第4章距离测量与直线定向(终稿)

1、测量地面两点之间的水平距离水平距离。钢尺量距 普通视距 光电测距 4.1 4.1 钢尺量距钢尺量距皮尺皮尺 测绳测绳钢卷尺钢卷尺辅助工具锤球二、二、 直线定线直线定线标定各尺段端点在同一直线上的工作称为直线定线直线定线。1.目测定线目测定线 甲将经纬仪安置于A点并对中整平，乙将一根标杆立于B点，然后甲操作经纬仪瞄准标杆，拧紧水平制动螺旋和望远镜制动螺旋，而后，甲指挥乙持标杆前进至点1附近并左右移动标杆，至标杆与望远镜十字丝竖丝重合时定下1点的位置，同法可定出直线上其他点。A1325B42.经纬仪定线法（一般用于精密量距）1.平坦地面的量距A、B两点间的水平距离为：qnlD式中：n 尺段数； l

2、 钢尺整尺段长度； q 不足一整尺的余长。三、距离丈量三、距离丈量 为了校核、提高精度，需要往、返丈量。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1/30002.倾斜地面丈量 在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1/1000 （1）平量法 当地面坡度较大，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。（2）斜量法D=L-h2/2L四、钢尺量距精密方法（1/10000） 1、经纬仪定线 将经纬仪安置于A点，瞄准B点，然后在A

3、B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。A1325B42、量距 量距是用经过检定的钢尺，两人拉尺，两人读数，一人记录及观测温度。 量距时由后尺手用弹簧秤控制施加于钢尺的拉力(30 m钢尺，标准拉力为100 N)。前、后读数员应同时在钢尺上读数，估读到0.5mm。每尺段要移动钢尺三次不同位置，三次丈量结果的互差不应超过2mm，取三段丈量结果的平均值作为尺段的最后结果。 随之进行返测，如要进行温度和倾斜改正，还要观测现场温度和各桩顶

4、高差。经过检定的钢尺长度可用尺长方程表示：000)(lttlllt温度为t时的钢尺实际长度；钢尺的名义长度；尺长改正值，即温度在 时钢尺全长改正数；钢尺膨胀系数，一般取=1.25 钢尺检定时的温度；量距时的温度。tl0ll0tt105)(10C0t五、钢尺的检定 1.水平距离的成果整理六、钢尺量距成果整理丈量结果若为水平距离D，可根据钢尺的尺长方程式算出尺子的实际长度（ lt)，求出每米尺长的实际长度（ lt/l0）。则所量距离的实际长度应为：D=D lt/l0 精密量距结果应进行以下三项改正（1）尺长改正（2）温度改正lllld0lttlt)(0l 全长改正数0l 名义长度0l 任一尺段 钢

5、尺膨胀系数 t 丈量时温度 t0 标准温度 2.倾斜距离的成果整理当为斜距时应换算成平距d，则倾斜改正值为：llhllhlldlh21222122)1 ()(将上式 项展开成级数： 2122)1 (lh3424422821)821 (lhlhlhlhllh取第一项lhlh223.倾斜改正 每一尺段改正后的水平距离为：htdlllld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,

6、C,试求试求A AB 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(03 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)(001050七、钢尺量距误差及注意事项七、钢尺量距误差及注意事项返回1) 尺长误差钢尺名义长度与实际长度不符的误差。具有积

7、累性，丈量距离越长，误差越大。2) 温度误差温度变化1，丈量30m距离的影响为0.4mm。3) 钢尺倾斜和垂曲误差地面不平坦，钢尺不水平或中间下垂而成曲线，所量长度实际长度。整尺段悬空时，中间应有人托住钢尺。4) 定线误差使所量距离为一组折线，丈量结果偏大。丈量30m的距离，偏差为0.25m时，量距偏大1mm。5) 拉力误差钢尺丈量拉力应与检定拉力相同。拉力变化2.6kg，尺长改变1mm。6) 丈量误差插测钎不准，前、后尺手配合不佳，余长读数不准.丈量中应尽量准确对点，配合协调。 使用钢尺量注意事项：1使用前要认清尺的零点位置，熟悉尺的注记方式；2 要密切配合，尺子要拉紧，用力均匀，定线要直，

8、尺子水平；3 读书要同时、迅速、准确、果断；尺扭环时，切勿用力拉尺，应立即将扭环解开。4严防尺子被车辗。5尺子不可在地面上拖拉。 4.2 4.2 普通视距测量普通视距测量 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。一、普通视距测量原理 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），则水平距离D有：KlDlD2211h2 固定值固

