《水利工程测量》PPT演示课件

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1、31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,1,水利工程测量第5章 距离测量与直线定向 主讲教师：高飞,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,2,第5章 距离测量与直线定向,距离测量是测量三项基本工作之一. 距离测量的方法主要有: 1.钢尺(皮尺)量距. 2.视距测量 3.光电测距 要确定地面点的平面位置,还必须测定直线的方向, 即直线定向,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,3,视距测量图,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,4,利用调制波波长测距,B,测距仪,反光棱镜,S,电磁波测距,电磁波测距图,A,31.10.2020,土木与水利工

2、程学院测量工程系,5,第5章距离测量与直线定向 5.1 钢尺量距 5.2 视距测量 5.3 红外线测距仪及全站仪 5.4 直线定向,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,6,5.1 钢尺量距,1.钢卷尺 尺长与规格：20米、30米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。 刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位 置有不同，分刻线尺和端点尺两种。,5.1.1 量距用的工具: 钢卷尺，花杆，测钎,2.花杆 定线用（量距时标定直线量距的前进方向） 3.测钎 量距时在地面标定尺段端点位置。,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,7,端点尺 刻线尺,测钎 花杆,皮尺 测绳,钢

3、卷尺,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,8,5.1.2 直线定线,3.经纬仪定线: 如果量距要求的精度较高, 可在其端点A安置经纬仪定线.,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,9,5.1.3 丈量方法（往返丈量)）,距离用下式计算：D=nl+l 式中：l整尺段的长度； n丈量的整尺段数； l零尺段长度。,往返丈量较差 D = D往-D返 距离平均值 D平= （D往+D返）,1. 在平坦地面丈量,相对误差,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,10,2.倾斜地面丈量,S,D,h,(1)斜量法: 地面坡度均匀，将量得的倾斜距离S 归算成水平距离D。高

4、差h用水准仪测定。,或,水平距离：,(2) 在倾斜地面丈量,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,11,量距相对精度可达1 1万 1 4万。,3. 钢尺量距的精密方法,精密量距时采取的措施： 1.用检定过的钢尺； 2.经纬仪定线； 3.钉尺段桩(概量得)，用水准仪测量桩间高差； 4.对钢尺施加固定拉力，并测量温度； 5.对量距结果加三项改正数。,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,12,三项改正数,5 . 1 . 4 钢尺量距的成果整理,每尺段经改正后的水平距离：,总的水平距离：,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,13,5.1.5 钢尺检定,目的

5、：求得钢尺两端点刻划间的实际长度。 方法：用钢尺对一段精确的标准长度进行丈量，从而求得 钢尺的尺长改正数。该检定场地也称为“比尺场”。,0 钢尺名义长(m)； t0 标准温度，一般取20； d 尺长改正值(mm)； t 丈量时温度() 钢的膨胀系数，1.210-5 / ；,1.尺长方程式： = 0+d+(t-t0)0,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,14,例：用一检定过的30米钢尺沿倾斜地面丈量AB距离，数据见 下表。该钢尺的尺长方程式如下，请整理量距成果。,(注：钢尺膨胀系数 =0.00001150.0000125为钢尺温度变 化1度时，单位长度的变化量。),尺段长度及量

6、距精度计算,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,15,5.2 视距测量 5.2.1 视距测量概述 视距测量是一种间接测距方法; 它利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有厘米分划的视距标尺(地形塔尺或普通水准尺)，根据光学原理可以同时测定两点间的水平距离和高差. 其中测量距离的相对误差约为1/300，低于钢尺量距； 测定高差的精度低于水准测量; 视距测量广泛用于地形测量的 碎部测量中。,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,16,5.2.2 视准轴水平时的视距计算公式 AB为待测距离，在A点 安置经纬仪，B点竖立视 距尺，设望远镜视线水 平，瞄准B点的视距尺， 此

7、时视线与视距尺垂直。,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,17,视线水平时的视距测量公式:,(1) 水平距离公式:,(2) 高差公式:,(3) B点高程:,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,18,5.2.3 视线倾斜时的视距测量公式,(1) 水平距离公式:,(2) 初算高差:,(3) 高差公式:,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,19,（1）在测站 A 安置经纬仪，量取仪器高 i，在测点 B 竖立视距尺；,（2）照准视距尺，用上下视距丝分别在尺上读取读数，算出视距间隔l（l =下丝读数-上丝读数）。也可先将中丝对准仪器高读竖直角，然后把上丝对

