土木工程测量课件 直线定向和距离测量

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 直线定向和距离测量,第一节直线定向,第二节钢尺量距,第三节视距测量,第四节光电测距自修,第五节全站仪测量自修,直线定向,确定地面上一条直线与标准方向间水平角的工作,4-1 直线定向,一、标准方向,真北方向：过地面上某点的真子午线切线方向的北端天文测量方法和陀螺经纬仪,磁北方向：过地面上某点的磁子午线切线方向的北端罗盘仪 ,坐标北方向：高斯投影带中央子午线北端或平面直角坐标系坐标纵轴北端各点的坐标北方向彼此平行,二、直线定向的方法,1. 方位角：,由标准方向的北端起顺时针至某一直线的水平角。角值由o360,N,A,O 1,分类,：,真方位角A：由真子午线北端起算的方位角。它是用天文观测方法或用陀螺经纬仪测定。,磁方位角A,m,：由磁子午线北端起算的方位角。它是用罗盘仪测定的。,坐标方位角,：由坐标纵轴北端起算的方位角。,三种方位角之间的关系,磁偏角,：磁北与真北间的夹角。以真北为准，判断磁北的位置，东正西负。,子午线收敛角,：轴北与真北间的夹角。以真北为准，判断轴北的位置，东正西负。,磁坐偏角,m,：轴北与磁北间的夹角。以轴北为准，判断磁北的位置，东正西负。,A=A,m,+,A=, ,A,m,+,2. 象限角,地面直线与子午线南端或北端构成的锐角，并冠以所在象限的名称，以R表示。,真象限角、磁象限角、坐标象限角,图418,例如,R,01,= NE 3,924,R,02,= SE 25,12,R,03,= SW 68,56,R,04,= NW 71,35,N 1,4,0,3,2,坐标方位角与坐标象限角的关系,直线方向,由方位角,求象限角,R,由象限角,R,求方位角,北东（NE）第I象限,南东（SE）第II象限,南西（SW）第III象限,北西（NW）第IV象限,R,NE,R,SE（180,）,R,SW（,180）,R,NW（360,）,R,180R,180+ R,360R,4.1.2 坐标方位角的计算,一、由点的坐标反算坐标方位角,RAB =arctanyABxAB,yAB = yB-yA xAB = xB-xA,RAB象限角,并判断象限？,AB 与RAB 的关系,二、正、反坐标方位角：,同一直线的正、反坐标方位角之间相差180，即,BA,AB,180,三、坐标方位角推算,前=后+左,-180,或,前=后-,右+180,4.2.1 距离测量概述,一、水平距离,在测区面积不大的情况下半径小于10km的范围，可以不考虑地球曲率的影响，用水平面代替水准面。,两点间连线垂直投影在水平面上的长度称为水平距离。,4-2钢尺量距,二、直线量距的一般方法，精度及其适用范围,1、直接量距：用长度标准直接与被测距离比较，从而获得被测距离长度。皮尺、钢尺、铟瓦基线尺,2、间接量距：根据条件，依据一定的关系式间接推算出被测距离。视距测量、光电测距,方法 精度 适用范围,1、步测法,1,/,200,野外踏勘、选点和小比例尺地形图的测绘,2、视距法,3、钢尺一般量距,4、钢尺精密量距,5、激光红外测距仪,1,/,200,1,/,300,地形测量中的碎部测量,1,/,2000,1,/,3000,导线测量，一般建筑轴线丈量,1,/,5000,1,/,2万,精密导线测量，工业厂房主要轴线的测量,测程：2,KM,20,KM,精度：,(3,mm,+2,PPM,),三、 距离测量一般方法,一、地面点的标定,1、临时标志,2、永久标志,二、直线定线：,将待测距离上的分段点标定在同一条直线上的工作。,1、定线的目的：保证待测距离的直线性,2、定线的方法：,花杆目视定线,经纬仪正倒镜分中法,三、直线定线的实施,1、在两点间定线,2、在两点的延长线上定线,3、两点不通视时的定线：逐渐趋近法,4.2.2 钢尺量距,一、钢尺量距的一般方法,1、平量法,2、斜量法：,图41,平坦地面的距离丈量,D = nL,0,+ L,0,在平坦地面丈量距离时，可把尺子放在地面上逐段进行丈量至少往返测各一次。