水利工程测量学-课件

,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,水工测量学,任课教师：李明伟,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,第一章绪论,1.1水利工程测量的任务1.2地面上点的确定1.3用水平面代替水准面的限度1.4测量工作的基本原则1.5测绘科学的发展概况,3,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.1水利工程测量的任务,1.1.1测量学的定义,研究地球形状和大小以及确定地球表面（包括空中、地表、地下和海洋）物体的空间位置，并对这些空间位置信息进行处理、存储、管理的科学。,1.1.2测量学的分类,大地测量学卫星大地测量学地形测量学摄影测量学制图学工程测量学,1.1.2水利工程测量学定义,水利工程测量是为水利工程建设服务的专门测量属于工程测量学的范畴,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.1水利工程测量的任务,1.1.3水利工程测量的主要任务,设计阶段：为水利工程规划设计提供所需的地形资料施工阶段：要将图上设计好的建筑物按其位置和大小测设于地面以便据此施工，称为放样。施工和工程完工后：需要定期对建筑物的稳定性和变化情况进行监测，称为变形监测。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2地面上点位的确定,1.2.1地球的形状和大小,地物：地面上的道路、河流、房屋等称为地物。地貌：地面呈现的各种起伏状态。地形：地物和地貌统称地形。,水准面大地水准面大地体旋转椭球面（参考椭球）,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,大地基准点（大地原点）的确定,1.2地面上点位的确定,为了使测量成果化算到椭球上，采用与大地体接近的椭球体，同时选择地面上一点作为大地基准点，也成大地原点。并将其作为推算大地坐标的起算点。,1945年大地原点设在北京。1980年大地原点设在陕西劲阳境内,7,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,在测量工作范围不大时，可将地球看作圆球体，以球面代替大地水准面，其半径R=6371km,我国采用的参考椭球体几何参数,(1)1954年北京坐标系，采用前苏联克拉索夫斯基参考椭球体参数：a=6378245mf=1:298.3,(2)1980年国家大地坐标系采用国际大地测量协会与地球物理联合会在1975年推荐的IUGG-75地球椭球。其参数：a=6378140mf=1:298.257,(3)WGS-84坐标系a=6378137mf=1：298.257,1.2地面上点位的确定,8,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2.2地面上点位的表示方法,球面上的位置（坐标）到大地水准面的距离（高程）,1.2地面上点位的确定,1.2.2.1坐标,1）地理坐标系（天文坐标）,通常用经度（）和纬度（）表示。以垂线和大地水准面为基准线和基准面,对整个地球有一个统一的坐标系，多用于天文大地观测。但观测和计算都比较复杂。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2地面上点位的确定,2）高斯平面直角坐标,划分方法：将地球划分成若干带，然后将每带投影到平面上。投影方法：以中央子午线为纵轴x，以赤道为横轴y，建立全国统一的平面直角坐标系统。,P,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2地面上点位的确定,2）高斯平面直角坐标,划分方法：将地球划分成若干带，然后将每带投影到平面上。投影方法：以中央子午线为纵轴x，以赤道为横轴y，建立全国统一的平面直角坐标系统。,P,P,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2地面上点位的确定,P,高斯投影六度带和三度带投影示意图,高斯投影特点：,解决了地面点向椭球面投影并展绘于平面的问题；满足全国范围内地形图测绘的要求,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2地面上点位的确定,3）平面直角坐标,适用条件：测量范围小于等于10KM时。建系方法：纵轴为X轴，与南北方向一致，以向北为正，向南为负。横轴为Y轴，与东西方向一致，以向东为正，向西为负。,m(x、y),x,y,例：X=138567.923mY=126738.357m,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2地面上点位的确定,1.2.2.2高程,绝对高程：地面上一点到大地水准面的铅垂距离（H）相对高程：地面上一点到假定水准面的铅垂距离（H）高差：地面上两点间的高程之差。