距离测量与直线定向.ppt

第五章 距离测量与直线定向,本章内容： 1、钢尺量距 2、视距测量 3、红外测距仪及全站仪 4、直线定向,5-1 距离测量概述,距离测量是测量的三项基本工作之一。 是量测地面点之间的水平距离。 水平距离是地面上两点垂直投影在同一水平面上的 直线距离。 距离测量的主要方法有： 钢尺量距 - 主要指钢卷尺量距；适用于平坦地区的短距离量距，易受地形限制。 视距测量 - 利用测量仪器的视距丝测距；适用于低精度的短距离量距。 电磁波测距 -测距仪、全站仪测距；适用于高精度的远距离量距。 卫星测距4颗以上GPS卫星测量。,5.2.1 量距工具 钢(皮)尺量距就是利用具有标准长度的钢(皮)尺直接量测地面两点间的距离，又称为距离丈量。 根据量距不同精度要求，所用工具、方法也不同：钢制带尺、因瓦尺、皮尺。,5-2 钢卷尺量距,1）钢(皮)尺：长度有20米、30米及50米等。,根据尺的零点位置不同，分为刻线尺和端点尺： 刻线尺：钢尺前端有一条刻线作为尺长的零分划线。 端点尺：零点位于尺端，即拉环外沿。,2）辅助工具 包括：测钎、花杆、垂球、弹簧秤和温度计。,5.2.2 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的工作称为直线定线。 分为：目视定线和经纬仪定线。 （1）目估定线,(2) 过山头定线,（3）经纬仪定线,A,B,1,2,5.2.3 量距方法 1）整尺法量距 平坦地区，量距精度要求不高时可用此法。 为提高精度，一般往、返丈量。取平均值作为丈量结果。,A,B,测钎,为整尺段长、 为余长.,2）水平量距和倾斜量距,当地面起伏不大时，可采用水平量距法（图a）； 当地面倾斜且坡度均匀时，可采用倾斜量距法（图b）。,为了提高测量精度，防止丈量错误，通常采用往返丈量取中数为丈量结果。 用相对误差衡量测量精度，即,一般量距： 量距相对精度： 1200015000 主要用途：图根导线边长丈量、一般工程的距离放样。,3）、,3）精密量距 精密量距： 量距相对精度：110000140000 主要用途：砼、钢结构等较精密工程的放样等。,精密量距采取措施： 1.用检定过的钢尺； 2.经纬仪定线；钉尺段桩，逐段量测； 3.对钢尺施加固定拉力（弹簧秤）； 4.对量距结果加三项改正数： 尺长改正、高差改正、温度改正。,3）、,准备工作： 1.清理场地； 2.直线定线，用经纬仪定线，标志用十字线； 3.测桩顶间高差，用水准仪。,精密量距步骤 : 1、经纬仪定线。 在桩顶画出十字线。 2、精密丈量: （1）前尺手零端用标准拉力拉紧钢尺。 （2）前读尺员发“预备”，后读尺员发“好”；此时前后尺手同时读数。 每尺段上要移动钢尺前后位置三次测量，三次读数之差在2-3个毫米。 3、往返丈量； 4、用水准仪测尺段木桩顶间高差。,钢尺长度方程式（检定钢尺附有）,反映了钢尺在标准温度、标准拉力下的实际长度，以及尺长随温度变化的函数。,1、尺长改正,名义长： 即钢尺的刻划长度。 真长： 即在检定时的拉力、温度下的实际长度。,整尺段的尺长改正：,任一长度的尺长改正：,5.1.4 钢尺量距的成果整理,三项改正,2、温度改正,丈量时的温度与钢尺检定时的温度不同，尺长会 发生变化。,3、倾斜改正,任一距离丈量值改正后的水平距离为：,再计算往返测距离及其平均值，最后计算相对误差KK容。,量得AB两点间距离为 s=234.943; t=27.4C; h=2.54 求S=？,解：,1、尺长改正： 2、温度改正： 3、倾斜改正： 4、实际平距：,5.2.5 钢尺量距的误差分析,1、定线误差 （结果偏大,认真定线，丈量时钢尺边必须紧贴定向点。 ） 2、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。） 3、温度误差（温度变化1，丈量30m距离的影响为0.4mm，测量钢尺表面温度） 4、拉力误差 （应用弹簧秤,采用钢尺鉴定时的拉力 ,） 5、钢尺倾斜误差（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使距离偏大，精密量距时应用水准仪测定高差进行改正） 6、钢尺对准及读数误差（偶然误差，认真，集中精力，避免听错、记错。多次丈量） ) 钢尺倾斜和垂曲误差,5-3 视距测量,5.3.1、视距测量概述,视距丝,视距测量利用测量望远镜的视距丝，间接测定 距离和高差的方法。,优点：测量速度快，不受地形限制，用一台经纬仪即可完成。 不足：精度低，距离相对误差一般约1/300，精密视距测量可达1/2000。 用途：主要用于地形图测绘(地形点的平距与高差测量)。,5.3.2 视线水平时的公式,5.3.3 视线倾斜时的视距公式,两点间高差的计算公式：,视距测量步骤： （1）在A点上安置经纬仪（包括对中、整平）； （2）另一点B上竖立标尺； （3）经纬仪瞄准B点的标尺； （4）读数（上丝、中丝、下丝以及竖盘读数）i、l、 （5）按公式计算水平距离、高差。,5.3.4 视距常数测定 为保证视距测量精度，在视距测量前须对仪器常数进行测定。 现代经纬仪为内调焦望远镜，一般加常数近似零，不需测定。