04距离测量和直线定向

第四章距离测量与直线定向§4.1卷尺量距§4.2视距测量§4.3电磁波测距§4.4直线定向距离测量：测量地面两点之间的水平距离。距离测量的方法卷尺量距普通视距电磁波测距垂球一、量距工具钢尺—端点尺和刻线尺钢尺测钎标杆弹簧秤4.1卷尺量距（一）钢卷尺钢卷尺有：20米、30米、50米等几种。由钢带制成。（二）皮尺皮尺又称布带尺。有20米、30米和50米数种。（三）丈量工具丈量工具有：标杆、测钎、垂球、弹簧和温度计。二、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。（一）目测定线B21A（二）用经纬仪定线1.用经纬仪在两点间定线B321A2.用经纬仪延长直线CBA1、平坦地面的量距A、B两点间的水平距离为：qnlD式中：n—整尺段数；l—钢尺的尺长；q—不足一整尺的余长。三、钢尺量距的一般方法2、倾斜地面丈量平量法：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。2、倾斜地面丈量斜量法：当地面坡度较大，钢尺抬平有困难时，也可沿地面丈量倾斜距离S，用水准仪测定两点间的高差h，按以下两式计算水平距离D：22hSDhDSDS2hD2h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1/3000在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1/1000四、钢卷尺长度检定经过检定的钢尺长度可用尺长方程式：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t0时钢尺全长改正数；（通过钢尺检定得到）—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C五、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。3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,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。4.2视距量距一、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二、视距测量观测步骤1)安置仪器，量取仪器高(到厘米)。2)立尺于地形点上，竖直尺子(一定要立直，这是影响精度的关键)。3)盘左读取下上丝读数，计算视距间隔(只用盘左)。4)读取中丝，并使竖盘水准管气泡居中，读竖盘读数(平坦地区的角度较小)。以上是一个测点的观测。平坦地区可用水准仪观测距离。三、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误差返回4.３电磁波量距B测距仪(EDMinstrument)反光棱镜(reflector)全站仪、棱镜照片一、原理二、分类1．按测程分：短程、中程、远程。2．按传播时间t的测定方法分：脉冲法测距、相位法测距。3．按测距仪所使用的光源分：普通光源、红外光源、激光光源。4．按测距精度分：Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。注：测距误差及标称精度测距仪测距误差可表示为：式中，A——固定误差；B——比例误差系数。如：某测距仪出厂时的标称精度：±（5＋5×10-6D）mm，简称“5+5”)(:)(222DBAmDBAmDD简写为三、使用——一般安装在经纬仪上使用。1、常数预置（1）设置棱镜常数（PRISM）。一般：原配棱镜为零，国产棱镜多为-30mm。（2）置乘常数。输入气温、气压或用有关公式计算出值后,再输入。2、倾斜改正有：，由测距仪自动改正。cos斜平DD电磁波测距仪的优点：1、测程远、精度高。2、受地形限制少等优点。3、作业快、工作强度低。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。四、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4.４直线定向一、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O1O2O3O4（北）（西）y（东）（南）xoⅠⅣⅢⅡRO1RO3RO2RO4αO1αO2αO3αO41234αO1=RO1αO2=180°－RO2αO3=180°＋RO3αO4=360°－RO4三、坐标方位角的推算α12已知，通过连测求得12边与23边的连接角为β2（右角）、23边与34边的连接角为β3（左角），现推算α23、α34。1234xxxα23α34α12β2β3前进方向212221231801234xxα23α12β2α21前进方向xα34β3α3232333234180由图中分析可知：推算坐标方位角的通用公式：左右后前180注意：计算中，若α前360°，减360°；若α前0°，加360°。当β角为左角时，取“＋”；若为右角时，取“－”。例题：已知α12=46°，β2、β3及β４的角值均注于图上，试求其余各边坐标方位角。α23=α12＋180°－β24x23146°125°10´5136°30´247°20´解：α34=α23＋180°＋β3=417°20´360°（417°20´－360°）=57°20´α45=α34＋180°－β40°（－10°＋360°）=350°=100°50´=46°＋180°－125°10´=100°50´＋180°＋136°30´=－10°=57°20´＋180°－247°20´前进方向四、直角坐标与极坐标的换算12211221xxxyyy21122112xxxyyy3）直角坐标和极坐标的换