测距仪测距误差可表示为课件

第四章第四章 距离测量与直线定向距离测量与直线定向 第一节第一节 钢尺量距钢尺量距 第二节第二节 视距测量视距测量 第三节第三节 光电测距光电测距 第四节第四节 直线定向直线定向 第五节第五节 罗盘仪测定磁方位角罗盘仪测定磁方位角 第四章 距离测量与直线定向 第一节 钢尺量距 1第一节第一节 钢尺量距钢尺量距测测量量直直线线的的距距离离和和方方向向，是是测测量量的的基基本本工工作作之之一一。距距离离丈丈量量是是运运用用钢钢尺尺、皮皮尺尺等等丈丈量量工工具具直直接接或或间间接接地地获获取取地地面面上上两两点点间间水水平平距距离离的的测测量量工工作作。直直接接法法有有：用用钢钢尺尺、皮皮尺尺、因因瓦瓦尺尺、光光电电测测距距；间间接接法法有有：视视距法、视差法、三角法、距法、视差法、三角法、GPS法。法。第一节 钢尺量距测量直线的距离和方向，是测量的基本工作之一。2一、距离丈量的工具一、距离丈量的工具二、点的标定与直线定线二、点的标定与直线定线 三、距离丈量的方法三、距离丈量的方法一、距离丈量的工具31.1.钢尺钢尺钢钢尺尺亦亦称称钢钢卷卷尺尺，钢钢尺尺的的长长度度有有：2020m m、30m30m、50m50m，用用于于较较高高精精度度测测量量距距离离。钢钢尺尺的的零零点点形形式式有有端端点点尺尺、刻刻线线尺尺。钢钢尺尺的的刻刻划划有有厘厘米米刻刻划划、全全毫毫米米刻刻划划。钢钢尺尺量量距距按按精精度度分分为为一一般般量量距距和和精精密密量量距距。厘厘米米刻刻划划的的钢钢尺尺基基本本分分划划为为厘厘米米，在在每每米米及及每每分分米米处处有有数数字字注注记记，这这种种钢钢尺尺适适合合一一般般距距离离的的丈丈量量；全全毫毫米米刻刻划划的的钢钢尺尺有有的的起起点点处处一一分分米米内内刻刻有有毫毫米米分分划划有有的的钢钢尺尺整整个个尺尺长长内内都都刻刻有有毫毫米米分分划划，适适合合精密距离丈量。精密距离丈量。1.钢尺钢尺亦称钢卷尺，钢尺的长度有：20m、30m、50m4钢钢尺尺量量距距最最基基本本的的要要求求平平、准准、直直。平平：钢钢尺尺要要水水平平；准准：定定线线要要准准。直直：钢钢尺要拉直。尺要拉直。钢尺量距最基本的要求平、准、直。平：钢尺要水平；准：定线5端点尺 刻线尺测钎测钎 花杆花杆皮尺皮尺 测绳测绳钢卷尺钢卷尺端点尺 刻线尺测62.2.皮尺皮尺皮尺是用麻丝和金属丝制成的软带尺，以皮尺是用麻丝和金属丝制成的软带尺，以厘米为基本分划，它一般为端点尺。长度厘米为基本分划，它一般为端点尺。长度有：有：10m、20m、30m、50m。皮尺的伸缩皮尺的伸缩性较大，用于较低精度测量距离。性较大，用于较低精度测量距离。2.皮尺73.3.测绳测绳测测绳绳是是由由细细麻麻绳绳和和金金属属丝丝制制成成的的线线绳绳尺尺，长长度度有有5050米米、100100米米等等几几种种，精精度度比比皮皮尺尺的的精度更低。精度更低。3.测绳测绳是由细麻绳和金属丝制成的线绳尺，长度有50米、184.4.标杆标杆(花杆、测杆花杆、测杆)标标杆杆长长2-32-3m m，直直径径3-43-4cmcm，标标杆杆上上有有2020cmcm长长度度的的红红白白相相间间，以以便便远远处处可可以以清清晰晰看看见见，用于标志方向。用于标志方向。4.标杆(花杆、测杆)标杆长2-3m，直径3-4cm，标杆上95.5.测钎测钎测测钎钎用用粗粗铁铁丝丝制制成成，以以6 6根根或或1111根根为为一一组组，用用于于定定线线与与计计数数即即用用来来标标志志所所量量尺尺段段的的起起、迄点和计算已量过的整尺段数。