中南大学《土木工程测量》课件第04章距离测量与直线定向.ppt

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1、Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学中南大学土木工程测量课件第04章距离测量与直线定向 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学2第五章：第五章：钢钢尺量距与直尺量距与直线线定向定向土木工程测量土木工程测量课件课件中南大学土木建筑学院道路工程系中南大学土木建筑学院道路工程系中南大学土木建筑学院道路工程系中南大学土木建筑学院道路工程系Dept.RE,CSUDept.RE,CSU

2、中中南南大大学学3距离测量(distance measurement)常用方法：常用方法：钢尺量距、视距测量、电磁波测距、GPS测量钢尺量距：钢尺量距：用钢卷尺沿地面直接丈量距离。视距测量：视距测量：利用经纬仪或水准仪望远镜中的视距丝及视距标尺按几何光学原理进行测距。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学4电磁波测距：电磁波测距：用仪器发射并接收电磁波，通过测量 电磁波在待测距离上往返传播的时间解 算出距离。GPSGPS测量：测量：利用两台GPS接收机接收空间轨道上4颗 卫星发射的精密测距信号，通过距离空 间交会的方法解算出两台GPS接收机之间 的距离。Dept.RE,C

3、SUDept.RE,CSU中中南南大大学学5 钢尺量距是用钢卷尺沿地面直接丈量距离。钢尺是用钢制成的带状尺，长度有20m、30m、50m等几种。根据零点位置的不同，钢尺有端点尺和刻划尺两种。端点尺是以尺的最外端作为尺的零点;刻划尺是以尺前端的一刻线作为尺的零点。4.1 钢尺量距Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学6常用钢尺Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学72.2.辅助工具辅助工具测 钎(measuring rod)花 杆(measuring bar)垂 球(plumb bob)弹簧秤温度计Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大

4、大学学8直线定线 当地面两点之间的距离大于钢尺的一个尺段时，就需要在直线方向上标定若干个分段点，这项工作称为直线定线，其方法有两种:（1）目测定线 目测定线适用于钢尺量距的一般方法。设A、B两点互相通视，要在A、B两点的直线上标出分段点1、2点。先在A、B上竖立测杆，甲站在A点测杆后约1m处，指挥乙左右移动测杆，直到甲从A点沿测杆的同一侧看到A、2、B三支测杆在一条线上为止。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学9（2）经纬仪定线 经纬仪定线适用于钢尺量距的精密方法。设A、B两点互相通视，将经纬仪安置在A点，用望远镜纵丝瞄准B点，指挥助手左右移动测钎（用粗铁丝制成，长30

5、40cm），直至测钎的像与纵丝重合。AABB123Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学101、平坦地面的测量方法钢尺量距的一般方法Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学11（2）一般要求一般采用往、返丈量；返测时从B量至A，要重新定线；丈量结果取往、返距离平均值；用相对误差K校核丈量精度。（3）计算公式水平距离：Dnll相对误差：n：整尺段数整尺段数l：钢尺名义长度钢尺名义长度l：不足一尺的余长：不足一尺的余长平坦地区：平坦地区：K容容1/3000一般地区：一般地区：K容容1/2000困难地区：困难地区：K容容1/1000Dept.RE,CSUDe

6、pt.RE,CSU中中南南大大学学122.倾斜地面普通丈量倾斜地面普通丈量（1）基本方法（2）通常采用往、返丈量；取平均值为丈量结果。（3）用相对误差K衡量测量精度。水平量距法水平量距法 当地面起伏不大时倾斜量距法倾斜量距法 当倾斜地面坡度均匀Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学13平量法平量法斜量法斜量法Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学14例如:AB的往测距离为162.73m，返测距离为162.78m，则丈量的相对误差K为:K=|162.73-162.78|/162.755 =1/3255 1/3000 AB的距离为162.76m。Dept

7、.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学15五、钢尺精密量距简介五、钢尺精密量距简介（1）精度要求在1/10,0001/40,000（2）仪器：经纬仪、水准仪、经过检定的钢尺或铟瓦尺（3）辅材：弹簧秤、温度计等（4）人员：5人一组，2人拉尺，2人读数，1人记录Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学16六、钢尺量距的误差分析六、钢尺量距的误差分析1.尺长改正2.温度改正3.倾斜改正4.改正后的水平距离Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学17 例：钢尺丈量一坡度均匀的倾斜距离，结果为95.042m。丈量时拉力P=10kg，温度t=0，两桩顶

8、高差h=0.42m，求水平距离。（钢尺名义长度为30m，当拉力为P=10kg，t0=20 时，钢尺检定长度为30.004m,钢尺的温度改正数为0.0000125/C）。解：（1）尺长改正 ld=(95.042/30)(30.004-30)=0.013m（2）温度改正 lt=0.0000125(0-20)95.042=-0.024m（3）倾斜改正 lh=-0.422/(295.042)=-0.001m 改正后水平距离：D=Lld lt lh=95.030mDept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学18七、钢尺量距的误差分析七、钢尺量距的误差分析误差项目误差项目对结果的影响对结果

