工程測量第四章--__距離測量與直線定向

1、二、標(biāo)準(zhǔn)方向的種類二、標(biāo)準(zhǔn)方向的種類標(biāo)準(zhǔn)方向有三種標(biāo)準(zhǔn)方向有三種真子午線方向（真北真子午線方向（真北 ） 磁子午線方向（磁北磁子午線方向（磁北 ） 坐標(biāo)縱軸方向（坐標(biāo)北）坐標(biāo)縱軸方向（坐標(biāo)北） 一、直線定向的概念：一、直線定向的概念： 測定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向間的水平角度的工作稱為測定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向間的水平角度的工作稱為 。12124-14-1直線定向直線定向1 1真子午線方向真子午線方向w w真子午線：過地球上某點(diǎn)及地真子午線：過地球上某點(diǎn)及地球北極和南極的半個(gè)大圓，球北極和南極的半個(gè)大圓，稱為該點(diǎn)的。稱為該點(diǎn)的。 真子午線方向：（真北方向）真子午線方向：（真北方向）地面上某點(diǎn)真子午線指向北地面上

2、某點(diǎn)真子午線指向北極的切線方向。極的切線方向。 同一直線兩端點(diǎn)的真子午線方同一直線兩端點(diǎn)的真子午線方向收斂于真北向收斂于真北 方向（赤道除方向（赤道除外）。外）。4-12 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。 陀螺儀陀螺儀GP1-2AGP1-2A2磁子午線方向 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(shí)其軸線所指的方向。AP PP P北極北極 P P 磁北極磁北極 磁子午線方向可用羅盤儀測定。磁子午線方向可用羅盤儀測定。 DQL-1DQL-1型森林羅盤儀型森林羅盤儀DQL-1BDQL-1B型森林羅盤儀型森林羅盤儀3 3坐標(biāo)縱軸方向坐標(biāo)縱軸方向坐標(biāo)縱軸方向：坐標(biāo)縱軸方向：

3、坐標(biāo)縱軸坐標(biāo)縱軸所指示的方向。所指示的方向。 由于地面上兩點(diǎn)的真子午線方向和磁由于地面上兩點(diǎn)的真子午線方向和磁子午線方向都是不平行的（赤道上除子午線方向都是不平行的（赤道上除外），這給直線方向的計(jì)算帶來不便。外），這給直線方向的計(jì)算帶來不便。坐標(biāo)縱軸，在任何點(diǎn)所作的坐標(biāo)縱軸與中央子午線平行，便于計(jì)坐標(biāo)縱軸，在任何點(diǎn)所作的坐標(biāo)縱軸與中央子午線平行，便于計(jì) 算直線方向。算直線方向。 （2 2）除投影帶的中央子午線方向與坐標(biāo)縱軸方向一致外，其它點(diǎn)）除投影帶的中央子午線方向與坐標(biāo)縱軸方向一致外，其它點(diǎn)的真子午線方向與坐標(biāo)縱軸方向有一交角的真子午線方向與坐標(biāo)縱軸方向有一交角坐標(biāo)子午線收斂角坐標(biāo)子午線收斂

4、角 。l 坐標(biāo)縱軸方向的坐標(biāo)縱軸方向的特點(diǎn)特點(diǎn)： （1 1）在高斯平面直角坐標(biāo)系中，每個(gè)）在高斯平面直角坐標(biāo)系中，每個(gè)6 6 帶或帶或3 3 帶內(nèi)都以該帶的中央子午線作為帶內(nèi)都以該帶的中央子午線作為1、方位角方位角1）方位角的定義 從直線起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向北端起，順時(shí)針方向量至直線的水平夾角，稱為該直線的方位角；其角值范圍為0 360。12標(biāo)準(zhǔn)方向北端標(biāo)準(zhǔn)方向北端方位角方位角22222三、直線定向的方法三、直線定向的方法標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)方方向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)縱軸方向真方位角（真方位角（A）磁方位角（磁方位角（Am）坐標(biāo)方位角（坐標(biāo)方位角（ ）2磁北磁北真北

5、真北坐標(biāo)北坐標(biāo)北AmA1真方位角真方位角A A：從從真子午線方向的真子午線方向的北端起，順時(shí)針方向到直北端起，順時(shí)針方向到直線的水平角稱為該直線的。線的水平角稱為該直線的。 磁方位角磁方位角A Amm：從磁子午線方向從磁子午線方向的北端起，順時(shí)針方向到直線的北端起，順時(shí)針方向到直線的水平角稱為該直線的。的水平角稱為該直線的。 坐標(biāo)方位角坐標(biāo)方位角 ：從坐標(biāo)縱軸方從坐標(biāo)縱軸方向的北端起，順時(shí)針方向到直向的北端起，順時(shí)針方向到直線的水平角稱為該直線的，線的水平角稱為該直線的，如右圖。如右圖。 3）方位角的表示方法：）方位角的表示方法： 例如例如 12， 表示為坐標(biāo)方位角，表示為坐標(biāo)方位角， 足碼足

