第04章 距离测量与直线定向

1、1第四章第四章 距离测量与直线定向距离测量与直线定向 本章摘要本章摘要 本章主要讲述钢尺量距方法、钢尺量距成果本章主要讲述钢尺量距方法、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，红外测距仪的使用、成果处绍电磁波测距原理，红外测距仪的使用、成果处理及仪器检测；直线定向与罗盘仪使用。理及仪器检测；直线定向与罗盘仪使用。2距离测量的方法：距离测量的方法：电磁波测量（测距仪、精度高电磁波测量（测距仪、精度高1150005000）距离丈量（钢尺距离丈量（钢尺1 140004000左右、皮尺、测绳）左右、皮尺、测绳）视距测量（经纬仪视

2、距测量（经纬仪1 1200200左右）左右）34 4.1 .1 钢尺量距钢尺量距4 4.2 .2 视距测量视距测量4 4.3 .3 电磁波测距电磁波测距4 4.4 .4 直线定向直线定向44 4.1 .1 钢尺量距钢尺量距4 4.1.1 .1.1 量距工具量距工具测定温度温度计控制钢尺拉力弹簧称投点用垂球标志尺段的起、终点测钎用于标定直线花杆钢尺5垂球垂球测测钎标杆标杆弹簧秤弹簧秤钢尺钢尺长度长度20m20m、30m30m、50m50m，也称钢也称钢卷尺，有刻线尺和端点尺卷尺，有刻线尺和端点尺6定义定义：将所量尺段标定在待测两点间一条直线上的工作：将所量尺段标定在待测两点间一条直线上的工作 称

3、为直线定线。称为直线定线。方法：方法：目估法、经纬仪法。目估法、经纬仪法。4 4.1.2 .1.2 直线定线直线定线目估定线目估定线7经纬仪定线 将经纬仪安置于A点，瞄准B点，然后在AB的视线上用钢尺量距，依次定出比钢尺一整尺略短的尺段端点1，2，。在各尺段端点打入木桩，桩顶高出地面5cm10cm，在每个桩顶刻划十字线，其中一条在AB方向上，另一条垂直AB方向，以其交点作为钢尺读数的依据。A1325B481 1、平坦地区量距、平坦地区量距4 4.1.3 .1.3 量距方法量距方法A、B两点间的水平距离为：qnlD式中：n 尺段数； l 钢尺的尺长； q 不足一整尺的余长。92、倾斜地面丈量 当

4、地面坡度较大，不可能将整根钢尺拉平丈量时，则可将直线分成若干小段进行丈量。每段的长度视坡度大小、量距的方便而定。平量法平量法L LB BA Ah hD DABAB斜量法斜量法10 为了校核、提高精度，还要进行返测，用往、返测长度之差 与全长平均数 之比，并化成分子为1的分数来衡量距离丈量的精度。这个比值称为相对误差K：D平均D返往平均DDDK1 平坦地区钢尺量距相对误差不应大于1/3000 在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1/100011两点间水平距离为：两点间水平距离为：)(21返往DDD3 3、精密量距、精密量距特点：特点：经纬仪定线，尺段段点用木桩标定；经纬仪定线，尺段段点用木桩标定；

5、 测定各桩顶之间的高差；测定各桩顶之间的高差； 用标准拉力（弹簧秤），多次读数；用标准拉力（弹簧秤），多次读数； 测量温度；测量温度； 必须进行尺长改正、温度改正、倾斜改正。必须进行尺长改正、温度改正、倾斜改正。121 1、三项改正、三项改正倾斜改正温度改正尺长改正0d)(0ttt22hh2 2、改正后距离、改正后距离00)(ttdd4 4.1.4 .1.4 钢尺量距成果整理钢尺量距成果整理c1/105 .126131、尺长方程式000)(ttdt式中：t0d0tt-温度为t时的钢尺实际长度-长尺名义长度-钢尺尺长改正值-钢尺膨胀系数、-钢尺检定时的温度-量距时的温度4.1.5 钢尺检定142

6、 2、检定方法、检定方法比长法平台法（基线法）21 d将将1 1号尺的尺长方程式代入公式可求得号尺的尺长方程式代入公式可求得2 2号尺的尺长方程式。号尺的尺长方程式。例如：例如：mmmct30)20(004. 030dctdmmm30)20(003.030mmmmct007. 030)20(003. 03015例题：用尺长方程为例题：用尺长方程为的钢尺实测的钢尺实测A AB B尺段（如图），长度尺段（如图），长度l l=29.896m,A=29.896m,A、B B两点间高差两点间高差h=0.272m,h=0.272m,测量时测量时的温度的温度t=25.8t=25.8C,C,试求试求A AB

7、B尺段的水平距离。尺段的水平距离。mCtCmmlt30)20(1025. 10025. 030015 解解：1 1）尺长改正）尺长改正mmlllld0025.0)896.29300025.0(0163 3）倾斜改正）倾斜改正4 4）A-BA-B尺段水平距离尺段水平距离mmmlhlh0012.0896.292)272.0(222mlllldhtd900.292 2）温度改正）温度改正mmCCClttlt0022.0896.29)208.25(1025.1)(001050171 1、定线误差、定线误差2 2、尺长误差、尺长误差3 3、温度测定误差、温度测定误差4 4、拉力不均匀误差、拉力不均匀误差

