第五章距離測(cè)量

1、第五章距離測(cè)量 第五章距離測(cè)量 測(cè)量地面兩點(diǎn)之間的水平距離水平距離。 鋼尺量距 普通視距 光電測(cè)距 第五章距離測(cè)量 垂球垂球 鋼尺鋼尺端點(diǎn)尺和刻線尺端點(diǎn)尺和刻線尺 鋼尺鋼尺 測(cè)測(cè)釬 標(biāo)桿標(biāo)桿 彈簧秤彈簧秤 第五章距離測(cè)量 二、二、 鋼尺量距的一般方法鋼尺量距的一般方法 1、直線定線 標(biāo)定各尺段端點(diǎn)在同一直線上的工作稱為直線定線直線定線。 第五章距離測(cè)量 2、平坦地面的量距 A、B兩點(diǎn)間的水平距離為： qnlD 式中：n 尺段數(shù)； l 鋼尺的尺長(zhǎng)； q 不足一整尺的余長(zhǎng)。 第五章距離測(cè)量 為了校核、提高精度，還要進(jìn)行返測(cè)，用往、 返測(cè)長(zhǎng)度之差 與全長(zhǎng)平均數(shù) 之比，并化成 分子為1的分?jǐn)?shù)來(lái)衡量距離

2、丈量的精度。這個(gè)比 值稱為相對(duì)誤差K： D 平均 D 返往 平均 DD D K 1 平坦地區(qū)鋼尺量距相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/3000 第五章距離測(cè)量 3、傾斜地面丈量 在困難地區(qū)鋼尺量距相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/1000 當(dāng)?shù)孛嫫露容^大，不可能將整根鋼尺拉平 丈量時(shí)，則可將直線分成若干小段進(jìn)行丈量。 每段的長(zhǎng)度視坡度大小、量距的方便而定。 第五章距離測(cè)量 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(diǎn)，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)，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(diǎn)1，2，。在各尺段端點(diǎn)打入木樁，樁頂高 出地面5cm10cm，在每個(gè)樁頂刻劃十字線，其中 一條在A

3、B方向上，另一條垂直AB方向，以其交點(diǎn)作 為鋼尺讀數(shù)的依據(jù)。 A1325B4 第五章距離測(cè)量 2、量距 量距是用經(jīng)過(guò)檢定的鋼尺，兩人拉尺，兩人讀 數(shù)，一人記錄及觀測(cè)溫度。 量距時(shí)由后尺手用彈簧秤控制施加于鋼尺的拉 力(30 m鋼尺，標(biāo)準(zhǔn)拉力為100 N)。前、后讀數(shù)員 應(yīng)同時(shí)在鋼尺上讀數(shù)，估讀到0.5mm。每尺段要移 動(dòng)鋼尺三次不同位置，三次丈量結(jié)果的互差不應(yīng)超 過(guò)3mm，取三段丈量結(jié)果的平均值作為尺段的最后 結(jié)果。 隨之進(jìn)行返測(cè)，如要進(jìn)行溫度和傾斜改正，還要 觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度和各樁頂高差。 第五章距離測(cè)量 經(jīng)過(guò)檢定的鋼尺長(zhǎng)度可用尺長(zhǎng)方程表示： 000 )(lttlllt 溫度為t時(shí)的鋼尺實(shí)際長(zhǎng)度

4、； 鋼尺的名義長(zhǎng)度； 尺長(zhǎng)改正值，即溫度在 時(shí)鋼尺全長(zhǎng)改正 數(shù)； 鋼尺膨脹系數(shù)，一般取=1.25 鋼尺檢定時(shí)的溫度； 量距時(shí)的溫度。 t l 0 l l 0 t t 105 )(10 C 0 t 四、 尺長(zhǎng)方程 第五章距離測(cè)量 五、鋼尺量距成果整理 精密量距結(jié)果應(yīng)進(jìn)行以下三項(xiàng)改正 1、尺長(zhǎng)改正 2、溫度改正 l l l l d 0 lttlt)( 0 l 全長(zhǎng)改正數(shù) 0 l 名義長(zhǎng)度 0 l 任一尺段 鋼尺膨脹系數(shù) t 丈量時(shí)溫度 t0 標(biāo)準(zhǔn)溫度 第五章距離測(cè)量 當(dāng)為斜距時(shí)應(yīng)換算成平距d，則傾斜改正值為： l l h llhlldlh 2 1 2 2 2 1 22 )1 ()( 將上式 項(xiàng)展開

