第四章 距离测量

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M’E+EN’=(ME+EN)cosα l’=lcosα D’=Kl’=Klcosα
水平距离为 D=D’cosα=Klcos2α
初算高差为:
h'

D'
s in

Kl
cos
s in

1 2
Kl
sin
2
(4-19)
§4.3 视 距 测 量 4.3.2 视线倾斜时视距测量公式
A、B两点高差为:
§4.1 钢 尺 量 距
钢尺量距最基本的
4.1.3 量距方法

钢尺量距一般采用整尺法量距,精密量求距:“用平串”尺,“法准量”距,。“直根”据
不同地形可采用水平量距法和倾斜量距法
⑴平坦地区量距——量距精度不高时可采用整尺法量距,直接
将钢尺沿地面丈量,不用加温度改正和不用弹簧秤标定施加拉力。
D=nl+Δl
⑶竖直角测量误差
竖直角观测误差对视距测量有影响,根据视距测量公式,其影
响为:
mdd=Klsin2αmαα/ρ
(4-22)
当α=45°,mα=±10″,Kl=100m,md≈±5mm,可见竖直角观
测误差对视距测量影响不大,但对高差影响很大。
§4.3 视 距 测 量
4.3.5 视距测量误差及注意事项
⑷视距丝读数误差 此误差是影响视距测量精度的重要因素,它与视距远近成正比 ,距离越远误差越大。所以测量中要根据测图对测量精度的要求限 制最远视距。 ⑸视距尺倾斜误差 视距尺倾斜误差的影响与竖直角有关,如表4-1。可见,视距 尺倾斜时,对视距测量的影响不可忽视。特别是在山区,倾角大时 更要注意,必要时可在视距尺上附加圆水准器。
D=K.L=100L
视线水平时,高差由图4-7可得: h=i-s
式中: i——仪器高 s——中丝读数。
§4.3 视 距 测 量 4.3.2 视线倾斜时视距测量公式
设视线竖直角为α,由
于十字丝上、下丝的间距很
小,视角2φ约为34′,故可 将∠EM’N’和∠EN’M’近似看成 直角。∠MEM’=∠NEN’=α,从 图可见:
h h' i s 1 Kl sin 2 i s
2
(4-20)
§4.3 视 距 测 量 4.3.2 视线倾斜时视距测量公式
在实际工作中,可以使中丝读数等于仪器高i,则上式可简化为:
h 1 Kl sin 2
2
(4-21)
据(4-18)式算出A,B间的水平距离后,高差h也可按下式计算:
②量距——用检定过的钢尺丈量相邻两木桩之间的距离。每尺 段要移动钢尺位置丈量三次,三次测得的结果的较差视不同要求而 定,一般不得超过2~3mm,否则要重量。若在限差以内,则取平均 值。作为此尺段的观测成果。标准拉力(30m尺子,100N)。测记温 度,估读到0.5℃。
往返测,丈量次数视量边精度要求而定
§4.4 电磁波测距
4.4.1 电磁波测距仪测距原理
电磁波测距是利用电磁波(微波、光波)作载波,在其上调制测
距信号,测量两点间距离的方法。
D=ct/2
(4-25)
电磁波测距按采用的载波不同,可分为微波测距仪、激光测距
仪和红外测距仪。红外测距仪采用的是GaAs(砷化镓)发光二极管作 光源。其耗电省、体积小、寿命长,抗震性能强能连续发光并能直 接调制等特点,目前工程采用的基本上以红外测距仪为主。
§4.1 钢 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离 丈量。
⒊因瓦尺——镍铁合金制成,线状,直径1.5mm,长度24m,尺 身无分划和数字注记,尺两端各连一个三棱形的分划尺,长8cm,最 小分划1mm。全套由4根主尺,一根辅尺组成。精度高,相对误差 1/100万,用于精密量距。
③测量桩顶高差——往返观测,往返所测高差之差,不超过 ±10mm,如在限差之内,取平均值作为观测成果。
这种量距法称为串尺法量距。
§4.1 钢 尺 量 距
4.1.4 钢尺量距成果整理
精密量距中,每一尺段需进行尺长改正、温度改正及倾斜改正 ,求出改正后的尺段长度。
⑴尺长改正
钢尺名义长度L0一般和实际长度不相等,每量一段都需加入尺 长改正。在标准拉力、标准温度下经过检定实际长度为L’,其差值 ΔL为整尺段的尺长改正,即
⑴定线误差 在量距时由于钢尺没有准确地安放在待量距的直线方向上,所 量的是折线而不是直线,造成量距结果偏大,如图4-4所示。
设定线误差为ε,一尺段的量距误差为:
2
(
l 2
)2
2

l 2


2 2 l
当L=30m时,ε≤0.12m,Δε≤±3mm,
目视定线即可达此精度。
(4-8)

