《铁路工程测量》 课件 项目3 距离测量与直线定向

项目3—距离测量与直线定向项目3—距离测量与直线定向钢尺量距1

视距测量2光电测距3项目主要内容直线定向4典型工作任务3.1——钢尺量距水平距离：指地面上任意两点铅垂投影到水平面上的直线距离。距离测量是测量工作的三项基本工作之一。二、常用距离测量方法一、水平距离定义（1）钢尺量距（2）视距测量（3）光电测距（4）GPS距离测量三、钢尺量距工具10cm3456789100123456710cm8910零点零点刻线尺端点尺典型工作任务3.1——钢尺量距三、钢尺量距工具（辅助工具）花杆垂球测钎弹簧秤典型工作任务3.1——钢尺量距四、钢尺量距一般方法1.直线定线在钢尺量距时，由于所量之距大于一个整尺段，欲分段丈量。使分段点位于欲量两点之连线方向上的测量工作称为直线定线。直线定线方法：目估定线和经纬仪定线。典型工作任务3.1——钢尺量距四、钢尺量距一般方法1.直线定线（1）目估定线123ABAB典型工作任务3.1——钢尺量距四、钢尺量距一般方法1.直线定线（1）目估定线典型工作任务3.1——钢尺量距（2）经纬仪定线AB12四、钢尺量距一般方法2.平坦地面距离丈量典型工作任务3.1——钢尺量距式中

（

n+1）—尺段数；

li—各尺段长度（m）。…….返测往测D返D往四、钢尺量距一般方法精度分析典型工作任务3.1——钢尺量距2.平坦地面距离丈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。规范要求：在平坦地区，相对误差K一般不应大于1/3000；在量距较困难的地区，其K值也不应大于1/1000。四、钢尺量距一般方法3.倾斜地面距离丈量（1）平量法典型工作任务3.1——钢尺量距ABDl1l2l3l4ABDl1l2l3l4四、钢尺量距一般方法3.倾斜地面距离丈量典型工作任务3.1——钢尺量距（2）斜量法ABLDhα一、视线水平时的视距测量原理典型工作任务3.2——视距测量定义：视距测量是利用经纬仪、水准仪望远镜内的视距丝装置，根据光学及三角学原理同时测定距离和高差的一种方法。缺点：测量精度较低，仅能达到1/100～1/300的精度。但能满足地形测图中测绘的精度要求。上丝下丝尺间隔优点：操作方便、速度快、一般不受地形限制。1.水平距离计算公式典型工作任务3.2——视距测量一、视线水平时的视距测量原理ABnmpn′m′MN11121314lmnlFfδdD1.水平距离计算公式典型工作任务3.2——视距测量一、视线水平时的视距测量原理令则有式中K——视距乘常数，通常K=100；c——视距加常数，常数c值接近零。故水平距离为2.高差计算公式典型工作任务3.2——视距测量一、视线水平时的视距测量原理AB111213141.262vihABvi

