Peng04-距离测量

2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜制作《测量学》赵建三王唤良主编贺跃光唐平英副主编中国电力出版社2008年6月高等学校教材2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜2点位的确定在常规测量工作中，地面点的位置通常是用水平位置和高差来确定的水平位置水平距离：水平距离测量、竖直角与斜距测量水平角：水平角测量高差：水准测量、竖直角与距离（三角高程）测量2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜3基本概念测量学定义：距离地面2点沿铅垂线投影到大地水准面所得大圆弧长大圆：过2投影点与大地体质心的平面与大地体相交普通测量学定义：水平距离（平距）地面2点沿铅垂线投影到水平面所截直线段长度测区不大（≤10×10km2）时，水平距离可代替距离距离没有负数2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜4基本概念往返测量：2次距离测量，防止错误、提高精度绝对误差：往、返丈量值的较差之绝对值相对误差K：绝对误差除以往、返丈量均值分数表示，分子为1（1／M）一般钢尺量距时，（1／5,000，1／1,000）精密钢尺量距时，（1／40,000，1／10,000）2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜5主要方法水平距离测量方法1.视距量距，适用1/100~1/3002.GPS测距，受高程测量精度影响3.钢尺量距精密钢尺量距，适用1/40,000~1/10,000一般钢尺量距，适用1/5,000~1/1,0004.光电（电磁波）测距，适用1/10万~1/100万测距仪和全站仪精度已达到或超过精密钢尺量距2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜6第四章距离测量与直线定向1.钢尺量距一般方法精密方法钢尺量距的误差分析2.视距测量3.电磁波测距仪测距测距成果的整理光电测距仪的检验4.全站仪5.直线定向6.方位角测量2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜7钢尺：钢制的带状尺尺宽：10~15mm厚度：0.2~0.4mm长度：20m、30m、50m等基本分划线：cm（mm）注记：dm处头10cm有mm分划端点尺刻线尺2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜8辅助工具标杆：用于标定直线，木制，红、白间隔20cm测钎：标识测量尺段的起、讫点，粗铁丝垂球：用于垂直投点和对点（对中），金属制弹簧秤与温度计：用于精密钢尺量距2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜9目视定线：一般钢尺量距直线定线：将多根标杆标定在已知直线段上的工作测A、B两点（通视）间平距时定线步骤1.A、B两点立标杆2.甲立A点后1~2m处，由A瞄B，标杆同侧边缘相切3.甲指挥乙持标杆左右移动到直线AB，同侧相切4.乙将标杆插入地面、标定出该直线段的一个中间点由远及近：先定离A最远处的中间点，依次向A靠近逐次趋近法：A、B两点不通视时采用2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜10经纬仪定线：精密钢尺量距多应用于精密钢尺量距测A、B两点（通视）之间平距定线步骤1.A点上安置经纬仪并瞄准B点2.确定木桩位置，相邻木桩间隔≤钢尺的长度3.木桩顶面细铁钉位置与十字丝的竖丝重合4.由远及近，向A点靠近照准部固定以保持直线段方向不变望远镜上下移动来瞄准各个中间点测钎2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜11一般钢尺量距基本要求：直、平、准直：定线要直，测两点间直线长度平：尺身要水平，测两点间水平距离准：对点、投点、读数要准确，满足精度要求分尺段测量：测量距离超过钢尺长度时，用整尺段丈量投点：沿下坡丈量时，前尺手用垂球投射插钎点对点：沿上坡丈量时，后尺手用垂球对准上一尺段插钎点3人：前司尺员（前尺手）、后司尺员（后尺手）、记录员前、后：沿丈量前进方向看2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜12平坦地面量距1.后尺手持零端，前尺手持末端2.钢尺零点对准B，拉紧拉平3.最大整分划线l0处竖直插下测钎，完成第1测段4.前、后尺手抬尺前进，零点对准上一尺段的测钎，拉紧拉平5.l0处竖直插下测钎，完成第2测段6.重复第4~5步直到B点余长l余：最后不足一尺段部分7.DAB＝n×l0＋l余8.返测，核算闭合差，再取均值2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜13倾斜地面量距起伏不大：尺水平，方法同平坦地面坡度较大：整尺分段，尺水平，垂球投点/对点坡度均匀：钢尺贴近地面拉紧测斜距、高差，算平距测斜距、坡角，算平距坡度不均匀：分小段测量计算2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜14精密钢尺量距精度：1/40,000~1/10,000用途：小区域控制测量中的基线长度测量步骤：往返测量1.定线2.量斜距3.测量桩顶高差4.计算尺段平距5.累加各尺段平距2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜151、定线经纬仪定线、打桩、标注“十”字桩高：3~5cm“十”字：与分划板的竖丝重合间隔≤整尺段长度2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜162、量斜距5人手操作准备：标准拉力引张钢尺半小时，钢尺温度与空气一致a)后尺手：持零端尺边紧贴“十”字纵线弹簧秤指示标准拉力b)前尺手：尺边紧贴“十”字纵线，发出读数口令“预备”c)后尺手回答“好”d)前、后读数手：同时，直尺2端、木桩顶“十”字交叉点度量3次：零端往前/往后移动距离几个cm估读精度：0.5mme)指挥手：记录﹣测温﹣计算读数间距3次读数所得间距的较差≤3mm，取均值2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜173、量高差测量相邻桩顶间的高差水准测量：往返观测|闭合值|≤10mm，取均值2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜184、计算尺段平距尺段平距计算：1.尺长改正数Δl0：标准温度，钢尺实际长度－钢尺名义长度尺长改正：2.温度改正：测量时偏离标准温度，钢尺胀缩所产生的误差2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜194、计算尺段平距尺段平距计算：3.