土木工程测量-第四章 距离测量ppt课件

1、第四章第四章 间隔丈量间隔丈量教学课件4 4 距离测量距离测量间隔丈量是丈量任务的根本任务之一，所谓间隔是指两点间的间隔丈量是丈量任务的根本任务之一，所谓间隔是指两点间的程度长度。假设测得的是倾斜间隔，还必需改算为程度间隔。按照程度长度。假设测得的是倾斜间隔，还必需改算为程度间隔。按照所用仪器、工具的不同，丈量间隔的方法有钢尺直接量距、光电测所用仪器、工具的不同，丈量间隔的方法有钢尺直接量距、光电测距仪和光学视距法测距等。距仪和光学视距法测距等。本章要点本章要点钢尺量距方法钢尺量距方法钢尺量距成果处置钢尺量距成果处置视距丈量原理视距丈量原理丈量方法和成果计算丈量方法和成果计算引见电磁波测距原理

2、，红外测距仪简介引见电磁波测距原理，红外测距仪简介4 4 距离测量距离测量4.1钢尺量距是利器具有规范长度的钢尺直接量测地面两点间的间钢尺量距是利器具有规范长度的钢尺直接量测地面两点间的间隔，又称为间隔丈量。钢尺量距时，根据不同的精度要求所用的工隔，又称为间隔丈量。钢尺量距时，根据不同的精度要求所用的工具和方法也不同。具和方法也不同。4.1.1 4.1.1 量距工具量距工具钢尺钢尺最高精度可达最高精度可达1/11/1万。万。尺宽尺宽101015mm15mm。长度。长度20m20m、30m30m、50m50m等。等。有三种分划：根本分划为厘米；厘米有三种分划：根本分划为厘米；厘米( (在尺端在尺

3、端10cm10cm内为毫内为毫米分划米分划) )；毫米分划。；毫米分划。尺的零点位置尺的零点位置刻线尺，端点尺；刻线尺，端点尺；4 4 距离测量距离测量4.14.1.1 4.1.1 量距工具量距工具皮尺皮尺用麻皮制成，精度低，只用于精度要求不高的间隔用麻皮制成，精度低，只用于精度要求不高的间隔丈量。丈量。因瓦尺因瓦尺镍铁合金制成，线状，直径镍铁合金制成，线状，直径1.5mm1.5mm，长度，长度24m,24m,尺尺身无分划和数字注记，尺两端各连一个三棱形的分划尺，长身无分划和数字注记，尺两端各连一个三棱形的分划尺，长8cm,8cm,最最小分划小分划1mm1mm。全套由。全套由4 4根主尺，一根

4、辅尺组成。精度高，根主尺，一根辅尺组成。精度高，1/1001/100万，万，用于精细量距。用于精细量距。辅助工具辅助工具测钎、花杆、垂球、弹簧秤和温度计。测钎、花杆、垂球、弹簧秤和温度计。4 4 距离测量距离测量4.14.1.2 4.1.2 直线定线直线定线将所量尺段标定在待测二点间一条直线上的任务称为直线定线将所量尺段标定在待测二点间一条直线上的任务称为直线定线。目视定线目视定线普通量距用目视定线。普通量距用目视定线。经纬仪定线经纬仪定线精细量距运用经纬仪定线。精细量距运用经纬仪定线。4 4 距离测量距离测量4.14.1.3 4.1.3 量距方法量距方法钢尺量距普通采用整尺法量距，精细量距用

5、串尺法量距。根据钢尺量距普通采用整尺法量距，精细量距用串尺法量距。根据不同地形可采用程度量距法和倾斜量距法不同地形可采用程度量距法和倾斜量距法平坦地域量距平坦地域量距量距精度不高时可采用整尺法量距，直接量距精度不高时可采用整尺法量距，直接将钢尺沿地面丈量，不用加温度矫正和用弹簧秤标定施加拉力。将钢尺沿地面丈量，不用加温度矫正和用弹簧秤标定施加拉力。D=nl+lD=nl+l(4-1)(4-1)D=nl+lD=nl+l(4-1)(4-1)倾斜地面间隔丈量倾斜地面间隔丈量视地形情况可用程度量距法或倾斜量视地形情况可用程度量距法或倾斜量距法。距法。4 4 距离测量距离测量4.14.1.3 4.1.3