只进行乘常数测定。,测定方法： 平坦地区选择一段直线，沿25米、50米、100米、150米、200米打下木桩； 仪器安置A点，木桩点依次立视距尺，视线水平情况下读尺间隔（盘左、盘右）； 返测； 将每一尺段尺间隔取平均，再除以该段距离，即可求出K值，然后再取平均，即为仪器乘常数K。,5.3.5 视距测量误差,1、视距尺分划误差 对视距测量产生系统性误差或偶然性误差。 2、乘常数K值的误差 由于视距丝间隔误差，使K不等于100，使视距测量产生系统性误差。一般K值在1000.1，否则要改正。 3、竖直角测量的误差 公式与竖角有关，按误差传播规律，会引起距离精度变化。 4、视距丝读数误差 是影响视距测量重要因素！与距离远近成正比。根据精度要求，限值最远视距。 5、视距尺倾斜对视距测量的影响 不可忽视。特别山区，倾角大时，更要注意！ 6、外界气象条件对视距测量的影响 大气折光、大气湍流均会造成误差。高出地面1米以上；风和大气能见度也会影响视距测量。应选择良好天气进行测量。,5-4 红外测距仪及全站仪,按测程分为：,远程测距仪 (大于15km),中程测距仪 (5km15km),短程测距仪 (小于5km),按载波分为：,微波测距仪,光电测距仪,激光测距仪,红外测距仪,光电测距仪,5.4.1 红外测距仪的测距原理,反光镜,测距仪,1、脉冲法测距 ：是通过测量光波在待测距离D上往、还传播一次所需要的时间t2D ，计算出待测距离D。,（C=C0/n、C0光在真空中速度，是光在大气中传输的折射率。）,2、相位法测距 通过测量正弦波在待测距离上往、返传播的相位移来解算距离。是一种间接测时方式。,实质就是：利用测定光波的相位移代替测定t2D实现距离的测量。,5.4.3 测距边长改正计算,测距仪测定是斜距，且也没有预置仪器常数，因而需对测试距离进行仪器常数改正、气象改正、倾斜改正等，最后求的水平距离。,（1）仪器常数改正 包括：仪器加常数和乘常数量项。 加常数是测距仪测出的距离值与实际距离值不一致，就是仪器的加常数，用K表示。一般仪器出厂时预置在仪器中。 剩余加常数K值可通过检测测距仪、反射镜得到。 乘常数是仪器的测尺长度，与仪器震荡频率有关。仪器经过一段时间使用，晶体老化，致使测距时仪器的晶振频率与设计频率有偏移，产生与测试距离成正比的系统误差。其比例因子称乘常数。也通过检测求定。用R表示。 现代测距仪都具有设置仪器常数的功能，先设置常数，在测距过程中自动改正。,（2）气象改正 气象改正实用公式 P观测时气压，mPa； t观测时温度,0C； D0-每100m为单位的改正值。 测距仪光源不同，参考气象元素不同，推出实用公式也不一。,（3）倾斜改正 测距仪经前两项改正得到距离是测距仪几何中心到反光镜几何中心的斜距。需改算成平距。 改算公式： Z是从天定方向到目标方向的角度。,4、仪器精度（标称精度） 式中：A-固定误差； B-比例误差系数； 如某厂家仪器精度为：,5.4.4 全站仪使用,电子全站仪是一种可以同时进行角度（水平角、垂直角）测量和距离（斜距、平距、高差）测量、由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。 由于只要一次安置，仪器便可以完成在该测站上所有的测量工作，故被称为“全站仪”(Total-station)。,日本索佳SET2000全站仪,拓普康TS-105N全站仪,显示屏,键盘,手柄,概略瞄准器,光学对中器,物镜,水平制动,微动旋钮,脚螺旋,G垂直制动,微动旋钮,目镜,圆水准器,水准管,串行接口,仪器中心标志,棱镜与基座,全站仪功能: 1)测量功能: 1、水平角 2、竖直角 3、斜距 4、平距 5、高差 6、高程 7、坐标 8、坐标方位角 2)菜单程序功能: （1）三维坐标测量 （2）导线测量 （3）前方交会 （4）侧方交会 （5）后方交会 （6）距离交会 （7）悬高测量 （8）偏心测量 （9）工程放样等。,全站仪的操作： 安置仪器 开机 仪器初始化（纵转望远镜） 选择角度测量模式 选择距离测量模式 测完毕关机,5-5 直线定向,1、直线定向概念 确定地面直线与标准方向间的水平夹角。,测量中常用标准方向有三种：,1、真子午线方向： 通过地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： 通过地面上某点磁针处于自由静止状态时所指的方向，称为磁子午线方向。 3、坐标纵线方向： 通过地面上某点平面直角坐标系平行中央子午线的坐标纵线方向。,磁偏角：过地面上某点的真子午线与磁子午线方向不重合，两者间的夹角为磁偏角，用 表示。 磁针北端偏于真子午线东侧,取正值,反之,取负值.,子午线收敛角：地面点的真子午线方向与中央子午线方向的夹角，称为子午线收敛角,用 表示。,坐标纵轴方向偏在真子午线东边的, 为正值,反之,为负.,例如某点的三北方向如图,则:,2、直线定向的方法,测量中常用方位角表示直线方向。 方位角：由标准方向的北端起，顺时针方向旋转到某直线的水平夹角。范围0360。,标准方向,真方位角 A 磁方位角 Am 坐标方位角 磁偏角 收敛角,3、正、反坐标方位角,B,AB,正,反,思考： 已知： AB=