建筑工程测量ppt教程课件_单元4距离测量及直线定向.ppt

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1、1,主 编：郑君英 张敬伟,单元4 距离测量及直线定向,2,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,单元4 距离测量及直线定向,目 录,4.2 视距测量,4.3 光电测距,4.4 直线定向,3,单元4 距离测量及直线定向,了解距离测量的光电测距法、直线定向的方法；理解水平距离、方位角、象限角的概念；掌握水平距离测量的精密钢尺量距法； 掌握坐标方位角与象限角的换算。,,4,4.1距离测量的工具及钢尺量距的方法,5,距离测量的目的是测定地面两点之间的水平距离。水平距离是指地面上两点垂直投影到水平面上的直线距离。根据所用仪器和方法的不同，距离测量的方法有钢尺量距、视距测量和光电测距仪测距等。,4.1

2、 距离测量的工具及钢尺量距的方法,6,4.1.1.1 钢尺钢尺是用薄钢片制成的带状尺，可卷入金属圆盒内，故又称钢卷尺(图4.1)。钢尺尺宽约1015 mm，长度有20 m、30 m和50 m等几种。,4.1.1 量距的工具,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,7,图4.1 钢尺,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,8,根据尺的零点位置不同，有端点尺和刻线尺之分（图4.2）。 钢尺的优点：钢尺抗拉强度高，不易拉伸，所以量距精度较高，在工程测量中常用钢尺量距。钢尺的缺点：钢尺性脆，易折断，易生锈，使用时要避免扭折、防止受潮。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,9,图4.2 端点尺和刻

3、线尺,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,10,4.1.1.2 标杆标杆多用木料或铝合金制成，直径约3 cm，全长有2 m、2.5 m及3 m等几种规格。杆上油漆成红、白相间的20 cm色段，标杆下端装有尖头铁脚，便于插入地面图4.3(a)。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,11,图4.3 辅助工具（a)标杆；（b)测钎；（c)锤球,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,12,4.1.1.3 测钎测钎一般用钢筋制成，上部弯成小圆环，下部磨尖，直径36 mm，长度3040 cm。通常611根系成一组图4.3（b)。量距时，将测钎插入地面，用以标定尺端点的位置，亦可作为近处目标的瞄准

4、标志。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,13,4.1.1.4 锤球、弹簧秤和温度计锤球用金属制成，上大下尖呈圆锥形，上端中心系一细绳，悬吊后，锤球尖与细绳在同一垂线上图4.3（c)。它常用于在斜坡上丈量水平距离。弹簧秤和温度计(图4.4）等一般用于精密量距中。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,14,图4.4 弹簧秤和温度计(a)弹簧秤；(b)温度计,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,15,当所丈量的距离超过一整尺段长时，或地势起伏较大，一尺段无法完成丈量工作时，需要在两点的连线上标定出若干个中间点，这项工作称为直线定线。按精度要求的不同，直线定线有目估定线和经纬仪定线两种

5、方法。现介绍目估定线方法：如图4.5所示，A、B两点为地面上互相通视的两点，欲在A、B两点间的直线上定出C、D等分段点。定线工作可由甲、乙两人进行。,4.1.2 直线定线,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,16,图4.5 目估定线,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,17,（1） 定线时，先在A、B两点上竖立标杆，甲站在A点标杆后面12 m处用眼睛自A点标杆后面瞄准B点标杆。（2） 乙持另一标杆沿BA方向走到离B点大约一尺段长的C点附近，按照甲指挥手势左右移动标杆，直到标杆位于AB直线上为止，插下标杆（或测钎），定出C点。（3） 乙又带着标杆走到D点处，同（2）中方法在AB直线上竖立

6、标杆（或测钎），定出D点，依次类推。这种从直线远端B走向近端A的定线方法称为走近定线。直线定线一般应采用走近定线。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,18,4.1.3.1 平坦地面上的量距方法此方法为量距的基本方法。丈量前，先将待测距离的两个端点用木桩（桩顶钉一小钉）标志出来，清除直线上的障碍物后，一般由两人在两点间边定线边丈量，具体做法如下：,4.1.3 钢尺量距的一般方法,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,19,（1） 如图4.6所示，量距时，先在A、B两点上竖立标杆（或测钎），标定直线方向，然后，后尺手持钢尺的零端位于A点，前尺手持尺的末端并携带一束测钎，沿AB方向前进，至一

