距離測(cè)量與課件

第5章距離測(cè)量與直線定向§5.1鋼尺量距§5.2視距測(cè)量§5.3紅外線測(cè)距儀及全站儀§5.4直線定向第5章距離測(cè)量與直線定向距離測(cè)量是測(cè)量三項(xiàng)基本工作之一.距離測(cè)量的方法主要有:1.鋼尺(皮尺)量距.2.視距測(cè)量3.光電測(cè)距4.三角測(cè)量法利用三角形的邊角關(guān)系求距離要確定地面點(diǎn)的平面位置,還必須測(cè)定直線的方向,即直線定向§5.1鋼尺量距

一般量距方法量距相對(duì)精度1200015000精密量距方法量距相對(duì)精度1100001400005.1.1量距用的工具:鋼卷尺，花桿，測(cè)釬1.鋼卷尺尺長(zhǎng)與規(guī)格：20米、30米、50米，鋼質(zhì)，涂塑或不涂塑?？潭扰c注記：毫米刻度，注記厘米、分米、米。零分劃位置有不同，分刻線尺和端點(diǎn)尺兩種。2.花桿定線用（量距時(shí)標(biāo)定直線量距的前進(jìn)方向）3.測(cè)釬量距時(shí)在地面標(biāo)定尺段端點(diǎn)位置。5.1.2直線定線3.經(jīng)緯儀定線:

如果量距要求的精度較高,可在其端點(diǎn)A安置經(jīng)緯儀定線

1.兩點(diǎn)間目估定線2.兩點(diǎn)間互不通視定線5.1.3丈量方法（往返丈量)距離用下式計(jì)算：D=nl+Δl

式中：l——整尺段的長(zhǎng)度；n——丈量的整尺段數(shù)；

l——零尺段長(zhǎng)度。1.在平坦地面丈量往返丈量較差

D=D往-D返距離平均值

D平=（D往-D返）相對(duì)誤差

K=2.傾斜地面丈量(1)斜量法:地面坡度均勻，將量得的傾斜距離S歸算成水平距離D。高差h用水準(zhǔn)儀測(cè)定。水平距離(2)在傾斜地面平量5.1.4鋼尺量距的成果整理三項(xiàng)改正數(shù)每尺段經(jīng)改正后的水平距離：總的水平距離：4.1.5鋼尺檢定目的：求得鋼尺兩端點(diǎn)刻劃間的實(shí)際長(zhǎng)度。方法：用鋼尺對(duì)一段精確的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度進(jìn)行丈量，從而求得鋼尺的尺長(zhǎng)改正數(shù)。該檢定場(chǎng)地也稱(chēng)為“比場(chǎng)”。。。。。L比尺場(chǎng)示意圖作法：“比尺場(chǎng)”為理想的砼條形場(chǎng)地，埋有尺段標(biāo)志。將待檢定的鋼尺，用精密量距的方法，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)距離L進(jìn)行丈量。通過(guò)對(duì)量距結(jié)果的整理，得出該鋼尺的

尺長(zhǎng)方程式。1.尺長(zhǎng)方程式：=0+d+(t-t0)×00——鋼尺名義長(zhǎng)(m)；t0——標(biāo)準(zhǔn)溫度，一般取20℃；d——尺長(zhǎng)改正值(mm)；t——丈量時(shí)溫度(℃)

——鋼的膨脹系數(shù)，1.2×10-5/℃；尺段長(zhǎng)度及量距精度計(jì)算例：用一檢定過(guò)的30米鋼尺沿傾斜地面丈量AB距離，數(shù)據(jù)見(jiàn)下表。該鋼尺的尺長(zhǎng)方程式如下，請(qǐng)整理量距成果。

(注：鋼尺膨脹系數(shù)=0.0000115~0.0000125為鋼尺溫度變化1度時(shí)，單位長(zhǎng)度的變化量。)5.2.2視準(zhǔn)軸水平時(shí)的視距計(jì)算公式

AB為待測(cè)距離，在A點(diǎn)安置經(jīng)緯儀，B點(diǎn)豎立視距尺，設(shè)望遠(yuǎn)鏡視線水平，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)的視距尺，此時(shí)視線與視距尺垂直。

