土木工程測量課件 直線定向和距離測量

1、第四章 直線定向和距離測量第一節(jié)直線定向第二節(jié)鋼尺量距第三節(jié)視距測量第四節(jié)光電測距自修第五節(jié)全站儀測量自修直線定向 確定地面上一條直線與標(biāo)準(zhǔn)方向間水平角的工作4-1 直線定向一、標(biāo)準(zhǔn)方向真北方向：過地面上某點的真子午線切線方向的北端天文測量方法和陀螺經(jīng)緯儀磁北方向：過地面上某點的磁子午線切線方向的北端羅盤儀 坐標(biāo)北方向：高斯投影帶中央子午線北端或平面直角坐標(biāo)系坐標(biāo)縱軸北端各點的坐標(biāo)北方向彼此平行二、直線定向的方法 1. 方位角： 由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起順時針至某一直線的水平角。角值由o360 N A O 1分類：真方位角A：由真子午線北端起算的方位角。它是用天文觀測方法或用陀螺經(jīng)緯儀測定。磁方位角

2、Am：由磁子午線北端起算的方位角。它是用羅盤儀測定的。坐標(biāo)方位角：由坐標(biāo)縱軸北端起算的方位角。三種方位角之間的關(guān)系磁偏角：磁北與真北間的夾角。以真北為準(zhǔn)，判斷磁北的位置，東正西負(fù)。子午線收斂角：軸北與真北間的夾角。以真北為準(zhǔn)，判斷軸北的位置，東正西負(fù)。磁坐偏角m ：軸北與磁北間的夾角。以軸北為準(zhǔn)，判斷磁北的位置，東正西負(fù)。A=Am+A= Am+ 2. 象限角地面直線與子午線南端或北端構(gòu)成的銳角，并冠以所在象限的名稱，以R表示。真象限角、磁象限角、坐標(biāo)象限角圖418例如 R01= NE 3924 R02= SE 2512 R03= SW 6856 R04= NW 7135 N 14 0 3 2坐

3、標(biāo)方位角與坐標(biāo)象限角的關(guān)系直線方向由方位角求象限角R由象限角R求方位角北東（NE）第I象限南東（SE）第II象限南西（SW）第III象限北西（NW）第IV象限RNERSE（180）RSW（180）RNW（360）R180R180+ R360R4.1.2 坐標(biāo)方位角的計算一、由點的坐標(biāo)反算坐標(biāo)方位角 RAB =arctanyABxAB yAB = yB-yA xAB = xB-xA RAB象限角 并判斷象限？ AB 與RAB 的關(guān)系二、正、反坐標(biāo)方位角： 同一直線的正、反坐標(biāo)方位角之間相差180，即 BAAB180三、坐標(biāo)方位角推算 前=后+左 -180或 前=后-右+1804.2.1 距離測量

4、概述 一、水平距離 在測區(qū)面積不大的情況下半徑小于10km的范圍，可以不考慮地球曲率的影響，用水平面代替水準(zhǔn)面。 兩點間連線垂直投影在水平面上的長度稱為水平距離。4-2鋼尺量距二、直線量距的一般方法，精度及其適用范圍1、直接量距：用長度標(biāo)準(zhǔn)直接與被測距離比較，從而獲得被測距離長度。皮尺、鋼尺、銦瓦基線尺2、間接量距：根據(jù)條件，依據(jù)一定的關(guān)系式間接推算出被測距離。視距測量、光電測距方法 精度 適用范圍1、步測法1/200野外踏勘、選點和小比例尺地形圖的測繪2、視距法 3、鋼尺一般量距4、鋼尺精密量距5、激光紅外測距儀1/2001/300地形測量中的碎部測量1/20001/3000導(dǎo)線測量，一般建

5、筑軸線丈量1/50001/2萬精密導(dǎo)線測量，工業(yè)廠房主要軸線的測量測程：2KM20KM精度：(3mm+2PPM)三、 距離測量一般方法一、地面點的標(biāo)定 1、臨時標(biāo)志 2、永久標(biāo)志二、直線定線： 將待測距離上的分段點標(biāo)定在同一條直線上的工作。 1、定線的目的：保證待測距離的直線性 2、定線的方法： 花桿目視定線 經(jīng)緯儀正倒鏡分中法三、直線定線的實施 1、在兩點間定線 2、在兩點的延長線上定線 3、兩點不通視時的定線：逐漸趨近法4.2.2 鋼尺量距一、鋼尺量距的一般方法 1、平量法 2、斜量法：圖41平坦地面的距離丈量 D = nL0 + L0在平坦地面丈量距離時，可把尺子放在地面上逐段進(jìn)行丈量至

