测量——距离测量与直线定向.ppt

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1、第四章第四章 距离测量与直线定向距离测量与直线定向 4-4 4-4 直线定向直线定向 4-1 4-1 钢尺距离丈量钢尺距离丈量 4-2 4-2 视距测量视距测量 4-3 4-3 光电测距光电测距退出退出返回返回根据精度要求的不同、测量采用不同的方法根据精度要求的不同、测量采用不同的方法距离距离-指两点间的直线、水平及达到一定精度的长度。指两点间的直线、水平及达到一定精度的长度。钢尺量距钢尺量距光学视距法测距光学视距法测距电磁波测距等电磁波测距等距离测量的方法：距离测量的方法：测测测测距距距距技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展直接测距法直接测距法直接测距法直接测距法目测、步测目测、步测目测

2、、步测目测、步测 及尺测及尺测及尺测及尺测光学测距方法光学测距方法视距测量视距测量 (尺链、线尺、竹尺、皮尺、钢尺尺链、线尺、竹尺、皮尺、钢尺)电磁波测距电磁波测距测距仪测距测距仪测距返回返回下页下页退出退出上页上页直直平平准准4-1 4-1 钢尺量距钢尺量距 钢尺、测钎、花杆、拉力计（弹簧称）、温度计、锤球等钢尺、测钎、花杆、拉力计（弹簧称）、温度计、锤球等一、钢尺量距的工具一、钢尺量距的工具钢卷尺：钢卷尺：用薄钢片制成，其长度有用薄钢片制成，其长度有1515、2020、3030、5050米等。米等。尺面最小刻划为毫米，注记到厘米。尺面最小刻划为毫米，注记到厘米。尺子的零端分两种情况：尺子端

3、点或端部某位置的刻划。尺子的零端分两种情况：尺子端点或端部某位置的刻划。345678910010cm0123456710cm8910下页下页退出退出上页上页返回返回345678910010cm下页下页退出退出上页上页0123456710cm8910下页下页退出退出上页上页二、钢尺距离丈量的一般方法二、钢尺距离丈量的一般方法（一）在平坦地面上丈量水平距离（一）在平坦地面上丈量水平距离下页下页退出退出上页上页返回返回 当两个地点之间的距离较长或地势起伏较大当两个地点之间的距离较长或地势起伏较大当两个地点之间的距离较长或地势起伏较大当两个地点之间的距离较长或地势起伏较大时、为使量距工作方便，可分成几

4、段丈量，这时、为使量距工作方便，可分成几段丈量，这时、为使量距工作方便，可分成几段丈量，这时、为使量距工作方便，可分成几段丈量，这种将分段点标定在一条直线上的工作称直线定种将分段点标定在一条直线上的工作称直线定种将分段点标定在一条直线上的工作称直线定种将分段点标定在一条直线上的工作称直线定线线线线直线定线直线定线AB1234正视图正视图A1234B俯视图俯视图1、每一分段都小于一整尺段、每一分段都小于一整尺段2、A、1、2、3、4、B在一直在一直线上线上下页下页退出退出上页上页目估定线目估定线目估水平目估水平相对误差相对误差D=n l+qD=n l+qllllq实际丈量中，需要进行往返丈量，并

5、用相对误实际丈量中，需要进行往返丈量，并用相对误差进行精度评定差进行精度评定例：一直线的距离，往测为例：一直线的距离，往测为208.926208.926米，返测为米，返测为208.842208.842米，往返平均值为米，往返平均值为208.884208.884米，则：米，则：要求：要求：KK1/30001/3000下页下页退出退出上页上页返回返回1 1、平量法（地面坡度不大）、平量法（地面坡度不大）将尺子拉平，用垂球在地面标出将尺子拉平，用垂球在地面标出端点。端点。2 2、斜量法（地面坡度较为均匀、斜量法（地面坡度较为均匀）沿斜坡丈量出倾斜距离沿斜坡丈量出倾斜距离L L，并测出倾斜角并测出倾斜

