第5章距离测量与直线定向学习教案

1、会计学1第第5章距离测量与直线章距离测量与直线(zhxin)定向定向第一页，共59页。2022年4月15日星期五2视距测量(cling)图第1页/共58页第二页，共59页。2022年4月15日星期五3利用调制(tiozh)波波长测距B测距仪测距仪反光反光(fngung)棱镜棱镜S电磁波测距电磁波测距电磁波测距图A第2页/共58页第三页，共59页。2022年4月15日星期五4 第第5 5章距离测量章距离测量(cling)(cling)与直线与直线定向定向 5.1 5.1 钢尺量距钢尺量距 5.2 5.2 视距测量视距测量(cling)(cling) 5.3 5.3 红外线测距仪及全站仪红外线测距

2、仪及全站仪 5.4 5.4 直线定向直线定向 第3页/共58页第四页，共59页。2022年4月15日星期五55.1 钢尺钢尺(n ch)量距量距1.钢卷尺钢卷尺 尺长与规格：尺长与规格：20米、米、30米、米、50米，钢质，涂塑或不涂塑。米，钢质，涂塑或不涂塑。 刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位刻度与注记：毫米刻度，注记厘米、分米、米。零分划位 置有不同，分刻线置有不同，分刻线(k xin)尺和端点尺两种。尺和端点尺两种。 5.1.1 量距用的工具量距用的工具: 钢卷尺，花杆，测钎钢卷尺，花杆，测钎一般量距方法一般量距方法 量距相对精度量距相对精度12000 15000 精密

3、量距方法精密量距方法 量距相对精度量距相对精度110000 1400002.花杆花杆 定线用（量距时标定直线量距的前进方向）定线用（量距时标定直线量距的前进方向）3.测钎测钎 量距时在地面标定尺段端点位置。量距时在地面标定尺段端点位置。第4页/共58页第五页，共59页。2022年4月15日星期五6端点(dun din)尺 刻线尺测钎测钎 花杆花杆皮尺皮尺(p ch) 测绳测绳钢卷尺钢卷尺第5页/共58页第六页，共59页。2022年4月15日星期五75.1.2 直线直线(zhxin)定线定线 1. 两点间目估定线两点间目估定线2. 两点间互不通视定线两点间互不通视定线3.经纬仪定线经纬仪定线:

4、如果如果(rgu)量距要求的精度较高量距要求的精度较高, 可在其端点可在其端点A安置经纬仪定线安置经纬仪定线.第6页/共58页第七页，共59页。2022年4月15日星期五85.1.3 丈量丈量(zhngling)方法（往返方法（往返丈量丈量(zhngling)）距离用下式计算距离用下式计算(j sun)：D=nl+l 式中：式中：l整尺段的长度；整尺段的长度； n丈量的整尺段数；丈量的整尺段数； l零尺段长度。零尺段长度。 往返丈量较差往返丈量较差 D = D往往- -D返返距离平均值距离平均值 D平平= （D往往+D返返）1. 在平坦地面丈量在平坦地面丈量相对误差相对误差第7页/共58页第八

5、页，共59页。2022年4月15日星期五92.2.倾斜地面倾斜地面(dmin)(dmin)丈量丈量SDh (1)斜量法: 地面(dmin)坡度均匀，将量得的倾斜距离S归算成水平距离D。高差h用水准仪测定。或水平距离：水平距离：(2) 在倾斜地面丈量在倾斜地面丈量第8页/共58页第九页，共59页。2022年4月15日星期五10量距相对量距相对(xingdu)精度可达精度可达1 1万万 1 4万。万。 3. 钢尺钢尺(n ch)量距的精密方法量距的精密方法精密量距时采取的精密量距时采取的措施：措施： 1.用检定过的钢尺；用检定过的钢尺； 2.经纬仪定线；经纬仪定线； 3.钉尺段桩钉尺段桩(概量得概

6、量得)，用水准仪测量桩间高差；，用水准仪测量桩间高差； 4.对钢尺施加固定拉力，并测量温度；对钢尺施加固定拉力，并测量温度； 5.对量距结果加三项改正数。对量距结果加三项改正数。第9页/共58页第十页，共59页。2022年4月15日星期五11三项改正三项改正(gizhng)数数5 . 1 . 4 钢尺钢尺(n ch)量距的成果整理量距的成果整理每尺段经改正后的水平距离：每尺段经改正后的水平距离： 总的水平距离总的水平距离： 第10页/共58页第十一页，共59页。2022年4月15日星期五125.1.5 钢尺钢尺(n ch)检定检定 目的：求得钢尺两端(lin dun)点刻划间的实际长度。 方法

