距离测量与直线定向.ppt

本 章 摘 要 本章主要介绍距离测量的三种方法：钢尺量距、视距测量和光电测距；直线定向的有关概念和表示直线方向的方法等内容。,第三、十一、十二章 距离测量与直线定向,一、量距工具 钢尺量距的工具主要有钢尺、标杆、测钎和垂球。精密量距时，还需要有弹簧秤、温度计,3-1 钢尺量距,钢尺量距是利用经检定的钢尺直接量测地面两点间的距离，又称为距离丈量。其基本步骤有定线、尺段丈量和成果计算。,测钎：用于标定尺段的起、终点,辅助工具,标杆（花杆）：用于标定直线,弹簧称、温度计,二、直线定线,在待测两点的直线上标定若干点，以便分段丈量，此项工作称为直线定线。,1、目测花杆定线,2、经纬仪定线,三、钢尺量距的一般方法,1、平坦地面的距离丈量,测钎,钢尺长度,余长,为了防止丈量错误和提高量距的精度，需往、返丈量。返测时钢尺要调头。往、返丈量距离的相对误差K为：,相对误差为分子为1的分数，相对误差的分母越大，说明量距的精度越高。对图根钢尺量距导线，钢尺量距往返丈量的相对误差不应大于1/3000,例：A、B两点间用钢尺量距，往测距离为189.386m，返测距离为189.325m，则其相对误差为：,2.倾斜地面量距方法,(1)平量法,(2)斜量法,钢尺检定与尺长方程式,1.钢尺检定 钢尺尺面上注记长度（如30m、50m等）叫名义长度。钢尺的实际长度与名义长度常不相等。 为了保证量距成果的质量，钢尺应定期进行检定。钢尺检定应送计量单位或设有比长台的测绘单位检定，求出被检尺的实际长度和尺长方程式。 检定后给出尺长方程式,2.钢尺的尺长方程式 钢尺在量距时的实际长度与其名义长度、量距温度的关系方程式。,-钢尺名义长度,-钢尺膨胀系数。一般为 1.1510-5 1.2510-5,-钢尺检定时的温度,-量距时的温度,-钢尺的尺长改正 l=l-l0 l 钢尺在温度t0时的长度,例如,四、钢尺 精密量距法,(1)定线：用经纬仪定线,(2)量距：,用串尺法，每尺段串动尺子量3次，用弹簧称控制拉力，并读丈量时的温度。,(3)测量各桩顶的高差： 用水准测定高差，以便作倾斜改正。,A、B之间的距离=前端尺读数b-后端尺读数a,(a)对每尺段都要作三项改正,倾斜改正,温度改正,尺长改正,改正后距离：,(4)量距成果整理,将改正后的各尺段长相加便得距离全长,(b)量距精度计算：,往返较差的相对误差：,(恒为负),(1)定线误差:所量的为折线，结果偏大。目估定线偏差0.1m，影响极小。 (2)尺长误差：高精度量距应加尺长改正。 (3)温度测定误差：应测定钢尺本身的温度。 (4)拉力不均匀误差：高精度量距应使用弹簧称控制拉力。 (5)钢尺倾斜误差：高精度量距应加倾斜改正。 (6)钢尺对点及读数误差：误差性质是属偶然误差，丈量时应认真，采用多次丈量。,五、 钢尺量距误差及注意事项,3.2 视距测量,视距测量是一种间接测距方法，它是利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝（上、下丝）及标尺(水准尺)，根据光学原理同时测定两地面点间水平距离和高差的一种简易方法,一、视线水平时的视距测量计算公式,二、视线倾斜时的视距测量计算公式,(1) 在测站点A上安置经纬仪，对中、整平后，量取仪器高，在待测点B上竖立水准尺。 (2)转动仪器照准部，照准B点上竖立的水准尺，先将中丝照准尺上处附近，并将上丝对准附近一整分米数，由上、下丝读数直接读取视距。 (3)用中丝对仪器高（以使），调竖盘指标水准管气泡居中(有竖盘指标自动补偿器的经纬仪，无需此项操作)，读取竖盘读数，再计算竖直角。 (4)将有关数据代入公式即可计算得到相应的水平距离和高差。