6、碼12表示表示1為直線始點(diǎn)，為直線始點(diǎn)，2為終為終 點(diǎn)。點(diǎn)。圖圖4-16三、坐標(biāo)方位角之間三、坐標(biāo)方位角之間 普通測量中，應(yīng)用最多的就是坐標(biāo)方位角。如無特別說明，所提到的方位角均為坐標(biāo)方位角。1 1）正、反方位角及其相互關(guān)系）正、反方位角及其相互關(guān)系正方位角：由直線起點(diǎn)所確定正方位角：由直線起點(diǎn)所確定的方位角。的方位角。 反方位角：由直線終點(diǎn)所確定反方位角：由直線終點(diǎn)所確定的方位角。的方位角。 圖圖 4-17 1212已知，通過連測求得已知，通過連測求得1212邊與邊與2323邊的連接角邊的連接角為為2 2 （右角）、（右角）、 2323邊與邊與3434邊的連接角為邊的連接角為3 3（左角），

7、現(xiàn)推算（左角），現(xiàn)推算2323、3434。1234xxx23341223前進(jìn)方向前進(jìn)方向2)2)坐標(biāo)方位角的傳遞坐標(biāo)方位角的傳遞 常常根據(jù)已知邊的方位角和觀測水平角來常常根據(jù)已知邊的方位角和觀測水平角來推算未知邊的方位角。推算未知邊的方位角。212221231801234xx2312221前進(jìn)方向前進(jìn)方向x3433232333234180 由圖中分析可知：由圖中分析可知：推算坐標(biāo)方位角的通用公式：左右后前180注意：注意： 計(jì)算中，若前360，減360； 若前360 （41720 360）= 5720 45=3418040（ 10360）= 350= 10050 = 4618012510 =

8、10050 18013630 = 10= 5720 18024720 前進(jìn)方向前進(jìn)方向2 2象限角象限角 象限角定義：象限角定義： 標(biāo)準(zhǔn)方向線的標(biāo)準(zhǔn)方向線的北端或南端北端或南端與直線與直線所夾的所夾的銳角銳角稱。稱。 取值范圍：為取值范圍：為0 0 9090 。ww3坐標(biāo)方位角與象限角的換算關(guān)系x(N)x(N)x(N)x(N)y(E)y(E)yy(S)(S)(W)(W)OOOORO1O2RO2O3RO3RO4O41234O1在第象限 R在第象限 180R在第象限 180 R在第象限 360R不考慮子午線收斂角的影響，計(jì)算表不考慮子午線收斂角的影響，計(jì)算表4 42 2中的空白部分。中的空白部分。

9、直線名稱直線名稱正方位角正方位角反方位角反方位角象限角象限角AB AB 南西南西2432 ACAC南東南東52525656 ADAD60 60 1212 AEAE3383381414 204204323224243232307307040412712704042402401212 南西南西606012121581581414北西北西 21214646 一、距離測量概述一、距離測量概述l 距離測量距離測量: : 確定確定空間兩點(diǎn)空間兩點(diǎn)在某基準(zhǔn)面在某基準(zhǔn)面（參考橢球面或水平面）（參考橢球面或水平面）上上的的投影長度，投影長度，就小范圍而言，在水平面上的投影長度即就小范圍而言，在水平面上的投影長度

10、即水平距離。水平距離。 距離測量的方法距離測量的方法: : 視距測量：視距測量：測距精度約為測距精度約為1/2001/2001/300 1/300 鋼尺量距：鋼尺量距：其精度約為其精度約為1/1 000 1/1 000 至幾萬分之一至幾萬分之一 電磁波測距：其精度在幾千分之一到幾十萬分之一電磁波測距：其精度在幾千分之一到幾十萬分之一 4-24-2 鋼尺量距鋼尺量距二、鋼尺量距二、鋼尺量距鋼尺量距的工具：鋼尺、標(biāo)桿、鋼尺量距的工具：鋼尺、標(biāo)桿、測釬測釬、垂球、垂球、拉力計(jì)等。、拉力計(jì)等。 鋼尺的種類：鋼尺的種類： 按形狀來分，有線尺和帶尺；按形狀來分，有線尺和帶尺； 按長度來分，有按長度來分，有

11、20m20m、30m30m和和 50m50m幾種規(guī)格；幾種規(guī)格； 按按零刻劃的位置零刻劃的位置來分，有來分，有 端點(diǎn)尺：端點(diǎn)尺：鋼尺起始端金屬環(huán)的鋼尺起始端金屬環(huán)的 頂部為鋼尺的零點(diǎn)。頂部為鋼尺的零點(diǎn)。 刻線尺：刻線尺：鋼尺的零點(diǎn)在鋼尺起始鋼尺的零點(diǎn)在鋼尺起始 端進(jìn)來一段后的端進(jìn)來一段后的零刻劃位置。零刻劃位置。w 鋼尺量距的步驟：鋼尺量距的步驟： 1 1、直線定線、直線定線 2 2、距離丈量、距離丈量 一、直線定線一、直線定線 當(dāng)距離較長時(shí)，一般要分段丈量當(dāng)距離較長時(shí)，一般要分段丈量 直線定線直線定線要在直線方向上設(shè)立若干標(biāo)記點(diǎn)，分成若干尺段，要在直線方向上設(shè)立若干標(biāo)記點(diǎn)，分成若干尺段，以便