6、少往返測各一次。量距精度以相對誤差表示，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 返測 | / 往返均值 = 1 / MAB平坦地面測量算例： 整尺段數(shù)為3，余長: 往測24.890m,返測24.840m D = nL0 + L0 往測距離為：174.890m,返測為174.840m平均為174.865m，相對誤差為： |174.890-174.840|/174.865=1/3500 |往測 返測|/往返均值=1/MAB傾斜地面的距離丈量平量法 如果地面起伏不大，丈量時將尺子一端抬高，并用目估法使尺子大致水平，然后用測釬或垂球?qū)⒊咦拥亩它c投到地面上。將量得的各段水平距離

7、求和即為所量距離。傾斜地面的距離丈量斜量法 當(dāng)坡度變化均勻時，AB的斜距L，測出地面的傾角，那么水平距離l為： l=Lcos。如果未測傾角，而是測定了A、B兩點間的高差h，按直角三角形計算。 數(shù)據(jù)處理誤差計算： 往、返測較差：D=D往D返 往、返測相對較差：容許相對較差： 測規(guī)鐵路城市公路容許相對較差1/20001/3000平地：1/3000山地：1/1000假設(shè)到達(dá)精度,所測距離最終值為： 二、鋼尺量距的精密方法適用范圍： 精度要求1/10000以上時距離測量。量距方法： 清理現(xiàn)場、經(jīng)緯儀架設(shè)在A點，瞄準(zhǔn)B點。 在經(jīng)緯儀視線上依次定出比鋼尺一整尺段略短的尺段，并打上木樁，木樁上標(biāo)“十字。量距

8、方法： 兩人拉尺，后司尺用彈簧稱控制拉力，兩人同時讀數(shù)，要求讀至0.5mm ，一人指揮。 每尺段移動鋼尺前后位置三次，三次測量結(jié)果之差不超過23mm，并記錄現(xiàn)場溫度至0.5 。 用水準(zhǔn)儀測量尺段間木樁頂高差、往返高差不超過10mm。尺長改正： 鋼尺名義長度l0 、實際長度l那么整尺段的尺長改正數(shù)：l = l l0 任一長度l的尺長改正數(shù)： Ld = l / l0 L 溫度改正 lt = t-t0 l，其中：為鋼尺膨脹系數(shù),0.0000125/，t為野外量距時溫度，t0為 檢定鋼尺時的溫度。傾斜改正：lh = d - l ，其中：高差為h,斜距為l，h2=l2d2=(ld)(l+d)，ld=h2

9、/l+d；由于lh，ld，所以：lh = -(h2 / 2l)水平距離 d= l + ld + lt + lh1、定線誤差2、尺長誤差3、溫度測定誤差4、鋼尺傾斜誤差5、拉力不均誤差6、鋼尺對準(zhǔn)及讀數(shù)誤差4.2.3 鋼尺量距誤差4-3視距測量視距測量是利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的視距絲裝置，根據(jù)光學(xué)原理同時測定距離和高差的一種方法。定義視距測量具有操作方便、速度快、一般不受地形限制等優(yōu)點。特點 普通視距測量精度較低，僅能到達(dá)1/2001/300的精度。精度但能滿足測定碎部點位置的精度要求，所以視距測量被廣泛地應(yīng)用于地形測圖中。應(yīng)用一、視線水平時計算公式(水準(zhǔn)儀視距測量)水平距離ABnmnDFN

10、Mpdfnmm 儀器中心至物鏡光心的距離，常數(shù)值 物鏡焦距，常數(shù)值 焦點至水準(zhǔn)尺的距離，變量水平距離D 上、下十字絲的間隔，常數(shù)值 上、下十字絲在水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)差，觀測值mnmnABDFNMpdflnm對于內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，一般有K=100, C=0一、視線水平時的計算公式水準(zhǔn)儀視距測量 高差i 儀器高v 中橫絲在尺上的讀數(shù)mnmniABDFNMpdfvlhnm二、視線傾斜時的計算公式經(jīng)緯儀視距測量水平距離DAN BM DlMNODMQNBAJN lDM 二、視線傾斜時的計算公式經(jīng)緯儀視距測量h 初算高差，在QJO中，h =D tgiODMQNBAvJhhN lDM 視線傾斜時水平距離的計算公式為

11、： 視線傾斜時高差的計算公式為：三、視距測量的施測與計算1視距測量的施測1在A點安置經(jīng)緯儀，量取儀器高，在B點豎立視距尺。2盤左或盤右位置，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)B點視距尺，分別讀取上、下、中三絲讀數(shù)，并算出尺間隔l。3轉(zhuǎn)動豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管微動螺旋，使豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤讀數(shù)，并計算垂直角測站： 測站高程： 儀器高： 儀器：測點下絲讀數(shù)上絲讀數(shù) 中絲讀數(shù)v/ m 豎盤讀數(shù)L 垂直角 水平距離D/ m 除算高差h/ m 高差h/ m 高程H/ m 備注 尺間隔lm 視距測量記錄與計算手簿*A+45.37m1.45mDJ612.2370.6631.451.57487 41 12+2 18 481

