第4章距離測量

1、第四章第四章 距離測量距離測量 4 41 1 鋼尺量距鋼尺量距4 42 2 光電測距光電測距4 43 3 直線定向直線定向 距離是地面點(diǎn)定位的直接定位元素；距離測量是工程測量的重要內(nèi)容之一。 每個人都曾有過“測距”的經(jīng)歷。鋼尺測距電磁波測距視距測距4 41 1 鋼尺量距鋼尺量距 鋼尺量距是用鋼尺沿地面直接丈量距離。 過去，鋼尺量距是主要的精密測距方法?，F(xiàn)代也有使用。 鋼尺是鋼制的薄帶尺，長度有20米、30米和50米幾種。尺面上有米、分米、厘米、毫米刻劃線（有些尺子僅起點(diǎn)處有毫米刻劃）；在每米及每分米處有數(shù)字注記，注記到厘米。鋼尺通常卷放在圓形金屬盒內(nèi)或金屬架上，故又稱作“鋼卷尺”。鋼尺外形如下

2、圖所示。測釬、花桿（標(biāo)桿）、垂球、彈簧秤、溫度計 鋼尺量距的基本工作步驟鋼尺量距的基本工作步驟一一.定線定線 當(dāng)待測距離大于整尺長度時，需分段量測，然后累加。 各分段的長度略小于尺長。分段時必須先進(jìn)行“定線”。 定線定線是將各分段點(diǎn)定在由起點(diǎn)和終點(diǎn)形成的直線上。 定線的原理是 “三點(diǎn)成一線，兩端定中間”。 定線方法有“目估法目估法”和“經(jīng)緯儀法經(jīng)緯儀法”。前者用于一般測距，后者用于精密測距。 設(shè)A、B兩點(diǎn)互相通視，要在A、B兩點(diǎn)的直線上標(biāo)出分段點(diǎn)1、2。 先在A、B點(diǎn)上豎立標(biāo)桿，甲站在A點(diǎn)標(biāo)桿后約一米處，指揮乙左右移動標(biāo)桿，直到甲從在A點(diǎn)沿標(biāo)桿的同一側(cè)看到A、i、B三支標(biāo)桿成一條線為止。 同法

3、定出直線上的其他點(diǎn)。一般應(yīng)由遠(yuǎn)到近，即先定1點(diǎn)，再定2點(diǎn)。每定好一點(diǎn)，應(yīng)打木樁、做標(biāo)記打木樁、做標(biāo)記。 采用經(jīng)緯儀定線法時，是用A點(diǎn)經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)B點(diǎn)標(biāo)桿時的視線作為方向線。二二.丈量丈量 定線結(jié)束后，即可進(jìn)行丈量。丈量分為一般方法和精密方法。（一）（一）.鋼尺量距的一般方法鋼尺量距的一般方法 鋼尺量距的一般方法又分為平量法和斜量法。1. 平量法平量法 平量法用于平坦地面或不均勻傾斜地面的距離丈量。（1）平坦地面平量法）平坦地面平量法 丈量工作一般由23人進(jìn)行。拉尺員分為“前尺手”和“后尺手”。1前尺手前尺手 B 后尺手后尺手2 在直線兩端點(diǎn)A、B豎立標(biāo)桿（或小測釬測釬,），后尺手持鋼尺的零

4、端位于B點(diǎn)，前尺手持鋼尺的末端和一組測釬沿BA方向前進(jìn)，行至第一個分段點(diǎn)處停下，將鋼尺拉在B1方向線上，拉平、拉直。 后尺手將鋼尺的零點(diǎn)對準(zhǔn)B點(diǎn)。當(dāng)兩人同時把鋼尺拉緊后，前尺手在鋼尺末端的整尺長分劃線位置豎直插下一根測釬(如果在水泥地面上丈量插不下測釬時，也可以在地面上劃線做記號)得到1點(diǎn)，即量完一個尺段。1前尺手前尺手 B 后尺手后尺手2 前、后尺手抬尺前進(jìn)，當(dāng)后尺手到達(dá)插測釬或劃記號處時停住，再重復(fù)上述操作，量完第二尺段。 后尺手拔起地上的測釬，依次前進(jìn)，直到量完BA直線的最后一段為止。 最后一段距離一般不會剛好是整尺段的長度，稱為余長。丈量余長時，前尺手在鋼尺上讀取余長值，則B 、 A