12、分段丈量。以便分段丈量。 標(biāo)記點(diǎn)：標(biāo)記點(diǎn)：花桿、測釬或釘木樁花桿、測釬或釘木樁 直線定線的方法直線定線的方法 目測法目測法 經(jīng)緯儀法經(jīng)緯儀法 測釬測釬標(biāo)桿標(biāo)桿目的：是分段點(diǎn)在待量直線端點(diǎn)的連線上。（1 1）目測法定線）目測法定線（由遠(yuǎn)而近，三點(diǎn)一線）（由遠(yuǎn)而近，三點(diǎn)一線） 在在A A、B B兩點(diǎn)上各豎立一根花桿。兩點(diǎn)上各豎立一根花桿。l 觀測者甲位于觀測者甲位于A A點(diǎn)之后點(diǎn)之后1m1m處，單眼目估處，單眼目估ABAB視線，指揮持花桿者視線，指揮持花桿者乙左右移動(dòng)花桿至直線上定點(diǎn)。乙左右移動(dòng)花桿至直線上定點(diǎn)。l 此法多用于此法多用于普通精度普通精度的鋼尺量距。的鋼尺量距。甲乙（2 2）經(jīng)緯儀法

13、定線）經(jīng)緯儀法定線 在在A A安置經(jīng)緯儀，對(duì)中、整平，安置經(jīng)緯儀，對(duì)中、整平，十字絲豎絲瞄準(zhǔn)另一十字絲豎絲瞄準(zhǔn)另一點(diǎn)點(diǎn)B B，固定照準(zhǔn)部，然后望遠(yuǎn)鏡往下打，指揮另一人在固定照準(zhǔn)部，然后望遠(yuǎn)鏡往下打，指揮另一人在視線上用測釬定點(diǎn)。視線上用測釬定點(diǎn)。 此法可用于一般量距和此法可用于一般量距和精密精密鋼尺量距。鋼尺量距。 二、距離丈量二、距離丈量 一般量距方法一般量距方法 一般量距方法一般量距方法 適用條件：適用條件：當(dāng)量距精度要求為當(dāng)量距精度要求為1/20001/20001/30001/3000時(shí)采用。時(shí)采用。 定線方法：定線方法：目測法或經(jīng)緯儀法。目測法或經(jīng)緯儀法。 w w當(dāng)?shù)孛嫫教箷r(shí)當(dāng)?shù)孛嫫教?/p>

14、時(shí), ,可將鋼尺拉平可將鋼尺拉平, ,直接量測水平距離直接量測水平距離; ; w w對(duì)于傾斜地面，一般采用對(duì)于傾斜地面，一般采用 “ “平量法平量法” ” ; ; w w當(dāng)?shù)孛鎯牲c(diǎn)之間坡度均勻時(shí)也可采用當(dāng)?shù)孛鎯牲c(diǎn)之間坡度均勻時(shí)也可采用“斜量法斜量法”. 1、平坦地面的距離丈量、平坦地面的距離丈量 丈量：在地面平坦量距，可將鋼尺拉平、拉直、用力丈量：在地面平坦量距，可將鋼尺拉平、拉直、用力均勻，并整尺段地丈量，要進(jìn)行均勻，并整尺段地丈量，要進(jìn)行往返往返丈量。丈量。測量成果的計(jì)算與精度評(píng)定： 往返測量結(jié)果分別為： D往 = n l q ， D返 = n l q， n整尺長測段數(shù) l整尺段尺長 q往

15、測丈量的零尺段長 q返測丈量的零尺段長 相對(duì)較差為：若K小于限差,則取往返測均值D均作為最后結(jié)果。 mDDDK1均返往 在平坦地區(qū)，鋼尺量距一般方法的相對(duì)誤差一般不應(yīng)大于1/3 000；在量距較困難的地區(qū)，其相對(duì)誤差也不應(yīng)大于1/1 000。2、傾斜地面的平量法（高處向低處測量） 當(dāng)?shù)孛鎯A斜時(shí)可將鋼尺拉平，用垂球在地面投點(diǎn)（與定線結(jié)合），如圖4-2J2所視。 圖圖4-2圖圖4-2J2若地面較陡，每一尺段可平量多次，見圖4-2。3 3、坡度均勻地面的斜量法、坡度均勻地面的斜量法 當(dāng)當(dāng)?shù)孛鎯A斜且坡度均勻時(shí)，可量斜距地面傾斜且坡度均勻時(shí)，可量斜距L L和地面傾角和地面傾角 （圖（圖4-2J3 4-2

16、J3 ），求出平距），求出平距D D， D=LD=L coscos 注：一般量距均需往返丈量和精度評(píng)定。注：一般量距均需往返丈量和精度評(píng)定。圖圖4-2J3一、定線誤差 （有可能是折線）二、尺長誤差 鋼尺的名義長度和實(shí)際長度不符 ,鋼尺必須經(jīng)過檢定以求得其尺長改正數(shù)。尺長誤差具有系統(tǒng)積累性，它與所量距離成正比。一般量距時(shí)可不作尺長改正； 三、溫度誤差 由于用溫度計(jì)測量溫度，測定的是空氣的溫度，而不是尺子本身的溫度，在夏季陽光曝曬下，此兩者溫度之差可大于5C。因此，量距宜在陰天進(jìn)行，并要設(shè)法測定鋼尺本身的溫度。 三、鋼尺量距的誤差分析三、鋼尺量距的誤差分析四、拉力誤差 鋼尺具有彈性，會(huì)因受拉而伸長

