4--距离测量解析.ppt

一般高等学校土木工程专业精编系列规划教材土木工程测量主编 王晓明 殷耀国名目1 绪 论2 水准测量3 角度测量4 距离测量5 坐标测量6 地形图根本学问7 地形图测绘名目8 地形图的应用9 工程放样的根本工作10 建筑工程测量11 线路工程测量12 桥梁工程测量13 地下工程测量 14 变形测量 4 距 离 测 量名目名目下页下页上页上页内容提要内容提要力量要求力量要求 本章主要介绍距离测量的根本原理和方法，包括钢尺量距、视距测量和光电测距。本章的教学重点为距离测量的方法；教学难点为距离测量的成果整理。通过本章的学习，学生应当了解钢尺量距的一般方法，学会量距成果的整理；清晰视距测量的原理，把握用视距测量的方法进展水平距离和高差的测定；了解电磁波测距的根本原理。4 距离测量4.1 钢尺量距4.2 视距测量4.3 光电测距 习题与思考题名目名目下页下页上页上页距离测量：距离测量：是确定地面点相对位置的三项根本外业工作之是确定地面点相对位置的三项根本外业工作之一，也就是确定空间两点在某一基准面参考椭球一，也就是确定空间两点在某一基准面参考椭球面或水平面上的投影长度，即水平距离。面或水平面上的投影长度，即水平距离。距离测量的方法距离测量的方法(按精度由高到低按精度由高到低)1.1.光电测距光电测距电子物理测距电子物理测距 精度约为：几千分之一精度约为：几千分之一 几十万分之一几十万分之一 2.2.钢尺量距钢尺量距直接测距直接测距 精度约为：精度约为：1/10001/1000几万分之一几万分之一 铟瓦基线尺量距，精度可达几十万分之一铟瓦基线尺量距，精度可达几十万分之一 3.3.视距测量视距测量间接测距间接测距 精度约为：精度约为：1/2001/3001/2001/300名目名目下页下页上页上页4.1钢尺量距钢尺量距一、量距工具一、量距工具 钢尺钢尺4.1钢尺量距钢尺量距名目名目下页下页上页上页二、钢尺量距的方法步骤二、钢尺量距的方法步骤 1.1.直线定线直线定线 1 1目估定线目估定线 2 2仪器定线仪器定线 2.2.距离丈量距离丈量 1 1一般钢尺量距一般钢尺量距 2 2周密钢尺量距周密钢尺量距 4.1钢尺量距钢尺量距名目名目下页下页上页上页目估定线目估定线由近及远，三点一线由近及远，三点一线 在在A A、B B两点直立标杆两点直立标杆 甲站在甲站在A A点标杆后约点标杆后约12m12m处单眼目估处单眼目估ABAB视视线，指挥乙左右移动标杆，直至甲从线，指挥乙左右移动标杆，直至甲从A A点沿标杆同点沿标杆同侧看到侧看到A A、2 2、B B三支标杆在同始终线上为止。三支标杆在同始终线上为止。多用于一般钢尺量距多用于一般钢尺量距4.1钢尺量距钢尺量距名目名目下页下页上页上页仪器定线两点内定线仪器定线两点内定线 在一端安置经纬仪全站仪，照准另一在一端安置经纬仪全站仪，照准另一端点；端点；固定照准部，然后望远镜向下旋转，指固定照准部，然后望远镜向下旋转，指挥另一个人在视线上定点水泥地面上可画十挥另一个人在视线上定点水泥地面上可画十字线。字线。A1325B4多用于一般量距和周密钢尺量距多用于一般量距和周密钢尺量距名目名目下页下页上页上页4.1钢尺量距钢尺量距一般钢尺量距一般钢尺量距 两人协作两人协作 整尺段丈量整尺段丈量 拉平、直、用力均匀拉平、直、用力均匀 丈量丈量A A、B B两点间的水平距离为两点间的水平距离为:式中：式中：n n为整尺段数，为整尺段数，L L为整尺段长，为整尺段长，q q为余为余长。长。4.1钢尺量距钢尺量距名目名目下页下页上页上页周密钢尺量距周密钢尺量距1/10 0001/250 0001/10 0001/250 000步骤：步骤：清理场地，仪器定线；清理场地，仪器定线；沿丈量方向先用钢尺概量，打下一系列木沿丈量方向先用钢尺概量，打下一系列木桩，用经纬仪在桩顶标出直线方向线及其垂直方桩，用经纬仪在桩顶标出直线方向线及其垂直方向线，交点作为丈量各尺段距离的标志；向线，交点作为丈量各尺段距离的标志；名目名目下页下页上页上页4.1钢尺量距钢尺量距周密钢尺量距周密钢尺量距1/10 0001/250 0001/10 0001/250 000步骤：步骤：水准仪测定相邻桩顶间的高差，以便进展倾水准仪测定相邻桩顶间的高差，以便进展倾斜改正；斜改正；应用检定过的钢尺，分段丈量钢尺两端用应用检定过的钢尺，分段丈量钢尺两端用弹簧秤施弹簧秤施加标准拉力，一般为加标准拉力，一般为100N100N，记录丈量时的温度。