7、：用钢尺对一段精确的标准长度进行丈量，从而求得 钢尺的尺长改正数。该检定场地也称为“比尺场”。 。L比尺场示意图作法：作法： “比尺场比尺场”为理想的砼条形场地，埋有尺段标志。将为理想的砼条形场地，埋有尺段标志。将 待检定的钢尺，用精密量距的方法，对该标准距离待检定的钢尺，用精密量距的方法，对该标准距离L 进行丈量。通过对量距结果的整理，得出该钢尺的进行丈量。通过对量距结果的整理，得出该钢尺的 尺长方程式尺长方程式。 0 0 钢尺名义长钢尺名义长(m)； t t0 0 标准温度，一般取标准温度，一般取20； d d 尺长改正值尺长改正值(mm)； t 丈量时温度丈量时温度() 钢的膨胀系数，钢

8、的膨胀系数，1.21.21010-5 -5 / ；1.1.尺长方程式：尺长方程式： = 0+d+(t-t0)0第11页/共58页第十二页，共59页。2022年4月15日星期五13例：用一检定过的例：用一检定过的30米钢尺沿倾斜米钢尺沿倾斜(qngxi)地面丈量地面丈量AB距离，数据见距离，数据见 下表。该钢尺的尺长方程式如下，请整理量距成果。下表。该钢尺的尺长方程式如下，请整理量距成果。 (注：钢尺注：钢尺(n ch)膨胀系数膨胀系数 =0.00001150.0000125为钢尺为钢尺(n ch)温度变温度变 化化1度时，单位长度的变化量。度时，单位长度的变化量。)尺段长度及量距精度计算尺段长

9、度及量距精度计算第12页/共58页第十三页，共59页。2022年4月15日星期五14 5.2 5.2 视距测量视距测量5.2.1 5.2.1 视距测量概述视距测量概述视距测量是一种间接测距方法视距测量是一种间接测距方法; ; 它利用望远镜内十字丝分划它利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有厘米分划板上的视距丝及刻有厘米分划的视距标尺的视距标尺( (地形塔尺或普通水地形塔尺或普通水准尺准尺) )，根据光学原理可以同时，根据光学原理可以同时测定两点间的水平测定两点间的水平(shupng)(shupng)距离和高差距离和高差. .其中测量距离的相对误差约为其中测量距离的相对误差约为1/3001/3

10、00，低于钢尺量距；，低于钢尺量距；测定高差的精度低于水准测量测定高差的精度低于水准测量; ;视距测量广泛用于地形测量的视距测量广泛用于地形测量的 碎部测量中。碎部测量中。第13页/共58页第十四页，共59页。2022年4月15日星期五155.2.2 视准轴水平视准轴水平(shupng)时的视距计算公式时的视距计算公式AB为待测距离，在为待测距离，在A点点安置经纬仪，安置经纬仪，B点竖立视点竖立视距尺，设望远镜视线水距尺，设望远镜视线水平，瞄准平，瞄准B点的视距尺，点的视距尺，此时视线与视距尺垂直。此时视线与视距尺垂直。第14页/共58页第十五页，共59页。2022年4月15日星期五16视线水

11、平(shupng)时的视距测量公式:(1) 水平(shupng)距离公式:(2) 高差公式:(3) B点高程:第15页/共58页第十六页，共59页。2022年4月15日星期五175.2.3 视线倾斜视线倾斜(qngxi)时的视距测时的视距测量公式量公式(1) 水平水平(shupng)距离公式距离公式:(2) 初算高差初算高差:(3) 高差公式高差公式:第16页/共58页第十七页，共59页。2022年4月15日星期五18（1 1）在测站）在测站(c zhn) (c zhn) A A 安置经纬仪，量取仪器高安置经纬仪，量取仪器高 i i，在测点，在测点 B B 竖立视距尺；竖立视距尺； （2 2）

