土木工程測(cè)量-第四章距離測(cè)量.ppt

1、第四章 距離測(cè)量,土木工程測(cè)量,教學(xué)課件,距離測(cè)量是測(cè)量工作的基本工作之一，所謂距離是指兩點(diǎn)間的水平長(zhǎng)度。如果測(cè)得的是傾斜距離，還必須改算為水平距離。按照所用儀器、工具的不同，測(cè)量距離的方法有鋼尺直接量距、光電測(cè)距儀和光學(xué)視距法測(cè)距等。,本章要點(diǎn) 鋼尺量距方法 鋼尺量距成果處理 視距測(cè)量原理 測(cè)量方法和成果計(jì)算 介紹電磁波測(cè)距原理，紅外測(cè)距儀簡(jiǎn)介,鋼尺量距是利用具有標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的鋼尺直接量測(cè)地面兩點(diǎn)間的距離，又稱為距離丈量。鋼尺量距時(shí)，根據(jù)不同的精度要求所用的工具和方法也不同。,鋼尺最高精度可達(dá)1/1萬(wàn)。 尺寬1015mm。長(zhǎng)度20m、30m、50m等。 有三種分劃：基本分劃為厘米；厘米(在尺端1

2、0cm內(nèi)為毫米分劃)；毫米分劃。 尺的零點(diǎn)位置刻線尺，端點(diǎn)尺；,皮尺用麻皮制成，精度低，只用于精度要求不高的距離丈量。,因瓦尺鎳鐵合金制成，線狀，直徑1.5mm，長(zhǎng)度24m,尺身無(wú)分劃和數(shù)字注記，尺兩端各連一個(gè)三棱形的分劃尺，長(zhǎng)8cm,最小分劃1mm。全套由4根主尺，一根輔尺組成。精度高，1/100萬(wàn)，用于精密量距。,輔助工具測(cè)釬、花桿、垂球、彈簧秤和溫度計(jì)。,將所量尺段標(biāo)定在待測(cè)二點(diǎn)間一條直線上的工作稱為直線定線。,目視定線一般量距用目視定線。,經(jīng)緯儀定線精密量距應(yīng)用經(jīng)緯儀定線。,鋼尺量距一般采用整尺法量距，精密量距用串尺法量距。根據(jù)不同地形可采用水平量距法和傾斜量距法,平坦地區(qū)量距量距精度

3、不高時(shí)可采用整尺法量距，直接將鋼尺沿地面丈量，不用加溫度改正和用彈簧秤標(biāo)定施加拉力。 D=nl+l(4-1),D=nl+l(4-1),傾斜地面距離丈量視地形情況可用水平量距法或傾斜量距法。,為了提高精度，一般采用往返丈量。 量距精度以相對(duì)誤差表示，通?；癁榉肿訛?的分?jǐn)?shù)形式： K=|D往-D返|/D平均=1/M M=D平均/|D|,兩點(diǎn)間水平距離為：,平坦地區(qū)鋼尺量距相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/3000；在困難地區(qū)相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/1000。, 精密量距 當(dāng)量距精度要求在1/1萬(wàn)以上時(shí)，要用精密量距方法，精密量距前要先清理場(chǎng)地。,定線經(jīng)緯儀定線、鋼尺概量，打木樁、劃線。,量距用檢定過的鋼尺丈量相鄰兩

4、木樁之間的距離。每尺段要移動(dòng)鋼尺位置丈量三次，三次測(cè)得的結(jié)果的較差視不同要求而定，一般不得超過23mm，否則要重量。若在限差以內(nèi)，則取平均值。作為此尺段的觀測(cè)成果。標(biāo)準(zhǔn)拉力(30m尺子，100N)。測(cè)記溫度，估讀到0.5。 往返測(cè)，丈量次數(shù)視量邊精度要求而定,測(cè)量樁頂高程往返觀測(cè)，往返所測(cè)高差之差，不超過10mm,如在限差之內(nèi)，取平均值作為觀測(cè)成果。 這種量距法稱為串尺法量距。,精密量距中，每一尺段需進(jìn)行尺長(zhǎng)改正、溫度改正及傾斜改正，求出改正后的尺段長(zhǎng)度。,尺長(zhǎng)改正,鋼尺名義長(zhǎng)度l0一般和實(shí)際長(zhǎng)度不相等，每量一段都需加入尺長(zhǎng)改正。在標(biāo)準(zhǔn)拉力、標(biāo)準(zhǔn)溫度下經(jīng)過檢定實(shí)際長(zhǎng)度為l，其差值l為整尺段的尺

