第4章距离测量资料课件

距离测量与直线定向工程测量第4章§４-1钢尺量距§４-2视距测量§４-3光电测距§４-4全站仪§４-5直线定向第4章距离测量与直线定向距离是指两点间的水平长度，若是斜距还需要将其化为水平距离测量距离的方法钢尺直接量距光学视距法测距光电测距*§４-1钢尺量距4.1.1量距的工具4.1.2钢尺量距的一般方法

1.定点2.直线定线

两点之间定线确定分段丈量的分段点在待量直线端点的连线上。1)目测定线2)经纬仪定线

过山头定线ABCDAC1BC2C

延长直线

经纬仪定线3、量距平地倾斜平量法斜量法量距精度评定：相对中误差起点终点往测返测AB20.58120.578BC10.26110.251[算例:]M=?线段尺长/m往测返测往返差/m相对精度往返平均/m尺段数余长数/m总长/m尺段数余长数/m总长/mAB30623.188203.188623.152203.1520.0361/5600203.170BC50341.841191.841341.873191.8730.0321/6000191.857……………………………钢尺一般量距记录及成果计算

1、经纬仪定线

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3cm～5cm，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。A1325B44.1.3钢尺量距精密方法当量距精度要求在1/1万以上时，要用精密量距方法。2、尺段丈量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，三次丈量结果的互差不应超过2-3mm，取三段丈量结果的平均值作为尺段的最后结果。同时记录温度，估读到0.5度。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高差。3.尺段高差测定——往返观测，往返所测高差之差，不超过±10mm,如在限差之内，取平均值作为观测成果。经过检定的钢尺长度可用尺长方程式：—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。4.尺段改正计算

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—

尺长改正数—

名义长度—

任一尺段长

α—

钢尺膨胀系数

t—

丈量时温度

t0—

标准温度当l为斜距时应换算成平距d，则倾斜改正值为：将上式项展开成级数：

取第一项（3）倾斜改正

每一尺段改正后的水平距离为：5.计算全长和相对误差（与前面规定一致）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尺长改正数/mm倾斜改正数/mm改正后尺段长1129.88750.022029.865526.5-0.114+2.3+2.5-0.229.8701229.89850.031529.8670329.89700.033029.8640平均

29.8655……

……………………119.93380.037519.896328.0+0.132+1.9+1.7-0.419.8990219.94340.048119.8953319.95930.063519.8958平均

19.8958总和196.5286钢尺膨胀系数：0.000012钢尺鉴定时温度20度钢尺名义长度l0:30m钢尺鉴定长度：30.0025钢尺鉴定时拉力：100N4.1.4量距误差及注意事项1、钢尺量距误差（1）钢尺本身误差钢尺虽经检定其成果中仍存在尺长误差，因为一般尺长检定方法只能达到0.5mm左右的精度。（2）操作误差①拉力误差

钢尺具有弹性，会因受拉而伸长。钢尺弹性模量E=2×105MPa，设钢尺断面积A=0.04cm2,钢尺拉力拉力误差为Δp，据虎克定律，钢尺伸长误差为：(4-9)当拉力误差为30N，尺长30m，钢尺量距误差为1mm，所以精密量距时应使用弹簧秤控制拉力。⑤对点读数误差②温度误差在测试温度计显示的是空气环境温度，不是钢尺本身的温度。在阳光暴晒下，钢尺与环境测试可差5℃。

③定线误差在量距时由于钢尺没有准确地安放在待量距的直线方向上，所量的是折线而不是直线，造成量距结果偏大。

④平距改正误差（3）外界条件影响

①钢尺垂曲误差钢尺悬空丈量时，中间下垂，称为垂曲。在凹凸不平的地面量距时，凸起部分将使钢尺产生上凸现象，称为反曲。

②风力影响4.2.1视距测量——利用测量望远镜的视距丝，间接测定距离和高差的方法。

优点

测量速度快，不受地形限制。不足

精度低，距离相对误差一般约为1/300，高差一般为分米级。用途

主要用于地形图测绘

(地形点的距离与高差)。§4.2视距测量

视距测量是利用视距丝配合标尺读数来完成的。望远镜十字丝环视距丝4.2.2视距测量原理，观测与计算对于倒像望远镜：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：h2

固定值（约34′）l2l112AD1D2ih2１、视距测量原理通常情况下k=100视准轴水平时的视距公式为：测站点到立尺点的高差为：i—仪器高，是桩顶到仪器横轴的高度；v—中丝在标尺上的读数。l1l22h21D1D2Aih22、视线（视准轴）水平时的距离和高差公式3、视线（视准轴）倾斜时的距离和高差公式图中设则oAiDaa´bBvb´Lhα