12、照准视距尺，用上下视距丝分别在尺上读取读数，算出）照准视距尺，用上下视距丝分别在尺上读取读数，算出视距间隔视距间隔l l（l =l =下丝读数下丝读数- -上丝读数）。也可先将中丝对准仪器上丝读数）。也可先将中丝对准仪器(yq)(yq)高读竖直角，然后把上丝对准邻近整数刻划后直接读取视高读竖直角，然后把上丝对准邻近整数刻划后直接读取视距间隔；距间隔；5.2.4 5.2.4 视距测量视距测量观测与观测与计算方法计算方法第17页/共58页第十八页，共59页。2022年4月15日星期五19（3 3）转动竖盘指标水准管微动）转动竖盘指标水准管微动螺 旋 使 竖 盘 指 标 水 准 管 气 泡螺 旋 使

13、 竖 盘 指 标 水 准 管 气 泡(qpo)(qpo)居中，读取竖盘读数，算居中，读取竖盘读数，算出竖直角。对有竖盘指标自动归零出竖直角。对有竖盘指标自动归零装置的仪器，应打开自动归零装置装置的仪器，应打开自动归零装置后再读数；后再读数；5.2.4 5.2.4 视距测量视距测量(cling)(cling)观测与计算方法观测与计算方法（4 4）根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。）根据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点的高程。第18页/共58页第十九页，共59页。2022年4月15日星期五20一、概述一、概述电磁波测距电磁波测距(Electro-magnetic Distance

14、 Measuring，EDM) 是用电磁波是用电磁波(光波或微光波或微波波)作为载波，传输测距信号，以测量两点作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法。间距离的一种方法。EDM具有测程长、精度高、作业快、工作强具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。度低、几乎不受地形限制等优点。1948年，瑞典年，瑞典AGA(阿嘎阿嘎)公司公司(现更名为现更名为Geotronics捷创力公司捷创力公司)研制成功了世界研制成功了世界(shji)上第一台电磁波测距仪，上第一台电磁波测距仪，它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管元件，

15、仪器相当笨重且功耗大量的电子管元件，仪器相当笨重且功耗大。为避开白天太阳光对测距信号的干扰，只能为避开白天太阳光对测距信号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。5.3 5.3 电磁波测距电磁波测距及全站仪第19页/共58页第二十页，共59页。2022年4月15日星期五21n1960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦-氖激光器，氖激光器，1962年砷化镓半导体激光器研制成功。年砷化镓半导体激光器研制成功。n与白炽灯比较，激光的优点是发散角小、穿透力强、传输的与白炽灯比较，激光的优点是发散

16、角小、穿透力强、传输的距离远、不受太阳光干扰、基本上可以距离远、不受太阳光干扰、基本上可以(ky)全天侯作业。全天侯作业。n1967年年AGA公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪AGA-8。n该仪器采用该仪器采用5mw的氦的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为氖激光器作发光元件，白天测程为40km，夜间测程达，夜间测程达60km，测距精度，测距精度(5mm+1ppm)，主机重量，主机重量23kg。n我国的武汉地震大队也于我国的武汉地震大队也于1969年研制成功了年研制成功了JCY-1型激光测型激光测距仪，距仪，1974年又研制并生产了年又研制并生产了J

17、CY-2型激光测距仪。该仪器采型激光测距仪。该仪器采用用2.5mw的氦的氦-氖激光器作发光元件，白天测程为氖激光器作发光元件，白天测程为20km，测距，测距精度精度(5mm+1ppm)，主机重量，主机重量16.3kg。第20页/共58页第二十一页，共59页。2022年4月15日星期五22n随着半导体技术的发展，从随着半导体技术的发展，从60年代末年代末70年代初起，采年代初起，采用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。世界上流行起来。n与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、重量轻、与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、重量轻、

18、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。功耗小、测距快、自动化程度高等优点。n由于红外光的发散角比激光大，所以红外测距仪的测由于红外光的发散角比激光大，所以红外测距仪的测程一般小于程一般小于15km。n现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造制造(zhzo)在一起，形成了全站仪，并向着自动化在一起，形成了全站仪，并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发展。向飞速发展。第21页/共58页第二十二页，共59页。2022年4月15日星期五23二、电磁波测距仪分类二、电磁波测距仪

19、分类1. 按其所采用按其所采用(ciyng)的载波（光源）可分为：的载波（光源）可分为：微波测距仪微波测距仪(microwave EDM instrument)；激光测距仪激光测距仪(laser EDM instrument)；红外测距仪红外测距仪(infrared EDM instrument);2. 按测程分为：按测程分为：短程短程(dun chn)测距仪测距仪(5km)中程测距仪中程测距仪(515km)远程测距仪远程测距仪( 15km）3. 按精度分为：按精度分为：级测距仪级测距仪(mD 5mm) 级测距仪级测距仪(5 mD 10mm) 级测距仪级测距仪(mD 10mm ）4. 按测距原