9、定值（约（约34342323）1a2a1b2b1v2vl2l112AD1D2ih2、视距测量原理通常情况下k=100lKlD100视准轴水平时的视准轴水平时的视距视距公式为：公式为：lKlD100测站点到立尺点的测站点到立尺点的高差高差为：为：vihi 仪器高，是桩顶到仪器水仪器高，是桩顶到仪器水 平轴的高度；平轴的高度；v 中丝在标尺上的读数。中丝在标尺上的读数。l12a2b2vl22h211a1b1vD1D2Aih2图中图中bboaao90obboaa设设ablbal,则则coscoscoslobaobooaloAiDaabBvbLh 原理：倾斜距离倾斜距离L为：为：cosKllKL2co

10、scosKlLDviKlhviDh2sin21tan或或 计算：水平距离水平距离D为：为： 高差高差h为：为：oAiDaabBvbLh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 (mmKlD49.31)723(cos

11、316. 0100cos22mmmmviDh90. 140. 140. 1)723tan(49.31tan4、 视距测量误差及注意事项此外还有：标尺分划误差、竖直角观测误差、此外还有：标尺分划误差、竖直角观测误差、 视距常数误差等。视距常数误差等。视距测量差视距测量差返回4.3 4.3 光电测距光电测距 光电测距是以光波（可见光或红外光）作为载波，通过测定光波在测线两端点间往返传播的时间来测量距离。 红外测距仪红外测距仪手持式激光测距仪手持式激光测距仪激光测距仪激光测距仪一、概述 光电测距仪的分类：光电测距仪的分类： 1、激光测距仪激光测距仪 2、红外测距仪红外测距仪 光电测距仪的优点：光电测

12、距仪的优点： 1、测程远、精度高。、测程远、精度高。 2、作业快、受地形限制少、作业快、受地形限制少等优点。等优点。 建筑工程测量中应用较多的是短程红外光电测距仪。建筑工程测量中应用较多的是短程红外光电测距仪。测程远程测距仪 (大于15km)中程测距仪 (5km15km)短程测距仪 (小于5km)导弹、人卫、月球等空中目标大地、地震测量地形测量、工程施工测程：测距仪一次所能测的最远距离。 按测量精度分：按测量精度分： 级：mD 5mm; 级： 5mm mD 10mm ： 级： mD 10mm。 mD （a+b106D）式中： mD测距中误差a 固定误差b 比例误差D 两点间的距离 按基本功能分

13、：按基本功能分： 专用型 半站型 全站型 测距仪发射的光波经反射棱镜反射回来后被测距仪所接收。测量出光波在A、B之间往返传播的时间t，则距离D为：式中：式中：c光波在空气中的传播速度。光波在空气中的传播速度。ctD21二、测距原理1、光电测距仪的方式：（1）脉冲式脉冲式（2）相位式相位式2、相位式测距仪的基本工作原理如图：Wild DI3000脉冲测距仪 测距仪在测距仪在A点发出的调制光在待测距离上传播，经棱镜反点发出的调制光在待测距离上传播，经棱镜反射后被接收器所接收，然后用相位计将发射信号与接受信号进射后被接收器所接收，然后用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较，由显示器显出调制光在待测

14、距离往、返传播所引行相位比较，由显示器显出调制光在待测距离往、返传播所引起的相位移起的相位移，从而间接地求得时间，从而间接地求得时间t，再由，再由 求得求得距离距离 。相位式测距原理 为大气折射率其中：而为：的相位移调制光波在测线上传播gggDDDnNNfnCDNfnCctDfttft22221 2 22121 2 2 002D222相位法测距原理调制光波往程和返程展开图调制光波往程和返程展开图fNt22 可表示为可表示为N个整周期相位移和一个不足整周期的个整周期相位移和一个不足整周期的相位移尾数相位移尾数 之和，即之和，即所以所以N2)2(2NfcD)(2NND（相位式测距仪测距的基本公式）

15、相位式测距仪测距的基本公式）可写为可写为则则fC)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。 南方南方ND-3000短程红外测距仪的精度为短程红外测距仪的精度为 当距离当距离D为为0.6km时，测距精度是时，测距精度是mD=8mm。 ( 通常写作通常写作ppm)1035(6DmmmD610三、测距仪的精度：四、南方ND-3000/2000红外测距仪各种反射棱镜各种反射棱镜经纬仪与测距仪配接经纬仪与测距仪配接测距仪功能键盘测距仪功能键盘1、仪器简介：