9、的影响1定线误差30m距离，偏差0.25m时，量距增大1mm2尺长误差会累积，丈量距离越长，误差越大3温度测定误差温度变化1，30m距离产生0.4mm误差4拉力不均误差拉力变化2.6kg，尺长变化1mm5钢尺倾斜、垂曲误差丈量结果偏大6丈量误差丈量结果偏大或者变小Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学19附：钢尺的维护附：钢尺的维护（1）钢尺易生锈，丈量结束后应用软布擦去尺上的泥和水，涂上机油以防生锈。（2）钢尺易折断，如果钢尺出现卷曲，切不可用力硬拉。（3）丈量时，钢尺末端的持尺员应该用尺夹夹住钢尺后手握紧尺夹加力，没有尺夹时，可以用布或者纱手套包住钢尺代替尺夹，切不可

10、手握尺盘或尺架加力，以免将钢尺拖出。（4）在行人和车辆较多的地区量距时，中间要有专人保护，以防止钢尺被车辆碾压而折断。（5）不准将钢尺沿地面拖拉，以免磨损尺面分划。（6）收卷钢尺时，应按顺时针方向转动钢尺摇柄，切不可逆转，以免折断钢尺。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学204-2 电磁波磁波测距（距（简介）介）一、电磁波测距(electro-magnetic distance measuring，EDM)1.定义是用电磁波作为载波，传输测距信号，以量测两点间距离的一种方法。具有量程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等特点。2.分类及特点载波介质特 点备

11、注微波测距仪无线电波测程可达60km，一般用于大地测量激光测距仪激 光统称为光电测距仪红外测距仪红外光测程15km，用于小地区测量Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学21二、光电测距仪的基本原理和计算1.基本原理Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学222.计算公式光电测距仪通过光波在待测距离D上往、返传播一次所需要的时间t2D，依照公式计算：c：光在大气中传播的速度；c0：光在真空中的传播速度；n：大气折射率。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学23l脉冲式红外测距仪Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大

12、学学24l相位式红外测距仪Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学25视距距测量量一、视距测量(stadia measurement)概述1.视距测量原理是利用望远镜内的视距装置配合视距尺，根据几何光学和三角测量原理，同时测定距离和高差的方法。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学26D=(l/2)cot(/2)Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学272.视距测量的精度普通视距测量1/2001/300精密视距测量1/20003.视线水平时视距测量公式 水平距离：DKl100l 高 差：his K：视距常数，100.Dept.RE

13、,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学284.视线倾斜时视距测量公式(P72)水平距离：DDcosKlcos2高 差：Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学29Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学305.视距测量误差分析（1）视距尺分划误差（2）常数K不准确误差（3）竖直角测量误差（4）视距丝读数误差（5）视距尺倾斜对视距测量的影响（6）外界气象条件对视距测量的影响Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学31测量要素之一测量要素之一直线的方向直线的方向l为了确定地面点的平面位置，不但要已知直线的长度，并且要已知直线的方向

14、。l直线定向（line orientation）：确定地面直线与标准方向间的水平夹角。l测量的基本工作之一。l确定直线方向首先要有一个共同的基本方向基本方向，此外要有一定的方法来确定直线与基本方向之间的角度关系。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学32一、标准方向的种类一、标准方向的种类作为直线定向用的基本方向有下列作为直线定向用的基本方向有下列三三种：种：l真子午线方向真子午线方向l磁子午线方向磁子午线方向l坐标纵轴方向坐标纵轴方向Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学331、真子午线方向、真子午线方向(true meridian directi

15、on)l过地球上某点及地球的北极和南极的半个大圆称为该点的真真子午线子午线(true meridian)。l真子午线在P点的切线方向称为P点的真子午线方向。l真子午线方向指出地面上某点的真北和真南方向。l测量方法：真子午线方向可用天文测量方法或陀螺经纬仪测定。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学34子午线收敛角子午线收敛角(mapping angle)两点真子午线方向间的夹角称为子午线收敛角子午线收敛角。子午线收敛角随纬度的增大而增大，并与两点间的距离成正比。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学352、磁子午线方向、磁子午线方向(magnetic

16、 meridian direction)l过地球上某点及地球南北磁极的半个大圆称为该点的磁子午线。所以自由旋转的磁针静止下来所指的方向，就是磁子午线方向磁子午线方向。l磁子午线方向可用罗盘来确定。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学36磁偏角磁偏角(magnetic declination)l地磁的两极与地球的两极并不一致，北磁极约位于西经100.0，北纬76.1；南磁极约位于东经139.4，南纬65.8。l同一地点的磁子午线方向与真子午线方向不一致，其夹角称为磁偏角，用符号表示。l磁子午线方向北端在真子午线方向以东时为东偏，定为“+”，在西时为西偏，定为“”。Dept

