第4章距离测量与直线定向9.17概要.ppt

1、,第4章 距离测量与直线定向Distance measurement and line orientation,contents,4.1 钢尺量距 4.2 视距测量 4.3 电磁波测距 4.4 直线定向 4.5 罗盘仪与磁方位角测量 4.6 陀螺经纬仪与惯性测量,全站仪,1,第4章 距离测量与直线定向,主要内容： 钢尺量距、视距测量、直线定向 主要目的： 了解距离丈量的方法，视距测量的公式，理解标准方向的概念，掌握坐标方位角的推算。 重点内容：坐标方位角的推算 距离：是指两点间的水平直线长度。 分类：直接量距法钢尺量距 光学量距法视距测量 物理量距法光电测距,1,距离测量是确定地面点位的基本测

2、量工作之一。常用的距离测量方法有钢尺量距、视距测量、电磁波测距和GPS测量等。,地面上两点间的水平距离：两点间连线垂直投影在 水平面上的长度称为水平距离。,想一想:若要确定地面上某点的空间位置,除需要该点的方向和高程外,还需什么参数?,第4章 距离测量与直线定向,1,4.1 钢尺量距 (steel tape measuring),4.1.1 量距工具 钢卷尺，标杆，测钎和垂球。 1.钢卷尺：用钢制成的带状尺。 尺长与规格：20米、30米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。 尺宽度1015mm， 厚度约0.4mm， 刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位置 有不同，分刻线尺和端点尺两种。,

3、端点尺 刻线尺,第4章 距离测量与直线定向,1,1,钢卷尺,1,钢卷尺,1,钢卷尺,1,钢卷尺,1,1,第4章 距离测量与直线定向,4.1.1 量距工具 2.花杆:定线用（量距时标定直线量距的前进方向） 3.测钎:量距时在地面标定尺段端点位置。 4.1.2 钢尺量距方法 问题：量距时，当两个地面点之间的距离较长或地势起伏较大时；当两点间距离小于钢尺长时，可用钢尺一次量出，但若 两点间距离超过钢尺整长时如 何才能准确量取？,1,直线定线当地面上两点之间距离超过钢尺的全长时，用钢尺一次不能量完，量距前就需要在直线方向上标定若干个分段点，并竖立标杆或测钎以标明方向，这项工作称为直线定线。,1. 直线

4、定线(line alignment),想一想，这是利用经纬仪什么功能？,第4章 距离测量与直线定向,1,A,B,DAB,直线定线示意图,第4章 距离测量与直线定向,1,4.1.2 钢尺量距方法,按精度分：一般量距和精密量距 1直线定线(line alignment) 按精度分：目估法和经纬仪法。,目估法定线示意图,第4章 距离测量与直线定向,1,1,2距离丈量,（1）喊“预备”、“好”前后尺手同时读数，相减。 （2）在山区，可用平量法、斜量法。,平量法,斜量法,第4章 距离测量与直线定向,1,4.1.2 钢尺量距方法,2、距离丈量 钢尺量距的基本要求是“直、平、准”。 （1）平坦地面量距 距离

5、用下式计算：D=nl+q 式中：l整尺段的长度； n丈量的整尺段数； q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:,1,（1） 平坦地面的距离丈量,4.1.2 量距方法,A,B,d,d,d,d,d余,DAB=nd+d余,2、距离丈量,1,（1） 平坦地面的距离丈量,清除障碍物,在待测点间树立花杆,直线定线,分段量取,计算距离,沿反方向重丈量,计算距离,相对误差K计算,K1/3000符合要求,4.1.2 量距方法,2、距离丈量,1,4.1.2 钢尺量距方法,2、距离丈量 （2）.倾斜地面量距 1)平量法： 2)斜量法：,第4章 距离测量与直线定

6、向,1,（2 ） 倾斜地面的距离丈量,4.1.2 量距方法,(1) 平量法,A,B,d1,d2,d3,d4,DAB=d1+d2+d3+d4,2、距离丈量,1,（2） 倾斜地面的距离丈量,4.1.2 量距方法,(2) 斜量法,A,B,D,h,2、距离丈量,1,3内业成果整理,（1）丈量精度用“相对误差”来衡量：,要求： 一般量距：K1/3000(平坦)， 1/1000（山区）。,第4章 距离测量与直线定向,1,精密量距步骤 （*）,1、经纬仪定线。 在桩顶画出十字线。 2、精密丈量。 （1）前尺手零端用标准拉力拉紧钢尺。 （2）前读尺员发“预备”，后读尺员发“好”；此时前后尺手同时读数。,第4章

