第五距离测量与直线定向-PPT.pptx

第五距离测量与直线定向第一节第一节 钢尺量距钢尺量距一、距离丈量得工具一、距离丈量得工具钢尺钢尺(钢卷尺钢卷尺)短钢尺短钢尺:25m 长钢尺长钢尺:2050m 端点尺端点尺:端点尺以尺得最外端点作为尺得零点端点尺以尺得最外端点作为尺得零点;刻线尺刻线尺:刻线尺以刻在尺前端刻线尺以刻在尺前端0 0刻划线作为尺得零点。刻划线作为尺得零点。标杆标杆(花杆花杆)、测钎、垂球、测钎、垂球弹簧秤、温度计弹簧秤、温度计端点尺端点尺刻线尺刻线尺 二、直线定线二、直线定线 当地面上两点间得距离超过尺子得全长时当地面上两点间得距离超过尺子得全长时,或地势起伏较大或地势起伏较大,一尺段一尺段无法完成丈量工作时无法完成丈量工作时,量距前必须在通过直线两端点得竖直面内量距前必须在通过直线两端点得竖直面内,定出定出若干分段点若干分段点,以便分段丈量以便分段丈量,这项工作称为直线定线。这项工作称为直线定线。按精度要求得不同按精度要求得不同,直线定线有目估定线与经纬仪定线两种方法。直线定线有目估定线与经纬仪定线两种方法。目估定线目估定线在两点间定线在两点间定线 从直线远端从直线远端B B走向近端走向近端A A得定线方法得定线方法,称为走近定线。反之称为走近定线。反之,测量员乙测量员乙持标杆由直线近端持标杆由直线近端A A走向直线远端走向直线远端B B得定线方法得定线方法,称为走远定线。称为走远定线。走近定线法较走远定线法精确些走近定线法较走远定线法精确些,这就是因为走近定线过程中这就是因为走近定线过程中,新立标新立标杆不受已立标杆得影响。杆不受已立标杆得影响。在平坦地区一般量距中在平坦地区一般量距中,直线定线工作常与量距工作同时进行直线定线工作常与量距工作同时进行,即边即边定线边丈量。定线边丈量。在两点延长线上定线在两点延长线上定线 其方法先利用其方法先利用A A、B B两点两点,在在A A,B B延长线上延长线上,按走远定线方法定出按走远定线方法定出B B以远其它各点以远其它各点,即完成在两点延长线上定线。即完成在两点延长线上定线。两端点不易到达或两端点间为山丘所阻而不通视得定线。两端点不易到达或两端点间为山丘所阻而不通视得定线。经纬仪定线经纬仪定线 当丈量距离的精度要求较高或测角量边同时进行时，可直接用经纬仪当丈量距离的精度要求较高或测角量边同时进行时，可直接用经纬仪定线。仪器安置在一点后，瞄准另一点，然后固定照准部，在望远镜视定线。仪器安置在一点后，瞄准另一点，然后固定照准部，在望远镜视线上，用标杆或测钎定出中间点。线上，用标杆或测钎定出中间点。三、一般精度距离丈量三、一般精度距离丈量 所谓一般精度距离丈量所谓一般精度距离丈量(或一般精度量距或一般精度量距)是指每丈量一尺段，只需准是指每丈量一尺段，只需准确到厘米级的丈量方法。根据地势条件，分为平坦地面的距离丈量和倾确到厘米级的丈量方法。根据地势条件，分为平坦地面的距离丈量和倾斜地面的距离丈量。斜地面的距离丈量。平坦地面得距离丈量平坦地面得距离丈量 此方法为量距得基本方法。丈量前此方法为量距得基本方法。丈量前,先将待测距离得两个端点用木桩先将待测距离得两个端点用木桩(桩顶钉一小钉桩顶钉一小钉)标志出来标志出来,清除直线上得障碍物后清除直线上得障碍物后,一般由两人在两一般由两人在两点间边定线边丈量。点间边定线边丈量。为了校核与提高精度为了校核与提高精度,一般要求进行往返测。最后一般要求进行往返测。最后,以往、返两次以往、返两次丈量结果得平均值作为直线丈量结果得平均值作为直线ABAB最终得水平距离。最终得水平距离。D=nl+lD=nl+l精度要求：精度要求：以往、返丈量距离之差的绝对值以往、返丈量距离之差的绝对值D D与距离平均值与距离平均值D D之比，并化为分之比，并化为分子为子为1 1的分数，称为相对误差的分数，称为相对误差K K，作为衡量距离丈量的精度，即，作为衡量距离丈量的精度，即 AB AB距离：距离：D D平均平均=(D=(D往往+D+D返返)/2)/2 相对误差：相对误差：例：例：例：例：D D往往=159.980m=159.980m，D D返返=160.020m=160.020m 求：求：求：求：ABAB距离距离D D平均平均及相对误差及相对误差K?K?