第04章 距离测量和直线定向.ppt

1、第4章 距离测量和直线定向,武汉大学 邓念武,4.1 距离丈量,4.1.1 丈量距离的工具,1、钢卷尺 2、皮尺 3、测绳 4、辅助工具,4.1.2 钢尺量距的一般方法,1、在平坦地面上丈量水平距离 目的：丈量AB直线两点的水平距离。 方法：目估定向，进行整尺段丈量，然后量最后的零尺段。为了提高精度一般需要往返测量。,计算：尺子长度为l，量了n个整尺段，零尺段长为q，则全长L： Lnlq,算例：往测为208.926m，返测为208.842m，则其往返平均值L平为208.884m，相对误差为：,精度：在平坦地区量距，其精度一般要求达到1/2000以上，在困难的山地要求在1/1000以上。,2、在

2、倾斜地面丈量水平距离 （1）平量法 （2）斜量法,4.1.3 钢尺量距的精密方法,1、定线 （1）清除在基线方向内的障碍物和杂草； （2）经纬仪定向，在略短于所使用钢卷尺的长度处打桩，做标志。 2、量距 （1）用弹簧称施以钢卷尺检定时相同的拉力（一般为10公斤），测3次两桩之间的距离，三个长度间最大互差若小于3mm，则取其平均值作为该尺段的丈量数值。 （2）测量温度，估读到0.1C， 3、测定桩顶间高差 用水准仪按一般水准测量方法测定各段桩顶间的高差。,4、尺段长度的计算 1）尺长改正 设被检验钢卷尺的名义长度为l0，与标准尺比较求得实际长度为l，则尺长改正值l可按下式求得： l = l l0

3、 算例：钢卷尺的名义长度为30米，在标准温度t =20和标准拉力10公斤时，其实际长度为30.0025m，则尺长度改正数为： l = 30.0025m 30m=+2.5mm 最后一段的尺段长为1.8050m，其尺长改正值为:,计算表格,2) 温度改正 设钢卷尺在检定时的温度为t0，而丈量时的温度为t，则一尺段长度的温度改正数lt为： lt=(t-t0)l 算例：第一尺段l=29.8650m，t25.8，t020，则该尺段的温度改正数为： lt=0.000012(25.8-20)29.8650m =+2.1mm,计算表格,3) 倾斜改正 关系推导：设一尺段两端的高差为h，量得的倾斜长度为l，将倾

4、斜长度化为水平长度d应加入的改正数为lh，其计算公式推导如下： h2=l2-d2=(l-d)(l+d),算例：该尺段两端的高差h0.272m，倾斜长度 l29.8650m，则倾斜改正数：,计算表格,4)改正后尺段的长度计算 每尺段进行以上三项改正后，即得改正后尺段的长度为： Ll十l十lt十lh,5、计算全长 将各个改正后的尺段长度相加，即得往测（或返测）的全长。如往返丈量相对误差小于允许值，则取往测和近测的平均值作为基线的最后长度。,返回尺长改正,返回温度改正,返回倾斜改正,基线丈量记录与计算表,4.1.4 钢卷尺检定简介,钢卷尺的检验：是将待检验的钢卷尺与已知实际长度的标准尺在标准拉力（1

5、0公斤）和标准温度t =20下进行比较，求得两者间的差值，给出被检钢卷尺的尺长方程式。 例如某30m钢卷尺的尺长方程式为： L3030m十2.5mm十0.36（tt。）mm 式中：2.5mm是尺长改正数；0.36是30m钢尺温度每变化1的温度改正数。,4.1.5 距离丈量误差及其消减方法,1、尺长本身的误差。 2、温度变化的误差。 3、拉力误差。 4、丈量本身的误差。 5、钢尺垂曲的误差。 6、钢尺不水平的误差。 7、定线误差。,4.2 电磁波测距,4.2.1 红外光电测距仪的基本原理,电磁波测距(Electro-magnetic Distance Measuring)简称EDM，用电磁波(光

6、波或微波)作为载波传输测距信号，间接测量两点距离。,测量光波在待测距离上往、返传播一次所需的时间t2D， D=0.5Ct2D， C 光在大气中的传播速度； C=C0/n， C0=299792458m/s1.2m/s，真空光速。 n1，大气折射率。 n=f(,t,p)，是光波长，大气温度t，大气压力p的函数,相位式光电测距仪 测量正弦光波在待测距离上往返传播的相位差解算t2D。 频率为 f 的正弦光波振荡一周期的相位移：2， 发射正弦光波经2D距离后的相位移：=2N+ 正弦光波振荡频率 f ：一秒钟振荡的次数， 正弦光波经t2D秒钟后振荡的相位移：= 2f t2D 列时间方程： 2f t2D=2

7、N+ t2D=(N+/ 2)/f=(N+N)/f，N=/ 2,D=0.5Ct2D=0.5C(N+N)/f=0.5CT(N+N)=0.5S (N+N) 正弦波波长：S =C/f=CT 0.5S正弦波半波长，测尺。 调制频率f 越大，测尺长0.5S越短。,电子相位计将两个正弦波比相测量相位差 求出不足一周期小数N=/2，测不出整周数 N。 距离D=0.5S (N+N)存在多值解， 只有当D 0.5S时，N=0，才不存在多值解。 解决方法：用不同长度的多把测尺测距，组合距离。 最短测尺：精测尺，其余测尺：粗测尺。 精粗测尺所测距离组合成最终距离。,测程1km测距仪： 10m(15MHz)，1000m

8、(150MHz)两把测尺； 用1000m粗测尺测量的距离 0.5粗 N =10000.5871=587.1m 用10m精测尺测量的距离 0.5精N =100.6486=6.486m 精粗测尺测距结果组合过程 587.1 6.486 586.486m 精粗测尺测距结果组合由测距仪微处理器自动完成， 结果送显示窗显示，无需人工干预 。,距离测量中的气象改正： 如前所诉：由于光速与温度、气压有关，故必须进行气象改正。 瑞得仪器气象改正公式为：,按“热键”,4.2.2 测距仪的使用及注意事项,1、测距时严禁将测距头对准太阳和强光源，以免损坏仪器的电磁波系统。阳光下必须撑伞以遮阳光。 2、测距仪不要在高

9、压线附近设站，以免受强磁场影响。 3、测距仪在使用及保管过程中注意防震、防潮、防高温。 4、蓄电池应注意及时充电。仪器不用时，电池要充电保存。,4.3 直线定向,4.3.1 定向的意义,意义：确定两点在平面坐标中的相对关系时必须进行直线定向。 确定一条直线与起始方向的关系称为直线定向。,4.3.2 起始方向,1、真北方向； 2、磁北方向； 3、坐标纵轴：,4.3.3 方位角与象限角,1、方位角 从起始方向北端起，顺时针方向量到某一直线的水平角称为该直线的方位角。方位角的范围从0到360。 以真北方向作为起始方向的方位角称为真方位角； 以磁北方向作为起始方向的方位角称为磁方位角； 以坐标纵轴作为起始方向的方位角称为坐标方位角。,ANMAMN180,A真=A磁,AB为