6、量距方法量距方法为了提高精度，普通采用往返丈量。为了提高精度，普通采用往返丈量。量距精度以相对误差表示，通常化为分子为量距精度以相对误差表示，通常化为分子为1 1的分数方式：的分数方式：K=|DK=|D往往-D-D返返|/D|/D平均平均=1/M=1/MM=DM=D平均平均/|D|/|D|(4-2)|D|DMM1D|D|2DD|D-|返往返往DK两点间程度间隔为：两点间程度间隔为： )D(21返往DD平坦地域钢尺量距相对误差不应大于平坦地域钢尺量距相对误差不应大于1/30001/3000；在困难地域相对；在困难地域相对误差不应大于误差不应大于1/10001/1000。 4 4 距离测量距离测量

7、4.14.1.3 4.1.3 量距方法量距方法 精细量距精细量距当量距精度要求在当量距精度要求在1/11/1万以上时，要用精细量距方法，精细量万以上时，要用精细量距方法，精细量距前要先清理场地。距前要先清理场地。定线定线经纬仪定线、钢尺概量，打木桩、划线。经纬仪定线、钢尺概量，打木桩、划线。 量距量距用检定过的钢尺丈量相邻两木桩之间的间隔。每尺用检定过的钢尺丈量相邻两木桩之间的间隔。每尺段要挪动钢尺位置丈量三次，三次测得的结果的较差视不同要求而段要挪动钢尺位置丈量三次，三次测得的结果的较差视不同要求而定，普通不得超越定，普通不得超越2 23mm3mm，否那么要分量。假设在限差以内，那么，否那么

8、要分量。假设在限差以内，那么取平均值。作为此尺段的观测成果。规范拉力取平均值。作为此尺段的观测成果。规范拉力(30m(30m尺子，尺子，100N)100N)。测记温度，估读到测记温度，估读到0.50.5。往返测，丈量次数视量边精度要求而定往返测，丈量次数视量边精度要求而定丈量桩顶高程丈量桩顶高程往返观测，往返所测高差之差，不超越往返观测，往返所测高差之差，不超越10mm,10mm,如在限差之内，取平均值作为观测成果。如在限差之内，取平均值作为观测成果。这种量距法称为串尺法量距。这种量距法称为串尺法量距。4 4 距离测量距离测量4.14.1.4 4.1.4 钢尺量距成果整理钢尺量距成果整理精细量

9、距中，每一尺段需进展尺长矫正、温度矫正及倾斜矫正精细量距中，每一尺段需进展尺长矫正、温度矫正及倾斜矫正，求出矫正后的尺段长度。，求出矫正后的尺段长度。尺长矫正尺长矫正 钢尺名义长度钢尺名义长度l0l0普通和实践长度不相等，每量一段都需参与尺普通和实践长度不相等，每量一段都需参与尺长矫正。在规范拉力、规范温度下经过检定实践长度为长矫正。在规范拉力、规范温度下经过检定实践长度为l l，其差值，其差值ll为整尺段的尺长矫正，即为整尺段的尺长矫正，即l=ll=l-l0-l0任一长度任一长度l l尺长矫正公式为：尺长矫正公式为：ld=lld=ll/l0l/l0(4-3)(4-3)l=ll=l-l0-l0

10、ld=lld=ll/l0l/l0(4-3)(4-3)温度矫正温度矫正设钢尺在检定时的温度为设钢尺在检定时的温度为t0t0，丈量时的温度为，丈量时的温度为tt，钢尺的线，钢尺的线膨胀系数膨胀系数(普通为普通为0.0000125/)0.0000125/)。那么某尺段。那么某尺段l l的温度矫正为：的温度矫正为：lt=(t-t0)llt=(t-t0)l(4-4)(4-4)lt=(t-t0)llt=(t-t0)l(4-4)(4-4)4 4 距离测量距离测量4.14.1.4 4.1.4 钢尺量距成果整理钢尺量距成果整理倾斜矫正倾斜矫正设沿地面量斜距为设沿地面量斜距为l l，测得高差为，测得高差为h,h,