7、尺段长处停下，两人都蹲下。,图4.6 平坦地面上的量距方法,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,20,（2） 后尺手以手势指挥前尺手将钢尺拉在AB直线方向上；后尺手以尺的零点对准A点，两人同时将钢尺拉紧、拉平、拉稳后，前尺手喊“预备”，后尺手将钢尺零点准确对准A点，并喊“好”，前尺手随即将测钎对准钢尺末端刻划竖直插入地面（在坚硬地面处，可用铅笔在地面划线作标记），得1点。这样便完成了第一尺段A1的丈量工作。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,21,（3） 接着后尺手与前尺手共同举尺前进，后尺手走到1点时，即喊“停”。同法丈量第二尺段，然后后尺手拔起1点上的测钎。如此继续丈量下去，直至

8、最后量出不足一整尺的余长q。则A、B两点间的水平距离为 DAB=nl+q （4.1）式中n整尺段数（即在A、B两点之间所拔测 钎数）； l钢尺长度（m）； q不足一整尺的余长（m）。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,22,为了防止丈量错误和提高精度，一般还应由B点量至A点进行返测，返测时应重新进行定线。取往、返测距离的平均值作为直线AB最终的水平距离。式中Dav往、返测距离的平均值（m）； Df往测的距离（m）； Db返测的距离（m）。,（4.2）,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,23,量距精度通常用相对误差K来衡量，相对误差K化为分子为1的分数形式。即分母越大,则K值越小，精

9、度越高；反之，精度越低。在平坦地区，钢尺量距一般方法的相对误差一般不应大于1/3000；在量距较困难的地区，其相对误差也不应大于1/1000。,（4.3）,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,24,【例4.1】用30 m长的钢尺往返丈量A、B两点间的水平距离，丈量结果分别为：往测4个整尺段，余长为9.98 m；返测4个整尺段，余长为10.02 m。计算A、B两点间的水平距离DAB及其相对误差K。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,25,4.1.3.2 倾斜地面上的量距方法（1） 平量法在倾斜地面上量距时，如果地面起伏不大，可将钢尺拉平进行丈量。如图4.7所示，欲丈量时，后尺手以尺的零

10、点对准地面A点，并指挥前尺手将钢尺拉在AB直线方向上，同时前尺手抬高尺子的一端，并目估使尺水平，将锤球绳紧靠钢尺上某一分划，用锤球尖投影于地面上，再插以插钎，得1点。此时钢尺上分划读数即为A、1两点间的水平距离。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,26,同法继续丈量其余各尺段。当丈量至B点时，应注意锤球尖必须对准B点。各测段丈量结果的总和就是A、B两点间的往测水平距离。为了方便起见，返测也应由高向低丈量。若精度符合要求，则取往返测的平均值作为最后结果。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,27,图4.7 平量法,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,28,（2） 斜量法当倾斜地面的

11、坡度比较均匀时，如图4.8所示，可以沿倾斜地面丈量出A、B两点间的斜距LAB，用经纬仪测出直线AB的倾斜角，或测量出A、B两点的高差hAB，然后计算AB的水平距离DAB，即或,（4.4）,（4.5）,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,29,图4.8 斜量法,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,30,4.1.3.3 钢尺量距的精密方法前面介绍的钢尺量距的一般方法精度不高，相对误差一般只能达到1/50001/2000。但在实际测量工作中，有时量距精度要求很高，如有时量距精度要求在1/10000以上。这时应采用钢尺量距的精密方法。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,31,（1） 定线

12、精密量距要用经纬仪定线。如图4.9所示，安置经纬仪于A点，照准B点，固定照准部，沿AB方向用钢尺进行概量，每稍短于一尺段长的位置打一桩。需由经纬仪指挥打下木桩。桩顶高出地面1020 cm，并在桩顶钉一小钉，使小钉在AB直线上；或在木桩顶上划十字线，使十字线其中的一条在AB直线上，小钉或十字线交点即为丈量时的标志。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,32,图4.9 经纬仪定线,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,33,（2） 量距量距是用经过检定的钢尺，两人拉尺，两人读数，一人记录及观测温度。量距时由后尺手用弹簧秤控制施加于钢尺的拉力(30 m钢尺标准拉力为100 N；50 m钢尺标准

13、拉力为150 N)。前、后读数员应同时在钢尺上读数，估读到0.5 mm。每尺段要取钢尺的三个不同区段测量，三次丈量结果的互差不应超过2 mm，取三次丈量结果的平均值作为尺段的最后结果。依次丈量完各尺段为一次往测，随即进行返测。为了进行温度和倾斜改正，还要观测现场温度和各桩顶间的高差。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,34,4.1.3.4 钢尺量距的误差及注意事项（1） 钢尺量距的误差 尺长误差。钢尺的名义长度和实际长度不符，产生尺长误差。尺长误差是积累性的，它与所量距离成正比。 定线误差。丈量时钢尺偏离定线方向，将使测线成为一折线，导致丈量结果偏大，这种误差称为定线误差。,4.1 距离

