第五章距离测量与三角高程测量

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第五章第五章 距离测量与三角高程测量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。 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。第一节第一节 卷尺量距卷尺量距 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

2、钎、标杆和垂球等辅助工具。 端点尺刻线尺第一节第一节 卷卷尺量距尺量距三、直线定线 1. 两点间定线两点间定线2. 两点间互不通视定线两点间互不通视定线2. 在倾斜地面丈量在倾斜地面丈量第一节第一节 卷卷尺量距尺量距四、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。 往返丈量较差往返丈量较差 D = D往往- -D返返距离平均值距离平均值 D平平= （D往往+ +D返返）相对误差相对误差 K=DD /1平211. 在平坦地面丈量在平坦地面丈量第一节第一节 卷卷尺量距尺量距五、距离丈量的注意事项 1影响量距成果的 主要因素 (1)尺身

3、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，要避免钢尺打卷。 (4)尺子用过后，要用软布擦干净后。 第二节第二节 视距测量视距测量一、视距测量公式-+viDhklDtancos2视距丝 装 置二、视距测量的原理二、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视准轴水平时的视距测 量原理量原理 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

4、S=FQ+f+ 令 S = K + c 第二节 视距测量lplFfQlkpfcf+lpfFQl2视准轴倾斜时的视距测量原理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=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

5、即 cos NG=NGCOS 即 cos 得 S=S COS =二、视距测量的原理二、视距测量的原理第二节 视距测量l lll2121ll2121cosll 2coscoskll k第二节第二节 视距测量视距测量（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隔；三、观测与计算方法二、观测与计算方法第二节第二节 视距测量视距测量（3 3）转动竖盘指标水准管微动螺旋使竖）转动竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘指

6、标水准管气泡居中，读取竖盘读数，算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；器，应打开自动归零装置后再读数；（4 4）根据视距公式，计算水平距离和高）根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。差及立尺点的高程。视距测量 （动 画） 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

7、于长程测距,测程可达数十公里,一般用于大地测量。红外测距仪用于中、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。 第三节第三节 电磁波测距电磁波测距 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 第三节第三节 电磁波测距电磁波测距 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=299792

8、4581.2m/s。 现在要测量5厘米的长度,需要多少时间, 5厘米是一微小量,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 第三节第三节 电磁波测距电磁波测距 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。第三节第三节 电磁波测距电磁波测距 调制光波(调制

9、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播时间,从而计算距离。 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:第三节第三节 电磁波测距电磁波测距22CS21)2(2)2()(2121+NN

10、TTtCS 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” ， (/2)( /2)为小于一整“光尺的“余长”。第三节第三节 电磁波测距电磁波测距 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

11、/ =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。 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。第四节第四节 三角高程测量三角高程测量（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。第四节第四节 三角高程测量三角高程测量

12、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-vhAB=SSIN+i-v第四节第四节 三角高程测量三角高程测量 hAB=Dtan+i-v hAB=SSIN+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= RD22式中,R为平均地求曲率半径,取R=6

13、371km。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。 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,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

14、,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+f hAB=SSIN+i-v+f第四节第四节 三角高程测量三角高程测量RD22RD22第五节第五节 全站仪及其使用全站仪及其使用 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.全站仪影像图第四节第四节 全站仪及其使用全站仪及其使用 按POWER或ON键

15、，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）开机全站仪简介全站仪简介 （录像）（录像）第四节第四节 全站仪及其使用全站仪及其使用（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

16、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。第五节第五节 全站仪及其使用全站仪及其使用 （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。本本 章章 小小 结结一、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DD/1平21平均距离：平均距离：平平= （往往返返）相对误差：相对误差： K= 二、视距测量1.视距