第四章-距離測量與直線定向.ppt

第四章距離測量與直線定向 4 1鋼尺量距 4 2普通視距測量 4 3光電測距儀 4 4直線定向 測量距離可根據(jù)不同的精度要求 不同的測量條件采用不同的方法 距離 指兩點間的水平長度 鋼尺量距 光學視距法測距 電磁波測距等 距離測量常用的方法 4 1鋼尺量距 鋼尺量距 利用具有標準長度的鋼尺直接量測地面兩點間距離 又稱距離丈量 一 距離丈量使用的工具 鋼尺 銦瓦尺 木尺 皮尺 花桿 插釬 垂球 彈簧秤 溫度計 垂球 鋼尺 端點尺和刻線尺 鋼尺 測釬 標桿 彈簧秤 丈量工具 二 鋼尺量距的一般方法 1 直線定線標定各尺段端點在同一直線上的工作稱為直線定線 2 平坦地面的量距 A B兩點間的水平距離為 式中 n 尺段數(shù) l 鋼尺的尺長 q 不足一整尺的余長 為了校核 提高精度 還要進行返測 用往 返測長度之差與全長平均數(shù)之比 并化成分子為1的分數(shù)來衡量距離丈量的精度 這個比值稱為相對誤差K 平坦地區(qū)鋼尺量距相對誤差不應大于1 3000 3 傾斜地面丈量 在困難地區(qū)鋼尺量距相對誤差不應大于1 1000 當?shù)孛嫫露容^大 不可能將整根鋼尺拉平丈量時 則可將直線分成若干小段進行丈量 每段的長度視坡度大小 量距的方便而定 三 鋼尺量距精密方法 1 10000 1 經(jīng)緯儀定線 將經(jīng)緯儀安置于A點 瞄準B點 然后在AB的視線上用鋼尺量距 依次定出比鋼尺一整尺略短的尺段端點1 2 在各尺段端點打入木樁 樁頂高出地面5cm 10cm 在每個樁頂刻劃十字線 其中一條在AB方向上 另一條垂直AB方向 以其交點作為鋼尺讀數(shù)的依據(jù) 2 量距量距是用經(jīng)過檢定的鋼尺 兩人拉尺 兩人讀數(shù) 一人記錄及觀測溫度 量距時由后尺手用彈簧秤控制施加于鋼尺的拉力 30m鋼尺 標準拉力為100N 前 后讀數(shù)員應同時在鋼尺上讀數(shù) 估讀到0 5mm 每尺段要移動鋼尺三次不同位置 三次丈量結果的互差不應超過2mm 取三段丈量結果的平均值作為尺段的最后結果 隨之進行返測 如要進行溫度和傾斜改正 還要觀測現(xiàn)場溫度和各樁頂高差 一般方法量距 相對誤差為1 1000 1 5000 精密方法量距 相對誤差1 10000 1 40000 主要工具 鋼尺 彈簧秤 溫度計 尺夾等 鋼尺應經(jīng)檢驗 尺長方程式 量距時應使用彈簧秤施加鑒定時的拉力 15kg 距離應進行溫度與尺長改正 經(jīng)過檢定的鋼尺長度可用尺長方程示 溫度為t時的鋼尺實際長度 鋼尺的名義長度 尺長改正值 即溫度在時鋼尺全長改正數(shù) 鋼尺膨脹系數(shù) 一般取 1 25 鋼尺檢定時的溫度 量距時的溫度 四 尺長方程 五 鋼尺量距成果整理 精密量距結果應進行以下三項改正 1 尺長改正 2 溫度改正 全長改正數(shù) 名義長度 任一尺段 鋼尺膨脹系數(shù)t 丈量時溫度t0 標準溫度 當 為斜距時應換算成平距d 則傾斜改正值為 將上式項展開成級數(shù) 取第一項 3 傾斜改正 每一尺段改正后的水平距離為 例題 用尺長方程為的鋼尺實測A B尺段 如圖 長度l 29 896m A B兩點間高差h 0 272m 測量時的溫度t 25 8 C 試求A B尺段的水平距離 解 1 尺長改正 3 傾斜改正 4 A B尺段水平距離 2 溫度改正 六 鋼尺量距誤差及注意事項 1 尺長誤差 鋼尺名義長度與實際長度不符的誤差 具有積累性 丈量距離越長 誤差越大 2 溫度誤差 溫度變化1 丈量30m距離的影響為0 4mm 3 拉力誤差 鋼尺丈量拉力應與檢定拉力相同 拉力變化2 6kg 尺長改變1mm 4 鋼尺傾斜誤差 地面不平坦 