迄点和计算已量过的整尺段数。6.6.垂球垂球用于定线、投点。用于定线、投点。5.测钎10二、点的标定与直线定线二、点的标定与直线定线 1.1.点的标定点的标定测量工作主要是决定点的位置，重要的点必须在测量工作主要是决定点的位置，重要的点必须在地面上标定下来。地面上标定下来。点的标定是指确定点在地面上的位置。在距离丈点的标定是指确定点在地面上的位置。在距离丈量之前，需要在直线两端标定点位。量之前，需要在直线两端标定点位。点的标定刻在地面上设立标志，标志的种类很多。点的标定刻在地面上设立标志，标志的种类很多。有临时性和永久性的，有的在桩顶钉有或划有有临时性和永久性的，有的在桩顶钉有或划有“”，以便精确地表示点位。有的用红油漆或石，以便精确地表示点位。有的用红油漆或石桩或水泥桩。桩或水泥桩。二、点的标定与直线定线 1.点的标定112.2.直线定线直线定线当当所所测测距距离离较较长长或或地地势势起起伏伏较较大大时时，一一个个尺尺段段不不能能完完成成距距离离丈丈量量，为为使使多多个个尺尺段段丈丈量量沿沿着着已已知知直直线线的的方方向向进进行行，就就需需要要在在两两点点间间的的直直线线上上，再再标标定定一一些些点点位位，使使这这些些点在同一直线上点在同一直线上,这一工作就称为直线定线。这一工作就称为直线定线。2.直线定线当所测距离较长或地势起伏较大时，一个尺段不能完成12直线定线的目的：标定直线的方向，便于直线定线的目的：标定直线的方向，便于量距。直线定线分为：由近及远法、由远量距。直线定线分为：由近及远法、由远及近法两种。其中，由远及近法较准确些。及近法两种。其中，由远及近法较准确些。1.两点间目估定线两点间目估定线直线定线的目的：标定直线的方向，便于量距。直线定线分为：由近13钢尺量距的直线定线直线定线的方法有：钢尺量距的直线定线直线定线的方法有：目估定线和经纬仪定线。目估定线和经纬仪定线。（1 1）目估定线。以在两端点间定线为例）目估定线。以在两端点间定线为例（还有在两点延长线上定线，两端点不易（还有在两点延长线上定线，两端点不易到达或两端点间为山丘所阻而不能通视的到达或两端点间为山丘所阻而不能通视的定线两种情况）。定线两种情况）。钢尺量距的直线定线直线定线的方法有：目估定线和经纬仪定线。14（2）经纬仪定线。在待测距离的一端点安）经纬仪定线。在待测距离的一端点安置经纬仪，然后照准另一端点的标杆，固置经纬仪，然后照准另一端点的标杆，固定照准部，并指挥另一测量员在测线方向定照准部，并指挥另一测量员在测线方向左右移动，直到与望远镜的竖丝完全重合左右移动，直到与望远镜的竖丝完全重合为止。为止。（2）经纬仪定线。在待测距离的一端点安置经纬仪，然后照准另一15一一般般定定线线时时，点点与与点点之之间间距距离离宜宜稍稍短短于于一一整整尺尺子子长长，地地面面起起伏伏较较大大时时宜宜更更短短。在在平平坦坦地地区区，这这项项工工作作常常与与丈丈量量同同时时进进行行，即即边边丈丈量量边边定定向向。当当距距离离丈丈量量精精度度要要求求不不高高时时，采采用用标标杆杆目目估估定定线线；如如果果精精度度要要求求较较高时，则采用经纬仪定线。高时，则采用经纬仪定线。一般定线时，点与点之间距离宜稍短于一整尺子长，地面起伏较大时16三、距离丈量的方法三、距离丈量的方法*距距离离丈丈量量的的方方法法有有一一般般方方法法和和精精密密方方法法。一一般般方方法法是是指指在在距距离离丈丈量量时时采采用用目目估估定定线线，丈丈量量精精度度只只要要求求到到厘厘米米的的一一种种距距离离测测量量方方法法。