北科工程測(cè)量_4,5_距離測(cè)量與直線(xiàn)定向

1、工程測(cè)量工程測(cè)量北京科技大學(xué)土木學(xué)院北京科技大學(xué)土木學(xué)院 晏劍斌晏劍斌4-1 鋼尺量距鋼尺量距 量距的工具量距的工具鋼尺：最常用有鋼尺：最常用有3030m m、50m50m兩種兩種注意零點(diǎn)的位置！注意零點(diǎn)的位置！花桿、測(cè)釬、垂球、彈簧秤、溫度計(jì)花桿、測(cè)釬、垂球、彈簧秤、溫度計(jì)4-1-1 鋼尺量距的一般方法鋼尺量距的一般方法量距的工具量距的工具直線(xiàn)定線(xiàn)直線(xiàn)定線(xiàn) 當(dāng)兩點(diǎn)之間的距離較長(zhǎng)或地勢(shì)起伏較當(dāng)兩點(diǎn)之間的距離較長(zhǎng)或地勢(shì)起伏較大時(shí)，須分段丈量大時(shí)，須分段丈量 一般量距用目視定線(xiàn)一般量距用目視定線(xiàn)即可即可距離距離 偏離偏離5cm10cm20cm30m0.16mm0.67mm2.67mm?4-1-1

2、鋼尺量距的一般方法鋼尺量距的一般方法量距的工具量距的工具直線(xiàn)定線(xiàn)直線(xiàn)定線(xiàn) 量距方法量距方法 1 1平坦地區(qū)的距離丈量平坦地區(qū)的距離丈量 量距精度以相對(duì)誤差表示，并將其換算為分子量距精度以相對(duì)誤差表示，并將其換算為分子為為1 1的分?jǐn)?shù)形式，精度一般不低于的分?jǐn)?shù)形式，精度一般不低于1/30001/3000 | |往測(cè)往測(cè)返測(cè)返測(cè)| / | / 往返均值往返均值 = 1 / = 1 / M M 可把尺子放在地面上進(jìn)行可把尺子放在地面上進(jìn)行, ,在整尺的地方插一在整尺的地方插一測(cè)釬測(cè)釬, ,丈量至少往返測(cè)各一次。丈量至少往返測(cè)各一次。 D = nLD = nL0 0 + + L L0 04-1-1 鋼

3、尺量距的一般方法鋼尺量距的一般方法量距的工具量距的工具直線(xiàn)定線(xiàn)直線(xiàn)定線(xiàn) 量距方法量距方法 1 1平坦地區(qū)的距離丈量平坦地區(qū)的距離丈量 2 2傾斜地面的距離丈量?jī)A斜地面的距離丈量 平量法平量法 斜量法斜量法4-1-2 鋼尺量距的精密方法鋼尺量距的精密方法 普通方法只能達(dá)到普通方法只能達(dá)到1/1000-1/50001/1000-1/5000，精密方法可，精密方法可以達(dá)到以達(dá)到1/10000-1/400001/10000-1/40000，所使用的鋼尺必須經(jīng)過(guò)，所使用的鋼尺必須經(jīng)過(guò)檢定，測(cè)量時(shí)使用拉力計(jì)和溫度計(jì)。檢定，測(cè)量時(shí)使用拉力計(jì)和溫度計(jì)。經(jīng)緯儀定線(xiàn)經(jīng)緯儀定線(xiàn)概量分段，每段略短于尺長(zhǎng)；打木樁、做標(biāo)

4、記概量分段，每段略短于尺長(zhǎng)；打木樁、做標(biāo)記尺段丈量尺段丈量 施標(biāo)準(zhǔn)拉力，同時(shí)讀數(shù)，每段移動(dòng)鋼尺位置量施標(biāo)準(zhǔn)拉力，同時(shí)讀數(shù)，每段移動(dòng)鋼尺位置量3次，估讀到次，估讀到0.5mm測(cè)定各段高差測(cè)定各段高差水準(zhǔn)測(cè)量，往返進(jìn)行，互差不超過(guò)水準(zhǔn)測(cè)量，往返進(jìn)行，互差不超過(guò)1010mmmm4-2 鋼尺量距的精密方法鋼尺量距的精密方法經(jīng)緯儀定線(xiàn)經(jīng)緯儀定線(xiàn)尺段丈量尺段丈量測(cè)定各段高差測(cè)定各段高差尺段改正計(jì)算尺段改正計(jì)算 尺長(zhǎng)改正尺長(zhǎng)改正 L Ld d(L(LL L0 0)L/L)L/L0 0 L Ld d(30.0025(30.002530)x29.8652/30 = 0.002530)x29.8652/30 =

