水利工程测量5.pptx

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1、15 二月 2023 1视距测量图第1页/共58页15 二月 2023 2利用调制波波长测距B测距仪反光棱镜S电磁波测距电磁波测距电磁波测距图A第2页/共58页15 二月 2023 3 第第5 5章距离测量与直线定向章距离测量与直线定向 5.1 5.1 钢尺量距钢尺量距 5.2 5.2 视距测量视距测量 5.3 5.3 红外线测距仪及全站仪红外线测距仪及全站仪 5.45.4 直线定向直线定向 第3页/共58页15 二月 2023 45.1 钢尺量距1.钢卷尺 尺长与规格：20米、30米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位 置有不同，分刻线尺和端点尺两

2、种。量距用的工具:钢卷尺，花杆，测钎一般量距方法 量距相对精度12000 15000 精密量距方法 量距相对精度110000 1400002.花杆 定线用（量距时标定直线量距的前进方向）3.测钎 量距时在地面标定尺段端点位置。第4页/共58页15 二月 2023 5端点尺 刻线尺测钎 花杆皮尺 测绳钢卷尺第5页/共58页15 二月 2023 6直线定线直线定线 1.两点间目估定线2.两点间互不通视定线3.经纬仪定线:如果量距要求的精度较高,可在其端点A安置经纬仪定线.第6页/共58页15 二月 2023 7丈量方法（往返丈量)）距离用下式计算：D=nl+l 式中：l整尺段的长度；n丈量的整尺段

3、数；l零尺段长度。往返丈量较差 D=D往-D返距离平均值 D平=（D往+D返）1.在平坦地面丈量相对误差第7页/共58页15 二月 2023 82.2.倾斜地面丈量SDh (1)斜量法:地面坡度均匀，将量得的倾斜距离S归算成水平距离D。高差h用水准仪测定。或水平距离：水平距离：(2)在倾斜地面丈量第8页/共58页15 二月 2023 9量距相对精度可达1 1万 1 4万。3.钢尺量距的精密方法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。第9页/共58页15 二月 2023

4、 10三项改正数5.1.4 钢尺量距的成果整理每尺段经改正后的水平距离：总的水平距离：第10页/共58页15 二月 2023 11 钢尺检定钢尺检定 目的：求得钢尺两端点刻划间的实际长度。方法：用钢尺对一段精确的标准长度进行丈量，从而求得 钢尺的尺长改正数。该检定场地也称为“比尺场”。L比尺场示意图作法：“比尺场”为理想的砼条形场地，埋有尺段标志。将 待检定的钢尺，用精密量距的方法，对该标准距离L 进行丈量。通过对量距结果的整理，得出该钢尺的 尺长方程式。0 0 钢尺名义长(m)；t t0 0 标准温度，一般取20；d d 尺长改正值(mm)；t 丈量时温度()钢的膨胀系数，1.2101.21

5、0-5-5/；1.1.尺长方程式：=0+d+(t-t0)0第11页/共58页15 二月 2023 12例：用一检定过的30米钢尺沿倾斜地面丈量AB距离，数据见 下表。该钢尺的尺长方程式如下，请整理量距成果。(注：钢尺膨胀系数 =0.00001150.0000125为钢尺温度变 化1度时，单位长度的变化量。)尺段长度及量距精度计算尺段长度及量距精度计算第12页/共58页15 二月 2023 13 5.2 5.2 视距测量视距测量视距测量概述n视距测量是一种间接测距方法;它利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有厘米分划的视距标尺(地形塔尺或普通水准尺)，根据光学原理可以同时测定两点间的水平距离和

6、高差.n其中测量距离的相对误差约为1/300，低于钢尺量距；n测定高差的精度低于水准测量;n视距测量广泛用于地形测量的 碎部测量中。第13页/共58页15 二月 2023 14视准轴水平时的视距计算公式AB为待测距离，在A点安置经纬仪，B点竖立视距尺，设望远镜视线水平，瞄准B点的视距尺，此时视线与视距尺垂直。第14页/共58页15 二月 2023 15视线水平时的视距测量公式:(1)水平距离公式:(2)高差公式:(3)B点高程:第15页/共58页15 二月 2023 16视线倾斜时的视距测量公式(1)水平距离公式:(2)初算高差:(3)高差公式:第16页/共58页15 二月 2023 17（1