鋼尺不水平或中間下垂而成曲線 所量長度 實際長度 整尺段懸空時 中間應有人托住鋼尺 5 定線誤差 使所量距離為一組折線 丈量結果偏大 丈量30m的距離 偏差為0 25m時 量距偏大1mm 6 丈量誤差 插測釬不準 前 后尺手配合不佳 余長讀數(shù)不準丈量中應盡量準確對點 配合協(xié)調(diào) 普通視距測量的精度一般為1 200 1 300 但由于操作簡便 不受地形起伏限制 可同時測定距離和高差 被廣泛用于測距精度要求不高的地形測量中 4 2普通視距測量 一 普通視距測量原理 視距測量是利用視距絲配合標尺讀數(shù)來完成的 望遠鏡十字絲環(huán) 視距絲 對于倒像望遠鏡 下絲在標尺上的讀數(shù)為a 上絲在標尺上的讀數(shù)為b 視距間隔l l a b 則水平距離D有 h2 固定值 約34 23 l2 l1 1 2 A D1 D2 i h2 視距測量原理 通常情況下k 100 視準軸水平時的視距公式為 測站點到立尺點的高差為 i 儀器高 是樁頂?shù)絻x器水平軸的高度 v 中絲在標尺上的讀數(shù) 2 視準軸水平時的距離和高差公式 3 視準軸傾斜時的距離和高差公式 圖中 設 則 原理 傾斜距離L為 o A i D a a L h 計算 水平距離D為 高差h為 例題 如上圖 在A點量取經(jīng)緯儀高度i 1 400m 望遠鏡照準B點標尺 中絲 上絲 下絲讀數(shù)分別為v 1 400m b 1 242m a 1 558m 3 27 試求A B兩點間的水平距離和高差 解 1 尺間距 2 水平距離 3 高差 4 視距測量誤差及注意事項 此外還有 標尺分劃誤差 豎直角觀測誤差 視距常數(shù)誤差等 1 讀數(shù)誤差2 標尺不豎直誤差3 外界條件的影響 視距測量誤差 4 3光電測距 電磁波測距儀是用電磁波 光波或微波 作為載波傳輸測距信號以測量兩點間距離的一種方法 電磁波測距儀的分類 1 光電測距儀 可見光 紅外光 激光 2 微波測距儀 無線電波 微波 紅外測距儀 光電測距儀是通過測量光波在待測距離D上往 返傳播的時間t2D 計算待測距離D 式中 C為光波在空氣中的傳播速度 一 測距原理 二 測距方法 光電測距儀按照t2D的不同測量方式 可分為 脈沖式 直接測定時間 相位式 間接測定時間 1 脈沖式 脈沖式光電測距儀是將發(fā)射光波的光強調(diào)制成一定頻率的尖脈沖 通過測量發(fā)射的尖脈沖在待測距離上往返傳播的時間來計算距離 f0 脈沖的振蕩頻率 q 計數(shù)器計得時鐘脈沖個數(shù) 計數(shù)器只能記憶整數(shù)個時鐘脈沖 不足一周期的時間被丟掉了 測距精度較低 一般在 米 級 最好的達 分米 級 脈沖法測距應用 激光測衛(wèi) 激光往返時間t 距離D 合作目標ERS 2衛(wèi)星 脈沖法測距應用 上海激光測衛(wèi)站 2 相位式 相位式光電測距儀是將發(fā)射光強調(diào)制成正弦波的形式 通過測量正弦光波在待測距離上往 返傳播的相位移來解算時間 將返程正弦波以棱鏡站為中心對稱展開后的圖形 由于 所以 則 式中 取 則不同的調(diào)制頻率 對應的 測尺長見下表 調(diào)制頻率 測尺長 10m 20m 100m 1km 2km 調(diào)制頻率越大 測尺長度越短 相位式測距儀的基本工作原理圖 1 由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個調(diào)制光波 同時至檢相器 2 調(diào)制光波在待測距離上傳播 反射鏡反射后 經(jīng)接收系統(tǒng)進入檢相器 3 檢相器將發(fā)射信號與接收信號進行相位比較 測出相位差 4 