距离测量

第四章距离测量与直线定向§4.1钢尺量距§4.2视距测量§4.3光电测距§4.4直线定向距离测量：测量地面两点之间的水平距离。距离测量的方法钢尺量距普通视距光电测距垂球一、量距工具钢尺—端点尺和刻线尺钢尺测钎标杆弹簧秤二、钢尺量距的一般方法1、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。2、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—钢尺的尺长；q—不足一整尺的余长。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：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1/30003、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。三、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四、尺长方程五、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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oAiDaa´bBvb´Lh计算：水平距离D为：高差h为：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(mmKlD49.31723cos316.0100cos22mmmmviDh90.140.140.1723tan49.31tan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光电测距是用光波作为载波传输测距信号以测量两点间距离的一种方法。光电测距仪的载波：可见光、红外光、激光红外测距仪§4.3光电测距仪光电测距仪的优点：1、测程远、精度高。2、作业快、工作强度低。3、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。光电测距仪是通过测量光波在待测距离D上往、返传播的时间t2D，来计算待测距离D的。式中：c—光波在空气中的传播速度D221ctD一、测距原理二、测距方法光电测距仪按照时间t2D的不同测量方式，可分为：脉冲式（直接测定时间）相位式（间接测定时间）1、脉冲式脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测距离上往返传播的时间来计算距离。脉冲测距原理图002fqqTtD设时钟脉冲的振荡频率为,计数器计得的时钟脉冲个数为q，则0f计数器只能记忆整数个时钟脉冲，不足一周期的时间被丢掉了。测距精度较低，一般在“米”级，最好的达“分米”级。测距精度对应的时钟脉冲频率：0.01m0.1m0.5m1.0m15000MHz1500MHz300MHz150MHz测距精度脉冲频率2、相位式相位式光电测距仪是将发射广波的光强调制成正弦波的形式，通过测量正弦光波在待测距离上往、返传播的相位移来间接解算时间的。相位式测距仪的基本工作原理图将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形：N2D222tftD由物理学知：所以：ftD22所以传播时间为：fNtD222）＋（＝NN2)2(2NfcD式中，2N＝10N则：相位式测距相当于使用一把长度的尺子丈量距离，由N个整尺长加上不足整尺的余长就是被测距离。2由于检相器只能测出不足整周期的相位移尾数；而不能测出整相位2π的个数,所以只能求出不足整尺的距离。为了求得完整距离，在测距仪上，采用多把测尺，即多个调制频率的方法来解决。调制频率ƒ测尺长2ZMH15ZMH5.1ZKH150ZKH1510m100m1km10kmZKH5.1100km精度1cm10cm1m10m100m不同的调制频率ƒ对应的测尺长见下表：调制频率越大，测尺长度越短，精度越高。例：测定386.43m的距离，就可选用一把粗测尺和一把精测尺，粗测尺尺长1km，精度1m（最小分划值）,精测尺尺长10m，精度1cm（最小分划值）。用粗测尺测量的距离：386.5m用精测尺测量的距离：6.43m组合结果：386.43m测距仪是根据仪器的测程范围来设置调制频率的个数的。短程测距仪一般都采用两个测尺的频率。三、测程及测距仪的精度：1、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—测程在5km-30km；远程测距仪—测程在30km以上。2、测距仪的精度：)(bDamD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,单位为ppm（）；D—以km为单位的距离。REDmini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=±5.8mm。)55(DmmmD610四、光电测距仪的使用各种反射棱镜经纬仪与测距仪配接测距仪功能键盘1、距离测量：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（不同类型的测距仪气象改正公式不同）3）倾斜改正cosLDL—经过常数改正和气象改正后的距离；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。返回确定直线与标准方向之间的水平角度称为直线定向。标准方向真子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向一、标准方向的分类1、真子午线方向通过地球表面某点的真子午线的切线方向，称为该点的真子午线方向。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GP1-2A2．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。AP´PP—北极P´—磁北极磁子午线方向可用罗盘仪测定。DQL-1型森林罗盘仪DQL-1B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，称为该直线的方位角；其角值范围为0°~360°。12标准方向北端方位角22222标准方向真子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向真方位角（A）磁方位角（Am）坐标方位角（α）2磁北真北坐标北AmAα1由于地面各点的真北（或磁北）方向互不平行，用真（磁）方位角表示直线方向会给方位角的推算带来不便，所以在一般测量工作中，常采用坐标方位角来表示直线方向。xyoP1P2γγ坐标北与真北的关系2）几种方位角之间的关系mAAAmA2磁北真北坐标北AmAα1磁偏角δ—真北方向与磁北方向之间的夹角；子午线收敛角γ—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，δ和γ为正；偏于西侧时，δ和γ为负。δγ3）正、反坐标方位角直线1-2：点1是起点，点2是终点。α12—正坐标方位角；α21—反坐标方位角。α21α12xyoxx1218012211802112180正反直线2-1：所以一条直线的正、反坐标方位角互差180º2、象限角某直线的象限角是由直线起点的标准方向北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至该直线的锐角，用R表示。直线R与α的关系O1O