12、57.14+6.35+6.35+51.72盤左位置22.4451.5552.000.89095 17 36-5 17 3688.24-8.18-8.73+36.64*視距尺分劃誤差乘常數(shù)不準(zhǔn)確的誤差豎直角測量誤差視距絲讀數(shù)誤差視距尺傾斜對視距測量的影響外界氣象條件對視距測量的影響大氣折光大氣湍流四、視距測量誤差 按載波分為：微波測距儀：采用微波段的無線電波作為載波；光電測距儀：采用光波作為載波，又分為以下兩類：激光測距儀：用激光作為載波； 紅外測距儀：用紅外光作為載波。一、電磁波測距儀的分類4-4 光電測距按測定時間方式的不同分為：脈沖式測距；相位式測距儀光電測距儀按測程可分為：短程測距儀：測

13、程小于3km，用于普通工程測量和城市測量；中程測距儀：測程為3km15km，通常用于一般等級控制測量；長程測距儀：測程大于15km，通常用于國家三角網(wǎng)及特級導(dǎo)線。按儀器的標(biāo)稱精度指標(biāo)分級儀器的標(biāo)稱精度表達(dá)式為：I級：mD|5mm II級：5mD|10mm 級：10mD|20mm二、光電測距儀測距的根本原理ADB三、相位式光電測距儀原理框圖圖45相位法測距的根本公式 圖46 四、距量測量的步驟將測距儀和反射鏡分別安置于待測距離的兩端，仔細(xì)地對中。測距儀接通電源后照準(zhǔn)反射鏡，檢查經(jīng)反射鏡反回的光強(qiáng)信號，符合要求后即可開始測距。為防止錯誤和減少照準(zhǔn)誤差的影響，可進(jìn)行假設(shè)干個測回的觀測。測距讀數(shù)值記入

14、手簿中，接著觀測豎直角并記入手簿的相應(yīng)欄內(nèi)。由溫度計和氣壓計讀取大氣溫度和氣壓值。按氣溫和氣壓進(jìn)行氣象改正，按測線的豎直角進(jìn)行傾斜改正，最后求得測線的水平距離。長度值應(yīng)化算為兩點間的水平距離。儀器系統(tǒng)誤差的改正包括加常數(shù)改正、乘常數(shù)改正和周期誤差的改正。電磁波在大氣中傳輸時受氣象條件的影響很大，因而要進(jìn)行氣象改正。歸算改正主要有傾斜改正、歸算至參考橢球面的改正和投影到高斯平面上的改正等。 五、測距成果的整理4-5 全站儀概述全站儀，即全站型電子速測儀Electronic Total Station，它是由電子測角、電子測距、電子計算和數(shù)據(jù)存儲單元等組成的三維坐標(biāo)測量系統(tǒng)，測量結(jié)果能自動顯示，并

15、能與外圍設(shè)備交換信息的多功能測量儀器。全站儀較完善地實現(xiàn)了測量和處理過程的電子化和一體化，因此得到了廣泛的應(yīng)用。其根本功能是在儀器照準(zhǔn)目標(biāo)后，通過微處理器的控制，能自動完成測距，水平方向和天頂距讀數(shù)、觀測數(shù)據(jù)的顯示、存儲。1提柄 2提柄固定螺絲 3儀器高標(biāo)志 4電池 5鍵盤 6三角基座制動控制桿 7底板8腳螺旋 9圓水準(zhǔn)器校正螺絲10圓水準(zhǔn)器11顯示器12物鏡13管式羅盤插口14光學(xué)對中器調(diào)焦環(huán)15 光學(xué)對中器分劃板 16光學(xué)對中器目鏡 17水平制動鈕 18水平微動鈕 19數(shù)據(jù)輸出插口 20外接電源插口 21照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器 22照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器校正螺絲 23垂直微動鈕 24垂直微動手輪 25望遠(yuǎn)鏡目鏡 26望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán) 27粗照準(zhǔn)器 28儀器中心標(biāo)志全站儀觀測數(shù)據(jù)的記錄方式：通過電纜，將儀器的數(shù)據(jù)傳輸接口和外接的記錄器連接起來，數(shù)據(jù)直接存儲在外接的記錄器中；利用儀器內(nèi)部的大容量內(nèi)存，記錄數(shù)據(jù)；采用插入式數(shù)據(jù)記錄卡。 全站儀的功能測距，測角進(jìn)行自由設(shè)站，計算測站點的坐標(biāo)；進(jìn)行支導(dǎo)線測量和計算；測站定向和極坐標(biāo)測量及坐標(biāo)點的放樣；進(jìn)行對邊測量懸高測量面積測量及計算等。 TC307全站儀TC307型全站儀的安置步驟如下：1翻開腳架置于測站點上，并使腳架頭大致水平，將