工程测量45距离测量与直线定向

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,*,工程测量,北京科技大学土木学院,晏剑斌,第四、五章 距离测量与直线定向,4-1 钢尺量距,量距的工具,钢尺：最常用有30,m、50m,两种,注意零点的位置！,花杆、测钎、垂球、弹簧秤、温度计,4-1,-1,钢尺量距的一般方法,量距的工具,直线定线,当两点之间的距离较长或地势起伏较大时，须分段丈量,一般量距用目视定线即可,距离 偏离,5,cm,10,cm,20,cm,30,m,0.16,mm,0.67,mm,2.67,mm,?,4-1,-1,钢尺量距的一般方法,量距的工具,直线定线,量距方法,1平坦地区的距离丈量,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,可把尺子放在地面上进行,在整尺的地方插一测钎,丈量至少往返测各一次。,D=nL,0,+L,0,4-1,-1,钢尺量距的一般方法,量距的工具,直线定线,量距方法,1平坦地区的距离丈量,2倾斜地面的距离丈量,平量法,斜量法,4-,1-2,钢尺量距的精密方法,普通方法只能达到1/1000-1/5000，精密方法可以达到1/10000-1/40000，所使用的钢尺必须经过检定，测量时使用拉力计和温度计。,经纬仪定线,概量分段，每段略短于尺长；打木桩、做标记,尺段丈量,施标准拉力，同时读数，每段移动钢尺位置量3次，估读到0.5,mm,测定各段高差,水准测量，往返进行，互差不超过10,mm,4-2 钢尺量距的精密方法,经纬仪定线,尺段丈量,测定各段高差,尺段改正计算,尺长改正,L,d,(LL,0,)L/L,0,L,d,(30.002530)x29.8652/30=0.0025,温度改正,L,t,(tt,0,)L,L,t,1.2x10,-5,x(25.820)x29.8652=0.0021,30米尺子每,差,0.36,mm,;5,0米尺子每,差,0.6,mm,倾斜改正,L,h,h,2,/2L,L,h,(-0.152),2,/(2x29.8652)=-0.0004,4-2 钢尺量距的精密方法,经纬仪定线,尺段丈量,测定各段高差,尺段改正计算,计算全长和相对误差,计算往返测的各自长度,相对误差=|往测返测|/往返均值,钢尺的检定,到检定机构的比长台进行,尺长方程式:,l,t,l,0,+,l,+l,0,(tt,0,),4-,1-3,钢尺量距的误差分析,一、定线误差,二、尺长误差,尺长误差具有系统积累性，它与所量距离成正比,三、温度误差,用温度计测定的是空气的温度，而不是钢尺本身的温度,四、拉力误差,五、尺子不水平的误差,30,m,尺子2.6,kgf,导致1,mm,误差;50,m,尺子1.7,kgf,导致1,mm,误差,4-,1-3,钢尺量距的误差分析,六、钢尺垂曲和反曲的误差,A,B,f,f=-8f,2,/3L,0,L,f,(L/L,0,),3.,f,七、丈量本身的误差,4-,3,光电测距仪简介,概况,1941,年瑞典物理学家,Bergstrand,在研究光速时开发了高精度测量时间的技术,1948年瑞典,AGA,厂推出了第一台光波测距仪,自20世纪50年代以来，随着需求的增长和光学、微电子学的发展，出现了红外测距、微波测距、激光测距技术，统称为电磁波测距技术,电磁波测距技术大大减轻了距离测量的劳动强度，也大大提高了作业精度和速度,4-,3,光电测距仪简介,概况,分类,1.,按载波分,微波测距仪,激光测距,仪,红外光测距仪,2.,按测程分,短程测距仪,(15,km),4-,3,光电测距仪简介,概况,分类,电磁波测距原理,设电磁波在测距仪与反光镜之间往返的时间为,t,则测距仪至反光镜的距离,:,其中,C=C,0,/,n,C,0,为光在真空中的传播速度,C,0,=299792458m,/,s,n,为大气折射率,与测距仪所用光源的波长,，测线上的气温,t,气压,P,和湿度,e,有关。,要保证,lcm,的测距精度，时间测定要准确到6.710,-,ll,s,这是难以做到的。因此，大多采用间接测定法来测定。,4-,3,光电测距仪简介,电磁波测距原理,1脉冲式测距,由测距仪的发射系统发出,光脉冲,，经被测目标反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔,t,的,钟脉冲的个数,以求得距离,S。