11、换成平距换成平距d d要进展倾斜矫正要进展倾斜矫正。公式为。公式为( (图图L-4-9)L-4-9)：上式用级数展开：上式用级数展开： 1)1()(21222/122lhllhlldlh 1)821(4422lHlhllh当高差不大时，当高差不大时，h h与与l l比值很小，取前两项得倾斜矫正为：比值很小，取前两项得倾斜矫正为：(4-5)lhlh22每一尺段矫正后的程度间隔为：每一尺段矫正后的程度间隔为：(4-6)htdlllld4 4 距离测量距离测量4.14.1.5 4.1.5 钢尺检定钢尺检定由于钢尺制造误差，以及长期运用产生的变形使得钢尺名义长由于钢尺制造误差，以及长期运用产生的变形使

12、得钢尺名义长度和实践长度不一样，因此在精细量距前必需对钢尺进展检定。度和实践长度不一样，因此在精细量距前必需对钢尺进展检定。钢尺检定室应是恒温室，普通用平台法。将钢尺放在长度为钢尺检定室应是恒温室，普通用平台法。将钢尺放在长度为30m(30m(或或50m)50m)的水泥平台上，平台二端安装有施加拉力的拉力架。给的水泥平台上，平台二端安装有施加拉力的拉力架。给钢尺施加规范拉力钢尺施加规范拉力(100N)(100N)，然后用规范尺量测被检定钢尺，得到在，然后用规范尺量测被检定钢尺，得到在规范温度、规范拉力下的实践长度，最后给出尺长随温度变化的函规范温度、规范拉力下的实践长度，最后给出尺长随温度变化

13、的函数式，称为尺长方程式。数式，称为尺长方程式。lt=l0+ld+(t-t0)l0 (4-7)lt=l0+ld+(t-t0)l0 (4-7)lt=l0+ld+(t-t0)l0 (4-7)lt=l0+ld+(t-t0)l0 (4-7)4 4 距离测量距离测量4.2影响钢尺量距精度的要素很多，主要有定线误差、尺长误差、影响钢尺量距精度的要素很多，主要有定线误差、尺长误差、温度测定误差、钢尺倾斜误差、拉力不均误差、钢尺对准误差、读温度测定误差、钢尺倾斜误差、拉力不均误差、钢尺对准误差、读数误差等。现择其主要者讨论如下。数误差等。现择其主要者讨论如下。定线误差定线误差在量距时由于钢尺没有准确地安放在待

14、量距的直线方向上，所在量距时由于钢尺没有准确地安放在待量距的直线方向上，所量的是折线而不是直线，呵斥量距结果偏大，如图量的是折线而不是直线，呵斥量距结果偏大，如图4-44-4所示。所示。设定线误差为设定线误差为，一尺段的量距误差为：，一尺段的量距误差为：(4-8)lll222222)(2当当 ，l=30ml=30m时，时，0.12m0.12m，3mm3mm，所以目视定，所以目视定线即可达此精度。线即可达此精度。300001l4 4 距离测量距离测量4.2尺长误差尺长误差钢尺名义长度与实践长度之差产生的尺长误差对量距的影响，钢尺名义长度与实践长度之差产生的尺长误差对量距的影响，是随着间隔的添加而

15、添加的。在高精度量距时应加尺长矫正，并要是随着间隔的添加而添加的。在高精度量距时应加尺长矫正，并要求钢尺检定误差求钢尺检定误差1mm1mm。温度测定误差温度测定误差据钢尺温度矫正公式据钢尺温度矫正公式lt=(t-t0)llt=(t-t0)l，当温度引起的误差为，当温度引起的误差为1/300001/30000时，温度丈量误差不应超出时，温度丈量误差不应超出33，此外在测试温度计显示，此外在测试温度计显示的是空气环境温度，不是钢尺本身的温度。在阳光暴晒下，钢尺与的是空气环境温度，不是钢尺本身的温度。在阳光暴晒下，钢尺与环境测试可差环境测试可差55。所以量距冝在阴天进展。最好用半导体温度计。所以量距