16、 经纬仪瞄准觇牌中心的视线与测距仪瞄 准反射棱镜中心的视线保持平行。 调整经纬仪望远镜，使十字丝对准反射棱镜的觇牌中心 调整测距仪望远镜，使十字丝对准反射棱镜中心2、距离计算：、距离计算：1 1）仪器常数改正）仪器常数改正（测距仪的乘常数测距仪的乘常数R和加常数和加常数K）加常数加常数K=L L （mm）乘常数乘常数R的单位是的单位是mm/km对于观测值为对于观测值为L 的距离，其常数改正值为：的距离，其常数改正值为：LRKLk2 2）气象改）气象改正正REDmini测距仪的气象改正公式为：测距仪的气象改正公式为：LtPLt003661.013872.096.278式中：式中：L Lt t气象

17、改正值，单位为气象改正值，单位为mm； P测站气压，单位为测站气压，单位为mmHg， 1 mmHg=133.322Pa； t测站温度，单位为测站温度，单位为C C； LL距离，单位为距离，单位为km km 。3 3） 倾斜改正倾斜改正cosLD L L经过常数改正和气象改正后的距；经过常数改正和气象改正后的距；经纬仪测定的测线竖直角。经纬仪测定的测线竖直角。五、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

18、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。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。返回4.4 全站仪及其使用全站仪及其使用（一） 全站仪概述（二） 全站仪的功能 （三） 全站仪的基本操作方法（四） 几种全站仪介绍 （五) 光电测距的注意事项

19、（一）（一） 全站仪概述全站仪概述q全站仪的基本功能是测量角度、距离、坐标。全站仪的基本功能是测量角度、距离、坐标。q全站仪具有如下特点：全站仪具有如下特点：同时进行角度测量同时进行角度测量( (水平角、竖直角水平角、竖直角) ) 和距离测量和距离测量( (斜斜距距S S、平距平距D D、高差、高差h) h) ； 测距系统光轴与测角系统视准轴同轴（测距系统光轴与测角系统视准轴同轴（三轴同一三轴同一）；）；显示测点的角度显示测点的角度( (方向值方向值) )、距离、高差或三维坐标；、距离、高差或三维坐标；拥有后方交会、放样、拥有后方交会、放样、偏心测量、悬高测量、对边测量、面偏心测量、悬高测量、

20、对边测量、面积计算积计算等高级测量功能。等高级测量功能。拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式存储拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式存储已已知点和观测点的点号、编码、三维坐标；知点和观测点的点号、编码、三维坐标； 实现全站仪与计算机的数据通讯；实现全站仪与计算机的数据通讯； 高精度全站仪测角达高精度全站仪测角达0.50.5秒级，测距精度达秒级，测距精度达(0.1mm+0.1PPM)(0.1mm+0.1PPM)； 与计算机联合组成的智能观测系统能实现全自动与计算机联合组成的智能观测系统能实现全自动瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测瞄准、观测、记录、存储和数据的传输，被称为测量机

21、器人。量机器人。思考题：全站仪与经纬仪比较有何优势？ 三轴同一望远镜三轴同一望远镜 在全站仪的望远镜中，照准目标的在全站仪的望远镜中，照准目标的视准轴视准轴、光电、光电测距的红外光测距的红外光发射光轴发射光轴和和接收光轴接收光轴是同轴的，其光是同轴的，其光路如图所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜路如图所示。因此，测量时使望远镜照准目标棱镜的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距的中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距（二）（二） 全站仪的功能全站仪的功能全站仪一般有几种测量模式：角度测量模式距离测量模式 可进行水平度盘读数设置； 同时测量水平角和竖直角； 垂直角坡度模式；角度放样。 可进行

22、仪器常数、棱镜常数、气象改正设置； 可进行斜距、平距、高差的测量； 偏心测量；测距模式的设置； 距离放样。方法：与经纬仪相同。 瞄准一已知点A置零（0SET）瞄准B点，记下水平度盘的读数。一定按照测量规范操作仪器，要尊重科学，有些同学尤其是非测绘专业的学生喜欢“想当然”。一般情况，出厂的 PRISM=0（原配单棱镜）；国产南方棱镜为-30mm ；苏一光的原配三棱镜组为-30mm 。如果采用别的棱镜，则需设置棱镜常数，一旦设置好后，关机即保存。输入测量时的气温（TEMP）、气压（PRESS），或经计算后，输入PPM的值。坐标测量模式放样模式 输入测站点坐标，照准定向点输入定向方位角，或者输入测站

23、和定向点的坐标，以及仪器高和目标高，照准待定点，就可直接测定未知点坐标。 设置已知数据（包括测站坐标、后视方向或后视点坐标、棱镜高）； 坐标测量操作。 放样模式有两个功能，即测定放样点和利用内存中已知数据设置新点。 三维坐标测量三维坐标测量 如如图，将全站仪安置在已知图，将全站仪安置在已知点点A，棱镜设置在待定点，棱镜设置在待定点P，输入，输入A点已知坐标及仪器点已知坐标及仪器高和高和P点棱镜高后，先后视点棱镜高后，先后视已知点已知点B并输入并输入B点坐标（点坐标（后视已知点是为了设置方向后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准位角）然后瞄准P点处棱镜点处棱镜并进行观测，仪器即可显示并进行观测，