5、兩點(diǎn)間的水平距離為： DBA n整尺長 余長(2)不均勻傾斜地面平量法不均勻傾斜地面平量法 在不均勻傾斜地面可插測釬或掛垂球線掛垂球線（左下圖）作為丈量端點(diǎn)作為丈量端點(diǎn)。 丈量由A點(diǎn)向B點(diǎn)進(jìn)行，甲立于A點(diǎn)，指揮乙將尺拉在AB方向線上。 甲將尺的零端對準(zhǔn)A點(diǎn)，乙將鋼尺抬高將鋼尺抬高，并且目估使鋼尺水平，然后用垂球尖將尺段的末端投影到地面上，插上測釬。 若地面傾斜較大，將鋼尺抬平有困難時，可將一個尺段分成幾個小段來平量，如圖中的i-j段。 在不均勻傾斜地面上采用平量法時，不足一個整尺段的余長可能不足一個整尺段的余長可能不只一段不只一段。 其它丈量與計算工作，與平地平量法類似。 以上過程為往測往測。

6、為避免出錯、提高精度，一般還需進(jìn)行返測返測，即從A至B再丈量一次，得到DAB 。 內(nèi)業(yè)整理 丈量誤差使用“相對誤差”來衡量。2;200011BAABBAABDDDDDDDDDDk平坦地區(qū)k1/3000；山區(qū)k1/10002. 斜量法斜量法 當(dāng)傾斜地面的坡度比較均勻時，可以沿斜坡先丈量各分段的斜長，然后累加得到A、B間的斜距L。 測出地面傾角或兩端點(diǎn)的高差h，然后按下式計算AB的水平距離： 22coshLLD 采用斜量法時，同樣需進(jìn)行往、返丈量。較差符合要求時取其均值。（二）（二）.鋼尺量距的精密方法鋼尺量距的精密方法 用一般方法量距，其相對精度只能達(dá)到1/10001/5000，當(dāng)要求量距的相對

7、精度更高時，例如1/100001/40000，這就要求用精密方法進(jìn)行丈量。 精密量距方法的工具除了鋼尺之外還需要彈簧秤、溫度計、尺夾彈簧秤、溫度計、尺夾等輔助工具。其中鋼尺必須經(jīng)過檢驗，并得到其檢定的尺長方程尺長方程式式。精密測量的步驟 1、使用經(jīng)緯儀定線 2、精密丈量前尺手用標(biāo)準(zhǔn)拉力拉緊鋼尺前尺手發(fā)出“預(yù)備”口令，后尺手看到彈簧秤的讀數(shù)位標(biāo)準(zhǔn)拉力時，回答“好”，然后同時讀書記錄。移動前尺手鋼尺的初始位置，再進(jìn)行兩次測量，三次測量結(jié)果2mm，每測量完一個尺段用溫度計讀取一次溫度。需要進(jìn)行往返測量。 3、測量各樁間的高差。 4、內(nèi)業(yè)整理 鋼尺的尺長方程：lo：鋼尺的名義長度（標(biāo)定值）l:鋼尺實際

8、長度與名義長度的差值:鋼尺膨脹系數(shù)t:鋼尺使用時的溫度t0檢驗時的溫度斜距的改正（1）尺長改正（2）溫度改正（3）斜長改正斜距的改正Llllld00Lttlt)(0.8234222LhLhLhLLDlhhtdlllLL 試設(shè)想用50米長的鋼尺精確丈量一段2km長的距離，定線、分段加往返丈量，45人（拉尺和讀數(shù)須分別由兩人完成）至少需要一天時間，并且還有可能出錯。而用電磁波測距儀只需幾分鐘即可完成。 所以，現(xiàn)在已很少使用鋼尺精密量距方法來測距，絕大多數(shù)情況下都是用光電測距儀或全站儀。只有當(dāng)距離很短、又沒有測距儀時才偶爾使用。本節(jié)內(nèi)容回顧本節(jié)內(nèi)容回顧鋼尺量距的基本工作包括定線和丈量。鋼尺量距的基本