解：解：解：解：D D平均平均=(D=(D往往+D+D返返)/2=160.000 (m)/2=160.000 (m)，D=DD=D往往-D D返返=-=-0.040(m)0.040(m)，相对误差分母愈大相对误差分母愈大,则则K K值愈小值愈小,精度愈高精度愈高;反之反之,精度愈低。量距精度愈低。量距精度取决于使用得要求与地面起伏情况精度取决于使用得要求与地面起伏情况,在平坦地区在平坦地区,钢尺量距一般方钢尺量距一般方法得相对误差一般不应大于法得相对误差一般不应大于1/30001/3000;在量距较困难得地区在量距较困难得地区,其相对误差其相对误差也不应大于也不应大于1/10001/1000。倾斜地面的距离丈量倾斜地面的距离丈量 平量法：在倾斜地面上量距时，若地面起伏不大，可将尺子拉成平量法：在倾斜地面上量距时，若地面起伏不大，可将尺子拉成水平后进行丈量。水平后进行丈量。2.2.斜量法：当倾斜地面的坡度比较均匀或坡度较大时，可以沿斜坡斜量法：当倾斜地面的坡度比较均匀或坡度较大时，可以沿斜坡丈量出丈量出A A、B B两点间的斜距两点间的斜距L L，用经纬仪测出直线，用经纬仪测出直线ABAB的倾角的倾角，或，或A A、B B两点的高差两点的高差h h，按下式计算直线，按下式计算直线ABAB的水平距离：的水平距离：四、钢尺量距得精密方法四、钢尺量距得精密方法 钢尺量距得一般方法钢尺量距得一般方法,精度不高精度不高,相对误差一般只能达到相对误差一般只能达到1/20001/20001/50001/5000。但在实际测量工作中。但在实际测量工作中,有时量距精度要求很高有时量距精度要求很高,如在建筑工如在建筑工地测设建筑方格网得主轴线地测设建筑方格网得主轴线,量距精度要求在量距精度要求在1/100001/10000以上以上,甚至要求甚至要求更高。这时若用钢尺量距更高。这时若用钢尺量距,应采用钢尺量距得精密方法。应采用钢尺量距得精密方法。尺长方程式尺长方程式尺长方程式尺长方程式 由于钢尺材料得质量及刻划误差、长期使用得变形以及丈量时温度与由于钢尺材料得质量及刻划误差、长期使用得变形以及丈量时温度与拉力不同得影响拉力不同得影响,其实际长度往往不等于其名义长度其实际长度往往不等于其名义长度(即钢尺上所标注即钢尺上所标注得长度得长度)。因此。因此,量距前应对钢尺进行检定。量距前应对钢尺进行检定。尺长方程式正反映了钢尺实际长度与名义长度得关系尺长方程式正反映了钢尺实际长度与名义长度得关系,其一般形式为其一般形式为:真长真长名义长名义长尺长改正数尺长改正数膨胀系数膨胀系数:1 1、15101510-5-5 1 1、25102510-5-5/检定时标准温度检定时标准温度(一般为一般为2020)使用时温度使用时温度钢尺得检定方法钢尺得检定方法钢尺得检定方法钢尺得检定方法 钢尺得检定方法有与标准尺比长与在已知长度得两固定点间量距两种钢尺得检定方法有与标准尺比长与在已知长度得两固定点间量距两种方法。下面介绍与标准尺比长得方法。方法。下面介绍与标准尺比长得方法。例例:设设I I号标准尺得尺长方程式为号标准尺得尺长方程式为 l lt t=30+0=30+0、004+1004+1、20102010-5-530(30(t t-20)(m)-20)(m)被检定得被检定得 号钢尺号钢尺,其名义长度也就是其名义长度也就是30m30m。比较时得温度为。