距离测量和直线定向测距仪全站仪市公开课金奖市赛课一等奖课件

测量技术基础

第4章距离测量与直线定向10/10/1山东理工大学建工学院第1页第4章距离测量与直线定向距离测量是测量三项基本工作之一.距离测量方法主要有:1.钢尺(皮尺)量距.2.视距测量3.光电测距要确定地面点平面位置,还必须测定直线方向,即直线定向10/10/2山东理工大学建工学院第2页视距测量图10/10/3山东理工大学建工学院第3页利用调制波波长测距B测距仪反光棱镜S电磁波测距电磁波测距图A10/10/4山东理工大学建工学院第4页

第4章距离测量与直线定向

§5.1钢尺量距§5.2视距测量§5.3红外线测距仪及全站仪§5.4

直线定向

10/10/5山东理工大学建工学院第5页§4.1钢尺量距1.钢卷尺

尺长与规格：20米、30米、50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。零分划位置有不一样，分刻线尺和端点尺两种。

4.1.1量距用工具:钢卷尺，花杆，测钎普通量距方法

量距相对精度115000精密量距方法

量距相对精度1100001400002.花杆

定线用（量距时标定直线量距前进方向）3.测钎

量距时在地面标定尺段端点位置。10/10/6山东理工大学建工学院第6页端点尺刻线尺测钎花杆皮尺测绳钢卷尺10/10/7山东理工大学建工学院第7页4.1.2直线定线

1.两点间目估定线2.两点间互不通视定线3.经纬仪定线:

假如量距要求精度较高,可在其端点A安置经纬仪定线.10/10/8山东理工大学建工学院第8页4.1.3丈量方法（往返丈量)）距离用下式计算：D=nl+Δl

式中：l——整尺段长度；n——丈量整尺段数；

l——零尺段长度。

往返丈量较差

D=D往-D返距离平均值

D平=（D往-D返）相对误差

K=1.在平坦地面丈量10/10/9山东理工大学建工学院第9页2.倾斜地面丈量SDh

(1)斜量法:地面坡度均匀，将量得倾斜距离S归算成水平距离D。高差h用水准仪测定。或水平距离：(2)在倾斜地面平量10/10/10山东理工大学建工学院第10页量距相对精度可达11万14万。

3.钢尺量距精密方法精密量距时采取办法：

1.用检定过钢尺；2.经纬仪定线；3.钉尺段桩(概量得)，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；5.对量距结果加三项更正数。10/10/11山东理工大学建工学院第11页三项更正数4.1.4钢尺量距结果整理每尺段经更正后水平距离：总水平距离：

10/10/12山东理工大学建工学院第12页4.1.5钢尺检定

目标：求得钢尺两端点刻划间实际长度。

方法：用钢尺对一段准确标准长度进行丈量，从而求得钢尺尺长更正数。该检定场地也称为“比尺场”。

。。。。L比尺场示意图作法：“比尺场”为理想砼条形场地，埋有尺段标志。将待检定钢尺，用精密量距方法，对该标准距离L进行丈量。经过对量距结果整理，得出该钢尺

尺长方程式。

0——钢尺名义长(m)；t0——标准温度，普通取20℃；d——尺长更正值(mm)；t——丈量时温度(℃)

——钢膨胀系数，1.2×10-5/℃；1.尺长方程式：=0+d+(t-t0)×010/10/13山东理工大学建工学院第13页例：用一检定过30米钢尺沿倾斜地面丈量AB距离，数据见下表。该钢尺尺长方程式以下，请整理量距结果。(注：钢尺膨胀系数=0.0000115~0.0000125为钢尺温度变化1度时，单位长度改变量。)尺段长度及量距精度计算10/10/14山东理工大学建工学院第14页§4.2视距测量4.2.1视距测量概述视距测量是一个间接测距方法;它利用望远镜内十字丝分划板上视距丝及刻有厘米分划视距标尺(地形塔尺或普通水准尺)，依据光学原理能够同时测定两点间水平距离和高差.其中测量距离相对误差约为1/300，低于钢尺量距；测定高差精度低于水准测量;视距测量广泛用于地形测量碎部测量中。10/10/15山东理工大学建工学院第15页4.2.2视准轴水平时视距计算公式AB为待测距离，在A点安置经纬仪，B点竖立视距尺，设望远镜视线水平，瞄准B点视距尺，此时视线与视距尺垂直。10/10/16山东理工大学建工学院第16页视线水平时视距测量公式:(1)水平距离公式:(2)高差公式:(3)B点高程:10/10/17山东理工大学建工学院第17页4.2.3视线倾斜时视距测量公式(1)水平距离公式:(2)初算高差:(3)高差公式:10/10/18山东理工大学建工学院第18页

（1）在测站

A安置经纬仪，量取仪器高

i，在测点

B竖立视距尺；

（2）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

n（n=下丝读数-上丝读数）。也可先将中丝对准仪器高读竖直角，然后把上丝对准邻近整数刻划后直接读取视距间隔；4.2.4视距测量观察与计算方法10/10/19山东理工大学建工学院第19页