，记录丈量时的温度。名目名目下页下页上页上页4.1钢尺量距钢尺量距经过检定的钢尺长度可用尺长方程示：经过检定的钢尺长度可用尺长方程示：周密钢尺量距周密钢尺量距1/10 0001/250 0001/10 0001/250 000尺长方程：尺长方程：钢尺膨胀系数 t 丈量时温度 t0 标准温度 尺长改正数 名义长度 实际长度4.1钢尺量距钢尺量距名目名目下页下页上页上页钢尺量距的成果整理钢尺量距的成果整理 尺长改正尺长改正 温度改正温度改正 倾斜改正倾斜改正 周密量距结果应进展以下三项改正周密量距结果应进展以下三项改正周密量距结果应进展以下三项改正周密量距结果应进展以下三项改正名目名目下页下页上页上页4.1钢尺量距钢尺量距量距精度评定量距精度评定相对误差相对误差 为了校核、提高精度，还要进展返测，用往、为了校核、提高精度，还要进展返测，用往、返测长度之差与全长平均数之比，并化成分子为返测长度之差与全长平均数之比，并化成分子为1 1的分数来衡量距离丈量的精度。这个比值称为相对的分数来衡量距离丈量的精度。这个比值称为相对误差误差K K：K K K K不应超出限差要求，否则需重新观测。不应超出限差要求，否则需重新观测。不应超出限差要求，否则需重新观测。不应超出限差要求，否则需重新观测。4.1钢尺量距钢尺量距名目名目下页下页上页上页名目名目下页下页上页上页一、视准轴水寻常的视距公式一、视准轴水寻常的视距公式 4.2视距测量视距测量D D D D由两个相像三角形由两个相像三角形由两个相像三角形由两个相像三角形MNFMNFMNFMNF和和和和mnFmnFmnFmnF求得：求得：求得：求得：因此：因此：因此：因此：令令令令(视距乘常数视距乘常数视距乘常数视距乘常数)(视距加常数视距加常数视距加常数视距加常数)通常状况下K=100，c=04.2视距测量视距测量iiii仪器高仪器高仪器高仪器高vvvv中视距丝读数中视距丝读数中视距丝读数中视距丝读数hhhh测站与立尺点的高差测站与立尺点的高差测站与立尺点的高差测站与立尺点的高差一、视准轴水寻常的视距公式一、视准轴水寻常的视距公式 名目名目下页下页上页上页4.2视距测量视距测量由于十字丝上下丝间距离很短，故由于十字丝上下丝间距离很短，故 角很小，略为角很小，略为1717，近似地有：，近似地有：MMO=NNO=90MMO=NNO=90。设。设 二、视准轴倾斜时的视距公式二、视准轴倾斜时的视距公式有：有：4.2视距测量视距测量名目名目下页下页上页上页倾斜距离倾斜距离S S为：为：水平距离水平距离D D为：为：高差高差h h为：为：二、视准轴倾斜时的视距公式二、视准轴倾斜时的视距公式名目名目下页下页上页上页4.2视距测量视距测量三、视距测量的实施三、视距测量的实施1 1在在A A点安置经纬仪，进展对中、整平，量取仪器高点安置经纬仪，进展对中、整平，量取仪器高2 2用望远镜瞄准用望远镜瞄准B B点上的视距标尺，读取上丝、中丝点上的视距标尺，读取上丝、中丝 和下丝读数，和下丝读数，3 3用微动螺旋使竖盘指标水准管气泡居中或翻开竖盘用微动螺旋使竖盘指标水准管气泡居中或翻开竖盘 补偿器，读取竖盘读数；补偿器，读取竖盘读数；4 4计算尺间隔及竖直角，并依据公式计算水平距离和计算尺间隔及竖直角，并依据公式计算水平距离和 高差。高差。由于视距测量多应用于精度要求不高的测量工作中，由于视距测量多应用于精度要求不高的测量工作中，在角度测量时一般仅观测半个测回即可。在角度测量时一般仅观测半个测回即可。名目名目下页下页上页上页4.2视距测量视距测量三、视距测量的实施三、视距测量的实施名目名目下页下页上页上页4.2视距测量视距测量四、视距测量留意事项四、视距测量留意事项 1 1作业前要对仪器的乘常数作业前要对仪器的乘常数K K值进展检验，值进展检验，K K值应在值应在1000.11000.1以内，否则应参加改正值。以内，否则应参加改正值。2 2作业时要将视距标尺竖直，最好承受有水作业时要将视距标尺竖直，最好承受有水准器的视距标尺，假设使用塔尺，应留意检查各节准器的视距标尺，假设使用塔尺，应留意检查各节尺的接头是否准确尺的接头是否准确 。3 3观测时应认真对光，消退视差，使成像清观测时应认真对光，消退视差，使成像清晰。读数时尽量不变动眼睛位置，认真估读。晰。读数时尽量不变动眼睛位置，认真估读。