建筑工程测量 第九讲 距离测量.ppt

4.4 钢尺量距的精密方法4.5 减少量距误差的措施4.6 光电测距仪 4.7 直线定向,建筑工程测量 第九讲 距离测量,课 题(章.节)名 称,本 次 授 课目 的 与 要 求,本 次 授 课重 点 与 难 点,掌握钢尺量距的精密方法掌握坐标方位角的概念和传递,钢尺量距的精密方法坐标方位角的传递规律象限角和坐标方位角的换算,4.4 钢尺量距的精密方法,一、准备工作 包括清理场地、直线定线和测桩顶间高差。1、清理场地 在欲丈量的两点方向线上，清除影响丈量的障碍物，必要时要适当平整场地，使钢尺在每一尺段中不致因地面障碍物而产生挠曲。,2、直线定线 精密量距用经纬仪定线。如上图所示，安置经纬仪于A点，照准B点，固定照准部，沿AB方向用钢尺进行概量，按稍短于一尺段长的位置，由经纬仪指挥打下木桩。桩顶高出地面约1020cm，并在桩顶钉一小钉，使小钉在AB直线上；或在木桩顶上划十字线，使十字线其中的一条在AB直线上，小钉或十字线交点即为丈量时的标志。,4.4 钢尺量距的精密方法,3、测桩顶间高差 利用水准仪，用双面尺法或往、返测法测出各相邻桩顶间高差。所测相邻桩顶间高差之差，一般不超过10mm，在限差内取其平均值作为相邻桩顶间的高差。以便将沿桩顶丈量的倾斜距离改算成水平距离。二、丈量方法 人员组成：两人拉尺，两人读数，一人测温度兼记录，共5人。丈量时，后尺手挂弹簧秤于钢尺的零端，前尺手执尺子的末端，两人同时拉紧钢尺，把钢尺有刻划的一侧贴切于木桩顶十字线的交点，达到标准拉力时，由后尺手发出“预备”口令，两人拉稳尺子，由前尺手喊“好”。在此瞬间，前、后读尺员同时读取读数，估读至0.5mm，记录员依次记入，并计算尺段长度。,精密量距记录计算表,前、后移动钢尺一段距离，同法再次丈量。每一尺段测三次，读三组读数，由三组读数算得的长度之差要求不超过2mm，否则应重测。如在限差之内，取三次结果的平均值，作为该尺段的观测结果。同时，每一尺段测量应记录温度一次，估读至0.5。如此继续丈量至终点，即完成往测工作。完成往测后，应立即进行返测。,三 成果计算,将每一尺段丈量结果经过尺长改正、温度改正和倾斜改正改算成水平距离，并求总和，得到直线往测、返测的全长。往、返测较差符合精度要求后，取往、返测结果的平均值作为最后成果。1）尺段长度计算 根据尺长、温度改正和倾斜改正，计算尺段改正后的水平距离。尺长改正：温度改正：倾斜改正：则尺段改正后的水平距离：式中 尺段的尺长改正数（mm）；尺段的温度改正数（mm）；尺段的倾斜改正数（mm）；h 尺段两端点的高差（m）；l 尺段的观测结果（m）；D尺段改正后的水平距离（m）。,例 题,例:如表所示，已知钢尺的名义长度l0=30 m，实际长度l=30.005 m，检定钢尺时温度t0=20，钢尺的膨胀系数=1.25105。A1尺段，l=29.3930m，t=25.5，hAB=+0.36m，计算尺段改正后的水平距离。解：,4.5 钢尺量距的误差及注意事项,1尺长误差 钢尺的名义长度和实际长度不符，产生尺长误差。尺长误差是积累性的，它与所量距离成正比。2定线误差 丈量时钢尺偏离定线方向，将使测线成为一折线，导致丈量结果偏大，这种误差称为定线误差。3拉力误差 钢尺有弹性，受拉会伸长。钢尺在丈量时所受拉力应与检定时拉力相同。如果拉力变化2.6kg，尺长将改变1 mm。一般量距时，只要保持拉力均匀即可。精密量距时，必须使用弹簧秤。4钢尺垂曲误差 钢尺悬空丈量时中间下垂，称为垂曲，由此产生的误差为钢尺垂曲误差。垂曲误差会使量得的长度大于实际长度，故在钢尺检定时，亦可按悬空情况检定，得出相应的尺长方程式。在成果整理时，按此尺长方程式进行尺长改正。,4.5 钢尺量距的误差及注意事项,5钢尺不水平的误差 用平量法丈量时，钢尺不水平，会使所量距离增大。对于30m的钢尺，如果目估尺子水平误差为0.5m（倾角约1），由此产生的量距误差为4 mm。因此，用平量法丈量时应尽可能使钢尺水平。精密量距时，测出尺段两端点的高差，进行倾斜改正，可消除钢尺不水平的影响。