5、長(zhǎng)改正，即 l=l-l0 任一長(zhǎng)度l尺長(zhǎng)改正公式為： ld=ll/l0(4-3),l=l-l0,ld=ll/l0(4-3),溫度改正 設(shè)鋼尺在檢定時(shí)的溫度為t0，丈量時(shí)的溫度為t，鋼尺的線膨脹系數(shù)(一般為0.0000125/)。則某尺段l的溫度改正為： lt=(t-t0)l(4-4),lt=(t-t0)l(4-4),傾斜改正,設(shè)沿地面量斜距為l，測(cè)得高差為h,換成平距d要進(jìn)行傾斜改正。公式為(圖L-4-9)：,上式用級(jí)數(shù)展開：,當(dāng)高差不大時(shí)，h與l比值很小，取前兩項(xiàng)得傾斜改正為：,(4-5),每一尺段改正后的水平距離為：,(4-6),由于鋼尺制造誤差，以及長(zhǎng)期使用產(chǎn)生的變形使得鋼尺名義長(zhǎng)度和實(shí)

6、際長(zhǎng)度不一樣，因此在精密量距前必須對(duì)鋼尺進(jìn)行檢定。 鋼尺檢定室應(yīng)是恒溫室，一般用平臺(tái)法。將鋼尺放在長(zhǎng)度為30m(或50m)的水泥平臺(tái)上，平臺(tái)二端安裝有施加拉力的拉力架。給鋼尺施加標(biāo)準(zhǔn)拉力(100N)，然后用標(biāo)準(zhǔn)尺量測(cè)被檢定鋼尺，得到在標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)拉力下的實(shí)際長(zhǎng)度，最后給出尺長(zhǎng)隨溫度變化的函數(shù)式，稱為尺長(zhǎng)方程式。,lt=l0+ld+(t-t0)l0 (4-7),lt=l0+ld+(t-t0)l0 (4-7),影響鋼尺量距精度的因素很多，主要有定線誤差、尺長(zhǎng)誤差、溫度測(cè)定誤差、鋼尺傾斜誤差、拉力不均誤差、鋼尺對(duì)準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差等?，F(xiàn)擇其主要者討論如下。,定線誤差 在量距時(shí)由于鋼尺沒有準(zhǔn)確地安放在

7、待量距的直線方向上，所量的是折線而不是直線，造成量距結(jié)果偏大，如圖4-4所示。,設(shè)定線誤差為，一尺段的量距誤差為：,(4-8),當(dāng) ，l=30m時(shí)，0.12m，3mm，所以目視定線即可達(dá)此精度。,尺長(zhǎng)誤差 鋼尺名義長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度之差產(chǎn)生的尺長(zhǎng)誤差對(duì)量距的影響，是隨著距離的增加而增加的。在高精度量距時(shí)應(yīng)加尺長(zhǎng)改正，并要求鋼尺檢定誤差1mm。,溫度測(cè)定誤差 據(jù)鋼尺溫度改正公式lt=(t-t0)l，當(dāng)溫度引起的誤差為1/30000時(shí)，溫度測(cè)量誤差不應(yīng)超出3，此外在測(cè)試溫度計(jì)顯示的是空氣環(huán)境溫度，不是鋼尺本身的溫度。在陽(yáng)光暴曬下，鋼尺與環(huán)境測(cè)試可差5。所以量距冝在陰天進(jìn)行。最好用半導(dǎo)體溫度計(jì)測(cè)量鋼尺的

