測量員崗位知識第四章距離測量

測量員崗位實(shí)務(wù)知識第四章距離測量第一節(jié)鋼尺量距第二節(jié)電磁波測距鋼尺量距視距測量

光電測距GPS測量距離測量的方法距離測量：測量地面兩點(diǎn)之間的水平距離。用于平坦地區(qū)的短距離量距，易受地形限制。利用經(jīng)緯儀或水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡中的視距絲及視距標(biāo)尺按幾何光學(xué)原理測距。適合于低精度的近距離（200m以內(nèi)）測量。用儀器發(fā)射并接收電磁波，通過測量電磁波在待測距離上往返傳播的時間計算出距離。一般用于高精度的遠(yuǎn)距離測量和近距離的細(xì)部測量。利用兩臺GPS接收機(jī)接收空間軌道上4顆以上GPS衛(wèi)星發(fā)射的載波信號，通過一定的測量和計算方法，求出兩臺GPS接收機(jī)天線相位中心的距離。水平距離：兩點(diǎn)沿鉛垂方向在水平面上的投影§4.1鋼尺量距一、概述鋼尺測距法是利用具有標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼尺直接測量地面兩點(diǎn)間的距離，又稱距離丈量。特點(diǎn)：方法簡單，受地形限制，適于平坦地區(qū)短距離。工作步驟：1直線定線：將分段點(diǎn)標(biāo)定在一條直線上2量距3數(shù)據(jù)整理2、地面點(diǎn)標(biāo)志設(shè)立要丈量地面上兩點(diǎn)間的水平距離，就需要用標(biāo)志把點(diǎn)固定下來，標(biāo)志的種類應(yīng)根據(jù)測量的具體要求和使用年限來選擇采用。點(diǎn)的標(biāo)志可分為臨時性和永久性兩種。臨時性標(biāo)志可采用木樁打入地中，樁頂略高于地面，并在樁頂釘一小釘或畫一個十字表示點(diǎn)的位置，如圖4-1a)所示。永久性標(biāo)志可用石樁或混凝土樁，在石樁頂刻十字或在混凝土樁頂埋入刻有十字的鋼柱以表示點(diǎn)位，如圖4-1b)所示。為了能明顯的看到遠(yuǎn)處目標(biāo)，可在樁頂?shù)狞c(diǎn)位上豎立標(biāo)桿，標(biāo)桿的頂端系一紅白小旗，標(biāo)桿也可用標(biāo)桿架或拉繩將標(biāo)桿豎立在點(diǎn)上，如圖4-2所示。圖4-1標(biāo)志示意圖

圖4-2標(biāo)志示意圖圖4-3丈量工具——尺主要包括鋼尺、標(biāo)桿、測釬、垂球等鋼尺—端點(diǎn)尺和刻劃尺鋼尺垂球測釬標(biāo)桿彈簧秤2、量距工具與設(shè)備鋼尺如圖4-3a)所示，由帶狀薄鋼條制成，有手柄式和皮盒式兩種。長度有20m、30m、50m幾種。尺的最小刻劃為1cm或5mm或1mm。按尺的零點(diǎn)位置可分為端點(diǎn)尺和刻線尺兩種。端點(diǎn)尺是從尺的端點(diǎn)開始，如圖4-4a)所示。端點(diǎn)尺適用于從建筑物墻邊開始丈量。刻線尺是從尺上刻的一條橫線作為起點(diǎn)，如圖4-4b)所示。使用鋼尺時必須注意鋼尺的零點(diǎn)位置，以免發(fā)生錯誤。圖4-4尺端點(diǎn)示意圖標(biāo)桿又稱花桿，長為2m或3m，直徑為3~4cm，用木桿或玻璃鋼管或空心鋼管制成，桿上按20cm間隔涂上紅白漆，桿底為錐形鐵腳，用于顯示目標(biāo)和直線定線。測釬用粗鐵絲制成，長為30cm或40cm，上部彎一個小圈，可套入環(huán)內(nèi)，在小圈上系一醒目的紅布條，一般一組測釬有6根或11根。在丈量時用它來標(biāo)定尺端點(diǎn)位置和計算所量過的整尺段數(shù)。垂球是由金屬制成的，似圓錐形，上端系有細(xì)線，是對點(diǎn)的工具。有時為了克服地面起伏的障礙，垂球常掛在標(biāo)桿架上使用。二、直線定線

