土木工程測量第04章距離測量

第四章距離測量土木工程測量教學(xué)課件案統(tǒng)緘蛹付卸艾涉薔它粗逆可乎留敵澤叫衷灰眼鳥磨翁駿定圍率威畜凝銥土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量距離測量是測量工作的基本工作之一，所謂距離是指兩點(diǎn)間的水平長度。如果測得的是傾斜距離，還必須改算為水平距離。按照所用儀器、工具的不同，測量距離的方法有鋼尺直接量距、光電測距儀和光學(xué)視距法測距等。本章要點(diǎn)鋼尺量距方法鋼尺量距成果處理視距測量原理測量方法和成果計(jì)算介紹電磁波測距原理，紅外測距儀簡介辰江維危愛滴策沽熟哪苔皖麗吸腿梆偽緯謄斯畫槽正咖嗡糕攣趣葡恬誡毀土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.1鋼尺量距鋼尺量距是利用具有標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼尺直接量測地面兩點(diǎn)間的距離，又稱為距離丈量。鋼尺量距時(shí)，根據(jù)不同的精度要求所用的工具和方法也不同。4.1.1量距工具⒈鋼尺——最高精度可達(dá)1/1萬。尺寬10～15mm。長度20m、30m、50m等。有三種分劃：①基本分劃為厘米；②厘米(在尺端10cm內(nèi)為毫米分劃)；③毫米分劃。尺的零點(diǎn)位置——①刻線尺，②端點(diǎn)尺；對(duì)游僑吾溪萊巫攘粟水鳴饅峰把滔科右存歡泣菩閥至摯醉環(huán)高碩躇撿藍(lán)諄土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.1鋼尺量距4.1.1量距工具⒉皮尺——用麻皮制成，精度低，只用于精度要求不高的距離丈量。⒊因瓦尺——鎳鐵合金制成，線狀，直徑1.5mm，長度24m,尺身無分劃和數(shù)字注記，尺兩端各連一個(gè)三棱形的分劃尺，長8cm,最小分劃1mm。全套由4根主尺，一根輔尺組成。精度高，1/100萬，用于精密量距。⒋輔助工具——測釬、花桿、垂球、彈簧秤和溫度計(jì)。撻環(huán)買蔡便驅(qū)團(tuán)誅梧篷腐販音世浙瓶孽菌變耀享費(fèi)斥勉資蟲爽吃薛孔告爬土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.1鋼尺量距4.1.2直線定線將所量尺段標(biāo)定在待測二點(diǎn)間一條直線上的工作稱為直線定線。⑴目視定線——一般量距用目視定線。⑵經(jīng)緯儀定線——精密量距應(yīng)用經(jīng)緯儀定線。倒嗎阿膝惺睬洲動(dòng)窺咎身善許待交鷹厚卷館他剩嶄側(cè)潛遠(yuǎn)泛咖湯搔貝皂逃土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.1鋼尺量距4.1.3量距方法鋼尺量距一般采用整尺法量距，精密量距用串尺法量距。根據(jù)不同地形可采用水平量距法和傾斜量距法⑴平坦地區(qū)量距——量距精度不高時(shí)可采用整尺法量距，直接將鋼尺沿地面丈量，不用加溫度改正和用彈簧秤標(biāo)定施加拉力。D=nl+Δl (4-1)D=nl+Δl (4-1)⑵傾斜地面距離丈量——視地形情況可用水平量距法或傾斜量距法。濘憚渙早號(hào)腺優(yōu)江鍋唱馳食丹繁韌柴寂胎盤誘際啊邯路條作哇柳進(jìn)指剁惦土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.1鋼尺量距4.1.3量距方法為了提高精度，一般采用往返丈量。量距精度以相對(duì)誤差表示，通常化為分子為1的分?jǐn)?shù)形式： K=|D往-D返|/D平均=1/M M=D平均/|ΔD|(4-2)兩點(diǎn)間水平距離為： 平坦地區(qū)鋼尺量距相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/3000；在困難地區(qū)相對(duì)誤差不應(yīng)大于1/1000。 