視線水平時(shí)的視距測(cè)量公式:(1)水平距離公式:(2)高差公式:(3)B點(diǎn)高程:5.2.3視線傾斜時(shí)的視距測(cè)量公式

(1)水平距離公式:(2)初算高差:(3)高差公式:n’為水準(zhǔn)尺與視線垂直時(shí)的尺間隔5.2.4視距測(cè)量觀測(cè)與計(jì)算方法觀測(cè)：在測(cè)站安置經(jīng)緯儀，對(duì)中、整平、量?jī)x器高；在測(cè)點(diǎn)豎水準(zhǔn)尺，瞄準(zhǔn)(要求三絲都能讀數(shù))。讀數(shù)：每個(gè)測(cè)點(diǎn)讀四個(gè)讀數(shù)上絲讀數(shù)a

讀至毫米下絲讀數(shù)b讀至毫米中絲讀數(shù)

讀至厘米豎盤(pán)讀數(shù)L

讀至分米視距測(cè)量通常只測(cè)盤(pán)左（或盤(pán)右），測(cè)量前要對(duì)豎盤(pán)指標(biāo)差進(jìn)行檢驗(yàn)與校正。§5.3電磁波測(cè)距及全站儀

電磁波測(cè)距(Electro-magneticDistanceMeasuring，EDM)是用電磁波(光波或微波)作為載波，傳輸測(cè)距信號(hào)，以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的一種方法。EDM具有測(cè)程長(zhǎng)、精度高、作業(yè)快、工作強(qiáng)度低、幾乎不受地形限制等優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在的紅外測(cè)距儀已經(jīng)和電子經(jīng)緯儀及計(jì)算機(jī)軟硬件制造在一起，形成了全站儀，并向著自動(dòng)化、智能化和利用藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸方向飛速發(fā)展。B測(cè)距儀反光棱鏡電磁波測(cè)距儀分類(lèi)1.按其所采用的載波（光源）可分為：①微波測(cè)距儀(microwaveEDMinstrument)；②激光測(cè)距儀(laserEDMinstrument)；③紅外測(cè)距儀(infraredEDMinstrument);2.按測(cè)程分為：①短程測(cè)距儀(≤5km)②中程測(cè)距儀(5~15km)③遠(yuǎn)程測(cè)距儀(≥15km）3.按精度分為：①Ⅰ級(jí)測(cè)距儀(mD≤5mm)②Ⅱ級(jí)測(cè)距儀(5≤mD≤10mm)③Ⅲ級(jí)測(cè)距儀(mD≥10mm4.按測(cè)距原理分為：①脈沖式；②相位式光波測(cè)距儀AGA2A激光測(cè)距儀AGA8微波測(cè)距儀CMW20紅外測(cè)距儀DI5電磁波測(cè)距方式直接測(cè)時(shí)---該類(lèi)測(cè)距儀稱(chēng)為脈沖式測(cè)距儀，該儀器因其精度較低，通常只用于精度較低的遠(yuǎn)距離測(cè)量、地形測(cè)量和炮瞄雷達(dá)測(cè)距。間接測(cè)時(shí)----用測(cè)定相位的方法來(lái)測(cè)定距離，此類(lèi)儀器稱(chēng)為相位式測(cè)距儀。現(xiàn)代測(cè)時(shí)的精度可達(dá)10-8秒，但引起的距離誤差達(dá)1.5m.現(xiàn)有的精密光電測(cè)距儀都不采用直接測(cè)時(shí)的方法，而采用間接測(cè)時(shí)。1脈沖式測(cè)距原理假設(shè)時(shí)鐘脈沖的震蕩頻率為,震蕩周期為計(jì)數(shù)器記錄的震蕩次數(shù)為N,則脈沖光波在AB兩點(diǎn)間往返的時(shí)間為:脈沖法測(cè)距原理框圖時(shí)標(biāo)脈沖電子門(mén)計(jì)數(shù)顯示觸發(fā)器放大器光脈沖發(fā)生器光電接收器fcpt2D2.相位式測(cè)距原理用測(cè)定相位的方法來(lái)測(cè)定距離，此類(lèi)儀器稱(chēng)為相位式測(cè)距儀。它是用一種連續(xù)波（精密光波測(cè)距儀采用光波）作為“運(yùn)輸工具”（稱(chēng)為載波），通過(guò)一個(gè)調(diào)制器使載波的振幅或頻率按照調(diào)制波的變化做周期性變化。測(cè)距時(shí)，通過(guò)測(cè)量調(diào)制波在待測(cè)距離上往返傳播所產(chǎn)生的相位變化，間接地確定傳播時(shí)間t，進(jìn)而求得待測(cè)距離D。B測(cè)距儀反光棱鏡調(diào)制波的調(diào)制頻率f，角頻率，周期T，波長(zhǎng):設(shè)調(diào)制波在距離D往返一次產(chǎn)生的相位變化為，調(diào)制信號(hào)一個(gè)周期相位變化為2π，則調(diào)制波的傳播時(shí)間t為：