16、冝在阴天进展。最好用半导体温度计丈量钢尺的本身温度。丈量钢尺的本身温度。拉力不均误差拉力不均误差钢尺具有弹性，会因受拉而伸长。钢尺弹性模量钢尺具有弹性，会因受拉而伸长。钢尺弹性模量E=2E=2105MPa105MPa，设钢尺断面积设钢尺断面积A=0.04cm2,A=0.04cm2,钢尺拉力拉力误差为钢尺拉力拉力误差为pp，据虎克定律，据虎克定律，钢尺伸长误差为：钢尺伸长误差为：(4-9)EAPlp当拉力误差为当拉力误差为30N30N，尺长，尺长30m30m，钢尺量距误差为，钢尺量距误差为1mm1mm，所以精细量，所以精细量距时应运用弹簧秤控制拉力。距时应运用弹簧秤控制拉力。4 4 距离测量距离

17、测量4.2钢尺对准及读数误差钢尺对准及读数误差在量距时，由于钢尺对点误差、测钎安顿误差及读数误差都会在量距时，由于钢尺对点误差、测钎安顿误差及读数误差都会使量距产生误差。这些误差是偶尔误差，所以量距时，应仔细仔细使量距产生误差。这些误差是偶尔误差，所以量距时，应仔细仔细。并采用多次丈量取平均值的方法，以提高量距精度。此外，钢尺。并采用多次丈量取平均值的方法，以提高量距精度。此外，钢尺根本分划为根本分划为1mm1mm，普通读数也到毫米，假设不仔细会产生较大误差，普通读数也到毫米，假设不仔细会产生较大误差，所以丈量时要仔细仔细。，所以丈量时要仔细仔细。钢尺倾斜误差钢尺倾斜误差钢尺量距时假设钢尺不程

18、度，或钢尺丈量间隔时两端高差测定钢尺量距时假设钢尺不程度，或钢尺丈量间隔时两端高差测定有误差，对丈量会产生误差，使间隔丈量值偏大，倾斜矫正公式见有误差，对丈量会产生误差，使间隔丈量值偏大，倾斜矫正公式见式式(4-5) (lh=-h2/2l )(4-5) (lh=-h2/2l )。从式从式(4-5)(4-5)可见，高差的大小及其测定误差对测距误差有影响可见，高差的大小及其测定误差对测距误差有影响。对于。对于30m30m的钢尺，当的钢尺，当h=1mh=1m，高差测定误差，高差测定误差mh=mh=5mm5mm时，产生测距误时，产生测距误差为差为0.17mm0.17mm。所以在精细量距时，用普通水准仪

19、测定高差即可。所以在精细量距时，用普通水准仪测定高差即可在普通量距时，用目估持平钢尺，经统计会产生在普通量距时，用目估持平钢尺，经统计会产生5050倾斜倾斜( (相相当于当于0.44m0.44m高差误差高差误差) )，对量距约产生，对量距约产生3mm3mm误差。误差。4 4 距离测量距离测量4.34.3.1 4.3.1 视距丈量原理视距丈量原理视距丈量是利用望远镜内的视距安装配合视距尺，根据几何光视距丈量是利用望远镜内的视距安装配合视距尺，根据几何光学和三角丈量原理，同时测定间隔和高差的方法。最简单的视距安学和三角丈量原理，同时测定间隔和高差的方法。最简单的视距安装是丈量仪器装是丈量仪器( (

20、如经纬仪、水准仪如经纬仪、水准仪) )的望远镜十字丝分划板上刻制上的望远镜十字丝分划板上刻制上、下对称的两条短线，称视距丝。如图、下对称的两条短线，称视距丝。如图4-54-5。视距丈量中的视距尺。视距丈量中的视距尺可用普通水准尺，也可用公用视距尺。可用普通水准尺，也可用公用视距尺。视距丈量精度普通为视距丈量精度普通为1/2001/2001/3001/300，精细视距丈，精细视距丈量可达量可达1/20001/2000。由于视距丈。由于视距丈量用一台经纬仪即可同时完量用一台经纬仪即可同时完成两点间平距和高差的丈量成两点间平距和高差的丈量，操作简便，所以当地形起，操作简便，所以当地形起伏较大时，常用