14、测量的工具及钢尺量距的方法,35, 拉力误差。钢尺有弹性，受拉会伸长。钢尺在丈量时所受拉力应与检定时拉力相同。一般量距时，只要保持拉力均匀即可。精密量距时，必须使用弹簧秤测定拉力。 钢尺垂曲误差。钢尺悬空丈量时中间下垂称为垂曲，由此产生的误差为钢尺垂曲误差。垂曲误差会使量得的长度大于实际长度，故在钢尺检定时，亦可按悬空情况检定，得出相应的尺长方程式。在成果整理时，按此尺长方程式进行尺长改正。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,36, 钢尺不水平的误差。用平量法丈量时，钢尺不水平则会使所量距离增大。对于30 m的钢尺，如果目估尺子水平误差为0.5 m（倾角约1），由此产生的量距误差为4 m

15、m。因此，用平量法丈量时应尽可能使钢尺水平。精密量距时，测出尺段两端点的高差，进行倾斜改正，可消除钢尺不水平的影响。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,37, 丈量误差。钢尺端点对不准、测钎插不准、尺子读数不准等引起的误差都属于丈量误差。这种误差对丈量结果的影响可正可负，大小不定。在量距时应认真操作，以减小丈量误差。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,38, 温度改正。钢尺的长度随温度变化，丈量时温度与检定钢尺时温度不一致，或测定的空气温度与钢尺温度相差较大，都会产生温度误差。所以，精度要求较高的丈量应进行温度改正，并尽可能用点温计测定尺温，或尽可能在阴天进行，以减小空气温度与钢尺

16、温度的差值。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,39,（2） 注意事项 量距前应仔细检查钢尺，查看钢尺零端、末端的位置，查看钢尺有无损伤。应采用经过检定的钢尺。 钢尺脆，容易折断和生锈，使用时要避免打环、扭曲、拖拉，严禁车碾、人踏。用毕需擦干净、涂油。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,40, 前尺手、后尺手动作要配合好，定线要直，尺子要拉平、拉直、拉稳，待尺子稳定时再读数或插测钎。测钎要竖直插下。 读数要细心，防止将6错读成9或将10.018错读成10.180等。,4.1 距离测量的工具及钢尺量距的方法,41,4.2视距测量,42,视距测量是用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有

17、厘米分划的视距标尺，根据光学和三角学原理测定两点间的水平距离和高差的一种方法。其特点是操作简便、速度快、不受地形的限制，但测距精度较低，一般相对误差为1/3001/200，高差测量的精度也低于水准测量和三角高程测量，它主要用于地形测量的碎部测量中。,4.2 视距测量,43,由于视距测量能同时测定水平距离和高差，所以，视距测量的计算公式分为水平距离计算公式和高差计算公式两种。,4.2.1 视距测量的计算公式,4.2 视距测量,44,（1） 水平距离计算公式式中K视距乘常数，其数值一般为100； l尺间隔，上丝读数与下丝读数之差 （m）； 竖直角。,（4.6）,4.2 视距测量,45,（2） 高差

18、计算公式式中i仪器高，即桩顶到仪器水平轴的高度（m）； v十字丝中丝在视距尺（或水准尺）上的 读数（m）；,（4.7）,4.2 视距测量,46,4.2.2.1 视距测量的施测（1） 如图4.10所示，在A点安置经纬仪，量取仪器高i，在B点竖立视距尺。（2） 盘左（或盘右）位置，转动照准部瞄准B点视距尺，分别读取上、下、中三丝读数，并算出尺间隔l。,4.2.2 视距测量的施测与计算,4.2 视距测量,47,（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，并计算竖直角。（4） 根据尺间隔l、垂直角、仪器高i及中丝读数v，计算水平距离D和高差h。,4.2 视距测量,48,

19、图4.10 视距测量,4.2 视距测量,49,4.2.2.2 视距测量的计算【例4.2】以表4.1中的已知数据和测点1的观测数据为例，计算A、1两点间的水平距离和1点的高程。,表4.1 视距测量记录与计算手簿,4.2 视距测量,50,4.2.3.1 视距乘常数K的误差仪器出厂时视距乘常数K=100，但由于视距丝间隔的误差，视距尺的系统性刻画误差，以及仪器检定的各种因素影响，都会使K值不一定恰好等于100。K值的误差对视距测量的影响较大，不能用相应的观测方法予以消除，故在使用新仪器前，应检定K值。,4.2.3 视距测量的误差来源及消减方法,4.2 视距测量,51,4.2.3.2 用视距丝读取尺间

