CN101539425A - 一种走向困难地段的测高测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种走向困难地段的测高测距方法，本方法通过4点倾角测量，2点水平夹角测量，即可得出走向困难地段中物体的高度值及物体至观测点之间的水平距离，本方法其优点在于为数字化仪器亦即能利用倾角传感器与角位移传感器自动测量各倾角与水平夹角以及利用单片机数模编程提供新型的测量方法，本方法弥补了现无有效方法来对走向困难地段中物体的高度值及物体至观测点之间的水平距离进行测量的技术不足。

Description

一种走向困难地段的测高测距方法

技术领域

本发明属于测量方法，具体涉及一种工程勘测设计地面测量中走向困难地段的测高测距方法。

背景技术

物体垂直高度和水平距离的测量是测绘领域中一项重要而基本的工作。在工程勘测设计地面测量作业中，野外作业经常会遇到测量环境不利的情况，特别是对走向困难地段的测高测距问题，例如要测量沟壑对面某一物体的垂高和该物体至观测点的水平距，又如要测量悬崖上某一物体的垂高和该物体至观测点的水平距以及又如要测量河流对面某一物体的垂高和该物体至观测点的水平距等等，某一物体垂高如暸望塔高、树高、电线悬高、山体相对高等。对于走向困难地段的测高测距问题目前还没有实际有效的专门性工具，即是目前先进的测量工具包括全站仪、红外激光测高测距仪等装备由于观测距离较远，激光不易反射回收等原因也难以发挥其作用。也正由于目前没有针对性的方法与工具来解决走向困难地段的测高测距问题，在对待走向困难地段的测高测距问题上，比如在全国性的林业森林资源调查技术规程中，就出现了允许“目测”概念与“目测”方法，如目测悬崖上树高，沟壑对面树高等作法，这些作法受经验的影响，出现随意性与不规范性，十分粗放。因此，走向困难地段的测高测距问题也就成为了许多行业悬而未决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种走向困难地段的测高测距方法。该方法简易易行，准确性好，效率高，适合数字化测量仪使用。

本发明的目的是这样实现的：走向困难地段的测高测距方法包括下列步骤：

(1)、观测走向困难地段的物体AB，在任意选择的观测点C处分别测量出物体AB顶部A的倾角θ_A顶，物体AB基部B的倾角θ_B基。

(2)、在观测点C附近设置一适宜点D，在适宜点D处放一标尺，以标尺刻度的0.4米处及3米处为标志点，在观测点C测量出两标志点的倾角θ₃与θ_0.4，并在观测点C测量出物体AB与适宜点D的水平夹角∠C。

(3)、在适宜点D处测量出物体AB与观测点C的水平夹角∠D。

(4)、根据倾角θ₃、θ_0.4以及水平夹角∠C、∠D，用数学式

S_OC＝2.6/(tgθ₃-tgθ_0.4)×Sin∠D/Sin∠(180-∠D-∠C)  数模(I)

得出物体AB至观测点C的水平距离S_OC；

(5)、根据倾角θ_A顶、θ_B基、θ₃、θ_0.4以及水平夹角∠C、∠D，用数学式H＝2.6×(tgθ_A顶-tgθ_B基)/(tgθ₃-tgθ_0.4)×Sin∠D/Sin∠(180-∠D-∠C)   数模(II)

得出物体AB的高H；

数模(I)、数模(II)中各倾角凡仰角为正值，俯角为负值，且由于以观测点为基准水平面作投影，适宜点不要求与观测点在同一水平面上。数模(I)与数模(II)具有通用性、普适性。

本方法通过4点倾角测量，2点水平夹角测量，即可得出走向困难地段中物体的高度值及物体至观测点之间的水平距离，本方法其优点在于为数字化仪器亦即能利用倾角传感器与角位移传感器自动测量各倾角与水平夹角以及利用单片机数模编程提供新型的测量方法，本方法弥补了现无有效方法来对走向困难地段中物体的高度值及物体至观测点之间的水平距离进行测量的技术不足。

