测量员岗位知识第四章距离测量

测量员岗位实务知识第四章距离测量第一节钢尺量距第二节电磁波测距钢尺量距视距测量

光电测距GPS测量距离测量的方法距离测量：测量地面两点之间的水平距离。用于平坦地区的短距离量距，易受地形限制。利用经纬仪或水准仪望远镜中的视距丝及视距标尺按几何光学原理测距。适合于低精度的近距离（200m以内）测量。用仪器发射并接收电磁波，通过测量电磁波在待测距离上往返传播的时间计算出距离。一般用于高精度的远距离测量和近距离的细部测量。利用两台GPS接收机接收空间轨道上4颗以上GPS卫星发射的载波信号，通过一定的测量和计算方法，求出两台GPS接收机天线相位中心的距离。水平距离：两点沿铅垂方向在水平面上的投影§4.1钢尺量距一、概述钢尺测距法是利用具有标准长度的钢尺直接测量地面两点间的距离，又称距离丈量。特点：方法简单，受地形限制，适于平坦地区短距离。工作步骤：1直线定线：将分段点标定在一条直线上2量距3数据整理2、地面点标志设立要丈量地面上两点间的水平距离，就需要用标志把点固定下来，标志的种类应根据测量的具体要求和使用年限来选择采用。点的标志可分为临时性和永久性两种。临时性标志可采用木桩打入地中，桩顶略高于地面，并在桩顶钉一小钉或画一个十字表示点的位置，如图4-1a)所示。永久性标志可用石桩或混凝土桩，在石桩顶刻十字或在混凝土桩顶埋入刻有十字的钢柱以表示点位，如图4-1b)所示。为了能明显的看到远处目标，可在桩顶的点位上竖立标杆，标杆的顶端系一红白小旗，标杆也可用标杆架或拉绳将标杆竖立在点上，如图4-2所示。图4-1标志示意图

图4-2标志示意图图4-3丈量工具——尺主要包括钢尺、标杆、测钎、垂球等钢尺—端点尺和刻划尺钢尺垂球测钎标杆弹簧秤2、量距工具与设备钢尺如图4-3a)所示，由带状薄钢条制成，有手柄式和皮盒式两种。长度有20m、30m、50m几种。尺的最小刻划为1cm或5mm或1mm。按尺的零点位置可分为端点尺和刻线尺两种。端点尺是从尺的端点开始，如图4-4a)所示。端点尺适用于从建筑物墙边开始丈量。刻线尺是从尺上刻的一条横线作为起点，如图4-4b)所示。使用钢尺时必须注意钢尺的零点位置，以免发生错误。图4-4尺端点示意图标杆又称花杆，长为2m或3m，直径为3~4cm，用木杆或玻璃钢管或空心钢管制成，杆上按20cm间隔涂上红白漆，杆底为锥形铁脚，用于显示目标和直线定线。测钎用粗铁丝制成，长为30cm或40cm，上部弯一个小圈，可套入环内，在小圈上系一醒目的红布条，一般一组测钎有6根或11根。在丈量时用它来标定尺端点位置和计算所量过的整尺段数。垂球是由金属制成的，似圆锥形，上端系有细线，是对点的工具。有时为了克服地面起伏的障碍，垂球常挂在标杆架上使用。二、直线定线

直线定线(linealignment)就是当两点间距较长或地势起伏较大时，要分成几段进行距离丈量，为了使所量距离为直线距离，需要在两点连线方向上竖立一些标志，并把这些标志标定在已知直线上。在丈量精度不高时，可用目估法定线，如果精度要求较高时，则要用经纬仪定线。下面简要叙述两种目估定线方法。如图4-6所示，设A、B为直线的两端点，需要在A、B之间标定①、②等点，使其与A、B成一直线。其定线方法是：先在A、B点上竖立标杆，观测者站在A点后1~2cm处，由A端瞄向B点，使单眼的视线与标杆边缘相切，以手势指挥①点上的持标杆者左右移动，直至A、①、B三点在一条直线上，然后将标杆竖直地插在①点上。用同样的力法进行标定②点，最后把①、②点都标定在直线A、B上。

1．标杆定线（目估定线）图4-6直线定线示意图

2.细绳定线（又称拉线定线）定线时，先在直线Ａ＼Ｂ两点间拉一细绳，然后沿着细绳按照定线点间的间距要小于一整尺子的要求定出各中间点，并作上相应的标记

将经纬仪安置于A点，瞄准B点，然后在AB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5cm～10cm，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。A1325B43、经纬仪定线法（一般用于精密量距）仪器定线：如下图４．两点间互不通视的定线如图4-7所示，设AB两点在山头两侧，互不通视。定线时，甲持标杆选择靠近AB方向的①1点立标杆，①1点要靠近A点并能看见Ｂ点。甲指挥乙将所持标杆定在①1B直线上，标定出②1点位置，要求②1点靠近B点，并能看见A点。然后由乙指挥甲把标杆移动到②1A直线上，定出①2点。这样互相指挥，逐渐趋近，直到①点在A②直线上，②点在①B直线上为止。这时①、②两点就在A、B直线上了。