17、.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学37真子午线方向真子午线方向磁子午线方向磁子午线方向Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学38磁偏角（续）磁偏角（续）l磁偏角的大小随地点、时间而异，在我国磁偏角的变化约在+6(西北地区)到-10(东北地区)之间。l由于地球磁极的位置不断变动，且磁针受局部吸引等影响，所以磁子午线方向不宜作为精确定向的基本方向。但简便，所以在独立的小区域测量工作中仍可采用。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学393、坐标纵轴方向、坐标纵轴方向(ordinates axis direction)l不同点的真子午线方向

18、或磁子午线方向都是不平行的，这使直线方向的计算很不方便。l采用坐标纵轴方向坐标纵轴方向作为基本方向，这样各点的基本方向都是平行的，所以使方向的计算十分方便。l通常取测区内某一特定的子午线方向作为坐标纵轴，在一定范围内部以坐标纵轴方向作为基本方向。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学403、坐标纵轴方向（续）、坐标纵轴方向（续）l以过O点的真子午线方向作为坐标纵轴，所以任意点A或B的真子午线方向与坐标纵轴方向间的夹角就是任意点与O点间的子午线收敛角，当坐标纵轴方向的北端偏向真子午线方向以东时，定为“+”，偏向西时定为“”。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南

19、南大大学学42二、确定直线方向的方法二、确定直线方向的方法l1、方位角、方位角l方位角：方位角：由基本方向的北端起，按顺时针方向量到直线的水平角为该直线的方位角(whole-circle bearing)0360）l真方位角：如果以真子午线方向作为基本方向，那么得出的方位角称真方位角。l磁方位角：如果以磁子午线方向为基本方向，则其方位角称为磁方位角。l坐标方位角：如果以坐标纵轴方向为基本方向，则其方位角称为坐标方位角。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学43简称：方位角简称：方位角 标准方向标准方向 方位角名称方位角名称 测定方法测定方法真北方向真北方向(真子午线方向真

20、子午线方向)真方位角真方位角A A 天文或陀螺仪测定天文或陀螺仪测定磁北方向磁北方向(磁子午线方向磁子午线方向)磁方位角磁方位角AmAm 罗盘仪测定罗盘仪测定坐标纵轴坐标纵轴(轴子午线方向轴子午线方向)坐标方位角坐标方位角 坐标反算而得坐标反算而得标准方向O OP PP PO O真真北北A A磁磁北北Am坐坐标标纵纵轴轴 O1、O2、O3和和O4的方位角分别为的方位角分别为A1、A2、A3和和A4 IIIIVIIINE1234O2A3A4ASWDept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学46二、确定直线方向的方法二、确定直线方向的方法(续）续）l2、象限角、象限角l象限角：象限

21、角：直线与基本方向构成的直线与基本方向构成的锐角锐角090l3、象限角、象限角R与方位角与方位角A之间的关系之间的关系（N）（E）（S）（W）第I象限 RA第象限 R180A第象限 R A180第象限 R360 ADept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学47IIIIVIIINE1234AO12A3A4A1234NE38SE42SW53NW61RRRRSWDept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学48三、几种方位角间的关系三、几种方位角间的关系l真方位角与磁方位角的关系l真方位角与坐标方位角的关系l坐标方位角与磁方位角的关系Dept.RE,CSUDept.R

22、E,CSU中中南南大大学学49四、直线的正反方向四、直线的正反方向l 直线的正方位角与直线的反方位角：一条直线有正反两个方向，在起点量得的直线方向为直线的正方向，在终点量得的直线方向为直线的反方向；从起点量得的直线方位角为正方位角；反之，为反方位角。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学50真 方 位坐标方位直线的正反方向间的角值关系直线的正反方向间的角值关系1、方位角、方位角2、象限角、象限角N、XFEAEFEFNXAFEFEFDept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学51五、坐标方位角的推算五、坐标方位角的推算如果如果180180小于小于(右右)，应

23、先加应先加360360再减再减(右右)。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学52左角推算公式：推算坐标方位角一般公式：为左角取正号，为右角取负号。Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学53练练 习习第一步：第二步：123Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学54已知：已知：12=300，各观测角，各观测角如图，如图，求各边坐标方位角求各边坐标方位角23、34、45、51。解：解：23=12-21800=800 34=23-31800=1950 45=2470 51=3050 12=300（检查）（检查）1 1 1 1 2 2 3 3 4 4 5 595951301306565128128122122 121230302 23 34 45 5Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学55651601010020Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学56Dept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学57坐标方位角的应用坐标方位角的应用A(XA,YA)B(XB,YB)XDABXABYABaABDept.RE,CSUDept.RE,CSU中中南南大大学学思考：1、2、8、10、11、1258