直線定線(linealignment)就是當(dāng)兩點(diǎn)間距較長或地勢起伏較大時，要分成幾段進(jìn)行距離丈量，為了使所量距離為直線距離，需要在兩點(diǎn)連線方向上豎立一些標(biāo)志，并把這些標(biāo)志標(biāo)定在已知直線上。在丈量精度不高時，可用目估法定線，如果精度要求較高時，則要用經(jīng)緯儀定線。下面簡要敘述兩種目估定線方法。如圖4-6所示，設(shè)A、B為直線的兩端點(diǎn)，需要在A、B之間標(biāo)定①、②等點(diǎn)，使其與A、B成一直線。其定線方法是：先在A、B點(diǎn)上豎立標(biāo)桿，觀測者站在A點(diǎn)后1~2cm處，由A端瞄向B點(diǎn)，使單眼的視線與標(biāo)桿邊緣相切，以手勢指揮①點(diǎn)上的持標(biāo)桿者左右移動，直至A、①、B三點(diǎn)在一條直線上，然后將標(biāo)桿豎直地插在①點(diǎn)上。用同樣的力法進(jìn)行標(biāo)定②點(diǎn)，最后把①、②點(diǎn)都標(biāo)定在直線A、B上。

1．標(biāo)桿定線（目估定線）圖4-6直線定線示意圖

2.細(xì)繩定線（又稱拉線定線）定線時，先在直線Ａ＼Ｂ兩點(diǎn)間拉一細(xì)繩，然后沿著細(xì)繩按照定線點(diǎn)間的間距要小于一整尺子的要求定出各中間點(diǎn)，并作上相應(yīng)的標(biāo)記

將經(jīng)緯儀安置于A點(diǎn)，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)，然后在AB的視線上用鋼尺量距，依次定出比鋼尺一整尺略短的尺段端點(diǎn)1，2，…。在各尺段端點(diǎn)打入木樁，樁頂高出地面5cm～10cm，在每個樁頂刻劃十字線，其中一條在AB方向上，另一條垂直AB方向，以其交點(diǎn)作為鋼尺讀數(shù)的依據(jù)。A1325B43、經(jīng)緯儀定線法（一般用于精密量距）儀器定線：如下圖４．兩點(diǎn)間互不通視的定線如圖4-7所示，設(shè)AB兩點(diǎn)在山頭兩側(cè)，互不通視。定線時，甲持標(biāo)桿選擇靠近AB方向的①1點(diǎn)立標(biāo)桿，①1點(diǎn)要靠近A點(diǎn)并能看見Ｂ點(diǎn)。甲指揮乙將所持標(biāo)桿定在①1B直線上，標(biāo)定出②1點(diǎn)位置，要求②1點(diǎn)靠近B點(diǎn)，并能看見A點(diǎn)。然后由乙指揮甲把標(biāo)桿移動到②1A直線上，定出①2點(diǎn)。這樣互相指揮，逐漸趨近，直到①點(diǎn)在A②直線上，②點(diǎn)在①B直線上為止。這時①、②兩點(diǎn)就在A、B直線上了。

圖4-7兩點(diǎn)間不通視定線示意圖三、普通鋼尺量距方法要丈量平坦地面上A、B兩點(diǎn)間的距離，其做法是：先在標(biāo)定好的A、B兩點(diǎn)立標(biāo)桿，進(jìn)行直線定線，如圖4-8a)所示，然后進(jìn)行丈量。丈量時后尺手拿尺的零端，前尺手拿尺的末端，兩尺手蹲下，后尺手把零點(diǎn)對準(zhǔn)A點(diǎn)，喊“預(yù)備”，前尺手把尺邊近靠定線標(biāo)志釬，兩人同時拉緊尺子，當(dāng)尺拉穩(wěn)后，后尺手喊“好”，前尺手對準(zhǔn)尺的終點(diǎn)刻劃將一測釬豎直插在地面上，如圖4-8b)所示。這樣就量完了第一尺段。1．在平坦地面上的距離測量用同樣的方法，繼續(xù)向前量第二、第三…第N尺段。量完每一尺段時，后尺手必須將插在地面上的測釬拔出收好，用來計算量過的整尺段數(shù)。最后量不足一整尺段的距離，如圖4-9所示。當(dāng)丈量到B點(diǎn)時，由前尺手用尺上某整刻劃線對準(zhǔn)終點(diǎn)B，后尺手在尺的零端讀數(shù)至mm，量出零尺段長度l。平坦地面的距離丈量的方法整尺法A、B兩點(diǎn)間的水平距離為：式中：n—尺段數(shù)；

