第四章 距离测量

第四章距离测量上海交通大学土木工程系2023/2/2第四章距离测量第四章距离测量——概述常用的距离测量方法有物理测量和几何测量两种方法。物理测量：雷达，电磁波测距，GPS测量等,通过测量其它的物理量转化为距离,也称间接测量。几何测量：卷尺量距、视距测量等，也称直接测量。第四章距离测量§4.1卷尺测量—钢卷尺、皮尺和丈量工具

钢卷尺：第四章距离测量§4.1卷尺测量—钢卷尺、皮尺和丈量工具

第四章距离测量§4.1卷尺测量辅助丈量工具：

辅助丈量工具有测钎、标杆、锤球等，精密测距时还有弹簧秤和温度计。丈量工具配合钢卷尺或皮尺使用，用来量取两点之间的距离。第四章距离测量辅助测量工具垂球测钎标杆弹簧秤第四章距离测量§4.1卷尺测量直线定线：

地面上两点之间的距离较远不能丈量时，需要在两点直接标定若干点，并使这些点在一条直线上，称为直线定线；直线定线的方法：

目测定线、过高定线、经纬仪定线。第四章距离测量§4.1卷尺测量（1）两点之间目测定线：第四章距离测量§4.1卷尺测量（2）过高定线：第四章距离测量§4.1卷尺测量（3）经纬仪定线：

a.内插定线

b.外插定线

——最好采用正倒镜延长第四章距离测量§4.1卷尺测量（1）平坦地面的丈量：为了提高丈量精度，需要往、返丈量所得距离的差数除以该距离的近似值，称为丈量的相对精度。第四章距离测量§4.1卷尺测量倾斜地面的丈量：第四章距离测量§4.1卷尺测量（3）高低不平地面的丈量方法：往返测量钢尺量距时，一般还应由B点量至A点进行返测,返测时应重新进行定线,取往、返测距离的平均值作为直线AB最终的水平距离。第四章距离测量式中Dav——往、返测距离的平均值（m）；Df——往测的距离（m）；Db——返测的距离（m）。第四章距离测量量距精度通常用相对误差K来衡量，相对误差K应化为分子为１的分数形式。在平坦地区，钢尺量距一般方法的相对误差一般不应大于1/3000；在量距较困难的地区，其相对误差也不应大于1/1000。第四章距离测量§4.1卷尺测量钢卷尺的尺长方程：第四章距离测量§4.1卷尺测量钢尺量距的成果整理：第四章距离测量钢尺号码：No12钢尺膨胀系数:125×10－5钢尺检定时温度t0：20℃

钢尺名义长度l0：30m钢尺检定长度l′：30.005m钢尺检定时拉力：100N

尺段编号实测次数前尺读数/m后尺读数/m尺段长度/m温度/℃

高差/m温度改正数/mm倾斜改正数/mm尺长改正数/mm改正后尺段长/mA-1129.43500.041029.3940+25.5+0.36+1.9-2.2+4.929.39762

510

580

9303

025

105

920平均29.39301-2129.9360

0.070029.8660+26.0+0.25+2.2-1.0+5.029.87142

400

755

6453

500

850

650平均29.86522-3129.9230

0.0175

29.9055

+26.5-0.66+2.3-7.3+5.029.90572

300

250

0503

380

315065平均29.90573-4129.9235

0.0185

29.9050+27.0-0.54+2.5-4.9+5.029.90832

305

255

0503

380

310070平均29.90574-B115.9755

0.0765

15.8990+27.5+0.42+1.4-5.5+2.615.89752

540

555

9853

805

810995平均15.8890总和134.9686+10.3-20.9+22.5134.9805**********第四章距离测量§4.1卷尺测量—钢尺量距的误差分析引起钢尺量距误差的原因：

尺长误差

温度误差

尺子倾斜和垂曲误差

定线误差

拉力误差

丈量误差第四章距离测量§4.1卷尺测量—钢尺的维护丈量结束后，应擦去尺上的泥和水，涂上油；钢尺易折断，如果出现弯曲，不可用力硬拉；在道路上丈量时，要避免车压或人踩；不要将尺子在地面上拖拉，以免磨损刻划；收尺子时应顺时针摇转，以免折断。第四章距离测量§4.2视距测量—概述原理：

利用测量望远镜内十字丝平面上的视距丝及有厘米刻划的视距标尺（或水准尺），根据光学原理，可以同时测定目标与测站之间的距离和高差。测量精度：约1/300,低于卷尺测量。适用范围：用于地形测量。第四章距离测量§4.2视距测量—视距测量的公式h2