图4-7两点间不通视定线示意图三、普通钢尺量距方法要丈量平坦地面上A、B两点间的距离，其做法是：先在标定好的A、B两点立标杆，进行直线定线，如图4-8a)所示，然后进行丈量。丈量时后尺手拿尺的零端，前尺手拿尺的末端，两尺手蹲下，后尺手把零点对准A点，喊“预备”，前尺手把尺边近靠定线标志钎，两人同时拉紧尺子，当尺拉稳后，后尺手喊“好”，前尺手对准尺的终点刻划将一测钎竖直插在地面上，如图4-8b)所示。这样就量完了第一尺段。1．在平坦地面上的距离测量用同样的方法，继续向前量第二、第三…第N尺段。量完每一尺段时，后尺手必须将插在地面上的测钎拔出收好，用来计算量过的整尺段数。最后量不足一整尺段的距离，如图4-9所示。当丈量到B点时，由前尺手用尺上某整刻划线对准终点B，后尺手在尺的零端读数至mm，量出零尺段长度l。平坦地面的距离丈量的方法整尺法A、B两点间的水平距离为：式中：n—尺段数；

l—

钢尺的尺长；

q—不足一整尺的余长。距离丈量要求：“直、平、准”，1/1000~1/5000图4-9距离丈量示意图

图4-8距离丈量示意图距离丈量动画上述过程称为往测，往测的距离用下式计算：D=nl+q(4-1)式中：l——整尺段的长度；n——丈量的整尺段数；q——零尺段长度。接着再调转尺头用以上方法，从B至A进行返测，直至A点为止。然后再依据(4-1)式计算出返测的距离。一般往返各丈量一次称为一测回，在符合精度要求时，取往返距离的平均值作为丈量结果。量距记录表见表4-1。为了校核、提高精度，丈量需进行往、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：

平坦地区钢尺量距相对误差不应大于1/3000，量距困难地区，相对误差不应大于1/1000.如在限差内取往返测的平均值作为最终结果。量距精度评定例1

用30m长的钢尺往返丈量A、B两点间的水平距离，丈量结果分别为：往测4个整尺段，余长为9.98m；返测4个整尺段，余长为10.02m。计算A、B两点间的水平距离DAB及其相对误差K。解：工程名称：×-×

日期：2006.01.08量距：×××;×××钢尺型号：5#(30m)

天气：晴天

记录：×××测线整尺段零尺段总计较差精度平均值备注AB往5

3013.863163.8630.0681/2

400163.829要求1/2

000返5

3013.793163.793量距记录表

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。

在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1/1000（1）平量法ABDl1l2l3l4ABDl1l2l3l4（2）斜量法

ABLDh倾斜地面的量距当地面稍有倾斜时，可把尺一端稍许抬高，就能按整尺段依次水平丈量，如图4-10a)所示，分段量取水平距离，最后计算总长。若地面倾斜较大，则使尺子一端靠高地点桩顶，对准端点位置，尺子另一端用垂球线紧靠尺子的某分划，将尺拉紧且水平。放开垂球线，使它自由下坠，垂球尖端位置，即为低点桩顶。然后量出两点的水平距离，如图4-10b)所示。在倾斜地面上丈量，仍需往返进行，在符合精度要求时，取其平均值做为丈量结果。图4-10

平坦地区与倾斜地面丈量示意图

斜量法平量法：距离累加即可四、钢尺量距精密方法精度在1/10000~1/40000以上A321B2、量距、测高差然后用检定过的钢尺用弹簧秤加标准拉力，丈量每一线段长度。丈量同时应测出钢尺温度或现场温度，并用水准仪测量每一线段两端点的高差。应往返测。1、经纬仪定线

先清理场地，用钢尺概量、经纬仪定线定出略小于一整尺段的长度，并做好标记（划十字丝）。

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(30m钢尺，标准拉力为100N)。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（2~3cm），三次丈量结果的互差不应超过3mm，取三段丈量结果的平均值作为尺段的最后结果。每一尺段应读记一次温度，估读0.5度；进行温度。随之进行返测。观测各桩顶高差进行倾斜改正。高差测量往返观测，30m长的尺段高差<=5~10mm，取其平均值作为观测结果。

经过检定的钢尺长度可用尺长方程示：—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α=1.25×—钢尺检定时的温度；—量距时的温度。尺长方程式尺长改正整尺段的尺长改正：任一长度的尺长改正：温度改正