比较时得温度为2424,当当两把尺子得末端刻划对齐并施加标准拉力后两把尺子得末端刻划对齐并施加标准拉力后,号钢尺比号钢尺比I I号标准尺短号标准尺短0 0、007m007m,根据比较结果根据比较结果,可以得出可以得出:l lt t=l lt t-0-0、007=30+0007=30+0、004+1004+1、20102010-5-530(30(2424-20)-0-20)-0、007=30-0007=30-0、002(m)002(m)故故 号钢尺得尺长方程式为号钢尺得尺长方程式为 l lt t=30-0=30-0、002+1002+1、20102010-5-530(30(t t-24)(m)-24)(m)由于不需考虑尺长改正数由于不需考虑尺长改正数/因温度升高而引起得变化因温度升高而引起得变化,因此如将因此如将 号号钢尺得尺长方程式中得检定温度换算为钢尺得尺长方程式中得检定温度换算为2020为准为准,则则 l lt t=l lt t-0-0、007=30+0007=30+0、004+1004+1、20102010-5-530(30(t t-20)-0-20)-0、007007 =30-0 =30-0、003+1003+1、20102010-5-530(30(t t-20)(m)-20)(m)五、钢尺量距得误差及注意事项五、钢尺量距得误差及注意事项尺长误差尺长误差尺长误差尺长误差:钢尺得名义长度与实际长度不符钢尺得名义长度与实际长度不符,产生尺长误差。尺长误产生尺长误差。尺长误差具有积累性差具有积累性,它与所量距离成正比。一般量距时无需考虑此项误差。它与所量距离成正比。一般量距时无需考虑此项误差。定线误差定线误差定线误差定线误差:丈量时钢尺偏离定线方向丈量时钢尺偏离定线方向,将导致丈量结果偏大。将导致丈量结果偏大。温度改正温度改正温度改正温度改正:钢尺得长度随温度变化钢尺得长度随温度变化,丈量时温度与标准温度不一致丈量时温度与标准温度不一致,或测定得空气温度与钢尺温度相差较大或测定得空气温度与钢尺温度相差较大,都会产生温度误差。一般量距都会产生温度误差。一般量距时时,尽可能在阴天进行。精度要求较高得丈量尽可能在阴天进行。精度要求较高得丈量,应进行温度改正。应进行温度改正。拉力误差拉力误差拉力误差拉力误差:钢尺有弹性钢尺有弹性,受拉会伸长。一般量距时受拉会伸长。一般量距时,保持将钢尺拉平、保持将钢尺拉平、拉稳、拉直即可拉稳、拉直即可(大致大致15kg15kg拉力拉力)。尺垂曲与不水平误差尺垂曲与不水平误差尺垂曲与不水平误差尺垂曲与不水平误差:钢尺悬空丈量时中间下垂钢尺悬空丈量时中间下垂,称为垂曲。一般量称为垂曲。一般量距时这项误差可以忽略不计距时这项误差可以忽略不计;钢尺不水平得误差可采用加倾斜改正得方钢尺不水平得误差可采用加倾斜改正得方法减小至忽略不计。法减小至忽略不计。丈量误差丈量误差丈量误差丈量误差:钢尺端点对不准、测钎插不准、尺子读数等引起得误差都钢尺端点对不准、测钎插不准、尺子读数等引起得误差都属于丈量误差属于丈量误差,这种误差由于人得感官能力所限而产生这种误差由于人得感官能力所限而产生,也就是误差得一也就是误差得一项主要来源。所以在量距时应尽量认真操作项主要来源。所以在量距时应尽量认真操作,提高操作熟练程度提高操作熟练程度,以减以减小量距误差。小量距误差。钢尺得维护及使用中注意事项钢尺得维护及使用中注意事项钢尺得维护及使用中注意事项钢尺得维护及使用中注意事项在使用中在使用中,如果钢尺出现卷曲如果钢尺出现卷曲,切不可用力硬拉切不可用力硬拉,以免折断以免折断;严防钢严防钢尺被车碾压而折断或变形尺被车碾压而折断或变形;不准将尺子沿地面拖拉。不准将尺子沿地面拖拉。工作结束应用软布擦去尺上得泥与水工作结束应用软布擦去尺上得泥与水,涂上机油以防生锈。涂上机油以防生锈。第二节第二节 视距测量视距测量 视距测量就是根据几何光学原理视距测量就是根据几何光学原理,间接地同时测定地面间接地同时测定地面上两点间距离与高差得一种方法。上两点间距离与高差得一种方法。由于这种方法一般不受地形得限制由于这种方法一般不受地形得限制,使用常规得水准使用常规得水准仪、经纬仪等仪器仪、经纬仪等仪器,操作方便以及观测速度较快等优点。操作方便以及观测速度较快等优点。