6、角，计算水平距离，计算水平距离D D。1 12 23 34 4L=l L=l 1 1+l+l 2 2 +l +l n n（二）在倾斜地面上丈量水平距离（二）在倾斜地面上丈量水平距离D=L D=L coscos A AB BL L D D下页下页退出退出上页上页返回返回 钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析定线误差定线误差尺长误差尺长误差温度变化的影响温度变化的影响拉力不均带来的影响拉力不均带来的影响钢尺不水平的误差钢尺不水平的误差钢尺刻划对准及读数误差钢尺刻划对准及读数误差二、钢尺距离丈量的精密方法二、钢尺距离丈量的精密方法克服或消减误差的措施克服或消减误差的措施仪器定线代替目估定线仪器定线代

7、替目估定线进行尺长误差的改正进行尺长误差的改正量记温度进行温度改正量记温度进行温度改正使用拉力计使用拉力计直接丈量桩顶间的连线长度进行倾斜改正直接丈量桩顶间的连线长度进行倾斜改正钢尺两端读数并读算取均值钢尺两端读数并读算取均值（一）钢尺量距的误差分析及消减误差的措施（一）钢尺量距的误差分析及消减误差的措施下页下页退出退出上页上页返回返回1.定线定线经纬仪经纬仪定线定线3.量距量距（二）钢尺精密量距的作业过程（二）钢尺精密量距的作业过程2.测定桩顶间的高差测定桩顶间的高差水平水平 用钢尺丈量相邻木桩之间的距离：将钢卷尺用钢尺丈量相邻木桩之间的距离：将钢卷尺首尾两端紧贴桩顶，并用弹簧秤施以稳定的拉

8、力，首尾两端紧贴桩顶，并用弹簧秤施以稳定的拉力，同时根据两端桩顶的十字交点读数，读至同时根据两端桩顶的十字交点读数，读至mmmm，读读完一次后，将钢卷尺前后移动完一次后，将钢卷尺前后移动12cm12cm，进行第二进行第二次读数，再前后移动次读数，再前后移动l2cml2cm，进行第三次读数。进行第三次读数。三次丈量结果长度最大互差不超过三次丈量结果长度最大互差不超过3mm3mm，则取其则取其平均值作为该尺段的丈量数值。每一尺段均应记平均值作为该尺段的丈量数值。每一尺段均应记录温度，以便计算温度改正数。依此方法逐段丈录温度，以便计算温度改正数。依此方法逐段丈量。量。用水准仪测定各段桩顶间的高差。用

9、水准仪测定各段桩顶间的高差。下页下页退出退出上页上页返回返回下页下页退出退出上页上页返回返回4.改正计算改正计算下页下页退出退出上页上页返回返回4-24-2 视距测量视距测量一、概述一、概述视距测量：利用经纬仪同时测定测站点至观测点之间的水平距离视距测量：利用经纬仪同时测定测站点至观测点之间的水平距离 与高差与高差视距测量精度较低，一般视距测量精度较低，一般1/200 1/3001/200 1/300使用的仪器设备：经纬仪、视距尺（刻划标尺）使用的仪器设备：经纬仪、视距尺（刻划标尺）GQMlFDfpm/g/shABi视视 距距 测测 量量 原原 理理下页下页退出退出上页上页返回返回二、视距测量

10、的计算公式二、视距测量的计算公式下页下页退出退出上页上页返回返回下页下页退出退出上页上页三、视距测量的实施三、视距测量的实施 19411941年瑞典物理学家年瑞典物理学家BergstrandBergstrand在研在研究光速时开发了高精度测量究光速时开发了高精度测量t t的技术。的技术。19481948年瑞典年瑞典AGAAGA厂推出了第一台光波厂推出了第一台光波测距仪。测距仪。随着需求的增长和光学、微电子学的随着需求的增长和光学、微电子学的发展使电磁波测距的技术迅速发展。进一发展使电磁波测距的技术迅速发展。进一步推进了测量学的发展，尽管步推进了测量学的发展，尽管GPSGPS应用很应用很广，短程