7、 距离测量与直线定向,1,2、精密丈量。 （3）移动后尺整厘米刻划，按上述方法再测二次，三次较差不超限时（一般不得超过23mm），取平均值作为尺段结果。每测完一尺段，用温度计读取一次温度。 （4）要进行往返测量。 记录格式见表。,精密量距步骤 （*）,第4章 距离测量与直线定向,1,3测量各桩顶间高差。4内业成果整理,某钢尺的尺长方程式：,钢尺在t温度时的实际长度；,钢尺的名义长度,钢尺使用时的温度；,钢尺检定时的温度,检定时，钢尺实际长与名义长之差；,钢尺的膨胀系数,第4章 距离测量与直线定向,1,4.1.3量距误差 斜距 的各项改正：,1.尺长误差,故斜距 经改正后为：,2.温度误差,3.

8、丈量误差,第4章 距离测量与直线定向,1,第4章 距离测量与直线定向,4.2 视距测量 4.2.1 视距测量(stadia measurement)原理 视距测量是一种间接测距方法; 它利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有 厘米分划的视距标尺(地形塔尺或普通水准尺)，根据光学原 理可以同时测定两点间的水平距离和高差. 测距的相对误差约为1/300，低于钢尺量距； 测定高差的精度低于水准测量; 视距测量广泛用于地形测量的 碎部测量中。,1,4.2 视距测量,1、视线水平时的视距公式,n,4.2.1 视距测量原理,1,4.2 视距测量,1、视线水平时的视距公式 水平距离公式: 高差公式:,n,

9、l,4.2.1 视距测量(stadia measurement)原理,1,1,4.2.1 视距测量原理,4.2 视距测量,1,4.2.1 视距测量原理,2、视线倾斜时的视距公式 水平距离D为: 初算高差为: A、B两点高差为:,4.2 视距测量,1,B,A,D,O,2、视线倾斜时的视距公式,1,4.2.1 视距测量原理,2、视线倾斜时的 视距公式,4.2 视距测量,1,4.2.1 视距测量原理,2、视线倾斜时 的视距公式,4.2 视距测量,1,第4章 距离测量与直线定向,4.2 视距测量 4.2.2 视距测量方法 1在测站上安置经纬仪，量取仪器高（桩顶至仪器横轴 中心的距离），精确到cm； 2

10、瞄准竖直于测点上的标尺，并读取中丝读数值； 3用上、下视距丝在标尺上读数，将两数相减得视距 间隔； 4使竖盘水准管气泡居中，读取竖盘读数，求出竖直角; 5.根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。,1,4.2 视距测量,4.2.3 视距测量误差 1视距尺分划误差 2乘常数K值的误差 3竖直角测量误差 4视距丝读数误差 5视距尺倾斜对视距测量的影响 6外界气象条件对视距测量的影响 （1）大气折光的影响 （2）大气湍流的影响,1,第4章 距离测量与直线定向,4.3 电磁波测距（EDM） 1. 测距原理 电磁波测距的基本原理是通过测定电磁波在 待测距离两端点间往返一次的传播时间，利用电磁 波

11、在大气中的传播速度，来计算两点间的距离。,1,第4章 距离测量与直线定向,4.3 电磁波测距（EDM） 2.测距仪分类 （1）所采用的载波 （2）按时间测定方式,1,第4章 距离测量与直线定向,4.3 电磁波测距（EDM） 2.测距仪分类 远程几十公里 （3）按测程分 中程数公里至十余公里 短程3公里以下 单载波可见光；红外光；微波。 (4)按载波数分 双载波可见光+可见光；可见光+红外光 三载波可见光+可见光+微波； 可见光+红外光+微波等。,1,第4章 距离测量与直线定向,4.3 电磁波测距（EDM） 2.测距仪分类 漫反射目标（无合作目标） （5）按反射目标分 合作目标-平面反射镜，角反

12、射镜 有源反射器-同频载波应答机， 非同频载波应答机等 （6）按测距精度分：级、级、级。,1,4.3 电磁波测距（EDM）,4.3.1 相位式测距（electro-magnetic distance measuring）原理,全站仪、棱镜照片,1,4.3 电磁波测距（EDM）,4.3.1 相位式测距 1、相位式测距原理,1,4.3 电磁波测距（EDM）,4.3.1 相位式测距 2相位式测距的基本公式 调制波的调制频率f，角频率 ，周期T，,1,4.3 电磁波测距（EDM）,4.3.1 相位式测距 2相位式测距的基本公式 设调制信号为正弦信号，包含2的整 倍数N2，和不足2的尾数部分，即：,1,

