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1、工程测量北京科技大学土木学院 晏剑斌第四、五章第四、五章 距离测量与直线定向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30m、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5cm10cm20cm30m0.16mm0.67mm2.67mm?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
2、= 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 = nL0 + L04-1-1 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0.5mm 测定各段高差 水准测量，往返进行，互差不超过10mm4-2 钢尺
3、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 Ld(LL0)L/L0 Ld(30.002530)x29.8652/30 = 0.0025 温度改正 Lt(tt0)L Lt1.2x10-5x(25.820)x29.8652 = 0.002130米尺子每差0.36mm; 50米尺子每差0.6mm 倾斜改正 Lhh2/2L Lh(-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
4、台进行尺长方程式: lt l0 + l + l0 (tt0)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 30m尺子2.6kgf导致1mm误差; 50m尺子1.7kgf导致1mm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 AB ff = - 8f2 / 3L0 Lf(L/L0)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
5、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 (15km)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=C0/nC0为光在真空中的传播速度 C0=299792458m/sn为大气折射率,与测距仪所用光源的波长 ，测 线上
6、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-lls,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300MHz(3x108Hz)， 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
7、 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0.87m。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
8、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10km）,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10m100m1km10km100km测尺频率15MHz1.5MHz150KHz
9、15KHz1.5KHz测量精度1cm10cm1m10m100m1脉冲式测距 测距仪的标称精度mD=( 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
10、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-L0）SinB5-2 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AB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BA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