（h）,两个高程系统,1956年黄海高程系统1985年国家高程基准,适用条件,一般采用绝对高程，只有在偏僻地区没有绝对高程点可引测时，才采用相对高程,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2地面上点位的确定,HA,A,B,HB,HA,HB,h,假设水准面,大地水准面,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2地面上点位的确定,A,水准原点H,自然表面,大地水准面（高程为0）,绝对高程（海拔）,青岛验潮站,HA,H,56年黄海高程系统：H=72.289m85年国家高程基准：H=72.260m,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2地面上点位的确定,1.2.3地面点测量的基本工作,测水平距离(D)测水平角()测高程(h),A,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.2用水平面代替水准面的限度,地球曲率对水平距离和高程的影响,R=6371km,上节回顾,水利工程测量的主要任务,地面上点位的表示方法,坐标的表示方法,高程分类,地面点测量的基本工作,地球曲率对水平距离和高程的影响,19,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.3用水平面代替水准面的限度,1.3.1地球曲率对水平距离的影响,半径为10KM区域，地球曲率对水平距离的影响可以忽略不计。在精度要求较低的测量工作中其半径也可扩大到25KM。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.3用水平面代替水准面的限度,1.3.2地球曲率对高程的影响,尽管距离很短，也不能忽略地球曲率对高程的影响。,曲率影响总结：,半径为10KM区域，曲率对水平距离的影响可以忽略不计。在精度要求较低的测量工作中其半径可扩大到25KM。地球曲率对高程的影响可以忽略不计。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,1.4测量工作的基本原则,基本原则,在布局上：由整体到局部,在工作步骤上：先控制后碎部,测绘地形图,1)控制测量（控制整个测区）2)碎部测量（屋角、道路中心线、河岸线转折点、地貌特征点）,施工放样,1)先对施工工地布设控制网（控制整个建筑物的施工放样）2)在图纸计算放样数据（水平距离，水平角，细部高程）3)最后在实地将细部点位置定出,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,每图鉴赏,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,第二章水准仪及水准测量,2.1水准测量原理2.2水准仪和水准尺2.3水准测量方法和要求2.4水准路线闭合差的调整与计算2.5水准仪的检验和校正,24,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.1水准测量原理,大地水准面,高程测量：水准测量和三角高程测量,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.1水准测量原理,hAB=a(后)-b(前),HB=HA+hAB,A、B点高差,知A点高程，求B点高程,高差法,仪高法,HB=HA+a-b,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.2DS3型微倾式水准仪及其使用,DS050.5mmDS11mmDS33mmDS1010mm,水准仪的等级,水准仪的误差（每公里往返中误差）,普通水准测量,精密水准测量,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.2.1DS3型微倾式水准仪的构造,基座：连接仪器和支架望远镜：瞄准目标放大目标水准器：管水准器圆水准器,DS3型微倾式水准仪组成,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.2.1DS3型微倾式水准仪的构造,望远镜,组成：物镜、对光透镜、十字分划板和目镜十字丝的作用：瞄准目标和读数视准轴：十字丝的交点和物镜关心的连线作用：1、提供一条瞄准目标的视线2、将远处目标放大，提高瞄准和读数精度,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.2.1DS3型微倾式水准仪的构造,水准器,1、管水准器（又叫水准管）水准管轴（LL）：管内圆弧中点处（圆弧最高点）的切线。原理：水准管轴要求与视准轴水平，所以如果气泡居中水准管轴水平则视准轴水平,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.2.1DS3型微倾式水准仪的构造,水准器,2、符合水准器,3、圆水准器圆水准管轴（LL）：圆圈的中心与球心的连线。