距离测量与直线定向省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

测绘学基础测绘学基础主讲：杨 楠选取教材：测量学基础主编：赵雪云 李 峰出版：化学工业出版社 云南能源职业技术学院三年制高职教程云南能源职业技术学院三年制高职教程第1页 水平距离测量是测量三项基本工作之一，其主要任水平距离测量是测量三项基本工作之一，其主要任务是测量地面两点之间水平距离。水平距离是指地面务是测量地面两点之间水平距离。水平距离是指地面上两点垂直投影在同一水平面上直线距离，是确定地上两点垂直投影在同一水平面上直线距离，是确定地面点平面位置要素之一。面点平面位置要素之一。按照使用工具和量距方法不一样，距离测量方法有按照使用工具和量距方法不一样，距离测量方法有钢尺量距、视距测量、电磁波测距和钢尺量距、视距测量、电磁波测距和GPSGPS测距等。测距等。钢尺量距适合用于平坦地域短距离量距，易受地形限制。钢尺量距适合用于平坦地域短距离量距，易受地形限制。视距测量适合用于低精度短距离量距。视距测量适合用于低精度短距离量距。电磁波测距精度高，测程远，适合用于高精度远距离量距。电磁波测距精度高，测程远，适合用于高精度远距离量距。GPS GPS测距精度高，测程远，且不受地形条件限制，适用范围广。测距精度高，测程远，且不受地形条件限制，适用范围广。直线定向是确定两点间相对位置关系必要步骤，直线定向是确定两点间相对位置关系必要步骤，在此一并介绍。在此一并介绍。第五章 距离测量与直线定向第2页第一节第一节 钢尺量距钢尺量距一、距离丈量工具一、距离丈量工具 钢尺（钢卷尺）钢尺（钢卷尺）短钢尺：短钢尺：25m 长钢尺：长钢尺：2050m 端点尺：端点尺以尺最外端点作为尺零点；端点尺：端点尺以尺最外端点作为尺零点；刻线尺：刻线尺以刻在尺前端刻线尺：刻线尺以刻在尺前端0 0刻划线作为尺零点。刻划线作为尺零点。标杆（花杆）、测钎、垂球标杆（花杆）、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第3页 二、直线定线二、直线定线 当地面上两点间距离超出尺子全长时，或地势起伏较大，一尺段当地面上两点间距离超出尺子全长时，或地势起伏较大，一尺段无法完成丈量工作时，量距前必须在经过直线两端点竖直面内，定出无法完成丈量工作时，量距前必须在经过直线两端点竖直面内，定出若干分段点，方便分段丈量，这项工作称为直线定线。若干分段点，方便分段丈量，这项工作称为直线定线。按精度要求不一样，直线定线有目估定线和经纬仪定线两种方法。按精度要求不一样，直线定线有目估定线和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定线方法，称为走近定线。反之，测量员乙定线方法，称为走近定线。反之，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定线方法，称为走远定线。定线方法，称为走远定线。走近定线法较走远定线法准确些，这是因为走近定线过程中，新立标走近定线法较走远定线法准确些，这是因为走近定线过程中，新立标杆不受已立标杆影响。杆不受已立标杆影响。在平坦地域普通量距中，直线定线工作常与量距工作同时进行，即边在平坦地域普通量距中，直线定线工作常与量距工作同时进行，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，在两点，在A A，B B延长线上，按走远定线方法定出延长线上，按走远定线方法定出B B以远其它各点，即完成在两点延长线上定线。以远其它各点，即完成在两点延长线上定线。两端点不易抵达或两端点间为山丘所阻而不通视定线。两端点不易抵达或两端点间为山丘所阻而不通视定线。第4页经纬仪定线经纬仪定线 当丈量距离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、普通精度距离丈量三、普通精度距离丈量 所谓普通精度距离丈量所谓普通精度距离丈量(或普通精度量距或普通精度量距)是指每丈量一尺段，只需准是指每丈量一尺段，只需准确到厘米级丈量方法。依据地势条件，分为平坦地面距离丈量和倾确到厘米级丈量方法。依据地势条件，分为平坦地面距离丈量和倾斜地面距离丈量。斜地面距离丈量。第5页平坦地面距离丈量平坦地面距离丈量 此方法为量距基本方法。丈量前，先将待测距离两个端点用木桩此方法为量距基本方法。丈量前，先将待测距离两个端点用木桩（桩顶钉一小钉）标志出来，去除直线上障碍物后，普通由两人在两（桩顶钉一小钉）标志出来，去除直线上障碍物后，普通由两人在两点间边定线边丈量。点间边定线边丈量。为了校核和提升精度，普通要求进行往返测。最终，以往、返两次为了校核和提升精度，普通要求进行往返测。最终，以往、返两次丈量结果平均值作为直线丈量结果平均值作为直线ABAB最终水平距离。最终水平距离。