17、。量距時(shí)，如果拉力不等于標(biāo)準(zhǔn)拉力，鋼尺的長度就會(huì)產(chǎn)生變化。精密量距時(shí)，用彈簧秤控制標(biāo)準(zhǔn)拉力，一般量距時(shí)拉力要均勻，不要或大或小。 五、尺子不水平的誤差 鋼尺一般量距時(shí)，如果鋼尺不水平，總是使所量距離偏大。精密量距時(shí)，測出尺段兩端點(diǎn)的高差，進(jìn)行傾斜改正。用普通水準(zhǔn)測量的方法是容易達(dá)到的。 六、鋼尺垂曲和反曲的誤差 鋼尺懸空丈量時(shí)，中間下垂，稱為垂曲。故在鋼尺檢定時(shí)，應(yīng)按懸空與水平兩種情況分別檢定，得出相應(yīng)的尺長方程式，按實(shí)際情況采用相應(yīng)的尺長方程式進(jìn)行成果整理，這項(xiàng)誤差可以不計(jì)。 在凹凸不平的地面量距時(shí)，凸起部分將使鋼尺產(chǎn)生上凸現(xiàn)象，稱為反曲。應(yīng)將鋼尺拉平丈量。 七、丈量本身的誤差 它包括鋼尺刻

18、劃對(duì)點(diǎn)的誤差、插測釬的誤差及鋼尺讀數(shù)誤差等。這些誤差是由人的感官能力所限而產(chǎn)生，誤差有正有負(fù)，在丈量結(jié)果中可以互相抵消一部分，但仍是量距工作的一項(xiàng)主要誤差來源。 綜上所述，精密量距時(shí)，除經(jīng)緯儀定線、用彈簧秤控制拉力外，還需進(jìn)行尺長、溫度和傾斜改正。而一般量距可不考慮上述各項(xiàng)改正。 普通視距測量的精度一般為1/2001/300，但由于操作簡便，不受地形起伏限制，可同時(shí)測定距離和高差，被廣泛用于測距精度要求不高的地形測量中。4-34-3視距測量視距測量一、視距測量原理 進(jìn)行視距測量，要用到視距絲和視距尺。 視距絲即望遠(yuǎn)鏡內(nèi)十字絲分劃板上的上下兩根短 絲，它與中絲平行且等距離。 視距尺是有刻劃的尺子

19、，和水準(zhǔn)尺基本相同。nm視距絲視距絲十字絲十字絲 1視線水平時(shí)的水平距離和高差公式ABnmpnmMN11121314lmnlFf dMFNnFm pfld lpfd fdD flpfDhvi*令則有式中 K視距乘常數(shù)，通常K=100； c 視距加常數(shù)，常數(shù)c值接近零 。故水平距離為*lKlD100 cKlD fc,pfK flpfD A、B兩點(diǎn)間的高差h為 式中 i 儀器高（m）； v 十字絲中絲在視距尺上的讀數(shù)，即中絲讀數(shù)（m）。vih 2視線傾斜時(shí)的水平距離和高差公式ABEMNMN llLKlDhhiiv中中和和在在ENNEMM 43 很小，很小，由于由于 90ENNEMMNNEMME N

20、EEMNM cosMEEM cosENNE coscosENME cosMN cosll cosKllKL 2coscosKlLD A、B兩點(diǎn)間的高差h為：vihh 式中 h高差主值（也稱初算高差）。 sinLh sincosKl 2sin21Kl vihh viKl 2sin21HAHBABABhHH * 視線傾斜時(shí)水平距離的計(jì)算公式為： 視線傾斜時(shí)高差的計(jì)算公式為： 2cosKlD viKlh 2sin21二、視距測量的施測與計(jì)算1視距測量的施測 （1）在A點(diǎn)安置經(jīng)緯儀，量取儀器高，在B點(diǎn)豎立視距尺。 （2）盤左（或盤右）位置，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)B點(diǎn)視距尺，分別讀取上、下、中三絲讀數(shù)，并算出尺

21、間隔l。 （3）轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，使豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤讀數(shù)，并計(jì)算垂直角。測站：測站：測站高程：測站高程： 儀器高：儀器高： 儀器：儀器：測測點(diǎn)點(diǎn)下絲讀數(shù)下絲讀數(shù)上絲讀數(shù)上絲讀數(shù) 中絲中絲讀數(shù)讀數(shù)v/ m 豎盤豎盤讀數(shù)讀數(shù)L 垂直角垂直角 水平水平距離距離D/ m 除算除算高差高差h/ m 高差高差h/ m 高程高程H/ m 備注備注 尺間隔尺間隔lm 視距測量記錄與計(jì)算手簿*A+45.37m1.45mDJ6B2.2370.6631.451.57487 41 12 +2 18 48 157.14 +6.35 +6.35 +51.72盤盤左左位位置置C2.4451.555

22、2.000.89095 17 36 -5 17 36 88.24-8.18-8.73 +36.64* 2視距測量的計(jì)算例例 以“視距測量記錄”表中的已知數(shù)據(jù)和測點(diǎn)B的觀測數(shù)據(jù)為例，計(jì)算A、B兩點(diǎn)間的水平距離和B點(diǎn)的高程。解 * 21cosKlDAB ( () ) 284812cosm574. 1100 m14.157 2sin21Klh ( () ) 848122sinm574. 110021 m35. 6 vihhA Bm45. 1m45. 1m35. 6 m35. 6 1BABAhHH m35. 6m37.45 m72.51 三、視距測量的誤差來源及消減方法 1用視距絲讀取尺間隔的誤差 讀

