第四章-距离测量与直线定向.ppt

第四章距离测量与直线定向 4 1钢尺量距 4 2普通视距测量 4 3光电测距仪 4 4直线定向 测量距离可根据不同的精度要求 不同的测量条件采用不同的方法 距离 指两点间的水平长度 钢尺量距 光学视距法测距 电磁波测距等 距离测量常用的方法 4 1钢尺量距 钢尺量距 利用具有标准长度的钢尺直接量测地面两点间距离 又称距离丈量 一 距离丈量使用的工具 钢尺 铟瓦尺 木尺 皮尺 花杆 插钎 垂球 弹簧秤 温度计 垂球 钢尺 端点尺和刻线尺 钢尺 测钎 标杆 弹簧秤 丈量工具 二 钢尺量距的一般方法 1 直线定线标定各尺段端点在同一直线上的工作称为直线定线 2 平坦地面的量距 A B两点间的水平距离为 式中 n 尺段数 l 钢尺的尺长 q 不足一整尺的余长 为了校核 提高精度 还要进行返测 用往 返测长度之差与全长平均数之比 并化成分子为1的分数来衡量距离丈量的精度 这个比值称为相对误差K 平坦地区钢尺量距相对误差不应大于1 3000 3 倾斜地面丈量 在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1 1000 当地面坡度较大 不可能将整根钢尺拉平丈量时 则可将直线分成若干小段进行丈量 每段的长度视坡度大小 量距的方便而定 三 钢尺量距精密方法 1 10000 1 经纬仪定线 将经纬仪安置于A点 瞄准B点 然后在AB的视线上用钢尺量距 依次定出比钢尺一整尺略短的尺段端点1 2 在各尺段端点打入木桩 桩顶高出地面5cm 10cm 在每个桩顶刻划十字线 其中一条在AB方向上 另一条垂直AB方向 以其交点作为钢尺读数的依据 2 量距量距是用经过检定的钢尺 两人拉尺 两人读数 一人记录及观测温度 量距时由后尺手用弹簧秤控制施加于钢尺的拉力 30m钢尺 标准拉力为100N 前 后读数员应同时在钢尺上读数 估读到0 5mm 每尺段要移动钢尺三次不同位置 三次丈量结果的互差不应超过2mm 取三段丈量结果的平均值作为尺段的最后结果 随之进行返测 如要进行温度和倾斜改正 还要观测现场温度和各桩顶高差 一般方法量距 相对误差为1 1000 1 5000 精密方法量距 相对误差1 10000 1 40000 主要工具 钢尺 弹簧秤 温度计 尺夹等 钢尺应经检验 尺长方程式 量距时应使用弹簧秤施加鉴定时的拉力 15kg 距离应进行温度与尺长改正 经过检定的钢尺长度可用尺长方程示 温度为t时的钢尺实际长度 钢尺的名义长度 尺长改正值 即温度在时钢尺全长改正数 钢尺膨胀系数 一般取 1 25 钢尺检定时的温度 量距时的温度 四 尺长方程 五 钢尺量距成果整理 精密量距结果应进行以下三项改正 1 尺长改正 2 温度改正 全长改正数 名义长度 任一尺段 钢尺膨胀系数t 丈量时温度t0 标准温度 当 为斜距时应换算成平距d 则倾斜改正值为 将上式项展开成级数 取第一项 3 倾斜改正 每一尺段改正后的水平距离为 例题 用尺长方程为的钢尺实测A B尺段 如图 长度l 29 896m A B两点间高差h 0 272m 测量时的温度t 25 8 C 试求A B尺段的水平距离 解 1 尺长改正 3 倾斜改正 4 A B尺段水平距离 2 温度改正 六 钢尺量距误差及注意事项 1 尺长误差 钢尺名义长度与实际长度不符的误差 具有积累性 丈量距离越长 误差越大 2 温度误差 温度变化1 丈量30m距离的影响为0 4mm 3 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 4 钢尺倾斜误差 地面不平坦 钢尺不水平或中间下垂而成曲线 所量长度 实际长度 整尺段悬空时 中间应有人托住钢尺 5 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 6 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 普通视距测量的精度一般为1 200 1 300 但由于操作简便 不受地形起伏限制 可同时测定距离和高差 被广泛用于测距精度要求不高的地形测量中 4 2普通视距测量 一 普通视距测量原理 视距测量是利用视距丝配合标尺读数来完成的 望远镜十字丝环 视距丝 对于倒像望远镜 下丝在标尺上的读数为a 上丝在标尺上的读数为b 视距间隔l l a b 则水平距离D有 h2 固定值 约34 23 l2 l1 1 2 A D1 D2 i h2 视距测量原理 通常情况下k 100 视准轴水平时的视距公式为 测站点到立尺点的高差为 i 仪器高 是桩顶到仪器水平轴的高度 v 中丝在标尺上的读数 2 视准轴水平时的距离和高差公式 3 视准轴倾斜时的距离和高差公式 图中 设 则 原理 倾斜距离L为 o A i D a a L h 计算 水平距离D为 高差h为 例题 如上图 在A点量取经纬仪高度i 1 400m 望远镜照准B点标尺 中丝 上丝 下丝读数分别为v 1 400m b 1 242m a 1 558m 3 27 试求A B两点间的水平距离和高差 解 1 尺间距 2 水平距离 3 高差 4 视距测量误差及注意事项 此外还有 标尺分划误差 竖直角观测误差 视距常数误差等 1 读数误差2 标尺不竖直误差3 外界条件的影响 视距测量误差 4 3光电测距 电磁波测距仪是用电磁波 光波或微波 作为载波传输测距信号以测量两点间距离的一种方法 电磁波测距仪的分类 1 光电测距仪 可见光 红外光 激光 2 微波测距仪 无线电波 微波 红外测距仪 