原理：倾斜距离L为：或oAiDaa´bBvb´Lh

计算：水平距离D为：

高差h为：例题：如图，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AiDabBvLh4.2.4视距测量误差及注意事项1.视距测量的误差读数误差垂直折光影响视距尺倾斜所引起的误差2.注意事项(1)为减少垂直折光的影响，观测时应尽可能使视线离地面1m以上；(2)作业时，要将视距尺竖直，并尽量采用带有水准器的视距尺；(3)要严格测定视距常数，K值应在100±0.1之内，否则应加以改正；(4)视距尺一般应是厘米刻划的整体尺。如果使用塔尺，应注意检查各节尺的接头是否准确；(5)要在成像稳定的情况下进行观测。§4-3光电测距1948年瑞典AGA厂推出了第一台光波测距仪随着需求的增长和光学、微电子学的发展使电磁波测距的技术迅速发展。进一步推进了测量学的发展.尽管GPS应用很广，短程电磁波测距仪仍然大有用途电磁波测距仪的分类按载波分微波测距仪激光测距仪红外光测距仪按测程分远（长）程测距仪中、短程测距仪瑞典AGA公司生产的AGA-8激光测距仪用5mw氦氖气体激光器白天测40km，夜间可测60km精度：5mm+1ppmT2+DI10，1968年Wild推出的第一台红外测距仪Wild生产的微波测距仪电磁波测距分类光波测距仪AGA2A激光测距仪AGA8微波测距仪CMW20红外测距仪DI5一、电磁波测距原理设电磁波在测距仪与反光镜（合作目标）之间往返的时间为t。则测距仪至反光镜的距离光在真空中的传播速度为C0=299792458米/秒。按电磁波理论：光是电磁波，其数学表达式为:它表达了光波在转播空间任一位置上电磁振动的状态。其中：S电磁波测距原理设光从发射器发出，抵达反光镜后返回仪器的接收器，称为信号2。而从发射器发出的光分出一路直接进入处理装置，称为信号1。这两个信号之间存在相位差Δφ和整周数N。利用相位器可测定Δφ，但而不能求得“整周数N”。因此只可以求得“余长”，而不能求得整长。调制波短程的电磁波测距仪常用砷化镓GaAs发出的红外激光波长约0.87μm。显然不能用它测距的信号。无线电技术可以对电磁波的振幅、频率、相位加以调制使其随时间按一定的规律变化。在GaAs激光器上注入按调制规律变化的电流后可以使激光器按同样的规律改变发光的强度。调制波的频率远小于红外激光的频率，还可以用多个频率的调制波加载在红外激光波上。电磁波测距原理测距仪把一定波长的电磁波从A点射向B点，经B点的反光棱镜反射后由测距仪接收，射出与接收波之间的相位差(可用微电子技术自动测量)是电磁波在AB点之间往返时间的函数——[表达式]。用它可以算得测距仪至反光镜之间斜距长度的“尾数”。用几个不同波长的电磁波[调制波]测量同一段距离可以既扩大测程又保持精度。测程和精度测相的精度是有限的。例如可以把Δφ细分1000倍，则测量的精度为测尺的1/1000。设，这时最小读数为cm。若要提高读数精度，就应缩短电子尺。但由于凭一个Δφ无法求得整尺段数N，即不知待测距离的大数。就是说：用短的电子尺测量精度高但测程小。如果用长的电子尺能扩大测程，但由于细分技术的限制，不能求得精确的尾数。即测程大但精度低。用两个频率的波（两个不同的电子尺）进行测量，一个用来测量距离的大数，另一个用于精确测量距离的尾数。就可以既扩大测程又保证精度。如果需要还可以用更多的频率测量。相位测量要测量测距信号（U1）与参考信号（U2）之间的相位差Δφ1）滤波：取出调制波（频率低）的信号2）混频：把调制波信号与“本振”信号混合，经处理后可以得到频率更低（以便于更精确测量相位差），但相位依旧的差分信号相位测量3）把正弦波处理成方波4）把U1和U2分别接在门电路的两个触发器上，U2负跳变时把与门打开，U1负跳变时把与门关闭。在门开启的这段时间内让计数脉冲通过，从而可以测得Δφ。内光路当内光路棱镜移到出光口时测量到内光路的“距离”移开内光路棱镜后测量到外光路的“距离”外光路“距离”减去内光路“距离”后才是需要测量的距离。这是消除仪器系统误差的重要措施之一电子全站仪----同时进行角度测量(水平角、竖直角)和距离测量(斜距、平距、高差)；(高精度全站仪测角达0.5秒级，测距精度达(1+1PPM))

显示测点角度(方向值)、距离、高差或三维坐标拥有较大容量的内部存储器，以数据文件形式存储已知点和观测点的点号、编码、三维坐标；（拥有后方交会、放样、偏心等高级测量功能；）