8、5 5、钢尺倾斜误差、钢尺倾斜误差6 6、钢尺对准及读数误差、钢尺对准及读数误差cckt330001时，222221)2(24 4.1.6 .1.6 钢尺量距误差及注意事项钢尺量距误差及注意事项mm12. 030300001时184 4.2.1 .2.1 视距测量原理视距测量原理定义：视距测量是利用望远镜内的视距装置配合视距尺，定义：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。差的方法。4 4.2 .2 视距测量视距测量 普通视距测量的精度一般为1/2001/300，但由于操作简便，不受地形起伏限

9、制，可同时测定距离和高差，被广泛用于测距精度要求不高的地形测量中。19 视距测量是视距测量是利用利用视距丝视距丝配配合合标尺标尺读数来读数来完成的。完成的。望远镜十字丝环望远镜十字丝环视距丝视距丝对于倒像望远镜：下丝在标尺上的读数为a，上丝在标尺上的读数为b，视距间隔 l（l=a-b）.204 4.2.2 .2.2 视线水平时视距公式视线水平时视距公式ABnmpnmMN11121314lmnlDhvi中丝读数，vvihviHHABdfqqfdDlpfd qflpfD21视准轴水平时的视准轴水平时的视距视距公式为：公式为：lcKlD100测站点到立尺点的测站点到立尺点的高差高差为：为：vihK视

10、距乘常数，通常视距乘常数，通常K=100；c 视距加常数，常数视距加常数，常数c值接近零值接近零; ;i 仪器高，是桩顶到仪器水平轴的高度；仪器高，是桩顶到仪器水平轴的高度；v 中丝在标尺上的读数。中丝在标尺上的读数。224.2.3视线倾斜时的视距测量公式ABEMNMN llLKlDhhiivcosKllKL2coscosKlLDA、B两点间的高差h为：vihh sinLh sincosKl2sin21KlviKl2sin21HAHBABABhHH vihh23例题：例题：如上图，在如上图，在A点量取经纬仪高度点量取经纬仪高度i=1.400m，望远，望远镜照准镜照准B点标尺，中丝、上丝、下丝读

11、数分别为点标尺，中丝、上丝、下丝读数分别为v=1.400m，b=1.242m，a=1.558m，=3=32727 ,试求试求A、B两点间的水两点间的水平距离和高差。平距离和高差。解：解：1）尺间距）尺间距2）水平距离）水平距离3）高差）高差mmbal316.0)242.1558.1(mmKlD49.31723cos316. 0100cos22mmmmviDh90.140.140.1723tan49.31tan241 1、视距尺分划误差、视距尺分划误差2 2、乘常数、乘常数K K不准确的误差不准确的误差3 3、竖直角测量误差、竖直角测量误差4 4、视距丝读数误差、视距丝读数误差5 5、视距尺倾斜

12、误差、视距尺倾斜误差6 6、外界气象条件影响（大气折光、大气湍流、风等）、外界气象条件影响（大气折光、大气湍流、风等）mmmF5 . 0Fmm2mKmKmd071. 05 . 024 4.2.2.4 4 视距测量误差及注意事项视距测量误差及注意事项25 4.3 4.3 电磁波测距电磁波测距 定义：电磁波测距是测定电磁波在测线两端往返传播定义：电磁波测距是测定电磁波在测线两端往返传播 的时间的时间t t，利用已知光速利用已知光速C C，求定两点间的距离求定两点间的距离D D。4 4.3.1 .3.1 电磁波测距基本原理电磁波测距基本原理 电磁波测距仪的优点： 1、测程远、精度高。 2、受地形限制

13、少等优点。 3、作业快、工作强度低。 电磁波测距仪的分类： 1、光电测距仪 （可见光、红外光、激光） 2、微波测距仪 （无线电波、微波）26 1 1、脉冲法测距、脉冲法测距：直接测定光脉冲在测线两端往返传：直接测定光脉冲在测线两端往返传 播的时间播的时间t t，求出距离求出距离D D的方法。的方法。4 4.3.2 .3.2 电磁波测距基本方法电磁波测距基本方法ABDctD21 272 2、相位法测距、相位法测距： 测量光信号在测线两端往返传播产生的测量光信号在测线两端往返传播产生的相位差，间接测定时间相位差，间接测定时间t t，求距离的方法。求距离的方法。ABD)22ND（281 1、仪器常数

14、改正、仪器常数改正RDKDKK K 称为仪器加常数，是由于仪器发射中心与仪器称为仪器加常数，是由于仪器发射中心与仪器 机械对中中心不一致产生的距离误差。机械对中中心不一致产生的距离误差。R R 称为仪器乘常数，是由于仪器精尺频率变化产称为仪器乘常数，是由于仪器精尺频率变化产生的与距离成正比的系统误差的比例因子。生的与距离成正比的系统误差的比例因子。4 4.3.3 .3.3 电磁波测距成果整理电磁波测距成果整理293 3、倾斜改正、倾斜改正ZDDDZDDKsin)(sin00cos0 D2 2、气象改正、气象改正（各型号仪器改正公式不同，由厂家提供）（各型号仪器改正公式不同，由厂家提供）如某仪器