—仪器高v—十字丝中丝在视距尺上的读数，即中丝读数1.水平距离计算公式典型工作任务3.2——视距测量二、视线倾斜时的视距测量原理ABEMNM′N′φll′L＝Kl′D2.高差计算公式典型工作任务3.2——视距测量一、视线倾斜时的视距测量原理N′lABEMNM′φl′L＝Kl′Dhh′iivA、B两点间的高差h为：式中h′－高差主值（也称初算高差）。HAHB大地水准面典型工作任务3.2——视距测量视线倾斜时水平距离和高差公式视线水平时水平距离和高差公式小结典型工作任务3.2——视距测量二、视距测量实施第一步：在A点安置经纬仪，同时在B点设置视距尺。lABEMNφDhh′iiv第二步：用小钢卷尺量取仪器高i，记录。第三步：用盘左瞄准B点尺子上与仪器同高的位置，打开竖盘自动补偿器开关，待指标稳定后读取竖盘读数L，记录。典型工作任务3.2——视距测量二、视距测量实施lABEMNφiv第四步：转动望远镜微动螺旋，使下丝对准一整分米处，读取上丝的读数，记录。第五步：按照视距测量原理进行相关计算。相关计算见下表典型工作任务3.2——视距测量视距测量计算测站：测站高程：仪器高：仪器：测点下丝读数上丝读数中丝读数v/m竖盘读数L°′″竖直角°′″水平距离D/m除算高差h′/m高差h/m高程H/m备注尺间隔lmA45.37m1.45mDJ612.2370.6631.451.574874112+21848157.14+6.35+6.3551.7222.4451.5552.000.890951736-5173688.24-8.18-8.73+36.64典型工作任务3.2——视距测量三、视距测量误差来源视距测量误差来源仪器误差观测误差外界影响视距尺分划误差常数K不准确的误差读取视距间隔的误差竖直角的误差视距尺倾斜误差大气折光的影响温度的影响典型工作任务3.3——光电测距一、光电测距概念定义：光电测距是以光波作为载波，通过测定光电波在测线两端点特点：与传统的钢尺量距相比，具有测程远、精度高、作业速度快间往返传播的时间来测量距离。分类：（1）按其测程分为：和受地形限制少等。短程光电测距仪（2km以内）中程光电测距仪（3～15km）远程光电测距仪（大于15km）（2）按其采用的光源分为：激光测距仪红外测距仪等典型工作任务3.3——光电测距二、光电测距原理通过设置在测站点上的能发射和接收光波的光电测距仪，瞄准设置在被测点上的反射棱镜。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，根据光波在大气中的传播速度c，按下式计算距离D：ABD典型工作任务3.3——光电测距三、光电测距实施设置反射棱镜。ABD第二步：打开电源，设置参数。如气压、温度、棱镜常数等。第一步：在A点安置能发射和接收光波的光电测距仪，在B点第三步：准确瞄准棱镜，仪器便开始观测，记录数据。设置测量次数典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介组合测距仪典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介组合测距仪典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介组合测距仪测距头光学经纬仪功能键盘电缆电池发光与接收轴液晶显示器望远镜视准轴典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介一体式测距仪LeicaTopcon南方典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介一体式测距仪（测量机器人）度盘读数自动化！目标照准自动化！基座安平自动化！仪器对中自动化？仪高量取自动化？典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介一体式测距仪莱卡测量机器人LeicaTPS2000：令人不可致信的角度和距离测量精度，既可人工操作也可自动操作，既可远距离遥控运行也可在机载应用程序控制下使用，在精密工程测量、变形监测、几乎是无容许限差的机械引导控制等应用领域中无可匹敌。（1）世界上精度最高的全站仪：测角精度（一测回方向标准偏差）0.52秒，测距精度1mm+1ppm。

（2）具有ATR功能的TCA2003/1800全站仪，把地面测量设备带入了测量机器人的时代，并以性能稳定可靠著称。

（3）利用ATR功能，白天和黑夜（无需照明）都可以工作，合作目标只是普通的反射棱镜。

典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介一体式测距仪莱卡测量机器人

（4）具有激光对点器；可加配EGL导向光；配备RCS遥控器可组成单人测量系统

（5）可通过GeoBasic工具，用户可自开发机载应用软件；在GeoCOM模式下，通过计算机软件的控制，可组成各种自动化测量系统。（6）在测量办公软件SurveyOffice或LeicaGeo-Office的帮助下，可把仪器内PC卡上保存的数据轻松地传输到计算机中

。（7）广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介测距仪精度测距仪标称精度：是指仪器未经加常数、乘常数改正的测距精度，它表征了某一类测距仪的整体精度，在仪器说明书常以下式表示其中：A=与距离无关的固定误差

B=与距离长度有关的比例误差系数（即mm/km）如：TC1610的标称精度为：TC2003的标称精度为：典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介测距仪辅助工具典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介测距仪辅助工具测距仪辅助工具典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介AB第三步：准确瞄准棱镜，仪器便开始观测，记录数据。子项目3—距离测量光电测距3视距测量2本讲主要内容重点：视距测量难点：视线倾斜时视距测量原理典型工作任务3.2——视距测量一、视线水平时的视距测量原理典型工作任务3.2——视距测量定义：视距测量是利用经纬仪、水准仪望远镜内的视距丝装置，根据光学及三角学原理同时测定距离和高差的一种方法。缺点：测量精度较低，仅能达到1/100～1/300的精度。但能满足地形测图中测绘的精度要求。上丝下丝尺间隔优点：操作方便、速度快、一般不受地形限制。1.水平距离计算公式典型工作任务3.2——视距测量一、视线水平时的视距测量原理ABnmpn′m′MN11121314lmnlFfδdD1.水平距离计算公式典型工作任务3.2——视距测量一、视线水平时的视距测量原理令则有式中K——视距乘常数，通常K=100；c——视距加常数，常数c值接近零。故水平距离为2.高差计算公式典型工作任务3.2——视距测量一、视线水平时的视距测量原理AB111213141.262vihABvi

