测量学第5章 距离测量与直线定向2.ppt

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1、5.1 钢尺量距,量距工具,钢尺量距的辅助工具,锤球,直线定线,如果所测的距离较长，则需将其分成几段，然后分段测量，标定直线分段点的位置的工作，称为直线定线。,目估定线法,工作步骤：直线定线、 量距、 数据整理,目估定线,A,B,1,2,经纬仪定线法（一般用于精密量距）,经纬仪定线,1）整尺法量距平坦地区，量距精度要求不高时可用此法。为提高精度，一般往、返丈量。取平均值作为丈量结果。,A,B,测钎,为整尺段长、 为余长.,1、 一般量距方法,2）水平量距和倾斜量距,当地面起伏不大时，可采用水平量距法（图a）；当地面倾斜且坡度均匀时，可采用倾斜量距法（图b）。,为了提高测量精度，防止丈量错误，通

2、常采用往返丈量取中数为丈量结果。用相对误差衡量测量精度，即一般量距：量距相对精度： 1200015000主要用途：图根导线边长丈量、一般工程的距离放样。,量距相对精度可达1 1万 1 4万。,精密量距时采取的措施： 1).用检定过的钢尺； 2).经纬仪定线； 3).钉尺段桩(概量得)，用水准仪测量桩间高差； 4).对钢尺施加固定拉力，并测量温度； 5).对量距结果加三项改正数。,主要用途：砼、钢结构等较精密工程的放样等。,2、钢尺量距的精密方法,经过检定的钢尺长度可用尺长方程示：,温度为t时的钢尺实际长度；钢尺的名义长度；尺长改正值，即温度在 时钢尺全长改正数；钢尺膨胀系数，一般取=1.25

3、钢尺检定时的温度；量距时的温度。,尺长方程式,精密量距步骤 :1)、经纬仪定线。 在桩顶画出十字线。 2)、精密丈量:（1）前尺手零端用标准拉力拉紧钢尺(30 m钢尺，10kg拉力；50m，15kg拉力)。 。 （2）前读尺员发“预备”，后读尺员发“好”；此时前后尺手同时读数（估读到0.5mm ）。 （3）每尺段上要移动钢尺前后位置三次测量，三次读数之差在2-3个毫米。3)、往返丈量（注意：现场量测温度）；4)、用水准仪测尺段木桩顶间高差。,尺长改正,整尺段的尺长改正：,任一长度的尺长改正：,温度改正,丈量时的温度与钢尺检定时的温度不同，尺长会发生变化。,3.钢尺量距的成果整理,检定时的拉力、

4、温度下的实际长度。,钢尺的刻划长度(名义长度),倾斜改正,任一距离丈量值改正后的水平距离为：,再计算往还测距离及其平均值，最后计算相对误差K实际长度。整尺段悬空时，中间应有人托住钢尺。4) 定线误差使所量距离为一组折线，丈量结果偏大。丈量30m的距离，偏差为0.25m时，量距偏大1mm。,5) 拉力误差钢尺丈量拉力应与检定拉力相同。拉力变化2.6kg，尺长改变1mm。6) 丈量误差插测钎不准，前、后尺手配合不佳，余长读数不准.丈量中应尽量准确对点，配合协调。,使用钢尺量注意事项：,1使用前要认清尺的零点位置，熟悉尺的注记方式；2 要密切配合，尺子要拉紧，用力均匀，定线要直，尺子水平；3 读书要

5、同时、迅速、准确、果断；尺扭环时，切勿用力拉尺，应立即将扭环解开。4严防尺子被车辗。5尺子不可在地面上拖拉。,5.2 视距测量,视距测量:利用测量望远镜的 视距丝，间接测定 距离和高差的方法。,优点：测量速度快，不受地 形限制。不足：精度低，距离相对误 差一般约为1/300，高 差一般为分米级。用途：主要用于地形图测绘 (地形点的距离与高差)。,一.原理,视距测量公式,当视线水平时，图中，P为十字丝上下丝之间距，为视间距，为物镜中心至仪器中心的距离。Fmn FMN,视准轴水平时的视距公式为：,测站点到立尺点的高差为：,i 仪器高，是桩顶到仪器水 平轴的高度；v 中丝在标尺上的读数。,二、视准轴