8、自身溫度。,拉力不均誤差 鋼尺具有彈性，會(huì)因受拉而伸長(zhǎng)。鋼尺彈性模量E=2105MPa，設(shè)鋼尺斷面積A=0.04cm2,鋼尺拉力拉力誤差為p，據(jù)虎克定律，鋼尺伸長(zhǎng)誤差為：,(4-9),當(dāng)拉力誤差為30N，尺長(zhǎng)30m，鋼尺量距誤差為1mm，所以精密量距時(shí)應(yīng)使用彈簧秤控制拉力。,鋼尺對(duì)準(zhǔn)及讀數(shù)誤差 在量距時(shí)，由于鋼尺對(duì)點(diǎn)誤差、測(cè)釬安置誤差及讀數(shù)誤差都會(huì)使量距產(chǎn)生誤差。這些誤差是偶然誤差，所以量距時(shí)，應(yīng)仔細(xì)認(rèn)真。并采用多次丈量取平均值的方法，以提高量距精度。此外，鋼尺基本分劃為1mm，一般讀數(shù)也到毫米，若不仔細(xì)會(huì)產(chǎn)生較大誤差，所以測(cè)量時(shí)要認(rèn)真仔細(xì)。,鋼尺傾斜誤差 鋼尺量距時(shí)若鋼尺不水平，或鋼尺測(cè)量距

9、離時(shí)兩端高差測(cè)定有誤差，對(duì)測(cè)量會(huì)產(chǎn)生誤差，使距離測(cè)量值偏大，傾斜改正公式見式(4-5) (lh=-h2/2l )。 從式(4-5)可見，高差的大小及其測(cè)定誤差對(duì)測(cè)距誤差有影響。對(duì)于30m的鋼尺，當(dāng)h=1m，高差測(cè)定誤差mh=5mm時(shí)，產(chǎn)生測(cè)距誤差為0.17mm。所以在精密量距時(shí)，用普通水準(zhǔn)儀測(cè)定高差即可 在普通量距時(shí)，用目估持平鋼尺，經(jīng)統(tǒng)計(jì)會(huì)產(chǎn)生50傾斜(相當(dāng)于0.44m高差誤差)，對(duì)量距約產(chǎn)生3mm誤差。,視距測(cè)量是利用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的視距裝置配合視距尺，根據(jù)幾何光學(xué)和三角測(cè)量原理，同時(shí)測(cè)定距離和高差的方法。最簡(jiǎn)單的視距裝置是測(cè)量?jī)x器(如經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀)的望遠(yuǎn)鏡十字絲分劃板上刻制上、下對(duì)稱的兩條短

10、線，稱視距絲。如圖4-5。視距測(cè)量中的視距尺可用普通水準(zhǔn)尺，也可用專用視距尺。,視距測(cè)量精度一般為1/2001/300，精密視距測(cè)量可達(dá)1/2000。由于視距測(cè)量用一臺(tái)經(jīng)緯儀即可同時(shí)完成兩點(diǎn)間平距和高差的測(cè)量，操作簡(jiǎn)便，所以當(dāng)?shù)匦纹鸱^大時(shí)，常用于碎部測(cè)量和圖根的加密。,l=N-M 待測(cè)距離D為： D=D+f1+ (4-10) 從凸透鏡L1成像原理可得：,l=N-M,D=D+f1+ (4-10),(4-11),D=Kl+c (4-14),D=Kl+c (4-14),視距尺,焦距,物鏡,調(diào)焦透鏡,焦距,令f1/p=K ,f1+C則,令f1/p=K ,f1+C則,式中：K視距乘常數(shù)；c視距加常數(shù)。

11、l尺間隔 在儀器設(shè)計(jì)時(shí)，選擇適當(dāng)參數(shù)，可使K=100，c值很小，可忽略不計(jì)，所以視線水平時(shí)視距測(cè)量公式為： D=Kl=100l (4-15),D=Kl+c (4-14),D=Kl=100l (4-15),視線水平時(shí)，高差由圖4-7可得：,h=i-s (4-16),h=i-s (4-16),式中：i儀器高 s中絲讀數(shù)。,設(shè)視線豎直角為，由于十字絲上、下絲的間距很小，視角2約為34，故可將EMN和ENN近似看成直角。MEM=NEN=，從圖可見： ME+EN=(ME+EN)cos l=lcos D=Kl=Klcos,水平距離為 D=Dcos=Klcos2,D=Dcos=Klcos2 (4-18),初