5、0.0025 溫度改正溫度改正 L Lt t(t(tt t0 0)L )L L Lt t1.2x101.2x10-5-5x(25.8x(25.820)x29.8652 = 0.002120)x29.8652 = 0.00213030米尺子每米尺子每差差0.360.36mmmm; 5; 50 0米尺子每米尺子每差差0.60.6mmmm 傾斜改正傾斜改正 L Lh hh h2 2/2L /2L L Lh h(-0.152)(-0.152)2 2/(2x29.8652) = -0.0004/(2x29.8652) = -0.0004 4-2 鋼尺量距的精密方法鋼尺量距的精密方法經(jīng)緯儀定線(xiàn)經(jīng)緯儀定線(xiàn)尺

6、段丈量尺段丈量測(cè)定各段高差測(cè)定各段高差尺段改正計(jì)算尺段改正計(jì)算計(jì)算全長(zhǎng)和相對(duì)誤差計(jì)算全長(zhǎng)和相對(duì)誤差計(jì)算往返測(cè)的各自長(zhǎng)度計(jì)算往返測(cè)的各自長(zhǎng)度 相對(duì)誤差相對(duì)誤差 = | = |往測(cè)往測(cè)返測(cè)返測(cè)| / | / 往返均值往返均值 鋼尺的檢定鋼尺的檢定到檢定機(jī)構(gòu)的比長(zhǎng)臺(tái)進(jìn)行到檢定機(jī)構(gòu)的比長(zhǎng)臺(tái)進(jìn)行尺長(zhǎng)方程式尺長(zhǎng)方程式: : l lt t l l0 0 + + l l + l+ l0 0 (t (tt t0 0) )4-1-3 鋼尺量距的誤差分析鋼尺量距的誤差分析 一、定線(xiàn)誤差一、定線(xiàn)誤差二、尺長(zhǎng)誤差二、尺長(zhǎng)誤差尺長(zhǎng)誤差具有系統(tǒng)積累性，它與所量距離成正比尺長(zhǎng)誤差具有系統(tǒng)積累性，它與所量距離成正比三、溫度誤差

7、三、溫度誤差 用溫度計(jì)測(cè)定的是空氣的溫度，而不是鋼尺本身的溫度用溫度計(jì)測(cè)定的是空氣的溫度，而不是鋼尺本身的溫度 四、拉力誤差四、拉力誤差 五、尺子不水平的誤差五、尺子不水平的誤差 3030m m尺子尺子2.62.6kgfkgf導(dǎo)致導(dǎo)致1 1mmmm誤差誤差; 50; 50m m尺子尺子1.71.7kgfkgf導(dǎo)致導(dǎo)致1 1mmmm誤差誤差4-1-3 鋼尺量距的誤差分析鋼尺量距的誤差分析六、鋼尺垂曲和反曲的誤差六、鋼尺垂曲和反曲的誤差 ABff f = - 8= - 8f f2 2 / 3 / 3L L0 0 L Lf f( (L/LL/L0 0) )3 .3 .f f 七、丈量本身的誤差七、丈

8、量本身的誤差 4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介 概況概況 19411941年瑞典物理學(xué)家年瑞典物理學(xué)家BergstrandBergstrand在研究光速時(shí)在研究光速時(shí)開(kāi)發(fā)了高精度測(cè)量時(shí)間的技術(shù)開(kāi)發(fā)了高精度測(cè)量時(shí)間的技術(shù)19481948年瑞典年瑞典AGAAGA廠(chǎng)推出了第一臺(tái)光波測(cè)距儀廠(chǎng)推出了第一臺(tái)光波測(cè)距儀 自自20世紀(jì)世紀(jì)50年代以來(lái)，隨著需求的增長(zhǎng)和光學(xué)、年代以來(lái)，隨著需求的增長(zhǎng)和光學(xué)、微電子學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了紅外測(cè)距、微波測(cè)距、激微電子學(xué)的發(fā)展，出現(xiàn)了紅外測(cè)距、微波測(cè)距、激光測(cè)距技術(shù)，統(tǒng)稱(chēng)為電磁波測(cè)距技術(shù)光測(cè)距技術(shù)，統(tǒng)稱(chēng)為電磁波測(cè)距技術(shù) 電磁波測(cè)距技術(shù)大大減輕了距離測(cè)量的勞動(dòng)強(qiáng)度，電磁波

