土木工程測量-第四章 距離測量20140403

1、第四章第四章 距離測量距離測量土 木 工 程 測 量土 木 工 程 測 量教學(xué)課件距離測量是測量工作的基本工作之一，所謂距離是指距離測量是測量工作的基本工作之一，所謂距離是指兩點間的兩點間的水平長度水平長度。如果測得的是傾斜距離，還必須改算為水平距離。按照。如果測得的是傾斜距離，還必須改算為水平距離。按照所用儀器、工具的不同，測量距離的方法有所用儀器、工具的不同，測量距離的方法有鋼尺直接量距鋼尺直接量距、光學(xué)視光學(xué)視距法測距距法測距和和光電測距儀光電測距儀等。等。4.距離測量距離測量本章要點本章要點鋼尺量距方法鋼尺量距方法鋼尺量距成果處理鋼尺量距成果處理視距測量原理視距測量原理測量方法和成果計

2、算測量方法和成果計算介紹光電測距原理介紹光電測距原理紅外測距儀簡介紅外測距儀簡介4.距離測量距離測量4.1 鋼鋼 尺尺 量量 距距鋼尺量距是利用具有標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼尺直接量測地面兩點間的距鋼尺量距是利用具有標(biāo)準(zhǔn)長度的鋼尺直接量測地面兩點間的距離，又稱為離，又稱為距離丈量距離丈量。鋼尺量距時，根據(jù)不同的精度要求所用的工。鋼尺量距時，根據(jù)不同的精度要求所用的工具和方法也不同。具和方法也不同。4.1.1 4.1.1 量距工具量距工具鋼尺鋼尺最高精度可達(dá)最高精度可達(dá)1/11/1萬萬。尺寬尺寬101015mm15mm。長度。長度20m20m、30m30m、50m50m等。等。有三種分劃：有三種分劃：基本分劃

3、為基本分劃為厘米厘米；厘米厘米( (在尺端在尺端10cm10cm內(nèi)為內(nèi)為毫毫米米分劃分劃) )；毫米分劃毫米分劃。尺的零點位置尺的零點位置刻線尺刻線尺，端點尺端點尺；4.1 鋼鋼 尺尺 量量 距距4.1.1 4.1.1 量距工具量距工具皮尺皮尺用麻皮制成，精度低，只用于精度要求不高的距離用麻皮制成，精度低，只用于精度要求不高的距離丈量。丈量。因瓦尺因瓦尺鎳鐵合金制成，線狀，直徑鎳鐵合金制成，線狀，直徑1.5mm1.5mm，長度，長度24m,24m,尺尺身無分劃和數(shù)字注記，尺兩端各連一個三棱形的分劃尺，長身無分劃和數(shù)字注記，尺兩端各連一個三棱形的分劃尺，長8cm,8cm,最最小分劃小分劃1mm1

4、mm。全套由。全套由4 4根主尺，一根輔尺組成。精度高，根主尺，一根輔尺組成。精度高，1/1001/100萬萬，用于用于精密量距精密量距。輔助工具輔助工具測釬、花桿、垂球、彈簧秤和溫度計。測釬、花桿、垂球、彈簧秤和溫度計。測釬測釬標(biāo)桿標(biāo)桿圖圖4-1J24.1 鋼鋼 尺尺 量量 距距4.1.2 4.1.2 直線定線直線定線將所量尺段標(biāo)定在待測二點間一條直線上的工作稱為將所量尺段標(biāo)定在待測二點間一條直線上的工作稱為直線定線直線定線。目視定線目視定線一般量距用目視定線。一般量距用目視定線。經(jīng)緯儀定線經(jīng)緯儀定線精密量距應(yīng)用經(jīng)緯儀定線。精密量距應(yīng)用經(jīng)緯儀定線。 縱絲法：經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡十字絲縱絲為準(zhǔn) ，概量