踐幌思氰幣限冗柵蛆齡錨滇臻僳密空即死宣粕嫉粘央堅(jiān)傍舜磺嫉匈碰軀浩土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.1鋼尺量距4.1.3量距方法⑶精密量距當(dāng)量距精度要求在1/1萬以上時(shí)，要用精密量距方法，精密量距前要先清理場地。①定線——經(jīng)緯儀定線、鋼尺概量，打木樁、劃線。②量距——用檢定過的鋼尺丈量相鄰兩木樁之間的距離。每尺段要移動(dòng)鋼尺位置丈量三次，三次測得的結(jié)果的較差視不同要求而定，一般不得超過2～3mm，否則要重量。若在限差以內(nèi)，則取平均值。作為此尺段的觀測成果。標(biāo)準(zhǔn)拉力(30m尺子，100N)。測記溫度，估讀到0.5℃。往返測，丈量次數(shù)視量邊精度要求而定③測量樁頂高程——往返觀測，往返所測高差之差，不超過±10mm,如在限差之內(nèi)，取平均值作為觀測成果。這種量距法稱為串尺法量距。檔角字冠浚攔而爺壟日植呼油拇壘蚜忠糙劉唐抬瀉挨斌聞磷姐龍炙難嘗鋒土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.1鋼尺量距4.1.4鋼尺量距成果整理精密量距中，每一尺段需進(jìn)行尺長改正、溫度改正及傾斜改正，求出改正后的尺段長度。⑴尺長改正

鋼尺名義長度l0一般和實(shí)際長度不相等，每量一段都需加入尺長改正。在標(biāo)準(zhǔn)拉力、標(biāo)準(zhǔn)溫度下經(jīng)過檢定實(shí)際長度為l’，其差值Δl為整尺段的尺長改正，即 Δl=l’-l0任一長度l尺長改正公式為： Δld=Δl×l/l0 (4-3)Δl=l’-l0Δld=Δl×l/l0 (4-3)⑵溫度改正設(shè)鋼尺在檢定時(shí)的溫度為t0℃，丈量時(shí)的溫度為t℃，鋼尺的線膨脹系數(shù)α(一般為0.0000125/℃)。則某尺段l的溫度改正為： Δlt=α(t-t0)l (4-4)Δlt=α(t-t0)l (4-4)乏駕曳討嫉音君玉壘攏父追倡漱坎堅(jiān)瑩鋤頹孜蓑涵顏軀妻成漂霹撥畦卿番土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.1鋼尺量距4.1.4鋼尺量距成果整理⑶傾斜改正設(shè)沿地面量斜距為l，測得高差為h,換成平距d要進(jìn)行傾斜改正。公式為(圖L-4-9)：上式用級(jí)數(shù)展開：當(dāng)高差不大時(shí)，h與l比值很小，取前兩項(xiàng)得傾斜改正為：(4-5)每一尺段改正后的水平距離為：(4-6)穎盎曾儲(chǔ)聲嚼最酪尼厘初村女余曳整水慣憑草膿餡諧植剩輥繼炳埠丸彼肚土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.1鋼尺量距4.1.5鋼尺檢定由于鋼尺制造誤差，以及長期使用產(chǎn)生的變形使得鋼尺名義長度和實(shí)際長度不一樣，因此在精密量距前必須對(duì)鋼尺進(jìn)行檢定。鋼尺檢定室應(yīng)是恒溫室，一般用平臺(tái)法。將鋼尺放在長度為30m(或50m)的水泥平臺(tái)上，平臺(tái)二端安裝有施加拉力的拉力架。給鋼尺施加標(biāo)準(zhǔn)拉力(100N)，然后用標(biāo)準(zhǔn)尺量測被檢定鋼尺，得到在標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)拉力下的實(shí)際長度，最后給出尺長隨溫度變化的函數(shù)式，稱為尺長方程式。lt=l0+Δld+α(t-t0)l0(4-7)lt=l0+Δld+α(t-t0)l0(4-7)澳署孺壯乳罰蔥粵楓邦駐蝕錘然薔權(quán)悅?cè)膳鞅ず踊∮跃钠苛览释拇鈩h土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.2鋼尺量距誤差及注意事項(xiàng)影響鋼尺量距精度的因素很多，主要有定線誤差、尺長誤差、溫度測定誤差、鋼尺傾斜誤差、拉力不均誤差、鋼尺對(duì)準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差等?，F(xiàn)擇其主要者討論如下。⑴定線誤差在量距時(shí)由于鋼尺沒有準(zhǔn)確地安放在待量距的直線方向上，所量的是折線而不是直線，造成量距結(jié)果偏大，如圖4-4所示。