名目名目下页下页上页上页4.2视距测量视距测量四、视距测量留意事项四、视距测量留意事项 4 4要严格按标准要求掌握视距，在距离较远要严格按标准要求掌握视距，在距离较远或竖直角较大时，要留意指标水准管气泡的居中。或竖直角较大时，要留意指标水准管气泡的居中。5 5为了削减垂直折光的影响，观测时应使视为了削减垂直折光的影响，观测时应使视线离开地面线离开地面1m1m以上。另外选择适宜的天气作业，也以上。另外选择适宜的天气作业，也可以减弱空气对流、风等外界环境对测量结果的影可以减弱空气对流、风等外界环境对测量结果的影响。响。4.2视距测量视距测量名目名目下页下页上页上页 电磁波测距电磁波测距Eletro-magnetic Eletro-magnetic Distance Distance MeasuringMeasuring，简称，简称EDMEDM，是用电磁波光波，是用电磁波光波或微或微波作为载波，传输测距信号，以测量两点波作为载波，传输测距信号，以测量两点间距间距离的一种方法。离的一种方法。名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距电磁波测距仪分类电磁波测距仪分类按载波源分类：按载波源分类：光电测距仪光电测距仪 微波测距仪微波测距仪4.3光电测距光电测距名目名目下页下页上页上页按仪器测程分类：按仪器测程分类：1 1短短程程光光电电测测距距仪仪：测测程程在在3km3km以以内内，测测距距精精度度一般在一般在lcmlcm左右。左右。2 2中中程程光光电电测测距距仪仪：测测程程在在3 315km15km左左右右的的仪仪器器称称为为中中程程光光电电测测距距仪仪，精精度度可可达达l0mm+110-6l0mm+110-6，用于二、三、四等掌握网的边长测量，用于二、三、四等掌握网的边长测量3 3远远程程激激光光测测距距仪仪：测测程程在在15km15km以以上上的的光光电电测测距距仪仪，精精度度一一般般可可达达(5mm+110-6(5mm+110-6，能能满满足足国国家一、二等掌握网的边长测量。家一、二等掌握网的边长测量。电磁波测距仪分类电磁波测距仪分类名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距ABD一、光电测距根本原理一、光电测距根本原理 在在A A点安置光电测距仪，在点安置光电测距仪，在B B点设置反射棱镜，光电测点设置反射棱镜，光电测距仪发出的光束经棱镜反射后，又返回到测距仪。距仪发出的光束经棱镜反射后，又返回到测距仪。通通过过测测定定光光波波在在ABAB之之间间传传播播的的时时间间t t，依依据据光光波波在在大大气气中的传播速度中的传播速度c c，按下式计算距离，按下式计算距离D D：4.3光电测距光电测距名目名目下页下页上页上页二、脉冲式测距仪的根本原理二、脉冲式测距仪的根本原理 直接测定仪器所放射的脉冲信号来回于被测直接测定仪器所放射的脉冲信号来回于被测距离的传播时间以获得距离。距离的传播时间以获得距离。4.3光电测距光电测距名目名目下页下页上页上页取样棱镜电子门时标脉冲振荡器计数及显示系统光脉冲发射器反射光反射光光电接收器返回光返回光二、脉冲式测距仪的根本原理二、脉冲式测距仪的根本原理4.3光电测距光电测距名目名目下页下页上页上页 通过测量连续的调制信号在待测距离上来回传播产生的通过测量连续的调制信号在待测距离上来回传播产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得被测距离。相位变化来间接测定传播时间，从而求得被测距离。三、相位式测距仪的根本原理三、相位式测距仪的根本原理4.3光电测距光电测距名目名目下页下页上页上页三、相位式测距仪的根本原理三、相位式测距仪的根本原理4.3光电测距光电测距名目名目下页下页上页上页式中：测尺长度；整周数；缺乏一周的尾数 三、相位式测距仪的根本原理三、相位式测距仪的根本原理4.3光电测距光电测距名目名目下页下页上页上页测尺频率、长度及测距精度之间的关系测尺频率、长度及测距精度之间的关系 1 1不不同同的的调调制制频频率率对对应应不不同同的的测测尺尺长长，可可见见，调调制制频频率越大，测尺长度越短，测距精度就越高。率越大，测尺长度越短，测距精度就越高。