6丈量误差 钢尺端点对不准、测钎插不准、尺子读数不准等引起的误差都属于丈量误差。这种误差对丈量结果的影响可正可负，大小不定。在量距时应尽量认真操作，以减小丈量误差。7温度改正 钢尺的长度随温度变化，丈量时温度与检定钢尺时温度不一致，或测定的空气温度与钢尺温度相差较大，都会产生温度误差。所以，精度要求较高的丈量，应进行温度改正，并尽可能用点温计测定尺温，或尽可能在阴天进行，以减小空气温度与钢尺温度的差值。,4.6 电磁波测距基本原理,光电测距仪按仪器测程分类：短程光电测距仪：测程在3km以内，测距精度一般在lcm左右。如我国的HGC-1、DCH-2、DCH3、DCH-05等精度均可达(5mm+5 10-6)。中程光电测距仪：测程在315km左右的仪器称为中程光电测距仪，这类仪器适用于二、三、四等控制网的边长测量。如我国的JCY-2、DCS-1，精度可达（lOmm+1 10-6）。远程激光测距仪：测程在15km以上的光电测距仪，精度一般可达(5mm+110-6），能满足国家一、二等控制网的边长测量。如我国研制成功的JCY-3型等。光电测距仪按测距原理分类：脉冲式和相位式,脉冲式光电测距仪是通过直接测定光脉冲在待测距离两点间往返传播的时间t来测定测站至目标的距离D。,式中:光波在真空中的传播速度；大气折射率。,一、脉冲式光电测距仪的测距原理,由于精确测定光波的往返传播时间比较困难，因此脉冲式测距仪的精度难以提高，目前市场上计时脉冲式测距仪多为cm级精度范围，要提高精度，必须采用间接测时手段相位法测时。,二、相位式光电测距仪的测距原理,f调制信号的频率。t调制信号往返传播的时间。c调制信号在大气中的传播速度。信号往返所产生的相位移为,相位计只能测出相位差的尾数N，测不出整周期数N，通常把/2称为“光尺”的长度，由于光尺越长其所产生的测距误差就越大，目前多采用多把光尺配合使用，一把的调制频率为15MHZ，光尺长度为10m，用来确定dm、cm、mm位数，称为“精尺”；一把的调制频率为150KHZ，光尺长度为1000m，用来确定m、10m、100m位数，称为“粗尺”。,由光源发出的光通过调制器后，成为光强随高频信号变化的调制光。通过测量调制光在待测距离上往返传播的相位差来解算距离。,则有：,三、红外测距仪的使用,1、仪器安置：在测站点上安置仪器，步骤和经纬仪操作相同。2、测距仪安装在经纬仪上，打开电源按钮，仪器自检。3、在待测点上安置反射棱镜，用基座上的光学对中器对中，整平基座，使觇牌面和棱镜面对准测距仪所在方向。4、用经纬仪十字丝中心瞄准目标点上的觇牌中心，读竖盘读数，计算出竖直角。5、上下转动测距仪，使其望远镜的十字丝中心对准棱镜中心。6、照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。,光电测距的注意事项,（1）气象条件对光电测距影响较大，微风的阴天是观测的良好时机。（2）测线应尽量离开地面障碍物1.3m以上，避免通过发热体和较宽水面的上空。（3）测线应避开强电磁场干扰的地方，例如测线不宜接近变压器、高压线等。（4）镜站的后面不应有反光镜和其他强光源等背景的干扰。（5）要严防阳光及其他强光直射接收物镜，避免光线经镜头聚焦进入机内，将部分元件烧坏，阳光下作业应撑伞保护仪器。,全站仪简介,在电子经纬仪支架上可以加装红外测距仪，与电子手簿相结合，可组成全站仪，能同时显示和记录水平角、垂直角、水平距离、斜距、高差、点的坐标数值等。大致测量过程如下：（1）在测站点安置电子经纬仪；在电子经纬仪上连接安装光电测距仪；在目标点安置反光棱镜。（2）用电子经纬仪瞄准反光棱镜的觇牌中心，操作键盘，在显示屏上显示水平角和垂直角。（3）用光电测距仪瞄准反光棱镜中心，操作键盘，测量并输入测量时的温度、气压和棱镜常数，然后置入天顶距（即电子经纬仪所测垂直角），即可显示斜距、高差和水平距离。（4）再输入测站点到照准点的坐标方位角及测站点的坐标和高程，即可显示照准点的坐标和高程。另外，电子手簿中可储存上述数据，最后输入计算机进行数据处理和自动绘图。