工程测量_4,5_距离测量与直线定向.ppt

工程测量工程测量北京科技大学土木学院北京科技大学土木学院 晏剑斌晏剑斌第四、五章第四、五章 距离测量与直线定向距离测量与直线定向4-1 钢尺量距钢尺量距 量距的工具量距的工具钢尺：最常用有钢尺：最常用有3030m m、50m50m两种两种注意零点的位置！注意零点的位置！花杆、测钎、垂球、弹簧秤、温度计花杆、测钎、垂球、弹簧秤、温度计4-1-1 钢尺量距的一般方法钢尺量距的一般方法量距的工具量距的工具直线定线直线定线 当两点之间的距离较长或地势起伏较当两点之间的距离较长或地势起伏较大时，须分段丈量大时，须分段丈量 一般量距用目视定线一般量距用目视定线即可即可距离距离 偏离偏离5cm10cm20cm30m0.16mm0.67mm2.67mm?4-1-1 钢尺量距的一般方法钢尺量距的一般方法量距的工具量距的工具直线定线直线定线 量距方法量距方法 1 1平坦地区的距离丈量平坦地区的距离丈量 量量距距精精度度以以相相对对误误差差表表示示，并并将将其其换换算算为为分分子子为为1 1的分数形式，精度一般不低于的分数形式，精度一般不低于1/30001/3000|往测往测返测返测|/|/往返均值往返均值=1/=1/M M 可可把把尺尺子子放放在在地地面面上上进进行行,在在整整尺尺的的地地方方插插一一测钎测钎,丈量至少往返测各一次。丈量至少往返测各一次。D=nLD=nL0 0+L+L0 04-1-1 钢尺量距的一般方法钢尺量距的一般方法量距的工具量距的工具直线定线直线定线 量距方法量距方法 1 1平坦地区的距离丈量平坦地区的距离丈量 2 2倾斜地面的距离丈量倾斜地面的距离丈量 平量法平量法 斜量法斜量法4-1-2 钢尺量距的精密方法钢尺量距的精密方法 普通方法只能达到普通方法只能达到1/1000-1/50001/1000-1/5000，精密方法可，精密方法可以达到以达到1/10000-1/400001/10000-1/40000，所使用的钢尺必须经过，所使用的钢尺必须经过检定，测量时使用拉力计和温度计。检定，测量时使用拉力计和温度计。经纬仪定线经纬仪定线概量分段，每段略短于尺长；打木桩、做标记概量分段，每段略短于尺长；打木桩、做标记尺段丈量尺段丈量 施标准拉力，同时读数，每段移动钢尺位置量施标准拉力，同时读数，每段移动钢尺位置量3次，估读到次，估读到0.5mm测定各段高差测定各段高差水准测量，往返进行，互差不超过水准测量，往返进行，互差不超过1010mmmm4-2 钢尺量距的精密方法钢尺量距的精密方法经纬仪定线经纬仪定线尺段丈量尺段丈量测定各段高差测定各段高差尺段改正计算尺段改正计算 尺长改正尺长改正 L Ld d(L(LL L0 0)L/L)L/L0 0 L Ld d(30.0025(30.002530)x29.8652/30=0.002530)x29.8652/30=0.0025 温度改正温度改正 L Lt t(t(tt t0 0)L)L L Lt t1.2x101.2x10-5-5x(25.8x(25.820)x29.8652=0.002120)x29.8652=0.00213030米尺子每米尺子每差差0.360.36mmmm;5;50 0米尺子每米尺子每差差0.60.6mmmm 倾斜改正倾斜改正 L Lh hh h2 2/2L/2L L Lh h(-0.152)(-0.152)2 2/(2x29.8652)=-0.0004/(2x29.8652)=-0.0004 4-2 钢尺量距的精密方法钢尺量距的精密方法经纬仪定线经纬仪定线尺段丈量尺段丈量测定各段高差测定各段高差尺段改正计算尺段改正计算计算全长和相对误差计算全长和相对误差计算往返测的各自长度计算往返测的各自长度 相对误差相对误差=|=|往测往测返测返测|/|/往返均值往返均值 钢尺的检定钢尺的检定到检定机构的比长台进行到检定机构的比长台进行尺长方程式尺长方程式:l lt t l l0 0+l l +l+l0 0(t(tt t0 0)4-1-3 钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析 一、定线误差一、定线误差二、尺长误差二、尺长误差尺长误差具有系统积累性，它与所量距离成正比尺长误差具有系统积累性，它与所量距离成正比三、温度误差三、温度误差 用温度计测定的是空气的温度，而不是钢尺本身的温度用温度计测定的是空气的温度，而不是钢尺本身的温度 四、拉力误差四、拉力误差 五、尺子不水平的误差五、尺子不水平的误差 3030m m尺子尺子2.62.6kgfkgf导致导致1 1mmmm误差误差;50;50m m尺子尺子1.71.7kgfkgf导致导致1 1mmmm误差误差4-1-3 钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析六、钢尺垂曲和反曲的误差六、钢尺垂曲和反曲的误差 ABff f=-8=-8f f2 2/3/3L L0 0 L Lf f(L/L(L/L0 0)3.3.f f 七、丈量本身的误差七、丈量本身的误差 4-3 光电测距仪简介光电测距仪简介 概况概况 19411941年瑞典物理学家年瑞典物理学家BergstrandBergstrand在研究光速时在研究光速时开发了高精度测量时间的技术开发了高精度测量时间的技术19481948年瑞典年瑞典AGAAGA厂推出了第一台光波测距仪厂推出了第一台光波测距仪 自自20世纪世纪50年代以来，随着需求的增长和光学、年代以来，随着需求的增长和光学、微电子学的发展，出现了红外测距、微波测距、激微电子学的发展，出现了红外测距、微波测距、激光测距技术，统称为电磁波测距技术光测距技术，统称为电磁波测距技术 电磁波测距技术大大减轻了距离测量的劳动强度，电磁波测距技术大大减轻了距离测量的劳动强度，也大大提高了作业精度和速度也大大提高了作业精度和速度4-3 光电测距仪简介光电测距仪简介概况概况分类分类1.1.按载波分按载波分 微波测距仪微波测距仪 激光测距激光测距仪仪 红外光测距仪红外光测距仪2.2.按测程分按测程分 短程测距仪短程测距仪(5(15(15km)km)4-3 光电测距仪简介光电测距仪简介概况概况分类分类电磁波测距原理电磁波测距原理 设电磁波在测距仪与反光镜之间往返的时间为设电磁波在测距仪与反光镜之间往返的时间为t,t,则测距仪至反光镜的距离则测距仪至反光镜的距离:其中其中 C=CC=C0 0/n nC C0 0为光在真空中的传播速度为光在真空中的传播速度 C C0 0=299792458m=299792458m/s s n n为大气折射率为大气折射率,与测距仪所用光源的波长与测距仪所用光源的波长 ，测，测线上的气温线上的气温t,t,气压气压P P和湿度和湿度e e有关。有关。要保证要保证lcmlcm的测距精度，时间测定要准确到的测距精度，时间测定要准确到6.76.71010-lllls s,这是难以做到的。因此，大多采用间接测定这是难以做到的。因此，大多采用间接测定法来测定。法来测定。4-3 光电测距仪简介光电测距仪简介电磁波测距原理电磁波测距原理1 1脉冲式测距脉冲式测距 由测距仪的发射系统由测距仪的发射系统发出发出光脉冲光脉冲，经被测目标，经被测目标反射后，再由测距仪的接反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔脉冲往返所需时间间隔t t的的钟脉冲的个数钟脉冲的个数以求得距以求得距离离S S。由于计数器的频率由于计数器的频率一般为一般为300300MHz(3x10MHz(3x108 8Hz)Hz)，测距精度为测距精度为O.5mO.5m，精度较精度较低。低。2 2相位相位式测距式测距 由测距仪的发射系统发出一种连续的由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波调制光波，测，测出该调制光波在测线上往返传播所产生的出该调制光波在测线上往返传播所产生的相位移相位移，以测，以测定距离定距离S S。红外光电测距仪一般都采用相位式测距。红外光电测距仪一般都采用相位式测距。4-3 光电测距仪简介光电测距仪简介我们把我们把/2/2叫作测距仪的叫作测距仪的“尺长尺长”4-3 光电测距仪简介光电测距仪简介电磁波测距原理电磁波测距原理2 2相位相位式测距式测距 设光从发射器发出，设光从发射器发出，抵达反光镜后返回仪器抵达反光镜后返回仪器的接收器，称为信号的接收器，称为信号2 2。而从发射器发出的光分而从发射器发出的光分出一路直接进入处理装出一路直接进入处理装置，称为信号置，称为信号1 1。则信号。则信号1 1和和2 2之间存在相位差之间存在相位差和整周数和整周数N N利用利用测相器测相器可测定可测定，但而不能求得但而不能求得“整周数整周数N N”。因此只可以求得因此只可以求得“余长余长”，而不能求得整长。，而不能求得整长。4-3 光电测距仪简介光电测距仪简介电磁波测距原理电磁波测距原理2 2相位相位式测距式测距 短程的电磁波测距仪常用砷化镓短程的电磁波测距仪常用砷化镓GaAsGaAs发出的红外激发出的红外激光波长约光波长约0.870.87mm。显然是不能用它做测距信号的。显然是不能用它做测距信号的。无线电技术可以对电磁波的振幅、频率、相位加无线电技术可以对电磁波的振幅、频率、相位加以调制使其随时间按一定的规律变化。以调制使其随时间按一定的规律变化。在在GaAsGaAs激光器上注入按规律变化的电流后可以使激光器上注入按规律变化的电流后可以使激光器激光器按同样的规律按同样的规律改变改变发光的强度发光的强度。调制波的频率。调制波的频率远小于红外激光的频率。