l—

鋼尺的尺長；

q—不足一整尺的余長。距離丈量要求：“直、平、準(zhǔn)”，1/1000~1/5000圖4-9距離丈量示意圖

圖4-8距離丈量示意圖距離丈量動畫上述過程稱為往測，往測的距離用下式計算：D=nl+q(4-1)式中：l——整尺段的長度；n——丈量的整尺段數(shù)；q——零尺段長度。接著再調(diào)轉(zhuǎn)尺頭用以上方法，從B至A進(jìn)行返測，直至A點(diǎn)為止。然后再依據(jù)(4-1)式計算出返測的距離。一般往返各丈量一次稱為一測回，在符合精度要求時，取往返距離的平均值作為丈量結(jié)果。量距記錄表見表4-1。為了校核、提高精度，丈量需進(jìn)行往、返測，用往、返測長度之差與全長平均數(shù)之比，并化成分子為1的分?jǐn)?shù)來衡量距離丈量的精度。這個比值稱為相對誤差K：

平坦地區(qū)鋼尺量距相對誤差不應(yīng)大于1/3000，量距困難地區(qū)，相對誤差不應(yīng)大于1/1000.如在限差內(nèi)取往返測的平均值作為最終結(jié)果。量距精度評定例1

用30m長的鋼尺往返丈量A、B兩點(diǎn)間的水平距離，丈量結(jié)果分別為：往測4個整尺段，余長為9.98m；返測4個整尺段，余長為10.02m。計算A、B兩點(diǎn)間的水平距離DAB及其相對誤差K。解：工程名稱：×-×

日期：2006.01.08量距：×××;×××鋼尺型號：5#(30m)

天氣：晴天

記錄：×××測線整尺段零尺段總計較差精度平均值備注AB往5

3013.863163.8630.0681/2

400163.829要求1/2

000返5

3013.793163.793量距記錄表

當(dāng)?shù)孛嫫露容^大，不可能將整根鋼尺拉平丈量時，則可將直線分成若干小段進(jìn)行丈量。每段的長度視坡度大小、量距的方便而定。

在困難地區(qū)鋼尺量距相對誤差不應(yīng)大于1/1000（1）平量法ABDl1l2l3l4ABDl1l2l3l4（2）斜量法

ABLDh傾斜地面的量距當(dāng)?shù)孛嫔杂袃A斜時，可把尺一端稍許抬高，就能按整尺段依次水平丈量，如圖4-10a)所示，分段量取水平距離，最后計算總長。若地面傾斜較大，則使尺子一端靠高地點(diǎn)樁頂，對準(zhǔn)端點(diǎn)位置，尺子另一端用垂球線緊靠尺子的某分劃，將尺拉緊且水平。放開垂球線，使它自由下墜，垂球尖端位置，即為低點(diǎn)樁頂。然后量出兩點(diǎn)的水平距離，如圖4-10b)所示。在傾斜地面上丈量，仍需往返進(jìn)行，在符合精度要求時，取其平均值做為丈量結(jié)果。圖4-10

平坦地區(qū)與傾斜地面丈量示意圖

斜量法平量法：距離累加即可四、鋼尺量距精密方法精度在1/10000~1/40000以上A321B2、量距、測高差然后用檢定過的鋼尺用彈簧秤加標(biāo)準(zhǔn)拉力，丈量每一線段長度。丈量同時應(yīng)測出鋼尺溫度或現(xiàn)場溫度，并用水準(zhǔn)儀測量每一線段兩端點(diǎn)的高差。應(yīng)往返測。1、經(jīng)緯儀定線

