《工程距离测量》PPT课件.ppt

第六单元 距离测量,一、视距测量二、钢尺量距三、光电测距及全站仪,概述,距离是指地面上两点之间的直线长度，距离测量是测量的基本工作之一。水平面两点之间的距离是水平距离（简称平距），不同高度上两点之间的距离称为斜距斜距加上倾斜改正后，才能转化为平距。坐标的计算、施工放样等通常用到的距离（如没有特殊说明）一般指水平距离。在地形测量中，因距离不太长，在距离测量中可不考虑地球曲率的影响。地面两点间的距离是推算点坐标的重要元素之一，同时也是建筑工程中施工放样、设备安装的重要元素，因而距离测量也是最常见的测量工作。,长度的定义,距离是用长度单位表示的，国际上通用的长度单位是“米”制。最新定义“米”的长度为“光在真空中1/299792458秒时间间隔内运行的长度”。我国目前采用的就是国际单位制“米”。,距离测量的方法,确定直线长度的工作称为距离测量。按使用的仪器和工具的不同，距离测量分为距离丈量、视距测量、电磁波测距及全球卫星定位系统（GPS）测量等形式。距离丈量主要用钢尺沿地面直接丈量两地面点间的距离；视距测量是用装有视距装置的测量仪器和视准尺，按三角原理测算出仪器至标尺的距离；电磁波测距是利用仪器发出的电磁波在被测两点的往返传播时间，求得两点距离的；全球卫星定位系统（GPS）测量是用卫星在空中的运行不断向地球表面发射的信号，由地面接受站通过接受，从而解算出两点间的基线长度。,几种测距方法的比较,钢尺量距工具简单，经济实惠，但工作量大，受地形条件限制，适用于平坦地区；视距测量工作轻便、灵活，但精度低，适于200米以内的碎部测量；电磁波测距、GPS测量精度高，成本高，但测程远，适于地形条件复杂、距离远的高精度测量。,视距测量,一、视 距 测 量,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)。,（一）视线水平时,十字丝板上有两根视距丝，它们在物镜光心处的张角基本是不变的。两根视距丝在物方向的间距与距离成正比一般制作仪器时令,一.视线水平时视距测量,读数要求：上下丝读数a、b读至毫米，中丝 读至厘米，仪器高 i 量至厘米。,1.视距公式：,2.高差公式：,二.视线倾斜时视距测量公式,二.视线倾斜时视距测量公式,1.视距公式：,三.视距测量观测和计算,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,三.视距测量观测和计算,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。,视距测量表,视距测量表,卷尺量距概述,二、钢尺量距,精密量距方法 量距相对精度：110000140000 主要用途：砼、钢结构等较精密工程的 放样等。,一般量距方法 量距相对精度：1200015000 主要用途：图根导线边长丈量、一般工 程的距离放样。,1.一般方法量距,钢尺量距的作业要求1.一般方法量距：直 目估定线，保证量距时沿直线方向进行 平 地面平整，钢尺水平 准 每尺段端点标志精确,直线定向1、两点间定线,2、过山头定线,3、延长直线,A,C1,B,C2,C,2.精密方法量距,2.精密方法量距：,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，逐段量测；4.对钢尺施加固定拉力；5.对量距结果加三项改正数：,尺长鉴定,钢尺长度方程式,钢尺量距例题,例：某钢尺在平坦地区，采用直线精密量距法往返丈量AB边长（整尺法），结果为，返测，丈量时往测温度，已知该钢尺的尺长方程式为 求直线AB的水平距离及边长相对中误差？