工程測(cè)量4,5距離測(cè)量與直線定向.ppt

工程測(cè)量,北京科技大學(xué)土木學(xué)院 晏劍斌,第四、五章 距離測(cè)量與直線定向,4-1 鋼尺量距,量距的工具,鋼尺：最常用有30m、50m兩種,注意零點(diǎn)的位置！,花桿、測(cè)釬、垂球、彈簧秤、溫度計(jì),4-1-1 鋼尺量距的一般方法,量距的工具,直線定線,當(dāng)兩點(diǎn)之間的距離較長(zhǎng)或地勢(shì)起伏較大時(shí)，須分段丈量,一般量距用目視定線即可,?,4-1-1 鋼尺量距的一般方法,量距的工具,直線定線,量距方法,1平坦地區(qū)的距離丈量,量距精度以相對(duì)誤差表示，并將其換算為分子為1的分?jǐn)?shù)形式，精度一般不低于1/3000 |往測(cè)返測(cè)| / 往返均值 = 1 / M,可把尺子放在地面上進(jìn)行,在整尺的地方插一測(cè)釬,丈量至少往返測(cè)各一次。 D = nL0 + L0,4-1-1 鋼尺量距的一般方法,量距的工具,直線定線,量距方法,1平坦地區(qū)的距離丈量,2傾斜地面的距離丈量, 平量法, 斜量法,4-1-2 鋼尺量距的精密方法,普通方法只能達(dá)到1/1000-1/5000，精密方法可以達(dá)到1/10000-1/40000，所使用的鋼尺必須經(jīng)過(guò)檢定，測(cè)量時(shí)使用拉力計(jì)和溫度計(jì)。,經(jīng)緯儀定線,概量分段，每段略短于尺長(zhǎng)；打木樁、做標(biāo)記,尺段丈量,施標(biāo)準(zhǔn)拉力，同時(shí)讀數(shù)，每段移動(dòng)鋼尺位置量3次，估讀到0.5mm,測(cè)定各段高差,水準(zhǔn)測(cè)量，往返進(jìn)行，互差不超過(guò)10mm,4-2 鋼尺量距的精密方法,經(jīng)緯儀定線,尺段丈量,測(cè)定各段高差,尺段改正計(jì)算, 尺長(zhǎng)改正,Ld(LL0)L/L0,Ld(30.002530)x29.8652/30 = 0.0025, 溫度改正,Lt(tt0)L,Lt1.2x10-5x(25.820)x29.8652 = 0.0021,30米尺子每差0.36mm; 50米尺子每差0.6mm, 傾斜改正,Lhh2/2L,Lh(-0.152)2/(2x29.8652) = -0.0004,4-2 鋼尺量距的精密方法,經(jīng)緯儀定線,尺段丈量,測(cè)定各段高差,尺段改正計(jì)算,計(jì)算全長(zhǎng)和相對(duì)誤差,計(jì)算往返測(cè)的各自長(zhǎng)度,相對(duì)誤差 = |往測(cè)返測(cè)| / 往返均值,鋼尺的檢定,到檢定機(jī)構(gòu)的比長(zhǎng)臺(tái)進(jìn)行,尺長(zhǎng)方程式: lt l0 + l + l0 (tt0),4-1-3 鋼尺量距的誤差分析,一、定線誤差,二、尺長(zhǎng)誤差,尺長(zhǎng)誤差具有系統(tǒng)積累性，它與所量距離成正比,三、溫度誤差,用溫度計(jì)測(cè)定的是空氣的溫度，而不是鋼尺本身的溫度,四、拉力誤差,五、尺子不水平的誤差,30m尺子2.6kgf導(dǎo)致1mm誤差; 50m尺子1.7kgf導(dǎo)致1mm誤差,4-1-3 鋼尺量距的誤差分析,六、鋼尺垂曲和反曲的誤差,f = - 8f2 / 3L0,Lf(L/L0)3 .f,七、丈量本身的誤差,4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介,概況,1941年瑞典物理學(xué)家Bergstrand在研究光速時(shí)開(kāi)發(fā)了高精度測(cè)量時(shí)間的技術(shù),1948年瑞典AGA廠推出了第一臺(tái)光波測(cè)距儀,自20世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著需求的增長(zhǎng)和光學(xué)、微電子學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了紅外測(cè)距、微波測(cè)距、激光測(cè)距技術(shù)，統(tǒng)稱(chēng)為電磁波測(cè)距技術(shù),電磁波測(cè)距技術(shù)大大減輕了距離測(cè)量的勞動(dòng)強(qiáng)度，也大大提高了作業(yè)精度和速度,4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介,概況,分類(lèi),1. 按載波分, 微波測(cè)距儀, 激光測(cè)距儀, 紅外光測(cè)距儀,2. 按測(cè)程分, 短程測(cè)距儀(5km), 中程測(cè)距儀(5-15km), 遠(yuǎn)程測(cè)距儀(15km),4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介,概況,分類(lèi),電磁波測(cè)距原理,設(shè)電磁波在測(cè)距儀與反光鏡之間往返的時(shí)間為t,則測(cè)距儀至反光鏡的距離:,其中 C=C0/n,C0為光在真空中的傳播速度 C0=299792458m/s,n為大氣折射率,與測(cè)距儀所用光源的波長(zhǎng) ，測(cè)線上的氣溫t, 氣壓P和濕度e有關(guān)。,要保證lcm的測(cè)距精度，時(shí)間測(cè)定要準(zhǔn)確到6.710-lls,這是難以做到的。因此，大多采用間接測(cè)定法來(lái)測(cè)定。,4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介,電磁波測(cè)距原理,1脈沖式測(cè)距,由測(cè)距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出光脈沖，經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射后，再由測(cè)距儀的接收系統(tǒng)接收，測(cè)出這一光脈沖往返所需時(shí)間間隔t的鐘脈沖的個(gè)數(shù)以求得距離S。