测量教案4章_距离测量 土木工程测量.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,所谓,距离,是指地面上两点沿铅垂线方向在大地水准面上投影后所得到的两点间的弧长。由于大地水准面不规则，所以这个距离是难以测量的。,由于在半径,10,公里的范围之内，地球曲率对距离的影响很小，因此可以用水平面代替水准面。,那么，地面上两点在水平面上投影后水平距离就称为,距离,。,方法,钢尺量距、视距测量、电磁波测距和,GPS,测量。,视距测量,是利用经纬仪或水准仪望远镜中的视距丝及视距标尺按几何光学原理进行测距；,电磁波测距,是用仪器发射并接收电磁波，通过测量电磁波在待测距离上往返传播的时间解算出距离；,GPS,测量,是利用两台,GPS,接收机接收空间轨道上,4,颗卫星发射的精密测距信号，通过距离空间交会的方法解算出两台,GPS,接收机之间的距离。,第,4,章,距离测量,4.1,钢尺量距,(1),量距工具,1),钢尺,长度,20m,，,30m,，,50m,。,根据零点位置的不同，钢尺有,端点尺,和,刻划尺,两种。,端点尺,指钢尺的零点从拉环的外沿开始，,刻划尺,是指在钢尺的前端有一条刻划线作为钢尺的零分划值。,2),辅助工具,(2),直线定线,由于测量两点间的水平距离要分段进行，即一段一段地量取两点间距离。为了保证各量距都处在同一条直线上，要进行直线定线。在分段量距中，在待测直线上标定若干分段点的工作称为,直线定线,。直线定线的方法包括,目估定线和经纬仪定线,。,1),目估定线,两点间定线，一般应由远到近，即先定,1,点，再定,2,点。,2),经纬仪定线,经纬仪定线适用于钢尺量距的精密方法。,设,A,、,B,两点互相通视，将经纬仪安置在,A,点，用望远镜纵丝瞄准,B,点，制动照准部，望远镜上下转动，指挥在两点间某一点上的助手，左右移动标杆，直至标杆影像为纵丝所平分。为减小照准误差，,精密定线时，可以用直径更细的测钎或垂球线代替标杆。,(3),量距的一般方法,1),平坦地面的距离丈量,先量整尺段长，最后量余长。,D,AB,=n,尺段长,+,余长,需往、返丈量，返测时应重新定线。,往、返丈量距离的,相对误差,K=|D,AB,D,BA,|/D,1/3000,。,例如，,D,AB,=162.73m,，,D,BA,=162.78m,，,相对误差,K,=,|,162.73,162.78,|/,162.755=1/3255,实际长度。,整尺段悬空时，中间应有人托住钢尺。,3),定线误差,使所量距离为一组折线，丈量结果偏大。,丈量,30m,的距离，偏差为,0.25m,时，量距偏大,1mm,。,4),拉力误差,钢尺丈量拉力应与检定拉力相同。,拉力变化,2.6kg,，,尺长改变,1mm,。,5),丈量误差,插测钎不准，前、后尺手配合不佳，余长读数不准,丈量中应尽量准确对点，配合协调。,4.2,视距测量,望远镜十字丝分划板视距丝，厘米分划视距标尺。,根据光学原理测定两点间的距离和高差,视距测量的相对误差约为,1/300,，低于钢尺量距,测定高差的精度低于水准测量。,主要用于地形测量的碎部测量中。,(1),视准轴水平时的视距计算公式,l,视距间隔。,相似三角形原理：,d/f,=,l/p,，,d=lf/p=,Kl,，,K=f/p,，,K=,100,D=d+f+=,Kl+C,，,C=f+,（,K,为视距乘常数，,C,为视距加常数,),）,相对于,Kl,，,C,一般很小，可以忽略不计，,D,Kl,。,例如：,D=,Kl,=,100(1.385,1.190)=19.5m,高差：,h,AB,=i,v,(2),视准轴倾斜时的视距计算公式,当地形的起伏比较大时，望远镜要倾斜才能看见视距尺。此时视线不再垂直于视距尺，所以不能套用视线水平时的视距公式，而需要推出新的公式。,如图，望远镜的中丝对准视距尺上的,O,点，望远镜的竖直角为,。,我们可以想象将水准尺绕,O,点旋转,角，此时视线就与旋转后的视距尺垂直了，我们只要求出视距尺旋转后的视距间隔（即,MN,之间的读数差,l,），,就可以按照视线水平时的公式求出视线长度（即,OQ,这一段斜距）。