距离测量与直线定向

4 距 离 测 量 与 直 线 定 向【 本 章 知 识 要 点 】水 平 距 离 ； 距 离 测 量 方 法 ； 钢 尺 精 密 量距 的 三 项 改 正 数 计 算 ； 距 离 测 量 误 差 分析 ； 距 离 测 量 相 对 误 差 计 算 ； 视 距 测 量原 理 ； 视 距 测 量 的 平 距 、 高 差 计 算 公 式； 光 电 测 距 原 理 ； 测 距 仪 距 离 测 量 标 称精 度 的 含 义 ； 直 线 定 向 ； 标 准 方 向 ； 方位 角 。 5/29/2021 3:00 PM 4.1.1量距的工具 钢尺、测钎、标杆、垂球等 认识钢尺 (点位置, 最小刻划, 性能优、劣)4.1.2直线定线 ）定线 点的标志 - (永久性、临时性) 水平距离 - （水平、直线） 目估定线与经纬仪定线 5/29/2021 3:00 PM 4.1 钢尺量距 5/29/2021 3:00 PM 图 4-2端 点 尺 和 刻 线 尺 5/29/2021 3:00 PM 工作方法特点 (1) 分段: 整尺 或 任意 (2) 定线: 目估 或 经纬仪 (3) 往返: 一次 或 多次精度计算 (相对误差K) 见表4-1K DD M 1 5/29/2021 3:00 PM 4.1.3钢尺量距的一般方法 5/29/2021 3:00 PM 1） 平 坦 地 区 水 平 量 距 2） 起 伏 地 区 量 距 5/29/2021 3:00 PM 3） 往 返 丈 量 (4-3)|D| DM M1D |D|2DD |D-| 返往 返往DK 5/29/2021 3:00 PM 解释: 名义长度、实际长度 尺长方程式 l t = l + l + （ t - t0 ） 式中：lt钢尺在温度t时的实际长度； l钢尺上所刻的长度，即名义长度； l尺长改正数，即钢尺在温度t0时的改正数； 钢尺的膨胀系数，值约为11.610-612.510-6 t 0钢尺检定时的温度。 t钢尺使用时的温度。lt=l0+ l+ (t-t0)l05/29/2021 3:00 PM 4.1.4.精密方法 1） 量 距 方 法精 密 量 距当 量 距 精 度 要 求 在 1/1万 以 上 时 ， 要 用 精 密 量 距 方 法 ， 精 密 量距 前 要 先 清 理 场 地 。定 线 经 纬 仪 定 线 、 钢 尺 概 量 ， 打 木 桩 、 划 线 。 量 距 用 检 定 过 的 钢 尺 丈 量 相 邻 两 木 桩 之 间 的 距 离 。 每 尺 段要 移 动 钢 尺 位 置 丈 量 三 次 ， 三 次 测 得 的 结 果 的 较 差 视 不 同 要 求 而 定， 一 般 不 得 超 过 2 3mm， 否 则 要 重 量 。 若 在 限 差 以 内 ， 则 取 平 均 值。 作 为 此 尺 段 的 观 测 成 果 。 标 准 拉 力 (30m尺 子 ， 100N)。 测 记 温 度， 估 读 到 0.5 。往 返 测 ， 丈 量 次 数 视 量 边 精 度 要 求 而 定测 量 桩 顶 高 程 往 返 观 测 ， 往 返 所 测 高 差 之 差 ， 不 超 过 10mm,如 在 限 差 之 内 ， 取 平 均 值 作 为 观 测 成 果 。这 种 量 距 法 称 为 串 尺 法 量 距 。 5/29/2021 3:00 PM 求三项改正 计算最后结果 见 例4-1 ld 尺长改正 = ( l / l0 ) D lt 温度改正 = ( t - t0 ) D lh 倾斜改正 = - h2 / 2D 5/29/2021 3:00 PM 2） 成 果 整 理 例 4-1 某 尺 段 实 测 距 离 为 29.8655m， 所 用 钢 尺 的 尺长 方 程 式 为 ： =30m+0.005m+0.0000125 30(t-20 C)m， 丈 量 时 温 度 为 30 ， 所 测 高 差 为 0.238m，求 该 尺 段 的 水 平 距 离 。 5/29/2021 3:00 PM 5/29/2021 3:00 PM 5/29/2021 3:00 PM 4.1.5 钢 尺 量 距 误 差 及 注 意 事 项n 钢 尺 量 距 误 差n 尺 长 误 差n 人 为 误 差n 外 界 条 件 影 响n 钢 尺 的 维 护 5/29/2021 3:00 PM 4.2 视距测量一、概述 1. 目的 - 测量 、 2. 仪器 - 经纬仪、水准尺 3. 特点 - 优点、缺点 4. 