D=nl+lD=nl+l第6页 精度要求：精度要求：以往、返丈量距离之差绝对值以往、返丈量距离之差绝对值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分数，称为相对误差分数，称为相对误差K K，作为衡量距离丈量精度，即，作为衡量距离丈量精度，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，则相对误差分母愈大，则K K值愈小，精度愈高；反之，精度愈低。量距值愈小，精度愈高；反之，精度愈低。量距精度取决于使用要求和地面起伏情况，在平坦地域，钢尺量距普通方精度取决于使用要求和地面起伏情况，在平坦地域，钢尺量距普通方法相对误差普通不应大于法相对误差普通不应大于1/30001/3000；在量距较困难地域，其相对误差；在量距较困难地域，其相对误差也不应大于也不应大于1/10001/1000。第7页倾斜地面距离丈量倾斜地面距离丈量 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：当倾斜地面坡度比较均匀或坡度较大时，能够沿斜坡斜量法：当倾斜地面坡度比较均匀或坡度较大时，能够沿斜坡丈量出丈量出A A、B B两点间斜距两点间斜距L L，用经纬仪测出直线，用经纬仪测出直线ABAB倾角倾角，或，或A A、B B两点高差两点高差h h，按下式计算直线，按下式计算直线ABAB水平距离：水平距离：第8页四、钢尺量距精密方法四、钢尺量距精密方法 钢尺量距普通方法，精度不高，相对误差普通只能到达钢尺量距普通方法，精度不高，相对误差普通只能到达1/1/1/50001/5000。但在实际测量工作中，有时量距精度要求很高，如在建筑工。但在实际测量工作中，有时量距精度要求很高，如在建筑工地测设建筑方格网主轴线，量距精度要求在地测设建筑方格网主轴线，量距精度要求在1/100001/10000以上，甚至要求以上，甚至要求更高。这时若用钢尺量距，应采取钢尺量距精密方法。更高。这时若用钢尺量距，应采取钢尺量距精密方法。尺长方程式尺长方程式尺长方程式尺长方程式 因为钢尺材料质量及刻划误差、长久使用变形以及丈量时温度和因为钢尺材料质量及刻划误差、长久使用变形以及丈量时温度和拉力不一样影响，其实际长度往往不等于其名义长度（即钢尺上所标注拉力不一样影响，其实际长度往往不等于其名义长度（即钢尺上所标注长度）。所以，量距前应对钢尺进行检定。长度）。所以，量距前应对钢尺进行检定。尺长方程式正反应了钢尺实际长度与名义长度关系，其普通形式为：尺长方程式正反应了钢尺实际长度与名义长度关系，其普通形式为：真长真长名义长名义长尺长更正数尺长更正数膨胀系数：膨胀系数：1.15101.1510-5-5 1.2510 1.2510-5-5/检定时标准温度检定时标准温度（普通为（普通为2020）使用时温度使用时温度第9页 钢尺检定方法钢尺检定方法钢尺检定方法钢尺检定方法 钢尺检定方法有与标准尺比长和在已知长度两固定点间量距两种钢尺检定方法有与标准尺比长和在已知长度两固定点间量距两种方法。下面介绍与标准尺比长方法。方法。下面介绍与标准尺比长方法。例例:设设I I号标准尺尺长方程式为号标准尺尺长方程式为 l lt t=30+0.004+1.2010=30+0.004+1.2010-5-530(30(t t-20)(m)-20)(m)被检定被检定 号钢尺，其名义长度也是号钢尺，其名义长度也是30m30m。比较时温度为。比较时温度为2424，当，当两把尺子末端刻划对齐并施加标准拉力后，两把尺子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0.007m0.007m，依据比较结果，能够得出：，依据比较结果，能够得出：l lt t=l lt t-0.007=30+0.004+1.2010-0.007=30+0.004+1.2010-5-530(30(2424-20)-0.007=30-0.002(m)-20)-0.007=30-0.002(m)故故 号钢尺尺长方程式为号钢尺尺长方程式为 l lt t=30-0.002+1.2010=30-0.002+1.2010-5-530(30(t t-24)(m)-24)(m)因为不需考虑尺长更正数因为不需考虑尺长更正数/因温度升高而引发改变，所以如将因温度升高而引发改变，所以如将 号号钢尺尺长方程式中检定温度换算为钢尺尺长方程式中检定温度换算为2020为准，则为准，则 l lt t=l lt t-0.007=30+0.004+1.2010-0.007=30+0.004+1.2010-5-530(30(t t-20)-0.007-20)-0.007 =30-0.003+1.2010 =30-0.003+1.2010-5-530(30(t t-20)(m)-20)(m)五、钢尺量距误差及注意事项五、钢尺量距误差及注意事项 尺长误差：尺长误差：尺长误差：尺长误差：钢尺名义长度与实际长度不符，产生尺长误差。尺长误钢尺名义长度与实际长度不符，产生尺长误差。尺长误差含有积累性，它与所量距离成正比。