⑸钢尺倾斜误差 钢尺量距时若钢尺不水平,或钢尺测量距离时两端高差测定有 误差,对测量会产生误差,使距离测量值偏大,倾斜改正为: ΔLh=-h2/2L 。 从上式可见,高差的大小及其测定误差对测距误差有影响。对 于30m的钢尺,当h=1m,高差测定误差mh=±5mm时,产生测距误差 为±0.17mm。所以在精密量距时,用普通水准仪测定高差即可 在普通量距时,用目估持平钢尺,经统计会产生50′倾斜(相 当于0.44m高差误差),对量距约产生3mm误差。
待测距离D为: D=D’+f1+δ
从凸透镜L1成像原理可得:
D' f1

l p'
, D'

lf1
p'
令f令1/pf1’/=pK’=K, ,ff11++δδ==CC 则则:
D=K.L+c
§4.3 视 距 测 量
4.3.2 视线水平时视距测量公式
D=K.L+c
式中:K——视距乘常数;c——视距加常数。L——尺间隔 在仪器设计时,选择适当参数,可使K=100,c=0,所以视线 水平时视距测量公式为:
平坦地区钢尺量距相对误差不应大于1/3000;在困难地区相对 误差不应大于1/1000。
§4.1 钢 尺 量 距
4.1.3 量距方法
钢尺量距最基本的
⑶ 精密量距

当量距精度要求在1/1万以上时,要用求精:“密平量”距,方“准法”,,精“直密”量
距前要先清理场地。
①定线——经纬仪定线、钢尺概量,打木桩、划线。
⑴脉冲法测距(图4-9)
D c0 t 2ng
(4-26)
式 中 :c0—— 光 在 真 空 中 的 传 播 速 度 ; ng—— 光 在大气中的传输折射率。
§4.4 电磁波测距
4.4.1 电磁波测距仪测距原理
⑵相位法测距 工程中使用的红外测距仪,都是采用相位法测距原理。 由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波,测出该调制光 波在测线上往返传播所产生的相位移,以测定距离D。 (图4-10)
1
l 30000
所以
§4.2 钢尺量距误差及注意事项
⑵尺长误差 钢尺名义长度与实际长度之差产生的尺长误差对量距的影响, 是随着距离的增加而增加的。在高精度量距时应加尺长改正,并要 求钢尺检定误差<1mm。
⑶温度测定误差 据钢尺温度改正公式Δlt=α(t-t0)l,当温度引起的误差为 1/30000时,温度测量误差不应超出±3℃,此外在测试温度计显示 的是空气环境温度,不是钢尺本身的温度。在阳光暴晒下,钢尺与 环境测试可差5℃。所以量距宜在阴天进行。最好用半导体温度计 测量钢尺的自身温度。
⑹钢尺对准及读数误差 在量距时,由于钢尺对点误差、测钎安置误差及读数误差都会 使量距产生误差。这些误差是偶然误差,所以量距时,应仔细认真 。并采用多次丈量取平均值的方法,以提高量距精度。
§4.3 视 距 测 量
4.3.1 视距测量原理
视距测量是利用望远镜内的视距装置配合视距尺(标尺),根 据几何光学和三角测量原理,同时测定距离和高差的方法。最简单 的视距装置是测量仪器(如经纬仪、水准仪)的望远镜十字丝分划板 上刻制上、下对称的两条短线,称视距丝。如图4-5。视距测量中 的视距尺可用普通水准尺,也可用专用视距尺。
⑷拉力不均误差
钢尺具有弹性,会因受拉而伸长。钢尺弹性模量E=2×105MPa,
设钢尺断面积A=0.04cm2,钢尺拉力拉力误差为Δp,据虎克定律,
钢尺伸长误差为:
p