21、于碎部丈量伏较大时，常用于碎部丈量和图根的加密。和图根的加密。4 4 距离测量距离测量4.34.3.2 4.3.2 视野程度时视距丈量公式视野程度时视距丈量公式 l=N-M l=N-M待测间隔待测间隔D D为：为： D=D D=D+f1+ (4-10)+f1+ (4-10)从凸透镜从凸透镜L1L1成像原理可得：成像原理可得：l=N-Ml=N-MD=DD=D+f1+ (4-10)+f1+ (4-10)(4-11)lDpfplfD11, D=Kl+c (4-14) D=Kl+c (4-14)D=Kl+c (4-14)D=Kl+c (4-14)视距尺视距尺焦距焦距物镜物镜调焦透镜调焦透镜焦距焦距令f

22、1/p=K ,f1+C那么令令f1/p=K ,f1+C那么那么4 4 距离测量距离测量4.34.3.2 4.3.2 视野程度时视距丈量公式视野程度时视距丈量公式式中：式中：KK视距乘常数；视距乘常数；cc视距加常数。视距加常数。ll尺间隔尺间隔在仪器设计时，选择适当参数，可使在仪器设计时，选择适当参数，可使K=100K=100，c c值很小，可忽略值很小，可忽略不计，所以视野程度时视距丈量公式为：不计，所以视野程度时视距丈量公式为： D=Kl=100l D=Kl=100l (4-15) (4-15)D=Kl+c (4-14)D=Kl+c (4-14)D=Kl=100lD=Kl=100l (4-

23、15) (4-15)视野程度时，高差由图视野程度时，高差由图4-74-7可得：可得：h=i-s (4-16)h=i-s (4-16)h=i-s (4-16)h=i-s (4-16)式中：式中：ii仪器高仪器高ss中丝读数。中丝读数。4 4 距离测量距离测量4.34.3.2 4.3.2 视野倾斜时视距丈量公式视野倾斜时视距丈量公式设视野竖直角为设视野竖直角为，由，由于十字丝上、下丝的间距很于十字丝上、下丝的间距很小，视角小，视角22约为约为3434，故可，故可将将EMEMN N和和ENENN N近似看成直近似看成直角。角。MEMMEM=NEN=NEN=，从图，从图可见：可见：M ME+ENE+E

24、N=(ME+EN)cos=(ME+EN)cosl l=lcos=lcosD D=Kl=Kl=Klcos=KlcosM ME+ENE+EN=(ME+EN)cos=(ME+EN)cosl l=lcos (4-17) =lcos (4-17) D D=Kl=Kl=Klcos=Klcos程度间隔为程度间隔为D=DD=Dcos=Klcos2cos=Klcos2D=DD=Dcos=Klcos2 (4-18)cos=Klcos2 (4-18)初算高差为：初算高差为：(4-19)2sinsincossin21KlKlDh4 4 距离测量距离测量4.34.3.2 4.3.2 视野倾斜时视距丈量公式视野倾斜时视距

25、丈量公式A A、B B两点高差为：两点高差为：(4-20)(4-20)siKlsihh2sin214 4 距离测量距离测量4.34.3.2 4.3.2 视野倾斜时视距丈量公式视野倾斜时视距丈量公式在实践任务中，可以使中丝读数等于仪器高在实践任务中，可以使中丝读数等于仪器高i,i,那么上式可简化那么上式可简化为为: :(4-21)2sin21Klh 据据(4-18)(4-18)式算出式算出A A，B B间的程度间隔后，高差间的程度间隔后，高差h h也可按下式计算：也可按下式计算：h=Dtg+i-sh=Dtg+i-sh=Dtg+i-sh=Dtg+i-s4 4 距离测量距离测量4.34.3.4 4.