先清理場地，用鋼尺概量、經(jīng)緯儀定線定出略小于一整尺段的長度，并做好標(biāo)記（劃十字絲）。

量距是用經(jīng)過檢定的鋼尺，兩人拉尺，兩人讀數(shù)，一人記錄及觀測溫度。量距時由后尺手用彈簧秤控制施加于鋼尺的拉力(30m鋼尺，標(biāo)準(zhǔn)拉力為100N)。前、后讀數(shù)員應(yīng)同時在鋼尺上讀數(shù)，估讀到0.5mm。每尺段要移動鋼尺三次不同位置（2~3cm），三次丈量結(jié)果的互差不應(yīng)超過3mm，取三段丈量結(jié)果的平均值作為尺段的最后結(jié)果。每一尺段應(yīng)讀記一次溫度，估讀0.5度；進(jìn)行溫度。隨之進(jìn)行返測。觀測各樁頂高差進(jìn)行傾斜改正。高差測量往返觀測，30m長的尺段高差<=5~10mm，取其平均值作為觀測結(jié)果。

經(jīng)過檢定的鋼尺長度可用尺長方程示：—溫度為t時的鋼尺實(shí)際長度；—鋼尺的名義長度；—尺長改正值，即溫度在時鋼尺全長改正數(shù)；—鋼尺膨脹系數(shù)，一般取α=1.25×—鋼尺檢定時的溫度；—量距時的溫度。尺長方程式尺長改正整尺段的尺長改正：任一長度的尺長改正：溫度改正

丈量時的溫度與鋼尺檢定時的溫度不同，尺長會發(fā)生變化。3.鋼尺量距的成果整理傾斜改正任一距離丈量值改正后的水平距離為：再計算往還測距離及其平均值，最后計算相對誤差K<K容例題：用尺長方程為的鋼尺實(shí)測A—B尺段，長度l=29.896m,A、B兩點(diǎn)間高差h=0.272m,測量時的溫度t=25.8°C,試求A—B尺段的水平距離。解：1）尺長改正3）傾斜改正4）A-B尺段水平距離2）溫度改正五鋼尺量距的誤差及注意事項(xiàng)1)尺長誤差鋼尺名義長度與實(shí)際長度不符的誤差。具有積累性，丈量距離越長，誤差越大。2)溫度誤差溫度變化1℃，丈量30m距離的影響為0.4mm。3)鋼尺傾斜和垂曲誤差地面不平坦，鋼尺不水平或中間下垂而成曲線，所量長度>實(shí)際長度。整尺段懸空時，中間應(yīng)有人托住鋼尺。4)定線誤差使所量距離為一組折線，丈量結(jié)果偏大。丈量30m的距離，偏差為0.25m時，量距偏大1mm。5)拉力誤差鋼尺丈量拉力應(yīng)與檢定拉力相同。拉力變化2.6kg，尺長改變1mm。6)丈量誤差插測釬不準(zhǔn)，前、后尺手配合不佳，余長讀數(shù)不準(zhǔn).丈量中應(yīng)盡量準(zhǔn)確對點(diǎn)，配合協(xié)調(diào)。圖4-11定線誤差示意圖2．注意事項(xiàng)(1)丈量距離會遇到地面平坦、起伏或傾斜等各種不同的地形情況，但不論何種情況，丈量距離有三個基本要求：“直、平、準(zhǔn)”。直，就是要量兩點(diǎn)間的直線長度，不是折線或曲線長度，為此定線要直，尺要拉直；平，就是要量兩點(diǎn)間的水平距離，要求尺身水平，如果量取斜距也要改算成水平距離；準(zhǔn)，就是對點(diǎn)、投點(diǎn)、計算要準(zhǔn)，丈量結(jié)果不能有錯誤，并符合精度要求。(2)丈量時，前后尺手要配合好，尺身要置水平，尺要拉緊，用力要均勻，投點(diǎn)要穩(wěn)，對點(diǎn)要準(zhǔn)，尺穩(wěn)定時再讀數(shù)。

(3)鋼尺在拉出和收卷時，要避免鋼尺打卷。在丈量時，不要在地上拉鋼尺，更不要扭折，防止行人踩和車壓，以免折斷。(4)尺子用過后，要用軟布擦干凈后，涂以防銹油，再卷入盒中。4.2電磁波測距分類：載波微波測距儀光電測距儀激光測距儀紅外測距儀測程遠(yuǎn)程測距儀(大于15km)中程測距儀(5km~15km)短程測距儀(小于5km)精度I級(mD≤5mm)II級(5mm≤mD≤10mm)III級(mD≥10mm)