代入基本公式得

:5.3.2光電測(cè)距儀的組成5.3.4全站儀及其使用（一）全站儀概述（二）全站儀的功能（三）幾種全站儀及其基本應(yīng)用

賓得徠卡拓普康尼康索佳蔡司Zeiss

測(cè)量?jī)x器總的發(fā)展過(guò)程：光學(xué)經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀

速測(cè)全站儀 全站儀。全站儀的發(fā)展過(guò)程：1.普通型全站儀

2.功能型全站儀

3.磁卡型全站儀

4.內(nèi)存式全站儀5.全自動(dòng)智能全站儀全站儀生產(chǎn)廠家：

瑞士：徠卡Leica

德國(guó)：蔡司Zeiss

日本：拓普康TOPCON，索佳SOKKIA，賓得,尼康

中國(guó)：南方、蘇州、北京蘇州一光

全站儀南方NTS全站儀北光全站儀

（一）全站儀概述全站儀(totalstation)是由電子測(cè)角、光電測(cè)距、微型機(jī)及其軟件組合而成的智能型光電測(cè)量?jī)x器。全站儀的基本功能是測(cè)量水平角、豎直角和距離。全站儀具有如下特點(diǎn)：同時(shí)進(jìn)行角度測(cè)量(水平角、豎直角)和距離測(cè)量(斜距S、平距D)、高差h

；測(cè)距系統(tǒng)光軸與測(cè)角系統(tǒng)視準(zhǔn)軸同軸（三軸同一）；顯示測(cè)點(diǎn)的角度(方向值)、距離、高差或三維坐標(biāo)；擁有后方交會(huì)、放樣、偏心測(cè)量、懸高測(cè)量、對(duì)邊測(cè)量、面積計(jì)算等高級(jí)測(cè)量功能。全站儀特點(diǎn)擁有較大容量的內(nèi)部存儲(chǔ)器，以數(shù)據(jù)文件形式存儲(chǔ)已知點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)號(hào)、編碼、三維坐標(biāo)；實(shí)現(xiàn)全站儀與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通訊；高精度全站儀測(cè)角達(dá)0.5秒級(jí)，測(cè)距精度達(dá)(0.1mm+0.1PPM)；與計(jì)算機(jī)聯(lián)合組成的智能觀測(cè)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)瞄準(zhǔn)、觀測(cè)、記錄、存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)的傳輸，被稱(chēng)為測(cè)量機(jī)器人。三軸同一望遠(yuǎn)鏡