9、測(cè)距技術(shù)大大減輕了距離測(cè)量的勞動(dòng)強(qiáng)度，也大大提高了作業(yè)精度和速度也大大提高了作業(yè)精度和速度4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介概況概況分類(lèi)分類(lèi)1.1. 按載波分按載波分 微波測(cè)距儀微波測(cè)距儀 激光測(cè)距激光測(cè)距儀儀 紅外光測(cè)距儀紅外光測(cè)距儀2.2. 按測(cè)程分按測(cè)程分 短程測(cè)距儀短程測(cè)距儀(5(15(15km)km)4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介概況概況分類(lèi)分類(lèi)電磁波測(cè)距原理電磁波測(cè)距原理 設(shè)電磁波在測(cè)距儀與反光鏡之間往返的時(shí)間為設(shè)電磁波在測(cè)距儀與反光鏡之間往返的時(shí)間為t,t,則測(cè)距儀至反光鏡的距離則測(cè)距儀至反光鏡的距離: :CtS21其中其中 C=CC=C0 0/ /n nC C0 0為光

10、在真空中的傳播速度為光在真空中的傳播速度 C C0 0=299792458m=299792458m/ /s s n n為大氣折射率為大氣折射率, ,與測(cè)距儀所用光源的波長(zhǎng)與測(cè)距儀所用光源的波長(zhǎng) ，測(cè)，測(cè)線(xiàn)上的氣溫線(xiàn)上的氣溫t, t, 氣壓氣壓P P和濕度和濕度e e有關(guān)。有關(guān)。 要保證要保證lcmlcm的測(cè)距精度，時(shí)間測(cè)定要準(zhǔn)確到的測(cè)距精度，時(shí)間測(cè)定要準(zhǔn)確到6.76.71010- -lllls s, ,這是難以做到的。因此，大多采用間接測(cè)這是難以做到的。因此，大多采用間接測(cè)定法來(lái)測(cè)定。定法來(lái)測(cè)定。 4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介電磁波測(cè)距原理電磁波測(cè)距原理1 1脈沖式測(cè)距脈沖式測(cè)距 由測(cè)

11、距儀的發(fā)射系統(tǒng)由測(cè)距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出發(fā)出光脈沖光脈沖，經(jīng)被測(cè)目標(biāo)，經(jīng)被測(cè)目標(biāo)反射后，再由測(cè)距儀的接反射后，再由測(cè)距儀的接收系統(tǒng)接收，測(cè)出這一光收系統(tǒng)接收，測(cè)出這一光脈沖往返所需時(shí)間間隔脈沖往返所需時(shí)間間隔t t的的鐘脈沖的個(gè)數(shù)鐘脈沖的個(gè)數(shù)以求得距以求得距離離S S。由于計(jì)數(shù)器的頻率由于計(jì)數(shù)器的頻率一般為一般為300300MHz(3x10MHz(3x108 8Hz)Hz)，測(cè)距精度為測(cè)距精度為O.5mO.5m，精度較精度較低。低。 2 2相位式測(cè)距相位式測(cè)距 由測(cè)距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一種連續(xù)的由測(cè)距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一種連續(xù)的調(diào)制光波調(diào)制光波，測(cè)，測(cè)出該調(diào)制光波在測(cè)線(xiàn)上往返傳播所產(chǎn)生的出該調(diào)制光波在