6、水平时的距离和高差公式,固定值（约3423）,通常情况下k=100,三、视准轴倾斜时的距离和高差公式,图中,设,则,原理：,倾斜距离L为：,或,计算：,水平距离D为：,高差h为：,思考题：若用竖盘读数T代替竖直角，则公式的表达式是怎样的？,例题：如上图，在A点量取经纬仪高度i=1.400m，望远镜照准B点标尺，中丝、上丝、下丝读数分别为v=1.400m，b=1.242m，a=1.558m，=327,试求A、B两点间的水平距离和高差。,解：1）尺间距,2）水平距离,3）高差,（1）在测站 A 安置经纬仪，量取仪器高 i，在测点 B 竖立视距尺；,（2）照准视距尺，用上下视距丝分别在尺上读取读数，

7、算出视距间隔 l。也可先将中丝对准仪器高读竖直角，然后把上丝对准邻近整数刻划后直接读取视距间隔；,四、 视距测量观测与计算方法,l,（3）转动竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数，算出竖直角。对有竖盘指标自动归零装置的仪器，应打开自动归零装置后再读数；,（4）根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。,读数：每个测点读四个读数 上丝读数 a 读至毫米 下丝读数 b 读至毫米 中丝读数 读至厘米 竖盘读数 T 读至分,视距测量通常只测盘左（或盘右），测量前要对竖盘指标差进行检验与校正。,视距测量记录测站：A 测站高程：21.40m 仪器高：1.42m,照准点号,中丝

8、读数,竖盘读数T,垂直角,水平距离D,高差h,高程H,1.768,1.35,92 45,+2 45,83.21,+4.07,1.42,95 27,+5 27,150.83,+14.39,0.934,0.834,2.182,0.660,1.522,25.47,35.79,1,2,五、 视距测量误差及注意事项,此外还有：标尺分划误差、竖直角观测误差、 视距常数误差等。,读数误差 标尺不竖直误差 外界条件的影响,视距测量差,1、误差分类：,标尺前倾，读数是增大or减小？标尺后倾、左斜、右斜呢？,要消除视差；读书要快,2注意事项 (1)为减少大气折光的影响，观测时应尽可能使视线离地面1m以上； (2)

9、作业时，要将视距尺竖直，并尽量采用带有水准器的视距尺； (3)读数前要消除视差，读数要快； (4)读竖直角前一定要使指标水准管竖直； (5)在使用塔尺应注意检查各节尺的接头是否准确。,5.3 红外测距仪及全站仪,分类：,远程测距仪 (大于15km),中程测距仪 (5km15km),短程测距仪 (小于5km),电磁波测距仪是用电磁波（光波或微波）作为载波传输测距信号以测量两点间距离的一种方法。,导弹、人卫、月球等空中目标,大地、地震测量,地形测量、工程施工,5.3.1 红外测距仪简介,电磁波测距仪的优点： 1、测程远、精度高。 2、受地形限制少等优点。 3、作业快、工作强度低。,测距仪的精度指标

10、：,式中：mD 测距中误差，单位为mm； a 固定误差，单位为mm； b 比例误差； D 以km为单位的距离。,如，某测距仪的标称精度为 当距离D为0.6km时，测距精度是mD=8mm。,5.3.2 红外测距仪的测距原理,反光镜,测距仪,5.3.2 红外测距仪的测距原理：,1、脉冲法测距： 由测距仪的发射系统发出光脉冲，经反光镜反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔的钟脉冲的个数以求得距离D。由于计数器的频率一般为300MHz(300106Hz)，测距精度为O.5m，精度较低 。,目前精度最高的脉冲式红外测距仪：徕卡DI3000标称精度：(35mm+1ppm),2、相