,量距精度以相对误差表示，并将其换算为分子为,1,的分数形式，精度一般不低于1/3000,|往测 返测 | / 往返均值 = 1 /,M,A,B,平坦地面测量,算例,：,整尺段数为3，余长: 往测24.890m,返测24.840m,D = nL,0,+ L,0,往测距离为：174.890m,返测为174.840m平均为174.865m，相对误差为：,|174.890-174.840|/174.865=1/3500,|往测 返测|/往返均值=1/,M,A,B,倾斜地面的距离丈量,平量法,如果地面起伏不大，丈量时将尺子一端抬高，并用目估法使尺子大致水平，然后用测钎或垂球将尺子的端点投到地面上。将量得的各段水平距离求和即为所量距离。,倾斜地面的距离丈量,斜量法,当坡度变化均匀时，AB的斜距L，测出地面的倾角，那么水平距离l为： l=Lcos。如果未测倾角，而是测定了A、B两点间的高差h，按直角三角形计算。,数据处理,误差计算,：,往、返测较差：,D=D,往,D,返,往、返测相对较差：,容许相对较差：,测规,铁路,城市,公路,容许相对较差,1/2000,1/3000,平地：1/3000,山地：1/1000,假设到达精度,所测距离最终值为：,二、钢尺量距的精密方法,适用范围：,精度要求1/10000以上时距离测量。,量距方法：,清理现场、经纬仪架设在A点，瞄准B点。,在经纬仪视线上依次定出比钢尺一整尺段略短的尺段，并打上木桩，木桩上标“十字。,量距方法：,两人拉尺，后司尺用弹簧称控制拉力，两人同时读数，要求读至0.5mm ，一人指挥。,每尺段移动钢尺前后位置三次，三次测量结果之差不超过23mm，并记录现场温度至0.5,。,用水准仪测量尺段间木桩顶高差、往返高差不超过,10mm。,尺长改正：,钢尺名义长度l0 、实际长度l那么整尺段的尺长改正数：,l = l l0,任一长度l的尺长改正数：,Ld = l / l0 L,温度改正,lt = t-t0 l，其中：,为钢尺膨胀系数,0.0000125/，t为野外量距时温度，t0为 检定钢尺时的温度。,倾斜改正：,lh = d - l ，其中：高差为,h,斜距为l，h2=l2d2=(ld)(l+d)，,ld=h2/l+d；,由于lh，ld，,所以：,lh = -(h2 / 2l),水平距离,d= l + ld + lt + lh,1、定线误差,2、尺长误差,3、温度测定误差,4、钢尺倾斜误差,5、拉力不均误差,6、钢尺对准及读数误差,4.2.3 钢尺量距误差,4-3视距测量,视距测量是利用经纬仪、水准仪望远镜内的视距丝装置，根据光学原理同时测定距离和高差的一种方法。定义,视距测量具有操作方便、速度快、一般不受地形限制等优点。特点,普通视距测量精度较低，仅能到达1/2001/300的精度。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地形测图中。应用,一、视线水平时计算公式(水准仪视距测量),水平距离,A,B,n,m,n,D,F,N,M,p,d,f,n,m,m, 仪器中心至物镜光心的距离，常数值, 物镜焦距，常数值, 焦点至水准尺的距离，变量,水平距离D, 上、下十字丝的间隔，常数值, 上、下十字丝在水准尺上的,读数差，观测值,m,n,m,n,A,B,D,F,N,M,p,d,f,l,n,m,对于内调焦望远镜，一般有,K,=100,C,=0,一、视线水平时的计算公式水准仪视距测量,高差,i,仪器高,v,中横丝在尺上的读数,m,n,m,n,i,A,B,D,F,N,M,p,d,f,v,l,h,n,m,二、视线倾斜时的计算公式经纬仪视距测量,水平距离,D,A,N,B,M,D,l,M,N,O,D,M,Q,N,B,A,J,N,l,D,M,二、视线倾斜时的计算公式经纬仪视距测量,h, 初算高差，在,QJO,中，,h,=,D,tg,i,O,D,M,Q,N,B,A,v,J,h,h,N,l,D,M,视线倾斜时水平距离的计算公式为：,视线倾斜时高差的计算公式为：,三、视距测量的施测与计算,1,视距测量的施测,1在A点安置经纬仪，量取仪器高，在B点竖立视距尺。,2盘左或盘右位置，转动照准部瞄准B点视距尺，分别读取上、下、中三丝读数，并算出尺间隔l。