5、成級(jí)數(shù)： 2 1 2 2 )1 ( l h 3 42 4 4 2 2 82 1) 82 1 ( l h l h l h l h llh 取第一項(xiàng) l h l h 2 2 3.傾斜改正 每一尺段改正后的水平距離為： htd lllld 第五章距離測(cè)量 例題：用尺長(zhǎng)方程為例題：用尺長(zhǎng)方程為 的鋼尺實(shí)測(cè)的鋼尺實(shí)測(cè)A AB B尺段（如圖），長(zhǎng)度尺段（如圖），長(zhǎng)度 l l=29.896m,A=29.896m,A、B B兩點(diǎn)間高差兩點(diǎn)間高差h=0.272m,h=0.272m,測(cè)量時(shí)測(cè)量時(shí) 的溫度的溫度t=25.8t=25.8C,C,試求試求A AB B尺段的水平距離。尺段的水平距離。 mCtCmmlt30

6、)20(1025.10025.030 015 解解：1 1）尺長(zhǎng)改正）尺長(zhǎng)改正 mml l l l d 0025.0)896.29 30 0025.0 ( 0 第五章距離測(cè)量 3 3）傾斜改正）傾斜改正 4 4）A-BA-B尺段水平距離尺段水平距離 m m m l h l h 0012.0 896.292 )272.0( 2 22 mlllld htd 900.29 2 2）溫度改正）溫度改正 m mCCC lttlt 0022.0 896.29)208.25(1025.1 )( 00105 0 第五章距離測(cè)量 六、鋼尺量距誤差及注意事項(xiàng)六、鋼尺量距誤差及注意事項(xiàng) 1、尺長(zhǎng)誤差 2、溫度誤差

7、3、拉力誤差 4、鋼尺傾斜誤差 5、定線誤差 6、丈量誤差 返回 第五章距離測(cè)量 普通視距測(cè)量的精 度一般為1/2001/300， 但由于操作簡(jiǎn)便，不受 地形起伏限制，可同時(shí) 測(cè)定距離和高差，被廣 泛用于測(cè)距精度要求不 高的地形測(cè)量中。 第五章距離測(cè)量 一、普通視距測(cè)量原理 視距測(cè)量是視距測(cè)量是 利用利用視距絲視距絲配配 合合標(biāo)尺標(biāo)尺讀數(shù)來(lái)讀數(shù)來(lái) 完成的。完成的。 望遠(yuǎn)鏡十字絲環(huán)望遠(yuǎn)鏡十字絲環(huán) 視距絲視距絲 第五章距離測(cè)量 對(duì)于倒像望遠(yuǎn)鏡：下絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)為a， 上絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)為b， 視距間隔 l（l=a-b）， 則水平距離D有： K l D l D 2 2 1 1 h2 固定值固定值

8、（約（約34342323） 1 a 2 a 1 b 2 b 1 v 2 v l2 l1 1 2 A D1 D2 i h2 、視距測(cè)量原理 通常情況下k=100 lKlD100 第五章距離測(cè)量 視準(zhǔn)軸水平時(shí)的視準(zhǔn)軸水平時(shí)的視距視距公式為：公式為： lKlD100 測(cè)站點(diǎn)到立尺點(diǎn)的測(cè)站點(diǎn)到立尺點(diǎn)的高差高差為：為： vih i 儀器高，是樁頂?shù)絻x器水儀器高，是樁頂?shù)絻x器水 平軸的高度；平軸的高度； v 中絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)。中絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)。 l1 2 a 2 b 2 v l2 2 h2 1 1 a 1 b 1 v D1 D2 A i h2 第五章距離測(cè)量 圖中圖中 bboaao 90obboaa

9、設(shè)設(shè)ablbal,則則 cos coscos l obaobooal o A i D a a b B v b L h 原理： 第五章距離測(cè)量 傾斜距離傾斜距離L為：為： cosKllKL 2 coscosKlLD viKlh viDh 2sin 2 1 tan 或或 o A i D a a b B v b L h 計(jì)算： 水平距離水平距離D為：為： 高差高差h為：為： 第五章距離測(cè)量 例題：例題：如上圖，在如上圖，在A點(diǎn)量取經(jīng)緯儀高度點(diǎn)量取經(jīng)緯儀高度i=1.400m，望遠(yuǎn)，望遠(yuǎn) 鏡照準(zhǔn)鏡照準(zhǔn)B點(diǎn)標(biāo)尺，中絲、上絲、下絲讀數(shù)分別為點(diǎn)標(biāo)尺，中絲、上絲、下絲讀數(shù)分別為v=1.400m， b=1.242