用途 - 碎部测量 5/29/2021 3:00 PM 4.2.1 原理 先介绍仪器视距丝(上下丝) 1） 视线水平时 平距公式 高差公式 2） 视线倾斜时 平距公式 kl(cos)2 高差公式1/2 kl sin(2)+i-v 5/29/2021 3:00 PM 5/29/2021 3:00 PM 5/29/2021 3:00 PM 1） 视 线 水 平 时 的 视 距 测 量 公 式 h+v=h+ i h=D.TAN 平 距 公 式 k l cos2 高 差 公 式 1/2 kl sin(2)+i-v l = l cos D = D cos5/29/2021 3:00 PM2） 视 线 倾 斜 时 视 距 测 量 公 式 4.2.2 视距测量方法（1）测站准备工作 对中 整平 量仪器高 测指标差（2）在待测点上竖立视距尺（3）目标点观测 (使)中丝 上丝 L1 下丝 L2 竖直角 （4）计算 kl(cos)2 1/2 kl sin(2)+i-v （ 按 表 格 ） 5/29/2021 3:00 PM 4.2.3 误差分析及注意事项1） 误 差 读 数 尺 倾 斜 竖 直 角 误 差 外 界 条 件2） 注 意 事 项 垂 直 折 光 竖 直 尺 子 测 定 乘 常 数 选 择 有 利 观 测 时 间 5/29/2021 3:00 PM 4.3 光 电 测 距 概 述 脉 冲 式 光 电 测 距 仪 相 位 式 测 距 仪 5/29/2021 3:00 PM 4.3.1光 电 测 距 简 介 5/29/2021 3:00 PM 光 电 测 距 仪 （ EDM） 分 类载 波 微 波 光 电 激 光 红 外 脉 冲 相 位测 程 长 中 短载 波 数 单 双 三发 射 目 标 漫 反 射 合 作 目 标 有 源 反 射 器 精 度 指 标 级 级 5/29/2021 3:00 PM 通 过 测 定 电 磁 波 （ 无 线 电 波 或 光 波 ） 在测 线 两 端 点 间 往 返 传 播 的 时 间 t， 并 按 下列 公 式 计 算 出 距 离 ctD 21 速 度电 磁 波 在 大 气 中 传 播 的c 5/29/2021 3:00 PM 4.3.2光 电 测 距 的 基 本 原 理 ts t e t= te - ts 5/29/2021 3:00 PM 1） 脉 冲 式 光 电 测 距 仪脉 冲 式 光 电 测 距 仪 原 理 ：通 过 测 定 电 磁 波 （ 无 线 电 波 或 光 波 ） 在测 线 两 端 点 间 往 返 传 播 的 时 间 t， 并 按 下列 公 式 计 算 出 距 离 ctD 215/29/2021 3:00 PM 电磁波测距基本原理测距仪反射器发射波接收波 通 过 直 接 或 间 接 地 测 定 电 磁 波 在 被 测 距 离 上往 返 传 播 的 时 间 ， 同 时 求 定 电 磁 波 在 大 气 中 传 播的 速 度 ， 即 可 按 求 得 距 离 。 DtvD 221 5/29/2021 3:00 PM 脉冲法测距tcD 215/29/2021 3:00 PM 2） 相 位 式 光 电 测 距 仪n 一 、 相 位 式 测 距 仪 原 理 ：n 通 过 测 定 调 制 光 在 测 线 两 端 点 间 往 返 传播 所 产 生 的 相 位 移 ， 测 定 调 制 波 长 的 相对 值 来 求 出 距 离 )(2 2 2 NN5/29/2021 3:00 PM 相位法测距 5/29/2021 3:00 PM 相位法测距Nr. Of WavelengthslPhase Shiftd )(21 dnD l5/29/2021 3:00 PM 自动脉冲数字测相波形原理图emere mQCPY1Y2Tg 图 2-11 自 动 数 字 测 相 波 形 图 er 5/29/2021 3:00 PM f=c /s t = 2 f t 5/29/2021 3:00 PM N-为 相 位 移 的 整 周 期 数 和 调 制 光 整 波 长 的 个 数 s -为 调 制 光 波 长 s-为 不 足 一 个 波 长 的 调 制 光 的 长 度 波 长 为 不 足 一 个 整 周 期 的 相 位 移 尾 数令 u s/2 则 有 ：D= u （ N + N ） （ 4 - 20）u 可 以 看 作 一 个 整 尺 的 长 度 5/29/2021 3:00 PM n 当 N=0时 fcl ll 222 NNuD 22 fcD令fcu 2则2uD2lu为光尺的一半，称为测尺长。5/29/2021 3:00 PM 短 测 尺 测 出 距 离 的 尾 数长 测 尺 测 出 距 离 的 大 数 5/29/2021 3:00 PM 测 尺 频 率 与 测 距 误 差 的 关 系测 尺 频 率 15MHZ 1.5MHZ 150KHZ 15KHZ 1.5KHZ测 尺 长 度 10m 100m 1km 10km 100km精 度 1cm 10cm 1m 10m 100m 5/29/2021 3:00 PM 例用 u1=10米 和 u2=1000米 两 测 尺 测 定 某 一 小 于1KM的 距 离 ,由 u1测 得 N1 = 0.698， 由 u2测 得 N2 = 0.387。 