长安大学《测量学》第四章 距离测量与直线定向

第四章距离测量与直线定向长安大学公路学院1第四章距离测量与直线定向主要内容：钢尺量距、视距测量、直线定向主要目的：了解距离丈量的方法，视距测量的公式，理解标准方向的概念，掌握坐标方位角的推算。重点内容：坐标方位角的推算距离：是指两点间的水平直线长度。分类：直接量距法——钢尺量距光学量距法——视距测量物理量距法——光电测距1§4-1钢尺量距一、量距工具钢卷尺，标杆，测钎和垂球。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种。端点尺刻线尺1§4-1钢尺量距一、量距工具2.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。二、直线定线当两个地面点之间的距离较长或地势起伏较大时，为使量距工作方便起见，可分成几段进行丈量。这种把多根标杆标定在已知直线上的工作称为直线定线。可用目估定线或经纬仪定线。1§4-1钢尺量距三、钢尺量距钢尺量距的基本要求是“直、平、准”。1．平坦地面量距距离用下式计算：D=nl+q式中：l——整尺段的长度；n——丈量的整尺段数；q——零尺段长度。往返丈量较差:D=D往-D返距离平均值:D平=½（D往-D返）相对误差:M1DD1DD)D(21＝平平返往返往DDDK1§4-1钢尺量距三、钢尺量距2.倾斜地面量距(1)平量法：(2)斜量法：ShDDSDhSDhh22221§4-2视距测量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高差.测距的相对误差约为1/300，低于钢尺量距；测定高差的精度低于水准测量;视距测量广泛用于地形测量的碎部测量中。1§4-2视距测量一、视线水平时的视距公式n1fDDpnfD1npfbffD221)(121221)(fnpfbfnpfbffDcKnD1§4-2视距测量一、视线水平时的视距公式水平距离公式:高差公式:ncKnD100nllihAB1§4-2视距测量二、视线倾斜时的视距公式水平距离D为:初算高差为:A、B两点高差为:cosnncosknnkD2coscosknDDsincossinknDhliknlihh2sin211§4-2视距测量三、视距测量的观测与计算1．在测站上安置经纬仪，量取仪器高（桩顶至仪器横轴中心的距离），精确到cm；2．瞄准竖直于测点上的标尺，并读取中丝读数值；3．用上、下视距丝在标尺上读数，将两数相减得视距间隔；4．使竖盘水准管气泡居中，读取竖盘读数，求出竖直角;5.根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。1§4-2视距测量四、视距测量误差1．视距尺分划误差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．视距尺倾斜对视距测量的影响6．外界气象条件对视距测量的影响（1）大气折光的影响（2）大气湍流的影响1§4-3电磁波测距仪测距一、电磁波测距概述1.测距原理电磁波测距的基本原理是通过测定电磁波在待测距离两端点间往返一次的传播时间，利用电磁波在大气中的传播速度，来计算两点间的距离。ctD211§4-3电磁波测距仪测距一、电磁波测距概述2.测距仪分类（1）所采用的载波（2）按时间测定方式红外测距仪激光测距仪光电测距仪微波测距仪脉冲式测距仪相位式测距仪1§4-3电磁波测距仪测距一、电磁波测距概述2.测距仪分类远程——几十公里（3）按测程分中程——数公里至十余公里短程——3公里以下单载波——可见光；红外光；微波。(4)按载波数分双载波——可见光+可见光；可见光+红外光三载波——可见光+可见光+微波；可见光+红外光+微波等。1§4-3电磁波测距仪测距一、电磁波测距概述2.测距仪分类漫反射目标（无合作目标）（5）按反射目标分合作目标-平面反射镜，角反射镜有源反射器-同频载波应答机，非同频载波应答机等1§4-3电磁波测距仪测距二、脉冲式光电测距1§4-3电磁波测距仪测距三、相位式光电测距1．相位式测距的基本原理1§4-3电磁波测距仪测距三、相位式光电测距2．相位式测距的基本公式调制波的调制频率f，角频率，周期T，f2fccTft2fcD41§4-3电磁波测距仪测距三、相位式光电测距2．相位式测距的基本公式设调制信号为正弦信号，包含2π的整倍数N2π，和不足2π的尾数部分ψ，即：)(2)2(22NNNN2N)(2)(2NNNNfcD1§4-3电磁波测距仪测距三、相位式光电测距3．