10、m，a=1.558m，=3=32727 ,試求試求A、B兩點(diǎn)間的水兩點(diǎn)間的水 平距離和高差。平距離和高差。 解：解：1）尺間距）尺間距 2）水平距離）水平距離 3）高差）高差 mmbal316.0)242.1558.1( mmKlD49.31723cos316. 0100cos 22 m mmm viDh 90.1 40.140.1723tan49.31 tan 第五章距離測(cè)量 4、 視距測(cè)量誤差及注意事項(xiàng) 此外還有：標(biāo)尺分劃誤差、豎直角觀測(cè)誤差、此外還有：標(biāo)尺分劃誤差、豎直角觀測(cè)誤差、 視距常數(shù)誤差等。視距常數(shù)誤差等。 視距測(cè)量差視距測(cè)量差 返回 第五章距離測(cè)量 電磁波測(cè)距儀是用電磁波（光波

11、或微波）作為 載波傳輸測(cè)距信號(hào)以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的一種方法。 電磁波測(cè)距儀的分類： 1、光電測(cè)距儀 （可見光、紅外光、激光） 2、微波測(cè)距儀 （無(wú)線電波、微波） 紅外測(cè)距儀紅外測(cè)距儀 第五章距離測(cè)量 電磁波測(cè)距儀的優(yōu)點(diǎn)： 1、測(cè)程遠(yuǎn)、精度高。 2、受地形限制少等優(yōu)點(diǎn)。 3、作業(yè)快、工作強(qiáng)度低。 第五章距離測(cè)量 光電測(cè)距儀是通過(guò)測(cè)量光波在待測(cè)距離D上 往、返傳播的時(shí)間t2D，計(jì)算待測(cè)距離D： 式中：式中：c 光波在空氣中的傳播速度光波在空氣中的傳播速度D2 2 1 ctD 一、測(cè)距原理 第五章距離測(cè)量 二、測(cè)距方法 光電測(cè)距儀按照t2D的不同測(cè)量方式， 可分為： 脈沖式（直接測(cè)定時(shí)間） 相位式（間

12、接測(cè)定時(shí)間） 第五章距離測(cè)量 1、脈沖式 脈沖式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)制成 一定頻率的尖脈沖，通過(guò)測(cè)量發(fā)射的尖脈沖在待測(cè) 距離上往返傳播的時(shí)間來(lái)計(jì)算距離。 脈沖測(cè)距原理圖 0 02 f q qTt D ：脈沖的振蕩頻率 0 f q：計(jì)數(shù)器計(jì)得的時(shí)鐘 脈沖個(gè)數(shù) 計(jì)數(shù)器只能記憶整數(shù)個(gè)時(shí)鐘脈沖，不 足一周期的時(shí)間被丟掉了。測(cè)距精度較 低，一般在“米”級(jí)，最好的達(dá)“分米” 級(jí)。 第五章距離測(cè)量 2、相位式 相位式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成 正弦波的形式，通過(guò)測(cè)量正弦光波在待測(cè)距 離上往、返傳播的相位移來(lái)解算時(shí)間。 將返程的正弦波以棱鏡站為中心對(duì)稱 展開后的圖形： N2 第五章距離測(cè)量 由于

13、D2 2 tft，所以 f N t 2 2 ）（NN 2 ) 2 ( 2 N f c D 則： 式中 ， 2 N 10 N m103C 8 取，則不同的調(diào)制頻率對(duì)應(yīng)的 測(cè)尺長(zhǎng)見下表： 調(diào)制頻率 測(cè)尺長(zhǎng) 2 Z MH15 Z MH5 . 7 Z MH5 . 1 Z KH150 Z KH75 10m20m100m1km 2km 調(diào)制頻率越大，測(cè)尺長(zhǎng)度越短。 第五章距離測(cè)量 相位式測(cè)距儀的基本工作原理圖： 1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個(gè)調(diào)制光波，同時(shí)至檢相器； 2、調(diào)制光波在待測(cè)距離上傳播，反射鏡反射后，經(jīng)接 收系統(tǒng)進(jìn)入檢相器； 3、檢相器將發(fā)射信號(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行相位比較，測(cè)出 相位差 ； 4、每改變頻率f