20、理分为按测距原理分为： 脉冲式；脉冲式； 相位式相位式第22页/共58页第二十三页，共59页。2022年4月15日星期五245.3.1 5.3.1 红外测距的测距原理红外测距的测距原理(yunl)(yunl) 基本基本(jbn)公式公式:c0光在真空中的速度光在真空中的速度ng光在大气中传输的折射率光在大气中传输的折射率t光波在光波在AB间往返传输时间间往返传输时间第23页/共58页第二十四页，共59页。2022年4月15日星期五25 直接测时直接测时-该类测距仪称为脉冲式测距仪，该类测距仪称为脉冲式测距仪，该仪器因其精度较低，通常该仪器因其精度较低，通常(tngchng)(tngchng)只

21、只用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮用于精度较低的远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。瞄雷达测距。 间接测时间接测时-用测定相位的方法来测定距离用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。，此类仪器称为相位式测距仪。 现有的精密光电测距仪都不采用直接测时的现有的精密光电测距仪都不采用直接测时的方法，而采用间接测时。方法，而采用间接测时。电磁波测距方式电磁波测距方式(fngsh)(fngsh)第24页/共58页第二十五页，共59页。2022年4月15日星期五261. 脉冲式测距原理脉冲式测距原理2. 假设时钟脉冲的震荡频率为假设时钟脉冲的震荡频率为 , 震震荡周期为荡周期为3. 计

22、数器记录的震荡次数计数器记录的震荡次数(csh)为为N, 4. 则脉冲光波在则脉冲光波在AB两点间两点间5. 往返的时间为往返的时间为:tncDg021第25页/共58页第二十六页，共59页。2022年4月15日星期五272. 相位相位(xingwi)式测距原理式测距原理 用测定相位的方法来测定距离，此类仪器称为相位式测距仪。它是用一种连续波（精密光波测距仪采用光波）作为“运输工具”（称为载波），通过一个调制器使载波的振幅或频率按照调制波的变化做周期性变化。测距时，通过测量调制波在待测距离上往返传播所产生的相位变化，间接地确定(qudng)传播时间t，进而求得待测距离D。 第26页/共58页第

23、二十七页，共59页。2022年4月15日星期五28相位相位(xingwi)(xingwi)式测距原理式测距原理 调制调制(tiozh)(tiozh)波的调制波的调制(tiozh)(tiozh)频率频率f f，角频率，角频率 ，周期，周期T T， 波长波长: : 设调制设调制(tiozh)(tiozh)波在距离波在距离D D往返一次产生的相位变化往返一次产生的相位变化为为 ，调制，调制(tiozh)(tiozh)信号一个周期相位变化为信号一个周期相位变化为22，则调制，则调制(tiozh)(tiozh)波的传播时间波的传播时间t t为：为： 代入基本公式得代入基本公式得 : :第27页/共58页

24、第二十八页，共59页。2022年4月15日星期五29相位相位(xingwi)(xingwi)式测距原理式测距原理设调制信号(xnho)为正弦信号(xnho)，包含2的整倍数N2，和不足2的尾数部分，即：代入前面公式: 2NfcD4第28页/共58页第二十九页，共59页。2022年4月15日星期五30相位相位(xingwi)(xingwi)式测距原理式测距原理 令令 : - : -单位单位(dnwi)(dnwi)长，长，“光测尺光测尺”，“电子尺电子尺” ” 公式改写成公式改写成 : :上上式就是相位式测距原理公式。式就是相位式测距原理公式。相位式测距仪是用长度为相位式测距仪是用长度为L LS

25、S的的“测尺测尺”去量测距离，量了去量测距离，量了N N个整尺段加上不足一个个整尺段加上不足一个L LS S的长度就是所测距离。的长度就是所测距离。 采用多个采用多个“测尺测尺”组合实现测距技术过程。组合实现测距技术过程。设计；精测尺设计；精测尺+ +粗测尺测距。粗测尺测距。第29页/共58页第三十页，共59页。2022年4月15日星期五31相位相位(xingwi)(xingwi)式测距原理式测距原理调制(tiozh)频率与测尺长度的关系调制频率f15MHz7.5MHz1.5MHz150kHz75kHz15kHz测尺长度/210m20m100m1km2km10km精度1cm2cm10cm1m2