Pl EA
(4-9)
当拉力误差为30N,尺长30m,钢尺量距误差为1mm,所以精密量
距时应使用弹簧秤控制拉力。
§4.2 钢尺量距误差及注意事项
§4.1 钢 尺 量 距 4.1.4 钢尺量距成果整理
每一尺段改正后的水平距离为:
d l ld lt lh
(4-6)
§4.2 钢尺量距误差及注意事项
影响钢尺量距精度的因素很多,主要有定线误差、尺长误差、 温度测定误差、钢尺倾斜误差、拉力不均误差、钢尺对准误差、读 数误差等。现择其主要者讨论如下。
视距测量精度一般为 1/200~1/300,精密视距测 量可达1/2000。由于视距测 量用一台经纬仪即可同时完 成两点间平距和高差的测量 ,操作简便,所以当地形起 伏较大时,常用于碎部测量 和图根的加密。
Baidu Nhomakorabea
§4.3 视 距 测 量
4.3.2 视线水平时视距测量焦距公式
视距尺
物镜
调焦透镜
焦距
l=N-M
竖直角 Δα允许值
3° 1.8°
5° 1.1°
10° 0.5°
表4-1 20°
0.3°
§4.3 视 距 测 量
4.3.5 视距测量误差及注意事项
⑹外界气象条件对视距测量的影响 ①大气折光的影响——视线穿过大气时会产生折射,从直线变 为曲线,造成误差。由于视线靠近地面,折光大,所以规定视线应 高出地面1m,以上。 ②大气湍流的影响——空气的湍流使视距成像不稳定,造成视 距误差。当视线接近地面或水面时这种现象更为严重。所以视线要 高出地面1m以上。 除此以外,风和大气能见度对视距测量也会产生影响。风力过 大,尺子会抖动,空气中灰尘和消气会使视距尺成像不清晰,造成 读数误差,所以应选择良好的天气进行测量。
ΔL=L’-L0 任一长度L,尺长改正公式为:
ΔLd=ΔL×L/L0
(4-3)
§4.1 钢 尺 量 距 4.1.4 钢尺量距成果整理
⑵温度改正
设钢尺在检定时的温度为t0℃,丈量时的温度为t℃,钢尺的线 膨胀系数α(一般为0.0000125/℃)。则某尺段L的温度改正为:
ΔLt=α(t-t0)L
(4-4)
2.光学视距(相对误差1/300~1/500)
3.电磁波测距(精度高,效率高,误差2~5mm)
§4.1 钢 尺 量 距
4.1.1 量距工具
钢尺量距是利用具有标准长度的钢尺直接量测地面两点间的距 离,又称为距离丈量。钢尺量距时,根据不同的精度要求所用的工 具和方法也不同。
⒈钢尺——最高精度可达1/1万。 尺宽10~15mm。长度20m、30m、50m等。 有三种分划:①基本分划为厘米;②厘米(在尺端10cm内为毫 米分划);③毫米分划。 尺的零点位置——①刻线尺,②端点尺;
§4.1 钢 尺 量 距
4.1.4 钢尺量距成果整理
⑶倾斜改正 设沿地面量斜距为L,测得高差为h,换成平距d要进行倾斜改正 。公式为(图L-4-9):
lh d l (l2 h2) l]
当高差不大时,h与L比值很小,用泰勒公式展开后取前两项得 倾斜改正为:
h2
lh 2l
(4-5)
⒋电子尺
5.辅助工具——测钎、花杆、垂球、弹簧秤和温度计。
§4.1 钢 尺 量 距 4.1.2 直线定线
将所量尺段标定在待测二点间一条直线上的工作称为直线定线 ⑴目估定线——一般量距用目估定线。
⑵经纬仪定线——精密量距应用经纬仪定线。
§4.1 钢 尺 量 距 (1).两点间定直线
(2).过山头定直线
h=Dtgα+i-s
§4.3 视 距 测 量
4.3.5 视距测量误差及注意事项
影响视距测量精度的因素有以下几方面: ⑴视距尺分划误差 视距尺分划误差一般为±0.5mm,引起的距离误差为0.071m.
⑵乘常数K不准确的误差 一般视距常数K=100,但由于视距丝间隔有误差,视距尺有系 统性误差,仪器检定有误差,会使K值不为100。K值误差使视距测 量产生系统误差。K值应在100±0.1之内,否则应加以改正。
土木工程测量
第四章 距离测量
昆明理工大学土木工程系
距离测量是测量工作的基本工作之一,所谓距离是指 两点间的水平长度。如果测得的是倾斜距离,必须改算为 水平距离。按照所用仪器、工具的不同,测量距离常用的 方法有钢尺直接量距、光电测距仪和光学视距法测距等。
距离测量的方法:
1.钢尺量距(相对误差1/1000~1/50000)
(4-1)
⑵倾斜地面距离丈量——视地形情况可用水平量距法或倾斜量 距法。
§4.1 钢 尺 量 距
4.1.3 量距方法
为了提高精度,一般采用往返丈量。 量距精度以相对误差K表示,通常化为分子为1的分数形式:
K

| D往 D往
- D返 D返
|

|
D D
|

1 M
2
(4-2)
M D | D |
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