在全站儀的望遠(yuǎn)鏡中，照準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)軸、光電測(cè)距的紅外光發(fā)射光軸和接收光軸是同軸的，其光路如圖所示。因此，測(cè)量時(shí)使望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心，就能同時(shí)測(cè)定水平角、垂直角和斜距全站儀的功能對(duì)邊測(cè)量、懸高測(cè)量、后方交會(huì)、放樣、偏心測(cè)量、面積計(jì)算等高級(jí)測(cè)量功能。1、對(duì)邊測(cè)量如圖，分別瞄準(zhǔn)兩個(gè)目標(biāo)點(diǎn)處的棱鏡并觀測(cè)后，儀器即可顯示出兩個(gè)棱鏡之間的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。對(duì)邊測(cè)量可以連續(xù)進(jìn)行。SHD%2、懸高測(cè)量如圖，要測(cè)量某些不能設(shè)置反射棱鏡的目標(biāo)（高壓電線、橋梁桁架）的高度時(shí)，可在目標(biāo)正上方或正下方處安置棱鏡，輸入棱鏡高h(yuǎn)1，瞄準(zhǔn)棱鏡并觀測(cè)后，再瞄準(zhǔn)目標(biāo)，儀器即可顯示目標(biāo)的高度HHh1h23、后方交會(huì)測(cè)量如圖，全站儀安置在某一待定點(diǎn)上，通過(guò)對(duì)兩個(gè)以上的已知點(diǎn)處的棱鏡進(jìn)行觀測(cè)，并輸入各已知點(diǎn)三維坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，全站儀即可顯示待定點(diǎn)的三維坐標(biāo)。4、三維坐標(biāo)測(cè)量如圖，將全站儀安置在已知點(diǎn)A，棱鏡設(shè)置在待定點(diǎn)P，輸入A點(diǎn)已知坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，先后視已知點(diǎn)B并輸入B點(diǎn)坐標(biāo)（后視已知點(diǎn)是為了設(shè)置方向位角）然后瞄準(zhǔn)P點(diǎn)處棱鏡并進(jìn)行觀測(cè)，儀器即可顯示待定P的三維坐標(biāo)。5、放樣測(cè)量將要測(cè)設(shè)的角度和邊長(zhǎng)（或坐標(biāo)值）輸入全站儀，在放樣過(guò)程中儀器顯示角度和邊長(zhǎng)的實(shí)測(cè)值與放樣值之差，根據(jù)顯示的偏離值及符號(hào)調(diào)整棱鏡位置，直至偏離值為零，此時(shí)棱鏡所處位置即為要測(cè)設(shè)的點(diǎn)位。有的電子全站儀還可通過(guò)圖形顯示出棱鏡上下左右前后的移動(dòng)方向。6、偏心測(cè)量如圖，若侍定點(diǎn)處不能設(shè)置棱鏡，可將棱鏡設(shè)置在待定點(diǎn)的左側(cè)或右側(cè)，并使棱鏡至站點(diǎn)的距離相當(dāng)，瞄準(zhǔn)棱鏡并進(jìn)行觀測(cè)，再照準(zhǔn)待定點(diǎn)，儀器即可顯示待定點(diǎn)的坐標(biāo)。不同廠家生產(chǎn)的電子全站儀其鍵盤(pán)設(shè)計(jì)并不完全相同，實(shí)現(xiàn)相同測(cè)量功能的按鍵程序和步驟也不完全一樣，具體使用應(yīng)參見(jiàn)廠家的使用說(shuō)明書(shū)。南方全站儀NTS－350系列使用簡(jiǎn)介

一、儀器面板外觀和功能說(shuō)明1、儀器外觀

2、鍵盤(pán)功能與信息顯示

（1）操作鍵(2)、顯示屏上顯示符號(hào)的含義(3)、全站儀的常用功能1.角度測(cè)量2.距離測(cè)量4.坐標(biāo)測(cè)量3.標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量4.對(duì)邊測(cè)量5.懸高測(cè)量6.點(diǎn)放樣7.距離放樣8.面積測(cè)量

二、全站儀的使用

（一）全站儀的安置

1.安置三腳架

2.將儀器安置到三腳架上

3.利用圓水準(zhǔn)器粗平儀器4.利用長(zhǎng)水準(zhǔn)器精平儀器

5.利用光學(xué)對(duì)中器對(duì)中

6.最后精平儀器

（二）角度測(cè)量1.水平角右角和垂直角的測(cè)量確認(rèn)處于角度測(cè)量模式，按下列操作步驟進(jìn)行：

2.水平角的設(shè)置1）通過(guò)鎖定角度值進(jìn)行設(shè)置（確認(rèn)處于角度測(cè)量模式）

（三）距離測(cè)量

1.連續(xù)測(cè)量（確認(rèn)處于測(cè)角模式）2.N次測(cè)量/單次測(cè)量當(dāng)輸入測(cè)量次數(shù)后，儀器就按設(shè)置的次數(shù)進(jìn)行測(cè)量，并顯示出距離平均值。當(dāng)輸入測(cè)量次數(shù)為1，因?yàn)槭菃未螠y(cè)量，儀器不顯示距離平均值。確認(rèn)處于測(cè)角模式

（四）坐標(biāo)測(cè)量

通過(guò)輸入儀器高和棱鏡高后測(cè)量坐標(biāo)時(shí)，可直接測(cè)定未知點(diǎn)的坐標(biāo)。注意：要先設(shè)置測(cè)站坐標(biāo)，測(cè)站高，棱鏡高及后視方位角。步驟如下：