光电测距仪是通过测量光波在待测距离D上往 返传播的时间t2D 计算待测距离D 式中 C为光波在空气中的传播速度 一 测距原理 二 测距方法 光电测距仪按照t2D的不同测量方式 可分为 脉冲式 直接测定时间 相位式 间接测定时间 1 脉冲式 脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成一定频率的尖脉冲 通过测量发射的尖脉冲在待测距离上往返传播的时间来计算距离 f0 脉冲的振荡频率 q 计数器计得时钟脉冲个数 计数器只能记忆整数个时钟脉冲 不足一周期的时间被丢掉了 测距精度较低 一般在 米 级 最好的达 分米 级 脉冲法测距应用 激光测卫 激光往返时间t 距离D 合作目标ERS 2卫星 脉冲法测距应用 上海激光测卫站 2 相位式 相位式光电测距仪是将发射光强调制成正弦波的形式 通过测量正弦光波在待测距离上往 返传播的相位移来解算时间 将返程正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形 由于 所以 则 式中 取 则不同的调制频率 对应的 测尺长见下表 调制频率 测尺长 10m 20m 100m 1km 2km 调制频率越大 测尺长度越短 相位式测距仪的基本工作原理图 1 由发射系统发射一个调制光波 同时至检相器 2 调制光波在待测距离上传播 反射镜反射后 经接收系统进入检相器 3 检相器将发射信号与接收信号进行相位比较 测出相位差 4 每改变频率f后的调制光波 测出一个 组合后经微处理器计算显示结果 三 测程及测距仪的精度 1 测程 测距仪一次所能测的最远距离 短程测距仪 测程小于5km 中程测距仪 测程在5km 30km 远程测距仪 测程在30km以上 2 测距仪的精度 式中 mD 测距中误差 单位为mm a 固定误差 单位为mm b 比例误差 D 以km为单位的距离 REDmini短程红外测距仪的精度为当距离D为0 6km时 测距精度是mD 5 8mm 通常写作ppm 1 仪器常数改正 加常数k 乘常数R 2 气象改正 3 倾斜改正 四 测距成果计算 五 光电测距的注意事项 1 防止日晒雨淋 在仪器使用和运输中应注意防震 2 严防阳光及强光直射物镜 以免损坏光电器件 3 仪器长期不用时 应将电池取出 4 测线应离开地面障碍物一定高度 避免通过发热体和较宽水面上空 避开强电磁场干扰的地方 5 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰 6 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测 TOPCON 拓普康 GTS 212全站仪 日本 蔡司Eita55全站仪 德国 徕卡TC 305全站仪 瑞士 4 4直线定向 确定直线与标准方向之间的角度关系称为直线定向 一 标准方向的分类 1 真子午线方向 通过地球表面某点的真子午线的切线方向 称为该点的真子午线方向 真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的 2 磁子午线方向 磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下 磁针自由静止时其轴线所指的方向 磁子午线方向可用罗盘仪测定 P 北极P 磁北极 3 坐标纵轴方向 我国采用高斯平面直角坐标系 6 带或3 带都以该带的中央子午线为坐标纵轴 因此取坐标纵轴方向作为标准方向 高斯平面直角坐标系 二 直线方向的表示方法 1 方位角 1 方位角的定义 从直线起点的标准方向北端起 顺时针方向量至直线的水平夹角 称为该直线的方位角 其角值范围为0 360 Y 1 2 标准方向北端 方位角 2 2 标准方向 真子午线方向 磁子午线方向 坐标纵轴方向 真方位角 A 磁方位角 Am 坐标方位角 2 磁北 真北 坐标北 Am A 1 由于地面各点的真北 或磁北 方向互不平行 用真 磁 方位角表示直线方向会给方位角的推算带来不便 所以在一般测量工作中 常采用坐标方位角来表示直线方向 x y o P1 P2 坐标北与真北的关系 2 几种方位角之间的关系 2 磁北 真北 坐标北 Am A 1 磁偏角 真北方向与磁北方向之间的夹角 子午线收敛角 真北方向与坐标北方向之间的夹角 当磁北方向或坐标北方向偏于真北方向东侧时 和 为正 偏于西侧时 和 为负 3 正 反坐标方位角 直线1 2 点1是起点 点2是终点 12 正坐标方位角 21 反坐标方位角 21 12 x y o x x 1 2 直线2 1 所以一条直线的正 反坐标方位角互差180 2 象限角 某直线的象限角是由直线起点的标准方向北端或南端起 沿顺时针或逆时针方向量至该直线的锐角 用R表示 北 西 y 东 南 x o RO1 RO3 RO2 RO4 O1 O2 O3 O4 1 2 3 4 O1 RO1 O2 180 RO2 O3 180 RO3 O4 360 RO4 三 坐标方位角的推算 12已知 通过连测求得12边与23边的连接角为 2 右角 23边与34边的连接角为 3 左角 现推算 23 34 1 2 3 4 x x x 23 34 12 2 3 前进方向 1 2 3 4 x x 23 12 2 21 前进方向 x 34 3 32 由图中分析可知 推算坐标方位角的通用公式 注意 计算中 若 前 360 减360 若 前 0 加360 当 角为左角时 取 若为右角时 取 例题 已知 12 46 2 3及 的角