7、 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 2）照准视距尺，用上下视距丝分别在尺上读取读数，算出视距间隔l（l=下丝读数-上丝读数）。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；视距测量视距测量观测与计算方法第17页/共58页15 二月 2023 18（3 3）转转动动竖竖盘盘指指标标水水准准管管微微动动螺螺旋旋使使竖竖盘盘指指标标水水准准管管气气泡泡居居中中，读读取取竖竖盘盘读读数数，算算出出竖竖直直角角。对对有有竖竖盘盘指指标标自自动动归归零零装装置置的的仪仪器器，应应打打开开自自动动归归零零装置后再读数；装置后再读数；视距

8、测量视距测量观测与计算方法（4 4）根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。第18页/共58页15 二月 2023 19一、概述n电磁波测距(Electro-magnetic Distance Measuring，EDM)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。nEDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。n1948年，瑞典AGA(阿嘎)公司(现更名为Geotronics捷创力公司)研制成功了世界上第一台电磁波测距仪，n它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管元件，仪器相当笨重且功耗大。n为避开白天太阳光对测距信号的

9、干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。5.3 5.3 电磁波测距电磁波测距及全站仪第19页/共58页15 二月 2023 20n1960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦-氖激光器，1962年砷化镓半导体激光器研制成功。n与白炽灯比较，激光的优点是发散角小、穿透力强、传输的距离远、不受太阳光干扰、基本上可以全天侯作业。n1967年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。n该仪器采用5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为40km，夜间测程达60km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量23kg。n我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了JCY-1

10、型激光测距仪，1974年又研制并生产了JCY-2型激光测距仪。该仪器采用2.5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为20km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量16.3kg。第20页/共58页15 二月 2023 21n随着半导体技术的发展，从60年代末70年代初起，采用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。n与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、重量轻、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。n由于红外光的发散角比激光大，所以红外测距仪的测程一般小于15km。n现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起，形成了全站仪，并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实

11、现测量数据的无线传输方向飞速发展。第21页/共58页15 二月 2023 22二、电磁波测距仪分类1.按其所采用的载波（光源）可分为：微波测距仪(microwave EDM instrument)；激光测距仪(laser EDM instrument)；红外测距仪(infrared EDM instrument);2.按测程分为：短程测距仪(5km)中程测距仪(515km)远程测距仪(15km）3.按精度分为：级测距仪(mD 5mm)级测距仪(5 mD 10mm)级测距仪(mD 10mm）4.按测距原理分为：脉冲式；相位式第22页/共58页15 二月 2023 23 红外测距的测距原理红外测距

12、的测距原理 基本公式:c0光在真空中的速度ng光在大气中传输的折射率t光波在AB间往返传输时间第23页/共58页15 二月 2023 24直接测时直接测时-该类测距仪称为该类测距仪称为脉冲式测距仪脉冲式测距仪，该仪器因其精度较低，通常只用于精度较该仪器因其精度较低，通常只用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。距。间接测时间接测时-用测定相位的方法来测定距用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为离，此类仪器称为相位式测距仪相位式测距仪。现有的精密光电测距仪都不采用直接测时现有的精密光电测距仪都不采用直接测时的方法，而采用间接测时。的方法，而采用间接

13、测时。电磁波测距方式第24页/共58页15 二月 2023 251.脉冲式测距原理 假设时钟脉冲的震荡频率为 ,震荡周期为计数器记录的震荡次数为N,则脉冲光波在AB两点间往返的时间为:第25页/共58页15 二月 2023 262.相位式测距原理 用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。它是用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）作为它是用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）作为“运输工具运输工具”（称为（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