2 2当当测测尺尺长长度度L L大大于于距距离离D D时时，则则N=0N=0，此此时时可可求求得得确确定定的的距距离离值值，因因此此，为为了了扩扩大大单单值值解解的的测测程程，就就必必需需选选用用较较长长的测尺，即选用较低的调制频率。的测尺，即选用较低的调制频率。N N值确实定值确实定名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距 为为了了解解决决扩扩大大测测程程与与提提高高精精度度的的冲冲突突，可可以以承承受受一一组组测测尺尺共共同同测测距距，以以短短测测尺尺又又叫叫精精测测尺尺保保证证精精度度，用用长长测测尺尺又叫粗测尺保证测程。又叫粗测尺保证测程。对于短程测距仪，一般都承受两个测尺频率。对于短程测距仪，一般都承受两个测尺频率。现要测定现要测定386.43m386.43m的距离，该如何选用频率测尺？的距离，该如何选用频率测尺？N N值确实定值确实定名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距1.1.标称精度标称精度 光电测距仪出厂时一般用标称精度仪器说明光电测距仪出厂时一般用标称精度仪器说明书中技术规格所载明的测距中误差来标明仪器的书中技术规格所载明的测距中误差来标明仪器的测距精度。测距中误差的数学表达式为：测距精度。测距中误差的数学表达式为：四、测距仪的标称精度四、测距仪的标称精度aa固定误差，与所测距离无关，固定误差，与所测距离无关，每进展一次测距，数值大小固定的误差因素。每进展一次测距，数值大小固定的误差因素。bb比例误差，随着距离的增加数值也会变化的误差。比例误差，随着距离的增加数值也会变化的误差。DD测距边长。测距边长。名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距2.2.测距仪的精度分级测距仪的精度分级四、测距仪的标称精度四、测距仪的标称精度名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距1.1.根本构造根本构造五、光电测距仪的根本构造及使用五、光电测距仪的根本构造及使用 ND3000测距仪 名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距2.2.使用使用首先，将测距仪和反射镜分别安置在测线两端；首先，将测距仪和反射镜分别安置在测线两端；然后，接通电源，照准反射镜，开头测距；然后，接通电源，照准反射镜，开头测距；为了避开粗差并削减照准误差影响，可进展假设干为了避开粗差并削减照准误差影响，可进展假设干个测回的观测。个测回的观测。一测回的含义是指照准目标一次，读数一测回的含义是指照准目标一次，读数2 24 4次次 五、光电测距仪的根本构造及使用五、光电测距仪的根本构造及使用4.3光电测距光电测距名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距名目名目下页下页上页上页六、光电测距仪使用留意事项六、光电测距仪使用留意事项1.1.应对仪器的比例误差进展严格检验，并在测距成果中加以应对仪器的比例误差进展严格检验，并在测距成果中加以改正；改正；2.2.应使用经鉴定鉴定改为检定的温度计和压力计测定气应使用经鉴定鉴定改为检定的温度计和压力计测定气象元素，以确保测距精度；象元素，以确保测距精度；3.3.应对仪器进展严格对中；应对仪器进展严格对中；4.4.测距仪如在大气严峻扰动环境中作业如炎热的中午精测距仪如在大气严峻扰动环境中作业如炎热的中午精度要下降，此时应选用平均值测量方式，适当增加平均次数，度要下降，此时应选用平均值测量方式，适当增加平均次数，直到读数的毫米位稳定后记录距离值；直到读数的毫米位稳定后记录距离值；5.5.在横跨河流、沼泽地区和树林、山谷或仰俯角很大的条件在横跨河流、沼泽地区和树林、山谷或仰俯角很大的条件下测量，应尽量减小气象代表性误差带来的影响。首先选择下测量，应尽量减小气象代表性误差带来的影响。首先选择在微风、阴天或早、晚时间作业，或增加气象参数观测；在微风、阴天或早、晚时间作业，或增加气象参数观测；6.6.测站和置棱镜处的四周不能有其他光源或良好反光物，以测站和置棱镜处的四周不能有其他光源或良好反光物，以避开这些物体反射的信号进入接收系统，产生干扰信号；避开这些物体反射的信号进入接收系统，产生干扰信号；名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距 7.7.