土木工程测量第04章-距离测量

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工程测量学
§4 4距.1离测钢量 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 距离测量
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,还必须改算为水平距离。按照 所用仪器、工具的不同,测量距离的方法有钢尺直接量距、光电测 距仪和光学视距法测距等。
本章要点 钢尺量距方法 钢尺量距成果处理 视距测量原理 测量方法和成果计算 介绍电磁波测距原理,红外测距仪简介
⒋辅助工具——测钎、花杆、垂球、弹簧秤和温度计。
工程测量学
§4 4距.1离测钢量 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目视定线——一般量距用目视定线。
⑵经纬仪定线——精密量距应用经纬仪定线。 工程测量学
§4 4距.1离测钢量 尺 量 距
4.1.3 量距方法
工程测量学
§4 4距.3离测视量距 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
ll==NN--M M
待测距离D为: DD==DD’’++ff11++δδ
((44--1100))
从凸透镜L1成像原理可得:
D' f1

l p'
, D'

lf1
p'
(4-11)
令f1/p’=K ,f11+δδ==CC 则则
初算高差为:
h'

D'
sin


Kl
cos
sin


1 2
Kl
sin
2
工程测量学
(4-19)
§4 4距.3离测视量距 测 量 4.3.2 视线倾斜时视距测量公式
A、B两点高差为:
h h' i s 1 Kl sin 2 i s
2
工程测量学
(4-20)
§4 4距.3离测视量距 测 量 4.3.2 视线倾斜时视距测量公式
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,倾斜改正公式见式 (4-5) (Δ lh=-h2/2l )。 从式(4-5)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。
lltt==ll00++ΔΔlldd++αα ((tt--tt00))ll00
((44--77))
工程测量学
§4 4距.2离测钢量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。
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Δ l为整尺段的尺长改正,即 Δ l=l’-l00
任一长度l尺长改正公式为:
Δ ldd=Δ l×l/l00
(4-3)
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:
ΔΔlltt==αα ((tt--tt00))ll 工程测量学
((44--44))
§4 4距.1离测钢量 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

(l 2
h2 )1/ 2
l

l[(1
钢尺量距一般采用整尺法量距,精密量距用串尺法量距。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,不用加温度改正和用弹簧秤标定施加拉力。
DD==nnll++ΔΔll
(4-1)(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。
DD==KKll==110000ll
((44--1155))
视线水平时,高差由图4-7可得:
h=i-s
(4-16)
式中:i——仪器高 s——中丝读数。
工程测量学
§4 4距.3离测视量距 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
4.1.5 钢尺检定
由于钢尺制造误差,以及长期使用产生的变形使得钢尺名义长 度和实际长度不一样,因此在精密量距前必须对钢尺进行检定。
钢尺检定室应是恒温室,一般用平台法。将钢尺放在长度为 30m(或50m)的水泥平台上,平台二端安装有施加拉力的拉力架。给 钢尺施加标准拉力(100N),然后用标准尺量测被检定钢尺,得到在 标准温度、标准拉力下的实际长度,最后给出尺长随温度变化的函 数式,称为尺长方程式。
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=Klsin2α mαα /ρ
(4-22)
当α =45°,mα =±10″,Kl=100m,md≈±5mm,可见垂直角观
测误差对视距测量影响不大。
往返测,丈量次数视量边精度要求而定
③测量桩顶高程——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。
工程测量学
§4 4距.1离测钢量 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。
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。此外,钢尺 基本分划为1mm,一般读数也到毫米,若不仔细会产生较大误差, 所以测量时要认真仔细。
工程测量学
§4 4距.3离测视量距 测 量
工程测量学
DD==KKll++cc
((44--1144))
§4 4距.3离测视量距 测 量
4.3.2 视线水平时视距测量公式
D=Kl+c
(4-14)
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值很小,可忽略
不计,所以视线水平时视距测量公式为:
§4 4距.2离测钢量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。
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⑶温度测定误差 据钢尺温度改正公式Δ lt=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℃。所以量距冝在阴天进行。最好用半导体温度计 测量钢尺的自身温度。
h2 l2
1
)2
1]
上式用级数展开:
lh

l[(1
h2 2l 2

H4 8l 4
)
1]
当高差不大时,h与l比值很小,取前两项得倾斜改正为:
lh


h2 2l
(4-5)
工每程一测尺量段学改正后的水d平距l离为:ld lt lh
(4-6)
§4 4距.1离测钢量 尺 量 距
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
(4-8)
定工线当程即测可l 量达学此3 1精0 度,0 。l0 =30 0m时,ε ≤0.12m,Δ ε ≤±3mm,所以目视
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Δ p,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
距工时程应测使量用学弹簧秤控制拉力。
§4 4距.2离测钢量尺量距误差及注意事项
工程测量学
§4 4距.1离测钢量 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表示,通常化为分子为1的分数形式:
KK=||DD往往--DD返返||/D|平D均=| 1/1M
D往 D返 D M
M=D平均/2|Δ D|
M D | D |
(4-2)
两点间水平距离为: D 2 (D往 D返 ) 1
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: hh==DDttggαα++ii--ss
工程测量学
§4 4距.3离测视量距 测 量 4.3.4 视距常数测定
c=0,不需测定,只进行K测定。 ⑴在平坦地区选一直线 AB; ⑵沿直线在距离为25m,50m,100m,150m,200m打桩; ⑶顺序编号为B1、B2、……Bn; ⑷仪器安置在A点,在BI桩上依次立视距尺,在视线水平时,用 盘左、盘右用上、下丝在尺上读数,求得尺间距li; ⑸仪器安置在B点返测,重复⑷; ⑹将⑷、⑸测得的尺间距li取平均值; ⑺…… 据li、Di 按4-14可计算Ki
将∠EM’N和∠EN’N近似看




∠MEM’=∠NEN’=α ,从图
Ml’’E=+lEc可 αNos’见α:=M(’MEE++EENN’)c=o(sMαE+EN)(c4o-s1 D’=Kl’=Kll’co=slαcosα
水平D距’离=Kl为’=Klcosα
D=D’cosDα=D=’Klccoossα2α=Klcos2α(4-18
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。
工程测量学
§4 4距.1离测钢量 尺 量 距
4.1.3 量距方法
⑶ 精密量距 当量距精度要求在1/1万以上时,要用精密量距方法,精密量 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。
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℃。
工程测量学
§4 4距.3离测视量距 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。
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,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。
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。
工程测量学
§4 4距.1离测钢量 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,1/100万, 用于精密量距。
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