,由于十字丝上下丝的距离很短，所以,很小，约,34,，那么,/2,只有,17,，故可以把角,NNO,看成直角，同理，角,OMM,也可看成直角，又因为,NON=MO,M=,，,所以由三角函数可得,l,=,l,cos,，,S=,Kl,=,Kl,cos,D=,S,cos,=Kl,cos,2,h=,S,sin,=,Kl,cos,sin,=,0.5,Kl,sin2,=,D,tan,h+v=h+i,，,h,=,h+i,v=,0.5,KL,sin2,+i,v=,D,tan,+i,v,视距测量的观测和计算,1.,在测站上安置仪器,，量取仪高，精确到,cm,；,2,.,瞄准竖直于测点上的标尺,，使中丝读数等于仪高；,3.,用上、下视距丝在标尺上读数，得视距间隔,l,；,4.,使竖盘指标水准气泡居中，读取竖盘读数，得竖直角,；,然后计算两点间水平距离和测点高程。,例,4-1,H,A,=,35.32m,，,i,=1.39m,，,上、下丝读数为,1.264m,，,2.336m,，,盘左竖盘读数,L,=822600,，,竖盘指标差,x=,1,，,求两点间的平距和高差。,解,视距间隔,l,=2.336,1.264=1.072m,竖角,=90,822600+1=735,平距,D=Kl,cos,2,=,105.33m,中丝,v,=(,上丝,+,下丝,)/2=1.8m,高差,h,=,D,tan,+i,v,=+13.61m,B,点高程,H,B,=35.32+13.61=48.93m,。,(3),视距测量的误差分析,1),读数误差,S=,Kl,，,视距间隔,l,的读数误差被扩大,100,倍,读数误差为,lmm,，,对距离的影响为,0.lm,。,标尺读数前应先消除视差，,上、下丝读数应几乎同时进行。,视距测量的距离不能太长，,测量的距离越长，标尺,1cm,分划的长度在望远镜十字丝分划板上的成像长度越小，读数误差越大。,2),标尺不竖直误差,标尺偏离铅垂线方向,d,角时，对水平距离的影响,目估使标尺竖直的误差,d,=1,，,Kl,=100m,，,=5,，,dD,=0.15m,，,=30,，,dD,=0.76m,。,结论：标尺倾斜对测定水平距离的影响随视准轴竖直角的增大而增大。在山区测量时应特别注意将标尺竖直。,3),竖直角观测误差,对水平距离的影响较小，主要影响高差,Kl,=100m,，,d,=1,，,=5,，,dD,=0.03m,。,4),大气折光的影响,近地面大气折光使视线产生弯曲，,日光照射下，大气湍流会使成像晃动，,风力使标尺摇动，使视距测量产生误差。,视距测量时，不要使视线太贴近地面，,成像晃动剧烈或风力较大时，应停止观测。,阴天且有微风时是观测最有利的气象条件。,4.3,电磁波测距,前面介绍的测距方法中，钢尺量距的速度慢，而且在一些困难地区使用起来困难，如山地、沼泽地区。而视距测量的精度又太低。因此人们需要采用另外的方法进行距离测量。电磁波测距具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、不受地形限制等优点。,电磁波测距,(,E,lectro-magnetic,D,istance,M,easuring),简称,EDM,用电磁波,(,光波或微波,),作为载波传输测距信号，,间接测量两点距离。,1967,瑞典,AGA,公司生产的,AGA-8,激光测距仪,用,5mw,氦氖气体激光器,白天测,40km,，,夜间可测,60km,精度：,5mm+1ppm,T2+DI10,，,1968,年,Wild,推出的第一台红外测距仪,Wild,生产的微波测距仪,电子全站仪,电磁波测距仪按其所采用的载波可分为：,用微波段的无线电波作为载波的,微波测距仪,用激光作为载波的,激光测距仪,用红外光作为载波的,红外测距仪,后两者又统称为,光电测距仪,（均采用光波作为载波）,微波和激光测距仪多属于长程测距，测程可达,60km,，,一般用于大地测量；而红外测距仪属于中、短程测距仪,(,测程为,15km,以下,),，一般用于小地区控制测量、地形测量、地籍测量和工程测量等。（,微波和激光测距仪的测程较大，多用于大地测量，红外测距仪多用于小范围内的距离测量，我们在工程上用得较多的是这一种）,4.3.1,光电测距的原理,测距基本原理,如图，光电测距的基本原理是测距仪发出光脉冲，经反光棱镜反射后回到测距仪。