近些年来，这种全站型电子速测仪已逐步被自动化程度更高、功能更强大的全站仪所取代。,四、全站仪主要品牌,徕卡系列（TC905、TC1102、TC702等）日本索佳系列日本拓普康系列日本尼康系列日本宾得系列瑞典捷创力系列国产南方系列,拓普康与索佳全站仪,宾得、北光全站仪,4.7 直线定向,确定地面上两点的相对位置时，仅知道两点之间的水平距离还不够，通常还必须确定此直线与标准方向之间的水平夹角。测量上把确定直线与标准方向之间的角度关系称为直线定向。,一 标准方向,1.真子午线方向,过地球南北极的平面与地球表面的交线叫真子午线。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。指向北方的一端叫真北方向，如图4.9所示。真子午线方向是用天文测量方法确定的。,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，自由静止时磁针轴线所指的方向，指向北端的方向称为磁北方向，如图4.9所示，可用罗盘仪测定。,3.坐标纵轴方向,在平面直角坐标系统中，是以测区中心某点的真子午线方向或是磁子午线方向作为坐标纵轴方向，指向北方的一端称为轴北，即为X轴方向，如图所示,二 方位角,由标准方向北端起，顺时针方向量至某直线的夹角称为该直线的方位角。方位角取值范围是0360。,1.方位角的种类,根据标准方向不同有三种：若标准方向为真子午线方向，则其方位角称为真方位角，用A表示。若标准方向为磁子午线方向，则其方位角称为磁方位角，用Am表示。若标准方向是坐标纵轴，则称其为坐标方位角，用表示。,测量工作中，一般采用坐标方位角表示直线的方向，并将坐标方位角简称为方位角。,2.三种方位角之间的关系,由于地球的南北两极与地球的南北两磁极不重合，所以地面上同一点的真子午线方向与磁子午线方向是不一致的，两者之间的夹角称为磁偏角，用表示；过同一点的真子午线方向与坐标纵轴方向的夹角称为子午线收敛角，用表示。磁子午线北端和坐标纵轴方向偏于真子午线以东叫东偏，、为正；偏于西侧叫西偏，、为负。不同点的、值一般,三 正、反坐标方位角,如图所示，1、2是直线的两个端点，1为起点，2为终点。过这两个端点可分别作坐标纵轴的平行线，把图中12称为直线12的正坐标方位角；把21称为直线12的反坐标方位角。同理，若2为起点，1为终点，则把图中21称为直线21的正坐标方位角；把12称为直线21的反坐标方位角。显然，正反方位角相差180，图中21=12+180，即有：正=反+180,四 坐标方位角的推算,实际测量工作中，并不是直接确定各边的坐标方位角，而是通过与已知坐标方位角的直线连测，并测量出各边之间的水平夹角，然后根据已知直线的坐标方位角，推算出各边的方位角值。,如图所示，1、2为已知的起始边，它的坐标方位角已知为12，观测了水平角2、3。则从图中可以看：,2321212180234323231803,4.5.5象限角 从坐标纵轴的北端或南端顺时针或逆时针起转至直线的锐角称为坐标象限角，用R表示，其角值变化从090。为了表示直线的方向，应分别注明北偏东、北偏西或南偏东、南偏西。如北东85，南西47等。显然，如果知道了直线的方位角，就可以换算出它的象限角，反之，知道了象限也就可以推算出方位角。,坐标方位角与象限角之间的换算关系,在第象限，R=在第象限，R=180在第象限，R=180 在第象限，R=360,七、罗盘仪的使用,罗盘仪使用方法：在站点安置罗盘仪照准目标松开磁针制动螺旋待磁针静止后读取磁方位角数值。,小 结,1.直线定向确定直线方向与标准方向之间的关系。2.标准方向真子午线方向；磁子午线方向；坐标纵轴方向。3.坐标方位角以坐标纵轴方向为起始方向顺时针转到该直线的水平夹角。4.正、反方位角一条直线的正、反坐标方位角相差180。,一、钢尺量距方法,1.丈量方法：标定点位直线定线往返丈量水平距离。,2.成果处理：,往返丈量较差：=D往-D返,平均距离：平=（往返）相对误差：K=,二、直线定向,