第5章距离测量与.ppt

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1、第5章 距离测量与直线定向,5.1 钢尺量距 5.2 视距测量 5.3 红外线测距仪及全站仪 5.4 直线定向,第5章 距离测量与直线定向,距离测量是测量三项基本工作之一.距离测量的方法主要有:1.钢尺(皮尺)量距.2.视距测量 3.光电测距 4.三角测量法 利用三角形的边角关系求距离要确定地面点的平面位置,还必须测定直线的方向,即直线定向,5.1 钢尺量距,一般量距方法 量距相对精度1200015000精密量距方法 量距相对精度1100001400005.1.1 量距用的工具:钢卷尺，花杆，测钎1.钢卷尺 尺长与规格：20米、30米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。刻度与注记：毫米刻度，注记厘米

2、、分米、米。零分划位置有不同，分刻线尺和端点尺两种。2.花杆 定线用（量距时标定直线量距的前进方向）3.测钎 量距时在地面标定尺段端点位置。,钢卷尺,皮尺 测绳,测钎 花杆,端点尺 刻线尺,5.1.2 直线定线,3.经纬仪定线:如果量距要求的精度较高,可在其端点A安置经纬仪定线,5.1.3 丈量方法（往返丈量),距离用下式计算：D=nl+l 式中：l整尺段的长度；n丈量的整尺段数；l零尺段长度。,1.在平坦地面丈量,往返丈量较差 D=D往-D返距离平均值 D平=（D往-D返）相对误差 K=,2.倾斜地面丈量,(1)斜量法:地面坡度均匀，将量得的倾斜距离S归算成水平距离D。高差h用水准仪测定。,

3、水平距离,(2)在倾斜地面平量,3.钢尺量距的精密方法量距相对精度可达1 1万 1 4万。精密量距时采取的措施：1.用检定过的钢尺；2.经纬仪定线；3.钉尺段桩(概量得)，用水准仪测量桩间高差；4.对钢尺施加固定拉力，并测量温度；5.对量距结果加三项改正数。,5.1.4 钢尺量距的成果整理,三项改正数,每尺段经改正后的水平距离：,总的水平距离：,4.1.5 钢尺检定,目的：求得钢尺两端点刻划间的实际长度。方法：用钢尺对一段精确的标准长度进行丈量，从而求得钢尺的尺长改正数。该检定场地也称为“比场”。,1.尺长方程式：=0+d+(t-t0)0,0 钢尺名义长(m)；t0 标准温度，一般取20；d

4、尺长改正值(mm)；t 丈量时温度()钢的膨胀系数，1.210-5/；,尺段长度及量距精度计算,例：用一检定过的30米钢尺沿倾斜地面丈量AB距离，数据见下表。该钢尺的尺长方程式如下，请整理量距成果。,(注：钢尺膨胀系数=0.00001150.0000125为钢尺温度变 化1度时，单位长度的变化量。),5.2 视距测量,5.2.1 视距测量概述视距测量利用测量望远镜的视距丝，间接测定 距离和高差的方法。,优点：测量速度快，不受地 形限制。不足：精度低，距离相对误 差一般约为1/300，高 差一般为分米级。用途：主要用于地形图测绘(地形点的距离与高差)。,5.2.2 视准轴水平时的视距计算公式AB

5、为待测距离，在A点安置经纬仪，B点竖立视距尺，设望远镜视线水平，瞄准B点的视距尺，此时视线与视距尺垂直。,视线水平时的视距测量公式:,(1)水平距离公式:,(2)高差公式:,(3)B点高程:,5.2.3 视线倾斜时的视距测量公式,(1)水平距离公式:,(2)初算高差:,(3)高差公式:,5.2.4 视距测量观测与计算方法,观测：在测站安置经纬仪，对中、整平、量仪器高；在测点竖水准尺，瞄准(要求三丝都能读数)。,读数：每个测点读四个读数 上丝读数 a 读至毫米 下丝读数 b 读至毫米 中丝读数 读至厘米 竖盘读数 L 读至分米,视距测量通常只测盘左（或盘右），测量前要对竖盘指标差进行检验与校正。

6、,5.3 电磁波测距及全站仪,电磁波测距(Electro-magnetic Distance Measuring，EDM)是用电磁波(光波或微波)作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法。EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起，形成了全站仪，并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发展。,电磁波测距仪分类1.按其所采用的载波（光源）可分为：微波测距仪(microwave EDM instrument)；激光测距仪(laser EDM instrument)；红外测距仪(in

7、frared EDM instrument);,2.按测程分为：短程测距仪(5km)中程测距仪(515km)远程测距仪(15km）,3.按精度分为：级测距仪(mD 5mm)级测距仪(5 mD 10mm)级测距仪(mD 10mm,4.按测距原理分为：脉冲式；相位式,光波测距仪 AGA 2A,激光测距仪 AGA8,微波测距仪 CMW20,红外测距仪 DI5,5.3.1 红外测距的测距原理,基本公式,c0光在真空中的速度ng光在大气中传输的折射率t光波在AB间往返传输间,光在真空中的传播速度为C0=299792458米/秒。,电磁波测距方式,直接测时-该类测距仪称为脉冲式测距仪，该仪器因其精度较低，