,解题过程,（1）往测时，设其真实长度为，由尺长方程式可知尺长改正数，则：尺长改正：温度改正：则，AB的往测距离为 由于在水平距离丈量，不需加入倾斜改正，仅需进行尺长和温度改正。,解题过程,（2）返测时，设其真实长度为，由尺长方程式可知尺长改正数，则：尺长改正：温度改正：则，AB的往测距离为,解题结果,（3）直线AB的水平距离及边长相对误差计算：水平距离 边长相对误差,距离测量的误差来源,尺长误差 系统温度的影响 部分系统，部分偶然倾斜的影响 系统拉力不准引起的误差 部分系统,部分偶然尺子垂曲与反曲引起的误差 系统定线误差 系统读数误差 偶然,三、光电测距及全站仪,1941年瑞典物理学家Bergstrand在研究光速时开发了高精度测量t的技术1948年瑞典AGA厂推出了第一台光波测距仪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。进一步推进了测量学的发展尽管GPS应用很广，短程电磁波测距仪仍然大有用途,一、基本原理,C0：299 792.458km/sn：大气折射率,基本原理,D,A,B,测距仪,反射器,通过测定电磁波在待测距离两端点间往返一次的传播时间t，利用电磁波在大气中的传播速度C来确定距离。,关键：精确测定传播时间t,电磁波测距仪的分类,按所采用的载波光电测距仪红外测距仪激光测距仪微波测距仪按测定时间的方式不同 脉冲式测距仪相位式测距仪,电磁波测距成果的整理,加常数改正乘常数改正气象改正倾斜改正,B,A,加常数改正,测距仪,反射器,D,A,B,仪器安置中心,反射器安置中心,光波发射等效面,反射器等效面,乘常数改正,标准频率,实际频率,标称尺长,实际尺长,乘常数,乘常数改正值,气象改正,改正后的距离：,假定大气状态：t015，P0=1013hPa，气象改正数公式：,Dtp：mm D(观测距离)：km,倾斜改正,倾斜距离,水平距离,全站仪测量,学习目标：明确全站测量技术的技术原理与方法，明确全站仪的基本结构、功能和现代全站测量技术的作用和意义，掌握几种全站仪基本应用和地面点定位的速测技术手段。,一、全站测量技术概念,1、全站测量概念测量人员在测站上对地面点的坐标、高程等参数进行同时测定的方法。或者说，测量人员在测站上快速测定地面点的坐标、高程等参数的技术。光学速测法、半站光电速测法和全站光电速测法2、光学速测法利用光学经纬仪及视距法原理迅速测定地面点位置的方法。3、半站光电速测法利用光学经纬仪器及光电测距仪器迅速测定地面点位置的方法。4、全站光电速测法利用光电经纬仪(或称电子经纬仪)及光电测距仪迅速测定地面点位置的方法。,全站光电速测法(现代全站测量),利用光电经纬仪(或称电子经纬仪)及光电测距仪迅速测定地面点位置的方法。全站仪，光电经纬仪及光电测距仪组合而成，或者由光电经纬仪及光电测距仪集成而一测量仪器。现代全站测量特点：1.测量光电化。全站仪瞄准目标(反射器)以后启动测量，测角、测距、数据记录与处理几乎同步自动进行，并根据需要快速给出地面点的位置。2.备有数据群的存储设备。,二、全站仪基本技术装备,1、全站仪基本结构1.全站仪结构形式，沿用了光学经纬仪的基本特点。1)在外形结构上类似光学经纬仪。2)在内部结构关系保留光学经纬仪的基本轴系。3)人工基本操作部件、旋钮的功能与经纬仪基本相同。,2.全站仪基本技术装备。,外表不同的:增加键盘、显示屏、蓄电池盒等。更重要的是基本技术装备。全站仪基本技术装备:1)基本型全站仪。全站仪基本技术装备包括有光电测量系统、光电液体补偿技术、测量计算机系统。2)自动型全站仪。