5、定點。 (1)在丈量直線一端A安置經(jīng)緯儀，望遠(yuǎn)鏡精確瞄準(zhǔn)另一端B樹立的目標(biāo)，此時照準(zhǔn)部在水平方向上不得轉(zhuǎn)動； (2)沿BA方向按尺段長概量B1； (3)縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡瞄到1處附近，指揮1號分段點測釬定在十字絲的縱絲影像上。 (4)仿步驟(2)(3)，依次在AB線上定分段點2、3、44.1 鋼鋼 尺尺 量量 距距4.1.3 4.1.3 量距方法量距方法鋼尺量距一般采用鋼尺量距一般采用整尺法整尺法量距，精密量距用量距，精密量距用串尺法串尺法量距。根據(jù)量距。根據(jù)不同地形可采用不同地形可采用水平量距法水平量距法和和傾斜量距法傾斜量距法平坦地區(qū)量距平坦地區(qū)量距量距精度不高時可采用整尺法量距，直接量距精度不高

6、時可采用整尺法量距，直接將鋼尺沿地面丈量，不用加溫度改正和用彈簧秤標(biāo)定施加拉力。將鋼尺沿地面丈量，不用加溫度改正和用彈簧秤標(biāo)定施加拉力。D=nl+lD=nl+l(4-1)(4-1)D=nl+lD=nl+l(4-1)(4-1)傾斜地面距離丈量傾斜地面距離丈量視地形情況可用視地形情況可用水平量距法水平量距法或或傾斜量傾斜量距法距法。4.1 鋼鋼 尺尺 量量 距距4.1.3 4.1.3 量距方法量距方法為了提高精度，一般采用為了提高精度，一般采用往返往返丈量。丈量。量距精度以相對誤差表示，通常化為分子為量距精度以相對誤差表示，通常化為分子為1 1的分?jǐn)?shù)形式：的分?jǐn)?shù)形式：K=|DK=|D往往-D-D返

7、返|/D|/D平均平均=1/M=1/MM=DM=D平均平均/|D|/|D|(4-2)|D|DMM1D|D|2DD|D-|返往返往DK兩點間水平距離為：兩點間水平距離為： 平坦地區(qū)鋼尺量距相對誤差不應(yīng)大于平坦地區(qū)鋼尺量距相對誤差不應(yīng)大于1/30001/3000；在困難地區(qū)相對；在困難地區(qū)相對誤差不應(yīng)大于誤差不應(yīng)大于1/10001/1000。 )D(21返往DD4.1 鋼鋼 尺尺 量量 距距4.1.3 4.1.3 量距方法量距方法 精密量距精密量距當(dāng)量距精度要求在當(dāng)量距精度要求在1/11/1萬萬以上時，要用精密量距方法，精密量以上時，要用精密量距方法，精密量距前要先清理場地。距前要先清理場地。定線

8、定線經(jīng)緯儀定線、鋼尺概量，打木樁、劃線。經(jīng)緯儀定線、鋼尺概量，打木樁、劃線。 圖圖4-2J44.1 鋼鋼 尺尺 量量 距距4.1.3 4.1.3 量距方法量距方法量距量距用檢定過的鋼尺丈量相鄰兩木樁之間的距離。每尺用檢定過的鋼尺丈量相鄰兩木樁之間的距離。每尺段要移動鋼尺位置丈量段要移動鋼尺位置丈量三次三次，三次測得的結(jié)果的較差視不同要求而，三次測得的結(jié)果的較差視不同要求而定，一般不得超過定，一般不得超過2 23mm3mm，否則要重量。若在限差以內(nèi)，則取平均，否則要重量。若在限差以內(nèi)，則取平均值。作為此尺段的觀測成果。標(biāo)準(zhǔn)拉力值。作為此尺段的觀測成果。標(biāo)準(zhǔn)拉力( (30m30m尺子，尺子，100