远小于红外激光的频率。4-4 光电测距仪简介光电测距仪简介 由于测相器只能测定不足一周的由于测相器只能测定不足一周的“尾数尾数”，所以，所以，如果我们选择调制光的频率对应的如果我们选择调制光的频率对应的“尺长尺长”足够我们的足够我们的测程（比如测程（比如1010kmkm）,则我们只要测出则我们只要测出“尾数尾数”就可以了就可以了 但是，测相的精度是有限的。仪器测相的精度一但是，测相的精度是有限的。仪器测相的精度一般为般为1/10001/1000，显然，测尺越长，测距的的精度越差。，显然，测尺越长，测距的的精度越差。解决办法：解决办法：用几把不同尺长的测尺来测量，长的用几把不同尺长的测尺来测量，长的测大数，短的测尾数；这样测大数，短的测尾数；这样既可以扩大测程又可以保既可以扩大测程又可以保证精度证精度。4-4 光电测距仪简介光电测距仪简介电磁波测距原理电磁波测距原理2 2相位相位式测距式测距 测尺长度10m100m1km10km100km测尺频率15MHz1.5MHz150KHz15KHz1.5KHz测量精度1cm10cm1m10m100m1 1脉冲式测距脉冲式测距 测距仪的标称精度测距仪的标称精度m mD D=(a+b=(a+b D)D)5mm+1ppm;3mm+2ppm本章作业本章作业 教材第教材第7373页页思考题第思考题第5 5题题习题第习题第题题第五章第五章直线定向直线定向 确定直线与确定直线与标准方向标准方向之间的水平角度称为之间的水平角度称为直线定向直线定向。标准方向的种类标准方向的种类 1 1真子午线方向真子午线方向 通过地球表面某点的通过地球表面某点的真子午线真子午线的的切线方向，称为该点的真子午线方向切线方向，称为该点的真子午线方向 2 2磁磁子午线方向子午线方向 磁子午线磁子午线方向是磁针在地球磁场方向是磁针在地球磁场的作用下，磁针自由静止时其轴线的作用下，磁针自由静止时其轴线所指的方向所指的方向 3 3坐标纵轴坐标纵轴方向方向 用高斯投影后该带的坐标纵轴（用高斯投影后该带的坐标纵轴（X X轴）方向作为标准方向轴）方向作为标准方向 5-2 方位角方位角标准方向的种类标准方向的种类 表示直线方向的方法（方位角）表示直线方向的方法（方位角）由标准方向的由标准方向的北端起，顺时针北端起，顺时针方方向量到某直线的夹角，称为该直线向量到某直线的夹角，称为该直线的的 方位角方位角 几种方位角之间的关系几种方位角之间的关系 1 1真方位角与磁方位角之间的关系真方位角与磁方位角之间的关系 A A真真=A A磁磁+（我国我国+6+6 -10-10 ，北京，北京-5-5 50 50）2 2真方位角与坐标方位角之间的关系真方位角与坐标方位角之间的关系 A A真真=坐坐+=（L-LL-L0 0）SinBSinB5-2 方位角方位角几种方位角之间的关系几种方位角之间的关系 1 1真方位角与磁方位角之间的关系真方位角与磁方位角之间的关系 A A真真=A A磁磁+2 2真方位角与坐标方位角之间的关系真方位角与坐标方位角之间的关系 A A真真=坐坐+3 3坐标方位角与磁方位角之间的关系坐标方位角与磁方位角之间的关系 坐坐=A A磁磁+-“三北三北”之间的关之间的关系系5-2 方位角方位角正、反坐标方位角正、反坐标方位角测量中的直线具有方向性测量中的直线具有方向性 通过起点通过起点A A的坐标纵轴方向的坐标纵轴方向与直线与直线A AB B所夹的坐标方位角所夹的坐标方位角ABAB，称为直线称为直线ABAB的的正坐标方正坐标方位角位角 过终点过终点B B的坐标纵轴方向与直线的坐标纵轴方向与直线B BA A所夹的坐标所夹的坐标方位角，称为方位角，称为直线直线ABAB的的反坐标方位角反坐标方位角(是直线是直线BABA的正的正坐标方位角坐标方位角)。显然有：显然有：BABA =AB AB+180+180 测量工作中均采用坐标方位角进行直线定向测量工作中均采用坐标方位角进行直线定向!？5-2 方位角方位角正、反坐标方位角正、反坐标方位角坐标方位角的推算坐标方位角的推算 从已知边开始，从已知边开始，通过观测各条边之通过观测各条边之间的水平夹角，即间的水平夹角，即可推算各条边的坐可推算各条边的坐标方位角标方位角 下下 =上上+左左+180+180 下下 =上上-右右+180+180 5-3 用罗盘仪测定磁方位角用罗盘仪测定磁方位角 最大优点：方便、灵活、使用简单最大优点：方便、灵活、使用简单最大缺点最大缺点：怕磁干扰、精度低怕磁干扰、精度低度盘为度盘为逆时针逆时针0-3600-360度注记度注记可在已知边上测定磁偏角可在已知边上测定磁偏角5-4 用陀螺仪测定真方位角用陀螺仪测定真方位角 最大优点：方便、灵活最大优点：方便、灵活本章作业本章作业 教材第教材第8383页页思考题第思考题第2 2题题习题第习题第3 3题题