（3）转动竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数，算出竖直角。对有竖盘指标自动归零装置仪器，应打开自动归零装置后再读数；

4.2.4视距测量观察与计算方法

（4）依据视距公式，计算水平距离和高差及立尺点高程。10/10/20山东理工大学建工学院第20页一、概述电磁波测距(Electro-magneticDistanceMeasuring，EDM)是用电磁波(光波或微波)作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离一个方法。EDM含有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。§4.3电磁波测距及全站仪10/10/21山东理工大学建工学院第21页二、电磁波测距仪分类1.按其所采取载波（光源）可分为：①微波测距仪(microwaveEDMinstrument)；②激光测距仪(laserEDMinstrument)；③红外测距仪(infraredEDMinstrument);2.按测程分为：①短程测距仪(≤5km)②中程测距仪(5~15km)③远程测距仪(≥15km）3.按精度分为：①Ⅰ级测距仪(mD≤5mm)②Ⅱ级测距仪(5≤mD≤10mm)③Ⅲ级测距仪(mD≥

10mm）4.按测距原理分为：①脉冲式；②相位式10/10/22山东理工大学建工学院第22页4.3.1红外测距测距原理

基本公式:c0—光在真空中速度ng—光在大气中传输折射率Δt—光波在AB间往返传输时间10/10/23山东理工大学建工学院第23页直接测时---该类测距仪称为脉冲式测距仪，该仪器因其精度较低，通常只用于精度较低远距离测量、地形测量和炮瞄雷达测距。间接测时----用测定相位方法来测定距离，这类仪器称为相位式测距仪。现有精密光电测距仪都不采取直接测时方法，而采取间接测时。电磁波测距方式10/10/24山东理工大学建工学院第24页脉冲式测距原理假设时钟脉冲震荡频率为,震荡周期为计数器统计震荡次数为N,则脉冲光波在AB两点间往返时间为:10/10/25山东理工大学建工学院第25页2.相位式测距原理

用测定相位方法来测定距离，这类仪器称为相位式测距仪。它是用一个连续波（精密光波测距仪采取光波）作为“运输工具”（称为载波），经过一个调制器使载波振幅或频率按照调制波改变做周期性改变。测距时，经过测量调制波在待测距离上往返传输所产生相位改变，间接地确定传输时间t，进而求得待测距离D。10/10/26山东理工大学建工学院第26页相位式测距原理调制波调制频率f，角频率，周期T，波长:设调制波在距离D往返一次产生相位改变为，调制信号一个周期相位改变为2π，则调制波传输时间t为：

代入基本公式得:10/10/27山东理工大学建工学院第27页相位式测距原理设调制信号为正弦信号，包含2π整倍数N2π，和不足2π尾数部分ψ，即：代入前面公式:

10/10/28山东理工大学建工学院第28页相位式测距原理令:--单位长，“光测尺”，“电子尺”

公式改写成:上式就是相位式测距原理公式。相位式测距仪是用长度为LS“测尺”去量测距离，量了N个整尺段加上不足一个LS长度就是所测距离。采取多个“测尺”组合实现测距技术过程。设计；精测尺+粗测尺测距。10/10/29山东理工大学建工学院第29页相位式测距原理调制频率与测尺长度关系调制频率f15MHz7.5MHz1.5MHz150kHz75kHz15kHz测尺长度λ/210m20m100m1km2km10km精度1cm2cm10cm1m2m10m10/10/30山东理工大学建工学院第30页4.3.2光电测距仪组成10/10/31山东理工大学建工学院第31页4.3.2光电测距仪组成10/10/32山东理工大学建工学院第32页4.3.4全站仪及其使用（一）全站仪概述（二）全站仪功效

（三）几个全站仪及其基本应用

10/10/33山东理工大学建工学院第33页南方NTS全站仪TOPCONGTS全站仪10/10/34山东理工大学建工学院第34页Leica全站仪10/10/35山东理工大学建工学院第35页（一）全站仪概述全站仪(totalstation)是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成智能型光电测量仪器。全站仪基本功效是测量水平角、竖直角和距离。全站仪含有以下特点：同时进行角度测量(水平角、竖直角)和距离测量(斜距S、平距D、高差h)；测距系统光轴与测角系统视准轴同轴（三轴同一）；显示测点角度(方向值)、距离、高差或三维坐标；拥有后方交会、放样、偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等高级测量功效。10/10/36山东理工大学建工学院第36页全站仪特点拥有较大容量内部存放器，以数据文件形式存放已知点和观察点点号、编码、三维坐标；实现全站仪与计算机数据通讯；高精度全站仪测角达0.5秒级，测距精度达(0.1mm+0.1PPM)；与计算机联合组成智能观察系统能实现全自动瞄准、观察、统计、存放和数据传输，被称为测量机器人。10/10/37山东理工大学建工学院第37页

三轴同一望远镜

在全站仪望远镜中，照准目标视准轴、光电测距红外光发射光轴和接收光轴是同轴，其光路如图所表示。所以，测量时使望远镜照准目标棱镜中心，就能同时测定水平角、垂直角和斜距10/10/38山东理工大学建工学院第38页测量仪器总发展过程