11、电磁波测距仪仍然大有用途广，短程电磁波测距仪仍然大有用途4-3 4-3 光电测距光电测距 下页下页退出退出上页上页测距仪把一定波长的电磁波从测距仪把一定波长的电磁波从A A点射向点射向B B点，经点，经B B点的反光棱镜反射后由测距仪接点的反光棱镜反射后由测距仪接收，射出与接收波之间的相位差收，射出与接收波之间的相位差 可用微可用微电子技术自动测量电子技术自动测量 是电磁波在是电磁波在ABAB点之间点之间往返时间的函数往返时间的函数表达式表达式。用它可。用它可以算得测距仪至反光镜之间斜距长度的以算得测距仪至反光镜之间斜距长度的“尾数尾数”。用几个不同波长的电磁波。用几个不同波长的电磁波 调调制

12、波制波 测量同一段距离可以既扩大测程又测量同一段距离可以既扩大测程又保持精度保持精度。下页下页退出退出上页上页设电磁波在测距仪与反光镜（合作目标）之间往返的时间为设电磁波在测距仪与反光镜（合作目标）之间往返的时间为设电磁波在测距仪与反光镜（合作目标）之间往返的时间为设电磁波在测距仪与反光镜（合作目标）之间往返的时间为t t t t。则测距仪至反光镜的距离则测距仪至反光镜的距离则测距仪至反光镜的距离则测距仪至反光镜的距离下页下页退出退出上页上页P第四节第四节 直线定向直线定向直线定向：确定直线的方向称为直线定向。直线定向：确定直线的方向称为直线定向。一、标准方向一、标准方向1、真子午线：地面上某

13、点指向地球南北、真子午线：地面上某点指向地球南北极的方向极的方向下页下页退出退出上页上页P下页下页退出退出上页上页P磁北磁北3、坐标纵轴：高斯、坐标纵轴：高斯克吕格平面直角坐克吕格平面直角坐标的坐标纵轴方向标的坐标纵轴方向2、磁子午线：磁针在地球磁场的作用下、磁子午线：磁针在地球磁场的作用下 自由静止时所指的方向。自由静止时所指的方向。XY下页下页退出退出上页上页NNAB 方位角：从直线一端的标准方向顺时针转至该直线方位角：从直线一端的标准方向顺时针转至该直线 形成的水平角形成的水平角。根据所取的标准方向不同，方位角可分为：根据所取的标准方向不同，方位角可分为：坐标方位角坐标方位角由于存在磁偏

14、角与子午线收敛角，使正、反磁方由于存在磁偏角与子午线收敛角，使正、反磁方位角与真方位角之间相差位角与真方位角之间相差180+（），而正、反，而正、反坐标方位角相差坐标方位角相差180度度。真方位角真方位角磁方位角磁方位角 AB BA下页下页退出退出上页上页二、表示直线方向的方法二、表示直线方向的方法 NNAB AB BA下页下页退出退出上页上页三、正、反坐标方位角三、正、反坐标方位角 BA=AB+180。正正=反反 180。四、坐标方位角的推算四、坐标方位角的推算北北北北ABEDC ABbackback312 前前 =后后 +180+左左 BC =AB +180+1 CD =BC +180+2

15、 DE =CD +180+3下页下页退出退出上页上页1、坐标方位角：、坐标方位角：坐标方位角又称方向角。坐标方位角又称方向角。坐标方位角又称方向角。坐标方位角又称方向角。在平面直角坐标系内，在平面直角坐标系内，在平面直角坐标系内，在平面直角坐标系内，以平行于以平行于以平行于以平行于X X X X轴的方向为轴的方向为轴的方向为轴的方向为基准方向，顺时针转至基准方向，顺时针转至基准方向，顺时针转至基准方向，顺时针转至该边的水平角（该边的水平角（该边的水平角（该边的水平角（0 0 0 0o o o o360360360360o o o o）称为坐标方位角称为坐标方位角称为坐标方位角称为坐标方位角（也

16、可简称为方位角）。（也可简称为方位角）。（也可简称为方位角）。（也可简称为方位角）。D1,2X1,21(x1,y1)Y2(x2,y2)Y1,2五、方位角、距离与坐标的关系五、方位角、距离与坐标的关系下页下页退出退出上页上页1,22、坐标的递推公式：、坐标的递推公式：（一）（一）坐标增坐标增 量量:X1,2=x2 -x1 Y1,2=y2 -y1（二）（二）边长边长：（三）（三）方位角方位角：下页下页退出退出上页上页3、测量坐标的正、反算、测量坐标的正、反算正算：根据两个点连线的方位角和长度正算：根据两个点连线的方位角和长度计算这两点间的坐标差计算这两点间的坐标差X，Y反算：根据两个点的坐标，计算