12、測(cè)線(xiàn)上往返傳播所產(chǎn)生的相位移相位移，以測(cè)，以測(cè)定距離定距離S S。紅外光電測(cè)距儀一般都采用相位式測(cè)距。紅外光電測(cè)距儀一般都采用相位式測(cè)距。 4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介)2(2)(2121NNCtD我們把我們把/2/2叫作測(cè)距儀的叫作測(cè)距儀的“尺長(zhǎng)尺長(zhǎng)”4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介電磁波測(cè)距原理電磁波測(cè)距原理2 2相位式測(cè)距相位式測(cè)距 設(shè)光從發(fā)射器發(fā)出，設(shè)光從發(fā)射器發(fā)出，抵達(dá)反光鏡后返回儀器抵達(dá)反光鏡后返回儀器的接收器，稱(chēng)為信號(hào)的接收器，稱(chēng)為信號(hào)2 2。而從發(fā)射器發(fā)出的光分而從發(fā)射器發(fā)出的光分出一路直接進(jìn)入處理裝出一路直接進(jìn)入處理裝置，稱(chēng)為信號(hào)置，稱(chēng)為信號(hào)1 1。則信號(hào)。則信號(hào)

13、1 1和和2 2之間存在相位差之間存在相位差和整周數(shù)和整周數(shù)N N利用利用測(cè)相器測(cè)相器可測(cè)定可測(cè)定，但而不能求得但而不能求得“整周數(shù)整周數(shù)N”N”。 因此只可以求得因此只可以求得“余長(zhǎng)余長(zhǎng)”，而不能求得整長(zhǎng)。，而不能求得整長(zhǎng)。4-3 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介電磁波測(cè)距原理電磁波測(cè)距原理2 2相位式測(cè)距相位式測(cè)距 短程的電磁波測(cè)距儀常用砷化鎵短程的電磁波測(cè)距儀常用砷化鎵GaAsGaAs發(fā)出的紅外發(fā)出的紅外激光波長(zhǎng)約激光波長(zhǎng)約0.870.87mm。顯然是不能用它做測(cè)距信號(hào)的。顯然是不能用它做測(cè)距信號(hào)的。 無(wú)線(xiàn)電技術(shù)可以對(duì)電磁波的振幅、頻率、相位加無(wú)線(xiàn)電技術(shù)可以對(duì)電磁波的振幅、頻率、相位加以調(diào)制

14、使其隨時(shí)間按一定的規(guī)律變化。以調(diào)制使其隨時(shí)間按一定的規(guī)律變化。 在在GaAsGaAs激光器上注入按規(guī)律變化的電流后可以使激光器上注入按規(guī)律變化的電流后可以使激光器激光器按同樣的規(guī)律按同樣的規(guī)律改變改變發(fā)光的強(qiáng)度發(fā)光的強(qiáng)度。調(diào)制波的頻率。調(diào)制波的頻率遠(yuǎn)小于紅外激光的頻率。遠(yuǎn)小于紅外激光的頻率。4-4 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介 由于測(cè)相器只能測(cè)定不足一周的由于測(cè)相器只能測(cè)定不足一周的“尾數(shù)尾數(shù)”，所以，所以，如果我們選擇調(diào)制光的頻率對(duì)應(yīng)的如果我們選擇調(diào)制光的頻率對(duì)應(yīng)的“尺長(zhǎng)尺長(zhǎng)”足夠我們足夠我們的測(cè)程（比如的測(cè)程（比如1010kmkm）, ,則我們只要測(cè)出則我們只要測(cè)出“尾數(shù)尾數(shù)”就可以就可以

15、了了 但是，測(cè)相的精度是有限的。儀器測(cè)相的精度一但是，測(cè)相的精度是有限的。儀器測(cè)相的精度一般為般為1/10001/1000，顯然，測(cè)尺越長(zhǎng)，測(cè)距的的精度越差。，顯然，測(cè)尺越長(zhǎng)，測(cè)距的的精度越差。 解決辦法：解決辦法：用幾把不同尺長(zhǎng)的測(cè)尺來(lái)測(cè)量，長(zhǎng)的用幾把不同尺長(zhǎng)的測(cè)尺來(lái)測(cè)量，長(zhǎng)的測(cè)大數(shù)，短的測(cè)尾數(shù)；這樣測(cè)大數(shù)，短的測(cè)尾數(shù)；這樣既可以擴(kuò)大測(cè)程又可以保既可以擴(kuò)大測(cè)程又可以保證精度證精度。4-4 光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介光電測(cè)距儀簡(jiǎn)介電磁波測(cè)距原理電磁波測(cè)距原理2 2相位式測(cè)距相位式測(cè)距 測(cè)尺長(zhǎng)度10m100m1km10km100km測(cè)尺頻率15MHz1.5MHz150KHz15KHz1.5KHz測(cè)量精度1c