原理：圆水准轴与仪器的数轴平行，当气泡居中是圆水准轴和仪器的数轴处于铅垂位置。用途：用于粗略调平。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,竖轴：照准部的旋转轴。圆水准器轴：过圆水准器中点的法线。视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线。管水准器轴：管水准器中点的纵向切线。,水准仪的轴线,2.2.1DS3型微倾式水准仪的构造,上节回顾,望远镜基座水准器,水准器的分类及作用,望远镜的组成,四个轴线,望远镜的作用,四个轴线关系,DS3型微倾式水准仪组成,33,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.2.2水准尺和尺垫,水准尺材料：良好的木材制成形式：直尺(一般测量)，折尺和塔尺(精度要求不高时)。,尺垫（尺台）形状：圆形和三角形作用：防止尺子下沉。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.2.3水准仪的使用,1.安置与粗略调平支开三脚架底部插入土中（架头大致水平）利用螺旋使水准仪与三脚架固连旋转角螺旋是圆水准器气泡居中,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.2.3水准仪的使用,2.瞄准松开望远镜制动螺旋利用缺口和准星粗略瞄准水准尺关闭制动螺旋（看到水准尺后）转动目镜调节螺旋（是十字丝成像清晰）转动物镜对光螺旋（是水准尺分划清晰）,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.2.3水准仪的使用,3.精确整平和读数旋转微倾螺旋（使水准管气泡精确居中）立即用十字丝中横丝读取读数（看到水准尺后）从上到下读数（成像倒立）,望远镜的读数为：,1.947m,2.006m,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.3水准测量一般方法和要求,2.3.1水准测量的实施,AB两点高差：,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.3水准测量一般方法和要求,实际作业，应按照一定的记录格式随测、随记、随算,TP1，TP2，TP3为转点,转点:需选择坚实地面不能有任何意外的变动,上节主要回顾,读数,水准仪的使用,1.安置与粗略调平支开三脚架底部插入土中（架头大致水平）利用螺旋使水准仪与三脚架固连旋转角螺旋是圆水准器气泡居中,2.044m,40,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.3水准测量一般方法和要求,2.3.2.1测站校核,国家水准测量：测量精度为一、二、三、四等等外测量（一般水准测量）：国家水准测量以外的测量,校核分为：测站校核和路线校核。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.3水准测量一般方法和要求,2.3.2.2路线校核,1、闭合水准路线,从一个已知水准点出发经过各待测水准点后又回到该已知水准点上。,高程闭合差：hh,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.3水准测量一般方法和要求,2、附合水准路线,从一个已知水准点出发经过各待测水准点附合另一个已知水准点上。,高程闭合差：hh测(H终H起),港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.3水准测量一般方法和要求,3、支水准路线,高程闭合差：hh往h返（往返测量）,路线长度和测站数以单程计。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.4水准路线闭合差的调整与高程计算,2.4.1闭合和符合水准路线高差闭合差的调整,例：符合水准路线,3,h1,h2,h3,h4,已知水准点BM1的高程H始=39.833m，BM2的高程H终=48.646m，测站数和测得的高差列于表2-2中,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.4水准路线闭合差的调整与高程计算,表2-2符合水准路线高差闭合差的调整,3,h1,h2,h3,h4,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.4.1闭合和符合水准路线高差闭合差的调整,Step1：高差闭合差的计算及成果检验,闭合差:hh测-（H终-H始）=+34mm,闭合差检验:h允10=10=44.7mm,h3mm则需要校正,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.5.3水准管轴与视准轴的检验和校正,2）校正：,转动上下微动螺旋，使十字丝的中丝对准A尺上的正确读数a2，这时水准管器泡不再居中，用校正针拨动水准管一端上、下两个校正螺旋，使气泡居中，反复多次，使条件满足为止。