,由于计数器的频率一般为300,MHz(3x10,8,Hz)，,测距精度为,O.5m，,精度较低。,2相位式测距,由测距仪的发射系统发出一种连续的,调制光波,，测出该调制光波在测线上往返传播所产生的,相位移,，以测定距离,S,。红外光电测距仪一般都采用相位式测距。,4-,3,光电测距仪简介,我们把,/2叫作测距仪的“尺长”,4-,3,光电测距仪简介,电磁波测距原理,2相位式测距,设光从发射器发出，抵达反光镜后返回仪器的接收器，称为信号2。而从发射器发出的光分出一路直接进入处理装置，称为信号1。则信号1和2之间存在相位差,和整周数,N,利用,测相器,可测定,，,但而不能求得“整周数,N”。,因此只可以求得“余长”，而不能求得整长。,4-,3,光电测距仪简介,电磁波测距原理,2相位式测距,短程的电磁波测距仪常用砷化镓,GaAs,发出的红外激光波长约0.87,m。,显然是不能用它做测距信号的。,无线电技术可以对电磁波的振幅、频率、相位加以调制使其随时间按一定的规律变化。,在,GaAs,激光器上注入按规律变化的电流后可以使激光器,按同样的规律,改变,发光的强度,。调制波的频率远小于红外激光的频率。,4-4 光电测距仪简介,由于测相器只能测定不足一周的“尾数,”，,所以，如果我们选择调制光的频率对应的“尺长”足够我们的测程（比如10,km）,则我们只要测出“尾数”就可以了,但是，测相的精度是有限的。仪器测相的精度一般为1/1000，显然，测尺越长，测距的的精度越差。,解决办法：,用几把不同尺长的测尺来测量，长的测大数，短的测尾数；这样,既可以扩大测程又可以保证精度,。,4-4 光电测距仪简介,电磁波测距原理,2相位式测距,测尺长度,10,m,100,m,1,km,10,km,100,km,测尺频率,15,MHz,1.5,MHz,150,KHz,15,KHz,1.5,KHz,测量精度,1,cm,10,cm,1,m,10,m,100,m,1脉冲式测距,测距仪的标称精度,m,D,=(a+b,D),5mm+1ppm;3mm+2ppm,本章作业,教材第,73,页,思考题第,5,题,习题第,题,第五章直线定向,确定直线与,标准方向,之间的水平角度称为,直线定向,。,标准方向的种类,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,2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,3坐标纵轴方向,用高斯投影后该带的坐标纵轴（,X,轴）方向作为标准方向,5,-2,方位角,标准方向的种类,表示直线方向的方法（方位角）,由标准方向的,北端起，顺时针,方向量到某直线的夹角，称为该直线的,方位角,几种方位角之间的关系,1真方位角与磁方位角之间的关系,A,真,=,A,磁,+,（,我国+6-10，北京-5 50）,2真方位角与坐标方位角之间的关系,A,真,=,坐,+,=（,L-L,0,）SinB,5,-2,方位角,几种方位角之间的关系,1真方位角与磁方位角之间的关系,A,真,=,A,磁,+,2真方位角与坐标方位角之间的关系,A,真,=,坐,+,3坐标方位角与磁方位角之间的关系,坐,=,A,磁,+,-,“三北”之间的关系,5,-2,方位角,正、反坐标方位角,测量中的直线具有方向性,通过起点,A,的坐标纵轴方向与直线,A,B,所夹的坐标方位角,AB,，,称为直线,AB,的,正坐标方位角,过终点,B,的坐标纵轴方向与直线,B,A,所夹的坐标方位角，称为,直线,AB,的,反坐标方位角,(是直线,BA,的正坐标方位角)。,显然有：,BA,=,AB,+180,测量工作中均采用坐标方位角进行直线定向!,？,5,-2,方位角,正、反坐标方位角,坐标方位角的推算,从已知边开始，通过观测各条边之间的水平夹角，即可推算各条边的坐标方位角,下,=,上,+,左,+180,下,=,上,-,右,+180,5-3,用罗盘仪测定磁方位角,最大优点：方便、灵活、使用简单,最大缺点,：,怕磁干扰、精度低,度盘为,逆时针,0-360,度注记,可在已知边上测定磁偏角,5-4,用陀螺仪测定真方位角,最大优点：方便、灵活,本章作业,教材第,83,页,思考题第,2,题,习题第,3,题,