丈量时的温度与钢尺检定时的温度不同，尺长会发生变化。3.钢尺量距的成果整理倾斜改正任一距离丈量值改正后的水平距离为：再计算往还测距离及其平均值，最后计算相对误差K<K容例题：用尺长方程为的钢尺实测A—B尺段，长度l=29.896m,A、B两点间高差h=0.272m,测量时的温度t=25.8°C,试求A—B尺段的水平距离。解：1）尺长改正3）倾斜改正4）A-B尺段水平距离2）温度改正五钢尺量距的误差及注意事项1)尺长误差钢尺名义长度与实际长度不符的误差。具有积累性，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。图4-11定线误差示意图2．注意事项(1)丈量距离会遇到地面平坦、起伏或倾斜等各种不同的地形情况，但不论何种情况，丈量距离有三个基本要求：“直、平、准”。直，就是要量两点间的直线长度，不是折线或曲线长度，为此定线要直，尺要拉直；平，就是要量两点间的水平距离，要求尺身水平，如果量取斜距也要改算成水平距离；准，就是对点、投点、计算要准，丈量结果不能有错误，并符合精度要求。(2)丈量时，前后尺手要配合好，尺身要置水平，尺要拉紧，用力要均匀，投点要稳，对点要准，尺稳定时再读数。

(3)钢尺在拉出和收卷时，要避免钢尺打卷。在丈量时，不要在地上拉钢尺，更不要扭折，防止行人踩和车压，以免折断。(4)尺子用过后，要用软布擦干净后，涂以防锈油，再卷入盒中。4.2电磁波测距分类：载波微波测距仪光电测距仪激光测距仪红外测距仪测程远程测距仪(大于15km)中程测距仪(5km~15km)短程测距仪(小于5km)精度I级(mD≤5mm)II级(5mm≤mD≤10mm)III级(mD≥10mm)

电磁波测距仪是用电磁波（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。测时方式脉冲法相位法变频法干涉法导弹、人卫、月球等空中目标大地、地震测量地形测量、工程施工1、红外测距仪简介

电磁波测距仪的优点：测程远、精度高。受地形限制少等优点。作业快、工作强度低。

测距仪的精度指标：式中：mD—测距中误差，单位为mm；

a—固定误差，单位为mm；

b—比例误差；

D—以km为单位的距离。如，某测距仪的标称精度为

当距离D为0.6km时，测距精度是mD=±8mm。

光电测距仪是通过测量光波在待测距离D上往、返传播的时间t2D，计算待测距离D：式中：c—光波在空气中的传播速度测距原理测距方法

光电测距仪按照t2D的不同测量方式，可分为：脉冲式（直接测定时间）相位式（间接测定时间）2、红外测距仪的测距原理：脉冲法测距：由测距仪的发射系统发出光脉冲，经反光镜反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔的钟脉冲的个数以求得距离D。由于计数器的频率一般为300MHz(300×106Hz)，测距精度为O.5m，精度较低。目前精度最高的脉冲式红外测距仪：徕卡DI3000标称精度：±(3~5mm+1ppm)

光电测距仪是通过测量光波在待测距离D上往、返传播的时间t2D，计算待测距离D：WildDI3000脉冲测距仪测距仪在A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φ，从而间接地求得时间t，再由求得距离。3、相位式测距原理

相位式光电测距仪是将发射光强调制成正弦波的形式，通过测量正弦光波在待测距离上往、返传播的相位移来解算时间。

将返程的正弦波以棱镜站为中心对称展开后的图形：由于，所以则：式中，取，则不同的调制频率ƒ对应的测尺长见下表：调制频率ƒ测尺长10m20m100m1km2km

调制频率越大，测尺长度越短。

相位式测距仪的基本工作原理图：1、由发射系统发射一个调制光波，同时至检相器；2、调制光波在待测距离上传播，反射镜反射后，经接收系统进入检相器；3、检相器将发射信号与接收信号进行相位比较，测出相位差；4、每改变频率f后的调制光波，测出一个，组合后经微处理器计算显示结果。常采用多个调制频率测距，来保证测程和精度。用短尺（精尺）确定精确的小数位，用长尺（粗尺）测定距离的大数。

如果精测尺的波长为10米，则距离精度可达到1cm;粗测尺波长为10km,则相位差得出的10米位为精确的。相位计只能测出不足一周的相位差△N，测相精度一般为1/1000技术：采用多个“测尺”组合实现测距技术过程。设计：粗测尺+精测尺测距。相位式测距原理调制频率与测尺长度的关系调制频率f15MHz7.5MHz1.5MHz150kHz75kHz15kHz测尺长度λ/210m20m100m1km2km10km精度1cm2cm10cm1m2m10m电磁波测距误差分析1、电磁波测距的误差分析公式由相位法测距的基本公式全微分并转换成中误差顾及和后测距误差较为完整的表达式为1）与距离D成正比的误差（比例误差），包括调制频率误差、真空中光速值误差、大气折射率误差。

2）与距离D无关