工程测量5课件

第五章测距与直线定向，土木与水利工程学院，章目，测距仪全站仪的直线定向，引言，测距实质：两点之间的距离为两点之间的水平直线距离，即两点投影在水平面上的距离。 如果要测量“斜率距离”(slopedistance )，则必须将其转换为水平距离。 距离测量方法：钢尺距离、视距测量、电磁波测量、三角测量法、卫星测量等。 此外，钢尺度距离(tapingDM ) :以钢尺度沿着地面直接测量距离的电磁波测距(EDM):通过由设备接收电磁波并测量电磁波在被测量距离中往返的时间而计算距离的视距测量(Stadia ) :是利用奥德门或水平仪望远镜中的视距线和视距标度以几何光学原理进行测距的三角测量(triangulation )法，由间接测距：三角学原理间接地测量距离。 卫星测距：利用GPS定位装置测量两点之间的距离。 引言，5.1钢尺距，1 .基本工具：钢尺钢尺为钢制带状尺，尺宽约1015mm，厚约0.4mm，长20m、30m、50m等几种。 钢制的尺子有卷绕在圆盘状的尺子盒上的，也有卷绕在金属制的尺子架上的。 钢尺的基本区分是毫米，每厘米，每厘米，每米印刷数字评论。 根据零点的位置，钢尺有端点尺和划线尺两种。 端点尺寸以尺寸的最外端为尺寸的零点的刻线尺寸以尺寸前端的刻线为尺寸的零点。 钢尺规的辅助工具：测量杆(测量杆)垂直球(plumbbob )精密规格时，需要弹簧秤温度计。 钢尺的使用注意事项和保养：质量脆，易断裂，防止扭曲，防止折断，防止压迫。 使用后擦拭或擦拭，用油防锈。 基本工具：瓦尺寸为镍铁合金，形状为线状，直径1.5mm，长度24m，尺寸无分隔符和数字注记。 尺寸的两端各有一根三角形的分隔尺寸，长度为8cm，其上的分隔最小为1mm。 瓦基准尺寸由4根主尺寸和1根8m或4m长的辅助尺寸构成。 瓦尺因温度变化引起的尺寸伸缩变化小，测定距离的精度高，可以达到1/1000000，用于精密的测定距离，但测定距离非常复杂，经常用于要求精度的基线的测量。 条件：两点之间的距离大于钢尺长度或地面起伏大，需要分段(breaking )测量。 要求：段点位于同一条直线上。 直线：将线段点放置在直线上的任务。 (距离长或起伏大)方法： (1)眼睛估计直线(眼睛估计直线):人眼两点的原理。 适用于尺子的一般距离。 (2)经纬仪直线线性：精度高。 钢尺精密距离。 2、将直线线性、a、b两点相互通视，在a、b两点的直线上显示分隔点1、2点。 首先，在a、b点立标识棒，在a点的标识棒后约立1米，在a点从标识棒的同一侧到a、2、b的三根标识棒成为一条线，指挥b的左右移动。 另外，设定经纬仪的线性，相互通视a、b两点，将经纬仪放置在a点，用望远镜的纵线瞄准b点，停止照明部，上下旋转望远镜，指挥两点之间的某一点的助手，左右移动，直到指示棒被纵线二等分。 为了减小对准误差，精密线性化时，可以用更细直径的测量棒或垂线代替。经纬仪的线性有两种方法取决于距离精度：尺的一般距离：尺的精密距离：直尺的距离因地形而异：水平距离法的倾斜距离法，3，距离法，(1. )尺的一般距离尺的距离，测量作业一般由两人进行。 在平坦的地区，测量距离的精度不高，直接沿地面测量钢尺，不修正温度，不用弹簧控制张力。 (2. )测量高低不平，采用水平钢尺法。 测量时抬起钢尺使其平整，端点位置一般用垂直球朝向地面。 要求：往复测量、再测量线、测量距离精度用相对误差表示：一般地区k为1/3000以下，测量距离困难地区为1/1000以下。精度满足要求后，往复观测距离的平均值作为最终测量结果。 例如，AB的去测距离162.78米，去测距离162.73米，相对误差：钢尺一般量为检定，(3. )要求精密量距离-串尺法量距离，量距离精度为1/10000以上的情况。 方法：第一步骤3360经过经过经过经过线性测量的阶段钉子线性，大体上，第二步骤3360经过经过经过经过经过线性测量的距离标记的第三步骤3360距离： 5人一组，控制弹簧的拉伸力(在30米钢尺上施加100N的力)，温度计测量温度。 读取值为0.5mm，读取值为1段3次，距离误差小于3mm，取平均值。 第四步骤：水平仪测量尺寸段桩的高度。 往复测量。 第五步骤：往复测量第六步骤：成果整理，表5-1精密量距离记录计算表，1，尺长修正：4，钢尺精密量距离：成果整理，钢尺的名义长度l0，标准温度，用标准张力检测的实际长度，尺长修正数：2，温度修正： 钢尺的膨胀系数=0.0000125m/10C，3，倾斜修正：1尺段用3个项目修正的水平距离：表示精密距离的成果，5 .