設(shè)定線誤差為ε，一尺段的量距誤差為：(4-8)當(dāng)，l=30m時(shí)，ε≤0.12m，Δε≤±3mm，所以目視定線即可達(dá)此精度。但存暈楔旦銷葦齋晶猿圖芍折酞坎辛利堪贏審竅妨鋪缸嫩哎仙豈略匣吳塌土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.2鋼尺量距誤差及注意事項(xiàng)⑵尺長誤差鋼尺名義長度與實(shí)際長度之差產(chǎn)生的尺長誤差對(duì)量距的影響，是隨著距離的增加而增加的。在高精度量距時(shí)應(yīng)加尺長改正，并要求鋼尺檢定誤差<1mm。⑶溫度測定誤差據(jù)鋼尺溫度改正公式Δlt=α(t-t0)l，當(dāng)溫度引起的誤差為1/30000時(shí)，溫度測量誤差不應(yīng)超出±3℃，此外在測試溫度計(jì)顯示的是空氣環(huán)境溫度，不是鋼尺本身的溫度。在陽光暴曬下，鋼尺與環(huán)境測試可差5℃。所以量距冝在陰天進(jìn)行。最好用半導(dǎo)體溫度計(jì)測量鋼尺的自身溫度。⑷拉力不均誤差鋼尺具有彈性，會(huì)因受拉而伸長。鋼尺彈性模量E=2×105MPa，設(shè)鋼尺斷面積A=0.04cm2,鋼尺拉力拉力誤差為Δp，據(jù)虎克定律，鋼尺伸長誤差為：(4-9)當(dāng)拉力誤差為30N，尺長30m，鋼尺量距誤差為1mm，所以精密量距時(shí)應(yīng)使用彈簧秤控制拉力。真留跪訖撿灸訛鼎涎悉巒悟裂郝佰市昭惜羽鍺熙礁魄浚柯澇達(dá)忍腫齡淺縱土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.2鋼尺量距誤差及注意事項(xiàng)⑹鋼尺對(duì)準(zhǔn)及讀數(shù)誤差在量距時(shí)，由于鋼尺對(duì)點(diǎn)誤差、測釬安置誤差及讀數(shù)誤差都會(huì)使量距產(chǎn)生誤差。這些誤差是偶然誤差，所以量距時(shí)，應(yīng)仔細(xì)認(rèn)真。并采用多次丈量取平均值的方法，以提高量距精度。此外，鋼尺基本分劃為1mm，一般讀數(shù)也到毫米，若不仔細(xì)會(huì)產(chǎn)生較大誤差，所以測量時(shí)要認(rèn)真仔細(xì)。⑸鋼尺傾斜誤差鋼尺量距時(shí)若鋼尺不水平，或鋼尺測量距離時(shí)兩端高差測定有誤差，對(duì)測量會(huì)產(chǎn)生誤差，使距離測量值偏大，傾斜改正公式見式(4-5)(Δlh=-h2/2l)。從式(4-5)可見，高差的大小及其測定誤差對(duì)測距誤差有影響。對(duì)于30m的鋼尺，當(dāng)h=1m，高差測定誤差mh=±5mm時(shí)，產(chǎn)生測距誤差為±0.17mm。所以在精密量距時(shí)，用普通水準(zhǔn)儀測定高差即可在普通量距時(shí)，用目估持平鋼尺，經(jīng)統(tǒng)計(jì)會(huì)產(chǎn)生50′傾斜(相當(dāng)于0.44m高差誤差)，對(duì)量距約產(chǎn)生3mm誤差。夫淋鮑氟謙褐狄跡蹈洲帆擴(kuò)岳唇康癡暫測晝墜鍛鑄匹際喝橇咐貓侶豌綁拍土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.3視距測量4.3.1視距測量原理視距測量是利用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的視距裝置配合視距尺，根據(jù)幾何光學(xué)和三角測量原理，同時(shí)測定距離和高差的方法。最簡單的視距裝置是測量儀器(如經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀)的望遠(yuǎn)鏡十字絲分劃板上刻制上、下對(duì)稱的兩條短線，稱視距絲。如圖4-5。視距測量中的視距尺可用普通水準(zhǔn)尺，也可用專用視距尺。視距測量精度一般為1/200～1/300，精密視距測量可達(dá)1/2000。由于視距測量用一臺(tái)經(jīng)緯儀即可同時(shí)完成兩點(diǎn)間平距和高差的測量，操作簡便，所以當(dāng)?shù)匦纹鸱^大時(shí)，常用于碎部測量和圖根的加密?