普通量距时无需考虑此项误差。差含有积累性，它与所量距离成正比。普通量距时无需考虑此项误差。第10页 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，将造成丈量结果偏大。丈量时钢尺偏离定线方向，将造成丈量结果偏大。温度更正：温度更正：温度更正：温度更正：钢尺长度随温度改变，丈量时温度与标准温度不一致，钢尺长度随温度改变，丈量时温度与标准温度不一致，或测定空气温度与钢尺温度相差较大，都会产生温度误差。普通量距或测定空气温度与钢尺温度相差较大，都会产生温度误差。普通量距时，尽可能在阴天进行。精度要求较高丈量，应进行温度更正。时，尽可能在阴天进行。精度要求较高丈量，应进行温度更正。拉力误差：拉力误差：拉力误差：拉力误差：钢尺有弹性，受拉会伸长。普通量距时，保持将钢尺拉平、钢尺有弹性，受拉会伸长。普通量距时，保持将钢尺拉平、拉稳、拉直即可（大致拉稳、拉直即可（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，称为垂曲。普通量钢尺悬空丈量时中间下垂，称为垂曲。普通量距时这项误差能够忽略不计；钢尺不水平误差可采取加倾斜更正方距时这项误差能够忽略不计；钢尺不水平误差可采取加倾斜更正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、尺子读数等引发误差都钢尺端点对不准、测钎插不准、尺子读数等引发误差都属于丈量误差，这种误差因为人感官能力所限而产生，也是误差一属于丈量误差，这种误差因为人感官能力所限而产生，也是误差一项主要起源。所以在量距时应尽可能认真操作，提升操作熟练程度，以减项主要起源。所以在量距时应尽可能认真操作，提升操作熟练程度，以减小量距误差。小量距误差。钢尺维护及使用中注意事项钢尺维护及使用中注意事项钢尺维护及使用中注意事项钢尺维护及使用中注意事项在使用中，假如钢尺出现卷曲，切不可用力硬拉，以免折断；严防钢在使用中，假如钢尺出现卷曲，切不可用力硬拉，以免折断；严防钢尺被车碾压而折断或变形；不准将尺子沿地面拖拉。尺被车碾压而折断或变形；不准将尺子沿地面拖拉。工作结束应用软布擦去尺上泥和水，涂上机油以防生锈。工作结束应用软布擦去尺上泥和水，涂上机油以防生锈。第11页第二节第二节 视距测量视距测量 视距测量是依据几何光学原理，间接地同时测定地面视距测量是依据几何光学原理，间接地同时测定地面上两点间距离和高差一个方法。上两点间距离和高差一个方法。因为这种方法普通不受地形限制，使用常规水准因为这种方法普通不受地形限制，使用常规水准仪、经纬仪等仪器，操作方便以及观察速度较快等优点。仪、经纬仪等仪器，操作方便以及观察速度较快等优点。即使测距相对误差仅有即使测距相对误差仅有1/2001/2001/3001/300，但在精度要求不，但在精度要求不高测绘工作中，得到应用。在普通水准测量工作中用高测绘工作中，得到应用。在普通水准测量工作中用视距丝读取视距，就是一例。视距丝读取视距，就是一例。用装有视距丝测量仪器测距，被称为普通视距测量。用装有视距丝测量仪器测距，被称为普通视距测量。与视距测量相配套尺子称为视距尺。普通视距测量可与视距测量相配套尺子称为视距尺。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第12页一、普通视距测量原理和公式一、普通视距测量原理和公式视准轴水平时视距原理视准轴水平时视距原理视准轴水平时视距原理视准轴水平时视距原理 如图所表示，仪器置于测站点A，使望远镜水平，照准B点上视距尺，则尺上M、N两点实象m、n落在十字丝平面上。由图能够看出 mnFMNF，所以仪器中心到视距尺距离为式中 f望远镜焦距；p 视距丝间隔(p=mn=mn)；l 视距丝在视距尺上截得尺间隔(称为视距间隔)；物镜至仪器中心距离。对于普通测量仪器来说，在设计时就能够使f/p和(f+)为固定值。f/p称为乘常数，以K表示(普通K=100)；(f+)称为加常数，以C表示(普通C=0)。这么，上式就能够写成 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水平距离。M、N两点高差：h=i-v第13页视准轴倾斜时视距原理视准轴倾斜时视距原理视准轴倾斜时视距原理视准轴倾斜时视距原理 在地形起伏比较大地域进行视距测量时，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公式，构想视距尺绕E点旋转一个角(为视准轴竖直角)，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：第14页二、视距测量观察与计算二、视距测量观察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，转动照准部准确瞄准B点视距尺，分别读取上、中、下丝读数，算出尺间隔l。