13、4.3 电磁波测距（EDM）,4.3.1 相位式测距 3N值的确定,第4章 距离测量与直线定向,1,4.3 电磁波测距（EDM）,4.3.1 相位式测距 4内光路的设置,第4章 距离测量与直线定向,1,4.3.2 电磁波 测距仪及 工具 1、电磁波测距仪 2、反射镜,1,4.3 电磁波测距（EDM）,全反射棱镜 由于光在玻璃中的折射率为1.51.6，而光在空气中的折射率近似等于1，也就是说光在玻璃中的传播要比空气中慢，因此光在棱镜中传播所用的超量时间会使所测距离增大某一数值，称为棱镜常数。 一般：原配棱镜为零，国产棱镜多为-30mm。,1,4.3 电磁波测距（EDM）,脉冲式光电测距,1,4.

14、3 电磁波测距（EDM）,4.3.3 距离计算与测距精度 1、距离计算 测距时，将测距仪和反射镜分别安置在测线的 两端，仔细地对中。接通测距仪的电源，然后照准反 射镜，检查经反射镜反射回的光强信号。合乎要求 后即可开始测距。 2、测距成果的整理 （1）加常数改正,1,4.3 电磁波测距（EDM）,2、测距成果的整理 （2）乘常数改正 （3）气象改正 不同型号的测距仪，气象改正公式的系数也 不同，在仪器使用说明书内给出了气象改正计算公式。 （4）倾斜改正 （5）归算至大地水准面的改正,1,4.3 电磁波测距（EDM）,3.测距精度 测距误差可分为两部分：一部分是与距离D成比例的误差，即光速值误差

15、、大气折射率误差和测距频率误差；另一部分是与距离无关的误差，即测相误差、加常数误差、对中误差。 一般将测距仪的精度表达式简定成 式中，A固定误差；B比例误差系数。 如：某测距仪出厂时的标称精度：（5510-6D）mm，简称“5+5”,1,直线定向：确定直线与标准方向之间的水平角度称为直线定向。,4.4 直线定向(line orientation),什么是直线定向? 它与直线定线是一回事吗?,直线定向与直线定线是截然不同的两个概念。,第4章 距离测量与直线定向,1,4.4 直线定向,4.4.1 标准方向（基本方向） 1真子午线方向（ture meridian ）:过地面某点真子午线的切线北端所指

16、示的方向，用N表示。采用天文测量的方法测定。 2磁子午线方向（magnetic meridian direction ） ：过地面上一点的磁子午线的切线方向称为该点的磁子午线方向，用N表示。磁针自由静止时其指北端所指的方向，称为磁北方向，可用罗盘仪测定。 3坐标纵轴(轴子午线 )方向(ordinates axis direction )：过O点的真子午线坐标纵轴（X轴）正向所指示的方向，称为坐标北方向。实用上常取与高斯平面 直角坐标系中X坐标轴平行的方向为坐标北方向。,第4章 距离测量与直线定向,1,4.4 直线定向,4.4.2 方位角(azimuth) 1、方位角的定义 由直线一端的基本方向

17、起，顺时针量至直线的 水平角称为该直线的方位角，取值范围0360。 1）.真方位角：由真北方向起算的方位角，用A表示。 2）.磁方位角：由磁北方向起算的方位角，用Am表示。 3）坐标方位角：由坐标北方向起算的方位角，用 表示。,第4章 距离测量与直线定向,1,方位角,方位角种类,真子午线方位角,磁子午线方位角,工程测量中常用,坐标方位角,4.4 直线定向(line orientation),4.4.2 方位角,1,4.4 直线定向,磁偏角与子午线收敛角 1磁偏角 ：过一点的真北 方向与磁北方向之间的夹角。 2子午线收敛角 ：过一点 的真北方向与坐标北方向之间的 夹角。 与 的符号规定相同，即磁

18、北 或坐标北方向在真北方向东侧 时，均为正数；磁北方向或坐 标北方向在真北方向西侧时，均为负。,过O点的真子午线,1,4.4 直线定向,4.4.2 方位角 2几种方位角之间的关系,1）真方位角与磁方位角之间的关系,2）真方位角与坐标方位角之间的关系,3）坐标方位角与磁方位角之间的关系,1,第4章 距离测量与直线定向,4.4.3 坐标方位角的推算 1、正、反坐标方位角,1,21,12,如右图示，12为直线12的坐标方位角，21称为直线12的反坐标方位角（也是直线21的正坐标方位角）。,同一直线的正、反坐标方位角相差1800，即： 21=121800 （当12 小于1800 时取正号，大于1800