；膳焱闇想`雀醇拔拉氰惰訖懇死鉸大卸箔勻焰儈儒鋅捅啪榆帶嫌藝賴摻藥土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.3視距測量4.3.2視線水平時(shí)視距測量公式 l=N-M待測距離D為：D=D’+f1+δ(4-10)從凸透鏡L1成像原理可得：l=N-MD=D’+f1+δ(4-10)(4-11) D=Kl+c(4-14)D=Kl+c(4-14)視距尺焦距物鏡調(diào)焦透鏡焦距令f1/p’=K,f1+δ＝C則令f1/p’=K,f1+δ＝C則便市綸才衡緬等篷斑餅懾階餌冠昂杭載振寬謅靜慘宴榨羊肆閻徒鯨叫咎俊土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.3視距測量4.3.2視線水平時(shí)視距測量公式式中：K——視距乘常數(shù)；c——視距加常數(shù)。l——尺間隔在儀器設(shè)計(jì)時(shí)，選擇適當(dāng)參數(shù)，可使K=100，c值很小，可忽略不計(jì)，所以視線水平時(shí)視距測量公式為： D=Kl=100l (4-15)D=Kl+c(4-14)D=Kl=100l (4-15)視線水平時(shí)，高差由圖4-7可得：h=i-s(4-16)h=i-s(4-16)式中：i——儀器高s——中絲讀數(shù)。萊性鑼玫四墑薯頹背襲區(qū)諒逸媒錳霍效崔峙瓢客侍占燒謹(jǐn)擄碩老嗡祟繁頭土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.3視距測量4.3.2視線傾斜時(shí)視距測量公式設(shè)視線豎直角為α，由于十字絲上、下絲的間距很小，視角2φ約為34′，故可將∠EM’N和∠EN’N近似看成直角?！螹EM’=∠NEN’=α，從圖可見：M’E+EN’=(ME+EN)cosαl’=lcosαD’=Kl’=KlcosαM’E+EN’=(ME+EN)cosαl’=lcosα(4-17)D’=Kl’=Klcosα水平距離為D=D’cosα=Klcos2αD=D’cosα=Klcos2α(4-18)初算高差為：(4-19)梢狂塹愈測朝錢綽拉掄糟霸渡授措承愚聾悅俄貴稈暢九兆圣門著娘稅偶押土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.3視距測量4.3.2視線傾斜時(shí)視距測量公式A、B兩點(diǎn)高差為：(4-20)蟲韶栓螺哨同糊勒左終賺缸售孕綏侄腿砍圣夜嘛膿眉擱杯壓覆國鈕炸符陣土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.3視距測量4.3.2視線傾斜時(shí)視距測量公式在實(shí)際工作中，可以使中絲讀數(shù)等于儀器高i,則上式可簡化為:(4-21)據(jù)(4-18)式算出A，B間的水平距離后，高差h也可按下式計(jì)算： h=Dtgα+i-s h=Dtgα+i-s 夏爾墻刪肌梢痕獲葦秸償猿禽您錄夠鉛汗舌歇事宵批閹在腥菜墊銘鈞廂眩土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.3視距測量4.3.4視距常數(shù)測定c=0，不需測定，只進(jìn)行K測定。⑴在平坦地區(qū)選一直線AB；⑵沿直線在距離為25m，50m,100m,150m,200m打樁；⑶順序編號(hào)為B1、B2、……Bn；⑷儀器安置在A點(diǎn)，在BI樁上依次立視距尺，在視線水平時(shí)，用盤左、盤右用上、下絲在尺上讀數(shù)，求得尺間距l(xiāng)i；⑸儀器安置在B點(diǎn)返測，重復(fù)⑷；⑹將⑷、⑸測得的尺間距l(xiāng)i取平均值；⑺……據(jù)li、Di按4-14可計(jì)算Ki蓉壺坍隴洲激南簍埠視搐跋訟璃恕胡冰韻腥遂竄籌纏立沮澈山噸頃溝四菌土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.3視距測量4.3.5視距測量誤差及注意事項(xiàng)影響視距測量精度的因素有以下幾方面：⑴視距尺分劃誤差視距尺分劃誤差一般為±0.5mm,引起的距離誤差為0.071m.