9、N100N) )。測記溫。測記溫度，估讀到度，估讀到0.50.5。往返測，丈量次數(shù)視量邊精度要求而定往返測，丈量次數(shù)視量邊精度要求而定測量樁頂高程測量樁頂高程往返觀測，往返所測高差之差，不超過往返觀測，往返所測高差之差，不超過10mm10mm, ,如在限差之內(nèi)，取平均值作為觀測成果。如在限差之內(nèi)，取平均值作為觀測成果。4.1 鋼鋼 尺尺 量量 距距4.1.4 4.1.4 鋼尺量距成果整理鋼尺量距成果整理精密量距中，每一尺段需進(jìn)行尺長改正、溫度改正及傾斜改正精密量距中，每一尺段需進(jìn)行尺長改正、溫度改正及傾斜改正，求出改正后的尺段長度。，求出改正后的尺段長度。尺長改正尺長改正 鋼尺名義長度鋼尺名義

10、長度l l0 0一般和實際長度不相等，每量一段都需加入尺一般和實際長度不相等，每量一段都需加入尺長改正。在標(biāo)準(zhǔn)拉力、標(biāo)準(zhǔn)溫度下經(jīng)過檢定實際長度為長改正。在標(biāo)準(zhǔn)拉力、標(biāo)準(zhǔn)溫度下經(jīng)過檢定實際長度為ll，其差，其差值值ll為整尺段的尺長改正，即為整尺段的尺長改正，即任一長度任一長度l l尺長改正公式為：尺長改正公式為：lld d=l=ll/ll/l0 0(4-3)(4-3)l=l-ll=l-l0 0lld d=l=lD D/l/l0 0(4-3)(4-3)溫度改正溫度改正設(shè)鋼尺在檢定時的溫度為設(shè)鋼尺在檢定時的溫度為t t0 0，丈量時的溫度為，丈量時的溫度為tt，鋼尺的線，鋼尺的線膨脹系數(shù)膨脹系數(shù)(

11、 (一般為一般為0.0000125/)0.0000125/)。則某尺段。則某尺段l l的溫度改正為：的溫度改正為：llt t=(t-t=(t-t0 0)l)l(4-4)(4-4)llt t=(t-t=(t-t0 0) )D(4-4)(4-4)4.1 鋼鋼 尺尺 量量 距距4.1.4 4.1.4 鋼尺量距成果整理鋼尺量距成果整理傾斜改正傾斜改正設(shè)沿地面量斜距為設(shè)沿地面量斜距為l l，測得高差為，測得高差為h h, ,換成平距換成平距d d要進(jìn)行傾斜改正要進(jìn)行傾斜改正。公式為。公式為( (圖圖L-4-9)L-4-9)：當(dāng)高差不大時，當(dāng)高差不大時，d d和和l l相近，傾斜改正值為：相近，傾斜改正值

12、為：(4-5)lhlh22每一尺段改正后的水平距離為：每一尺段改正后的水平距離為：(4-6)htdlllld4.1 鋼鋼 尺尺 量量 距距4.1.5 4.1.5 鋼尺檢定鋼尺檢定由于鋼尺制造誤差，以及長期使用產(chǎn)生的變形使得鋼尺名義長由于鋼尺制造誤差，以及長期使用產(chǎn)生的變形使得鋼尺名義長度和實際長度不一樣，因此在精密量距前必須對鋼尺進(jìn)行檢定。度和實際長度不一樣，因此在精密量距前必須對鋼尺進(jìn)行檢定。鋼尺檢定室應(yīng)是恒溫室，一般用平臺法。將鋼尺放在長度為鋼尺檢定室應(yīng)是恒溫室，一般用平臺法。將鋼尺放在長度為30m(30m(或或50m)50m)的水泥平臺上，平臺二端安裝有施加拉力的拉力架。給的水泥平臺上，