假若能测定光在距离,D,上往返传播的时间，则可以利用测距公式计算出,AB,两点的距离,：,光电测距仪可分为,脉冲式和相位式测距仪,。,Wild DI3000,脉冲测距仪,4.3.2 ND3000,红外测距仪简介,自带望远镜，,望远镜视准轴、发射光轴、接收光轴同轴。,ND3000,测距仪内部,经典测距仪系列展,英国,Tellurometer,MRA101,微波测距仪,北京,701,厂,DWJ-1,型微波测距仪,北京,701,厂,WJ-1,型微波测距仪,微波测距仪,激光测距仪,北京光学仪器厂,HGC-1,红外测距仪,武汉地震仪器厂,JCY-2A,激光测距仪,总参测绘研究所,BJCY-1,变频式半导体激光测距仪,北京光学仪器厂,DC-30JG,激光测距仪,宜昌,HQ-102,激光测距仪,AGA,厂,Geodimeter,激光测距仪,AGA-6,激光测距仪,AGA,厂,Geodimeter,激光测距仪,AGA,厂,Geodimeter,AGA-8,激光测距仪,日本索佳,REDmini,相位式红外测距仪,Wild DI4L,相位式红外测距仪,Wild DIS5,相位式红外测距仪,Wild DI20,相位式红外测距仪,Wild,新,T2+DI1000,相位式红外测距仪,Wild T1600+DI4L,Wild T16+DI5L,Wild T1600+DI1000,Wild T2000+DI5,日本拓普康测距仪,世界最高精度的激光测距仪,-Kern ME5000,徕卡,DISTO A8,手持激光测距仪,带倾斜传感器,便于测量坡度；,带,3,数码瞄准器,便于白天测量。,测距仪的使用,安装在光学经纬仪上或电子经纬仪上，测距时，测距仪瞄准棱镜测距，经纬仪瞄准棱镜测量竖直角，通过测距仪面板上的键盘，将经纬仪测量出的天顶距输入到测距仪中，可以计算出水平距离和高差。,下图,2,为与仪器配套的棱镜对中杆与支架，它用于放样测量非常方便。,确定地面两点在平面上的位置，不仅需要测量两点间的距离，还要确定两点间直线的方向，因此我们要进行直线定向的工作。,确定地面直线与标准北方向的水平夹角称为直线定向,。,(1),测量中常用的,标准方向,有三种,三北方向,1),真北方向,地表任一点,P,与地球旋转轴所组成的平面与地球,表面的交线称为,P,点的,真子午线，,真子午线在,P,点的切线方向称为,P,点的,真子午线方向,。,测量方法,天文测量，陀螺经纬仪。,2),磁子午线方向,地表任一点,P,与地球磁场南北极连线所组成的平面与地球表面交线称为点的,磁子午线，,磁子午线在点,P,的切线方向称为点的,磁子午线方向,。,磁北方向,磁针自由静止时北端所指方向。,测量方法,罗盘仪。,3),坐标北方向,在高斯平面直角坐标系中,或者假定坐标系的坐标,与纵轴平行的直线称为点的,坐标纵轴方向,.,第,5,章,直线定向,(2),表示直线的方法,(,方位角,),测量中常用方位角来表示直线方向。,由标准方向的北端起，顺时针方向到某直线的水平夹角，称为该直线的,方位角,。方位角的取值范围为,0-360,。,1,）真方位角,若标准方向为真子午线方向，那么方位角就称为,真方位角,，用,A,表示。,2,）磁方位角,若标准方向为磁子午线方向，那么方位角就称为,磁方位角,，用,Am,表示。,3,）坐标方位角,若标准方向为坐标纵轴方向，那么方位角就称为,坐标方位角,，用,表示。,(3),三种方位角之间的关系,1,）真方位角与磁方位角,由于地球的磁极与地球旋转轴的南北极不重合，因此过地面上某点的真北方向与磁北方向不重合，两者之间的夹角为磁偏角，记为,:,。并且规定如果磁北方向在真北方向以东称,东偏,，则,0,反之称,西偏，,0,。根据磁偏角的定义，我们可以推出真方位角和磁方位角的换算公式：,A=Am+,（,1,）,由于地球的磁极是在不断变化的，所以磁偏角也在不断变化。一般磁方位角精度较低。定向困难的地区，可用罗盘仪测出磁方位角来代替坐标方位角。真方位角主要是用在大地测量中。,2,）真方位角与坐标方位角,地面上不同经度的子午线都会会聚于两极，所以只要不在赤道上，地面点的真北方向与坐标北方向就不会重合，两者之间的夹角就称为子午线收敛角，记为,:,。