4-距离测量解析

一般高等学校土木工程专业精编系列规划教材土木工程测量主编王晓明殷耀国书目1绪论2水准测量3角度测量4距离测量5坐标测量6地形图基本学问7地形图测绘书目8地形图的应用9工程放样的基本工作10建筑工程测量11线路工程测量12桥梁工程测量13地下工程测量14变形测量

4距离测量书目下页上页内容提要实力要求本章主要介绍距离测量的基本原理和方法，包括钢尺量距、视距测量和光电测距。本章的教学重点为距离测量的方法；教学难点为距离测量的成果整理。通过本章的学习，学生应当了解钢尺量距的一般方法，学会量距成果的整理；清晰视距测量的原理，驾驭用视距测量的方法进行水平距离和高差的测定；了解电磁波测距的基本原理。4距离测量4.1钢尺量距4.2视距测量4.3光电测距◎习题与思索题书目下页上页距离测量：是确定地面点相对位置的三项基本外业工作之一，也就是确定空间两点在某一基准面（参考椭球面或水平面）上的投影长度，即水平距离。距离测量的方法(按精度由高到低)1.光电测距——电子物理测距精度约为：几千分之一~几十万分之一2.钢尺量距——干脆测距精度约为：1/1000~几万分之一铟瓦基线尺量距，精度可达几十万分之一3.视距测量——间接测距精度约为：1/200~1/300书目下页上页§4.1钢尺量距一、量距工具

钢尺§4.1钢尺量距书目下页上页二、钢尺量距的方法（步骤）1.直线定线

（1）目估定线（2）仪器定线2.距离丈量

（1）一般钢尺量距（2）精密钢尺量距

§4.1钢尺量距书目下页上页目估定线——（由近及远，三点一线）①在A、B两点直立标杆②甲站在A点标杆后约1~2m处单眼目估AB视线，指挥乙左右移动标杆，直至甲从A点沿标杆同侧看到A、2、B三支标杆在同始终线上为止。多用于一般钢尺量距§4.1钢尺量距书目下页上页仪器定线（两点内定线）

①在一端安置经纬仪（全站仪），照准另一端点；②固定照准部，然后望远镜向下旋转，指挥另一个人在视线上定点（水泥地面上可画十字线）。A1325B4多用于一般量距和精密钢尺量距书目下页上页§4.1钢尺量距一般钢尺量距①两人协作②整尺段丈量③拉平、直、用力匀整④丈量A、B两点间的水平距离为:式中：n为整尺段数，L为整尺段长，q为余长。

§4.1钢尺量距书目下页上页精密钢尺量距（1/10000~1/250000）步骤：①清理场地，仪器定线；②沿丈量方向先用钢尺概量，打下一系列木桩，用经纬仪在桩顶标出直线方向线及其垂直方向线，交点作为丈量各尺段距离的标记；书目下页上页§4.1钢尺量距精密钢尺量距（1/10000~1/250000）步骤：③水准仪测定相邻桩顶间的高差，以便进行倾斜改正；④应用检定过的钢尺，分段丈量（钢尺两端用弹簧秤施加标准拉力，一般为100N），记录丈量时的温度。书目下页上页§4.1钢尺量距经过检定的钢尺长度可用尺长方程示：精密钢尺量距（1/10000~1/250000）尺长方程：

α—

钢尺膨胀系数

t—

丈量时温度

t0—

标准温度—尺长改正数—名义长度—实际长度§4.1钢尺量距书目下页上页钢尺量距的成果整理

①尺长改正②温度改正③倾斜改正

精密量距结果应进行以下三项改正书目下页上页§4.1钢尺量距量距精度评定——相对误差

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：

K不应超出限差要求，否则需重新观测。§4.1钢尺量距书目下页上页书目下页上页一、视准轴水平常的视距公式

§4.2视距测量D由两个相像三角形MNF和mnF求得：因此：令(视距乘常数)(视距加常数)通常状况下K=100，c=0§4.2视距测量i—仪器高v—中视距丝读数h—测站与立尺点的高差一、视准轴水平常的视距公式