11、位法测距 用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）作为“运输工具”（称为载波），通过一个调制器使载波的振幅或频率按照调制波的变化做周期性变化。 通过测量正弦波在待测距离上往、返传播的相位移来解算距离。是一种间接测时方式。,相位法测距原理,实质就是：利用测定光波的相位移代替测定t2D实现距离的测量。,常采用多个调制频率测距，来保证测程和精度。用短尺（精尺）确定精确的小数位，用长尺（粗尺）测定距离的大数。,如果精测尺的波长为10米，则距离精度可达到1cm; 粗测尺波长为10km,则相位差得出的10米位为精确的。,相位计只能测出不足一周的相位差N，测相精度一般为1/1000,技术：采用多个“测尺”组合

12、实现测距技术过程。设计：粗测尺+精测尺测距。,如双频测距仪：,精测尺：1=15MHz, 测尺长10m，精度为厘米级粗测尺：2=75kHz, 测尺长2000m，精度为米级,由此可知： 高频保证精度 低频保证测程,相位式测距原理,调制频率与测尺长度的关系,3、 测距边长的改正,1）仪器常数的改正（包括：仪器加常数和乘常数量项。 ）,加常数：发光管的发射面、接受面与仪器中心不一致；反光镜的等效反射面与反光镜中心不一致；内光路及电子元件产生的相位延迟。三者使得测得的距离与实际距离总相差一常数。其值与距离大小无关系。与棱镜的类型有关。加常数通过检定可以求得。,接收面,发射面,仪器中心,棱镜等效反射面,仪

13、器中心,内光路等效反射面,D,d,乘常数：测距时仪器的晶振频率与设计频率有偏移，产生了与距离成正比的系统误差。该比例因子称乘常数。通过检验求得。,改正方法：1）测距前在仪器中预置常数； 2）用下式改正：,2）气象改正 （如徕卡测距仪）,例：D=1352.112m,p=892.1mbt=32.5C,则D0=5.106mm, D=69.0mm,测距边长的的改正,测距时的大气压力与空气温度测量设备,3）倾斜改正,测距仪经前两项改正得到距离是测距仪几何中心到反光镜几何中心的斜距。需改算成平距。,5.3.4 全站仪及其使用（重点）,（一） 全站仪概述（二） 全站仪的功能 （三）全站仪的基本操作方法（四）

14、全站仪测量的流程（五） 几种全站仪介绍 （六) 光电测距的注意事项,（一） 全站仪概述,全站仪的基本功能是测量角度、距离、坐标。全站仪具有如下特点：同时进行角度测量(水平角、竖直角) 和距离测量(斜距S、平距D、高差h) ； 测距系统光轴与测角系统视准轴同轴（三轴同一）；显示测点的角度(方向值)、距离、高差或三维坐标；拥有后方交会、放样、偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等高级测量功能。,拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式存储已知点和观测点的点号、编码、三维坐标； 实现全站仪与计算机的数据通讯； 高精度全站仪测角达0.5秒级，测距精度达(0.1mm+0.1PPM)； 与计算机联合组成

15、的智能观测系统能实现全自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机器人。,思考题：全站仪与经纬仪比较有何优势？,三轴同一望远镜 在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴和接收光轴是同轴的，其光路如图所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距,（二） 全站仪的功能,全站仪一般有几种测量模式：,角度测量模式,距离测量模式,可进行水平度盘读数设置；同时测量水平角和竖直角；垂直角坡度模式；角度放样。,可进行仪器常数、棱镜常数、气象改正设置；可进行斜距、平距、高差的测量；偏心测量；测距模式的设置；距离放样。,方法：与经纬仪相同。,当精度要

16、求不高时只需半测回：,瞄准一已知点A置零（0SET）瞄准B点，记下水平度盘的读数。,当精度要求高时（如导线测量）可用测回法,步骤同用经纬仪操作，配置度盘时，按“置盘”如：配置000230”，则按输入对应的软键 “0.0230”-ENT，即可。,一定按照测量规范操作仪器，要尊重科学，有些同学尤其是非测绘专业的学生喜欢“想当然”。,一般情况，出厂的 PRISM=0（原配单棱镜）；国产南方棱镜为-30mm ；苏一光的原配三棱镜组为-30mm 。如果采用别的棱镜，则需设置棱镜常数，一旦设置好后，关机即保存。,PSM、PPM设置测距、坐标、放样前。,1）棱镜常数（PSM）的设置。,2）大气改正数（PPM