附图说明

下面结合附图对本发明方法进行说明。

附图为本发明方法测量过程示意图。

具体实施方式

如附图所示，本发明方法依次包括下列步骤：

(1)、观测走向困难地段的物体AB，在任意选择的观测点C处使用装置测量出物体AB顶部A的倾角值θ_A顶，物体AB基部B的倾角值θ_B基。

(2)、在C点附近设置一适宜点D，在D点处放一3米标尺，在标尺刻度的0.4米处与3米处为标志点，在C点使用装置测量出两标志点的倾角θ₃与θ_0.4，并在C点利用装置测量出物体AB与D点的水平夹角∠C。

(3)、在D点处使用装置测量出物体AB与C点的水平夹角∠D。

(4、)设物体AB在以C点为水准平面的投影点为O，C点与D点的水平距离为S_CD，物体AB的高度为H，物体AB至C点的水平距离S_OC。

由于S_CD＝2.6/(tgθ₃-tgθ_0.4)，在水平面三角形△OCD中，S_OC/Sin∠D＝S_CD/Sin∠(180-∠D-∠C)，得出物体AB至C点的水平距离

S_OC＝2.6/(tgθ₃-tgθ_0.4)×Sin∠D/Sin∠(180-∠D-∠C)，数模(I)，

在竖直平面直角三角形△AOC中，物体AB的高度为H＝AO-BO＝S_OC×(tgθ_{A 顶}-tgθ_B基)，将数模(I)代入，则H＝2.6×(tgθ_A顶-tgθ_B基)/(tgθ₃-tgθ_0.4)×Sin∠D/Sin∠(180-∠D-∠C)，数模(II)

数模(I)、数模(II)中各倾角凡仰角为正值，俯角为负值，且由于以C点为基准水平面作投影，D点不要求与C点在同一水平面上。数模(I)与数模(II)具有通用性、普适性。

本发明非常适合数字化测量仪使用，同样也适合于具有测角装置的常规仪器如全站仪、经纬仪、罗盘仪等仪器的测量所用。

为了验证本方法的应用效果，本发明分别采用了全站仪、经纬仪为工具并分别按照本方法的操作步骤实施案例如下：

实施例1。

以某公园风景塔的测量为例，设塔顶为第一观测点A，塔基为第二观测点B，要求测量风景塔AB两点的垂直高度和风景塔至公园广场中心C点的水平距离。经实测，风景塔AB两点的垂直高度为96.50米，风景塔至公园广场中心C点的水平距离为83.45米。

实施步骤：

(1)、在公园广场中心C点使用全站仪装置测量出风景塔顶部A的倾角值θ_A顶，风景塔基部B的倾角值θ_B基。

(2)、在C点附近设置一适宜点D，在D点处放一3米标尺，在标尺刻度的0.4米处与3米处为标志点，在C点使用全站仪装置测量出两标志点的倾角θ₃与θ_0.4，并在C点利用装置测量出风景塔AB与D点的水平夹角∠C。

(3)、在D点处使用装置测量出风景塔AB与C点的水平夹角∠D。

实验实施测量数据如下表。

使用全站仪和本方法实验统计表：单位：度

观测点	θA顶	θB基	θ3	θ0.4	∠C	∠D
							C-D	+47.82	-2.21	+11.50	-4.60	85.63	88.11

通过上表，计算结果如下：CD两点的水平距离SCD＝2.6/(tgθ3-tgθ_0.4)＝2.6/(tg11.5+tg4.6)＝9.158米

得出风景塔AB至C点的水平距离

S_OC＝2.6/(tgθ₃-tgθ_0.4)×Sin∠D/Sin∠(180-∠D-∠C)，

S_OC＝9.158×Sin88.11/Sin(180-88.11-85.63)＝83.94米。

风景塔AB的高度为H＝AO-BO＝S_OC×(tgθ_A顶-tgθ_B基)，H＝2.6×(tgθ_A顶-tgθ_B基)/(tgθ₃-tgθ_0.4)×Sin∠D/Sin∠(180-∠D-∠C)＝83.94×(tg47.82+tg2.21)＝95.88米。