24、仪器即可显示待定待定P的三维坐标。的三维坐标。APB全站仪的功能放样测量放样测量 将要测设的角度和边长（将要测设的角度和边长（或坐标值）输入全站仪，或坐标值）输入全站仪，在放样过程中仪器显示角在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样度和边长的实测值与放样值之差，根据显示的偏离值之差，根据显示的偏离值及符号调整棱镜位置，值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的镜所处位置即为要测设的点位。有的电子全站仪还点位。有的电子全站仪还可通过图形显示出棱镜上可通过图形显示出棱镜上下左右前后的移动下左右前后的移动方向方向。D对边测量悬高测量后方交会偏心测量面

25、积计算等高级测量功能。应用测量模式（三）、全站仪的基本操作方法（三）、全站仪的基本操作方法 按POWER或ON键，开机后仪器进行自检，自检结束后进入测量状态。有的全站仪自检结束后须设置水平度盘与竖盘指标，设置水平度盘指标的方法是旋转照准部，听到鸣响即设置完成；设置竖盘指标的方法是纵转望远镜，听到鸣响即设置完成。设置完成后显示窗才能显示水平度盘与竖直度盘的读数。 1. 测前的准备工作1）安置仪器 将全站仪连接到三脚架上，对中并整平。多数全站仪有双轴补偿功能，所以仪器整平后，在观测过程中，既使气泡稍有偏离，对观测也无影响。 2）开机并初始化 2. 全站仪的基本操作与使用方法1）水平角测量 （1）按

26、角度测量键，使全站仪处于角度测量模式，照准第一个目标A。（2）设置A方向的水平度盘读数为00000。 （3）照准第二个目标B，此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。2）距离测量（1）设置棱镜常数。（2）设置大气改正值或气温、气压值。 如果用测回法，与光学经纬仪相似，同样要配置读盘，盘左盘右观测。 （6）照准目标棱镜，按坐标测量键，全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。 （3）距离测量 照准目标棱镜中心，按测距键，距离测量开始，测距完成时显示斜距、平距、高差。3）坐标测量（1）设定测站点的三维坐标。 （2）瞄准后视点并设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数即其方位角。（3）设置棱

27、镜常数。（4）设置大气改正值或气温、气压值。（5）量仪器高、棱镜高并输入全站仪。（四）（四） 其它全站仪系列介绍其它全站仪系列介绍索佳索佳30R30R系列全站仪系列全站仪徕卡徕卡TPS1100TPS1100智能全站智能全站仪系列仪系列北京拓普康北京拓普康GTS-800GTS-800系系列列南方南方NTS-202w/205wNTS-202w/205w索佳30R系列全站仪 标谁单棱镜测距范围可达5000米，精度可(2mm+2ppm)。索佳反射片测距范围可达500米，精度可达(3mm+2ppm)。无协作目标测量超过150米，精度可达(3mm+2ppm)。 徕卡TPS1100智能全站仪系列 产品特点

28、目标自动识别与瞄准 动态目标自动跟踪 无合作目标同轴侧距 内置无线遥控测量 5MB的广阔内存空间更快、更灵、更巧、更全 特点：1、每秒50高速旋转2、新颖的微动/阻尼装置3、内置MS-DOS系统4、标准测量程序5、PC卡/ATA Flash卡系统6、大屏幕图形显示器北京拓普康全站仪GTS-800系列产品特点 关键电子元件进口，质量可靠设计合理，外型美观操作简单，功能实用价格低廉，可普及到小组 设有RS-232C接口能与微机，掌上电脑PC-E500（S）通讯，特别适合于做数字化测图输入温度和气压，仪器将自动进行气象修正； 大气折光和地球曲率的影响可以在平距和高差测量中自动补偿。（五）、光电测距的

29、注意事项(1) 防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。(2) 严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。(3) 仪器长期不用时，应将电池取出。 (4) 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。 (5) 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。 (6) 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。返回（7）全站仪迁站时，应从脚架上取下仪器 （8）运输过程中注意防震 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

30、1、真子午线方向 通过地球表面某通过地球表面某点的点的真子午线的切线真子午线的切线方向方向，称为该点的真，称为该点的真子午线方向。子午线方向。真子午线的切线方向真子午线的切线方向P1P2 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GP1-2AGP1-2A2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 磁北极磁北极 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3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1、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22222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纵轴方向真方位角（真方位角（A）磁方位角（磁方位角（Am）坐标方位角（坐标方位角（ ）2磁北磁北真北真北坐标北坐标北A