20、隔的误差视距丝的读数是影响视距精度的重要因素，视距丝的读数误差与尺子最小分划的宽度、距离的远近、成像清晰情况有关。在视距测量中一般根据测量精度要求来限制最远视距。,4.2 视距测量,52,4.2.3.3 标尺倾斜误差视距计算的公式是在视距尺严格垂直的条件下得到的。若视距尺发生倾斜，将给测量带来不可忽视的误差影响，因此，测量时立尺要尽量竖直。在山区作业时，由于地表有坡度而给人以一种错觉，使视距尺不易竖直，因此，应采用带有水准器装置的视距尺。,4.2 视距测量,53,4.2.3.4 外界条件的影响 （1） 大气竖直折光的影响大气密度分布是不均匀的，在晴天接近地面部分密度变化更大，易使视线弯曲，给视

21、距测量带来误差。根据试验，只有在视线离地面超过1 m时，折光影响才比较小。,4.2 视距测量,54,（2） 空气对流使视距尺的成像不稳定晴天时，若视线通过水面上空和视线离地表太近时空气对流的现象较为突出，易使视距尺的成像不稳定，从而使得读数误差增大，对视距精度影响很大。,4.2 视距测量,55,（3） 风力使尺子抖动风力较大时会使尺子立不稳而发生抖动。分别在两根视距丝上读数又不可能严格在同一个时刻进行，所以风力引起的尺子抖动对视距间隔将产生影响。减少外界条件影响的唯一办法是：根据对视距精度的需要而选择合适的天气作业。,4.2 视距测量,56,4.3光电测距,57,如图4.11所示，欲测定A、B

22、两点间的距离D，可在A点安置能发射和接收光波的光电测距仪，在B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。通过测定光波在AB之间传播的时间t，根据光波在大气中的传播速度c，按下式计算距离D：,4.3.1 光电测距原理,4.3 光电测距,（4.8）,58,图4.11 光电测距原理,4.3 光电测距,59,4.3.2.1 仪器结构主机通过连接器安置在经纬仪上部，经纬仪可以是普通光学经纬仪，也可以是电子经纬仪。利用光轴调节螺旋，可使主机的发射接收器光轴与经纬仪视准轴位于同一竖直面内。,4.3.2 光电测距仪及其使用方法,4.3 光电测距,60,另外，测距仪横轴到经纬仪横轴的高度

23、与觇牌中心到反射棱镜高度一致，从而使经纬仪瞄准觇牌中心的视线与测距仪瞄准反射棱镜中心的视线保持平行。 根据距离远近，配合主机测距的反射棱镜可选用单棱镜（1500 m内）或三棱镜（2500 m内），棱镜安置在三脚架上，根据光学对中器和长水准管进行对中整平。,4.3 光电测距,61,4.3.2.2 仪器主要技术指标及功能短程红外光电测距仪的最大测程为2500 m，测距精度可达（3+210-6D）（mm)（其中D为所测距离）；最小读数为1 mm；仪器设有自动光强调节装置，在复杂环境下测量时也可人工调节光强；输入温度、气压和棱镜常数后仪器可自动对结果进行改正；输入垂直角后仪器可自动计算出水平距离和高差

24、；可通过距离预置进行定线放样；若输入测站坐标和高程，仪器可自动计算观测点的坐标和高程。,4.3 光电测距,62,测距方式有正常测量和跟踪测量，其中正常测量所需时间为3 s，还能显示数次测量的平均值；跟踪测量所需时间为0.8 s，每隔一定时间间隔自动重复测距。,4.3 光电测距,63,4.3.2.3 仪器操作与使用（1） 安置仪器先在测站上安置好经纬仪，对中、整平后，将测距仪主机安装在经纬仪支架上，用连接器固定螺丝锁紧，将电池插入主机底部、扣紧。在目标点安置反射棱镜，对中、整平，并使镜面朝向主机。,4.3 光电测距,64,（2） 观测垂直角、温度和气压用经纬仪十字横丝照准觇牌中心，测出垂直角。同