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.6.1仪器误差,1）水准管轴不平行于视准轴消减方法：仪器安放于距离前、后尺等距离处2）对光误差（仪器加工不够完善）消减方法：仪器安放于距离前、后尺等距离处，后视完毕转向前视，无需重新对光2）水准尺分划误差消减方法：观测前对水准尺进行检测3）水准尺零点误差消减方法：测站数为偶数即可消除,2.6水准测量的误差及其消减方法,上节主要回顾,圆水准轴平行于仪器数轴的检验和校正,支水准路线高差闭合差的调整,十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正,水准管轴与视准轴的检验和校正,水准测量的误差及其消减方法,59,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.6.2观测误差,1）整平误差消减方法：前视后视读数时，应保证气泡居中（只能利用微倾螺旋），晴天观测注意打伞保护，特别注意保护水准管。2）视差消减方法：转动目镜，调节螺旋，使得十字丝清晰成像，转动物镜对光螺旋，使尺像清晰，读数稳定。3）照准误差消减方法：选择合适的仪器和标尺之间的距离4）估读误差一般测量视线长度100，估读误差约为1.5mm5）水准尺竖立不直的误差尺上读数不应太大，一般小于2.7m,2.6水准测量的误差及其消减方法,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.6.3外界条件的影响,1）仪器升降的误差消减方法：对同一路线，多次测量取其平均值（国家三等水准测量，采用后前前后）。,2.6水准测量的误差及其消减方法,2）尺垫升降误差消减方法：对同一路线，多次测量取其平均值。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.6.3外界条件的影响,3）地球曲率测影响,2.6水准测量的误差及其消减方法,消减方法：仪器安放于距离前、后尺等距离处,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,2.6.3外界条件的影响,4）大气折光的影响,2.6水准测量的误差及其消减方法,消减方法：平坦地区仪器安放于距离前、后尺等距离处，可抵消或削弱大部分折光差对于山地测量，尽量缩短视线长度，视线高度至少为0.3m。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,第三章经纬仪及使用,3.1水平角测量原理,3.2常用经纬仪,3.3水平角观测,3.4竖直角观测,3.5经纬仪的检验与校正,3.6经纬仪的测量误差及其消减方法,64,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.1水平角测量原理,1）角度测量包括：水平角和竖直角,竖直角：,ACB=,水平角：,ACa=1BCb=2,仪器的中心必须位于角顶点的铅垂线上。照准部设备（望远镜）要能上下、左右转动。要具有一个有刻划的度盘。要有读数设备，读取投影方向的读数。,2）角度测量仪器的必要条件,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.2DJ6型光学经纬仪,经纬仪的代号：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ30等,“D”和“J”大地测量和经纬仪的汉语拼音第一个字母“6”和“2”仪器的精密度。一测回方向观测中误差不超过6和2,2）在工程测量过程中多使用：DJ2和DJ6,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.2.1DJ6型光学经纬仪的构造,3.2DJ6型光学经纬仪,DJ6型光学经纬仪由三大部分组成：照准部、水平度盘和基座,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.2.2DJ6型光学经纬仪的读数方法,3.2DJ6型光学经纬仪,DJ6型光学经纬仪读书装置分为：分微尺测微器和单平行玻璃测微器,估读到：0.1,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.3.1读数装置,3.3DJ2型光学经纬仪,打开水平度盘反光镜5。转动转像手轮10，至指示线（白线）水平。,1）水平读盘读数,2）竖直读盘读数,打开竖直度盘反光镜1。转动转像手轮10，至指示线（白线）竖直。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.1水平角测量原理,3.3.2读数方法,1）图(b)的读数：150。00+0155=150。0155,2）图(c)的读数：75。