—仪器高v—十字丝中丝在视距尺上的读数，即中丝读数1.水平距离计算公式典型工作任务3.2——视距测量二、视线倾斜时的视距测量原理ABEMNM′N′φll′L＝Kl′D2.高差计算公式典型工作任务3.2——视距测量一、视线倾斜时的视距测量原理N′lABEMNM′φl′L＝Kl′Dhh′iivA、B两点间的高差h为：式中h′－高差主值（也称初算高差）。HAHB大地水准面典型工作任务3.2——视距测量视线倾斜时水平距离和高差公式视线水平时水平距离和高差公式小结典型工作任务3.2——视距测量二、视距测量实施第一步：在A点安置经纬仪，同时在B点设置视距尺。lABEMNφDhh′iiv第二步：用小钢卷尺量取仪器高i，记录。第三步：用盘左瞄准B点尺子上与仪器同高的位置，打开竖盘自动补偿器开关，待指标稳定后读取竖盘读数L，记录。典型工作任务3.2——视距测量二、视距测量实施lABEMNφiv第四步：转动望远镜微动螺旋，使下丝对准一整分米处，读取上丝的读数，记录。第五步：按照视距测量原理进行相关计算。相关计算见下表典型工作任务3.2——视距测量视距测量计算测站：测站高程：仪器高：仪器：测点下丝读数上丝读数

中丝读数v/m竖盘读数L°′″

竖直角°′″

水平距离D/m除算高差h′/m高差h/m高程H/m备注尺间隔lmA45.37m1.45mDJ612.2370.6631.451.574874112+21848157.14+6.35+6.3551.7222.4451.5552.000.890951736-5173688.24-8.18-8.73+36.64典型工作任务3.2——视距测量三、视距测量误差来源典型工作任务3.2——视距测量四、视距测量注意事项1.为减少垂直折光的影响，观测时应尽可能使视线离地面0.3m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，其值应在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5.要在成像稳定的情况下进行观测。的接头是否准确。典型工作任务3.3——光电测距一、光电测距概念定义：光电测距是以光波作为载波，通过测定光电波在测线两端点特点：与传统的钢尺量距相比，具有测程远、精度高、作业速度快间往返传播的时间来测量距离。分类：（1）按其测程分为：和受地形限制少等。短程光电测距仪（2km以内）中程光电测距仪（3～15km）远程光电测距仪（大于15km）（2）按其采用的光源分为：激光测距仪红外测距仪等典型工作任务3.3——光电测距二、光电测距原理通过设置在测站点上的能发射和接收光波的光电测距仪，瞄准设置在被测点上的反射棱镜。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，根据光波在大气中的传播速度c，按下式计算距离D：ABD典型工作任务3.3——光电测距三、光电测距实施设置反射棱镜。ABD第二步：打开电源，设置参数。如气压、温度、棱镜常数等。第一步：在A点安置能发射和接收光波的光电测距仪，在B点第三步：准确瞄准棱镜，仪器便开始观测，记录数据。设置测量次数典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介组合测距仪典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介组合测距仪测距头光学经纬仪功能键盘电缆电池发光与接收轴液晶显示器望远镜视准轴典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介一体式测距仪LeicaTopcon南方典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介一体式测距仪（测量机器人）度盘读数自动化！目标照准自动化！基座安平自动化！仪器对中自动化？仪高量取自动化？典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介一体式测距仪莱卡测量机器人LeicaTPS2000：令人不可致信的角度和距离测量精度，既可人工操作也可自动操作，既可远距离遥控运行也可在机载应用程序控制下使用，在精密工程测量、变形监测、几乎是无容许限差的机械引导控制等应用领域中无可匹敌。（1）世界上精度最高的全站仪：测角精度（一测回方向标准偏差）0.52秒，测距精度1mm+1ppm。

（2）具有ATR功能的TCA2003/1800全站仪，把地面测量设备带入了测量机器人的时代，并以性能稳定可靠著称。

（3）利用ATR功能，白天和黑夜（无需照明）都可以工作，合作目标只是普通的反射棱镜。

典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介一体式测距仪莱卡测量机器人

（4）具有激光对点器；可加配EGL导向光；配备RCS遥控器可组成单人测量系统

（5）可通过GeoBasic工具，用户可自开发机载应用软件；在GeoCOM模式下，通过计算机软件的控制，可组成各种自动化测量系统。（6）在测量办公软件SurveyOffice或LeicaGeo-Office的帮助下，可把仪器内PC卡上保存的数据轻松地传输到计算机中

。（7）广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域。典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介测距仪精度测距仪标称精度：是指仪器未经加常数、乘常数改正的测距精度，它表征了某一类测距仪的整体精度，在仪器说明书常以下式表示其中：A=与距离无关的固定误差