25、时，观测和记录温度和气压计上的读数。观测垂直角、温度和气压，目的是对测距仪测量出的斜距进行倾斜改正、温度改正和气压改正，以得到正确的水平距离。,4.3 光电测距,65,（3） 测距准备按电源开关键“PWR”开机，主机自检并显示原设定的温度、气压和棱镜常数值，自检通过后将显示“good”。若修正原设定值，可按“TPC”键后输入温度、气压和棱镜常数值（一般通过“ENT”键和数字键逐个输入）。一般情况下，只要使用同一类的反光镜，则棱镜常数不变，而温度、气压每次观测均可能不同，需要重新设定。,4.3 光电测距,66,（4） 距离测量调节主机照准轴水平调整手轮（或经纬仪水平微动螺旋）和主机俯仰微动螺旋，

26、使测距仪望远镜精确瞄准棱镜中心。在显示“good”状态下，精确瞄准也可根据蜂鸣器声音来判断，信号越强声音越大，上下左右微动测距仪，使蜂鸣器的声音最大，便完成了精确瞄准，出现“*”。,4.3 光电测距,67,精确瞄准后，按“MSR”键，主机将测定并显示经温度、气压和棱镜常数改正后的斜距。在测量中，若光束受挡或大气抖动等，测量将暂被中断，此时“*”消失，待光强正常后继续自动测量；若光束中断30 s，须待光强恢复后，再按“MSR”键重测。斜距到平距的改算，一般在现场用测距仪进行，方法是：按“VH”键后输入垂直角值，再按“SHV”键显示水平距离。连续按“SHV”键可依次显示斜距、平距和高差。,4.3

27、光电测距,68,（1） 气象条件对光电测距影响较大，微风的阴天是观测的良好时机。（2） 测线应尽量离开地面障碍物1.3 m以上，避免通过发热体和较宽水面的上空。（3） 测线应避开强电磁场干扰的地方，如测线不宜接近变压器、高压线等。,4.3.3 光电测距的注意事项,4.3 光电测距,69,（4） 镜站的后面不应有反光镜和其他强光源等背景的干扰。（5） 要严防阳光及其他强光直射接收物镜，避免光线经镜头聚焦进入机内，以防将部分元件烧坏。阳光下作业应撑伞保护仪器。,4.3 光电测距,70,4.4直线定向,71,（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称为该点的真子午线方向。真子午线方向

28、可用天文测量方法测定。,4.4.1 标准方向,4.4 直线定向,72,（2） 磁子午线方向磁子午线方向是在地球磁场作用下，磁针在某点自由静止时其轴线所指的方向。磁子午线方向可用罗盘仪测定。（3） 坐标纵轴方向在高斯平面直角坐标系中，坐标纵轴方向就是地面点所在投影带的中央子午线方向。在同一投影带内，各点的坐标纵轴方向是彼此平行的。,4.4 直线定向,73,4.4.2.1 方位角 （1） 方位角的概念 测量工作中，常采用方位角表示直线的方向。从直线起点的标准方向北端起，顺时针方向量至该直线的水平夹角，称为该直线的方位角。方位角取值范围是0360。因标准方向有真子午线方向、磁子午线方向和坐标纵轴方向

29、之分，对应的方位角分别称为真方位角（用A表示）、磁方位角（用Am表示）和坐标方位角（用表示）。工程测量中，常用坐标方位角来表示直线的方向。,4.4.2 表示直线方向的方法,4.4 直线定向,74,（2） 正、反坐标方位角如图4.12所示，以A为起点、B为终点的直线AB的坐标方位角AB称为直线AB的坐标方位角。而直线BA的坐标方位角BA称为直线AB的反坐标方位角。由图4.13中可以看出正、反坐标方位角间的关系为：【注意】当AB为0180时，取“+”号；当AB为180360时，取“-”号。,（4.9）,4.4 直线定向,75,图4.12 正、反坐标方位角,4.4 直线定向,76,图4.13 象限角

30、,4.4 直线定向,77,4.4.2.2 象限角由坐标纵轴的北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至直线的锐角称为该直线的象限角，用R表示，其角值范围为090。如图4.13所示，直线O1、O2、O3和O4的象限角分别为北东RO1、南东RO2、南西RO3和北西RO4。,4.4 直线定向,78,由图4.14可以看出坐标方位角与象限角的换算关系：在第象限 R=在第象限R=180在第象限R=180在第象限R=360 ,4.4.3 坐标方位角与象限角的换算关系,4.4 直线定向,79,图4.14 坐标方位角与象限角的换算关系,4.4 直线定向,80,【例4.3】某直线AB，已知正坐标方位角AB=3343148，试求BA、RAB。,4.4 直线定向,81,【注意】用象限角表示直线的方向时，一定要注明所在的象限。,4.4 直线定向,82,地 址：湖北省武汉市洪山区珞狮路122号邮 编：430070电 话：027-87394412 87383695传 真：027-87397097,Thank You!,