23、取視距尺間隔的誤差是視距測量誤差的主要來源，因?yàn)橐暰喑唛g隔乘以常數(shù)，其誤差也隨之?dāng)U大100倍。讀數(shù)時(shí)注意消除視差，認(rèn)真讀取視距尺間隔。 2垂直角測定誤差從視距測量原理可知，垂直角誤差對(duì)于水平距離影響不顯著，而對(duì)高差影響較大，故用視距測量方法測定高差時(shí)應(yīng)注意準(zhǔn)確測定垂直角。 3標(biāo)尺傾斜誤差標(biāo)尺立不直，前后傾斜時(shí)將給視距測量帶來較大誤差，其影響隨著尺子傾斜度和地面坡度的增加而增加。標(biāo)尺必須嚴(yán)格鉛直（尺上應(yīng)有水準(zhǔn)器），特別是在山區(qū)作業(yè)時(shí)。 4外界條件的影響 （1）大氣垂直折光影響。 （2）空氣對(duì)流使成像不穩(wěn)定產(chǎn)生的影響。4-44-4光電測距光電測距一、測距儀分類 1 . 按光源分類 紅外光源：采用砷

24、化鎵發(fā)光二極管發(fā)出不可見的紅外光，目前工程測量中所使用的短程測距儀大都采用此光源。 激光光源：采用固體激光器、氣體激光器或半導(dǎo)體激光器發(fā)出的方向性強(qiáng)、亮度高、相干性好的激光作光源，一般用于中遠(yuǎn)程測距儀上。 電磁波測距儀是用電磁波（光波或微波）作為載波傳輸測距信號(hào)以測量兩點(diǎn)間距離的一種方法。2. 2. 按測程分類按測程分類 短程光電測距儀短程光電測距儀：測程小于：測程小于3 3公里，公里，用于工程測量。用于工程測量。 中程光電測距儀中程光電測距儀：測程為：測程為3 31515公里，通常用于一般等公里，通常用于一般等級(jí)控制測量。級(jí)控制測量。 遠(yuǎn)程光電測距儀遠(yuǎn)程光電測距儀：測程大于測程大于1515公

25、里公里，通常用于國家三通常用于國家三角網(wǎng)及特級(jí)導(dǎo)線。角網(wǎng)及特級(jí)導(dǎo)線。 3. 3. 按測距精度分類按測距精度分類 光電測距儀精度，可按光電測距儀精度，可按1 1公里測距中誤差，劃分公里測距中誤差，劃分為為3 3級(jí)：級(jí)：級(jí)：級(jí)：mmD D 5mm5mm；級(jí)：級(jí)：5mm5mmmmD D10mm10mm；級(jí)：級(jí)：10mm10mmmmD D20mm20mm。 電磁波測距儀的優(yōu)點(diǎn)： 1、測程遠(yuǎn)、精度高。 2、受地形限制少等優(yōu)點(diǎn)。 3、作業(yè)快、工作強(qiáng)度低。工程測量中應(yīng)用較多的是短程 紅外光電測距儀。 光電測距儀是通過測量光波在待測距離光電測距儀是通過測量光波在待測距離D D上上往、返傳播的往、返傳播的時(shí)間時(shí)

26、間t t2D2D，計(jì)算待測，計(jì)算待測距離距離D D：式中：式中：c 光波在空氣中的傳播速度光波在空氣中的傳播速度D221ctD一、測距原理w w 測量距離的精度將主要取決于測量距離的精度將主要取決于測量時(shí)間的精度測量時(shí)間的精度w在電子測距中測量時(shí)間一般采用兩種方法在電子測距中測量時(shí)間一般采用兩種方法 ( (1) 1) 直接測定時(shí)間直接測定時(shí)間：如：如電子脈沖法電子脈沖法( (美：最先進(jìn)僅達(dá)到美：最先進(jìn)僅達(dá)到0.3m0.3m的精度）的精度） ( (2) 間接的測定時(shí)間間接的測定時(shí)間：相位法相位法(通過測量電磁波信通過測量電磁波信號(hào)往返傳播所產(chǎn)生的相位移來間接的測定時(shí)間號(hào)往返傳播所產(chǎn)生的相位移來間

27、接的測定時(shí)間)。 1、脈沖式 脈沖式光電測距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)制成一定頻率的尖脈沖，通過測量發(fā)射的尖脈沖在待測距離上往返傳播的時(shí)間來計(jì)算距離。脈沖測距原理圖002fqqTtD：脈沖的振蕩頻率0fq：計(jì)數(shù)器計(jì)得的時(shí)鐘 脈沖個(gè)數(shù) 計(jì)數(shù)器只能記憶整數(shù)個(gè)時(shí)鐘脈沖，不足一周期的時(shí)間被丟掉了。測距精度較低，一般在“米”級(jí)，最好的達(dá)“分米”級(jí)。2、相位式 相位式光電測距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成正弦波的形式，通過測量正弦光波在待測距離上往、返傳播的相位移來解算時(shí)間。 將返程的正弦波以棱鏡站為中心對(duì)稱展開后的圖形： 如圖為測距儀發(fā)出經(jīng)調(diào)制的按正弦波變化的調(diào)制信號(hào)如圖為測距儀發(fā)出經(jīng)調(diào)制的按正弦波變化的調(diào)制信號(hào)的往