8、通常只用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。间接测时-用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。现代测时的精度可达10-8秒，但引起的距离误差达 1.5m.现有的精密光电测距仪都不采用直接测时的方法，而采用间接测时。,1脉冲式测距原理 假设时钟脉冲的震荡频率为,震荡周期为计数器记录的震荡次数为N,则脉冲光波在AB两点间往返的时间为:,脉冲法测距应用-激光测卫,上海人卫站,2.相位式测距原理用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。它是用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）作为“运输工具”（称为载波），通过一个调制器使载波的振幅或频率按照调制波的变化做周期性变

9、化。测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接地确定传播时间t，进而求得待测距离D。,调制波的调制频率f，角频率，周期T，波长:设调制波在距离D往返一次产生的相位变化为，调制信号一个周期相位变化为2，则调制波的传播时间t为：代入基本公式得:,设调制信号为正弦信号，包含2的整倍数N2，和不足2的尾数部分，即：,代入前面公式:,令:-单位长，“光测尺”，“电子尺”,公式改写成:,上式就是相位式测距原理公式。,相位式测距仪是用长度为LS的“测尺”去量测距离，量了N个整尺段加上不足一个LS的长度就是所测距离。利用相位器可测定，但而不能求得“整周数N”。因此只可以求得“余长”，而不

10、能求得整长。采用多个“测尺”组合实现测距技术过程。设计；精测尺+粗测尺测距。,调制频率与测尺长度的关系,调制频率与测尺长度的关系,5.3.2 光电测距仪的组成,5.3.4 全站仪及其使用,（一）全站仪概述（二）全站仪的功能（三）几种全站仪及其基本应用,宾得,徕卡,拓普康,尼康,索佳,蔡司Zeiss,测量仪器总的发展过程：光学经纬仪 电子经纬仪 速测全站仪 全站仪。全站仪的发展过程：1.普通型全站仪2.功能型全站仪3.磁卡型全站仪4.内存式全站仪 5.全自动智能全站仪全站仪生产厂家：瑞士：徕卡Leica德国：蔡司Zeiss 日本：拓普康TOPCON，索佳SOKKIA，宾得,尼康中国：南方、苏州、

11、北京,苏州一光 全站仪,南方NTS全站仪,北光全站仪,（一）全站仪概述,全站仪(total station)是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和距离。全站仪具有如下特点：同时进行角度测量(水平角、竖直角)和距离测量(斜距S、平距D)、高差h；测距系统光轴与测角系统视准轴同轴（三轴同一）；显示测点的角度(方向值)、距离、高差或三维坐标；拥有后方交会、放样、偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等高级测量功能。,全站仪特点,拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式存储已知点和观测点的点号、编码、三维坐标；实现全站仪与计算机的数据

12、通讯；高精度全站仪测角达0.5秒级，测距精度达(0.1mm+0.1PPM)；与计算机联合组成的智能观测系统能实现全自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机器人。,三轴同一望远镜在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴、光电测距的红外光发射光轴和接收光轴是同轴的，其光路如图所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距,全站仪的功能,对边测量、悬高测量、后方交会、放样、偏心测量、面积计算等高级测量功能。,1、对边测量如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜并观测后，仪器即可显示出两个棱镜之间的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。对边测量可以连续进行。

13、,2、悬高测量如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高h1，瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示目标的高度H,3、后方交会测量如图，全站仪安置在某一待定点上，通过对两个以上的已知点处的棱镜进行观测，并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显示待定点的三维坐标。,4、三维坐标测量如图，将全站仪安置在已知点A，棱镜设置在待定点P，输入A点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点B并输入B点坐标（后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准P点处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定P的三维坐标。,5、放样测量将要测设的

14、角度和边长（或坐标值）输入全站仪，在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样值之差，根据显示的偏离值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的点位。有的电子全站仪还可通过图形显示出棱镜上下左右前后的移动方向。,6、偏心测量如图，若侍定点处不能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点的左侧或右侧，并使棱镜至站点的距离相当，瞄准棱镜并进行观测，再照准待定点，仪器即可显示待定点的坐标。,不同厂家生产的电子全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测量功能的按键程序和步骤也不完全一样，具体使用应参见厂家的使用说明书。,南方全站仪NTS350系列使用简介,一、仪器面板外观和功能说明 1、仪器外

15、观,2、键盘功能与信息显示,（1）操作键,(2)、显示屏上显示符号的含义,(3)、全站仪的常用功能1.角度测量2.距离测量4.坐标测量3.标准测量4.对边测量5.悬高测量6.点放样 7.距离放样8.面积测量 二、全站仪的使用（一）全站仪的安置 1.安置三脚架 2.将仪器安置到三脚架上 3.利用圆水准器粗平仪器 4.利用长水准器精平仪器 5.利用光学对中器对中 6.最后精平仪器,（二）角度测量 1.水平角右角和垂直角的测量确认处于角度测量模式，按下列操作步骤进行：,2.水平角的设置 1）通过锁定角度值进行设置（确认处于角度测量模式）,（三）距离测量 1.连续测量（确认处于测角模式）,2.N次测量