该该方方法法采采用用钢钢尺尺距距离离时时精精度度能能达达到到1/1000-1/30001/1000-1/3000。三、距离丈量的方法*距离丈量的方法有一般方法和精密方法。一171.平坦地区距离丈量方法平坦地区距离丈量方法 对对于于平平坦坦地地面面直直接接沿沿地地面面丈丈量量水水平平距距离离，可可先先在在地面进行直线定线，也可边定线边丈量。地面进行直线定线，也可边定线边丈量。ABAB全长全长 D=nl+qD=nl+q式中：式中：nn整尺段数；整尺段数；ll钢尺长度；钢尺长度；qq余长即不足一整尺段的余尺长。余长即不足一整尺段的余尺长。为为了了防防止止丈丈量量过过程程中中发发生生偏偏差差，提提高高丈丈量量的的精精度度，应进行往返丈量。应进行往返丈量。1.平坦地区距离丈量方法 对于平坦地面直接沿地面丈量水平距离182.倾斜地面距离丈量方法倾斜地面距离丈量方法 平量法平量法斜量法斜量法 2.倾斜地面距离丈量方法 平量法19钢钢尺尺量量距距成成果果精精度度一一般般用用相相对对误误差差来来表表示示，在在平平坦坦地地区区要要求求达达到到1/30001/3000，在在地地形形起起伏伏较较大大的的地地区区应应达达到到1/20001/2000，在在困困难难地地区区丈丈量精度不得低于量精度不得低于1/10001/1000。量距的相对误差。量距的相对误差K K钢尺量距成果精度一般用相对误差来表示，在平坦地区要求达到1/20用一般方法量距，精度只能达到用一般方法量距，精度只能达到1/10001/10001/50001/5000，当测距精度要求更高时，例如，当测距精度要求更高时，例如1/100001/100001/400001/40000，这就要用精密测距方，这就要用精密测距方法丈量距离。法丈量距离。用一般方法量距，精度只能达到1/10001/5000，当测21第二节第二节 视距测量视距测量 一、视距测量原理一、视距测量原理 二、视距测量的观测与计算二、视距测量的观测与计算 三、视距测量的误差及注意事项三、视距测量的误差及注意事项 第二节 视距测量 一、视距测量原理 22一、视距测量原理一、视距测量原理1.视距测量原理视距测量原理 视距测量是根据几何光学和三角学原理，利用望视距测量是根据几何光学和三角学原理，利用望远镜内的视距装置和视距尺同时测定两点间的水远镜内的视距装置和视距尺同时测定两点间的水平距离和高差的一种测量方法。平距离和高差的一种测量方法。这种方法具有操作方便、速度快、一般不受地形这种方法具有操作方便、速度快、一般不受地形限制等优点。虽然精度较低（普通视距测量仅能限制等优点。虽然精度较低（普通视距测量仅能达到达到1/2001/3001/2001/300的精度），但能满足测定碎部点的精度），但能满足测定碎部点位置的精度要求。所以视距测量被广泛地应用于位置的精度要求。所以视距测量被广泛地应用于地形测图中。地形测图中。一、视距测量原理1.视距测量原理 23十字丝分划板上刻制上、下对称的两条短十字丝分划板上刻制上、下对称的两条短线，称为视距丝线，称为视距丝 十字丝分划板上刻制上、下对称的两条短线，称为视距丝 242.2.视距测量的特点视距测量的特点测量距离的相对误差约为测量距离的相对误差约为1/3001/300，低于钢，低于钢尺量距（尺量距（1/1000-1/30001/1000-1/3000）；）；测定高差的精度低于水准测量和三角高测定高差的精度低于水准测量和三角高程测量；程测量；视距测量广泛用于地形测量的碎部测量视距测量广泛用于地形测量的碎部测量中中 2.视距测量的特点25二、视距测量的观测与计算二、视距测量的观测与计算 1.1.