14、做周期性变化。变化。测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接地确定传播地确定传播时间时间t t，进而求得，进而求得待测距离待测距离D D。第26页/共58页15 二月 2023 27相位式测距原理相位式测距原理调制波的调制频率f f，角频率 ，周期T T，波长:设调制波在距离D D往返一次产生的相位变化为 ，调制信号一个周期相位变化为22，则调制波的传播时间t t为：代入基本公式得 :第27页/共58页15 二月 2023 28相位式测距原理相位式测距原理设调制信号为正弦信号，包含2的整倍数N2，和不足2的

15、尾数部分，即：代入前面公式:第28页/共58页15 二月 2023 29相位式测距原理相位式测距原理令:-单位长，“光测尺”，“电子尺”公式改写成 :上式就是相位式测距原理公式。相位式测距仪是用长度为L LS S的“测尺”去量测距离，量了N N个整尺段加上不足一个L LS S的长度就是所测距离。采用多个“测尺”组合实现测距技术过程。设计；精测尺+粗测尺测距。第29页/共58页15 二月 2023 30相位式测距原理相位式测距原理调制频率与测尺长度的关系调制频率f15MHz7.5MHz1.5MHz150kHz75kHz15kHz测尺长度/210m20m100m1km2km10km精度1cm2cm

16、10cm1m2m10m第30页/共58页15 二月 2023 31 光电测距仪的组成光电测距仪的组成第31页/共58页15 二月 2023 32 光电测距仪的组成光电测距仪的组成第32页/共58页15 二月 2023 33全站仪及其使用全站仪及其使用（一）（一）全站仪概述全站仪概述（二）（二）全站仪的功能全站仪的功能 （三）（三）几种全站仪及其基本应用几种全站仪及其基本应用 第33页/共58页15 二月 2023 34南方NTSNTS全站仪TOPCON GTSTOPCON GTS全站仪第34页/共58页15 二月 2023 35Leica Leica 全站仪第35页/共58页2023/2/15

17、 19:1436第36页/共58页2023/2/15 19:1437第37页/共58页15 二月 2023 38 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、垂直角和斜距第38页/共58页15 二月 2023 39测量仪器总的发展过程 测量仪器总的发展过程：光学经纬仪 电子经纬仪 速测全站仪 全站仪。全站仪的发展过程：1.1.普通型全站仪2.2.功能型全站仪3.3.磁卡型全站仪4.4.内存式全站仪 5.5.全自动智能全站仪全站仪生产厂家：瑞士：徕卡LeicaLeica

18、德国：蔡司ZeissZeiss 美国:天宝trimbletrimble 日本：拓普康TOPCONTOPCON，索佳SOKKIASOKKIA，宾得,尼康中国：南方、苏州、北京第39页/共58页15 二月 2023 40（二）（二）全站仪的功能全站仪的功能对边测量、悬高测量、后方交会、放样、偏心测量、面积计算等高级测量功能。第40页/共58页15 二月 2023 41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。VSHD%第41页/共58页15 二月 2023 42全站仪的功能2

19、、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，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度HHh1h2第42页/共58页15 二月 2023 43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。第43页/共58页15 二月 2023 444、三维坐标测量如图，将全站仪安置在已知点A，棱镜设置在待定点P，输入A点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点B并输入B点坐标（后视已知点是

20、为了设置方向位角）然后瞄准P点处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定P的三维坐标。APB全站仪的功能第44页/共58页15 二月 2023 45全站仪的功能5、放样测量将要测设的角度和边长（或坐标值）输入全站仪，在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样值之差，根据显示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。有的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。第45页/共58页15 二月 2023 46全站仪的功能6、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

21、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。第46页/共58页15 二月 2023 47全站仪测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。第47页/共58页15 二月 2023 48 5.4 .4 直线定向直线定向直线定向的概念确定地面上两点之间的相对位置，仅知道两点之间的水平距离是不够的，还必须确定此直线与标准方向之间的水平夹角