28、返傳播情況。的往返傳播情況。 v信號(hào)的周期為信號(hào)的周期為T T，一個(gè)周期信號(hào)的相位變化為一個(gè)周期信號(hào)的相位變化為2 2 ， v信號(hào)往返所產(chǎn)生的相位移為信號(hào)往返所產(chǎn)生的相位移為:圖圖4-7v信號(hào)的周期為信號(hào)的周期為T T，一個(gè)周期信號(hào)的相位變化為一個(gè)周期信號(hào)的相位變化為2 2 ， v信號(hào)往返所產(chǎn)生的相位移為信號(hào)往返所產(chǎn)生的相位移為: : 式中式中 f f調(diào)制信號(hào)的頻率；調(diào)制信號(hào)的頻率； t t調(diào)制信號(hào)往返傳播的時(shí)間；調(diào)制信號(hào)往返傳播的時(shí)間； c c調(diào)制信號(hào)在大氣中的傳播速度；調(diào)制信號(hào)在大氣中的傳播速度； 調(diào)制信號(hào)的波長。調(diào)制信號(hào)的波長。)(2222122121)(2)(2cfcfcctDABbf

29、taftfffff距離：則：如如圖圖4-74-7，信號(hào)往返所產(chǎn)生的相位移為：，信號(hào)往返所產(chǎn)生的相位移為： f fNN2 2 f f 2 2 （NN ） （d d） 式中：式中：NN為相位移的整周期數(shù)為相位移的整周期數(shù),f f為不足一周期的尾數(shù)。將其代入為不足一周期的尾數(shù)。將其代入c c 式式( D = (c / 2f )( D = (c / 2f )( ( f f / 2/ 2 ) ) 得：得： D D （NN ） （NNNN） （4 41313） 式中：式中： ，為調(diào)制正弦波信號(hào)的波長；，為調(diào)制正弦波信號(hào)的波長； NN 。 令令 u u，上式可寫成，上式可寫成 ： D Du u（NN NN）

30、 （4 41414）f221fcf22fcf22 Du（NN） （414） w 可以理解為用一把長度為可以理解為用一把長度為“ “ u ”u ”的的“光測尺光測尺”量距，量距，NN為整為整尺段數(shù)，尺段數(shù)，NN為不足一整尺段的尾數(shù)為不足一整尺段的尾數(shù), ,相當(dāng)于鋼尺量距相當(dāng)于鋼尺量距D=D=nlnl + + q q 。w w 但儀器用于測量相位的裝置（稱相位計(jì)）只能測量出但儀器用于測量相位的裝置（稱相位計(jì)）只能測量出f f, ,即尺段尾數(shù)即尺段尾數(shù)N(N = N(N = f f / 2 / 2 ) )，而不能測量整周數(shù)，而不能測量整周數(shù)NN。如：。如：當(dāng)測尺長度為當(dāng)測尺長度為u u10m10m時(shí)

31、，要測量距離為時(shí)，要測量距離為835.486m835.486m時(shí)，測量出時(shí)，測量出的距離只能為的距離只能為5.486m5.486m，即此時(shí)只能測量小于，即此時(shí)只能測量小于10m10m的距離。的距離。 w 為了能得到距離的單解值，可將調(diào)制頻率降低，使調(diào)制波為了能得到距離的單解值，可將調(diào)制頻率降低，使調(diào)制波長長大于待測距離的大于待測距離的2 2倍，這時(shí)待測距離的相位移即為倍，這時(shí)待測距離的相位移即為f f 。如。如圖圖4-J24-J2; ; 將相位計(jì)記錄的將相位計(jì)記錄的f f 轉(zhuǎn)換為距離，在測距儀的顯示窗轉(zhuǎn)換為距離，在測距儀的顯示窗中顯示出來。中顯示出來。w 儀器的測相精度只有儀器的測相精度只有1

32、/10001/1000，故當(dāng)測尺距離越長，距離測量，故當(dāng)測尺距離越長，距離測量誤差越大，例如：誤差越大，例如： 當(dāng)當(dāng)f f1 1=15MH=15MHZ Z時(shí)，測尺長度時(shí)，測尺長度/2/2=10m=10m，距離誤差為，距離誤差為 0.01m0.01m， 當(dāng)當(dāng)f f2 2=150KH=150KHZ Z時(shí)，測尺長度時(shí)，測尺長度/2/2=1000m=1000m，距離誤差為，距離誤差為 1m1m。圖圖4-J2 AAB例：例：測量距離時(shí)采用測量距離時(shí)采用 u u1 110m10m和和 u u2 21 000m1 000m測尺，測尺， 測量結(jié)果如下：測量結(jié)果如下： 精測精測 結(jié)果結(jié)果 5. 486 5. 4

33、86 粗測結(jié)果粗測結(jié)果 835. 4 835. 4 儀器顯示儀器顯示 835. 486835. 486w w 為了兼顧測程和精度，為了兼顧測程和精度，儀器中采用一組測尺配合測距，儀器中采用一組測尺配合測距， “粗測尺粗測尺（長度較大的測尺長度較大的測尺：如：如：1000m)”1000m)”， “ “精測尺精測尺（長度較小的測尺長度較小的測尺：如：如：10m10m）”. . 同時(shí)測距，然后將粗測結(jié)果和精測結(jié)果組合得最后結(jié)果。同時(shí)測距，然后將粗測結(jié)果和精測結(jié)果組合得最后結(jié)果。 粗測尺保證了測程，精測尺保證了精度。粗測尺保證了測程，精測尺保證了精度。 三、測距儀的檢驗(yàn)三、測距儀的檢驗(yàn) 測距成果受到多