17、）（乘常数）设置。,输入测量时的气温（TEMP）、气压（PRESS），或经计算后，输入PPM的值。,坐标测量模式,放样模式,输入测站点坐标，照准定向点输入定向方位角，或者输入测站和定向点的坐标，以及仪器高和目标高，照准待定点，就可直接测定未知点坐标。设置已知数据（包括测站坐标、后视方向或后视点坐标、棱镜高）；坐标测量操作。,放样模式有两个功能，即测定放样点和利用内存中已知数据设置新点。,三维坐标测量,全站仪的功能,1) 输入A测站X，Y，H，仪器高i，P点棱镜高t。,2) 瞄准后视点，并输入后视点坐标。,3) 瞄准目标棱镜点，按测量键。,放样测量1)将要测设的角度和边长（或坐标值）输入全站仪2

18、) 根据自动显示角度和边长的实测值与放样值之的偏离值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的点位。3）有的电子全站仪还可通过图形显示出棱镜上下左右前后的移动方向。,对边测量悬高测量后方交会偏心测量面积计算等高级测量功能。,应用测量模式,全站仪的功能,1、对边测量如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。对边测量可以连续进行。,V,全站仪的功能,2、悬高测量如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高h1，瞄准棱镜并观测后，再

19、瞄准目标，仪器即可显示目标的高度H,全站仪的功能,3、后方交会测量如图，全站仪安置在某一待定点上，通过对两个以上的已知点处的棱镜进行观测，并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显示待定点的三维坐标。,全站仪的功能,4、偏心测量如图，若侍定点处不能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点的左侧或右侧，并使棱镜至站点的距离相当，瞄准棱镜并进行观测，再照准待定点，仪器即可显示待定点的坐标。,不同厂家生产的电子全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测量功能的按键程序和步骤也不完全一样，具体使用应参见厂家的使用说明书。,5、全站仪用于面积测量,（三）、全站仪的基本操作方法,按POWER或ON键，开机

20、后仪器进行自检，自检结束后进入测量状态。有的全站仪自检结束后须设置水平度盘与竖盘指标，设置水平度盘指标的方法是旋转照准部，听到鸣响即设置完成；设置竖盘指标的方法是纵转望远镜，听到鸣响即设置完成。设置完成后显示窗才能显示水平度盘与竖直度盘的读数。,1. 测前的准备工作,1）安置仪器,将全站仪连接到三脚架上，对中并整平。多数全站仪有双轴补偿功能，所以仪器整平后，在观测过程中，既使气泡稍有偏离，对观测也无影响。,2）开机并初始化,2. 全站仪的基本操作与使用方法,1）水平角测量,（1）按角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。,（2）设置A方向的水平度盘读数为00000。,（3）照准

21、第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。,2）距离测量,（1）设置棱镜常数。,（2）设置大气改正值或气温、气压值。,如果用测回法，与光学经纬仪相似，同样要配置读盘，盘左盘右观测。,（6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。,（3）距离测量,照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。,3）坐标测量,（1）设定测站点的三维坐标。,（2）瞄准后视点并设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数即其方位角。,（3）设置棱镜常数。,（4）设置大气改正值或气温、气压值。,（5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。,（四）全站仪测

22、量的流程,野外采集数据：南方NTS、 TOPCON全站仪+PDA（测图精灵）传输数据：将数据文件传入计算机处理数据：用测图软件 （南方测绘CASS）处理、编辑输出成果：数字化地 形图、电子地图（.dwg）、工程图。,（六）、光电测距的注意事项,(1) 防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。(2) 严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。(3) 仪器长期不用时，应将电池取出。,(4) 测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体 和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。 (5) 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。 (6) 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。,（7）全站仪