22、。确定直线与标准方向之间的水平角度称为直线定向。第48页/共58页15 二月 2023 49标准方向的种类标准方向的种类 1 1 真子午线方向真子午线方向 通过地球表面某点真子午线的切线通过地球表面某点真子午线的切线方向，称为该点的真子午线方向，真子方向，称为该点的真子午线方向，真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。纬仪测定的。2 2 磁于午线方向磁于午线方向 磁子午线方向是磁针在地球磁场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作用下，磁针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。的方向。磁子午线方向可用罗盘仪

23、测定。第49页/共58页15 二月 2023 50标准方向的种类 3 坐标纵轴方向(中央子午线方向)第二章已述及，我国采用高斯平面直角坐标系，每一6带或3带内都以该带的中央子午线为坐标纵轴方向。因此，该带内直线定向，就用该带的坐标纵轴方向作为标准方向。如假定坐标系，则用假定的坐标纵轴(X轴)作为标准方向。第50页/共58页15 二月 2023 51表示直线方向的方法 测量工作中，常采用方位角来表示直线的方向。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 36 360。由不同的标准方向所得到的方位角，分别为：真方位角：A 磁方位角：Am 坐标方位角：标准方向O

24、OP P第51页/共58页15 二月 2023 52几种方位角之间的关系几种方位角之间的关系 1 1 真方位角与磁方位角之间的关真方位角与磁方位角之间的关系系 由于地磁南北极与地球的南北极并不重合，因此，过地面上某点的真子午线方向与磁子午线方向常不重合，两者之间的夹角称为磁偏角，磁针北端偏于其子午线以东称东偏，偏于其子午线以西称西偏。直线的真方位角与磁方位角，可用下式进行换算 东偏取正值，西偏取负值。我国磁偏角的变化大约在+6到-10之间。第52页/共58页15 二月 2023 53几种方位角之间的关系几种方位角之间的关系 2 2真方位角与坐标方位角之间的关真方位角与坐标方位角之间的关系系 中

25、央子午线在高斯平面上是一条直线，作为该带的坐标纵轴，而其它子午线投影后为收敛于两极的曲线，地面点M、N等点的真子午线方向与中央子午线之间的夹角，称为子午线收敛角。在中央子午线以东地区，各点的坐标纵轴偏在真子午线的东边，为正值；在中央子午线以西地区，为负值。直线的真方位角与磁方位角 之间可用下式进行换算第53页/共58页15 二月 2023 54几种方位角之间的关系几种方位角之间的关系 3 3坐标方位角与磁方位角的关系坐标方位角与磁方位角的关系 若已知某点的磁偏角与子午线收敛角，则坐标方位角与磁方位角之间的换算式为 为磁坐偏角第54页/共58页15 二月 2023 55 当标准方向为坐标纵轴(中

26、央子午线)方向时，直线的方位角称为坐标方位角(，简称方向角)。X XY YA AB B ABAB例例1 1：已知已知 CDCD=787820202424，JKJK=326326 1212 3030，求求 DCDC，KJKJ：各点的坐标纵轴方向都是平行的，所以，一条直线有两个 相差180180的方位角，互称为正、反方位角。的方位角，互称为正、反方位角。正、反方位角关系正、反方位角关系 BABA ABAB BABA=ABAB 180180解：解：DCDC=258258 2020 2424 KJKJ=146146 1212 3030 正、反坐标方位角及其推算第55页/共58页15 二月 2023 5

27、6方位角的推算方位角的推算 左角公式：右角公式：方位角的范围：当 时，应减去第56页/共58页15 二月 2023 57 2323 1212 B1B1已知：已知：ABAB=7676 2020，B B=185185 4242，1 1=211211 0808，2 2=150150 4545 求：求：B1B1、1212、23231 12 2A AB B ABAB 1 1 2 2 B B解：解：B1B1=BABA+B B =ABAB+180180+B B =7676 2020+180+180+185185 4242 =8282 0202 1212=1B1B+1 1=B1B1+180180+1 1=8282 0202+180+180+211211 0808=113113 1010 2323=2121+2 2=1212+180180+2 2=113113 1010+180+180+150150 4545=8383 5555方位角推算公式：方位角推算公式：方位角的推算 第57页/共58页15 二月 2023 合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系58感谢您的观看！第58页/共58页