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第四章距離測(cè)量與直線(xiàn)定向§4.1鋼尺量距§4.2視距測(cè)量§4.3光電測(cè)距§4.4直線(xiàn)定向距離測(cè)量:測(cè)量地面兩點(diǎn)之間的水平距離。方法鋼尺直接量距光學(xué)視距法測(cè)距光電測(cè)距儀測(cè)距
§4.1鋼尺量距一、量距的工具二、直線(xiàn)定線(xiàn)三、量距的方法四、距離丈量的成果整理一、量距工具鋼尺、皮尺等,輔助工具有花桿、測(cè)釬、垂球、彈簧秤和溫度計(jì)等。一、量距工具花桿測(cè)釬垂球彈簧秤和溫度計(jì):用于標(biāo)定直線(xiàn)。:標(biāo)志所量尺段的起訖點(diǎn)和計(jì)算已量過(guò)的整尺段數(shù)。:用來(lái)投點(diǎn)。:控制拉力和測(cè)定溫度。二、直線(xiàn)定線(xiàn)
兩點(diǎn)間的距離大于鋼尺長(zhǎng)度,需分段丈量;或者地勢(shì)起伏較大時(shí),進(jìn)行分段測(cè)量。
將分段點(diǎn)標(biāo)定在一條直線(xiàn)上的工作。方法:目估定線(xiàn),用人眼三點(diǎn)一線(xiàn)原理。經(jīng)緯儀定線(xiàn)條件:直線(xiàn)定線(xiàn):目估定線(xiàn)A132B經(jīng)緯儀定線(xiàn)定線(xiàn)原則:由遠(yuǎn)到近三、鋼尺量距的方法平坦地區(qū)的距離丈量?jī)A斜地區(qū)的距離丈量平量法斜量法A、B兩點(diǎn)間的水平距離為:1.平坦地面的量距式中:n
—尺段數(shù);l
—鋼尺的尺長(zhǎng);q
—不足一整尺的余長(zhǎng)。
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)衡量距離丈量的精度。這個(gè)比值稱(chēng)為相對(duì)誤差K:平坦地區(qū)鋼尺量距相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/3000注意:往、返測(cè)時(shí)需要重新進(jìn)行直線(xiàn)定線(xiàn)。2.傾斜地面的距離丈量(1)平量法地面起伏不大時(shí),將待測(cè)距離分段,尺子一端抬高,目估使尺子大致水平,然后垂球尖將尺段的末端投于地面上,再插以測(cè)釬。兩點(diǎn)間的距離等于各段水平距離之和。若地面傾斜較大,將鋼尺抬平有困難時(shí),可將一尺段分成幾段來(lái)平量。傾斜地面的坡度變化均勻時(shí),可沿斜坡丈量AB的斜距L,并測(cè)出地面傾角α或高差hAB,
則水平距離為:(2)斜量法四、距離丈量的成果整理由于鋼尺長(zhǎng)度有誤差并受量距時(shí)的環(huán)境影響,對(duì)量距結(jié)果必須作如下改正才能保證距離測(cè)量精度。鋼尺的名義長(zhǎng)度為l0,在標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)拉力下經(jīng)檢定的實(shí)際長(zhǎng)度為l,其差值l為整尺段的尺長(zhǎng)改正:任一長(zhǎng)度l的尺長(zhǎng)改正公式為:1.尺長(zhǎng)改正鋼尺長(zhǎng)度受溫度影響會(huì)伸縮,當(dāng)實(shí)測(cè)溫度t與鋼尺檢定時(shí)的溫度t0不一致時(shí),需進(jìn)行溫度改正:
式中為鋼尺的膨脹系,=0.0000125m/10C2.溫度改正3.傾斜改正每一尺段改正后的水平距離為:經(jīng)過(guò)檢定的鋼尺長(zhǎng)度可用尺長(zhǎng)方程表示:—溫度為t時(shí)的鋼尺實(shí)際長(zhǎng)度;—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α=1.25×—鋼尺檢定時(shí)的溫度;—量距時(shí)的溫度。尺長(zhǎng)方程精密測(cè)量法鋼尺檢定,確定尺長(zhǎng)方程式儀器法定線(xiàn)按變坡點(diǎn)和尺長(zhǎng)確定尺段,設(shè)立固定木樁尺段端點(diǎn)高差用水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)定量距時(shí)加標(biāo)準(zhǔn)拉力,測(cè)記鋼尺表面溫度進(jìn)行改正,計(jì)算結(jié)果§4.2
視距測(cè)量
視距測(cè)量:用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)部視距絲裝置,根據(jù)幾何光學(xué)原理同時(shí)測(cè)定距離和高差的一種方法。使用儀器:經(jīng)緯儀視距尺特點(diǎn):操作方便、速度快、不受地面高低起伏限制;精度較低,一般為1/200~1/300。由圖可知:
儀器制造時(shí)保證:;f+δ=C=0則平距:D=100·l
高差:H=i-vDdδfvlpi一、視線(xiàn)水平時(shí)平距:二、視線(xiàn)傾斜時(shí)由圖知:l′=lcosa;D′=Kl′=Klcosa故,平距:D=D′cosa=Klcos2a又因高差:D′=kl′aivH′HDaMNN′M′G§4.2光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介全站儀:全站型電子速測(cè)儀的簡(jiǎn)稱(chēng),由電子測(cè)角、電子測(cè)距、電子計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元等組成的三維坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng),能較完善地實(shí)現(xiàn)測(cè)量和處理過(guò)程一體化的多功能儀器。電子經(jīng)緯儀光電測(cè)距儀微處理器瑞士徠卡TC系列中國(guó)南方NTS系列日本拓普康GPT系列日本索佳SET系列日本尼康DTM系列特點(diǎn):由照準(zhǔn)部、基座、度盤(pán)三大部件組成;測(cè)距精度大都在2mm+2ppmD左右反射器三棱鏡組單棱鏡一、測(cè)距儀分類(lèi)1.按測(cè)程劃分<3km短程測(cè)距儀3-15km中程測(cè)距儀>15km遠(yuǎn)程測(cè)距儀2.按載波不同劃分微波測(cè)距儀光電測(cè)距儀(激光與紅外)3.按測(cè)量精度劃分:I級(jí):mD<5mmII級(jí):5mmmD10mmIII級(jí):mD>10mmmD為1km測(cè)距中誤差。二、光電測(cè)距原理