书目下页上页§4.2视距测量由于十字丝上下丝间距离很短，故角很小，略为17′，近似地有：∠MM’O=∠NN’O=90°。设二、视准轴倾斜时的视距公式有：§4.2视距测量书目下页上页倾斜距离S为：水平距离D为：高差h为：二、视准轴倾斜时的视距公式书目下页上页§4.2视距测量三、视距测量的实施（1）在A点安置经纬仪，进行对中、整平，量取仪器高（2）用望远镜瞄准B点上的视距标尺，读取上丝、中丝和下丝读数，（3）用微动螺旋使竖盘指标水准管气泡居中或打开竖盘补偿器，读取竖盘读数；（4）计算尺间隔及竖直角，并依据公式计算水平距离和高差。由于视距测量多应用于精度要求不高的测量工作中，在角度测量时一般仅观测半个测回即可。书目下页上页§4.2视距测量三、视距测量的实施书目下页上页§4.2视距测量四、视距测量留意事项（1）作业前要对仪器的乘常数K值进行检验，K值应在100±0.1以内，否则应加入改正值。（2）作业时要将视距标尺竖直，最好接受有水准器的视距标尺，假如运用塔尺，应留意检查各节尺的接头是否精确。（3）观测时应细致对光，消退视差，使成像清晰。读数时尽量不变动眼睛位置，细致估读。书目下页上页§4.2视距测量四、视距测量留意事项（4）要严格按规范要求限制视距，在距离较远或竖直角较大时，要留意指标水准管气泡的居中。（5）为了削减垂直折光的影响，观测时应使视线离开地面1m以上。另外选择合适的天气作业，也可以减弱空气对流、风等外界环境对测量结果的影响。§4.2视距测量书目下页上页电磁波测距（Eletro-magneticDistanceMeasuring，简称EDM），是用电磁波（光波或微波）作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法。书目下页上页§4.3光电测距电磁波测距仪分类按载波源分类：光电测距仪微波测距仪§4.3光电测距书目下页上页按仪器测程分类：（1）短程光电测距仪：测程在3km以内，测距精度一般在lcm左右。（2）中程光电测距仪：测程在3～15km左右的仪器称为中程光电测距仪，精度可达±（l0mm+1×10-6），用于二、三、四等限制网的边长测量（3）远程激光测距仪：测程在15km以上的光电测距仪，精度一般可达±(5mm+1×10-6），能满足国家一、二等限制网的边长测量。电磁波测距仪分类书目下页上页§4.3光电测距ABD一、光电测距基本原理在A点安置光电测距仪，在B点设置反射棱镜，光电测距仪发出的光束经棱镜反射后，又返回到测距仪。通过测定光波在AB之间传播的时间t，依据光波在大气中的传播速度c，按下式计算距离D：§4.3光电测距书目下页上页二、脉冲式测距仪的基本原理干脆测定仪器所放射的脉冲信号来回于被测距离的传播时间以获得距离。§4.3光电测距书目下页上页取样棱镜电子门时标脉冲振荡器计数及显示系统光脉冲发射器反射光光电接收器返回光二、脉冲式测距仪的基本原理§4.3光电测距书目下页上页通过测量连续的调制信号在待测距离上来回传播产生的相位变更来间接测定传播时间，从而求得被测距离。三、相位式测距仪的基本原理§4.3光电测距书目下页上页三、相位式测距仪的基本原理§4.3光电测距书目下页上页式中：——测尺长度；