B=与距离长度有关的比例误差系数（即mm/km）如：TC1610的标称精度为：TC2003的标称精度为：典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介测距仪辅助工具典型工作任务3.3——光电测距四、光电测距仪简介测距仪辅助工具测距仪辅助工具小结1.视距测量定义、特点2.视线水平时视距测量原理式3.视线倾斜时视距测量原理式4.视距测量方法5.视距测量误差来源6.视距测量注意事项7.光电测距原理8.测距仪简介9.棱镜典型工作任务3.3——光电测距作业：典型工作任务3.3——光电测距P60第2、5题子项目3—距离测量

钢尺量距1本讲主要内容典型工作任务3.1——钢尺量距重点：钢尺量距的方法难点：钢尺量距的精度分析典型工作任务3.1——钢尺量距水平距离：指地面上任意两点铅垂投影到水平面上的直线距离。距离测量是测量工作的三项基本工作之一。二、常用距离测量方法一、水平距离定义（1）钢尺量距（2）视距测量（3）光电测距（4）GPS距离测量ABPabDAB三、钢尺量距工具10cm3456789100123456710cm8910零点零点刻线尺端点尺典型工作任务3.1——钢尺量距三、钢尺量距工具（辅助工具）花杆垂球测钎弹簧秤典型工作任务3.1——钢尺量距四、钢尺量距一般方法1.直线定线在钢尺量距时，由于所量之距大于一个整尺段，欲分段丈量。使分段点位于欲量两点之连线方向上的测量工作称为直线定线。直线定线方法：目估定线和经纬仪定线。典型工作任务3.1——钢尺量距四、钢尺量距一般方法1.直线定线（1）目估定线123ABAB典型工作任务3.1——钢尺量距四、钢尺量距一般方法1.直线定线（1）目估定线典型工作任务3.1——钢尺量距（2）经纬仪定线AB12四、钢尺量距一般方法2.平坦地面距离丈量典型工作任务3.1——钢尺量距式中

（

n+1）—尺段数；

li—各尺段长度（m）。返测D返往测D往…….四、钢尺量距一般方法精度分析典型工作任务3.1——钢尺量距2.平坦地面距离丈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。规范要求：在平坦地区，相对误差K一般不应大于1/3000；在量距较困难的地区，其K值也不应大于1/1000。四、钢尺量距一般方法3.倾斜地面距离丈量（1）平量法典型工作任务3.1——钢尺量距ABDl1l2l3l4ABDl1l2l3l4四、钢尺量距一般方法3.倾斜地面距离丈量典型工作任务3.1——钢尺量距（2）斜量法ABLDhα3.直线定线误差典型工作任务3.1——钢尺量距五、钢尺量距误差来源4.钢尺垂曲误差AB1236.尺长误差、温度误差、倾斜误差

7.钢尺目估不水平误差8.估读误差5.拉力不均匀误差1.对中、整平误差2.目标偏心误差Al1A1A19.风力影响典型工作任务3.1——钢尺量距六、钢尺量距注意事项3.直线定线要准确5.精密量距时应进行尺长改正、温度改正、倾斜改正6.待钢尺稳定时再读数，估读要准确4.前后尺手要配合好，两端拉力均匀，必要时要使用拉力计1.对中、整平要准确

2.目标位置要准确、树立要铅垂小结1.水平距离典型工作任务3.1——钢尺量距2.钢尺量距工具3.平坦地面钢尺量距4.倾斜地面钢尺量距（平量、斜量）5.钢尺量距相对误差K6.钢尺量距误差来源7.钢尺量距注意事项子项目3—距离测量钢尺量距实习本讲主要内容实践教学3.1—距离测量实习重点：钢尺量距方法难点：内业计算与精度分析一、钢尺量距实习第一步：经纬仪直线定线（盘左、盘右分中法）。以组为单位，丈量校园控制网导线边长。组长合理分工，认真组织，组员积极配合。实践教学3.1—距离测量实习AB12一、钢尺量距实习第二步：分段往量…….实践教学3.1—距离测量实习往测D往式中

（

n+1）—尺段数；

li—各尺段长度（m）。一、钢尺量距实习第三步：返量…….实践教学3.1—距离测量实习式中

（

n+1）—尺段数；

li—各尺段长度（m）。返测D返精度分析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。规范要求：在平坦地区，相对误差K一般不应大于1/3000；在量距较困难的地区，其K值也不应大于1/1000。实践教学3.1—距离测量实习一、钢尺量距实习第四步：精度分析二、钢尺量距注意事项3.直线定线要准确5.精密量距时应进行尺长改正、温度改正、倾斜改正6.待钢尺稳定时再读数，估读要准确4.前后尺手要配合好，两端拉力均匀，必要时要使用拉力计1.对中、整平要准确