钢尺检定，目的：求出钢尺两端点的刻划间的实际长度。 方法：用钢尺测量正确的标准长度，求钢尺长度修正数。 该检定场又称“比尺场”。 做法：“比尺场”是理想的矮小场所，嵌有尺级标志。 用精密距离测定检定的钢尺，测定该标准距离l。 通过整理测距结果，得到该钢尺的尺长方程。 5.1.6钢尺距离的误差分析，影响钢尺距离精度的因素很多，主要有线性误差、尺长误差、温度测量误差、钢尺倾斜误差、拉伸不均误差、钢尺对准误差、读取误差等。 当前分析了各误差对距离的影响，要求各误差对测距的影响在1/30000以内。 l=30m米，要求为=0.12m米。 一般的视线可以达到这个精度。 6 .标尺距离误差分析，(1)线性误差：6 .标尺距离误差分析，标尺名称长度与实际长度之差对标尺长度误差的影响随距离的增加而增加。 高精度测量距离时，加上尺寸的长度进行修正，要求尺寸检测误差小于1mm。 (2)、尺寸误差、(3)、温度误差，根据钢尺温度的改正式，温度变化30c时引起的距离误差为1/30000。 一般测量时的温度计表示空气的周围温度，不是尺寸本身的温度。 日光照射下，水垢温度和环境温度可以不同50C，距离误差大于1/30000。 因此，测量距离应在阴天进行，用半导体温度计测量水垢本身的温度。 6 .钢尺距离误差分析，钢尺有弹性，伸长率大。 当钢尺弹性模量为E=2106kg/cm2、钢尺的截面积A=0.04cm2、钢尺的拉伸误差为p、钩定律、钢尺的拉伸误差为P=3kg、l=30m时，测量距离误差为1mm。 在精密距离上应用弹簧来控制张力。 (4)、拉力的修正、6 .钢尺距离的误差分析、精密距离时，可以用普通水平仪测量台阶。 在正常距离处，统计上，标度级别估计有50的斜率。 在l=30m (水平)时，相当于0.44m的台阶误差，应变计误差为3mm。 (5)、尺寸的倾斜误差、台阶的大小和测量误差会影响测距精度。 对于30m长的钢尺，段差为1m，段差误差为5mm时，发生的测距误差为：钢尺倾斜，距离测量值增大：6 .钢尺距离的误差分析，钢尺点误差，测量钎焊误差，垂直球点误差，读取误差。 是主要误差源，总之，一般和精密距离时的线性误差、尺长误差、温度测量误差、钢尺倾斜误差、拉伸不均匀误差可忽略不计。 钢尺点误差、测量钎焊误差、垂直球点误差、读取误差是主要误差源。 (6) .尺寸的位置和读取误差、2视距测量、一、视距测量的概念：利用望远镜的视距线和视距尺寸，同时测量2点间的水平距离和台阶的方法。适用于视距线、视距尺寸、普通视距测量精度：1/2001/300、地形测量等。 精密视距测量精度：1/2000。 优点：测量速度快，不受地形限制。 不足：精度低，距离相对误差一般约为1/300，台阶一般为米级。 用途：主要用于破碎部位的测量。 (地形点的距离和高低差)。1、视线水平时，l_上下的线的间隔(视距间隔) (l=m-n)i_设备的高度S_处的线的读取、2、视距测定原理：视线水平时的视距测定式：f1 为固定值，d 与l有什么关系？ 重要的是，通过导出d与l之间的关系，如上图所示：p，12222222222222222222222652 (1) .当观看距离表达式： (2) .级差表达式3360，h，2 .当观看距离倾斜时，(2) .级差表达式： (1) .观看距离表达式：级差主值3360，DP 视距计：，5.3电磁波测距计的标尺距离缺点：劳动强度大，工作效率低，精度一般达到1/1000-1/5000。 视距测量缺点：精度低，一般达到1/200-1/300。 20世纪60年代，随着激光技术和电子技术的发展，利用电磁波作为载波，在其上调制测距信号间接测量了两点间的距离电磁波测距(electro-magneticconstancemeasurement，简称EDM )。 电磁波测距的优点：距离远、精度高、操作简单、作业速度快、劳动强度低、几乎不受地形制约等，可配合电子记录手册自动记录、记忆、输出测量结果。 1948年，瑞典AGA公司(现在更名为Geotronics公司)开发了世界首台电磁波测距仪。 采用白炽灯发出的光作为载体，应用了大量的电子管元件。 机器相当重，耗电量也很大。 为了避免白天的太阳光对测距信号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算也很复杂。 1960年世界首次开发红宝石激光和氦氖激光，1962年成功开发了砷化镓半导体激光。 