第4章距离测量与直线定向(终稿).

第四章距离测量与直线定向距离测量：测量地面两点之间的水平距离。距离测量的方法钢尺量距普通视距光电测距4.1钢尺量距皮尺测绳钢卷尺一、量距工具辅助工具锤球二、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。1.目测定线甲将经纬仪安置于A点并对中整平，乙将一根标杆立于B点，然后甲操作经纬仪瞄准标杆，拧紧水平制动螺旋和望远镜制动螺旋，而后，甲指挥乙持标杆前进至点1附近并左右移动标杆，至标杆与望远镜十字丝竖丝重合时定下1点的位置，同法可定出直线上其他点。A1325B4•2.经纬仪定线法（一般用于精密量距）1.平坦地面的量距A、B两点间的水平距离为：qnlD式中：n—尺段数；l—钢尺整尺段长度；q—不足一整尺的余长。三、距离丈量为了校核、提高精度，需要往、返丈量。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：D平均D返往平均DDDK1平坦地区钢尺量距相对误差不应大于1/30002.倾斜地面丈量在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1/1000（1）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）斜量法D=L-h2/2L四、钢尺量距精密方法（1/10000）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5cm～10cm，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(30m钢尺，标准拉力为100N)。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2mm，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。经过检定的钢尺长度可用尺长方程表示：000)(lttlllt—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α=1.25×—钢尺检定时的温度；—量距时的温度。tl0ll0tt105)(10C0t五、钢尺的检定•1.水平距离的成果整理六、钢尺量距成果整理丈量结果若为水平距离D’，可根据钢尺的尺长方程式算出尺子的实际长度（lt)，求出每米尺长的实际长度（lt/l0）。则所量距离的实际长度应为：D=D’lt/l0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lllld0lttlt)(0l—全长改正数0l—名义长度0l—任一尺段α—钢尺膨胀系数t—丈量时温度t0—标准温度•2.倾斜距离的成果整理当Ｌ为斜距时应换算成平距d，则倾斜改正值为：llhllhlldlh21222122)1()(将上式项展开成级数：2122)1(lh3424422821)821(lhlhlhlhllh取第一项lhlh223.倾斜改正每一尺段改正后的水平距离为：htdlllldＬ例题：用尺长方程为的钢尺实测A—B尺段（如图），长度l=29.896m,A、B两点间高差h=0.272m,测量时的温度t=25.8°C,试求A—B尺段的水平距离。mCtCmmlt30)20(1025.10025.030015解：1）尺长改正mmlllld0025.0)896.29300025.0(03）倾斜改正4）A-B尺段水平距离mmmlhlh0012.0896.292)272.0(222mlllldhtd900.292）温度改正mmCCClttlt0022.0896.29)208.25(1025.1)(001050七、钢尺量距误差及注意事项返回1)尺长误差钢尺名义长度与实际长度不符的误差。具有积累性，丈量距离越长，误差越大。2)温度误差温度变化1℃，丈量30m距离的影响为0.4mm。3)钢尺倾斜和垂曲误差地面不平坦，钢尺不水平或中间下垂而成曲线，所量长度实际长度。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。4.2普通视距测量普通视距测量的精度一般为1/200~1/300，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。一、普通视距测量原理视距测量是利用视距丝配合标尺读数来完成的。望远镜十字丝环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：KlDlD2211h2固定值（约34°23′）1a2a1b2b1v2vl2l112AD1D2ih2１、视距测量原理通常情况下k=100lKlD100视准轴水平时的视距公式为：lKlD100测站点到立尺点的高差为：vih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。l12a2b2vl22h211a1b1vD1D2Aih22、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bboaao90obboaa设ablbal,则coscoscoslobaobooaloAiDaa´bBvb´Lhα原理：倾斜距离L为：cosKllKL2coscosKlLDviKlhviDh2sin21tan或计算：水平距离D为：高差h为：oAiDaa´bBvb´Lhα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，α=-3°27´,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mmbal316.0)242.1558.1(mmKlD49.31)723(cos316.0100cos22mmmmviDh90.140.140.1)723tan(49.31tan4、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。1.读数误差2.标尺不竖直误差3.外界条件的影响视距测量差返回4.3光电测距光电测距是以光波（可见光或红外光）作为载波，通过测定光波在测线两端点间往返传播的时间来测量距离。红外测距仪手持式激光测距仪激光测距仪一、概述光电测距仪的分类：1、激光测距仪2、红外测距仪光电测距仪的优点：1、测程远、精度高。2、作业快、受地形限制少等优点。建筑工程测量中应用较多的是短程红外光电测距仪。测程远程测距仪(大于15km)中程测距仪(5km~15km)短程测距仪(小于5km)导弹、人卫、月球等空中目标大地、地震测量地形测量、工程施工测程：测距仪一次所能测的最远距离。•按测量精度分：•Ⅰ级：mD≤5mm;•Ⅱ级：5mm＜mD≤10mm：•Ⅲ级：mD＞10mm。mD＝±（a+b×10－6×D）式中：mD——测距中误差a——固定误差b——比例误差D——两点间的距离•按基本功能分：•专用型•半站型•全站型测距仪发射的光波经反射棱镜反射回来后被测距仪所接收。测量出光波在A、B之间往返传播的时间t，则距离D为：式中：c——光波在空气中的传播速度。ctD21二、测距原理1、光电测距仪的方式：（1）脉冲式（2）相位式2、相位式测距仪的基本工作原理如图：WildDI3000脉冲测距仪•测距仪在A点发出的调制光在待测距离上传播，经棱镜反射后被接收器所接收，然后用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较，由显示器显出调制光在待测距离往、返传播所引起的相位移φ，从而间接地求得时间t，再由求得距离。相位式测距原理为大气折射率其中：而为：的相位移调制光波在测线上传播gggDDDnNNfnCDNfnCctDfttft2222122212122002D222相位法测距原理调制光波往程和返程展开图fNt22可表示为N个整周期相位移和一个不足整周期的相位移尾数之和，即所以N2)2(2NfcD)(2NND（相位式测距仪测距的基本公式）可写为则fC)10(6bDamD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。南方ND-3000短程红外测距仪的精度为当距离D为0.6km时，测距精度是mD=±8mm。(通常写作ppm))1035(6DmmmD610三、测距仪的精度：四、南方ND-3000/2000红外测距仪各种反射棱镜经纬仪与测距仪配接测距仪功能键盘1、仪器简介：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。调整经纬仪望远镜，使十字丝对准反射棱镜的觇牌中心调整测距仪望远镜，使十字丝对准反射棱镜中心2、距离计算：1）仪器常数改正（测距仪的乘常数R和加常数K）加常数K=L–L´（mm）乘常数R的单位是mm/km对于观测值为L´的距离，其常数改正值为：LRKLk2）气象改正REDmini测距仪的气象改正公式为：LtPLt003661.013872.096.278式中：ΔLt——气象改正值，单位为mm；P——测站气压，单位为mmHg，1mmHg=133.322Pa；t——测站温度，单位为°C；L——距离，单位为km。3）倾斜改正cosLDL——经过常数改正和气象改正后的距；α——经纬仪测定的测线竖直角。五、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。返回4.4全站仪及其使用（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）几种全站仪介绍（五)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