13、平臺二端安裝有施加拉力的拉力架。給鋼尺施加標(biāo)準(zhǔn)拉力鋼尺施加標(biāo)準(zhǔn)拉力(100N)(100N)，然后用標(biāo)準(zhǔn)尺量測被檢定鋼尺，得到在，然后用標(biāo)準(zhǔn)尺量測被檢定鋼尺，得到在標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)拉力下的實際長度，最后給出尺長隨溫度變化的函標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)拉力下的實際長度，最后給出尺長隨溫度變化的函數(shù)式，稱為尺長方程式。數(shù)式，稱為尺長方程式。l lt t=l=l0 0+l+ld d+(t-t+(t-t0 0)l)l0 0 (4-7)(4-7)l lt t=l=l0 0+l+ld d+(t-t+(t-t0 0)l)l0 0 (4-7)(4-7) 鋼尺的尺長方程式：鋼尺的尺長方程式：v 尺長方程式的一般形式為：尺長方程

14、式的一般形式為： lt = l0+ l + l0(tt0)式中：式中： lt鋼尺在標(biāo)準(zhǔn)溫度鋼尺在標(biāo)準(zhǔn)溫度t C、標(biāo)準(zhǔn)拉力下的實際長度、標(biāo)準(zhǔn)拉力下的實際長度 (真長真長)； l0鋼尺上標(biāo)注的長度，即名義長度；鋼尺上標(biāo)注的長度，即名義長度； l在標(biāo)準(zhǔn)溫度為在標(biāo)準(zhǔn)溫度為t0 C、標(biāo)準(zhǔn)拉力時的尺長改正數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)拉力時的尺長改正數(shù)(即即ll0)； t丈量時的溫度；丈量時的溫度； t0鋼尺的標(biāo)準(zhǔn)溫度（鋼尺的標(biāo)準(zhǔn)溫度（20 C）；）； 鋼尺的線膨脹系數(shù)，（鋼尺的線膨脹系數(shù)，（1.2510-5/ C）4.2 鋼尺量距誤差及注意事項鋼尺量距誤差及注意事項影響鋼尺量距精度的因素很多，主要有定線誤差、尺長誤差、影響鋼

15、尺量距精度的因素很多，主要有定線誤差、尺長誤差、溫度測定誤差、鋼尺傾斜誤差、拉力不均誤差、鋼尺對準(zhǔn)誤差、讀溫度測定誤差、鋼尺傾斜誤差、拉力不均誤差、鋼尺對準(zhǔn)誤差、讀數(shù)誤差等?，F(xiàn)擇其主要者討論如下。數(shù)誤差等。現(xiàn)擇其主要者討論如下。定線誤差定線誤差在量距時由于鋼尺沒有準(zhǔn)確地安放在待量距的直線方向上，所在量距時由于鋼尺沒有準(zhǔn)確地安放在待量距的直線方向上，所量的是折線而不是直線，造成量距結(jié)果偏大，如圖量的是折線而不是直線，造成量距結(jié)果偏大，如圖4-44-4所示。所示。設(shè)定線誤差為設(shè)定線誤差為，一尺段的量距誤差為：，一尺段的量距誤差為：(4-8)lll222222)(2當(dāng)當(dāng) ，l=30ml=30m時，時

16、，0.12m0.12m，3mm3mm，所以目視，所以目視 定線即可達(dá)此精度。定線即可達(dá)此精度。 300001l4.2 鋼尺量距誤差及注意事項鋼尺量距誤差及注意事項尺長誤差尺長誤差鋼尺名義長度與實際長度之差產(chǎn)生的尺長誤差對量距的影響，鋼尺名義長度與實際長度之差產(chǎn)生的尺長誤差對量距的影響，是隨著距離的增加而增加的。在高精度量距時應(yīng)加是隨著距離的增加而增加的。在高精度量距時應(yīng)加尺長改正尺長改正，并要，并要求鋼尺檢定誤差求鋼尺檢定誤差1mm1mm。溫度測定誤差溫度測定誤差據(jù)鋼尺溫度改正公式據(jù)鋼尺溫度改正公式llt t=(t-t=(t-t0 0)l)l，當(dāng)溫度引起的誤差為，當(dāng)溫度引起的誤差為1/3000

