工程测量课件：直线定向与距离测量

直线定向与距离测量工程测量本章内容1直线定向④坐标方位角计算②直线的标准方向直线定向与距离测量①钢尺量距③方位角概念②视距测量③光电测距④全站仪及使用①直线定向的目的⑤方位角测定陀螺仪测定真方位角2距离测量坐标正反算罗盘仪测定磁方位角1.1直线定向目的1.直线定向1直线定向-1定向目的

直线定向就是确定直线和某一参照方向（即标准方向）的关系。真子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向1.2直线标准方向1直线定向-2直线标准方向称为磁偏角称子午线收敛角1.3方位角概念取值范围为0

～360

。真方位角A磁方位角Am坐标方位角

真方位角A=磁方位角Am+磁偏角δ=坐标方位角

+子午线收敛角γ三者关系：（直线方向与标准方向顺时针的夹角）1直线定向-3方位角如

12，表示起点为1，终点为2的直线的坐标方位角。正、反方位角（直线方向与直线起点和终点有关）1直线定向-3方位角一般推算公式：α前=α后-β右+180ºα前=α后+β左-180º1.4坐标方位角的计算连续推算公式：α终=α始

-∑β右

+n﹒180ºα终=α始

+∑β左

-n﹒180º1A2N1直线定向-4坐标方位角计算1直线定向-4坐标方位角计算-坐标正反算坐标反算：坐标正算：1.5.1陀螺仪测定真方位角1直线定向-5方位角测定-真方位角1直线定向-5方位角测定-真方位角索佳GYROX自动全站式陀螺仪陀螺全站仪的使用：（1）仪器连接（2）粗定向（3）零位检查（4）真北方向观测1.5.2罗盘仪测定磁方位角1直线定向-5方位角测定-磁方位角概念:

确定空间两点在某基准面（参考椭球面或水平面）上的投影长度，小范围而言，在水平面上的投影长度即水平距离。方法:钢尺量距:精度约为1/1000～1/几十万视距测量:精度约为1/200～1/300电磁波测距:精度约在1/十万～1/几十万2.距离测量2.1钢尺量距钢卷尺2距离测量-1钢尺量距弹簧秤温度计垂球测钎标杆配套工具2距离测量-1钢尺量距a.直线定线钢尺量距步骤

直线定线的方法：目估法、经纬仪法（精密量距）b.距离丈量2距离测量-1钢尺量距

距离丈量方法有一般方法、精密方法两种（1）一般方法精度要求为1/1000～1/3000时采用。先整尺段地丈量；最后丈量余长。往返丈量。相对较差为：钢尺量距方法2距离测量-1钢尺量距-一般方法D=Scos斜量法平量法2距离测量-1钢尺量距-一般方法（2）精密方法精度要求1/5000以上时采用。2距离测量-1钢尺量距-精密方法工具：钢尺、弹簧秤、温度计等。需进行三项改正：尺长改正：温度改正：——丈量的斜距（单位m）；——名义长度（单位m）；——实际长度与名义长度之差（单位m）；倾斜改正：——高差（单位m）；

2.2视距测量nm视距丝十字丝

视距丝2距离测量-2视距测量121113nmlinmpn′m′fδdlvhφABDF原理--视线水平时

k=100,C≈0（内对光望远镜）2距离测量-2视距测量原理--视线倾斜时2距离测量-2视距测量（1）在A点安置经纬仪，瞄准B点视距尺，分别读取上、下丝读数，并算出上下丝间隔l。（2）读取竖盘读数，计算垂直角α。（3）根据l、α，计算水平距离D。视距测量方法：2距离测量-2视距测量2.3光电测距AB两点距离：D＝c·t

/2基本原理2距离测量-3光电测距光电测距的精度主要取决于测量时间的精度。

直接测定时间：如电子脉冲法。间接测定时间：相位法(通过测量电磁波信号往返传播所产生的相位移来间接的测定时间)。测时方法2距离测量-3光电测距脉冲式测距2距离测量-3光电测距-脉冲法上式说明频率f0越大，测距误差越小。当要求测距误差mD=±0.01m时，要求钟脉冲频率应为f0=15000MHZ。目前世界上可以做到并稳定在1×10-6级的石英振荡频率最高为300MHZ，代入上式得测距误差mD=±0.5m。可见，如果不采用特殊技术测出被计数器舍弃的小于一个钟脉冲周期的时间T0，而仅仅靠提高钟脉冲频率f0的方法来提高测距精度是很困难的。2距离测量-3光电测距-脉冲法信号的周期为T，一个周期信号的相位变化为2

，信号往返所产生的相位移为:φ相位法测距通过测量正弦波在待测距离上往返传播的相位移来解算距离。2距离测量-3光电测距-相位法令u

＝，ΔN＝上式可写成：

D＝u（N＋ΔN）信号往返所产生的相位移为

＝2f·t

，则故从上图知，相位移的另一种表示方法：代入上式有2距离测量-3光电测距-相位法

可以理解为用一把长度为“

u

”的“光尺”量距，N为整尺段数，ΔN为不足一整尺段的尾数,相当于钢尺量距D=nl+q。

仪器的测相系统（相位计）的测相误差一般可达10－3,它对测距精度的影响将随测尺长度的增长而增大。相应的测尺频率、测尺长度和测距精度间的关系如下表所示：2距离测量-3光电测距-相位法测尺长度（u）10m100m1km2km10km测尺频率（f）15MHz1.5MHz150KHz75KHz15KHz测距精度1cm10cm1m2m10m