（五）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量1.設(shè)置測(cè)站點(diǎn)

可利用內(nèi)存中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)定或直接由鍵盤(pán)輸入

（利用內(nèi)存中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)設(shè)置測(cè)站點(diǎn)的操作步驟如右圖）

2.設(shè)置后視點(diǎn)

通過(guò)輸入點(diǎn)號(hào)設(shè)置后視點(diǎn)將后視定向角數(shù)據(jù)寄存在儀器內(nèi)。3.碎部測(cè)量：即進(jìn)行待測(cè)點(diǎn)測(cè)量，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)（六）對(duì)邊測(cè)量

對(duì)邊測(cè)量模式有兩個(gè)功能。1、MLM-1（A-B，A-C）：測(cè)量A-B，A-C，A-D……2、MLM-2（A-B，B-C）：測(cè)量A-B，B-C，C-D……

必須設(shè)置儀器的方向角[例]MLM-1（A-B，A-C）MLM-2（A-B，B-C）模式的測(cè)量過(guò)程與MLM-1模式完成相同。對(duì)邊測(cè)量操作步驟（七）懸高測(cè)量為了得到不能放置棱鏡的目標(biāo)點(diǎn)高度，只須將棱鏡架設(shè)于目標(biāo)點(diǎn)所在鉛垂線上的任一點(diǎn)，然后進(jìn)行懸高測(cè)量。1.有棱鏡高（h）輸入的情形（例：h=1.3m）

2.沒(méi)有棱鏡高輸入的情形（八）點(diǎn)放樣1.設(shè)置測(cè)站點(diǎn)：可采用直接輸入測(cè)站點(diǎn)坐標(biāo)2.設(shè)置后視點(diǎn)：可采用直接輸入后視點(diǎn)坐標(biāo)3.實(shí)施放樣：有兩種方法可供選擇，即通過(guò)點(diǎn)號(hào)調(diào)用內(nèi)存中的坐標(biāo)值和直接鍵入坐標(biāo)值例：調(diào)用內(nèi)存中的坐標(biāo)值（九）距離放樣該功能可顯示出測(cè)量的距離與輸入的放樣距離之差。測(cè)量距離-放樣距離=顯示值放樣時(shí)可選擇平距（HD），高差（VD）和斜距（SD）中的任意一種放樣模式（十）面積計(jì)算該模式用于計(jì)算閉合圖形的面積，面積計(jì)算有如下兩種方法：1.用坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件計(jì)算面積2.用測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算面積注意：如果圖形邊界線相互交叉，則面積不能正確計(jì)算。混合坐標(biāo)文件數(shù)據(jù)和測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算面積是不可能的。面積計(jì)算所用的點(diǎn)數(shù)是沒(méi)有限制的。所計(jì)算的面積不能超過(guò)200000平方米或2000000平方英尺。1.用坐標(biāo)數(shù)據(jù)文件計(jì)算面積2.用測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算面積§

5.4直線定向5.4.1直線定向的概念確定地面上兩點(diǎn)之間的相對(duì)位置，僅知道兩點(diǎn)之間的水平距離是不夠的，還必須確定此直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平夾角。確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱(chēng)為直線定向。標(biāo)準(zhǔn)方向的種類(lèi)

1．真子午線方向

通過(guò)地球表面某點(diǎn)真子午線的切線方向，稱(chēng)為該點(diǎn)的真子午線方向，真子午線方向是用天文測(cè)量方法或用陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的。

2．磁于午線方向

磁子午線方向是磁針在地球磁場(chǎng)的作用下，磁針自由靜止時(shí)其軸線所指的方向。磁子午線方向可用羅盤(pán)儀測(cè)定。

5.4.2表示直線方向的方法3．坐標(biāo)縱軸方向(中央子午線方向)我國(guó)采用高斯平面直角坐標(biāo)系，每一6°帶或3°帶內(nèi)都以該帶的中央子午線為坐標(biāo)縱軸方向。因此，該帶內(nèi)直線定向，就用該帶的坐標(biāo)縱軸方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向。如假定坐標(biāo)系，則用假定的坐標(biāo)縱軸(X軸)作為標(biāo)準(zhǔn)方