17、这反算：根据两个点的坐标，计算这两点间连线的方位角和长度两点间连线的方位角和长度下页下页退出退出上页上页D1,2X1,21(x1,y1)Y2(x2,y2)Y1,2测量坐标的反算测量坐标的反算下页下页退出退出上页上页根据两个已知点的坐标计算它们连线的方位角和长度根据两个已知点的坐标计算它们连线的方位角和长度根据两个已知点的坐标计算它们连线的方位角和长度根据两个已知点的坐标计算它们连线的方位角和长度已知：已知：已知：已知：P P1 1(x(x1 1,y,y1 1)，P P2 2(x(x2 2,y,y2 2)求：求：求：求：P P1 1 ,P ,P2 2的方位角的方位角的方位角的方位角 ，间距间距间

18、距间距D D0 01,2D1,2X1,21(x1,y1)Y2(x2,y2)Y1,2测量坐标的正算测量坐标的正算X1,2=D1,2 cos 1,2Y1,2=D1,2 sin 1,2x2=x1 +X1,2y2=y1+Y1,2下页下页退出退出上页上页1,2测量误差概述测量误差概述一、测量误差的定义一、测量误差的定义 观测对象的量客观上存在的一个能代表其真正大小观测对象的量客观上存在的一个能代表其真正大小的数值，称为真值，用的数值，称为真值，用 X X 表示。表示。对被观测量观测所得的值，称为观测值，用对被观测量观测所得的值，称为观测值，用 L Li i 表示。表示。（i=1i=1、2 2、n)n)定

19、义：观测值与真值之差称为真误差，即常说定义：观测值与真值之差称为真误差，即常说的测量误差，用的测量误差，用表示。表示。i i=L=Li i -X -X （i=1i=1、2 2、n)n)返回返回下页下页退出退出上页上页二、测量误差的来源二、测量误差的来源仪器设备不尽完善，如轴系条件不能完全满足，精密程度的局限仪器设备不尽完善，如轴系条件不能完全满足，精密程度的局限操作者的影响，如人的感官的局限，操作的熟练程度，情绪波动操作者的影响，如人的感官的局限，操作的熟练程度，情绪波动自然环境的影响，如温度变化、振动、风吹日晒、折光等自然环境的影响，如温度变化、振动、风吹日晒、折光等1.1.产生测量误差的原

20、因产生测量误差的原因2.2.观测条件观测条件仪器设备因素仪器设备因素观测者因素观测者因素环境因素环境因素下页下页退出退出上页上页返回返回三、测量误差的分类三、测量误差的分类 在一定的观测条件下进行多次观测，误差的出现在一定的观测条件下进行多次观测，误差的出现在大小及符号上表现出一致性或按一定的规律变化。在大小及符号上表现出一致性或按一定的规律变化。（一）（一）系统误差系统误差（二）（二）偶然误差偶然误差 在一定的观测条件下进行多次观测，误差的出现，在一定的观测条件下进行多次观测，误差的出现，大小、符号呈偶然性变化。大小、符号呈偶然性变化。（三）（三）粗差粗差 超过一定限值的误差、测量中出现的错误。超过一定限值的误差、测量中出现的错误。下页下页退出退出上页上页返回返回四、发现误差的途径四、发现误差的途径 必要观测：为了获得被观测量的值而进行的观测必要观测：为了获得被观测量的值而进行的观测多余观测：多于必要观测的观测多余观测：多于必要观测的观测 发现误差的途径发现误差的途径进行多于观测进行多于观测 评定观测精度评定观测精度 获得被观测量的最或是值（最可靠值）获得被观测量的最或是值（最可靠值）对观测方案进行优化设计对观测方案进行优化设计五、研究测量误差的目的五、研究测量误差的目的下页下页退出退出上页上页返回返回