距离测量和直线定向(1).ppt

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1、第四章 距离测量与直线定向4.1 卷尺量距4.2 视距测量4.3 电磁波测距4.4 直线定向距离测量：测量地面两点之间的水平距离水平距离。距离测量 的方法卷尺量距 普通视距 电磁波测距 垂垂球球一、量距工具一、量距工具钢尺钢尺端点尺和刻线尺端点尺和刻线尺钢尺钢尺测测钎标标杆杆弹弹簧簧秤秤4.1 卷尺量距卷尺量距（一）钢卷尺（一）钢卷尺 钢卷尺有：钢卷尺有：20米、米、30米、米、50米等几种。米等几种。由钢带制成。由钢带制成。（二）皮尺（二）皮尺 皮尺又称布带尺。有皮尺又称布带尺。有20米、米、30米和米和50米数种。米数种。（三）丈量工具（三）丈量工具 丈量工具有：标杆、测钎、垂球、弹簧丈量

2、工具有：标杆、测钎、垂球、弹簧 和温度计。和温度计。二、直线定线二、直线定线标定各尺段端点在同一直线上的工作称为直线定线直线定线。（一）目测定线 B 2 1 A（二）用经纬仪定线 1.用经纬仪在两点间定线用经纬仪在两点间定线 B 3 2 1A2.用经纬仪延长直线用经纬仪延长直线 C B A1、平坦地面的量距A、B两点间的水平距离为：式中：n 整尺段数；l 钢尺的尺长；q 不足一整尺的余长。三、三、钢尺量距的一般方法钢尺量距的一般方法2、倾斜地面丈量平量法：当地面坡度较大，不可能将整根钢尺拉平丈量时，则可将直线分成若干小段进行丈量。每段的长度视坡度大小、量距的方便而定。2、倾斜地面丈量斜量法：当

3、地面坡度较大，钢尺抬平有困难时，也可沿地面丈量倾斜距离S，用水准仪测定两点间的高差h，按以下两式计算水平距离D：为了校核、提高精度，还要进行返测，用往、返测长度之差 与全长平均数 之比，并化成分子为1的分数来衡量距离丈量的精度。这个比值称为相对误差K：平坦地区钢尺量距相对误差不应大于1/3000 在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1/1000四、钢卷尺长度检定四、钢卷尺长度检定经过检定的钢尺长度可用尺长方程式：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 t0 时钢尺全长改正数；（通过钢尺检定得到）钢尺膨胀系数，一般取=1.25 钢尺检定时的温度；量距时的温度。五、钢尺量距精

4、密方法（五、钢尺量距精密方法（1/100001/10000）1、经纬仪定线 将经纬仪安置于A点，瞄准B点，然后在AB的视线上用钢尺量距，依次定出比钢尺一整尺略短的尺段端点1，2，。在各尺段端点打入木桩，桩顶高出地面5cm10cm，在每个桩顶刻划十字线，其中一条在AB方向上，另一条垂直AB方向，以其交点作为钢尺读数的依据。A1325B42、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)。前、后读数员应同时在钢尺上读数，估读到0.5mm。每尺段要移动钢尺三次不同位置，三次丈量结果的互差不应超过2

5、mm，取三段丈量结果的平均值作为尺段的最后结果。随之进行返测，如要进行温度和倾斜改正，还要观测现场温度和各桩顶高差。3 钢尺量距成果整理 精密量距结果应进行以下三项改正1)尺长改正2)温度改正 全长改正数 名义长度 任一尺段 钢尺膨胀系数 t 丈量时温度 t0 标准温度 当为斜距时应换算成平距d，则倾斜改正值为：将上式 项展开成级数：取第一项3)倾斜改正 每一尺段改正后的水平距离为：例题：用尺长方程为例题：用尺长方程为的钢尺实测的钢尺实测A AB B尺段尺段,长度长度l l=29.896m,A=29.896m,A、B B两点两点间高差间高差h=0.272m,h=0.272m,测量时的温度测量时

6、的温度t=25.8t=25.8C,C,试求求A AB B尺段的水平距离。尺段的水平距离。解解：1 1）尺长改正）尺长改正3 3）倾斜改正）倾斜改正4 4）A-BA-B尺段水平距离尺段水平距离2 2）温度改正）温度改正六、钢尺量距误差及注意事项六、钢尺量距误差及注意事项1、尺长误差2、温度误差3、拉力误差4、钢尺倾斜误差5、定线误差6、丈量误差返回 视距测量的精度一般为1/2001/300，但由于操作简便，不受地形起伏限制，可同时测定距离和高差，被广泛用于测距精度要求不高的地形测量中。4.2 视距量距距量距一、普通视距测量原理 视距测量是视距测量是利用利用视距丝视距丝配配合合标尺标尺读数来读数来