50+0716=75。5716,转动测微手轮8，使对径分划线重合，然后开始读数,显示10的整数倍,分值,测微尺,10的倍数,对径分划线,读数装置：对径符合数字读数设备,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,光学经纬仪和光电经纬仪,3.4电子经纬仪,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.5.1经纬仪的操作,1、对中目的：把仪器中心安置到过测站点的铅垂线上。要求：对中偏差应小于3mm。方法：垂球对中、光学对中。2、整平目的：使经纬仪的竖轴垂直，水平度盘水平。要求：在测角过程中，气泡偏离中心位置不能超出半格。方法：精确的整平是调节基座的三个脚螺旋。3、瞄准方法：先用望远镜筒上的粗瞄准器对准目标，再使用竖丝切准目标，注意消除视差。4、读数用度、分、秒表示观测结果,3.5水平角的测量,上节主要回顾,DJ6型光学经纬仪的构造,水平角测量原理,DJ6型光学经纬仪的读数方法,DJ2型光学经纬仪,经纬仪的操作,73,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.5.2水平角的测量方法,工程上常用的水平角测量方法有：测回法和全圆测回法,3.5水平角的测量,1)测回法,安置经纬仪与测站点O，进行对中整平令望远镜在盘左位置（竖盘在望远镜左侧）先瞄准A目标，读取水平度盘读数a，然后瞄准B目标,读取水平度盘读数b。角值=b-a，盘左位置所测角度称为上半测回。,盘左位置：,令望远镜在盘右位置（竖盘在望远镜右侧）先瞄准B目标，读取水平度盘读数a，然后瞄准A目标,读取水平度盘读数b。角值=a-b，盘左位置所测角度称为下半测回。,盘右位置：,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.5.2水平角的测量方法,3.5水平角的测量,限差要求：,上半测回与下半测回所测角值之差不得大于36,两个半测回合起来称为一测回，,取平均值作为最后结果：平=（+）/2。,各测回观测角之差称为测回差，测回差一般不大于24,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.5.2水平角的测量方法,3.5水平角的测量,2)全圆测回法,盘左位置：,盘右位置：,瞄准起始方向目标A读数，然后顺时针方向依次瞄准目标B、C，最后又瞄准A点称为归零。,两次瞄准A点的读数差称为归零差，归零差24。否则重测。,瞄准起始方向目标A读数，然后逆时针方向依次瞄准目标C、B，最后又瞄准A点并读数。,检查归零差是否超限（要求24）。否则重测。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.5水平角的测量,记录表格:盘左：从上到下；盘右：从下到上。,检查各测回归零方向值24。否则重测。,若某一测站的观测方向不多于3个，观测时可不做归零校核，此观测方法为方向观测,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,每图鉴赏,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.6.1竖直角测量原理,竖直角是在同一竖直平面内倾斜视线和水平实现之间的夹角，分为仰角（+）和俯角（-）。,3.6竖直角的测量,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.6.2竖直度盘和读数系统,1）调整竖盘指标水准管微动螺旋，使是水准管气泡居中，水准管轴水平。2）将光具轴4作为固定的指示线，当望远镜实现水平，气泡居中时，指示线所指的读数称为始读数。3）测读视线倾斜时的读数，即可求得竖直角。,3.6竖直角的测量,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.6.3竖直角的计算,竖直角计算法则：,3.6竖直角的测量,1）当物镜仰起时如读数增加,则=读数-始读数2）当物镜仰起时如读数减小,则=始读数-读数,1）盘左位置，初始角度为900,盘右位置，初始角度为27002）无论仰角、俯角则=大-小仰角取”+”俯角取“-”,简化计算法则：,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.6.4竖直角的观测,竖直角观测步骤：,3.6竖直角的测量,1）将经纬仪安置于测站A，对中整平后，用盘左位置瞄准目标B,以十字丝横丝切于目标预定的观测的高度。2）转动竖盘指示水准管微动螺旋，使水准管气泡居中，读取竖盘读数，计入手薄中。3）倒转望远镜,瞄准B点，调节气泡居中，读取读数，计入手薄。4）取盘左盘右地平均值，作为一测回的竖直角。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,经纬仪的几何轴线：,望远镜的视准轴CC横轴HH照准部水准管轴LL仪器的数轴VV,3.7经纬仪的检验和校正,经纬仪的各轴线应满足的条件：,照准部的水准管轴垂直于数轴，即LLVV。