17、01/30000時，溫度測量誤差不應(yīng)超出時，溫度測量誤差不應(yīng)超出33，此外在測試溫度計顯示此外在測試溫度計顯示的是空氣環(huán)境溫度，不是鋼尺本身的溫度。在陽光暴曬下，鋼尺與的是空氣環(huán)境溫度，不是鋼尺本身的溫度。在陽光暴曬下，鋼尺與環(huán)境測試可差環(huán)境測試可差55。所以量距冝在陰天進(jìn)行。最好用半導(dǎo)體溫度計。所以量距冝在陰天進(jìn)行。最好用半導(dǎo)體溫度計測量鋼尺的自身溫度。測量鋼尺的自身溫度。拉力不均誤差拉力不均誤差鋼尺具有彈性，會因受拉而伸長。鋼尺彈性模量鋼尺具有彈性，會因受拉而伸長。鋼尺彈性模量E=2E=210105 5MPaMPa，設(shè)鋼尺斷面積設(shè)鋼尺斷面積A=0.04cmA=0.04cm2 2, ,鋼尺拉

18、力拉力誤差為鋼尺拉力拉力誤差為pp，據(jù)虎克定律，據(jù)虎克定律，鋼尺伸長誤差為鋼尺伸長誤差為：(4-9)EAPlp當(dāng)拉力誤差為當(dāng)拉力誤差為3030N N，尺長，尺長30m30m，鋼尺量距誤差為，鋼尺量距誤差為1mm1mm，所以精密量，所以精密量 距時應(yīng)使用彈簧秤控制拉力。距時應(yīng)使用彈簧秤控制拉力。4.2 鋼尺量距誤差及注意事項鋼尺量距誤差及注意事項鋼尺對準(zhǔn)及讀數(shù)誤差鋼尺對準(zhǔn)及讀數(shù)誤差在量距時，由于鋼尺對點誤差、測釬安置誤差及讀數(shù)誤差都會在量距時，由于鋼尺對點誤差、測釬安置誤差及讀數(shù)誤差都會使量距產(chǎn)生誤差。這些誤差是偶然誤差，所以量距時，應(yīng)仔細(xì)認(rèn)真使量距產(chǎn)生誤差。這些誤差是偶然誤差，所以量距時，應(yīng)仔

19、細(xì)認(rèn)真。并采用多次丈量取平均值的方法，以提高量距精度并采用多次丈量取平均值的方法，以提高量距精度。此外，鋼尺。此外，鋼尺基本分劃為基本分劃為1mm1mm，一般讀數(shù)也到毫米，若不仔細(xì)會產(chǎn)生較大誤差，一般讀數(shù)也到毫米，若不仔細(xì)會產(chǎn)生較大誤差，所以測量時要認(rèn)真仔細(xì)。所以測量時要認(rèn)真仔細(xì)。鋼尺傾斜誤差鋼尺傾斜誤差鋼尺量距時若鋼尺不水平，或鋼尺測量距離時兩端高差測定有鋼尺量距時若鋼尺不水平，或鋼尺測量距離時兩端高差測定有誤差，對測量會產(chǎn)生誤差，使距離測量值偏大，傾斜改正公式見式誤差，對測量會產(chǎn)生誤差，使距離測量值偏大，傾斜改正公式見式(4-5) (4-5) (llh h=-h=-h2 2/2l/2l )

20、 )。從式從式(4-5)(4-5)可見，高差的大小及其測定誤差對測距誤差有影響可見，高差的大小及其測定誤差對測距誤差有影響。對于。對于30m30m的鋼尺，當(dāng)?shù)匿摮?，?dāng)h=1mh=1m，高差測定誤差，高差測定誤差m mh h= =5mm5mm時，產(chǎn)生測距時，產(chǎn)生測距誤差為誤差為0.17mm0.17mm。所以在精密量距時，用普通水準(zhǔn)儀測定高差即可。所以在精密量距時，用普通水準(zhǔn)儀測定高差即可在普通量距時，用目估持平鋼尺，經(jīng)統(tǒng)計會產(chǎn)生在普通量距時，用目估持平鋼尺，經(jīng)統(tǒng)計會產(chǎn)生5050傾斜傾斜( (相相當(dāng)于當(dāng)于0.44m0.44m高差誤差高差誤差) )，對量距約產(chǎn)生，對量距約產(chǎn)生3mm3mm誤差。誤差。