测量仪器总发展过程：光学经纬仪电子经纬仪

速测全站仪 全站仪。全站仪发展过程：1.普通型全站仪

2.功效型全站仪

3.磁卡型全站仪

4.内存式全站仪5.全自动智能全站仪全站仪生产厂家：

瑞士：徕卡Leica

德国：蔡司Zeiss

日本：拓普康TOPCON，索佳SOKKIA，宾得,尼康

中国：南方、苏州、北京10/10/39山东理工大学建工学院第39页（二）全站仪功效对边测量、悬高测量、后方交会、放样、偏心测量、面积计算等高级测量功效。10/10/40山东理工大学建工学院第40页全站仪功效1、对边测量如图，分别瞄准两个目标点处棱镜并观察后，仪器即可显示出两个棱镜之间平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。对边测量能够连续进行。VSHD%10/10/41山东理工大学建工学院第41页全站仪功效2、悬高测量如图，要测量一些不能设置反射棱镜目标（高压电线、桥梁桁架）高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高h1，瞄准棱镜并观察后，再瞄准目标，仪器即可显示目标高度HHh1h210/10/42山东理工大学建工学院第42页全站仪功效3、后方交会测量如图，全站仪安置在某一待定点上，经过对两个以上已知点处棱镜进行观察，并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显示待定点三维坐标。10/10/43山东理工大学建工学院第43页4、三维坐标测量如图，将全站仪安置在已知点A，棱镜设置在待定点P，输入A点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后视已知点B并输入B点坐标（后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准P点处棱镜并进行观察，仪器即可显示待定P三维坐标。APB全站仪功效10/10/44山东理工大学建工学院第44页全站仪功效5、放样测量将要测设角度和边长（或坐标值）输入全站仪，在放样过程中仪器显示角度和边长实测值与放样值之差，依据显示偏离值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设点位。有电子全站仪还可经过图形显示出棱镜上下左右前后移动方向。10/10/45山东理工大学建工学院第45页全站仪功效6、偏心测量如图，若侍定点处不能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点左侧或右侧，并使棱镜至站点距离相当，瞄准棱镜并进行观察，再照准待定点，仪器即可显示待定点坐标。不一样厂家生产电子全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测量功效按键程序和步骤也不完全一样，详细使用应参见厂家使用说明书。10/10/46山东理工大学建工学院第46页全站仪测量流程野外采集数据：南方NTS、TOPCON全站仪+PDA（测图精灵）传输数据：将数据文件传入计算机处理数据：用测图软件（南方测绘CASS）处理、编辑输出结果：数字化地形图、电子地图（.dwg）、工程图。10/10/47山东理工大学建工学院第47页§

4.4直线定向4.4.1直线定向概念确定地面上两点之间相对位置，仅知道两点之间水平距离是不够，还必须确定此直线与标准方向之间水平夹角。确定直线与标准方向之间水平角度称为直线定向。

10/10/48山东理工大学建工学院第48页标准方向种类

1．真子午线方向

经过地球表面某点真子午线切线方向，称为该点真子午线方向，真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定。

2．磁于午线方向

磁子午线方向是磁针在地球磁场作用下，磁针自由静止时其轴线所指方向。磁子午线方向可用罗盘仪测定。

10/10/49山东理工大学建工学院第49页标准方向种类

3．坐标纵轴方向(中央子午线方向)第二章已述及，我国采取高斯平面直角坐标系，每一6°带或3°带内都以该带中央子午线为坐标纵轴方向。所以，该带内直线定向，就用该带坐标纵轴方向作为标准方向。如假定坐标系，则用假定坐标纵轴(X轴)作为标准方向。

10/10/50山东理工大学建工学院第50页4.4.2表示直线方向方法

测量工作中，常采取方位角来表示直线方向。

由标准方向北端起，顺时针方向量到某直线夹角，称为该直线方位角，其角值从0°~360°。由不一样标准方向所得到方位角，分别为：

真方位角：A磁方位角：Am坐标方位角：α标准方向OP10/10/51山东理工大学建工学院第51页几个方位角之间关系

1．真方位角与磁方位角之间关系因为地磁南北极与地球南北极并不重合，所以，过地面上某点真子午线方向与磁子午线方向常不重合，二者之间夹角称为磁偏角δ，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。δ东偏取正值，西偏取负值。我国磁偏角改变大约在+6°到-10°之间。直线真方位角与磁方位10/10/52山东理工大学建工学院第52页几个方位角之间关系

2．真方位角与坐标方位角之间关系

中央子午线在高斯平面上是一条直线，作为该带坐标纵轴，而其它子午线投影后为收敛于两极曲线，地面点M、N等点真子午线方向与中央子午线之间夹角，称为子午线收敛角γ。在中央子午线以东地域，各点坐标纵轴偏在真子午线东边，γ为正值；在中央子午线以西地域，γ为负值。

直线真方位角与磁方位角之间可用下式进行换算10/10/53山东理工大学建工学院第53页几个方位角之间关系

3．坐标