经全站仪对本方法实施测量检验结果表明，风景塔AB至公园广场中心C点的水平距离实测真值为83.45米，本方法测量值为83.94米，绝对误差为+0.49米，相对误差为+0.587％，风景塔AB高度实测真值为96.5米，本方法测量值为95.88米，绝对误差为-0.62米，相对误差为-0.642％，本方法实施取得了良好的效果。

实施例2。

以某悬崖上独立大树的测量为例，设树顶为第一观测点A，树基为第二观测点B，要求测量大树AB两点的垂直高度和树木至悬崖下面公路某C点的水平距离。经在悬崖上用测高器和皮尺丈量实测，大树AB树高为96.50米，大树至公路C点的水平距离为83.45米。

实施步骤：

(1)、在公路C点使用经纬仪装置测量出大树顶部A的倾角值θ_A顶，大树基部B的倾角值θ_B基。

(2)、在C点附近设置一适宜点D，在D点处放一3米标尺，在标尺刻度的0.4米处与3米处为标志点，在C点使用经纬仪装置测量出两标志点的倾角θ₃与θ_0.4，并在C点利用装置测量出大树AB与D点的水平夹角∠C。

(3)、在D点处使用装置测量出大树AB与C点的水平夹角∠D。

实验实施测量数据如下表。

使用经纬仪和本方法实验统计表：单位：度

观测点	θA顶	θB基	θ3	θ0.4	∠C	∠D
							C-D	+67.55	+49.78	+9.52	-3.60	85.73	68.23

通过上表，计算结果如下：CD两点的水平距离SCD＝2.6/(tgθ3-tgθ0.4)＝2.6/(tg9.52+tg3.6)＝11.274米

得出大树AB至C点的水平距离

S_OC＝2.6/(tgθ₃-tgθ_0.4)×Sin∠D/Sin∠(180-∠D-∠C)，

S_OC＝11.274×Sin68.23/Sin(180-68.23-65.73)＝23.85米。

大树AB的高度为H＝AO-BO＝S_OC×(tgθ_A顶-tgθ_B基)，H＝2.6×(tgθ_A顶-tgθ_{B 基})/(tgθ₃-tgθ_0.4)×Sin∠D/Sin∠(180-∠D-∠C)＝23.85×(tg67.55-tg49.78)＝29.52米。

经经纬仪对本方法实施测量检验结果表明，大树AB至公路C点的水平距离实测真值为23.72米，本方法测量值为23.85米，绝对误差为+0.13米，相对误差为+0.548％，大树AB高度实测真值为29.60米，本方法测量值为29.52米，绝对误差为-0.08米，相对误差为-0.27％，本方法实施取得了良好的效果。

本方法发明的特点是为采用角位移传感器与倾角传感器相结合的数字化仪器提供测点快、读数快、操作简便快捷、易懂、信息数字化显示与存贮的测量新方法。

Claims (1)

1、一种走向困难地段的测高测距方法，包括下列步骤：

(1)、观测走向困难地段的物体AB，在任意选择的观测点C处分别测量出物体AB顶部A的倾角θ_A顶，物体AB基部B的倾角θ_B基。

(2)、在观测点C附近设置一适宜点D，在适宜点D处放一标尺，以标尺刻度的0.4米处及3米处为标志点，在观测点C测量出两标志点的倾角θ₃与θ_0.4，并在观测点C测量出物体AB与适宜点D的水平夹角∠C。

(3)、在适宜点D处测量出物体AB与观测点C的水平夹角∠D。

(4)、根据倾角θ₃、θ_0.4以及水平夹角∠C、∠D，用数学式

S_OC＝2.6/(tgθ₃-tgθ_0.4)×Sin∠D/Sin∠(180-∠D-∠C)    数模(I)

得出物体AB至观测点C的水平距离S_OC；

(5)、根据倾角θ_A顶、θ_B基、θ₃、θ_0.4以及水平夹角∠C、∠D，用数学式

H＝2.6×(tgθ_A顶-tgθ_B基)/(tgθ₃-tgθ_0.4)×Sin∠D/Sin∠(180-∠D-∠C)    数模(II)

得出物体AB的高H；

数模(I)、数模(II)中各倾角凡仰角为正值，俯角为负值。

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