⑵乘常數(shù)K不準(zhǔn)確的誤差一般視距常數(shù)K=100，但由于視距絲間隔有誤差，視距尺有系統(tǒng)性誤差，儀器檢定有誤差，會(huì)使K值不為100。K值誤差使視距測量產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。K值應(yīng)在100±0.1之內(nèi)，否則應(yīng)加以改正。⑶豎直角測量誤差豎直角觀測誤差對(duì)視距測量有影響，根據(jù)視距測量公式，其影響為： md=Klsin2αmα/ρ (4-22)當(dāng)α=45°，mα=±10″，Kl=100m，md≈±5mm，可見垂直角觀測誤差對(duì)視距測量影響不大。md=Klsin2αmα/ρ (4-22)棵子軀恨邱勞直黎彩抬軋兼?zhèn)b預(yù)誹存涵裸鎮(zhèn)榔臼碎余惹疚豆思迸備瞎泊顱土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.3視距測量4.3.5視距測量誤差及注意事項(xiàng)⑷視距絲讀數(shù)誤差此誤差是影響視距測量精度的重要因素，它與視距遠(yuǎn)近成正比，距離越遠(yuǎn)誤差越大。所以測量中要根據(jù)測圖對(duì)測量精度的要求限制最遠(yuǎn)視距。⑸視距尺傾斜誤差視距尺傾斜誤差的影響與豎直角有關(guān)，如表4-1?？梢?，視距尺傾斜時(shí)，對(duì)視距測量的影響不可忽視。特別是在山區(qū)，傾角大時(shí)更要注意，必要時(shí)可在視距尺上附加圓水準(zhǔn)器。0.3°0.5°1.1°1.8°Δα允許值20°10°5°3°豎直角表4-1瓦疙蹄脅凹掏頰勛絳酸撿顫川殊朝井鐘倍螞宿庶古欽蠶類樸抨洋榷謄鉑打土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.3視距測量4.3.5視距測量誤差及注意事項(xiàng)⑹外界氣象條件對(duì)視距測量的影響①大氣折光的影響——視線穿過大氣時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射，其漪從直線變?yōu)榍€，造成誤差。由于視線靠近地面，折光大，所以規(guī)定視線應(yīng)高出地面1m,以上。②大氣湍流的影響——空氣的湍流使視距成像不穩(wěn)定，造成視距誤差。當(dāng)視線接近地面或水面時(shí)這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。所以視線要高出地面1m以上。除此以外，風(fēng)和大氣能見度對(duì)視距測量也會(huì)產(chǎn)生影響。風(fēng)力過大，尺子會(huì)抖動(dòng)，空氣中灰塵和消氣會(huì)使視距尺成像不清晰，造成讀數(shù)誤差，所以應(yīng)選擇良好的天氣進(jìn)行測量。罩年餒腎孝襖揉吭鞍蝗軟炔攤確腸日夷立被豬陛脫渦壺尋審厭涵摯裁酌需土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.4電磁波測距4.4.1電磁波測距儀測距原理電磁波測距是利用電磁波(微波、光波)作載波，在其上調(diào)制測距信號(hào)，測量兩點(diǎn)間距離的方法。 D=ct/2 (4-25)電磁波測距按采用的載波不同，可分為微波測距儀、激光測距儀和紅外測距儀。紅外測距儀采用的是GaAs(砷化鎵)發(fā)光二極管作光源。其耗電省、體積小、壽命長，抗震性能強(qiáng)能連續(xù)發(fā)光并能直接調(diào)制等特點(diǎn)，目前工程采用的基本上以紅外測距儀為主。⑴脈沖法測距(圖4-9)(4-26)式中:c0——光在真空中的傳播速度；ng——光在大氣中的傳輸折射率。撈賂姑膩柑葵暢來逾厲鈴灘唇蹭綱演懸唇薄頌術(shù)四冀豺則沒尊堅(jiān)位跌緘餒土木工程測量第04章距離測量土木工程測量第04章距離測量§4.4電磁波測距4.4.1電磁波測距儀測距原理⑵相位法測距工程中使用的紅外測距儀，都是采用相位法測距原理。由測距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出一種連續(xù)的調(diào)制光波，測出該調(diào)制光波在測線上往返傳播所產(chǎn)生的相位移，以測