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以測量兩點(diǎn)間距離的一種方法。測時方式脈沖法相位法變頻法干涉法導(dǎo)彈、人衛(wèi)、月球等空中目標(biāo)大地、地震測量地形測量、工程施工1、紅外測距儀簡介

電磁波測距儀的優(yōu)點(diǎn)：測程遠(yuǎn)、精度高。受地形限制少等優(yōu)點(diǎn)。作業(yè)快、工作強(qiáng)度低。

測距儀的精度指標(biāo)：式中：mD—測距中誤差，單位為mm；

a—固定誤差，單位為mm；

b—比例誤差；

D—以km為單位的距離。如，某測距儀的標(biāo)稱精度為

當(dāng)距離D為0.6km時，測距精度是mD=±8mm。

光電測距儀是通過測量光波在待測距離D上往、返傳播的時間t2D，計算待測距離D：式中：c—光波在空氣中的傳播速度測距原理測距方法

光電測距儀按照t2D的不同測量方式，可分為：脈沖式（直接測定時間）相位式（間接測定時間）2、紅外測距儀的測距原理：脈沖法測距：由測距儀的發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出光脈沖，經(jīng)反光鏡反射后，再由測距儀的接收系統(tǒng)接收，測出這一光脈沖往返所需時間間隔的鐘脈沖的個數(shù)以求得距離D。由于計數(shù)器的頻率一般為300MHz(300×106Hz)，測距精度為O.5m，精度較低。目前精度最高的脈沖式紅外測距儀：徠卡DI3000標(biāo)稱精度：±(3~5mm+1ppm)

光電測距儀是通過測量光波在待測距離D上往、返傳播的時間t2D，計算待測距離D：WildDI3000脈沖測距儀測距儀在A點(diǎn)發(fā)出的調(diào)制光在待測距離上傳播，經(jīng)棱鏡反射后被接收器所接收，然后用相位計將發(fā)射信號與接受信號進(jìn)行相位比較，由顯示器顯出調(diào)制光在待測距離往、返傳播所引起的相位移φ，從而間接地求得時間t，再由求得距離。3、相位式測距原理

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間。

將返程的正弦波以棱鏡站為中心對稱展開后的圖形：由于，所以則：式中，取，則不同的調(diào)制頻率?對應(yīng)的測尺長見下表：調(diào)制頻率?測尺長10m20m100m1km2km

調(diào)制頻率越大，測尺長度越短。

相位式測距儀的基本工作原理圖：1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個調(diào)制光波，同時至檢相器；2、調(diào)制光波在待測距離上傳播，反射鏡反射后，經(jīng)接收系統(tǒng)進(jìn)入檢相器；3、檢相器將發(fā)射信號與接收信號進(jìn)行相位比較，測出相位差；4、每改變頻率f后的調(diào)制光波，測出一個，組合后經(jīng)微處理器計算顯示結(jié)果。常采用多個調(diào)制頻率測距，來保證測程和精度。用短尺（精尺）確定精確的小數(shù)位，用長尺（粗尺）測定距離的大數(shù)。

如果精測尺的波長為10米，則距離精度可達(dá)到1cm;粗測尺波長為10km,則相位差得出的10米位為精確的。相位計只能測出不足一周的相位差△N，測相精度一般為1/1000技術(shù)：采用多個“測尺”組合實(shí)現(xiàn)測距技術(shù)過程。設(shè)計：粗測尺+精測尺測距。相位式測距原理調(diào)制頻率與測尺長度的關(guān)系調(diào)制頻率f15MHz7.5MHz1.5MHz150kHz75kHz15kHz測尺長度λ/210m20m100m1km2km10km精度1cm2cm10cm1m2m10m電磁波測距誤差分析1、電磁波測距的誤差分析公式由相位法測距的基本公式全微分并轉(zhuǎn)換成中誤差顧及和后測距誤差較為完整的表達(dá)式為1）與距離D成正比的誤差（比例誤差），包括調(diào)制頻率誤差、真空中光速值誤差、大氣折射率誤差。

2）與距離D無關(guān)