在实际操作中，还能够微动望远镜，将中丝对准vi附近，使上丝或下丝恰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。依据i、v、l、，计算并统计计算结果。三、视距测量误差及注意事项三、视距测量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出1。读数时注意消除视差，控制视距长度不要超出规范要求；上丝对准整分划，马上估读下丝。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。为降低外界条件不利影响，应选择有利条件下观察。第15页第三节第三节 光电测距光电测距 光电测距是以光电波作为载波，经过测定光电波在测线光电测距是以光电波作为载波，经过测定光电波在测线两端点间往返传输时间来测量距离。在其测程范围内，两端点间往返传输时间来测量距离。在其测程范围内，能测量任何可经过两点间距离，如高山之间，大河两岸能测量任何可经过两点间距离，如高山之间，大河两岸等。与传统钢尺量距相比，含有精度高、速度快、灵活等。与传统钢尺量距相比，含有精度高、速度快、灵活方便、受气候和地形影响小等特点。方便、受气候和地形影响小等特点。南方测距仪南方测距仪 ND3000 ND3000徕卡徕卡DI3000sDI3000s测距仪测距仪第16页电磁波测距仪分类：电磁波测距仪分类：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，但测相精度一定，当无需确定，但测相精度一定，当测程较大时，测距精度将降低测程较大时，测距精度将降低测距仪采取多频率组合测距来求得测距仪采取多频率组合测距来求得N并确保测距精度并确保测距精度 如：测定一段距离如：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N确定方法第29页五、结果整理五、结果整理5-3 电磁波测距电磁波测距（d1+C)+(d2+C)=d3+C C=d3 -d1-d2（1）棱镜常数更正）棱镜常数更正 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）测距仪加常数更正）测距仪加常数更正 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 为棱镜玻璃折射率为棱镜玻璃折射率第30页光传输速度与气压、温度相关，即测尺长度发生改光传输速度与气压、温度相关，即测尺长度发生改变，所加更正数称为气象更正，与距离成正比。变，所加更正数称为气象更正，与距离成正比。5-3 电磁波测距电磁波测距（4）气象更正）气象更正惯用红外测距气象更正公式惯用红外测距气象更正公式（3）测距仪乘常数更正：）测距仪乘常数更正：测距频率发生偏移测距频率发生偏移第31页5-3 电磁波测距电磁波测距徕卡全站仪气象更正表（单位徕卡全站仪气象更正表（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为索引为索引第32页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 a第33页5-3 电磁波测距电磁波测距Ym(km)1020304550100150160S2/S1 81000010019000014000013181001360013170投影更正大小投影更正大小Hm(m)5010020050080010001500S1/S1 1370001640001311300018000164001420013185高程更正大小高程更正大小第34页小小 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结果整理：斜距计算、距离归算结果整理：斜距计算、距离归算第35页相位法测距原理相位法测距原理第36页080807070606050504040909545453535252515150505555第37页“米”由来 国际单位制长度单位“米”(meter,metre)起源于法国。1790年5月由法国科学家组成尤其委员会，提议以经过巴黎地球子午线全长四千万分之一作为长度单位米，1791年获法国国会同意。17921799年，对法国敦克尔克至西班牙巴塞罗那进行了测量。1799年依据测量结果制成一根35毫米25毫米短形截面铂杆(platinum metre bar)，以此杆两端之间距离定为1米，并交法国档案局保管，所以也称为“档案米”。这就是最早米定义。第38页 1960年第十一届国际计量大会对米定义作了以下更改：“米长度等于氪86原子2P10和5d1能级之间跃迁辐射在真空中波长165076373倍”。70年代以来，对时间和光速测定，都到达了很高准确度。所以，1983年10月在巴黎召开第十七届国际计量大会上又经过了米新定义：“米是1299792458秒时间间隔内光在真空中行程长度”。第39页第40页作业P60：第5、9、11题。第41页