8、准邻近整数刻划后直接读取视距间隔；,5.2.4 视距测量观测与计算方法,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,20,（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，算出竖直角。对有竖盘指标自动归零装置的仪器，应打开自动归零装置后再读数；,5.2.4 视距测量观测与计算方法,（4）根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,21,一、概述 电磁波测距(Electro-magnetic Distance Measuring，EDM) 是用电磁波(光波或微波)作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离的一种

9、方法。 EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。 1948年，瑞典AGA(阿嘎)公司(现更名为Geotronics捷创力公司)研制成功了世界上第一台电磁波测距仪， 它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管元件，仪器相当笨重且功耗大。 为避开白天太阳光对测距信号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。,5.3 电磁波测距及全站仪,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,22,1960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦-氖激光器，1962年砷化镓半导体激光器研制成功。 与白炽灯比较，激光的优点是发散角小、穿透力强、传输的距离

10、远、不受太阳光干扰、基本上可以全天侯作业。 1967年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。 该仪器采用5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为40km，夜间测程达60km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量23kg。 我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了JCY-1型激光测距仪，1974年又研制并生产了JCY-2型激光测距仪。该仪器采用2.5mw的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为20km，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量16.3kg。,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,23,随着半导体技术的发展，从60年代末70年代初起，采用砷化镓发光

11、二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。 与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、重量轻、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。 由于红外光的发散角比激光大，所以红外测距仪的测程一般小于15km。 现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起，形成了全站仪，并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发展。,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,24,二、电磁波测距仪分类 1. 按其所采用的载波（光源）可分为： 微波测距仪(microwave EDM instrument)； 激光测距仪(laser EDM instrument)； 红外测距

12、仪(infrared EDM instrument);,2. 按测程分为： 短程测距仪(5km) 中程测距仪(515km) 远程测距仪( 15km）,3. 按精度分为： 级测距仪(mD 5mm) 级测距仪(5 mD 10mm) 级测距仪(mD 10mm ）,4. 按测距原理分为： 脉冲式； 相位式,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,25,5.3.1 红外测距的测距原理,基本公式:,c0光在真空中的速度 ng光在大气中传输的折射率 t光波在AB间往返传输时间,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,26,直接测时-该类测距仪称为脉冲式测距仪，该仪器因其精度较低，通常

13、只用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。 间接测时-用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。 现有的精密光电测距仪都不采用直接测时的方法，而采用间接测时。,电磁波测距方式,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,27,脉冲式测距原理 假设时钟脉冲的震荡频率为 , 震荡周期为 计数器记录的震荡次数为N, 则脉冲光波在AB两点间 往返的时间为:,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,28,2. 相位式测距原理,用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。 它是用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）作为“运输工具”（称为载波），通过一个调

14、制器使载波的振幅或频率按照调制波的变化做周期性变化。 测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接地确定传播时间t，进而求得待测距离D。,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,29,相位式测距原理,调制波的调制频率f，角频率 ，周期T， 波长: 设调制波在距离D往返一次产生的相位变化为 ，调制信号一个周期相位变化为2，则调制波的传播时间t为： 代入基本公式得 :,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,30,相位式测距原理,设调制信号为正弦信号，包含2的整倍数N2，和不足2的尾数部分，即：,代入前面公式:,31.10.2020,土木与水利工程学院测

15、量工程系,31,相位式测距原理,令 : -单位长，“光测尺”，“电子尺”,公式改写成 :,上式就是相位式测距原理公式。 相位式测距仪是用长度为LS的“测尺”去量测距离，量了N个整尺段加上不足一个LS的长度就是所测距离。 采用多个“测尺”组合实现测距技术过程。 设计；精测尺+粗测尺测距。,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,32,相位式测距原理,调制频率与测尺长度的关系,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,33,5.3.2 光电测距仪的组成,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,34,5.3.2 光电测距仪的组成,31.10.2020,土木与水利工程

16、学院测量工程系,35,5.3.4 全站仪及其使用,（一） 全站仪概述 （二） 全站仪的功能 （三） 几种全站仪及其基本应用,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,36,南方NTS全站仪,TOPCON GTS全站仪,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,37,Leica 全站仪,31.10.2020,土木与水利工程学院测量工程系,38,（一） 全站仪概述,全站仪(total station)是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。 全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和距离。 全站仪具有如下特点： 同时进行角度测量(水平角、竖直角) 和距离测量(斜距S、平距D、高差h) ； 测距系统光轴与测角系统视准轴同