——整周数；

——不足一周的尾数三、相位式测距仪的基本原理§4.3光电测距书目下页上页测尺频率、长度及测距精度之间的关系

（1）不同的调制频率对应不同的测尺长，可见，调制频率越大，测尺长度越短，测距精度就越高。（2）当测尺长度L大于距离D时，则N=0，此时可求得确定的距离值，因此，为了扩大单值解的测程，就必需选用较长的测尺，即选用较低的调制频率。N值的确定书目下页上页§4.3光电测距为了解决扩大测程与提高精度的冲突，可以接受一组测尺共同测距，以短测尺（又叫精测尺）保证精度，用长测尺（又叫粗测尺）保证测程。对于短程测距仪，一般都接受两个测尺频率。现要测定386.43m的距离，该如何选用频率测尺？N值的确定书目下页上页§4.3光电测距1.标称精度光电测距仪出厂时一般用标称精度（仪器说明书中技术规格所载明的测距中误差）来标明仪器的测距精度。测距中误差的数学表达式为：四、测距仪的标称精度a——固定误差，与所测距离无关，每进行一次测距，数值大小固定的误差因素。b——比例误差，随着距离的增加数值也会变更的误差。D——测距边长。书目下页上页§4.3光电测距2.测距仪的精度分级四、测距仪的标称精度书目下页上页§4.3光电测距1.基本构造五、光电测距仪的基本构造及运用

ND3000测距仪书目下页上页§4.3光电测距2.运用首先，将测距仪和反射镜分别安置在测线两端；然后，接通电源，照准反射镜，起先测距；为了避开粗差并削减照准误差影响，可进行若干个测回的观测。

一测回的含义是指照准目标一次，读数2～4次五、光电测距仪的基本构造及运用§4.3光电测距书目下页上页§4.3光电测距书目下页上页六、光电测距仪运用留意事项1.应对仪器的比例误差进行严格检验，并在测距成果中加以改正；2.应运用经鉴定（鉴定改为检定）的温度计和压力计测定气象元素，以确保测距精度；3.应对仪器进行严格对中；4.测距仪如在大气严峻扰动环境中作业（如燥热的中午）精度要下降，此时应选用平均值测量方式，适当增加平均次数，直到读数的毫米位稳定后记录距离值；5.在横跨河流、沼泽地区和树林、山谷或仰俯角很大的条件下测量，应尽量减小气象代表性误差带来的影响。首先选择在微风、阴天或早、晚时间作业，或增加气象参数观测；6.测站和置棱镜处的四周不能有其他光源或良好反光物，以避开这些物体反射的信号进入接收系统，产生干扰信号；书目下页上页§4.3光电测距7.测距仪还应避开高压线、变压器等强电场干扰；8.任何时候都不允许物镜直对太阳，以免强光损坏反射、接收二极管；9.作业时应打伞遮阳，避开强光暴晒；任何时候仪器不得淋雨，以免发生短路烧毁电子元件；10.运输中避开撞击和振动，迁站时要停机断电装机；11.应进行正常的保养和检修；12.仪器应存放在通风干燥处；13.停止运用期间应每1～2个月通电一次，每次1～3h。

书目下页上页§4.3光电测距七、成果整理1.加常数与乘常数改正（1）加常数改正仪器加常数K是仪器常数K1和棱镜常数K2之和。K1是仪器竖轴中心线至机内距离起算参考面的距离；K2是棱镜基座中心轴线至等效反射面的距离。（2）乘常数改正乘常数是与所测距离成比例的改正数。产生乘常数的缘由主要是精测频率偏离了仪器的设计频率；其次就是大气折射率误差。乘常数一般与加常数一起检验，测距前在测距仪中预先设定乘常数，在测距过程中自动进行改正。书目下页上页§4.3光电测距七、成果整理（2）气象改正由于光的传播速度受大气状态（温度t，气压p，湿度e）的影响实际测距时的大气状态与志向状态不同，从而造成测尺长度发生变更，测距成果包含系统误差。在测距的同时应测定大气状态参数，并运用仪器生产厂家供应的气象改正公式计算距离改正值。由测距仪测得的距离观测值经加常数、乘常数和气象改正之后，一般得到的是改正后的倾斜距离S，需进行倾斜改正，方可求得测线的水平距离。（3）倾斜改正书目下页上页§4.3光电测距4-1直线定线的目的