测距仪还应避开高压线、变压器等强电场干扰；测距仪还应避开高压线、变压器等强电场干扰；8.8.任何时候都不允许物镜直对太阳，以免强光损坏反射、任何时候都不允许物镜直对太阳，以免强光损坏反射、接收二极管；接收二极管；9.9.作业时应打伞遮阳，避开强光暴晒；任何时候仪器不得作业时应打伞遮阳，避开强光暴晒；任何时候仪器不得 淋雨，以免发生短路烧毁电子元件；淋雨，以免发生短路烧毁电子元件；10.10.运输中避开撞击和振动，迁站时要停机断电装机；运输中避开撞击和振动，迁站时要停机断电装机；11.11.应进展正常的保养和检修；应进展正常的保养和检修；12.12.仪器应存放在通风枯燥处；仪器应存放在通风枯燥处；13.13.停顿使用期间应每停顿使用期间应每1 12 2个月通电一次，每次个月通电一次，每次1 13h3h。名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距七、成果整理七、成果整理1.1.加常数与乘常数改正加常数与乘常数改正 1 1加常数改正加常数改正 仪器加常数仪器加常数K K是仪器常数是仪器常数K1K1和棱镜常数和棱镜常数K2K2之和。之和。K1 K1是仪器竖轴中心线至机内距离起算参考面的距离；是仪器竖轴中心线至机内距离起算参考面的距离；K2 K2是棱镜基座中心轴线至等效反射面的距离。是棱镜基座中心轴线至等效反射面的距离。2 2乘常数改正乘常数改正 乘常数是与所测距离成比例的改正数。乘常数是与所测距离成比例的改正数。产生乘常数的缘由主要是精测频率偏离了仪器的设计频率；产生乘常数的缘由主要是精测频率偏离了仪器的设计频率；其次就是大气折射率误差。其次就是大气折射率误差。乘常数一般与加常数一起检验，测距前在测距仪中预先设乘常数一般与加常数一起检验，测距前在测距仪中预先设定乘常数，在测距过程中自动进展改正。定乘常数，在测距过程中自动进展改正。名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距七、成果整理七、成果整理2 2气象改正气象改正 由于光的传播速度受大气状态温度由于光的传播速度受大气状态温度t t，气压，气压p p，湿度，湿度e e的影响实际测距时的大气状态与抱负状态不同，从而造成测的影响实际测距时的大气状态与抱负状态不同，从而造成测尺长度发生变化，测距成果包含系统误差尺长度发生变化，测距成果包含系统误差 。在测距的同时应测定大气状态参数，并使用仪器生产厂家供在测距的同时应测定大气状态参数，并使用仪器生产厂家供给的气象改正公式计算距离改正值。给的气象改正公式计算距离改正值。由测距仪测得的距离观测值经加常数、乘常数和气象改正由测距仪测得的距离观测值经加常数、乘常数和气象改正之后，一般得到的是改正后的倾斜距离之后，一般得到的是改正后的倾斜距离S S，需进展倾斜改正，需进展倾斜改正，方可求得测线的水平距离。方可求得测线的水平距离。3 3倾斜改正倾斜改正名目名目下页下页上页上页4.3光电测距光电测距4-1 4-1 直线定线的目的是什么？都有哪些方法？直线定线的目的是什么？都有哪些方法？4-2 4-2 丈量丈量ABAB、CDCD两段距离，两段距离，ABAB段往测为段往测为136.780m136.780m，返测为，返测为136.792m136.792m，CDCD段往测为段往测为235.432m235.432m，返测为，返测为235.420m235.420m，问两段距离丈量精度是否相，问两段距离丈量精度是否相同？为什么？两段丈量结果各为多少？同？为什么？两段丈量结果各为多少？4-3 4-3 影响钢尺量距精度的因素有哪些？如何消退或减弱这些因素的影影响钢尺量距精度的因素有哪些？如何消退或减弱这些因素的影响？响？4-4 4-4 有一把钢尺，其尺长方程为有一把钢尺，其尺长方程为在标准拉力下，用该尺沿在标准拉力下，用该尺沿530530的斜坡地面量得的名义距离为的斜坡地面量得的名义距离为400.354m400.354m，丈量时的平均气温为，丈量时的平均气温为66，求实际平距为多少？，求实际平距为多少？4-5 4-5 视距测量的原理是什么？适用于何种场合？视距测量的原理是什么？适用于何种场合？4-6 4-6 脉冲式和相位式光电测距仪有何异同？脉冲式和相位式光电测距仪有何异同？习题与思考题习题与思考题