,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，读取竖盘读数，并计算垂直角,测站：,测站高程： 仪器高：,仪器：,测点,下丝读数,上丝读数,中丝,读数,v,/,m,竖盘,读数,L,垂直角,水平,距离,D,/,m,除算,高差,h,/,m,高差,h,/,m,高程,H,/,m,备注,尺间隔,l,m,视距测量记录与计算手簿,*,*,A,+45.37m,1.45m,DJ,6,1,2.237,0.663,1.45,1.574,87 41 12,+2 18 48,157.14,+6.35,+6.35,+51.72,盘左,位置,2,2.445,1.555,2.00,0.890,95 17 36,-5 17 36,88.24,-8.18,-8.73,+36.64,*,视距尺分划误差,乘常数不准确的误差,竖直角测量误差,视距丝读数误差,视距尺倾斜对视距测量的影响,外界气象条件对视距测量的影响,大气折光,大气湍流,四、视距测量误差,按载波分为：,微波测距仪：采用微波段的无线电波作为载波；,光电测距仪：采用光波作为载波，又分为以下两类：,激光测距仪：用激光作为载波；,红外测距仪：用红外光作为载波。,一、电磁波测距仪的分类,4-4 光电测距,按测定时间方式的不同分为：,脉冲式测距；,相位式测距仪,光电测距仪按测程可分为：,短程测距仪：测程小于3km，用于普通工程测量和城市测量；,中程测距仪：测程为3km15km，通常用于一般等级控制测量；,长程测距仪：测程大于15km，通常用于国家三角网及特级导线。,按仪器的标称精度指标分级,仪器的标称精度表达式为：,I级：m,D,|5mm,II级：5m,D,|10mm,级：10m,D,|20mm,二、光电测距仪测距的根本原理,A,D,B,三、相位式光电测距仪,原理框图,图45,相位法测距的根本公式,图46,四、距量测量的步骤,将测距仪和反射镜分别安置于待测距离的两端，仔细地对中。,测距仪接通电源后照准反射镜，检查经反射镜反回的光强信号，符合要求后即可开始测距。为防止错误和减少照准误差的影响，可进行假设干个测回的观测。,测距读数值记入手簿中，接着观测竖直角并记入手簿的相应栏内。,由温度计和气压计读取大气温度和气压值。,按气温和气压进行气象改正，按测线的竖直角进行倾斜改正，最后求得测线的水平距离。,长度值应化算为两点间的水平距离。,仪器系统误差的改正包括加常数改正、乘常数改正和周期误差的改正。,电磁波在大气中传输时受气象条件的影响很大，因而要进行气象改正。,归算改正主要有倾斜改正、归算至参考椭球面的改正和投影到高斯平面上的改正等。,五、测距成果的整理,4-5 全站仪概述,全站仪，即全站型电子速测仪Electronic Total Station，它是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。全站仪较完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，因此得到了广泛的应用。其根本功能是在仪器照准目标后，通过微处理器的控制，能自动完成测距，水平方向和天顶距读数、观测数据的显示、存储。,1提柄 2提柄固定螺丝 3仪器高标志 4电池 5键盘 6三角基座制动控制杆 7底板8脚螺旋 9圆水准器校正螺丝10圆水准器11显示器12物镜13管式罗盘插口14光学对中器调焦环15 光学对中器分划板 16光学对中器目镜 17水平制动钮 18水平微动钮 19数据输出插口 20外接电源插口 21照准部水准器 22照准部水准器校正螺丝 23垂直微动钮 24垂直微动手轮 25望远镜目镜 26望远镜调焦环 27粗照准器 28仪器中心标志,全站仪观测数据的记录方式：,通过电缆，将仪器的数据传输接口和外接的记录器连接起来，数据直接存储在外接的记录器中；,利用仪器内部的大容量内存，记录数据；,采用插入式数据记录卡。,全站仪的功能,测距，测角,进行自由设站，计算测站点的坐标；,进行支导线测量和计算；,测站定向和极坐标测量及坐标点的放样；进行对边测量,悬高测量,面积测量及计算等。,TC307全站仪,TC307型全站仪的安置步骤如下：,1翻开脚架置于测站点上，并使脚架头大致水平，将仪器安置在脚架上并旋紧连接螺旋；,2翻开电源，翻开激光对中开关，移动脚架使激光束对准地面点，踩紧脚架；,3旋转脚螺旋使激光束精确对准地面点；,4上下抽动脚架，使圆水准器气泡居中；,5旋转脚螺旋使电子水准器居中；,6检查激光对中是否偏离，假设有偏离，松开连接螺旋，平移仪器使之对中并重新整平；,7关闭激光对中开关。,用TC307测量距离的方法,安置仪器,设置仪器高和棱镜高,照准目标,按DIST测距,作 业,课内作业：,P94：4.11、4.12、4.13、4.14,课外作业：,P94：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10,