34、種因素的影響，其中一部分和儀器測距成果受到多種因素的影響，其中一部分和儀器本身有關(guān)。為了順利地獲取正確的觀測數(shù)據(jù)，必須進(jìn)本身有關(guān)。為了順利地獲取正確的觀測數(shù)據(jù)，必須進(jìn)行行測距儀的檢驗(yàn)。測距儀的檢驗(yàn)。v檢驗(yàn)時(shí)機(jī)：檢驗(yàn)時(shí)機(jī)：對(duì)新購置的儀器或經(jīng)過修理的測距儀，在對(duì)新購置的儀器或經(jīng)過修理的測距儀，在使用前一般要進(jìn)行全面檢驗(yàn)。使用前一般要進(jìn)行全面檢驗(yàn)。 v 檢驗(yàn)的項(xiàng)目：檢驗(yàn)的項(xiàng)目：很多，其中很多，其中加常數(shù)、乘常數(shù)加常數(shù)、乘常數(shù)是儀器的是儀器的兩項(xiàng)主要系統(tǒng)誤差。兩項(xiàng)主要系統(tǒng)誤差。1. 1.加常數(shù)加常數(shù) K K 及簡易測定及簡易測定v加常數(shù)的成因：加常數(shù)的成因：是由于儀器電子中心與其機(jī)械中心不是由于儀器電

35、子中心與其機(jī)械中心不重合而形成的，是電磁波信號(hào)往返傳播路程的重合而形成的，是電磁波信號(hào)往返傳播路程的1/21/2和和所測距離的差值。所測距離的差值。 v簡易測定：簡易測定：在地面上用木樁標(biāo)出一直線在地面上用木樁標(biāo)出一直線ABCABC，樁頂用，樁頂用小釘表示點(diǎn)位。用測距儀分別測量出小釘表示點(diǎn)位。用測距儀分別測量出ABAB、BCBC、ACAC的的長度，則長度，則 AC+K=AC+K=（AB+KAB+K）+ +（BC+KBC+K）K=ACK=AC（AB+BCAB+BC）v特點(diǎn)：特點(diǎn)：這種方法簡便，但精度不高這種方法簡便，但精度不高，只能用于粗略測只能用于粗略測定或檢查加常數(shù)的變動(dòng)情況。定或檢查加常數(shù)

36、的變動(dòng)情況。2.2.乘常數(shù)乘常數(shù) R R 的概念的概念 乘常數(shù)產(chǎn)生：乘常數(shù)產(chǎn)生：主要是由于主要是由于測距頻率偏移測距頻率偏移而產(chǎn)生的。而產(chǎn)生的。 所謂乘常數(shù)，就是當(dāng)頻率所謂乘常數(shù)，就是當(dāng)頻率( )( )偏離其標(biāo)準(zhǔn)值而偏離其標(biāo)準(zhǔn)值而 引起一個(gè)計(jì)算改正數(shù)的乘系數(shù)，也稱比例因子。引起一個(gè)計(jì)算改正數(shù)的乘系數(shù)，也稱比例因子。 cf 四、測距成果計(jì)算四、測距成果計(jì)算 測距成果化算測距成果化算 氣象改正氣象改正 加常數(shù)改正加常數(shù)改正 乘常數(shù)改正乘常數(shù)改正 傾斜改正傾斜改正1 1氣象改正氣象改正 l l 測距公式中電磁波在大氣中的傳播速度測距公式中電磁波在大氣中的傳播速度c c 隨氣象條件變化隨氣象條件變化而

37、變化；而儀器中只能按一個(gè)固定值計(jì)算測距值。因此應(yīng)進(jìn)行氣而變化；而儀器中只能按一個(gè)固定值計(jì)算測距值。因此應(yīng)進(jìn)行氣象改正。象改正。 氣象改正氣象改正根據(jù)測距時(shí)的氣象條件對(duì)測距成果進(jìn)行改正根據(jù)測距時(shí)的氣象條件對(duì)測距成果進(jìn)行改正 。不同的儀器給出的氣象改正公式也不盡相同，一般在其使用說明不同的儀器給出的氣象改正公式也不盡相同，一般在其使用說明書中給出。書中給出。 日本產(chǎn)日本產(chǎn)TOPCONTOPCON牌的測距儀給出的氣象改正公式為：牌的測距儀給出的氣象改正公式為： K Ka a（279.66279.66 ）1010-6-6 （4 41717） 式中式中: : p p大氣壓力（大氣壓力（PaPa）; ;

38、t t大氣溫度大氣溫度()()tp15.27395. 7 l 氣壓氣壓P P的單位的單位： 我國我國: mb: mb（毫巴）、（毫巴）、mmHgmmHg（毫米汞柱）（毫米汞柱） l 國際國際 : Pa: Pa（帕）、（帕）、100Pa100Pa（百帕）、（百帕）、kPakPa（千帕）（千帕）l 1 mb1 mb=0.75005 mmHg=100Pa=0.75005 mmHg=100Pa（百帕）（百帕） l 大氣改正圖：有的儀器說明書上還給出了大氣改正圖：有的儀器說明書上還給出了，根據(jù)大，根據(jù)大氣改正圖可方便地查取氣象改正值。氣改正圖可方便地查取氣象改正值。氣象改正數(shù)氣象改正數(shù)K Ka a的計(jì)算