除光电测量系统、光电液体补偿技术、测量计算机系统,还设有光电自动瞄准和跟踪系统。,3、全站仪测量系统,全站仪测量系统，即光电测距系统、光电测角系统。光电测角系统即水平角、竖直角的光电测量系统。全站仪测量系统是全站仪的技术核心。有的光电测距系统中，装备有、无棱镜激光测距技术。有棱镜激光测距技术，即测距系统必有反射器，无棱镜激光测距系统，即测距系统没有反射器。无反射器激光测距，光电测距时光射向目标，光在目标表面的光反射，是反射方向杂乱的漫反射。漫反射的光损失严重，如果返回的反射光强度足够，测距仪可探测到反射光实现距离测量，这就是无棱镜光电测距。,4、光电液体补偿技术,1.补偿，即对仪器存在不精密水平状态的一种修正。机械摆式的补偿。2.液体补偿。原理上，液体补偿把补偿器自身重力转化为液体自身液平面的形式提供水平补偿功能。如何提供？如图，把读数指标以对径符合读数技术放在水平位置上，图的顶端是一个“液体盒”。若仪器精确水平，对径指标(箭头)射入液体盒，在液平面全反射后与处指标重合。此时对径指标反映在读数窗口上是正确符合。这种情况无须补偿。若仪器不精确水平，对径指标(箭头)偏离水平位置，存在一个角。对径指标偏离值等于2 角。对径符合读数技术使指标重合起来，实现对角的测定，达到竖直角修正，即补偿的目的。,3双轴光电液体补偿,只对竖直角进行修正，故称为单轴光电液体补偿。一般全站仪都装备有单轴光电液体补偿。双轴光电液体补偿就是对竖直角、水平角同时误差修正的精密补偿系统。上述 角又称为竖轴误差。从式(2-24)可见，只要能测定，就可以利用水平角及竖直角修正竖轴误差对水平角的影响。这就是全站仪进行竖直角修正基础上的水平角的修正。所谓的全站仪双轴光电液体补偿就是对竖直角、水平角同时误差修正的精密补偿系统。全站仪在粗平后的光电自动补偿功能是以光电传感技术、倾斜测微技术为基础，实现双轴自动误差修正。双轴光电液体补偿是全站仪高精度测量的基本条件之一。,5、自动瞄准与跟踪,1自动瞄准。全站仪的自动瞄准技术，或称为自动识别目标技术，在原理上有三个基本技术环节。1)目标标准位置图像的存储。2)初次瞄准目标的图像获取与识别。3)全站仪自动寻标瞄准。自动寻标瞄准过程往往存在微小差异，仪器可以将其转化为改正数对测量结果进行修正。2自动跟踪现代全站仪的自动跟踪，以摄像技术和自动寻标瞄准技术为基础，完全是全站仪按设计要求自身进行图像判断、指挥自身照准部和望远镜的转动寻标、瞄准、测量的全自动的跟踪测量过程。,6、测量计算机系统与功能,全站仪的测量光电化技术与计算机技术的有机结合，是全站仪测量自动化、智能化的发展基础，全站仪的形成、发展与计算机技术密切相关。图下半部(虚线框)实际是全站仪配有的测量专用计算机。全站仪的基本功能1.快速测量功能。1)单测量：2)全测量：3)跟踪测量：4)连续测量：5)程式测量。2.参数输入储备功能。1)角度、距离、高差；2)点位坐标、方位角、高程；3)修正参数(如距离改正数)；4)测量术语、代码、指令。3.计算与显示功能。1)观测值(水平角、竖直角、斜距)；2)水平距离、高差；3)点位坐标、高程；4)储备的指令与参数。4.测量的记录、通讯传输功能。有线形式或无线形式与有关的其他设备进行测量数据的交换。,三、Topcon全站仪,GTS-220型全站仪技术指标：角度测量：显示510,精度29。距离测量：精度，(2mm+2ppmD)；测程，一般1.5km3.5km；测量时间，正常测距3秒。,Topcon,显示窗与键盘,显示窗：4行。提示式键盘。硬键:坐标测量键、距离测量键、角度测量键；菜单键、退出键、电源键。软键：F1、F2、F3、F4。,