16、m10cm1m10m100m1 1脈沖式測(cè)距脈沖式測(cè)距 測(cè)距儀的標(biāo)稱(chēng)精度測(cè)距儀的標(biāo)稱(chēng)精度m mD D= =( a + b ( a + b D)D)5mm+1ppm; 3mm+2ppm本章作業(yè)本章作業(yè) 教材第教材第7373頁(yè)頁(yè)思考題第思考題第5 5題題習(xí)題第習(xí)題第題題第五章第五章直線(xiàn)定向直線(xiàn)定向 確定直線(xiàn)與確定直線(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)方向標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱(chēng)為之間的水平角度稱(chēng)為直線(xiàn)定向直線(xiàn)定向。 標(biāo)準(zhǔn)方向的種類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)方向的種類(lèi) 1 1真子午線(xiàn)方向真子午線(xiàn)方向 通過(guò)地球表面某點(diǎn)的真子午線(xiàn)的通過(guò)地球表面某點(diǎn)的真子午線(xiàn)的切線(xiàn)方向，稱(chēng)為該點(diǎn)的真子午線(xiàn)方向切線(xiàn)方向，稱(chēng)為該點(diǎn)的真子午線(xiàn)方向 2 2磁子午線(xiàn)方向磁子午線(xiàn)方

17、向 磁子午線(xiàn)方向是磁針在地球磁場(chǎng)磁子午線(xiàn)方向是磁針在地球磁場(chǎng)的作用下，磁針自由靜止時(shí)其軸線(xiàn)的作用下，磁針自由靜止時(shí)其軸線(xiàn)所指的方向所指的方向 3 3坐標(biāo)縱軸方向坐標(biāo)縱軸方向 用高斯投影后該帶的坐標(biāo)縱軸（用高斯投影后該帶的坐標(biāo)縱軸（X X軸）方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向軸）方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向 5-2 方位角方位角標(biāo)準(zhǔn)方向的種類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)方向的種類(lèi) 表示直線(xiàn)方向的方法（方位角）表示直線(xiàn)方向的方法（方位角） 由標(biāo)準(zhǔn)方向的由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起，順時(shí)針北端起，順時(shí)針?lè)椒较蛄康侥持本€(xiàn)的夾角，稱(chēng)為該直線(xiàn)向量到某直線(xiàn)的夾角，稱(chēng)為該直線(xiàn)的的 方位角方位角 幾種方位角之間的關(guān)系幾種方位角之間的關(guān)系 1 1真方位角與磁方位角之間的關(guān)系真

18、方位角與磁方位角之間的關(guān)系 A A真真= =A A磁磁+ + （我國(guó)我國(guó)+6 -10 +6 -10 ，北京，北京-5 50-5 50）2 2真方位角與坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系真方位角與坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系 A A真真= =坐坐+ + = =（L-LL-L0 0）SinBSinB5-2 方位角方位角幾種方位角之間的關(guān)系幾種方位角之間的關(guān)系 1 1真方位角與磁方位角之間的關(guān)系真方位角與磁方位角之間的關(guān)系 A A真真= = A A磁磁+ + 2 2真方位角與坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系真方位角與坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系 A A真真= =坐坐+ + 3 3坐標(biāo)方位角與磁方位角之間的關(guān)系坐標(biāo)方位角與磁方位角之間的關(guān)系 坐坐= = A A磁磁+ +- - “三北三北”之間的關(guān)之間的關(guān)系系5-2 方位角方位角正、反坐標(biāo)方位角正、反坐標(biāo)方位角測(cè)量中的直線(xiàn)具有方向性測(cè)量中的直線(xiàn)具有方向性 通過(guò)起點(diǎn)通過(guò)起點(diǎn)A A的坐標(biāo)縱軸方向的坐標(biāo)縱軸方向與直線(xiàn)與直線(xiàn)A AB B所夾的坐標(biāo)方位角所夾的坐標(biāo)