2.目标位置要准确、树立要铅垂实践教学3.1—距离测量实习三、视距测量实施第一步：在A点安置经纬仪，同时在B点设置视距尺。lABEMNφDhh′iiv第二步：用小钢卷尺量取仪器高i，记录。第三步：用盘左瞄准B点尺子上与仪器同高的位置，打开竖盘自动补偿器开关，待指标稳定后读取竖盘读数L，记录。实践教学3.1—距离测量实习三、视距测量实施lABEMNφiv第四步：转动望远镜微动螺旋，使下丝对准一整分米处，读取上丝的读数，记录。第五步：按照视距测量原理进行相关计算。实践教学3.1—距离测量实习视线倾斜时水平距离和高差公式视距测量计算实践教学3.1—距离测量实习视距测量计算测站：测站高程：仪器高：仪器：测点下丝读数上丝读数

中丝读数v/m竖盘读数L°′″

竖直角°′″

水平距离D/m除算高差h′/m高差h/m高程H/m备注尺间隔lmA45.37m1.45mDJ612.2370.6631.451.574874112+21848157.14+6.35+6.3551.7222.4451.5552.000.890951736-5173688.24-8.18-8.73+36.64实践教学3.1—距离测量实习四、视距测量注意事项1.为减少垂直折光的影响，观测时应尽可能使视线离地面0.3m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，其值应在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5.要在成像稳定的情况下进行观测。的接头是否准确。实践教学3.1—距离测量实习实习任务2.视距测量实践教学3.1—距离测量实习1.钢尺量距以组为单位丈量校园导线网各边长。ABDGEFICH已知点已知方向要求：每个边需往返丈量。其边长相对误差应小于1/3000。每人观测校园导线网一个边长。并与钢尺量距结果进行对比。作业：1.利用课余时间完成所有导线边的边长丈量任务。实践教学3.1—距离测量实习子项目3—距离测量本讲主要内容确定直线方向4重点：方位角、象限角难点：对方位角、象限角的理解典型工作任务3.4—确定直线方向1.直线定向及标准方向2.方位角的概念，正反方位角3.象限角的概念，象限角与方位角的关系典型工作任务3.4—确定直线方向1.直线定向标准方向真子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向一、标准方向为了确定地面点的平面位置，不但要知道直线的长度，而且要知道直线的方向，确定直线和某一标准方向(参照方向)之间的水平夹角的测量过程称为直线定向。2.标准方向真子午线方向：磁子午线方向：通过地球表面某点的真子午线的切线方向，称为该点的真子午线方向。磁子午线方向是在地球磁场作用下，磁针在某点自由静止时其轴线所指的方向。坐标纵轴方向：高斯投影中3°或6°带的中央子午线。磁子午线方向坐标纵轴方线北极磁北极A真子午线方向典型工作任务3.4—确定直线方向一、标准方向3.标准方向之间的关系三个标准方向一般不重合，真北方向与磁北方向之间的夹角称为磁偏角，用δ表示。东偏为正，西偏为负。真北方向与坐标纵轴北方向之间的夹角称为子午线收敛角，用γ表示。东偏为正，西偏为负。A真北磁北+δ坐标北–γ典型工作任务3.4—确定直线方向二、直线方向的表示直线与标准方向之间的关系可以用方位角和象限角来表示。1.方位角定义：从直线起点的标准方向北端起，顺时针方向量至该直线的水平夹角，称为该直线的方位角。范围0°~360°。A2真北磁北+δ坐标北γα12A12Am122.三种方位角之间的关系真方位角：A磁方位角:Am坐标方位角:α典型工作任务3.4—确定直线方向二、直线方向的表示3.正方位角与反方位角x(N)yOABxαABxαBA或但结果若大于360°时，应减去360°典型工作任务3.4—确定直线方向二、直线方向的表示4.象限角：由标准方向的北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至直线的锐角，称为该直线的象限角，用R表示，其角值范围为0˚～90˚。RO11Ox(N)y(E)(S)(W)ⅠⅡⅢⅣ2RO23RO34RO4象限已知方位角α

，求象限角R已知象限角R，求方位角αⅠR=α

α=RⅡR=180°-αα=180°-RⅣR=α-180°α=180°+RⅢR=360°-αα=360°-R典型工作任务3.4—确定直线方向二、直线方向的表示5.方位角和象限角之间的关系x(N)y(E)(S)Ox(N)y(S)(W)Ox(N)y(W)OⅡⅢⅣa02R02a03R03R04a04234x(N)y(E)OⅠ1R01a01典型工作任务3.4—确定直线方向小结1.直线定向2.标准