与白炽灯相比，激光的优点在于发散角小，大气透过力强，传输距离远，不受白天太阳光的干扰，几乎可以全天工作。 1967年AGA公司发布了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。 该装置采用5mw的氦-氖激光器作为发光元件，白天的测量距离为40km，夜间的测量距离为60km，测距精度(5mm 1ppm )，主体重量为23kg。 我国武汉地震大队也于1969年研制出JCY-1型激光测距仪，1974年研制出JCY-2型激光测距仪。 该装置采用2.5mw的氦氖激光器作为发光元件，白天的测量距离为20km，测距精度(5mm 1ppm )，主体重量为16.3kg。 瑞典AGA公司生产的AGA-8激光测距仪可以用5mw氦氖激光在白天测量40km、夜间测量60km精度：5mm 1ppm，随着半导体技术的发展，从60年代末70年代初开始，以砷化镓发光二极管为发光元件的红外线测距仪就在世界上流行与激光测距仪相比，红外测距仪具有体积小、重量轻、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。 由于红外光的发散角大于激光，因此红外测距仪的测量距离一般在15km以下。 另外，t2di10、1968年Wild上市的最初的红外线测距仪、Wild生产的微波测距仪、电磁波测距仪使用普通的光源后，并用激光、红外线、电波。 目前，测距仪、电子经纬仪和计算机硬件和软件相结合制造，形成的全站仪和利用自动化、智能化、蓝牙技术实现测量数据的无线传输测量机器人已在生产中应用。 1、按测距： 15km远程测距仪2，按测精度： I级： mD10mm3，按载波：微波测距仪光电测距仪(激光和红外线)，测距仪的分类，另一方面，电磁波测距的基本原理，电磁波用作载波，在其上调制测距信号以测量两点距离。 设电磁波在测量线的两端往复的时间为t，则可求出的2点间的距离d。，a，b，d，1，脉冲法测距：测定发送目标脉冲往复被测距离的时间，计算距离。 时钟的振荡频率f0、周期T0=1/f0计数器的时钟数q、光脉冲往返传播时间t2D=qT0问题电子计数器只能存储整数时钟数。 相位测量系统、发送系统、接收系统、发送、接收、接收、一、相位法测距原理、2、相位式测距、相位式测距原理将调制信号作为正弦信号，包含2的整数倍N2和小于2的小数部分(7)、(6)、(3: )，代替相位式测距原理而使用3360“光测量”、“电子测量”、(8) 将式子改写为：相位式测距器用长度Ls的“测量尺”测量距离，在n个整尺级加上Ls不足1个的长度作为测量距离。 结合多个“尺”实现测距技术过程。 精密测量设计尺、粗测尺、测距。相位式测距原理、调制频率与测距长度的关系：，测距精度： 1000分之1，2，测距仪的工作原理和工作过程，3，测距边长校正计算，1 .气象校正：大气折射率ng是载波波长、大气温度、大气压力、大气湿度的函数。 仪器设计时发射光源的波长是确定的。 然后决定标准温度、标准气压和湿度，得到标准条件下的折射率。 实际测量时的气温、气压、湿度与标准条件不同，实际测量时需要测量线上的温度、湿度、气压，对测量的距离进行气象修正。 2 .修正设备常数；常数(R):的振荡频率偏移到常数(K):的设备和反射镜(中心不重叠，相位延迟)的振荡频率，并且影响测量长度。 3 .倾斜修正：现代测距仪(全站仪)可以进行修正数的预设，测量时不需要自动修正和计算。 测距仪的标称精度：5.4全站仪及其使用，1 .功能概述：电子全站仪(速度计)集自动测角、测距、测量为一体，实现自动获取、显示、存储、传输、处理测量数据的三维测量系统。 另外，电子全站仪由电子经纬仪、电磁波测距仪、微处理器、电源装置和反射棱镜等构成。 全站仪的主要品牌有NTS、Topcon、SOKKIA、Pentax、Nikon、Leica、Zeiss、Trimle。 全站仪的结构原理图，2 .全站仪的结构特征，1 )三轴相同，2 .全站仪的结构特征，2 )键盘输入画面显示，3 )数据存储和通信存储在3000多个观测数据的内部存储器，外接存储卡，例如CF卡或SD卡。 RS-232C标准接口或USB接口可与计算机进行双向数据通信并连接到自动绘图仪。 4 )设备误差和气象条件的自动修正输入双轴补偿装置和垂直盘自动归零补偿装置相应的气象数据、棱镜常数，自动修正测量的距离。 5 )无棱镜测距、电子气泡、激光光斑。 3、全站仪的功能、角度测距坐标和海拔测量特殊测量功能