15、如某仪器tPD0037. 01029. 02 .280D为单位的改正数为单位的改正数km以以-观测时气压，读至观测时气压，读至1 1mmHgmmHg-观测时温度，测定至观测时温度，测定至ptc1304 4、测距仪的精度：、测距仪的精度：)10(6bDamD式中：式中：mD 测距中误差，单位为测距中误差，单位为mm； a 固定误差，单位为固定误差，单位为mm； b 比例误差；比例误差； D 以以km为单位的距离。为单位的距离。311 1、按光源分类、按光源分类激光红外光普通光光电测距仪微波测距仪2 2、按测程分、按测程分远程中程短程DkmkmDkmkmD1515554 4.3.4 .3.4 电磁

16、波测距仪的分类电磁波测距仪的分类324.3.5 光电测距的注意事项光电测距的注意事项(1)(1) 防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。(2)(2) 严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。(3)(3) 仪器长期不用时，应将电池取出。仪器长期不用时，应将电池取出。 (4)(4) 测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体 和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。(5)(5) 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。

17、镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。(6)(6) 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。33 确定地面上两点之间的相对位置，仅确定地面上两点之间的相对位置，仅知道两点之间的水平距离是不够的，还必知道两点之间的水平距离是不够的，还必须确定该直线的方向。在测量工作中一条须确定该直线的方向。在测量工作中一条直线的方向是用该直线与标准方向之间的直线的方向是用该直线与标准方向之间的水平夹角来确定的。水平夹角来确定的。 4.4 4.4 直线定向直线定向34 确定直线与确定直线与标准方向标准方向之间的水平角度称为之间的水平角度称为直线定向。直线定向。标

18、标准准方方向向真子午线方向真子午线方向磁子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向坐标纵轴方向35一、标准方向的分类1 1真子午线方向真子午线方向 通过地面某点的真子通过地面某点的真子午线的切线方向，称午线的切线方向，称为该点的为该点的真子午线方真子午线方向向。真子午线的切线方向真子午线的切线方向P1P2测量上的标准方向有三个，通常称为测量上的标准方向有三个，通常称为“三北方向”。36 真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。 陀螺仪陀螺仪GP1-2AGP1-2A372磁子午线方向 磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下，磁针自由静止时其轴线所指的方向。AP PP P北极北极 P P 磁北极磁

19、北极38 磁子午线方向可用罗盘仪测定。磁子午线方向可用罗盘仪测定。 DQL-1DQL-1型森林罗盘仪型森林罗盘仪DQL-1BDQL-1B型森林罗盘仪型森林罗盘仪393坐标纵轴方向 我国采用高斯平面直角坐标系，6带或3带都以该带的中央子午线为坐标纵轴，因此取坐标纵轴方向作为标准方向。xyoP1P2高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系401、方位角1）方位角的定义 从直线起点的标准方向北端起，顺时针方向量至直线的水平夹角，称为该直线的方位角；其角值范围为0 360。12标准方向北端标准方向北端方位角方位角2222241标标准准方方向向真子午线方向真子午线方向磁子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向坐标

20、纵轴方向真方位角（真方位角（A A）磁方位角（磁方位角（A Amm）坐标方位角（坐标方位角（ ）2 2磁北磁北真北真北坐标北坐标北A AmmA A1 142 由于地面各点的真北由于地面各点的真北（或磁北）方向互不平（或磁北）方向互不平行，用真（磁）方位角行，用真（磁）方位角表示直线方向会给方位表示直线方向会给方位角的推算带来不便，所角的推算带来不便，所以以在一般测量工作中，在一般测量工作中，常采用坐标方位角来表常采用坐标方位角来表示直线方向示直线方向。xyoP1P2坐标北与真北的关系坐标北与真北的关系432）几种方位角之间的关系 mAAAmA2磁北磁北真北真北坐标北坐标北AmA1当磁北方向或坐

21、标北方向偏于真北方向东侧时， 和为正；偏于西侧时， 和为负。磁偏角真北方向与磁北方向之间的夹角；子午线收敛角真北方向与坐标北方向之间的夹角。443 3）正、反坐标方位角）正、反坐标方位角 直线直线1-2 1-2 ：点：点1 1是起点，点是起点，点2 2是终点。是终点。1212 正正坐标方位角；坐标方位角；2121 反反坐标方位角。坐标方位角。2112xyoxx1218012211802112180正反直线直线2-12-1：所以一条直线的正、反坐标方位角互差180452、 象限角 某直线的象限角是由直线起点的标准方向某直线的象限角是由直线起点的标准方向北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至该北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至该直线的直线的锐角锐角，用，用R R表示。表示。直线R与的关系O1O2O3O4（北）（北）（西）（西）y（东）（东）（南）（南）xoRO1RO3RO2RO4O1O2O3O41234O1=RO1O2=180RO2O3=180