视距测量观测视距测量观测（1 1）在测站点）在测站点A A安置经纬仪、对中整平，安置经纬仪、对中整平，量取仪器高量取仪器高i i，在在B B点竖立视距尺。点竖立视距尺。（2 2）盘左（或盘右）位置，转动照准部瞄）盘左（或盘右）位置，转动照准部瞄准准B B点视距尺，分别读取上、下、中三丝读点视距尺，分别读取上、下、中三丝读数，并算出尺间隔数，并算出尺间隔l l。二、视距测量的观测与计算 1.视距测量观测26（3 3）转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数L L、R R，并计算垂直角并计算垂直角和竖盘的指标差。和竖盘的指标差。（4）根据尺间隔）根据尺间隔l、垂直角垂直角、仪器高仪器高i及中及中丝读数丝读数v，计算水平距离计算水平距离D和高差和高差h。（3）转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，272.2.视距测量的计算方法视距测量的计算方法视线倾斜时或水平时都可用下式测定水平视线倾斜时或水平时都可用下式测定水平距离距离.(.(如利用水准仪进行视距测量就是视如利用水准仪进行视距测量就是视线水平情况线水平情况)：视线的倾斜角度。视线的倾斜角度。l:l:尺间隔。尺间隔。i i：仪器高仪器高(地面桩点到经纬仪横轴的距离地面桩点到经纬仪横轴的距离)v：瞄准高瞄准高(为十字丝中丝在视距尺上的读为十字丝中丝在视距尺上的读数数)2.视距测量的计算方法视线倾斜时或水平时都可用下式测定水平距28三、视距测量的误差及注意事项三、视距测量的误差及注意事项 1.1.读数误差读数误差用视距丝读取尺间隔的误差用视距丝读取尺间隔的误差 垂直角测定误差垂直角测定误差 2.2.视距尺倾斜引起的误差视距尺倾斜引起的误差 3.3.视距常数视距常数K K不准确的误差不准确的误差 三、视距测量的误差及注意事项 1.读数误差294.4.外界条件的影响外界条件的影响 大气垂直折光影响大气垂直折光影响空气对流使成像不稳定产生的影响。空气对流使成像不稳定产生的影响。此外，视距尺分划误差等都将影响视距测此外，视距尺分划误差等都将影响视距测量的精度。量的精度。4.外界条件的影响 30第三节第三节 光电测距光电测距 距离丈量方法有：距离丈量方法有：直线丈量法量距（即用皮尺、钢尺等工具量距）：直线丈量法量距（即用皮尺、钢尺等工具量距）：外业工作繁重，工作效率低，在复杂的地形条外业工作繁重，工作效率低，在复杂的地形条件下甚至无法工作。件下甚至无法工作。光学视距法测距：操作比较简便，可以克服某些光学视距法测距：操作比较简便，可以克服某些地形条件的限制，但测程较短，测距精度也不高。地形条件的限制，但测程较短，测距精度也不高。视差法测距：精度虽比较高些，但测程也比较短。视差法测距：精度虽比较高些，但测程也比较短。为了改善作业条件，扩大测程，提高测距精度和为了改善作业条件，扩大测程，提高测距精度和作业效率，出现了一种新的方法作业效率，出现了一种新的方法电磁波测距电磁波测距法。法。第三节 光电测距 距离丈量方法有：31一、电磁波测距的基本原理一、电磁波测距的基本原理 s=ct/2c为电磁波在大气中的传播速度，它可以根据观测为电磁波在大气中的传播速度，它可以根据观测时的气象条件来确定。时的气象条件来确定。电磁波测距按采用的载波不同，可分为光电测距电磁波测距按采用的载波不同，可分为光电测距和微波测距。和微波测距。