距离测量与三角高程测量参考幻灯片

1、1,第四章 距离测量三角高程测量,第一节 卷尺量距 第二节 视距测量 第三节 电磁波测距 第四节 三角高程测量 第五节 全站仪及其使用 本 章 小 结,exit,2,第五章 距离测量与三角高程测量,第一节 卷尺量距,一、地面上点的标志 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，如下图a)所示,3,在点上竖立的观测标志,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，如下图b)所示,4,第一节 卷尺量距,二、丈量工具 通常使用的量距工具为钢尺、皮尺、竹尺和测绳，还有测钎、标杆和

2、垂球等辅助工具,端点尺,刻线尺,5,第一节 卷尺量距,三、直线定线,6,第一节 卷尺量距,四、丈量方法（往返丈量,距离用下式计算：D=nl+l 式中：l整尺段的长度； n丈量的整尺段数； l零尺段长度,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,7,第一节 卷尺量距,五、距离丈量的注意事项 1影响量距成果的 主要因素 (1)尺身不平。 (2)定线不直。 (3)拉力不均。 (4)对点和投点不准。 (5)丈量中常出现的错误,2注意事项 (1)距离丈量的三个基本要求是：“直、平、准”。 (2)丈量时尺身要置水平，尺要拉紧。 (3)钢尺在拉出和收卷时，要避免钢尺

3、打卷。 (4)尺子用过后，要用软布擦干净后,8,第二节 视距测量,一、视距测量公式,视距丝 装 置,9,二、视距测量的原理,一）视距测量原理 1视准轴水平时的视距测 量原理 由下图所示，为尺间隔,p为视距丝间距,f为物镜焦距,为物镜到仪器中心的距离。由图可知mnF与 MNF相似 即得 而 S=FQ+f+ 令 S = K + c,第二节 视距测量,10,2视准轴倾斜时的视距测量原理 如左图所示。由于标尺竖在B点,它与视线不垂直,故不能用视线水平时的公式计算距离。设想将标尺绕G点旋转一个角度(等于视线的倾角),则视线与视距标尺的尺面垂直。于是,即用视线水平时的公式计算距离S,即 S=K 式中的MN

4、=K 又无法测得。但由左图可以看出MN= MN存在着一定的关系,即 MGM=NGN= MMG=90+/2 NNG =90-/2 式中/2=1711.3“（书117页），角值很小,故可近似地将MMG和NNG看成直角。 于是 MG=MGCOS 即 cos NG=NGCOS 即 cos 得 S=S COS,二、视距测量的原理,第二节 视距测量,11,第二节 视距测量,1）在测站 A 安置经纬仪，量取仪器高 i，在测点 B 竖立视距尺,2）照准视距尺，用上下视距丝分别在尺上读取读数，算出视距间隔 l（l =下丝读数-上丝读数）。也可先将中丝对准仪器高读竖直角，然后把上丝对准邻近整数刻划后直接读取视距间

5、隔,三、观测与计算方法,12,二、观测与计算方法,第二节 视距测量,3）转动竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数，算出竖直角。对有竖盘指标自动归零装置的仪器，应打开自动归零装置后再读数； （4）根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程,视距测量 （动 画,13,一、电磁波测距仪的分类 电磁波测距的仪器按其所采用的载波可分为: 1.用微波段的无线电波作为载波的微波测距仪； 2. 用激光作为载波的激光测距仪； 3.用红外光作为载波的红外光测距仪(通称红外测 距仪)。 后两者又总称为光电测距仪。微波测距仪和激光测距仪多用于长程测距,测程可达数十公里,一般用于大地测量。红

6、外测距仪用于中、短程测距,一般用于小地区控制测量、地形测量、房地产测量和建筑施工测量,第三节 电磁波测距,14,二、光电测距仪的测距原理 光电测距的基本原理是利用已知光速C,测定它在两点间的传播时间t,以计算距离。如下图所示,欲测定A,B两点间的距离时,将一台发射和接收光波的测距仪主机放在一端A点,另一端点B放反射棱镜,则其距离S可按下式计算: S=C t /2,第三节 电磁波测距,15,二、光电测距仪的测距原理 光在真空中的传播速度(光速)为一个重要的物理量,通过近代的科学实验,迄今所知的光速的精确数值为C=2997924581.2m/s。 现在要测量5厘米的长度,需要多少时间, 5厘米是一

7、微小量,可对S=C t /2 进行微分, 得: ds=cdt/2dt=2ds/2 同学位算一下dt=？ 目前最先进的电子脉冲计数,能精确测定到 10-8s,第三节 电磁波测距,16,二、光电测距仪的测距原理 为了进一步提高光电测距的精度,必须采用精度更高的间接测时手段相位法测时,据此测定距离称为相位式测距。 相位式光电测距的原理为:采用周期为T的高频电振荡对测距仪的发射光源进行连续的振幅调制，使光强随电振荡的频率周期地明暗变化(每周相位的变化为02),如下图所示,第三节 电磁波测距,调制光波(调制信号)在待测距离上往返传播，使在同一瞬时发射光与接收光产生相位移(相位差)，根据相位差间接计算出传