14、 后的調(diào)制光波，測(cè)出一個(gè) ，組合后經(jīng) 微處理器計(jì)算顯示結(jié)果。 第五章距離測(cè)量 三、測(cè)程及測(cè)距儀的精度： 1、測(cè)程：測(cè)距儀一次所能測(cè)的最遠(yuǎn)距離。 短程測(cè)距儀 測(cè)程小于5km； 中程測(cè)距儀 測(cè)程在5km-30km； 遠(yuǎn)程測(cè)距儀 測(cè)程在30km以上。 第五章距離測(cè)量 2、測(cè)距儀的精度：、測(cè)距儀的精度： )10( 6 bDamD 式中：式中：mD 測(cè)距中誤差，單位為測(cè)距中誤差，單位為mm； a 固定誤差，單位為固定誤差，單位為mm； b 比例誤差；比例誤差； D 以以km為單位的距離。為單位的距離。 RED mini短程紅外測(cè)距儀的精度為短程紅外測(cè)距儀的精度為 當(dāng)距離D為0.6km時(shí)，測(cè)距精度是測(cè)距精

15、度是mD=5.3mm。 ( 通常寫作通常寫作ppm) )1055( 6 Dmmm D 6 10 第五章距離測(cè)量 四、RED mini紅外測(cè)距儀 各種反射棱鏡各種反射棱鏡 經(jīng)緯儀與測(cè)距儀配接經(jīng)緯儀與測(cè)距儀配接 測(cè)距儀功能鍵盤測(cè)距儀功能鍵盤 1、儀器簡(jiǎn)介： 第五章距離測(cè)量 經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)覘牌中心的視線與測(cè)距儀瞄 準(zhǔn)反射棱鏡中心的視線保持平行。 調(diào)整經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡，使十字 絲對(duì) 準(zhǔn)反射棱鏡的覘牌中心 調(diào)整測(cè)距儀望遠(yuǎn)鏡，使十字絲對(duì)準(zhǔn)反射棱鏡中心 第五章距離測(cè)量 2、距離計(jì)算：、距離計(jì)算： 1 1）儀器常數(shù)改正）儀器常數(shù)改正（測(cè)距儀的乘常數(shù)測(cè)距儀的乘常數(shù)R和加常數(shù)和加常數(shù)K） 加常數(shù)加常數(shù)K=L L （mm）

16、 乘常數(shù)乘常數(shù)R的單位是的單位是mm/km 對(duì)于觀測(cè)值為對(duì)于觀測(cè)值為L(zhǎng) 的距離，其常數(shù)改正值為：的距離，其常數(shù)改正值為： LRKL k 第五章距離測(cè)量 2 2）氣象改）氣象改 正正 RED mini測(cè)距儀的氣象改正公式為：測(cè)距儀的氣象改正公式為： L t P L t 003661.01 3872.0 96.278 式中：式中：L Lt t氣象改正值，單位為氣象改正值，單位為mm； P測(cè)站氣壓，單位為測(cè)站氣壓，單位為mmHg， 1 mmHg=133.322Pa； t測(cè)站溫度，單位為測(cè)站溫度，單位為C C； L L距離，單位為距離，單位為km km 。 第五章距離測(cè)量 3 3） 傾斜改正傾斜改正

17、cosLD L L經(jīng)過(guò)常數(shù)改正和氣象改正后的斜距；經(jīng)過(guò)常數(shù)改正和氣象改正后的斜距； 經(jīng)緯儀測(cè)定的測(cè)線豎直角。經(jīng)緯儀測(cè)定的測(cè)線豎直角。 第五章距離測(cè)量 五、光電測(cè)距的注意事項(xiàng) (1)(1) 防止日曬雨淋，在儀器使用和運(yùn)輸中應(yīng)注意防震。防止日曬雨淋，在儀器使用和運(yùn)輸中應(yīng)注意防震。 (2)(2) 嚴(yán)防陽(yáng)光及強(qiáng)光直射物鏡，以免損壞光電器件。嚴(yán)防陽(yáng)光及強(qiáng)光直射物鏡，以免損壞光電器件。 (3)(3) 儀器長(zhǎng)期不用時(shí)，應(yīng)將電池取出。儀器長(zhǎng)期不用時(shí)，應(yīng)將電池取出。 (4)(4) 測(cè)線應(yīng)離開地面障礙物一定高度，避免通過(guò)發(fā)熱體測(cè)線應(yīng)離開地面障礙物一定高度，避免通過(guò)發(fā)熱體 和較寬水面上空，避開強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的地方。和

