。过地轴的平面为子午面。子午面与旋转椭球体面的交线称为子午线或经线。,6 直线定向,6.1 标准方向（基本方向）的种类,（2）磁子午线方向 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。,磁针北端所指的方向为磁北方向，磁子午线方向可用罗盘仪测定。,在小面积地形测量中常磁北方向作为定向标准。,6 直线定向,6.1 标准方向（基本方向）的种类,（3）坐标纵轴方向 通过地面上某点平行于该点所处的平面直角坐标系的纵轴方向，称为坐标纵轴方向。坐标纵轴北端所指方向为坐标北方向。,三北方向,6 直线定向,62 表示直线方向的方法,测量工作中，常采用方位角来表示直线的方向。 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。其范围为0360。,6 直线定向,63 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 由于地磁南北极与地球的南北极并不重合，因此，过地面上某点的真子午线方向与磁子午线方向常不重合，两者之间的夹角称为磁偏角，磁针北端偏于其子午线以东称东偏，偏于其子午线以西称西偏。,6 直线定向,63 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,直线的真方位角与磁方位角之间可用下式进行换算：,a,am,6 直线定向,63 几种方位角之间的关系,（2）真方位角与坐标方位角之间的关系,地球表面某点的真子午线方向与坐标纵轴方向之间的夹角，称为子午线收敛角，角有正有负。以东者，为正值；以西者，为负值。,真方位角与坐标方位角之间的关系：,a ,a,6 直线定向,63 几种方位角之间的关系,（3）坐标方位角与磁方位角的关系,若已知某点的磁偏角与子午线收敛角，则坐标方位角与磁方位角之间的换算式为 ：,6 直线定向,63 几种方位角之间的关系,（4）正、反坐标方位角,直线ab的点a是起点，点b是终点；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)。,正、反坐标方位角相差180，即 ：,6 直线定向,63 几种方位角之间的关系,(5)坐标方位角的推算,a、b为已知点，ab边的坐标方位角ab为已知，通过连测求得ab边与b1边的连接角为，测出了各点的右(或左)角，现在要推算b-1、1-2、2-3和3-4边的坐标方位角。,所谓右(或左)角是指位于以编号顺序为前进方向的右(或左)边的角度。 （演示具体计算方法）,7 用罗盘仪测定磁方位角,7.1 罗盘仪的构造,罗盘仪主要部件有磁针、刻度盘和瞄准设备等.,（1）磁针 磁针用人造磁铁制成，其中心装有镶着玛瑙的圆形球窝，在刻度盘的中心装有顶针，磁针球窝支在顶点上。为了减轻顶针尖的磨损，装置了杠杆和螺旋，磁针不用时，用杠杆将磁针升起，使它与顶针分离，把磁针压在玻璃盖下。,（2）刻度盘 刻度盘为铜或铝的圆环，最小分划为1或30“，按逆时针方向从0注记到360。 （3）瞄准设备 罗盘仪的瞄准设备，现在大都采用望远镜。,(4)水准器和球臼 在罗盘仪内装有一个圆水准器或两个相互垂直的水准管，当圆水准器内的气泡位于中心位置，或两个水准管内气泡同时居中，此时，罗盘盒处于水平状态。球臼螺旋在罗盘盒下方，配合水准器可使罗盘盒处于水平状态；在球臼与罗盘盒之间的连接上按有水平制动螺旋，以控制罗盘的水平转动。,7 用罗盘仪测定磁方位角,72 用罗盘仪测量定直线的磁方位角,(1) 安装仪器 先将罗盘仪安置在直线的起点，对中，整平(罗盘盒内一般均设有水准器，指示仪器是否水平)。 对中时，在三角架下方悬挂一垂球，移动三角架时垂球尖对准地面点中心。（目的：使罗盘仪水平度盘的中心和地面点在同一铅垂线上。）对中允许误差为2cm。 平整时，松开球臼螺旋，用手前后、左