固定值(约34’)l2l112AD1D2ih2望远镜十字丝环视距丝第四章距离测量§4.2视距测量—视距测量的公式D=Cn=C(a-b)

常数C称为视距常数，由上下丝之间的距离确定，设置仪器的C=100。得到视线水平时，视距的计算公式：

D=100n=100(a-b)

测站点与目标点的高差为：第四章距离测量§4.2视距测量—视距测量的公式当视线倾斜时：oAiDaa´bBvb´Lhα第四章距离测量ODMQNBAJN'lD'M

'第四章距离测量第四章距离测量§4.2视距测量—视距测量的公式第四章距离测量§4.2视距测量—视距测量的公式在测站点上安置经纬仪（对中、整平），并量取仪器高，抄录测站点的高程；将标尺立在欲测定其位置的未知点上，尺子要竖直，尺面对准仪器；视距测量一般只需用经纬仪盘左半测回观测，读取经纬仪的上、中、下丝读数和竖直角，记录入表格中。第四章距离测量§4.2视距测量—视距测量的公式视距测量的计算：将观测数据记录到相应的表格中，根据视距测量的公式计算，在地形测量时，最好采用可编程计算器来提高测绘的速度。第四章距离测量例：在A点量取经纬仪高度i=1.400m，望远镜照准B点标尺，中丝、上丝、下丝读数分别为v=1.400m，b=1.242m，a=1.558m，α=3°27´,试求A、B两点间的水平距离和高差。解：1）尺间距2）水平距离3）高差第四章距离测量§4.2视距测量—视距测量的误差来源视距尺的分划误差；仪器常数不准确；竖直角误差的影响；视距丝的读数误差；视距尺倾斜的影响；大气折光的影响。第四章距离测量§4.3电磁波测距—概述原理:用电磁波（光波或微波）作为传输信号以测定两点之间距离的一种方法。B测距仪(EDMinstrument)反光棱镜(reflector)第四章距离测量测距仪的分类和分级：按测定t的方法按载波按测程Medium=electromagneticradiation(sonarisanexception)第四章距离测量§4.3电磁波测距—基本原理时间测量精度对测距的影响：第四章距离测量时间的标准与测量方法时间标准（1）天文时标

以地球的自转或公转来定义时间单位，如：世界时（UT,UniversalTime）:以地球自转周期(1天)确定的时间，即1/(24×60×60)=1/86400为1秒。其误差约为10－7量级。（2）原子时标

以原子在能级跃迁中所吸收的能量来定义时间单位。如：1967年10月，第13届国际计量大会正式通过了秒的新定义：“秒是Cs133原子基态的两个超精细结构能级之间跃迁频率相应的射线束持续9,192,631,770个周期的时间”第四章距离测量§4.3电磁波测距—基本原理相位测距仪的基本原理－测量相位：

由于采用常规手段无法测量高精度的时间，因而采用测量相位的办法。

调制光波在待测距离上往返传播，使得在同一瞬间接收光与发射光产生相位差，在已知调制频率和光速的情况下可以计算出传播时间。第四章距离测量测量的确定第四章距离测量§4.3电磁波测距—基本原理第四章距离测量双测尺组合（限制所测距离D小于u2）

N1为正整数，ΔN1为小于1的小数，该式两边的整数部份和小数部份应分别相等例：u1=10m,u2=1000m,k=100,

测尺放大系数第四章距离测量§4.3电磁波测距—加常数和乘常数乘常数R:由于电子元件老化等原因引起调制频率的变化，会引起距离的变化，其影响与测距的长度乘正比，称为乘常数R;加常数C：由于电子信号在仪器内部传播需要时间，测距时需要改正，称为加常数；仪器的加常数和乘常数由检定给出。第四章距离测量§4.3电磁波测距—棱镜常数棱镜常数产生的原因：

