土木工程测量课件第四章 直线定向和距离测量.ppt

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1、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 4-1 直线定向直线定向一、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（各点的各点的坐标北方向彼此平行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o360 N A O 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 3924 R02=SE 2512 R03=SW 6856 R04=NW 7

3、135 N 14 0 3 2坐标方位角与坐标象限角的关系坐标方位角与坐标象限角的关系直线方向由方位角求象限角R由象限角R求方位角北东（NE）第I象限南东（SE）第II象限南西（SW）第III象限北西（NW）第IV象限RNERSE（180）RSW（180）RNW（360）R180R180+R360R4.1.2 坐标方位角的计算一、由已知点的坐标反算坐标方位角 RAB=arctanyABxAB yAB=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 前前=后后+左左

4、-180或 前前=后后-右右+1804.2.1 4.2.1 距离测量概述距离测量概述 一、水平距离一、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水平距离。4-2钢尺量距钢尺量距二、直线量距的一般方法，精度及其适用范二、直线量距的一般方法，精度及其适用范围围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

5、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+2PPM)三、三、距离测量一般方法距离测量一般方法（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

6、趋近法4.2.2 钢尺量距钢尺量距一、钢尺量距的一般方法一、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平坦地面的距离丈量 D=nLD=nL0 0+L+L0 0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1/3000|往测往测 返测返测|/|/往返均值往返均值 =1/=1/M MAB平坦地面测量平坦地面测量算例：整尺段数为3，余长:往测24.890m,返测24.840m D=nL D=nL0 0+L+L0 0 往 测 距 离 为：174.890m,返 测 为174.840m平

7、均为174.865m，相对误差为：|174.890-174.840|/174.865=1/3500|往测往测 返测返测|/|/往返均值往返均值=1/=1/M MAB倾斜地面的距离丈量倾斜地面的距离丈量平量法平量法 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倾斜地面的距离丈量斜量法斜量法 当坡度变化均匀时，AB的斜距L，测出地面 的 倾 角，则 水 平 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。数据处理数据处理误差计算误差计

8、算：往、返测较差：D=D往D返 往、返测相对较差：容许相对较差：容许相对较差：测规铁路城市公路容许相对较差1/20001/3000 平地：1/3000山地：1/1000若达到精度若达到精度,所测距离最终值为：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

9、仪测量尺段间木桩顶高差、往返高差不超过10mm。尺长改正：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：倾斜改正：lh h=d-=d-l ，其中：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 h =-(h=-(h2 2/2 2l)水平距离水平距离 d=l+ld +lt+lh1、定线误差2、尺长误差3、温度测定误差4、

10、钢尺倾斜误差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ABnmnDFNMpdfnm m 仪器中心至物镜光心的距离，常数值 物镜焦距，常数值 焦点至水准尺的距离，变量水平距离D 上、下十字丝的间隔，常

11、数值 上、下十字丝在水准尺上的读数差，观测值mnmnABDFNMpdflnm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）一、视线水平时的计算公式（水准仪视距测量）高差高差i 仪器高v 中横丝在尺上的读数mnmniABDFNMpdfvlhnm二、视线倾斜时的计算公式（经纬仪视距测量）二、视线倾斜时的计算公式（经纬仪视距测量）水平距离水平距离 DAN B M Dl MNODMQNBAJN lD M 二、视线倾斜时的计算公式（经纬仪视距测量）二、视线倾斜时的计算公式（经纬仪视距测量）h 初算高差，在QJO中，h=D tgiODMQNBAvJhhN lDM 视线

12、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，并计算垂直角测站：测站：测站高程：测站高程：仪器高：仪器高：仪器：仪器：测测点点下丝读数下丝读数上丝读数上丝读数 中丝中丝读数读数v/m 竖盘竖盘读数读数L 垂直角垂直角 水平水平距离距离D/m 除算除算高差高差h/m 高差高差h/m 高程高程H/m 备备注注 尺间隔尺间隔lm

13、视距测量记录与计算手簿*A+45.37m1.45mDJ612.2370.6631.451.57487 41 12+2 18 48 157.14+6.35+6.35+51.72盘盘左左位位置置22.4451.5552.000.89095 17 36-5 17 36 88.24-8.18-8.73+36.64*视距尺分划误差视距尺分划误差乘常数不准确的误差乘常数不准确的误差竖直角测量误差竖直角测量误差视距丝读数误差视距丝读数误差视距尺倾斜对视距测量的影响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外界气象条件对视距测量的影响大气折光大气折光大气湍流大气湍流四、视距测量误差四、视距测量误差

14、 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

15、ADB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，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

16、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、测距成果的整理五、测距成果的整理4-5 4-5 全站仪概述全站仪概述全站仪，即全站型电子速测仪（全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Electronic Total StationTotal Station），），它是由电子测角、电子测距、它是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系电子计算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

17、测量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。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

18、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：n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；n利用仪器内部的大容量内存，记录数据；n采用插入式数据记录卡。全站仪的功能n测距，测角n进行自由设站，计算测站点的坐标；n进行支导线测量和计算；n测站定向和极坐标测量及坐标点的放样；进行对边测量n悬高测量n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测距作作 业业课内作业：P94：4.11、4.12、4.13、4.14课外作业：P94：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10