则 该 距 离 D可 由 如 下 图 示 求 得 ： 由 u1得 6.98米 由 u2得 387 米 距 离 D 386.98 米 5/29/2021 3:00 PM 4.3.3 测 距 仪 的 使 用n 1） 仪 器n 2） 仪 器 安 置n 3） 测 量 竖 直 角 和 气 象 条 件n 4） 测 量 距 离 5/29/2021 3:00 PM 单 反 光 镜覘 牌固 定 螺 旋水 准 管 基 座三 反 光 镜 组 .3.4 测 距 成 果 整 理1） 仪 器 常 数 改 正（ 1） 加 常 数 改 正（ 2） 乘 常 数 改 正2） 气 象 改 正3） 倾 斜 改 正 5/29/2021 3:00 PM n 1、 仪 器 常 数 改 正 乘 常 数 改 正 值 DR = RD 加 常 数 改 正 值 Dc = C 式 中 ： R乘 常 数 ； C加 常 数 。 气 象 改 正 值 (如 某 种 仪 器 ) 为 ： n Dn = 1.0 ( t - 20 ) - 0.4 ( P - 760 )D (mm) 式 中 ： t测 距 时 的 温 度 （ ） ； P测 距 时 的 气压 （ mmHg,1 mmHg = 133.322 Pa） ; D斜 距 （ km） 。 5/29/2021 3:00 PM 4.3.5 测 距 标 称 精 度1） 光 电 测 距 的 误 差 : 光 电 测 距 的 误 差 与 仪 器 本 身 的 误 差 、 观 测 的 外 界 条 件 以 及 操作 方 法 有 着 密 切 的 联 系 。光 速 误 差 、 折 射 误 差 、 频 率 误 差 、 测 相 、 常 数 、 周 期 、 对 中 2） 精 度 表 达 方 式 : 一 部 分 误 差 影 响 是 与 距 离 成 比 例 的 ， 我 们 称 这 些 误 差 为“ 比 例 误 差 ” ,其 系 数 用 B表 示 ； 另 一 部 分 误 差 影 响 与 距 离 长短 无 关 ，我 们 称 其 为 “ 固 定 误 差 ” , 用 A表 示 。 用 m S表 示 光 电 测 距 的 误差 ， 则 有 ： mS = ( A + B S ) 5/29/2021 3:00 PM 3)光 电 测 距 仪 使 用 注 意 事 项 :（ 1） 切 不 可 将 照 准 头 对 准 太 阳 ， 以 免 损 坏 光 电 器 件 ； （ 2） 注 意 电 源 接 线 ， 不 可 接 错 ， 经 检 查 无 误 后 方 可 开机 测 量 。 测 距 完 毕 注 意 关 机 ， 不 要 带 电 迁 站 ； （ 3） 视 场 内 只 能 有 反 光 棱 镜 ， 应 避 免 测 线 两 侧 及 镜 站后 方 有 其 他 光 源 和 反 光 物 体 ， 并 应 尽 量 避 免 逆 光 观 测 ；测 站 应 避 开 高 压 线 、 变 压 器 等 处 ； （ 4） 仪 器 应 在 大 气 比 较 稳 定 和 通 视 良 好 的 条 件 下 进 行观 测 ； （ 5） 仪 器 不 要 暴 晒 和 雨 淋 ， 在 强 烈 阳 光 下 要 撑 伞 遮 太阳 ， 经 常 保 持 仪 器 清 洁 和 干 燥 ， 在 运 输 过 程 中 要 注 意防 震 。 5/29/2021 3:00 PM 5/29/2021 3:00 PM 课 堂 作 业n 1.试 述 相 位 式 测 距 仪 的 基 本 原 理 。n 2.相 位 式 测 距 仪 是 怎 样 解 决 测 程 和 精 度 的 ？ 5/29/2021 3:00 PM 4.4.1 标准北方向分类 1） 真北N、 2）磁北Nm 3）坐标纵轴X 4.4.2 表示直线方向的方法 方位角（A、Am、 ） 正反坐标方位角 ABBA180 5/29/2021 3:00 PM 4.4 直线定向 5/29/2021 3:00 PM 4.4.3三个方位角之间的关系 1. A与Am ( A= Am+ ) 2. A与 ( A=+ ) 3. 与Am ( =Am+ ) 5/29/2021 3:00 PM 图 4 -1 7 三 种 标 准 北 方 向 的 关 系 5/29/2021 3:00 PM 4.5 陀 螺 经 纬 仪 简 介 图 4-18 陀 螺 经 纬 仪 1）定向原理 5/29/2021 3:00 PM 2） 结 构 3） 应 用n 地 下 工 程n 导 航 本 章 小 结1、 水 平 距 离 ， 距 离 测 量 方 法 。2、 钢 尺 改 正 数 计 算 ； 距 离 测 量 误 差 分 析 ；距 离 测 量 相 对 误 差 计 算 ；3、 视 距 测 量 原 理 ； 平 距 、 高 差 计 算 公 式 ；4、 光 电 测 距 原 理 ； 测 距 仪 距 离 测 量 标 称 精度 的 含 义 ；5、 直 线 定 向 ； 标 准 方 向 ； 方 位 角 。6、 陀 螺 经 纬 仪 定 向 陀 螺 经 纬 仪作 业 ： 4.2 、 4.5、 4.6