N值的确定222111NNuDNNuD()()()(22221211NNKNNuuNN1§4-3电磁波测距仪测距三、相位式光电测距4．内光路的设置1§4-3电磁波测距仪测距四、全反射棱镜由于光在玻璃中的折射率为1.5～1.6，而光在空气中的折射率近似等于1，也就是说光在玻璃中的传播要比空气中慢，因此光在棱镜中传播所用的超量时间会使所测距离增大某一数值，称为棱镜常数。1§4-3电磁波测距仪测距五、距离测量测距时，将测距仪和反射镜分别安置在测线的两端，仔细地对中。接通测距仪的电源，然后照准反射镜，检查经反射镜反射回的光强信号。合乎要求后即可开始测距。六、测距成果的整理1．加常数改正)(dDDk01§4-3电磁波测距仪测距六、测距成果的整理2．乘常数改正3．气象改正不同型号的测距仪，气象改正公式的系数也不同，在仪器使用说明书内给出了气象改正计算公式。4．倾斜改正5．归算至大地水准面的改正DRDRtPRaDDKDDRHSS1§4-3电磁波测距仪测距七、光电测距的主要误差来源测距误差可分为两部分：一部分是与距离D成比例的误差，即光速值误差、大气折射率误差和测距频率误差；另一部分是与距离无关的误差，即测相误差、加常数误差、对中误差。一般将测距仪的精度表达式简定成)(DBAmD1§4-4电磁波测距仪的检验一、概述检验项目主要有:①功能检视;②三轴关系正确性的检校;③发光管相位均匀性（照准误差）的测定；④幅相误差的测定；⑤周期误差的测定；⑥加常数的测定；⑦乘常数（包括晶振频率）的测定；⑧内部、外部符合精度的检验；⑨适应性能的检测：⑩测程的检测。1§4-4电磁波测距仪的检验二、周期误差的测定1．什么是周期误差所谓周期误差是指按一定的距离为周期重复出现的误差。周期误差主要来源于仪器内部固定的串扰信号。1§4-4电磁波测距仪的检验二、周期误差的测定2．周期误差的测定方法1§4-4电磁波测距仪的检验三、测距常数的测定1．加常数简易测定法2．用六段比较法测定加、乘常数比较法系通过被检测的仪器在基线场上取得观测值，将观测值与已知基线值进行比较从而求得加常数K、乘常数R的方法。ABCBACDDDK1§4-5直线定向直线定向：确定一条直线与一基本方向之间的水平角。一、基本方向1．真北方向:过地面某点真子午线的切线北端所指示的方向。采用天文测量的方法测定。2．磁北方向：磁针自由静止时其指北端所指的方向，称为磁北方向，可用罗盘仪测定。3．坐标北方向：过O点的真子午线坐标纵轴（X轴）正向所指示的方向，称为坐标北方向。实用上常取与高斯平面直角坐标系中X坐标轴平行的方向为坐标北方向。1§4-5直线定向二、方位角由直线一端的基本方向起，顺时针量至直线的水平角称为该直线的方位角，取值范围0°－360°。1．真方位角：由真北方向起算的方位角，用A表示。2.磁方位角：由磁北方向起算的方位角，用Am表示。3．坐标方位角：由坐标北方向起算的方位角，用α表示。1§4-5直线定向三、磁偏角与子午线收敛角1．磁偏角：过一点的真北方向与磁北方向之间的夹角。2．子午线收敛角：过一点的真北方向与坐标北方向之间的夹角。与的符号规定相同，即磁北或坐标北方向在真北方向东侧时，均为正数；磁北方向或坐标北方向在真北方向西侧时，均为负。过O点的真子午线1§4-5直线定向四、方位角之间的相互换算mAAAmA1§4-5直线定向五、正、反坐标方位角18021121§4-6方位角测量一、罗盘仪测定磁方位角1．罗盘仪的构造由望远镜、罗盘盒、基座三部分组成。1§4-6方位角测量一、罗盘仪测定磁方位角2．罗盘仪的使用（1）安置罗盘仪于直线的一个端点，进行对中和整平。（2）用望远镜瞄准直线另一端点的标杆。（3）松开磁针制动螺旋，将磁针放下，待磁针静止后，磁针在刻度盘上所指的读数即为该直线的磁方位角。1§4-6方位角测量二、陀螺经纬仪测定真方位角1．陀螺经纬仪的构造陀螺经纬仪由经纬仪、陀螺仪、陀螺电源等组成。1§4-6方位角测量二、陀螺经纬仪测定真方位角2．陀螺经纬仪的使用2）观测方法（1）粗略定向①两逆转点法:②四分之一周期法)(2121uuN1§4-6方位角测量二、陀螺经纬仪测定真方位角2．陀螺经纬仪的使用2）观测方法（1）粗略定向（2）精密方向精密定向一般采用跟踪逆转点法和中天法。1第四章教学内容回顾1.钢尺量距2.视距测量3.电磁波测距仪测距4.电磁波测距仪的检验5.直线定向6.方位角测量