《土木工程测量课件第四章直线定向和距离测量》由会员分享,可在线阅读,更多相关《土木工程测量课件第四章直线定向和距离测量(62页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、,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),4.1.1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o360NAO 1,分类: 真方位角A:由真子午线北端起算的方位角
2、。它是用天文观测方法或用陀螺经纬仪测定。 磁方位角Am: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=Am+ A= Am+,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R01= NE 3924R02= SE 2512R03=
3、 SW 6856R04= NW 7135,N 1 4032,坐标方位角与坐标象限角的关系,4.1.2 坐标方位角的计算,一、由已知点的坐标反算坐标方位角RAB =arctanyABxAByAB = 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 BAAB180,三、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
4、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:根据已知条件,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,1/2001/300,地形测量中的碎部测量,1/20001/3000,导线测量,一般建筑轴线丈量,1/50001/2万,精密导线测量,工业厂房主要轴线的测量,测程:2KM20KM 精度:(3mm
5、+2PPM),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 = nL0 + L0 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1/30
6、00 |往测 返测 | / 往返均值 = 1 / M,平坦地面测量算例:整尺段数为3,余长: 往测24.890m,返测24.840mD = nL0 + L0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,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,则水平
7、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:,若达到精度,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
8、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则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
9、 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,仅能达到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,水平距离D,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,二、视线倾斜时的计算公式(经纬仪视距测量
10、)水平距离,二、视线倾斜时的计算公式(经纬仪视距测量),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,视距测量记录与计算手簿,*,*,A,+45.37m,1.45m,DJ6,1,2.237,0.663,1.45,1.574,87 41 12,+2 18 48,157.14,+6.35,+6.35
11、,+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
12、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:mD|5mm II级:5mD|10mm 级:10mD|20mm,二、光电测距仪测距的基本原理,三、相位式光电测距仪 原理框图,图45,相位法测距的基本公式,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,合乎要求后即可开始测距。为避免错误和减少照准误差的影响
13、,可进行若干个测回的观测。 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
14、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。其基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
15、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)打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)打开电源,打开激光对中开关,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,若有偏离,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,