26、3.4 视距常数测定视距常数测定c=0c=0，不需测定，只进展，不需测定，只进展K K测定。测定。在平坦地域选不断线在平坦地域选不断线 AB AB；沿直线在间隔为沿直线在间隔为25m25m，50m,100m,150m,200m50m,100m,150m,200m打桩；打桩；顺序编号为顺序编号为B1B1、B2B2、BnBn；仪器安顿在仪器安顿在A A点，在点，在BIBI桩上依次立视距尺，在视野程度时，用桩上依次立视距尺，在视野程度时，用盘左、盘右用上、下丝在尺上读数，求得尺间距盘左、盘右用上、下丝在尺上读数，求得尺间距lili；仪器安顿在仪器安顿在B B点返测，反复；点返测，反复；将、测得的尺间

27、距将、测得的尺间距lili取平均值；取平均值； 据据lili、Di Di 按按4-144-14可计算可计算KiKi4 4 距离测量距离测量4.34.3.5 4.3.5 视距丈量误差及本卷须知视距丈量误差及本卷须知影响视距丈量精度的要素有以下几方面：影响视距丈量精度的要素有以下几方面：视距尺分划误差视距尺分划误差视距尺分划误差普通为视距尺分划误差普通为0.5mm,0.5mm,引起的间隔误差为引起的间隔误差为0.071m.0.071m.乘常数乘常数K K不准确的误差不准确的误差普通视距常数普通视距常数K=100K=100，但由于视距丝间隔有误差，视距尺有系，但由于视距丝间隔有误差，视距尺有系统性误

28、差，仪器检定有误差，会使统性误差，仪器检定有误差，会使K K值不为值不为100100。K K值误差使视距丈值误差使视距丈量产生系统误差。量产生系统误差。K K值应在值应在1001000.10.1之内，否那么应加以矫正。之内，否那么应加以矫正。竖直角丈量误差竖直角丈量误差竖直角观测误差对视距丈量有影响，根据视距丈量公式，其影竖直角观测误差对视距丈量有影响，根据视距丈量公式，其影响为：响为：md=Klsin2m/md=Klsin2m/(4-22)(4-22)当当=45=45，m=m=1010，Kl=100mKl=100m，mdmd5mm5mm，可见垂直角观测，可见垂直角观测误差对视距丈量影响不大。

29、误差对视距丈量影响不大。md=Klsin2m/md=Klsin2m/(4-22)(4-22)4 4 距离测量距离测量4.34.3.5 4.3.5 视距丈量误差及本卷须知视距丈量误差及本卷须知视距丝读数误差视距丝读数误差此误差是影响视距丈量精度的重要要素，它与视距远近成正比此误差是影响视距丈量精度的重要要素，它与视距远近成正比，间隔越远误差越大。所以丈量中要根据测图对丈量精度的要求限，间隔越远误差越大。所以丈量中要根据测图对丈量精度的要求限制最远视距。制最远视距。视距尺倾斜误差视距尺倾斜误差视距尺倾斜误差的影响与竖直角有关，如表视距尺倾斜误差的影响与竖直角有关，如表4-14-1。可见，视距。可见

30、，视距尺倾斜时，对视距丈量的影响不可忽视。特别是在山区，倾角大时尺倾斜时，对视距丈量的影响不可忽视。特别是在山区，倾角大时更要留意，必要时可在视距尺上附加圆水准器。更要留意，必要时可在视距尺上附加圆水准器。0.30.51.11.8允许值允许值201053竖直角竖直角表表4-14 4 距离测量距离测量4.34.3.5 4.3.5 视距丈量误差及本卷须知视距丈量误差及本卷须知外界气候条件对视距丈量的影响外界气候条件对视距丈量的影响大气折光的影响大气折光的影响视野穿过大气时会产生折射，其漪从直视野穿过大气时会产生折射，其漪从直线变为曲线，呵斥误差。由于视野接近地面，折光大，所以规定视线变为曲线，呵斥误差。由于视野接近地面，折光大，所以规定视野应高出地面野应高出地面1m,1m,以上。以上。大气湍流的影响大气湍流的影响空气的湍流使视距成像不稳定，呵斥视空气的湍流使视距成像不稳定，呵斥视距误差。当视野接近地面或水面时这种景象更为严重。所以视野要距误差。当视野接近地面或水面时这种景象更为严重。所以视野要高出地面高出地面1m1m以上。以上。除此以外，风和大气能见度对视距丈量也会产生影响。风力过除此以外，风和大气能见度对视距丈量也会产生影响。风力过大，尺子会抖动，空气中灰尘和消气会使视距尺成像不明晰，呵斥大，尺子会抖动，空气中灰尘和消气会使视距尺成像