26、m10m第30页/共58页第三十一页，共59页。2022年4月15日星期五325.3.2 5.3.2 光电测距仪的组成光电测距仪的组成(z chn)(z chn)第31页/共58页第三十二页，共59页。2022年4月15日星期五335.3.2 5.3.2 光电测距仪的组成光电测距仪的组成(z chn)(z chn)第32页/共58页第三十三页，共59页。2022年4月15日星期五34第33页/共58页第三十四页，共59页。2022年4月15日星期五35南方南方(nnfng)NTS(nnfng)NTS全站仪全站仪TOPCON GTSTOPCON GTS全站仪全站仪第34页/共58页第三十五页，共

27、59页。2022年4月15日星期五36Leica Leica 全站仪全站仪第35页/共58页第三十六页，共59页。2022年4月15日1时28分37第36页/共58页第三十七页，共59页。2022年4月15日1时28分38第37页/共58页第三十八页，共59页。2022年4月15日星期五39第38页/共58页第三十九页，共59页。2022年4月15日星期五40第39页/共58页第四十页，共59页。2022年4月15日星期五41第40页/共58页第四十一页，共59页。2022年4月15日星期五42(ky)连续进行。连续进行。VSHD%第41页/共58页第四十二页，共59页。2022年4月15日星

28、期五43方处安置棱方处安置棱镜，输入棱镜，输入棱镜高镜高h1，瞄，瞄准棱镜并观准棱镜并观测后，再瞄测后，再瞄准目标，仪准目标，仪器即可显示器即可显示目标的高度目标的高度HHh1h2第42页/共58页第四十三页，共59页。2022年4月15日星期五44第43页/共58页第四十四页，共59页。2022年4月15日星期五45APB全站仪的功能全站仪的功能(gngnng)第44页/共58页第四十五页，共59页。2022年4月15日星期五46第45页/共58页第四十六页，共59页。2022年4月15日星期五47当，瞄准棱当，瞄准棱镜并进行观镜并进行观测，再照准测，再照准待定点，仪待定点，仪器即可显示器即

29、可显示待定点的坐待定点的坐标。标。不同厂家生产的电子不同厂家生产的电子全站仪其键盘设计并不全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测完全相同，实现相同测量功能的按键程序和步量功能的按键程序和步骤也不完全一样，具体骤也不完全一样，具体使用应参见厂家的使用使用应参见厂家的使用说明书说明书。第46页/共58页第四十七页，共59页。2022年4月15日星期五48第47页/共58页第四十八页，共59页。2022年4月15日星期五49第48页/共58页第四十九页，共59页。2022年4月15日星期五50第49页/共58页第五十页，共59页。2022年4月15日星期五51标准方向的种类 3 坐标纵轴方向(中央

30、子午线方向) 第二章已述及，我国采用高斯平面直角坐标系，每一6带或3带内都以该带的中央子午线为坐标纵轴方向。因此(ync)，该带内直线定向，就用该带的坐标纵轴方向作为标准方向。 如假定坐标系，则用假定的坐标纵轴(X轴)作为标准方向。 第50页/共58页第五十一页，共59页。2022年4月15日星期五525.4.2 表示直线方向(fngxing)的方法 测量工作中，常采用方位角来表示直线的方向(fngxing)。 由标准方向(fngxing)的北端起，顺时针方向(fngxing)量到某直线的夹角，称为该直线的方位角，其角值从0 360。 由不同的标准方向(fngxing)所得到的方位角，分别为：

31、 真方位角：A 磁方位角：Am 坐标方位角：标标准准方方向向O OP P第51页/共58页第五十二页，共59页。2022年4月15日星期五53 由于地磁南北极与地球的南北极并不重合，因此(ync)，过地面上某点的真子午线方向与磁子午线方向常不重合，两者之间的夹角称为磁偏角，磁针北端偏于其子午线以东称东偏，偏于其子午线以西称西偏。直线的真方位角与磁方位角，可用下式进行换算 东偏取正值，西偏取负值。我国磁偏角的变化大约在+6到-10之间。 第52页/共58页第五十三页，共59页。2022年4月15日星期五54第53页/共58页第五十四页，共59页。2022年4月15日星期五55为磁坐偏角第54页/共58页第五十五页，共59页。2022年4月15日星期五56 当标准当标准(biozhn)(biozhn)方向为坐标纵轴方向为坐标纵轴( (中央子午线中央子午