光电测距仪的测程可以测中长程（测程为五至几光电测距仪的测程可以测中长程（测程为五至几十公里），也可以测短程（测程在五公里以内），十公里），也可以测短程（测程在五公里以内），具有小巧轻便，既能测距又能测角，自动化程度具有小巧轻便，既能测距又能测角，自动化程度高等特别。高等特别。一、电磁波测距的基本原理 s=ct/232按传播时间按传播时间t的测定方法分：脉冲法测距和的测定方法分：脉冲法测距和相位法测距。相位法测距。按按测测距距仪仪所所使使用用的的光光源源分分：普普通通光光源源、红红外光源、激光光源。外光源、激光光源。按测距精度分：按测距精度分：级、级、级、级、级。级。按传播时间t的测定方法分：脉冲法测距和相位法测距。33测距仪测距误差可表示为：测距仪测距误差可表示为：式中，式中，AA固定误差；固定误差；BB比例误差系数。比例误差系数。如如：某某测测距距仪仪出出厂厂时时的的标标称称精精度度：（5 5510510-6-6D D）mmmm，简称简称“5+5”“5+5”测距仪测距误差可表示为：34二、光电测距仪的使用二、光电测距仪的使用 1.1.一般安装在经纬仪上使用。一般安装在经纬仪上使用。测测距距时时，将将测测距距仪仪和和反反光光镜镜分分别别安安置置在在测测线线的的两两端端，对对中中、整整平平，接接通通测测距距仪仪的的电电源源，照照准准反反射射镜镜，检检查查经经反反射射镜镜反反射射回回的的光光强强信信号号。合合乎乎要要求求即可开始测距。即可开始测距。为为防防止止出出现现粗粗差差，可可依依次次照照准准读读两两次次读读数数。然然后后，重重新新照照准准再再次次读读两两次次距距离离读读数数。采采用用两两次次照照准准的的目的是为了减小照准误差的影响。目的是为了减小照准误差的影响。二、光电测距仪的使用 1.一般安装在经纬仪上使用。352.2.将将读读数数值值记记入入手手簿簿中中，接接着着读读取取竖竖盘盘读读数数，记记入入手手簿簿相相应应部部分分。测测距距时时由由温温度度计计读取大气温度值，由气压计读取气压值。读取大气温度值，由气压计读取气压值。2.将读数值记入手簿中，接着读取竖盘读数，记入手簿相应部分。363.3.观观测测完完毕毕可可按按测测线线的的竖竖直直角角进进行行倾倾斜斜改改正正，按按气气温温和和气气压压进进行行气气象象改改正正，最最后后求求得测线的水平距离。得测线的水平距离。3.观测完毕可按测线的竖直角进行倾斜改正，按气温和气压进行气37第四节第四节 直线定向直线定向 测量工作中常常需要确定两点间平面位置的相对测量工作中常常需要确定两点间平面位置的相对关系，要确定这种关系，仅仅量得两点间得距离关系，要确定这种关系，仅仅量得两点间得距离是不够得，还需要知道这条直线得方向，这才算是不够得，还需要知道这条直线得方向，这才算把两点间相对位置确定了。把两点间相对位置确定了。在测量工作中，一条直线的方向是根据某一基本在测量工作中，一条直线的方向是根据某一基本方向确定的。确定一条直线与基本方向的关系称方向确定的。确定一条直线与基本方向的关系称为直线定向。为直线定向。第四节 直线定向 测量工作中常常需要确定两点间平面位置的相对38一、标准方向的种类一、标准方向的种类 1.1.真子午线方向真子午线方向地地面面上上任任一一点点在在其其真真子子午午线线处处的的切切线线方方向向。子子午午线线：子子午午面面平平面面与与地地球球表表面面的的交交线线（经线或经圈）。（经线或经圈）。在在国国家家小小比比例例尺尺测测图图中中采采用用真真子子午午线线方方向向作为定向的基准。作为定向的基准。一、标准方向的种类 1.真子午线方向392.2.磁子午线方向磁子午线方向地地面面上上任任一一点点在在其其磁磁子子午午线线处处的的切切线线方方向向。