实现全站仪与计算机的数据通讯；与计算机联合组成的智能观测系统已面市。§4-4全站仪简介电子全站仪棱镜全站仪棱镜与基座1.观测前的准备工作2.装电池3.开机、定标

照准部水平方向旋转一周，望远镜绕横轴旋转一周，即完成定标。4.对中、整平

对中方法与经纬仪相同，通常采用光学对中。整平可用水准管，也可用仪器的倾斜显示功能，调节脚螺旋，使气泡（圆点）居中。用图形显示或倾角数字显示的转换键仪器倾斜数字显示

仪器倾斜用角度表示，用脚螺旋调节两个方向的倾斜角度为零，则纵轴铅垂。图形显示或倾角数字显示转换键退出已完成定标角度测量◆水平方向置零功能：0

SET竖盘读数平盘读数按键两次使平盘读数为零(0SET)0

SET◆观测：（a）照准左目标点L，水平方向归零（0SET）；（b）精确照准右目标点R，显示水平角。盘右同样测量（a）（b）◆距离类型选择和距离测量§4-5直线定向确定地面上两点之间的相对位置，仅知道两点之间的水平距离是不够的，还必须确定此直线与标准方向之间的关系。确定直线与标准方向之间的关系(水平角度)称为直线定向。一、标准方向的种类真子午线方向：通过地球表面某点的真子午面的切线方向，称为该点真子午线方向磁子午线方向：磁子午线方向是在地球磁场的作用下，磁针自由静止时其轴线所指的方向坐标纵轴方向：我国采用高斯平面直角坐标系，每6°带或3°带内都以该带的中央子午线的投影作为坐标纵轴，因此，该带内直线定向，就用该带的坐标纵轴方向作为标准方向二、表示直线方向的方法：测量工作中，常采用方位角来表示直线的方向。由标准方向的北端起，顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角。角值由0°～360°。4.5.1三北方向1、真北方向（真子午线方向）

通过地球表面某点的真子午线的切线北端方向，称为该点的真北方向。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GP1-2A2．磁北方向（磁子午线方向）

磁北方向是磁针在地球磁场的作用下，磁针自由静止时其北端所指的方向。AP´PP—北极P´—磁北极

磁子午线方向可用罗盘仪测定。DQL-1型森林罗盘仪DQL-1B型森林罗盘仪3．坐标北方向（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4.5.2磁偏角与子午线收敛角由于地球磁极与地球旋转轴南北极不重合，因此过地球上某点的真子午线与磁子午线不重合。两者之间的夹角称为磁偏角，用δ表示，见图6-5。磁子午线北端偏于真子午线以东为东偏(+δ)，偏于真子午线以西为西偏(-δ)。地球上不同地点磁偏角也不同。我国磁偏角的变化大约在+6°～-10°之间。地球磁极是不断变化的，磁偏角也在变化。1．磁偏角2．子午线收敛角地面某点的真北方向与坐标北方向之间的夹角称为子午线收敛角，用γ表示。坐标北向在真北方向东侧为正，在西侧时为负。

从上式可见，纬度愈低，子午线收敛角愈小，在赤道上为零。纬度越高，收敛角愈大。xyoP1P2γγ坐标北与真北的关系

由于地面各点的真北（或磁北）方向互不平行，用真（磁）方位角表示直线方向会给方位角的推算带来不便，所以在一般测量工作中，常采用坐标方位角来表示直线方向。4.5.3方位角由标准方向的北端起，顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角。角值由0°～360°。⑴真方位角——若标准方向为真子午线方向，则称真方位角，用A表示。

（2）磁方位角——若标准方向为磁子午线方向，则称磁方位角，用Am表示。（3）坐标方位角——从坐标纵轴的北端按顺时针方向到一直线的水平角为该直线的坐标方位角，或称方位角。用α表示。12标准方向北端方位角22222标准方向真子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向真方位角（A）磁方位角（Am）坐标方位角（α）2磁北真北坐标北AmAα1几种方位角之间的关系2磁北真北坐标北AmAα1磁偏角δ—真北方向与磁北方向之间的夹角；子午线收敛角γ—真北方向与坐标北方向之间的夹角。当磁北方向或坐标北方向偏于真北方向东侧时，δ和γ为正；偏于西侧时，δ和γ为负。δγ直线1-2：点1是起点，点2是终点。α12—

正坐标方位角；α21—

反坐标方位角。α21α12xyoxx12直线2-1：所以一条直线的正、反坐标方位角互差180º4.5.4正、反坐标方位角

α12已知，通过连测求得12边与23边的连接角为β2

（右角）、23边与34边的连接角为β3（左角），现推算α23、α34。1234xxxα23α34α