十字丝的竖丝垂直于横轴。视准轴垂直于横轴，即CCHH。横轴垂直于竖轴，即HHVV。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.7.1照准部的水准管轴垂直于数轴检验校正,1、检验：,1）整平仪器，转动照准部是水准管轴平行于两脚螺旋的连线。2）调节脚螺旋使气泡居中。3）照准部旋转180度。若气泡居中，则无需校正。,3.7经纬仪的检验和校正,2、校正：,转动180,拧脚螺旋,拨校正螺丝,气泡偏离,气泡向中央移动一半,气泡居中,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.7.2十字丝的竖丝垂直于横轴检验校正,1、检验：,整平仪器，用盘左盘右观测同一目标M，分别读取竖盘读数L和R。若指标差X=（L+R-360）的绝对值大于30，则需要校正。,3.7经纬仪的检验和校正,3.7.3视准轴垂直于横轴检验校正（盘左盘右可消除视准误差）,3.7.4横轴垂直于竖轴检验校正（由有经验的检修人员，在室内进行）,3.7.5竖盘水准管检验校正,1）利用=（左+右）/2,计算正确读数。2）利用正确读数，调整竖盘指标水准管微动螺旋，调整水准管校正螺丝，使气泡水平。,2、校正：,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.8经纬仪测量的误差及其消减方法,3.8.1水平角测量误差,度盘刻划误差采用度盘不同位置进行观测度盘偏心差视准轴不垂直与横轴利用盘左盘右取平均值消除横轴不垂直于数轴,3.8.1.1仪器误差消减方法,上节主要回顾,DJ6型光学经纬仪的构造,水平角测量原理,DJ6型光学经纬仪的读数方法,DJ2型光学经纬仪,经纬仪的操作,87,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.8经纬仪测量的误差及其消减方法,3.8.1水平角测量误差,对中误差整平误差目标偏心误差,3.8.1.2观测误差,照准误差读数误差,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.8经纬仪测量的误差及其消减方法,3.8.1水平角测量误差,大气密度、大气透明度的影响目标相位差、旁折光的影响温度湿度对仪器的影响,3.8.1.3外界环境的影响,消除减少误差方法,1)认真安置仪器，对中准确2)多测回测量3)盘左盘右观测4)精确整平仪器。一测回不平重测5)看清目标，瞄准准确6)认真读数7)好天气，避烈日8)认真检查9)认真设点位，目标好,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.8经纬仪测量的误差及其消减方法,3.8.2竖直角测量误差,度盘刻划误差度盘偏心差采用对向观测取平均值消除（由A观测B，由B观测A）竖盘指标差盘左盘右观测取平均值,1.仪器误差,照准误差读数误差竖盘指标水准管整平误差,2.观测误差,垂直折光,3.外界条件的影响,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,3.8经纬仪测量的误差及其消减方法,消除减少误差方法,1)认真安置仪器，对中准确2)多测回测量3)盘左盘右观测4)精确整平仪器。一测回不平重测5)看清目标，瞄准准确6)认真读数7)好天气，避烈日8)认真检查9)认真设点位，目标好,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,第四章距离测量及直线定向,4.1钢卷尺量距,4.2视距测量,4.3电磁波测距,4.4直线定向,92,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.1钢卷尺量距,4.1.1钢卷尺量距的工具,钢卷尺量距的工具有：钢卷尺、花杆和测钎,距离测量：是指两点间的水平距离或倾斜距离。距离测量的方法主要有：钢卷尺量距、视距测量、电磁波测距和GPS测量等。,端点尺：尺子的端点为零点。刻划尺：以尺子端部某一位置为零点。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.1钢卷尺量距,4.1.2丈量距离的一般方法,4.1.2.1在平坦地面上丈量水平距离,AB两点间的距离公式：DAB=nl+q,式中：n尺段数l整尺长度q不足一整尺的余长,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.1钢卷尺量距,4.1.2.1在平坦地面上丈量水平距离,较差：往测和返测只差称为较差。相对误差K：较差与往返测量长度的平均值之比。,限差要求：,K1/3000,一般：K1/2000,特殊的山地地区也1/1000,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.1钢卷尺量距,4.1.2.2在倾斜地面上丈量水平距离,1.平量法适用于坡度不大，利用垂球标出端点。