7、完成的。完成的。望远镜十字丝环望远镜十字丝环视距丝视距丝对于倒像望远镜：下丝在标尺上的读数为a，上丝在标尺上的读数为b，视距间隔 l（l=a-b），则水平距离D有：h2 固定值固定值（约（约34342323）l2l112AD1D2ih2、视距测量原理通常情况下k=100视准轴水平时的视准轴水平时的视距视距公式为：公式为：测站点到立尺点的测站点到立尺点的高差高差为：为：i 仪器高，是桩顶到仪器水仪器高，是桩顶到仪器水 平轴的高度；平轴的高度；v 中丝在标尺上的读数。中丝在标尺上的读数。l1l22h21D1D2Aih22、视准轴水平时的距离和高差公式3、视准轴倾斜时的距离和高差公式图中图中设设则则

8、oAiDaabBvbLh 原理：倾斜距离倾斜距离L为：为：或或oAiDaabBvbLh 计算：水平距离水平距离D为：为：高差高差h为：为：例题：例题：如上图，在如上图，在A点量取经纬仪高度点量取经纬仪高度i=1.400m，望远，望远镜照准镜照准B点标尺，中丝、上丝、下丝读数分别为点标尺，中丝、上丝、下丝读数分别为v=1.400m，b=1.242m，a=1.558m，=3=32727,试求求A、B两点两点间的的水平距离和高差。水平距离和高差。解：解：1）尺间距）尺间距2）水平距离）水平距离3）高差）高差二、视距测量观测步骤 1)安置仪器，量取仪器高(到厘米)。2)立尺于地形点上，竖直尺子(一定要

9、立直，这是影响精度的关键)。3)盘左读取下上丝读数，计算视距间隔(只用盘左)。4)读取中丝，并使竖盘水准管气泡居中，读竖盘读数(平坦地区的角度较小)。以上是一个测点的观测。平坦地区可用水准仪观测距离。三、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、此外还有：标尺分划误差、竖直角观测误差、视距常数误差等。视距常数误差等。1.1.读数误差读数误差 2.2.标尺不竖直误差标尺不竖直误差 3.3.外界条件的影响外界条件的影响视距测量误差视距测量误差返回4.电磁波量距磁波量距B测距仪测距仪(EDM instrument)反光棱镜反光棱镜(reflector)全站仪、棱镜照片全站仪、棱镜

10、照片一、原理一、原理二、分类二、分类1按测程分：短程、中程、远程。按测程分：短程、中程、远程。2按传播时间按传播时间t的测定方法分：脉冲法测距、相的测定方法分：脉冲法测距、相位法测距。位法测距。3 3按测距仪所使用的光源分：普通光源、红外按测距仪所使用的光源分：普通光源、红外光源、激光光源。光源、激光光源。4 4按测距精度分：按测距精度分：级、级、级、级、级。级。注：测距误差及标称精度测距仪测距误差可表示为：测距仪测距误差可表示为：式中，式中，A固定误差；固定误差；B比例误差系数。比例误差系数。如：某测距仪出厂时的标称精度：如：某测距仪出厂时的标称精度：（5510-6D）mm，简称，简称“5+

11、5”三、使用一般安装在经纬仪上使用。1、常数预置、常数预置（1）设置棱镜常数（设置棱镜常数（PRISM）。）。一般：原配棱镜为零，国产棱镜多为一般：原配棱镜为零，国产棱镜多为-30mm-30mm。（2）置乘常数。）置乘常数。输入气温、气压或用有关公式计算出值后输入气温、气压或用有关公式计算出值后,再输入。再输入。2、倾斜改正、倾斜改正 有：有：有：有：，由测距仪自动改正。，由测距仪自动改正。，由测距仪自动改正。，由测距仪自动改正。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。测程：测距仪一次所能测的最远距离。短程测距仪 测程小于5km；中程测距仪 测程

12、在5km-30km；远程测距仪 测程在30km以上。四、光电测距的注意事项(1)(1)防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。(2)(2)严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。(3)(3)仪器长期不用时，应将电池取出。仪器长期不用时，应将电池取出。(4)(4)测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体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。和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。(5)(5)镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。镜站的后面不应有反光镜