与磁偏角的规定类似，坐标纵轴方向位于真子午线方向以东，称东偏，子午线收敛角,0,反之称西偏,0,。那么真方位角与坐标方位角之间的关系为：,A=+,（,2,）,3,）磁方位角与坐标方位角,由公式（,1,）（,2,）可以推出磁方位角与坐标方位角的关系：,=Am+-,（,3,）,(4),方位角测量,真方位角,可用天文观测方法或用陀螺经纬仪,(gyro,theodolite,),来测定。,磁方位角,可用罗盘仪（,compass,）来测定。不宜作精密定向。,坐标方位角,由,2,个已知点坐标经“坐标反算”求得。,(5),正、反坐标方位角,测量中任何直线都有一定的方向。直线,AB,，,A,为起点，,B,为终点。过起点,A,的坐标北方向与直线,AB,的夹角,AB,称为直线,AB,的正方位角。过终点,B,的坐标北方向，与直线,BA,的夹角,BA,称为直线,AB,的反方位角。由于,A,、,B,两点的坐标北方向是平行的，所以正、反方位角相差,180,。,计算公式,:,正,=,反,180,（,AB,BA,180,）,说明,:,由于地面上,AB,两点的真子午线不平行，磁子午线随不同地点而变化，所以,AB,两点,正反真方位角之差不会刚好相差,180,，而是随着这两点的纬度不同发生变化。同样，,正反磁方位角间也没有固定的关系，,这给测量计算带来不便，而坐标北方向是相互平行的。所以我们常采用坐标方位角来做直线定向。,（,6,）方位角的推算公式,在控制测量工作当中，我们通常要在地面上布设一些控制点，然后从某一点出发，沿着一定的方向前进，测量出每一个控制点的坐标。由控制点连接而成的折线称为,导线,，相邻的导线边之间的夹角称为,转折角,。转折角有左右之分，在前进方向的左侧称为,左角,，在前进方向右侧的称为,右角,。,注：在测量工作中，应该统一测量左角或右角。,在工作中，每条边的坐标方位角不是直接测出，通过与已知边的连测，用与相邻边的水平夹角推算出的。假设导线边,12,的方位角是已知的，并且我们用经纬仪采用测回法测量出来每个转折角的大小。,如何推算各导线边的坐标方位角？,推广到,n,条（未知方位角的导线）边的情况：,（,i,为转折角）（式中,n,为转折角的个数）,(7),坐标的计算,坐标正算,如图，有两个地面点,A,、,B,，已知,A,点的坐标（,X,A,，,Y,A,），方位角,和,AB,间的水平距离,D,AB,，现在要求,B,点的坐标，这一过程称为坐标正算。,如图，假设,A,点到,B,点在,X,轴上的坐标增量为,X,AB,，,在,Y,轴上的坐标增量为,Y,AB,，则可得：,X,AB,D,AB,Y,AB,D,AB,故：,X,B,=X,A,X,AB,X,A,+D,AB,*,cos,AB,Y,B,=Y,A,Y,AB,Y,A,+D,AB,*,sin,AB,坐标反算,假如已知的,A,、,B,两点的坐标，现在要求两点间水平距离和方位角,直线,AB,的方位角，应根据,DY,、,DX,的符号来确定。,（,8,）象限角,（,1,）定义,:,从标准方向线的北端或南端，顺时针或逆时针量至某直线的锐角,称为直线的象限角,R,。,（,2,）,表示方法,：角度值后面注明象限。,如：,RO1=35NE,（,北东，表示象限角在第一象限）；,RO2=35SE,（,南东,表示象限角在第二象限，这里需要注意测量坐标系的象限顺序与数学中坐标系的象限顺序不同）；,RO3=35SW,（,南西，表示三象限）；,RO4=35NW,（,北西，表示四象限）。,（,3,）方位角与象限角的关系,:,在,I,象限中，直线的方位角就等于直线的象限角，在,II,象限中，直线的方位角等于,180,度减去它的方位角，同理可以推出其它象限的情况。,I=R II =180-R,III,AB,=180+R,AB,IV,AB,=360-R,AB,5.3,用罗盘仪测定磁方位角,主要部件,磁针、刻度盘、望远镜、基座。,5.4,陀螺经纬仪测定真子午线方位角,日本索佳,陀螺全站仪,GP1-2A,自动陀螺全站仪,测量无须手工记录、记时或计算。,所有工作通过全站仪的键盘,或者,SF10,外接键盘操作完成。,真方位角观测中误差为,20,，,观测时间约,20,分钟，,陀螺部分的重量为,3.8kg,GP1-2A,自动陀螺全站仪,接线图,Wild T2+GAK1,陀螺经纬仪,