倾斜改正：钢尺倾斜丈量时产生的误差2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜20举例2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜21视距测量视距测量：用望远镜内视距丝配合视距尺，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视距丝：十字丝分划板中上、下对称水平刻制的两条段线，是最简单的视距装置一般视距测量精度可达1／200~1／300，精密视距测量精度可达1／2,000用1台经纬仪，可同时测量平距和高差用途：地形碎部测量、图根控制网加密2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜22D：AB间平距d：物距f：焦距δ：成像中心距p：视距丝间距l：视距丝读数间隔K：视距乘常数C：视距加常数i：仪高v：视距尺中丝读数视线水平时2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜23视线倾斜时v＝i时，h＝(K×l×sin2α)／2，或者h＝D×tanα2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜24观测与计算1.置仪：测站上安置经纬仪（对中整平）量取仪器高，精确到cm2.瞄准：标尺（视距尺、水准尺）3.读数a.中丝b.上、下丝c.竖盘（要求：竖盘水准管气泡居中）4.计算a.视距间隔、竖直角b.水平距离、高差2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜25实例在A点安置经纬仪，B点竖立标尺，A点高程HA＝35.32m。量得仪器高i＝1.39m，测得上、下丝读数分别为1.264m，2.336m，盘左观测竖盘读数为L＝82º26'00，仪器的竖盘指标差为χ＝+1'，求A，B两点间的水平距离和高差CASIOfx-4800P计算器程序Lab1{EABCX}D=100(B-A)(cos(90-C+X))2H=Dtan(90-C+X)+E-(B+A)÷2Goto1[解]视距间隔l＝2.336－1.264＝1.072竖直角α=90º﹣(L﹣χ)=90º﹣82º26'00+1'=7º35'水平距离D＝K×l×cos2α=105.33m中丝读数v＝（上丝读数＋下丝读数）÷2＝1.800m高差hAB＝D×tanα＋i－v＝+13.61mB点的高程HB＝HA＋hAB＝35.32+13.61＝48.93m2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜26视距测量误差根据视距测量及其计算公式来考虑1.视距尺（水准尺）分划误差2.乘常数K值的误差3.竖直角测量误差4.视距丝读数误差5.视距尺倾斜产生的误差6.气象条件的影响2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜271、视距尺（水准尺）分划误差视距尺的分划误差：视距尺分划不均匀，对检测K有影响若为偶然误差，则对视距测量的影响也是随机的一般为±0.5mm视线水平时，导致距离误差2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜282、乘常数K值的误差是一种仪器误差，有如下原因视距丝间隔误差视距尺分划间隔的系统误差仪器检定误差反映为K值误差要求K∈100±0.12020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜294、视距丝读数误差读数误差：与距离成正比根据精度要求，有最远视距测距的限制2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜305、视距尺倾斜产生的误差视距公式微分2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜316、气象条件的影响1.大气折光视光线向下弯曲2.大气湍流使成像不稳定3.风使立尺困难4.空气中的灰尘和水汽会降低能见度使成像不清晰等要求1.视线高出地面1m2.选择良好的气象条件最理想的时间阴天晴天日出后1小时~9﹕3015﹕00~日落前1小时2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜32电磁波测距仪测距电磁波测距：electro-magneticdistancemeasuring，EDM电磁波测距：电磁波（光波或微波）为载波，传输测距信号，测量两点间距离的一种方法优点测程长、精度高、作业快工作简单强度低几乎不受地形限制等2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜33徕卡公司DI1000红外相位式测距仪2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜34分类载波数1.单载波2.双载波3.三载波时间测量方式1.脉冲式测距仪2.相位式测距仪载波光源1.可见光测距仪，EDMinstrument2.微波测距仪，microwaveEDMinstrument3.激光测距仪，laserEDMinstrument4.红外测距仪，infraredEDMinstrument测距能力1.短程测距仪，测程＜3km2.中程测距仪，测程3~15km3.长程测距仪，测程＞15km2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜35电磁波测距仪的用途光电测距仪：激光测距仪、红外测距仪微波和激光测距仪：多属于长程测距，可达60km大地测量红外测距仪：中、短程测距，≤15km小区域控制测量地形测量地籍测量工程测量等2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜36测距仪的标称精度mD＝A＋B×D推导式A：固定误差，mmB：比例误差系数，mm/kmD：测距的长度，kmmD：距离D的测量中误差，城市测量规范分两级Ⅰ级，mD≤5mmⅡ级，mD∈5~10mm2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜37基本原理2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜38脉冲式光电测距时标脉冲：时标振荡器定时产生的电脉冲计时：电脉冲计数主波脉冲：时标脉冲计数的起点，光脉冲经仪器内取样棱镜分离一小部分光线，送入光信号接受系统，转换成的电脉冲回波脉冲：时标脉冲计数的终点，光脉冲经目标反射回到光信号接受系统，转换成的电脉冲脉冲式光电测距：通过直接测定光脉冲在测线上往返传播的时间来计算距离2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜39脉冲式测距示意T：一个时标脉冲的时间间隔测距精度：取决于T2020年4月22日星期三长沙理工大学彭文澜40相位式光电测距调制光：经由调制器调制的测距光源，其强度呈正弦波变化一个周期相位移为2π，调制光前进距离一个波长