虽然测距相对误差仅有虽然测距相对误差仅有1/2001/2001/3001/300,但在精度要求不但在精度要求不高得测绘工作中高得测绘工作中,得到应用。在普通水准测量工作中用得到应用。在普通水准测量工作中用视距丝读取视距视距丝读取视距,就就是一例。就就是一例。用装有视距丝得测量仪器测距用装有视距丝得测量仪器测距,被称为普通视距测量。被称为普通视距测量。与视距测量相配套得尺子称为视距尺。普通视距测量可与视距测量相配套得尺子称为视距尺。普通视距测量可用普通水准尺用普通水准尺(或称标尺或称标尺)。横基尺测距横基尺测距横基尺测距横基尺测距12大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流一、普通视距测量的原理和公式一、普通视距测量的原理和公式视准轴水平时的视距原理视准轴水平时的视距原理视准轴水平时的视距原理视准轴水平时的视距原理 如图所示，仪器置于测站点A，使望远镜水平，照准B点上的视距尺，则尺上M、N两点的实象m、n落在十字丝平面上。由图可以看出 mnFMNF，所以仪器中心到视距尺的距离为式中 f望远镜的焦距；p 视距丝的间隔(p=mn=mn)；l 视距丝在视距尺上截得尺间隔(称为视距间隔)；物镜至仪器中心的距离。对于普通测量仪器来说，在设计时就可以使f/p和(f+)为固定值。f/p称为乘常数，以K表示(一般K=100)；(f+)称为加常数，以C表示(一般C=0)。这样，上式就可以写成 D=Kl+C=100l 只要利用上下丝在尺上读出尺间隔l值，(即上、下丝读数之差)，就可以很快求得仪器中心至视距尺的水平距离。M、N两点的高差：h=i-v视准轴倾斜时的视距原理视准轴倾斜时的视距原理视准轴倾斜时的视距原理视准轴倾斜时的视距原理 在地形起伏比较大的地区进行视距测量时，视准轴处于倾斜位置，视距尺还是铅垂地竖立在B点上，与视准轴不垂直。对于这种情况，为了推导出计算水平距离和高差的公式，设想视距尺绕E点旋转一个角(为视准轴的竖直角)，使尺子与视准轴垂直，若以l表示上下丝在此尺上截得的尺间隔，有 l=MN=lcos 倾斜距离 D=Kl=Klcos 则可得 水平距离计算公式：水平距离计算公式：水平距离计算公式：水平距离计算公式：高差计算公式：高差计算公式：高差计算公式：高差计算公式：二、视距测量得观测与计算二、视距测量得观测与计算将经纬仪安置于A点,量取仪器高i,在B点竖立视距尺。盘左位置,转动照准部精确瞄准B点视距尺,分别读取上、中、下丝得读数,算出尺间隔l。在实际操作中,还可以微动望远镜,将中丝对准vi附近,使上丝或下丝正好在视距尺某整刻度线上,从而直接读出尺间隔l。使中丝对准尺上仪器高读数,即v=i;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,计算竖直角。根据i、v、l、,计算并记录计算成果。三、视距测量得误差及注意事项三、视距测量得误差及注意事项作业前,应检验校正仪器,校正竖盘指标差不超过1。读数时注意消除视差,控制视距长度不要超过规范要求;上丝对准整分划,立即估读下丝。标尺倾斜对视距精度影响极大,在山区更为显著。为了减小标尺倾斜得影响,应在视距尺上安置圆水准器。风力较大使尺子抖动,对视距尺间隔l产生较大影响。为减少外界条件得不利影响,应选择有利得条件下观测。第三节第三节 光电测距光电测距 光电测距就是以光电波作为载波光电测距就是以光电波作为载波,通过测定光电波在测线通过测定光电波在测线两端点间往返传播得时间来测量距离。在其测程范围内两端点间往返传播得时间来测量距离。在其测程范围内,能测量任何可通过两点间得距离能测量任何可通过两点间得距离,如高山之间如高山之间,大河两岸大河两岸等。与传统得钢尺量距相比等。与传统得钢尺量距相比,具有精度高、速度快、灵活具有精度高、速度快、灵活方便、受气候与地形影响小等特点。方便、受气候与地形影响小等特点。南方测距仪南方测距仪 ND3000ND3000徕卡徕卡DI3000sDI3000s测距仪测距仪电磁波测距仪的分类：电磁波测距仪的分类：1.1.