2.斜量法适用于地面坡度较均匀先量出倾斜距离L和倾斜角。然后计算D=Lcos。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.1钢卷尺量距,4.1.3丈量距离的精密方法,一般丈量方法的精度（相对误差）：1/1000至1/4000,小三角测量中的基线丈量施工放样中有些部位的测设,以小三角测量中的基线丈量为例，介绍精密测量方法：,精度要求（相对误差）：1/1万至1/4万,丈量主要步骤：,1.经纬仪定线2.水准仪测定桩间高差3.用检定过的钢尺测量相邻桩之间的距离（利用弹簧秤施以检定时相同的拉力，每尺段读三次，记录温度，及时返测）4.通过尺长改正、温度改正和倾斜改正算出水平距离，完成成果整理,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.1钢卷尺量距,4.1.3.4成果整理,1、尺长改正,将使用的钢尺在一定温度和拉力下与标准尺比较，设标准尺子的实际长度为l,名义长度是l0，则钢尺的尺长修正数为：,l=l-l0,2、温度改正,设钢卷尺在检定时的温度为t0，丈量时的温度为t,则一个尺段温度修正数为：,lt=(t-t0)l,其中：为钢卷尺的膨胀系数，一般为0.000012/1oC，l为尺段的长度。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.1钢卷尺量距,4.1.3.4成果整理,设一尺段两端的高差为h，量得的倾斜长度为l，将倾斜长度化为水平长度d,应加的改正数lh为：,lh=-h2/2l,3、温度改正,h,l,d,经过三项改正后的水平距离应为:,l=l0+l+lt+lh,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.1钢卷尺量距,4.1.4钢卷尺的检定与尺长,尺长方程式的一般形式：,式中：lt温度为t时钢尺实际长度；l0钢尺名义长度；l钢尺尺长改正数；,钢尺膨胀系数；t0钢尺检定时温度；t量距时温度。,例：一盘送检的30m钢尺，在拉力为100N时的尺长方程式为：,L=30m+8.23mm+0.36mm(t-20oC),水平：,S=30m+4.63mm+0.36mm(t-20oC),悬链：,式中：L和S为钢尺的水平和悬链时的实际长度，等号右侧第二项为尺长改正数，第三项为温度改正数，0.36mm为尺长30m温差1oC的改正数。,在丈量过程中应施以检定时同样的力，并测量丈量时候的温度，进行尺长修正,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.1钢卷尺量距,尺子两端支撑在桩顶而中间悬空时（悬链状态）零尺段尺长改正值：,设L和H分别是水平状态和垂直状态的尺长改正值，其关系如下：,S-L=-L3/24K2,K=H/W,式中：H为水平拉力，W为钢尺单位长度的重力，L为水平状态尺长改正后的长度（不包含温度改正）,S30-L30=-L303/24K2,整尺段30m有：,Sq-Lq=-Lq3/24K2,零尺段q有：,消去24K2，经整理零尺段的改正数为：,Sq=Lq3/L303S(S30-L30)+Lq,如不是整尺段，对于水平状态的零尺段按比例计算改正值。,课本实例P58,课本实例P59,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.1钢卷尺量距,4.1.5距离测量的误差及其消减办法,5.定线误差,1.尺长误差,2.温度变化误差,3.拉力误差,4.钢尺不水平的误差,6.风力影响,7.使用测钎和垂球是产生的误差,一般测量高差应小于0.3m，精确测量，需进行倾斜改正,利用弹簧秤保证用力与检定过程中设定的拉力相同,一般测量各测段偏移小于0.3m，精确测量，需利用经纬仪进行定向,风速较大不易进行测量,使用前对钢尺进行检定，使用时加入尺长改正。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.2视距测量,视距测量：利用经纬仪同时测量测站点至观测点之间的水平距离和高差的一种方法。（低精度测量使用）,1.望远镜视线水平时,测点A至立尺点B的水平距离：D=Kl+C,4.2.1视距测量的原理,A,B点高差为：h=i-S,其中:l为视距间隔，i为仪器高，S中丝对应的视距尺的读数。,GM=l为视距间隔，FO=f为物镜焦距，gm=p，为十字丝分划板上两视距丝的间距,D=f/p*l+(f+),设f/p=K为视距乘常数（设计时，长取值为100），f+=C为视距加常数（设计时，是C值接近），此时有,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.2视距测量,2.望远镜视线倾斜时,测点A至立尺点B的水平距离：D=Klcos2,A,B点高差为：h=h+i-S,其中:K为视距乘常数，为倾斜角，l为视距间隔，i为仪器高，S中丝对应的视距尺的读数，h经纬仪的横轴到观测点Q的高差（初算高差）。,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.2视距测量,1.