23、迁站时，应从脚架上取下仪器 （8）运输过程中注意防震,全站仪的认识与使用视频,5.4 直线定向和坐标测算原理,5.4.1 直线定向确定一条直线与标准方向之间的关系称为直线定向。一、标准方向的种类1. 真子午线方向：通过地球表面某点的真子午线的切线方向。对应的方位角为真方位角，用A 表示 。,性质：恒定性；互不平行性。,真方位角用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。,子午线收敛角：地面上任意两点真子午线方向的夹角。,陀螺仪GP1-2A,2. 磁子午线方向：通过地球表面某点的磁子午线的切线方向，即磁针静止时的指向（或位置）。对应的方位角为磁方位角，A磁 或Am表示 。,P北极 P磁北极,性质：不稳定

24、性；不平行性,偏向真子午线方向以东为“”；偏向真子午线方向以西为“”。,磁偏角：地面点的真子午线方向与磁子午线方向的夹角。,我国磁偏角的变化大约在十6到一10之间。 北京为西偏，约为-5度。,磁方位角用罗盘仪测定的。,DQL-1型森林罗盘仪,DQL-1B型森林罗盘仪,磁北极的概略位置：北纬74，西经110。,罗盘仪测定磁方位角主要部件磁针、刻度盘、望远镜、基座。,操作步骤：测定直线AB的磁方位角,置于A点，垂球对中，松开球臼街头螺旋，前后左右倾斜螺旋，使水准气泡居中，拧紧接头螺旋;,松开罗盘制动螺旋，转动望远镜瞄准B点;,松开磁针固定螺旋，待其静止后，读出磁针北极对准的刻度盘读数，即为磁方位角

25、。,由标准方向的北端起，顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角，其角值从0 360。,3. 坐标纵轴方向（高斯坐标系中央子午线切线方向）,1,2,标准方向北端,方位角,2,2,2,2,2,测量工作中，常采用方位角来表示直线的方向。,直线方向动画,地面点的坐标纵轴方向与真子午线方向的夹角。 偏向真子午线以东为“”；偏向真子午线方向以西为“”。,坐标子午线收敛角：,性质：平行性,2,磁北,真北,坐标北,Am,A,1,4、某点不同的标准方向所得到的方位角的关系：,真方位角与磁方位角：,真方位角与坐标方位角：,坐标方位角与磁方位角：,二 正、反坐标方位角,直线1-2 ：点1是起点，点2是终点。

26、,12 正坐标方位角；,21 反坐标方位角。,21,12,x,y,o,x,x,1,2,直线2-1：,所以一条直线的正、反坐标方位角互差180,三、 象限角,某直线的象限角是由直线起点的标准方向北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至该直线的锐角，用R表示。,（北）,（西）,y（东）,（南）,x,o,RO1,RO3,RO2,RO4,O1,O2,O3,O4,1,2,3,4,O1=RO1,O2=180RO2,O3=180 RO3,O4=360RO4,四、坐标方位角的推算,12已知，通过连测求得12边与23边的连接角为2 （右角）、 23边与34边的连接角为3（左角），现推算23、34。,1,2,3,4

27、,x,x,x,23,34,12,2,3,前进方向,1,2,3,4,x,x,23,12,2,21,前进方向,x,34,3,32,由图中分析可知：,推算坐标方位角的通用公式：,注意： 计算中，若前360，减360； 若前0，加360。,推广：若从起始边推算到终边的公式为：,当角为左角时，取“”；若为右角时，取“”。当后 360,（41720360）,= 5720,45=341804,（ 10360）,= 350,= 10050,= 4618012510,= 1005018013630,= 10,= 572018024720,坐标正算 当已知直线起始点坐标、直线的长度和方位角，需求直线终点坐标时，称为坐标正算。,设1、2点坐标分别为x1、y1（已知）， x2、y2，方位角 12，边长S12，则x12 = S12cos 12, y12= S12sin 12x2=x1+ x12, y2=y1+ y12,5.4.2 坐标测算,当已知直线两端点坐标，要求反算该直线的边长和方位角时，我们称为坐标反算。R12=tg-1(y12/ x12), S12=(x122+ y122)1/2=,坐标反算,全站仪的认识与使用视频,