A、B之間的距離可以利用路程、速度和時(shí)間的關(guān)系計(jì)算出來(lái)。1.脈沖法測(cè)距原理時(shí)標(biāo)脈沖電子門(mén)存儲(chǔ)器光電轉(zhuǎn)換器光電發(fā)生器反射器光脈沖電脈沖特點(diǎn):由于受到測(cè)定時(shí)間精度的限制,測(cè)距精度較低,一般為0.5m,該法主要用于軍事測(cè)量和遠(yuǎn)程測(cè)量。近幾年,測(cè)時(shí)技術(shù)有了很大突破,測(cè)距精度指標(biāo)可達(dá)到mm級(jí)。2.相位法測(cè)距原理2πN·2πD往D返A(chǔ)BA’光尺3.測(cè)距儀的精度式中:mD—測(cè)距中誤差,單位為mm;
A—固定誤差,單位為mm;
B—比例誤差;單位為mm/km;
D—以km為單位的距離。
視距測(cè)量:低精度1/200~1/300鋼尺量距:中等精度1/1000~1/5000光電測(cè)距:高精度,高效率三種測(cè)距方法精度對(duì)比
確定直線(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱(chēng)為直線(xiàn)定向。標(biāo)準(zhǔn)方向真子午線(xiàn)方向磁子午線(xiàn)方向坐標(biāo)縱軸方向§4.3直線(xiàn)定向1.真子午線(xiàn)方向(真北)
通過(guò)地球表面某點(diǎn)的真子午線(xiàn)的切線(xiàn)方向,稱(chēng)為該點(diǎn)的真子午線(xiàn)方向。真子午線(xiàn)的切線(xiàn)方向P1P2真子午線(xiàn)方向是用天文測(cè)量方法或用陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的。一、標(biāo)準(zhǔn)方向的種類(lèi)2.磁子午線(xiàn)方向(磁北)
磁子午線(xiàn)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(xiàn)所指的方向。AP′PP—北極P′—磁北極磁子午線(xiàn)方向可用羅盤(pán)儀測(cè)定。3.坐標(biāo)縱軸方向(坐標(biāo)北)我國(guó)采用高斯平面直角坐標(biāo)系,6°帶或3°帶都以該帶的中央子午線(xiàn)為坐標(biāo)縱軸,因此取坐標(biāo)縱軸方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向。xyoP1P2高斯平面直角坐標(biāo)系方位角:由直線(xiàn)起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起,順時(shí)針?lè)较蛄康侥持本€(xiàn)的夾角。其角值范圍為
0°~360°。12標(biāo)準(zhǔn)方向北端方位角22222二、直線(xiàn)方向的表示方法標(biāo)準(zhǔn)方向真子午線(xiàn)方向磁子午線(xiàn)方向坐標(biāo)縱軸方向真方位角(A)磁方位角(Am)坐標(biāo)方位角(α
)2磁北真北坐標(biāo)北AmAα1
—真北方向與磁北方向之間的夾角;
—真北方向與坐標(biāo)北方向之間的夾角。三、幾種方位角之間的關(guān)系注意:δ和γ的正負(fù)號(hào)磁偏角δ子午線(xiàn)收斂角γ
由于地面各點(diǎn)的真北(或磁北)方向互不平行,用真(磁)方位角表示直線(xiàn)方向會(huì)給方位角的推算帶來(lái)不便,所以在一般測(cè)量工作中,常采用坐標(biāo)方位角來(lái)表示直線(xiàn)方向。xyoP1P2γγ坐標(biāo)北與真北的關(guān)系直線(xiàn)1-2:點(diǎn)1是起點(diǎn),點(diǎn)2是終點(diǎn)。α12—正坐標(biāo)方位角;α21—反坐標(biāo)方位角。α21α12xyoxx12直線(xiàn)2-1:結(jié)論:一條直線(xiàn)的正、反坐標(biāo)方位角互差180o。四、正、反坐標(biāo)方位角五、坐標(biāo)方位角的推算
α12已知,通過(guò)連測(cè)求得12邊與23邊的連接角為β2(右角)、23邊與34邊的連接角為β3(左角),現(xiàn)推算α23、α34。1234xxxα23α34α12β2β3前進(jìn)方向1234xxα23α12β2α21前進(jìn)方向xα34β3α32由圖中分析可知:推算坐標(biāo)方位角的通用公式:注意:
計(jì)算中,若α前>360°,減360°;若α前<0°,加360°。當(dāng)β角為左角時(shí),取“+”;若為右角時(shí),“-”。例題:已知α12=46°,β2、β3及β4的角值均注于圖上,試求其余各邊坐標(biāo)方位角。α23
=α12+180°-β24x23146°125°10′5136°30′247°20′解:α34
=α23+180°+β
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