16、/单次测量 当输入测量次数后，仪器就按设置的次数进行测量，并显示出距离平均值。当输入测量次数为1，因为是单次测量，仪器不显示距离平均值。确认处于测角模式,（四）坐标测量 通过输入仪器高和棱镜高后测量坐标时，可直接测定未知点的坐标。注意：要先设置测站坐标，测站高，棱镜高及后视方位角。步骤如下：,（五）标准测量 1.设置测站点 可利用内存中的坐标数据来设定或直接由键盘输入（利用内存中的坐标数据来设置测站点的操作步骤如右图）,2.设置后视点 通过输入点号设置后视点将后视定向角数据寄存在仪器内。,3.碎部测量：即进行待测点测量，并存储数据,（六）对边测量 对边测量模式有两个功能。1、MLM-1（A-B

17、，A-C）：测量A-B，A-C，A-D 2、MLM-2（A-B，B-C）：测量A-B，B-C，C-D 必须设置仪器的方向角 例MLM-1（A-B，A-C）MLM-2（A-B，B-C）模式的测量过程与MLM-1模式完成相同。,对边测量操作步骤,（七）悬高测量 为了得到不能放置棱镜的目标点高度，只须将棱镜架设于目标点所在铅垂线上的任一点，然后进行悬高测量。,1.有棱镜高（h）输入的情形（例：h=1.3m）,2.没有棱镜高输入的情形,（八）点放样,1.设置测站点：可采用直接 输入测站点坐标,2.设置后视点：可采用直接 输入后视点坐标,3.实施放样：有两种方法可供选择，即通过点号调用内存中的坐标值和直

18、接键入坐标值例：调用内存中的坐标值,（九）距离放样 该功能可显示出测量的距离与输入的放样距离之差。测量距离-放样距离=显示值 放样时可选择平距（HD），高差（VD）和斜距（SD）中的任意一种放样模式,（十）面积计算 该模式用于计算闭合图形的面积，面积计算有如下两种方法：1.用坐标数据文件计算面积 2.用测量数据计算面积 注意：如果图形边界线相互交叉，则面积不能正确计算。混合坐标文件数据和测量数据来计算面积是不可能的。面积计算所用的点数是没有限制的。所计算的面积不能超过200000平方米或2000000平方英尺。,1.用坐标数据文件计算面积,2.用测量数据计算面积,5.4 直线定向5.4.1 直

19、线定向的概念确定地面上两点之间的相对位置，仅知道两点之间的水平距离是不够的，还必须确定此直线与标准方向之间的水平夹角。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 通过地球表面某点真子午线的切线方向，称为该点的真子午线方向，真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。2 磁于午线方向 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。磁子午线方向可用罗盘仪测定。,5.4.2 表示直线方向的方法,3 坐标纵轴方向(中央子午线方向)我国采用高斯平面直角坐标系，每一6带或3带内都以该带的中央子午线为坐标纵轴方向。因此，该带内直线定向，就用

20、该带的坐标纵轴方向作为标准方向。如假定坐标系，则用假定的坐标纵轴(X轴)作为标准方向。,5.4.2 表示直线方向的方法 测量工作中，常采用方位角来表示直线的方向。由标准方向的北端起，顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角，其角值从0 360。由不同的标准方向所得到的方位角，分别为：真方位角：A 磁方位角：Am 坐标方位角：,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,由于地磁南北极与地球的南北极并不重合，因此，过地面上某点的真子午线方向与磁子午线方向常不重合，两者之间的夹角称为磁偏角，磁针北端偏于其子午线以东称东偏，偏于其子午线以西称西偏。东偏取正值，西偏取负值。我国磁偏角

21、的变化大约在+6到-10之间。直线的真方位角与磁方位,磁子午线,真子午线,2真方位角与坐标方位角之间的关系,坐标纵轴，而其它子午线投影后为收敛于两极的曲线，地面点M、N等点的真子午线方向与中央子午线之间的夹角，称为子午线收敛角。在中央子午线以东地区，各点的坐标纵轴偏在真子午线的东边，为正值；在中央子午线以西地区，为负值。直线的真方位角与磁方位角之间可用下式进行换算,3坐标方位角与磁方位角的关系若已知某点的磁偏角与子午线收敛角，则坐标方位角与磁方位角之间的换算式为,为磁坐偏角,5.4.3 正、反坐标方位角及其推算当标准方向为坐标纵轴(中央子午线)方向时，直线的方位角称为坐标方位角(，简称方向角)。,正、反方位角关系,BA=AB180,方位角的推算,左角公式：右角公式：方位角的范围：,当 时，应减去,