每改變頻率f后的調(diào)制光波 測出一個 組合后經(jīng)微處理器計算顯示結果 三 測程及測距儀的精度 1 測程 測距儀一次所能測的最遠距離 短程測距儀 測程小于5km 中程測距儀 測程在5km 30km 遠程測距儀 測程在30km以上 2 測距儀的精度 式中 mD 測距中誤差 單位為mm a 固定誤差 單位為mm b 比例誤差 D 以km為單位的距離 REDmini短程紅外測距儀的精度為當距離D為0 6km時 測距精度是mD 5 8mm 通常寫作ppm 1 儀器常數(shù)改正 加常數(shù)k 乘常數(shù)R 2 氣象改正 3 傾斜改正 四 測距成果計算 五 光電測距的注意事項 1 防止日曬雨淋 在儀器使用和運輸中應注意防震 2 嚴防陽光及強光直射物鏡 以免損壞光電器件 3 儀器長期不用時 應將電池取出 4 測線應離開地面障礙物一定高度 避免通過發(fā)熱體和較寬水面上空 避開強電磁場干擾的地方 5 鏡站的后面不應有反光鏡和強光源等背景干擾 6 應在大氣條件比較穩(wěn)定和通視良好的條件下觀測 TOPCON 拓普康 GTS 212全站儀 日本 蔡司Eita55全站儀 德國 徠卡TC 305全站儀 瑞士 4 4直線定向 確定直線與標準方向之間的角度關系稱為直線定向 一 標準方向的分類 1 真子午線方向 通過地球表面某點的真子午線的切線方向 稱為該點的真子午線方向 真子午線方向是用天文測量方法或用陀螺經(jīng)緯儀測定的 2 磁子午線方向 磁子午線方向是磁針在地球磁場的作用下 磁針自由靜止時其軸線所指的方向 磁子午線方向可用羅盤儀測定 P 北極P 磁北極 3 坐標縱軸方向 我國采用高斯平面直角坐標系 6 帶或3 帶都以該帶的中央子午線為坐標縱軸 因此取坐標縱軸方向作為標準方向 高斯平面直角坐標系 二 直線方向的表示方法 1 方位角 1 方位角的定義 從直線起點的標準方向北端起 順時針方向量至直線的水平夾角 稱為該直線的方位角 其角值范圍為0 360 Y 1 2 標準方向北端 方位角 2 2 標準方向 真子午線方向 磁子午線方向 坐標縱軸方向 真方位角 A 磁方位角 Am 坐標方位角 2 磁北 真北 坐標北 Am A 1 由于地面各點的真北 或磁北 方向互不平行 用真 磁 方位角表示直線方向會給方位角的推算帶來不便 所以在一般測量工作中 常采用坐標方位角來表示直線方向 x y o P1 P2 坐標北與真北的關系 2 幾種方位角之間的關系 2 磁北 真北 坐標北 Am A 1 磁偏角 真北方向與磁北方向之間的夾角 子午線收斂角 真北方向與坐標北方向之間的夾角 當磁北方向或坐標北方向偏于真北方向東側時 和 為正 偏于西側時 和 為負 3 正 反坐標方位角 直線1 2 點1是起點 點2是終點 12 正坐標方位角 21 反坐標方位角 21 12 x y o x x 1 2 直線2 1 所以一條直線的正 反坐標方位角互差180 2 象限角 某直線的象限角是由直線起點的標準方向北端或南端起 沿順時針或逆時針方向量至該直線的銳角 用R表示 北 西 y 東 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 坐標方位角的推算 12已知 通過連測求得12邊與23邊的連接角為 2 右角 23邊與34邊的連接角為 3 左角 現(xiàn)推算 23 34 1 2 3 4 x x x 23 34 12 2 3 前進方向 1 2 3 4 x x 23 12 2 21 前進方向 x 34 3 32 由圖中分析可知 推算坐標方位角的通用公式 注意 計算中 若 前 360 減360 若 前 0 加360 當 角為左角時 取 若為右角時 取 例題 已知 12 46 2 3及 的角