18、較寬水面上空，避開強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的地方。 (5)(5) 鏡站的后面不應(yīng)有反光鏡和強(qiáng)光源等背景干擾。鏡站的后面不應(yīng)有反光鏡和強(qiáng)光源等背景干擾。 (6)(6) 應(yīng)在大氣條件比較穩(wěn)定和通視良好的條件下觀測(cè)。應(yīng)在大氣條件比較穩(wěn)定和通視良好的條件下觀測(cè)。 返回 第五章距離測(cè)量 確定直線與確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱為之間的水平角度稱為 直線定向。直線定向。 標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 方方 向向 真子午線方向真子午線方向 磁子午線方向磁子午線方向 坐標(biāo)縱軸方向坐標(biāo)縱軸方向 第五章距離測(cè)量 1、真子午線方向 通過(guò)地球表面某通過(guò)地球表面某 點(diǎn)的點(diǎn)的真子午線的切線真子午線的切線 方向方向，稱為該點(diǎn)的真，稱為該點(diǎn)的

19、真 子午線方向。子午線方向。 真子午線的切線方向真子午線的切線方向 P1 P2 第五章距離測(cè)量 真子午線方向 是用天文測(cè)量方 法或用陀螺經(jīng)緯 儀測(cè)定的。 陀螺儀陀螺儀GP1-2AGP1-2A 第五章距離測(cè)量 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。 A P P P P北極北極 P P 磁北極磁北極 第五章距離測(cè)量 磁子午線方向可用羅盤儀測(cè)定。磁子午線方向可用羅盤儀測(cè)定。 DQL-1DQL-1型森林羅盤儀型森林羅盤儀 DQL-1BDQL-1B型森林羅盤儀型森林羅盤儀 第五章距離測(cè)量 3坐標(biāo)縱軸方向 我國(guó)采用高斯平面直 角坐標(biāo)系，6帶或3帶 都以

20、該帶的中央子午線為 坐標(biāo)縱軸，因此取坐標(biāo)縱 軸方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向。 x y o P1 P2 高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系 第五章距離測(cè)量 1、方位角 1）方位角的定義 從直線起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向 北端起，順時(shí)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。 1 2 標(biāo)準(zhǔn)方向北端標(biāo)準(zhǔn)方向北端 方位角方位角 2 2 2 2 2 第五章距離測(cè)量 標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn) 方方 向向 真子午線方向真子午線方向 磁子午線方向磁子午線方向 坐標(biāo)縱軸方向坐標(biāo)縱軸方向 真方位角（真方位角（A） 磁方位角（磁方位角（Am） 坐標(biāo)方位角（坐標(biāo)方位角（ ） 2 磁北磁北 真北真北 坐標(biāo)北坐標(biāo)北 Am

21、A 1 第五章距離測(cè)量 由于地面各點(diǎn)的真北由于地面各點(diǎn)的真北 （或磁北）方向互不平（或磁北）方向互不平 行，用真（磁）方位角行，用真（磁）方位角 表示直線方向會(huì)給方位表示直線方向會(huì)給方位 角的推算帶來(lái)不便，所角的推算帶來(lái)不便，所 以以在一般測(cè)量工作中，在一般測(cè)量工作中， 常采用坐標(biāo)方位角來(lái)表常采用坐標(biāo)方位角來(lái)表 示直線方向示直線方向。 x y o P1 P2 坐標(biāo)北與真北的關(guān)系坐標(biāo)北與真北的關(guān)系 第五章距離測(cè)量 2）幾種方位角之間的關(guān)系 m AA A m A 2 磁北磁北 真北真北 坐標(biāo)北坐標(biāo)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(biāo)北方向之間的夾角。 當(dāng)磁北方向或坐標(biāo)北方向偏于真北方向東側(cè)時(shí)， 和為正；偏于西側(cè)時(shí)， 和為負(fù)。 第五章距離測(cè)量 3 3）正、反坐標(biāo)方位角）正、反坐標(biāo)方位角 直線直線1-2 1-2 ：點(diǎn)：點(diǎn)1 1是起點(diǎn)，點(diǎn)是起點(diǎn)，點(diǎn)2 2是終點(diǎn)