棱镜的接收中心与仪器的旋转中心不一致，使得测量的距离要加上一个常数称为棱镜常数。第四章距离测量§4.3电磁波测距—红外测距仪的使用测量中常用的测距仪最大的测量距离在5km之内,称为短程测距仪，短程测距仪一般架设在经纬仪之上，可以同时测量距离和角度。由于测距仪只能测量距离，它需要经纬仪的高倍望远镜来瞄准目标，并根据经纬仪的竖盘读数来计算视线的垂直角，使测得的距离化算为水平距离和高差。第四章距离测量§4.3电磁波测距—红外测距仪的使用第四章距离测量§4.3电磁波测距—DI1600测距仪第四章距离测量§4.3电磁波测距—红外测距仪的使用测距仪观测的步骤：安置经纬仪，并测量好竖直角；在经纬仪上架设好测距仪；先利用经纬仪粗略瞄准棱镜，然后利用测距仪的水平和竖直制动装置精确瞄准棱镜；打开测距仪电源，测量距离。第四章距离测量§4.3电磁波测距—棱镜和棱镜组下对点器)和基座单棱镜单反射棱镜全站仪单棱镜组第四章距离测量§4.3电磁波测距—棱镜和棱镜组三反射棱镜全站仪单棱镜组单反射棱镜三反射棱镜柱上装载式测距仪三棱镜组第四章距离测量§4.3电磁波测距—红外测距仪的成果整理第四章距离测量§4.3电磁波测距—红外测距仪的精度分析光电测距仪的误差来源：调制频率改正：与距离成正比；气象参数误差；仪器对中误差；相位误差。第四章距离测量§4.3电磁波测距—光电测距的精度光电测距仪的标称精度

从测距仪的误差来源分析，可知测距仪的一部分误差与距离无关，称为固定误差；一部分误差与距离的长度成正比，称为比例误差。第四章距离测量§4.3电磁波测距—光电测距的精度光电测距仪的注意事项:注意防震、防潮；在阳光比较强烈时，需要用测伞保护仪器；在设站时，要避免强电磁场的干扰；气象条件对光电测距仪有较大的影响。第四章距离测量§4.4三角高程测量—计算公式用测定距离和竖直角的方法测定出计算出两点之间的高差的方法称为三角高程测量。第四章距离测量§4.4三角高程测量—地球曲率和大气折光的影响第四章距离测量§4.4三角高程测量—地球曲率和大气折光的影响地球曲率对高差的影响：第四章距离测量§4.4三角高程测量—地球曲率和大气折光的影响大气折光的影响：

由于低层空气的密度大于高层大气的密度，使得观测观测垂直角的视线穿过密度不均匀的介质时，成为一条向上凸的曲线，使视线的切线方向向上抬高，测得的垂直角偏大，从而影响高差。第四章距离测量§4.4三角高程测量—地球曲率和大气折光的影响大气折光影响公式：第四章距离测量消除地球曲率和大气折光影响的方法：采用往返观测（也称对向观测）。§4.4三角高程测量—地球曲率和大气折光的影响第四章距离测量§4.4三角高程测量—三角高程测量的观测与计算三角高程测量的观测：安置经纬仪，量取仪器高i,在目标上安置反光镜，量取目标高l；盘左、盘右瞄准观测竖直角；用测距仪或全站仪测出距离，以上个观测数据记录入表格中。第四章距离测量§4.4三角高程测量—三角高程测量的观测与计算三角高程测量的计算：第四章距离测量§4.4三角高程测量—三角高程测量的观测与计算第四章距离测量§4.5电子全站仪简介电子全站仪（ElectronicTotalStation）

电子全站仪是既能测量距离又能测量角度，由机械、光学、电子元件组合而成的测量仪器。同时具有较强的数据存储和处理功能，能极大地提高测量速度。第四章距离测量全站仪的分类按全站仪本身的构造特点及功能：（1）普通全站仪（2）免棱镜全站仪（3）具有自动化观测的全站仪按测量精度分：0.5″，1″，2″,5″；按生产厂家：Leica,SoKKsia,Topcon,Nikon第四章距离测量Leica全站仪第四章距离测量Topocon全站仪TopoconGTS－310

系列全站仪第四章距离测量SOKKSIA全站仪SET5F防爆智能全站仪SET2100II全站仪第四章距离测量Nikon全站仪第四章距离测量§4.5电子全站仪简介电子全站仪的组成框图：第四章距离测量§4.5电子全站仪简介电子全站仪的特殊部件及其功能：同轴望远镜键盘和显示窗双轴倾斜传感器存储器通讯接口第四章距离测量§4.5电子全站仪简介电子全站仪的测量模式：角度测量（竖直角、水平角）距离测量（平距、斜距、高差）三维坐标测量导线测量交会定点测量放样测量等第四章距离测量§4.5免棱镜电子全站仪简介

免棱镜全站仪的免棱镜视距由初期几十米发展到当前的一千米以上，其测距原理是测量近红外的激光脉冲传播的时间得到距离值。第四章距离测量§4.5自动化全站仪（测量机器人）简介T（TotalStation）C（Clas