,三、视距测量的观测与计算,视 距 测 量 记 录 表,测站名称： A 仪器高： 1.40m 测站高程： 50.00m,(2)按测程分类,3.3 电磁波测距,钢尺量距劳动强度大，工作效率低，精度不高。光电测距仪具有测程远、精度高、作业速度快等优点。,光电测距,1、脉冲法测距：直接测定光脉冲在测线两端往返传播的时间t，求出距离D的方法。,一、光电测距仪的测距原理,A,B,红外光电测距仪脉冲法原理图,测距公式：,式中：c=c0/n，C0 为光在真空中的速度，n 为大气的折射率，t 为发射脉冲与接收脉冲的时间差。,光电 测距仪,调制电磁波,反射镜,反射波,A,B,相位法测距公式：,2、相位法测距,设测距仪在A点发出的调制光，被B点反光镜反射后，又回到A点所经过的时间为t。设AB距离为D，调制光来回经过2D的路程，调制光的周期为2，它的波长为，接收时的相位比发射时的相位延迟了，波的个数为/ 2，它必然包含整波N及尾数N数，则,人们通过在相位式光电测距仪中设置多个测尺，用各测尺分别测距，然后将测距结果组合起来的方法来解决距离的多值解问题。在仪器的多个测尺中，称长度最短的测尺为精测尺，其余为粗测尺。用精测尺测定距离的尾数，以保证测距的精度，用粗测尺测定距离的大数，以满足测程的需要。,二、ND3000红外测距仪简介,测距仪测距精度公式,1. 测距仪的标称精度公式是： mD=(a+bD) 式中a为固定误差，b为比例误差，a以mm为单位， b 以mm/km为单位, D以km为单位的距离。或写成： mD=(a+bppmD) 式中ppm为百万分之一，即10-6。 例如：某测距仪精度公式为 mD=(5mm+5ppmD) 则表示该仪器的固定误差为5mm，比例误差为510-6。若用此仪器测定1km距离，其误差为 mD=(5mm+510-61km)= 10mm。,2.光电测距的误差,主要有三种：固定误差，比例误差及周期误差。 (1)固定误差：它与被测距离无关，主要包括仪器对中误差、仪器加常数测定误差及测相误差。测相误差主要有数字测相系统误差、照准误差和幅相误差。 (2)比例误差：它与被测距离成正比，主要包括： 大气折射率的误差，在测线一端或两端测定的气象因素不能完全代表整个测线上平均气象因素。 调制光频率测定误差，调制光频率决定测尺的长度。 (3)周期误差：由于送到仪器内部数字检相器不仅有测距信号，还有仪器内部的窜扰信号，而测距信号的相位随距离值在0360内变化。因而合成信号的相位误差大小也以测尺为周期而变化，故称周期误差。,3.4 直线定向,一、标准方向 (1)真北方向 :过P点的真子午线切线方向的指北向称为P点的真北方向 (2)磁北方向:磁针自由静止时，北端所指的方向 （3）坐标北方向 :坐标纵轴正向所示方向,确定地面直线与标准方向间的水平夹角称为直线定向,二、三种标准方向之间的关系,（1）真北和磁北之间的关系 过地面上同一点的磁北方向与真北方向的夹角称为磁偏角 磁针北端所指的方向偏于真子午线方向东称为东偏，规定为正；偏于西则称为西偏，规定为负。 我国的磁偏角基本在 +6和10之间。北京地区的磁偏角为西偏，约-5 -6。,（2）真北与坐标北之间的关系 过某点P的真北方向与坐标北方向之间的夹角称为子午线收敛角 东偏为正；西偏为负,1、方位角： (a)定义：从标准方向北端 开始顺时针方向至 该直线的 水平角， 称为该直线的方位 角。,(b)特点：从标准方向北端起； 顺时针； 方位角的范围：0360。,三、直线方向的表示方法,0,1,2,3,4,A01,A02,A03,A04,N,S,(C)方位角种类： 真方位角A、磁方位角Am、坐标方位角,正反坐标方位角的关系：,注意：正反方位角是相对某直线方向而言，是相对概念,2、象限角 定义：从标准方向北端或南端开始，顺时针或逆时针方向至该直线的 水平角，称为该直线的象限角。