12、算高差為：,(4-19),A、B兩點(diǎn)高差為：,(4-20),在實(shí)際工作中，可以使中絲讀數(shù)等于儀器高i,則上式可簡(jiǎn)化為:,(4-21),據(jù)(4-18)式算出A，B間的水平距離后，高差h也可按下式計(jì)算： h=Dtg+i-s,h=Dtg+i-s,c=0，不需測(cè)定，只進(jìn)行K測(cè)定。 在平坦地區(qū)選一直線 AB； 沿直線在距離為25m，50m,100m,150m,200m打樁； 順序編號(hào)為B1、B2、Bn； 儀器安置在A點(diǎn)，在BI樁上依次立視距尺，在視線水平時(shí)，用盤左、盤右用上、下絲在尺上讀數(shù)，求得尺間距l(xiāng)i； 儀器安置在B點(diǎn)返測(cè)，重復(fù)； 將、測(cè)得的尺間距l(xiāng)i取平均值； 據(jù)li、Di 按4-14可計(jì)算Ki,

13、影響視距測(cè)量精度的因素有以下幾方面： 視距尺分劃誤差 視距尺分劃誤差一般為0.5mm,引起的距離誤差為0.071m.,乘常數(shù)K不準(zhǔn)確的誤差 一般視距常數(shù)K=100，但由于視距絲間隔有誤差，視距尺有系統(tǒng)性誤差，儀器檢定有誤差，會(huì)使K值不為100。K值誤差使視距測(cè)量產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。K值應(yīng)在1000.1之內(nèi)，否則應(yīng)加以改正。,豎直角測(cè)量誤差 豎直角觀測(cè)誤差對(duì)視距測(cè)量有影響，根據(jù)視距測(cè)量公式，其影響為： md=Klsin2m/(4-22) 當(dāng)=45，m=10，Kl=100m，md5mm，可見垂直角觀測(cè)誤差對(duì)視距測(cè)量影響不大。,md=Klsin2m/(4-22),視距絲讀數(shù)誤差 此誤差是影響視距測(cè)量精度的

14、重要因素，它與視距遠(yuǎn)近成正比，距離越遠(yuǎn)誤差越大。所以測(cè)量中要根據(jù)測(cè)圖對(duì)測(cè)量精度的要求限制最遠(yuǎn)視距。,視距尺傾斜誤差 視距尺傾斜誤差的影響與豎直角有關(guān)，如表4-1。可見，視距尺傾斜時(shí)，對(duì)視距測(cè)量的影響不可忽視。特別是在山區(qū)，傾角大時(shí)更要注意，必要時(shí)可在視距尺上附加圓水準(zhǔn)器。,外界氣象條件對(duì)視距測(cè)量的影響 大氣折光的影響視線穿過大氣時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射，其漪從直線變?yōu)榍€，造成誤差。由于視線靠近地面，折光大，所以規(guī)定視線應(yīng)高出地面1m,以上。 大氣湍流的影響空氣的湍流使視距成像不穩(wěn)定，造成視距誤差。當(dāng)視線接近地面或水面時(shí)這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。所以視線要高出地面1m以上。 除此以外，風(fēng)和大氣能見度對(duì)視距測(cè)量也會(huì)產(chǎn)生影響。風(fēng)力過大，尺子會(huì)抖動(dòng)，空氣中灰塵和消氣會(huì)使視距尺成像不清晰，造成讀數(shù)誤差，所以應(yīng)選擇良好的天氣進(jìn)行測(cè)量。,電磁波測(cè)距是利用電磁波(微波、光波)作載波，在其上調(diào)制測(cè)距信號(hào)，測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的方法。 D=ct/2(4-25) 電磁波測(cè)距按采用的載波不同，可分為微波測(cè)距儀、激光測(cè)距儀和紅外測(cè)距儀。紅外測(cè)距儀采用的是GaAs(砷化鎵)發(fā)光二極管作光源。其耗電省、體積小、壽命長(zhǎng)，抗震性能強(qiáng)能連續(xù)發(fā)光并能直接調(diào)制等特點(diǎn)，目前工程采用的基本上以紅外測(cè)距儀為主。,脈沖法測(cè)距(圖4-9),(4-26),式中:c0光在真空中的傳播速度；ng光在大氣中的傳輸折射率。