39、公式中有的是按公里數(shù)的計(jì)算公式中有的是按公里數(shù) ( (1010-6-6) )求出的求出的, ,有的是按百米數(shù)有的是按百米數(shù)mm/mm/百米求出的百米求出的. .2 2加、乘常數(shù)改正加、乘常數(shù)改正 w w 加常數(shù)與距離的長短無關(guān)，即：加常數(shù)與距離的長短無關(guān)，即： 加常數(shù)改正值加常數(shù)改正值=加常數(shù)本身加常數(shù)本身 w w 乘常數(shù)一般以乘常數(shù)一般以mm/mm/百米或百米或mm/mm/公里公里表示，表示， 乘常數(shù)改正值乘常數(shù)改正值=乘常數(shù)乘常數(shù)距離距離 3 3傾斜改正傾斜改正l改正后斜距化算為測站所在水準(zhǔn)面上的距離改正后斜距化算為測站所在水準(zhǔn)面上的距離； 傾斜改正公式傾斜改正公式： D D S Scos

40、cos （418） 式中式中 S S施加了氣象改正、加、乘常數(shù)改正的斜距；施加了氣象改正、加、乘常數(shù)改正的斜距； 豎直角豎直角。l考慮到地球曲率及大氣折光的影響時(shí)考慮到地球曲率及大氣折光的影響時(shí), ,上式變?yōu)樯鲜阶優(yōu)?D D S Scoscos S S2 2sinsincos cos （4 41919）式中式中 ： K K為大氣折光系數(shù)，一般取為為大氣折光系數(shù)，一般取為0.130.13； R R為地球半徑。為地球半徑。 l注意上式所求為測站的發(fā)射器所在的水準(zhǔn)面上的距離注意上式所求為測站的發(fā)射器所在的水準(zhǔn)面上的距離。RK22(1) (1) 防止日曬雨淋，在儀器使用和運(yùn)輸中應(yīng)注意防震。防止日曬雨淋

41、，在儀器使用和運(yùn)輸中應(yīng)注意防震。(2) (2) 嚴(yán)防陽光及強(qiáng)光直射物鏡，以免損壞光電器件。嚴(yán)防陽光及強(qiáng)光直射物鏡，以免損壞光電器件。(3) (3) 儀器長期不用時(shí)，應(yīng)將電池取出。儀器長期不用時(shí)，應(yīng)將電池取出。 (4)(4) 測線應(yīng)離開地面障礙物一定高度，避免通過發(fā)熱體測線應(yīng)離開地面障礙物一定高度，避免通過發(fā)熱體 和較寬水面上空，避開強(qiáng)電磁場干擾的地方。和較寬水面上空，避開強(qiáng)電磁場干擾的地方。(5)(5) 鏡站的后面不應(yīng)有反光鏡和強(qiáng)光源等背景干擾。鏡站的后面不應(yīng)有反光鏡和強(qiáng)光源等背景干擾。(6)(6) 應(yīng)在大氣條件比較穩(wěn)定和通視良好的條件下觀測。應(yīng)在大氣條件比較穩(wěn)定和通視良好的條件下觀測。五、測

42、距儀使用注意事項(xiàng)五、測距儀使用注意事項(xiàng)4-54-5全站儀簡介全站儀簡介 w w 全站儀全站儀（全稱為全站型電子速測儀），是指能完成一個(gè)測（全稱為全站型電子速測儀），是指能完成一個(gè)測站上的全部測量工作的儀器。站上的全部測量工作的儀器。( (圖圖4-9)4-9)左圖：左圖： Topcon Topcon ( (日日) ) 右圖：右圖： Trimble Trimble ( (德蔡司德蔡司) ) w w 全站儀的功能：全站儀的功能： 1) 1)在野外測量中，其必須具備采集水平角、豎直在野外測量中，其必須具備采集水平角、豎直角和傾斜距離三種基本數(shù)據(jù)的基本功能角和傾斜距離三種基本數(shù)據(jù)的基本功能; ; 2)

43、2)還需要計(jì)算坐標(biāo)、方位角、高差、高程等數(shù)還需要計(jì)算坐標(biāo)、方位角、高差、高程等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由三種基本數(shù)據(jù)經(jīng)儀器內(nèi)部的微處理據(jù)，這些數(shù)據(jù)由三種基本數(shù)據(jù)經(jīng)儀器內(nèi)部的微處理器的處理得到。器的處理得到。 全站儀實(shí)際上是一種將光電測距儀和電子經(jīng)緯儀合全站儀實(shí)際上是一種將光電測距儀和電子經(jīng)緯儀合為一體的儀器，是由光電測距儀、電子經(jīng)緯儀和數(shù)為一體的儀器，是由光電測距儀、電子經(jīng)緯儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。據(jù)處理系統(tǒng)組成。全站儀的基本操作方法全站儀的基本操作方法 按按POWERPOWER或或ONON鍵，開機(jī)后儀器進(jìn)行自檢，自檢鍵，開機(jī)后儀器進(jìn)行自檢，自檢結(jié)束后進(jìn)入測量狀態(tài)。有的全站儀自檢結(jié)束后須設(shè)置結(jié)束后進(jìn)入測量狀態(tài)。有的全站儀自檢結(jié)束后須設(shè)置水平度盤與豎盤指標(biāo)，設(shè)置水平度盤指標(biāo)的方法是旋水平度