19、 时取负号）,4.4 直线定向,1、 正反坐标方位角,1,4.4 直线定向,(3) 象限角,由标准方向的北端或南端开始，顺时针或逆时针方向度量至直线的锐角。用R表示，角值范围为00900 .,RAB,RAB,RAB,RAB,yAB,A,B,B,B,B,A,A,A,Y,X,XAB,1,4.4.3 坐标方位角的推算,例1 已知 CD= 782024， JK=3261230， 求 DC ，KJ：,解：DC=2582024 KJ=1461230,1.正反坐标方位角 2.推算公式,1,4.4 直线定向,A,B,1,2,3,若算得前大于3600,则减去3600；若算得后小于0,则加上3600,4.4.3

20、坐标方位角的推算,1,4.4.3 坐标方位角的推算,由已知点的坐标反算坐标方位角,RAB,RAB,RAB,RAB,yAB,A,B,B,B,B,A,A,A,Y,X,第一象限:,第二象限:,第三象限:,第四象限:,AB=RAB,AB=1800+RAB,AB=1800+RAB,AB=3600+RAB,xAB,1,4.4.3 坐标方位角的推算,由已知点的坐标反算坐标方位角,A,B,例:如图示,已知A,B两点坐标分别为xA=44482.652m;yA=23817.389m; xB=44285.645m;yB=23664.021m. 计算直线AB的坐标方位角.,解:,x=xB-xA=-197.007m,y

21、=yB-yA=-153.368m,=37054/01/,因:x0;y0,故RAB位于第三象限,故,AB=1800+RAB=37054/01/,1,4.5 罗盘仪与磁方位角测量,罗盘仪是测定方位、距离、水平、坡度（俯仰角度）、高度、行军时间速度及测绘简单地图的一种简易测量器材，为便于夜间使用，在其各相应部位上涂有夜光粉。,4.5.1 罗盘仪,1,4.5 罗盘仪与磁方位角测量,4.5.1 罗盘仪 1罗盘仪的构造 由望远镜、罗 盘盒、基座三部分 组成。,第4章 距离测量与直线定向,1,1罗盘仪的构造,仪器主要由罗盘、里程计两部分构成，如（附图1）。罗盘部分有：提环（1），度盘座（2），在度盘座上划有

22、两种刻线，外圈为360度分划制，每刻线为1度。内圈为6000（密位）分划制，圆周共刻300刻线，每刻线线值为20（密位）。内有磁针（3），测角器（4），俯仰角度的分划单位为度，每刻线为2。5 度，可测量俯仰角度60度。里程计部分主要由里程分划表，速度时间表（8），测轮（9），齿轮，指针等组成。,第4章 距离测量与直线定向,1,里程分划有1：50000，1： 100000两种比例尺刻度值。1：100000比例尺每刻线相应代表1公里，1：50000每刻线相应代表0。5公里，可与具有相应比例或成倍比例的地图配合使用。速度时间表分划：外侧表盘上有13、15、17、19、21、23、25公里/小时，内侧

23、表盘上有10、14、 16、18、20、22、24、30公里/小时（以v代表），共十五种速度。时间刻度中每一刻线相应代表五分钟（V25为10分钟）。 仪器侧面有测绘尺，两端为距离估定器。估定器两尖端长12.3毫米，照准与准星间长为123毫米，即为尖端长的10倍。,第4章 距离测量与直线定向,1,第4章 距离测量与直线定向,4.5.1 罗盘仪 2罗盘仪的使用 （1）安置罗盘仪于直线的一个 端点，进行对中和整平。 （2）用望远镜瞄准直线另一端 点的标杆。 （3）松开磁针制动螺旋，将磁针放下，待磁针静止 后，磁针在刻度盘上所指的读数即为该直线的磁方 位角。,1,2罗盘仪的使用,（一）测定方位：1测定

24、现地东南西北方向（1）打开罗盘仪！使方位指标“”对准“0”；（2）转动罗盘仪，待磁针指北端对准“0”后，此时所指的方向就是北方，在方位玻璃上就可直接读出现地东、南、西、北方向。2，标定把图方位标定地图方位就是利用罗盘使地图上的方位和现地方位一致。（1）打开仪器，调整度盘座，使方位指标“”对准“0”；（2）以测绘尺与地图上的真子午线相切；（3）转动地图，使磁针北端指向本地区的磁偏角之数值上，则地图上的方位和现地方位完全一致。,第4章 距离测量与直线定向,1,4.5.2 磁方位角测量,1、测定图上目标的磁方位角（1）用指北针精确标定地图，并保持地图不动；（2）将测绘尺与所在点和目标点的连线相切，调整度盘座，使指标“”对准“0”刻划线；（3）待磁针静止后，其北