按载波分按载波分2.2.按测程分按测程分 短程短程 3km 15km 15km 3.3.按精度（每千米测距中误差）分按精度（每千米测距中误差）分 级：级：5mm 测程时测程时N0,N无需确定无需确定,但测相精度一定但测相精度一定,当测程当测程较大时较大时,测距精度将降低测距精度将降低测距仪采用多频率组合测距来求得测距仪采用多频率组合测距来求得N并保证测距精度并保证测距精度 如如:测定一段距离测定一段距离 l l/2=10米测得结果为米测得结果为 3、682米米 l l/2=1000米测得结果为米测得结果为 573、6 米米 两个结果组合为两个结果组合为 573、682米米3、整周数整周数N得确定方法得确定方法五、成果整理五、成果整理5-3 电磁波测距电磁波测距(d1+C)+(d2+C)=d3+C C=d3 -d1-d2(1)棱镜常数改正棱镜常数改正 棱镜等效反射面与棱镜安置中心不一致棱镜等效反射面与棱镜安置中心不一致(2)测距仪加常数改正测距仪加常数改正 测距仪相位中心与仪器对中位置不一致测距仪相位中心与仪器对中位置不一致1、斜距计算斜距计算d1d2d3HdC=d H(n 1)n 为棱镜玻璃得折射率为棱镜玻璃得折射率光得传播速度与气压、温度有关光得传播速度与气压、温度有关,即测尺长度发生变即测尺长度发生变化化,所加改正数称为气象改正所加改正数称为气象改正,与距离成正比。与距离成正比。5-3 电磁波测距电磁波测距(4)气象改正气象改正常用红外测距气象改正公式常用红外测距气象改正公式(3)测距仪乘常数改正测距仪乘常数改正:测距频率发生偏移测距频率发生偏移5-3 电磁波测距电磁波测距徕卡全站仪得气象改正表徕卡全站仪得气象改正表(单位单位ppm)相对湿度相对湿度60%,以温度以温度C、气压、气压mb 或海拔高或海拔高m为索引为索引2.距离归算距离归算（1）水平距离归算）水平距离归算5-3 电磁波测距电磁波测距（2）水平距离归算到参考椭球面）水平距离归算到参考椭球面（3）参考椭球面化算到高斯平面）参考椭球面化算到高斯平面ABHmabS1RmOS2hg大地水准面参考椭球面S1hDa a5-3 电磁波测距电磁波测距Ym(km)1020304550100150160S2/S1 8100001200000190000140000132000181001360013170投影改正得大小投影改正得大小Hm(m)50100200500800100015002000S1/S1 13700016400013200011300018000164001420013185高程改正得大小高程改正得大小小小 结结1.1.钢尺量距钢尺量距2.视距测量视距测量3.电磁波测距电磁波测距脉冲法测距脉冲法测距相位法测距相位法测距成果整理成果整理:斜距计算、距离归算斜距计算、距离归算相位法测距原理相位法测距原理080807070606050504040909545453535252515150505555“米”得由来 国际单位制得长度单位“米”(meter,metre)起源于法国。1790年5月由法国科学家组成得特别委员会,建议以通过巴黎得地球子午线全长得四千万分之一作为长度单位米,1791年获法国国会批准。17921799年,对法国敦克尔克至西班牙得巴塞罗那进行了测量。1799年根据测量结果制成一根3、5毫米25毫米短形截面得铂杆(platinum metre bar),以此杆两端之间得距离定为1米,并交法国档案局保管,所以也称为“档案米”。这就就是最早得米定义。1960年第十一届国际计量大会对米得定义作了如下更改:“米得长度等于氪86原子得2P10与5d1能级之间跃迁得辐射在真空中波长得、73倍”。70年代以来,对时间与光速得测定,都达到了很高得精确度。因此,1983年10月在巴黎召开得第十七届国际计量大会上又通过了米得新定义:“米就是1299792458秒得时间间隔内光在真空中行程得长度”。