13、和强光源等背景干扰。(6)(6)应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。返回 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。标标准准方方向向真子午线方向真子午线方向磁子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向坐标纵轴方向4.直直线定向定向一、标准方向的分类1、真子午线方向 通过地球表面某通过地球表面某点的点的真子午线的切线真子午线的切线方向方向，称为该点的真，称为该点的真子午线方向。子午线方向。真子午线的切线方向真子午线的切线方向P1P2 真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。陀螺仪陀螺仪GP1-

14、2AGP1-2A2磁子午线方向 磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下，磁针自由静止时其轴线所指的方向。APPP P北极北极 P P磁北极磁北极 磁子午线方向可用罗盘仪测定。磁子午线方向可用罗盘仪测定。DQL-1DQL-1型森林罗盘仪型森林罗盘仪DQL-1BDQL-1B型森林罗盘仪型森林罗盘仪3坐标纵轴方向 我国采用高斯平面直角坐标系，6带或3带都以该带的中央子午线为坐标纵轴，因此取坐标纵轴方向作为标准方向。xyoP1P2高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系二、直线方向的表示方法二、直线方向的表示方法1、方位角1）方位角的定义 从直线起点的标准方向北端起，顺时针方向量至直线的水平夹角，称为该直线

15、的方位角；其角值范围为0 360。12标准方向北端标准方向北端方位角方位角22222标标准准方方向向真子午线方向真子午线方向磁子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向坐标纵轴方向真方位角（真方位角（A）磁方位角（磁方位角（Am）坐标方位角（坐标方位角（）2磁北磁北真北真北坐标北坐标北AmA1 由由于于地地面面各各点点的的真真北北（或或磁磁北北）方方向向互互不不平平行行，用用真真（磁磁）方方位位角角表表示示直直线线方方向向会会给给方方位位角角的的推推算算带带来来不不便便，所所以以在在一一般般测测量量工工作作中中，常常采采用用坐坐标标方方位角来表示直线方向位角来表示直线方向。xyoP1P2坐标北与真北的

16、关系坐标北与真北的关系2）几种方位角之间的关系 2磁北磁北真北真北坐标北坐标北AmA1磁偏角真北方向与磁北方向之间的夹角；子午线收敛角真北方向与坐标北方向之间的夹角。当磁北方向或坐标北方向偏于真北方向东侧时，和为正；偏于西侧时，和为负。3 3）正、反坐标方位角）正、反坐标方位角 直线直线1-2 1-2：点：点1 1是起点，点是起点，点2 2是终点。是终点。1212 正正坐标方位角；坐标方位角；2121 反反坐标方位角。坐标方位角。2112xyoxx12直线直线2-12-1：所以一条直线的正、反坐标方位角互差1802、象限角 某直线的象限角是由直线起点的标准方向某直线的象限角是由直线起点的标准方

17、向北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至该北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至该直线的直线的锐角锐角，用，用R R表示。表示。直线直线R与与的关系的关系O1O2O3O4（北）（北）（西）（西）y（东）（东）（南）（南）xoRO1RO3RO2RO4O1O2O3O41234O1=RO1O2=180RO2O3=180 RO3O4=360RO4三、坐标方位角的推算 1212已知，通过连测求得已知，通过连测求得1212边与边与2323边的连接边的连接角为角为2 2（右角）、（右角）、2323边与边与3434边的连接角为边的连接角为3 3（左角），现推算（左角），现推算2323、3434。1234xxx

18、23341223前进方向前进方向1234xx2312221前进方向前进方向x34332 由图中分析可知：由图中分析可知：推算坐标方位角的通用公式：注意：注意：计算中，若前360，减360；若前360（41720360）=572045=3418040（10360）=350=10050=4618012510=1005018013630=10=572018024720前进方向前进方向四、直角坐标与极坐标的换算3 3）直角坐标和极坐标的换算）直角坐标和极坐标的换算 ）坐标正算）坐标正算已知已知两点间的边长和坐标方位角求求两点间的坐标增量）坐标反算）坐标反算已知已知两点间的坐标增量求求两点间的边长和坐标方位角计算出来的是象限角，根据坐标增量确定所在象限，然后换计算出来的是象限角，根据坐标增量确定所在象限，然后换计算出来的是象限角，根据坐标增量确定所在象限，然后换计算出来的是象限角，根据坐标增量确定所在象限，然后换算为坐标方位角算为坐标方位角算为坐标方位角算为坐标方位角返回图图4-16 坐标增量的正负号坐标增量的正负号