经纬仪安置、对中和整平2.量取仪器高i3.望远镜瞄准目标，分别读取上下视距丝和中丝读数S，得到视距间隔l4.望远镜位置不变，读取竖盘读数，转换为竖直角5.根据测得的i,S,l和，计算水平距离D和高差h,4.2.2视距测量的方法,视线水平：D=Kl+Ch=i-S,视线倾斜：D=Klcos2h=h+i-S,i,S,l和,？,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.2视距测量,4.2.3视距测量的误差,1.仪器误差,1）视距常数KK值进行检定2）竖直度盘指标差取盘左、盘右观测值得平均来消除,2.观测误差和外界影响,1）视距尺不垂直2）风沙和雾气仪器读数不准确3）空气密度不同产生垂直折光差上丝读数最好离地面0.3m以上4）视距丝宽度影响缩短视距来补偿,4.1钢卷尺量距,4.2视距测量,4.3电磁波测距,本节内容,4.3电磁波测距,107,上节主要回顾,成果整理-尺长修正,丈量距离的精密方法,钢卷尺的检定与尺长,整尺段修正,零尺段修正,视距测量-水平,视距测量-倾斜,108,电磁波测距仪分为三种：,电磁波测距：是指利用光波和微波作为载波以测量两点之间的距离。,微波测距仪用微波段的无线电波作为载波,激光测距仪用激光作为载波,红外测距仪用红外光作为载波,中短程测距(测程15KM以内),红外测距仪：采用砷化镓（GaAs）发光二极管作光源，体积小、重量轻、功耗小。,电磁波测距具有：测程长、精度高、方便快捷，不受地形的限制。,4.3电磁波测距,109,红外光电测距仪原理：,通过测定电磁波在测线两端往反传播的时间进行测距的方法。,式中c为电磁波在大气中的传播速度,4.3电磁波测距,110,红外光电测距仪原理：,若D为500m，t仅为1/30万s。,光电测距仪：脉冲式相位式,4.3电磁波测距,111,相位法测距原理：,反光镜,把”距离与时间关系”转化为”距离与相位关系”,4.3电磁波测距,112,相位法测距的基本公式：,其中：N为整尺段数，不足一尺段的零数,LS相当于钢尺的整个尺长，称为”光尺”,测距仪的测相装置只能测出0-2的相位变化.,无法确定相位的整数周期数。,4.3电磁波测距,113,相位法测距中N无法测定，如何解决测距问题？,相位法测距的基本公式：,测距仪的测相装置只能测出0-2的相位变化,设定适合的光尺，使的测距控制在一个光尺范围内,4.3电磁波测距,114,光尺设定练习,1、频率f1=150MHz,LS1=?,f2=75kHz,LS2=?2、当分辩率为1/1000时，LS1,LS2测距精度为多少？3、1845.321m测程测距仪如何选定频率？,f1=150MHz,LS1=1m,测距精度1mmf2=75kHz,LS2=2000m，分辩测距精度率2m粗测距184精测距5.421仪器测距1845.421m,相位法测距的应用公式：,4.3电磁波测距,115,1、频率f1=30MHz,LS1=?,f2=30kHz,LS2=?2、当分辩率为1/5000时，LS1,LS2测距精度为多少？3、3683.893m测程测距仪如何选定频率？,f1=30MHz,LS1=5m,测距精度1mmf2=30kHz,LS2=5000m，分辩测距精度率1m粗测距184精测距5.421仪器测距1845.421m,4.3电磁波测距,116,4.2.2红外测距仪的介绍,ND3000型DI1000型,一般测量，采用两个调制频率的光尺分别测定小数和大数。对于测程较长的中程和远程光电测距仪，一般采用三个以上调制频率。,4.3电磁波测距,117,4.2.3光电测距误差分析,仪器对中误差（小于2mm）精细操作,使用校正过的对中器测相误差：加常数误差定期检测，及时重设加常数,2.比例误差(与测量距离成正比),光速值误差仅为0.004mm/km，可忽略不计大气折射率误差选择温差小，有微风的阴天进行调制频率的影响定期检定，按比例改正数对测距进行改正,1.固定误差(与测量距离无关),数字测向系统误差,多次测量取平均,信噪比误差,4.3电磁波测距,118,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.4直线定向,4.4.1标准方向,直线定向中常用到的标准方向：真子午线、磁子午线和坐标纵轴。,通过地面上某点，指向地球南北极的方向线。,直线定向：确定一条直线的方向称为直线定向。,1.真子午线：,磁针在地球磁场作用下，自由静止时所指的方向，即为磁子午线方向。(东偏为正，西偏为负),2.磁子午线：,高斯-克吕格平面直角坐标的坐标纵轴作为标准方向。,3.坐标纵轴：,港口航道与近海工程研究所InstituteofPortChannelandCoastEngineering,4.4直线定向,4.4.2直线方向的表示方法,方位角定义：,由直线一段的子午线北端开始顺时针方向至该直线的水平角。,o,子午线,N,S,真方位角以真子午线为标准方向,磁方位角以磁子午线为标准方向,正方位角以直线前进方向测得的方位角,反方位角反之,坐标方位角定义：,从坐标纵轴的北端开始顺时针方向至该直线的