由于（相位计）只能测量出Δ,即尺段尾数ΔN，而不能测量整周数N。

若选一光尺U，使其长度超过所测距离，则N=0。而此时就只能选用较低调制频率，精度会降低。为解决扩大测程与提高精度的矛盾，可以采用一组测尺配合测距，以短测尺(精测尺)保证精度，用长测尺(粗测尺)保证测程，如同钟表上时、分、秒针互相配合来确定十二小时内的准确时间一样。D＝u（N＋ΔN）2距离测量-3光电测距-相位法实质是频率的变换2距离测量-3光电测距-相位法光电测距仪分类

按光源分类（按其所采用的载波）1)微波2)激光3)红外

按测程分类1)短程2)中程3)远程

按测距精度分类(每公里)Ⅰ级：mD≤2mm；Ⅱ级：2mm<mD≤5mm；Ⅲ级：5mm<mD≤10mm;IV级：mD≥10mm2距离测量-3光电测距-测距仪分类2距离测量-3光电测距-测距仪分类瑞典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+1ppm2距离测量-3光电测距-测距仪分类T2+DI10，1968年Wild推出的第一台红外测距仪Wild生产的微波测距仪2距离测量-3光电测距-测距仪分类WildDI3000脉冲测距仪2距离测量-3光电测距-测距仪分类南方测绘----ND3000红外相位式测距仪可安装在光学经纬仪上或电子经纬仪上;经纬仪测量竖直角后输入到测距仪中,计算出水平距离和高差。2距离测量-3光电测距-测距仪分类光电测距实施步骤安置仪器（测站）及棱镜（目标）测站参数设置（目标类型、棱镜常数、测量模式、温度、气压）测量2距离测量-3光电测距PSM:-30PSM:0棱镜常数2距离测量-3光电测距

气象改正、加常数改正、乘常数改正、倾斜改正光电测距成果计算1)气象改正不同的仪器气象改正公式不同，如TOPCON给出的气象改正公式为：

Ka＝（279.66－）×10-6式中:p——大气压力（Pa）;t——大气温度(℃)2)加、乘常数改正3)倾斜改正D

＝S×cos

S改＝－×S2×sinαK——为大气折光系数，一般取为0.13；

R——为地球半径2距离测量-3光电测距-成果计算例题

某台测距仪，测得AB两点的斜距＝1578.567m，测量时的气压p＝121.323kPa，t＝25°C，竖直角α＝＋15

30

00

；仪器加常数K＝＋2mm，乘常数R＝＋2.5×10-6，求AB的水平距离。其气象改正公式为：Ka＝（281.8－）×10-6解：1．气象改正

D1＝(281.8－)×1.578567＝62.3mm2．加常数改正

D2＝＋2mm3．乘常数改正

D3＝＋2.5×1.578567＝＋3.9mm4．改正后斜距S＝S'＋

D1＋

D2＋

D3＝1578.635m5．AB的水平距离DD＝S×cosα＝1578.635×cos15

30

00

＝1521.221m标称精度：指电磁波测距仪出厂时的仪器的精度限额。

mD

＝A＋B×10-6

式中：A为固定误差，B为比例误差系数（mm/km）

实际精度：仪器经过检定后，成果经过各种常数改正，其精度要高于标称精度。经检定后的实际精度为：

式中：mD——测距中误差；

mK——加常数K的检测中误差；

mR——乘常数R的检测中误差；

md——和距离无关的测距中误差，对某一距离重复观测，若在已知距离基线上观测，2距离测量-3光电测距-精度分析光电测距精度分析全站仪——集测距装置、测角装置和微处理器为一体，能自动测量和计算，并通过电子手簿或直接实现自动记录、存储和输出的测量仪器，称为全站式电子速测仪，简称全站仪。2距离测量-4全站仪及使用-全站仪认识2.4全站仪及使用索佳SET系列全站仪

宾得R-300X全站仪

Topcon(日)尼康全站仪DTM-300

瑞典捷创力全站仪

瑞士徕卡

TC402Trimble(德蔡司)美国天宝光谱全站仪认识广州南方

苏州一光常州大地东莞科力达北京博飞北京中翰武汉中纬南方三鼎广州瑞得徕卡TS30超高精度全站仪超高精度

角度测量精度：0.5″

距离测量精度：0.6mm+1ppm高效率测角频率：5000Hz

仪器转速：180°/s三个微动螺旋，用户自定义键宽广的量程

ATR(AutomaticTargetRecognition)范围：1000米距离测量：最远12000米2距离测量-4全站仪及使用-全站仪认识索佳SET3110MV全站仪2距离测量-4全站仪及使用-全站仪认识拓普康GTS-900A/GPT-9000A系列遥控器

RC-3R2距离测量-4全站仪及使用-全站仪认识南方Win全站仪2距离测量-4全站仪及使用-全站仪认识全站仪的特点:水平角、垂直角、斜距自动显示，自动计算镜站坐标、高程、平距等数据；对水平角和垂直角自动进行补偿；对距离进行气象改正和仪器常数改正；提供电子气