由于計(jì)數(shù)器的頻率一般為300MHz(3x108Hz)，測(cè)距精度為O.5m，精度較低。,2相位式測(cè)距,由測(cè)距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一種連續(xù)的調(diào)制光波，測(cè)出該調(diào)制光波在測(cè)線上往返傳播所產(chǎn)生的相位移，以測(cè)定距離S。紅外光電測(cè)距儀一般都采用相位式測(cè)距。,4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介,我們把/2叫作測(cè)距儀的“尺長(zhǎng)”,4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介,電磁波測(cè)距原理,2相位式測(cè)距,設(shè)光從發(fā)射器發(fā)出，抵達(dá)反光鏡后返回儀器的接收器，稱(chēng)為信號(hào)2。而從發(fā)射器發(fā)出的光分出一路直接進(jìn)入處理裝置，稱(chēng)為信號(hào)1。則信號(hào)1和2之間存在相位差和整周數(shù)N,利用測(cè)相器可測(cè)定，但而不能求得“整周數(shù)N”。 因此只可以求得“余長(zhǎng)”，而不能求得整長(zhǎng)。,4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介,電磁波測(cè)距原理,2相位式測(cè)距,短程的電磁波測(cè)距儀常用砷化鎵GaAs發(fā)出的紅外激光波長(zhǎng)約0.87m。顯然是不能用它做測(cè)距信號(hào)的。,無(wú)線電技術(shù)可以對(duì)電磁波的振幅、頻率、相位加以調(diào)制使其隨時(shí)間按一定的規(guī)律變化。,在GaAs激光器上注入按規(guī)律變化的電流后可以使激光器按同樣的規(guī)律改變發(fā)光的強(qiáng)度。調(diào)制波的頻率遠(yuǎn)小于紅外激光的頻率。,4-4 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介,由于測(cè)相器只能測(cè)定不足一周的“尾數(shù)”，所以，如果我們選擇調(diào)制光的頻率對(duì)應(yīng)的“尺長(zhǎng)”足夠我們的測(cè)程（比如10km）,則我們只要測(cè)出“尾數(shù)”就可以了,但是，測(cè)相的精度是有限的。儀器測(cè)相的精度一般為1/1000，顯然，測(cè)尺越長(zhǎng)，測(cè)距的的精度越差。,解決辦法：用幾把不同尺長(zhǎng)的測(cè)尺來(lái)測(cè)量，長(zhǎng)的測(cè)大數(shù)，短的測(cè)尾數(shù)；這樣既可以擴(kuò)大測(cè)程又可以保證精度。,4-4 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介,電磁波測(cè)距原理,2相位式測(cè)距,1脈沖式測(cè)距,測(cè)距儀的標(biāo)稱(chēng)精度,mD=( a + b D),5mm+1ppm; 3mm+2ppm,第五章 直線定向,確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱(chēng)為直線定向。, 標(biāo)準(zhǔn)方向的種類(lèi),1真子午線方向,通過(guò)地球表面某點(diǎn)的真子午線的切線方向，稱(chēng)為該點(diǎn)的真子午線方向,2磁子午線方向,磁子午線方向是磁針在地球磁場(chǎng)的作用下，磁針自由靜止時(shí)其軸線所指的方向,3坐標(biāo)縱軸方向,用高斯投影后該帶的坐標(biāo)縱軸（X軸）方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向,5-2 方位角,標(biāo)準(zhǔn)方向的種類(lèi),表示直線方向的方法（方位角）,由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起，順時(shí)針?lè)较蛄康侥持本€的夾角，稱(chēng)為該直線的 方位角,幾種方位角之間的關(guān)系,1真方位角與磁方位角之間的關(guān)系,A真=A磁+,（我國(guó)+6 -10 ，北京-5 50）,2真方位角與坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系,A真=坐+, =（L-L0）SinB,5-2 方位角,幾種方位角之間的關(guān)系,1真方位角與磁方位角之間的關(guān)系,A真= A磁+,2真方位角與坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系,A真=坐+,3坐標(biāo)方位角與磁方位角之間的關(guān)系,坐= A磁+-,“三北”之間的關(guān)系,5-2 方位角,正、反坐標(biāo)方位角,測(cè)量中的直線具有方向性,通過(guò)起點(diǎn)A的坐標(biāo)縱軸方向與直線AB所夾的坐標(biāo)方位角AB，稱(chēng)為直線AB的正坐標(biāo)方位角,過(guò)終點(diǎn)B的坐標(biāo)縱軸方向與直線BA所夾的坐標(biāo)方位角，稱(chēng)為直線AB的反坐標(biāo)方位角(是直線BA的正坐標(biāo)方位角)。,顯然有： BA = AB + 180,測(cè)量工作中均采用坐標(biāo)方位角進(jìn)行直線定向 !,？,5-2 方位角,正、反坐標(biāo)方位角,坐標(biāo)方位角的推算,從已知邊開(kāi)始