9、工作包括定線和丈量。鋼尺量距的一般方法有平量法和斜量法。鋼尺量距的一般方法有平量法和斜量法。鋼尺量距的精密方法。鋼尺量距的精密方法。4-2 4-2 光電測距（電磁波測距）光電測距（電磁波測距） 鋼尺量距精度高，但費(fèi)時、費(fèi)力；光學(xué)測距速度快，但精度差，且不能測長距離。光電測距則完全保留了二法的優(yōu)點(diǎn)，且克服了各自的缺點(diǎn)。但儀器價格昂貴，單價在萬元以上。 光電測距又叫電磁波測距（electromagnetic distance measuring），簡稱EDM。光電測距儀包括激光和紅外（光）測距儀。一一. 基本原理基本原理 通過測量電磁波在待測距離上往返傳播所需的時間來間通過測量電磁波在待測距離上往

10、返傳播所需的時間來間接測量距離。接測量距離。 如下圖所示，欲測量地面上A、B兩點(diǎn)間的距離，在A點(diǎn)安置光電測距儀，在B點(diǎn)架設(shè)反射棱鏡。A點(diǎn)儀器發(fā)射的光波（電磁波）經(jīng)大氣傳播后射至B點(diǎn)，被反光鏡反射回來，儀器便可接收到返回的光波。 （儀器和棱鏡見右下圖） 設(shè)發(fā)射光波的時刻為t1，接收光波的時刻為t2，則時間間隔為：t2Dt2t1 t2D即光波在待測的A、B兩點(diǎn)間往返傳播所花的時間。 設(shè)光波在大氣中的傳播速度為C，則有： 2DC t2D D C t2D /2 由此可見，只要測出發(fā)射和接收光波的時間差t2D就可求出距離D。 上式成立的前提條件是光波在大氣中的傳播速度C為已知。由物理學(xué)知，光波在大氣中的

11、傳播速度C等于光波在真空中的傳播速度C0除以大氣的折射率n。 光波在真空中的傳播速度為： C02997924581.2m/s (米/秒）二二. 測距儀分類測距儀分類1.按載波源分按載波源分：激光測距儀、紅外測距儀、微波測距儀。2.按測程分按測程分：短程（3km以內(nèi)）、中程（315km）和遠(yuǎn)程（15km以上）。3.按精度分按精度分：一級一級測距儀每km距離測量中誤差小于5mm；二級二級每km距離測量中誤差為510mm；三級三級每km距離測量中誤差大于10mm。4.按測時方式分按測時方式分：脈沖式測距儀、相位式測距儀。5.按測頻方式分按測頻方式分：固頻式（調(diào)制頻率固定不變）、變頻式。注：測量誤差和

12、標(biāo)稱精度 測距儀測距誤差可以表示為：222)*(DBAmDA固定誤差；B比例誤差例如儀器出場時的標(biāo)稱精度為：（5+210-6D）mm，簡稱“5+2”三三. 使用使用 一般安裝在經(jīng)緯儀上使用 六棱鏡（需要設(shè)置棱鏡常數(shù)） 乘常數(shù)，輸入氣溫和氣壓 在架好儀器、瞄準(zhǔn)反光鏡之后，只需輕按一下儀器操作面板上的測距按鈕，幾秒鐘之后即可將距離值（自動重復(fù)測量上千次的平均值）顯示在屏幕上。4.3 直線定向 確定地面兩點(diǎn)的相對位置，要知道兩點(diǎn)間的水平距離和該直線與標(biāo)準(zhǔn)方向的夾角。 確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向的角度關(guān)系，稱為【直線定向】。標(biāo)準(zhǔn)方向標(biāo)準(zhǔn)方向真子午線方向真子午線方向磁子午線方向磁子午線方向坐標(biāo)縱軸方向坐標(biāo)縱軸方向1 真子午線方向 通過地球表面某點(diǎn)的真子午線的切線方向，稱為該點(diǎn)的真子午線方向，真子午線方向是用天文測量方法或用陀螺經(jīng)緯儀測定的。 2磁于午線方向磁子午線方向是磁針在地球磁場的作用下，磁針自由靜止時其軸線所指的方向。磁子午線方向可用羅盤儀測定。 3坐標(biāo)縱軸方向（軸子午線方向） 高斯投影帶所在中央子午線方向。 真子午線方向與磁子午線方向的夾角：磁偏角；磁子午線東偏為正，西偏為負(fù) 真子午線方向與縱軸方向的夾角：子午線收斂角；軸子午線東偏為正，西偏為負(fù)直