8、播时间,从而计算距离,17,二、光电测距仪的测距原理 设调制信号的频率为f(每秒振荡次数),则其周期T=1/f(每振荡一次的时间(s),则调制光的波长为 =CT= C/ f C=f = /T 调制光波在往返传播时间内,调制信号的相位变化了N个整周(NT)及不足一个整周的尾数T,即 t=NT+T 由于一个周期中相位差的变化为2,不足一整周的相位差尾数为,因此 T= T t=T ( N + ) 这样得到相位式光电测距的基本公式,第三节 电磁波测距,18,二、光电测距仪的测距原理 由此可见,相位式光电测距的原理和钢卷尺量距相仿， 相当于用一支长度为/2的“光尺”来丈量距离，N为“整尺 段数” ， (

9、/2)( /2)为小于一整“光尺的“余长,第三节 电磁波测距,在测距仪的构件中,用相位计按相位比较的方法只能测定往返调制光波相位差的尾数 ,而无法测定整周数N,因此, 只有当待测距离小于光尺长度时,才能有确定的数值。另外,用相位计一般也只能测定4位有效数值。因而在相位式测距仪中有两种调制频率、两种光尺长度。如f1=15kHz。 1 / 2=10m(称为精尺),可以测定距离尾数的米、分米、厘米、毫米数;f2=150kHz, 2/ =1000m(称为粗尺)可以定百米、十米、米数。这两种尺子联合使用,可以测定1km以内的距离值,19,当地形高低起伏、两点间高差较大而不便于进行水准测量时,可以用三角高

10、程测量的方法测定两点间的高差和点的高程。进行三角高程测量时,应测定两点间的平距或斜距以及垂直角,这是距离测量与角度测量的结合,第四节 三角高程测量,20,一）三角高程测量的计算公式 如左图所示,已知A点的高程 为HA,欲测定B点的高程HB。 置经纬仪于A点,用卷尺量取 仪器高I (地面点至经纬仪横 轴的高度),在B点安置觇牌,量取目标高v(地面点至觇牌中心或觇牌横轴的高度),测定垂直角,第四节 三角高程测量,如果已经测定A,B两点间的水平距离D,则A,B两点的高差计算公式为 ： hAB=Dtan+i-v hAB=SSIN+i-v,21,第四节 三角高程测量,hAB=Dtan+i-v hAB=S

11、SIN+i-v 以上三角高程测量公式中,设大地水准面和通过A,B点的水平面为互相平行的平面,对于距离较近(如200m以内)的两点,还可以认为是这样的。对于较长的距离,则水准面及大地水准面均是曲面这一点不容忽视,在2-3中已介绍了水准面曲率对高差测量的影响。因此,对于长距离三角高程测量,应进行地球曲率影响的改正,简称球差改正(f1),如左图所示。 f1=h,式中,R为平均地求曲率半径,取R=6371km。由于地球曲率影响总是使测得的高差小于实际的高差,因此,球差改正f1恒为正值,22,另外,由于围绕地球的大气层受重力影响,低层空气的密度大于高层空气的密度,观测垂直角时的视线穿过密度不均匀的介质,

12、成为一条向上凸的曲线(称为大气垂直折光),使视线的切线方向向上抬高,测得垂直角偏大,。因此,还应进行大气折光影响的改正,简称气差改正f2, f2恒为负值。 大气垂直折光视线使视线成为曲率大约为地球表面曲率的1/k倍的圆曲线(称为大气垂直折光系数),因此,得到气差改正的计算公式: f2 = - K 球差改正和气差改正合在一起,为气差改正(f): f= f1+f2=(1 K） 大气垂直折光系数k随时间,日照,气温,气压,视线高度和地面情况等因素而改变,一般取其平均值,令k=0.14。在表5-8中,列出水平距离D=100200m的两差改正值f。由于f1 f2,故f恒为正值。 hAB=Dtan+i-v

13、+f hAB=SSIN+i-v+f,第四节 三角高程测量,23,第五节 全站仪及其使用,1. 全站型电子速测仪简称全站仪，它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器,2. 全站仪的结构原理,3.全站仪影像图,24,第四节 全站仪及其使用,按POWER或ON键，开机后仪器进行自检，自检结束后进入测量状态。有的全站仪自检结束后须设置水平度盘与竖盘指标，设置水平度盘指标的方法是旋转照准部，听到鸣响即设置完成；设置竖盘指标的方法是纵转望远镜，听到鸣响即设置完成。设置完成后显示窗才能显示水平度盘与竖直度盘的读数,全站仪

14、的基本操作方法,1. 测前的准备工作,1）安置仪器,将全站仪连接到三脚架上，对中并整平。多数全站仪有双轴补偿功能，所以仪器整平后，在观测过程中，既使气泡稍有偏离，对观测也无影响,2）开机,25,第四节 全站仪及其使用,3）量仪器高、棱镜高并输入全站仪,2. 全站仪的基本操作与使用方法,1）水平角测量,1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A,2）设置A方向的水平度盘读数为00000,3）照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角,2）距离测量,1）设置棱镜常数,2）设置大气改正值或气温、气压值,26,第五节 全站仪及其使用,6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标,4）距离测量,照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差,3）坐标测量,1）设定测站点的三维坐标,2）设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角,3）设置棱镜常数,4）设置大气改正值或气温、气压值,5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪,27,本 章 小 结,一、钢尺量距方法,1. 丈量方法：标定点位直线定线往返丈量水平距离,2. 成果处理,往返丈量较差： =D往-D返,平均距离：平= （往返）相对误差： K,二、视距测量,1.视距测量原理 2.视距测量的方法 3.视