磁磁针针自自由由静静止止时时，其其轴轴线线所所指指的的方方向向，可可用用于于下下面面积积大大比比例例尺尺测测图图中中常常采采用用磁磁子子午午线方向作为定向的基准。线方向作为定向的基准。2.磁子午线方向403.3.轴子午线轴子午线(坐标纵轴坐标纵轴)方向方向地地面面上上任任一一点点与与其其高高斯斯平平面面直直角角坐坐标标系系或或假假定定坐坐标标系系的的坐坐标标纵纵轴轴平平行行的的方方向向。在在一一般般测测量量工工作作中中，采采用用坐坐标标纵纵轴轴线线方方向向作作为为标准方向。标准方向。3.轴子午线(坐标纵轴)方向41磁偏角磁偏角 地面上同一点的真、磁子午线方向不重合，其夹角称为磁偏角。磁子午线方向在真子午线方向东侧，称为东偏，为正。反之称为西偏，为负。磁偏角 地面上同一点的真、磁子午线方向不重合，其夹角称为磁42子午线收敛角子午线收敛角 当当轴轴子子午午线线方方向向在在真真子子午午线线方方向向以以东东，称称为东偏，为东偏，为正。反之称为西偏，为正。反之称为西偏，为负。为负。可可见见在在中中央央子子午午线线上上，真真子子午午线线与与轴轴子子午午线线重重合合，其其他他地地区区不不重重合合，两两者者的的夹夹角角即即为为。子午线收敛角 当轴子午线方向在真子午线方向以东，称为东偏，43二、直线方向的表示方法二、直线方向的表示方法 1.1.方位角方位角由由标标准准方方向向的的北北端端顺顺时时针针方方向向量量到到某某一一直直线线的的水水平平角角，称称为为该该直直线线的的方方位位角角。方方位位角角的的种种类类有有真真方方位位角角A A、磁磁方方位位角角AmAm、坐坐标标方位角方位角。方位角的角值方位角的角值00360 360 同同一一直直线线正正、反反方方位位坐坐标标方方位位角角相相差差180180：ABABBABA180180二、直线方向的表示方法 1.方位角442.2.象限角法象限角法由由标标准准方方向向的的北北端端或或南南端端起起，顺顺时时针针或或逆逆时时针针方方向向量量到到某某一一直直线线的的锐锐角角，并并注注出出象象限限名名称称，称称为为象限角，用象限角，用R R表示。象限角的角值表示。象限角的角值009090象象限限角角的的表表示示法法:以以下下表表示示均均是是正正确确的的：北北偏偏东东3030、北北 3030东东、NE30NE30、N30EN30E、SW30SW30、SE30SE30、NW30NW30；下下面面几几个个表表示示法法是是错错误误的的：东东偏偏南南3030、WS30WS30、WN S30WN S30、EN30EN302.象限角法由标准方向的北端或南端起，顺时针或逆时针方向量到45三、几种方位角之间的关系三、几种方位角之间的关系*真真方方位位角角磁磁方方位位角角m m磁磁偏偏角角坐坐标标方方位位角角子午线收敛角子午线收敛角真真方方位位角角可可用用天天文文观观测测方方法法或或用用陀陀螺螺经经纬纬仪仪(gyro theodolite)gyro theodolite)来测定。来测定。磁磁方方位位角角可可用用罗罗盘盘仪仪（compasscompass）来来测测定定。不宜作精密定向。不宜作精密定向。坐坐标标方方位位角角由由2 2个个已已知知点点坐坐标标经经“坐坐标标反反算算”求得。求得。三、几种方位角之间的关系*真方位角磁方位角m磁偏角46 2323 1212 B1B1已知：已知：ABAB，B B，1 1=，2 2=求：求：B1B1、1212、23231 12 2A AB B ABAB 1 1 2 2 B B方位角的推算 2312B1已知：AB，B，1=，2=12AB47