21、4.3 視視 距距 測測 量量4.3.1 4.3.1 視距測量原理視距測量原理視距測量是利用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的視距裝置配合視距尺，根據(jù)幾何光視距測量是利用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的視距裝置配合視距尺，根據(jù)幾何光學(xué)和三角測量原理，同時測定距離和高差的方法。最簡單的視距裝學(xué)和三角測量原理，同時測定距離和高差的方法。最簡單的視距裝置是測量儀器置是測量儀器( (如經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀如經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀) )的望遠(yuǎn)鏡十字絲分劃板上刻制上的望遠(yuǎn)鏡十字絲分劃板上刻制上、下對稱的兩條短線，稱、下對稱的兩條短線，稱視距絲視距絲。如圖如圖4-54-5。視距測量中的視距尺。視距測量中的視距尺可用普通水準(zhǔn)尺，也可用專用視距尺?？捎闷胀ㄋ疁?zhǔn)尺，也可用

22、專用視距尺。視距測量精度一般為視距測量精度一般為1/2001/2001/3001/300，精密視距測，精密視距測量可達(dá)量可達(dá)1/20001/2000。由于視距測。由于視距測量用一臺經(jīng)緯儀即可同時完量用一臺經(jīng)緯儀即可同時完成兩點間平距和高差的測量成兩點間平距和高差的測量，操作簡便，操作簡便，所以當(dāng)?shù)匦纹鹚援?dāng)?shù)匦纹鸱^大時，常用于碎部測量伏較大時，常用于碎部測量和圖根的加密。和圖根的加密。4.3 視視 距距 測測 量量4.3.2 4.3.2 視線水平時視距測量公式視線水平時視距測量公式 l=N-M l=N-M待測距離待測距離D D為：為： D=D+fD=D+f1 1+ (4-10)+ (4-10

23、)從凸透鏡從凸透鏡L L1 1成像原理可得：成像原理可得：l=N-Ml=N-MD=D+fD=D+f1 1+ (4-10)+ (4-10)(4-11)lDpfplfD11, D=Kl+c D=Kl+c (4-14) (4-14)D=Kl+cD=Kl+c (4-14) (4-14)視距尺視距尺焦距焦距物鏡物鏡調(diào)焦透鏡調(diào)焦透鏡焦距焦距令f1/p=K ,f1+C則令令f1/p=K ,f1+C則則4.3 視視 距距 測測 量量4.3.2 4.3.2 視線水平時視距測量公式視線水平時視距測量公式式中：式中：K K視距乘常數(shù)；視距乘常數(shù)；c c視距加常數(shù)。視距加常數(shù)。l l尺間隔尺間隔在儀器設(shè)計時，選擇適當(dāng)

24、參數(shù)，可使在儀器設(shè)計時，選擇適當(dāng)參數(shù)，可使K=100K=100，c c值很小，可忽略值很小，可忽略不計，所以不計，所以視線水平時視距測量公式視線水平時視距測量公式為：為： D=KlD=Kl=100l=100l (4-15) (4-15)D=Kl+cD=Kl+c (4-14) (4-14)D=KlD=Kl=100l=100l (4-15) (4-15)視線水平時，高差由圖視線水平時，高差由圖4-74-7可得：可得：h=i-s (4-16)h=i-s (4-16)h=i-s (4-16)h=i-s (4-16)式中：式中：i i儀器高儀器高s s中絲讀數(shù)。中絲讀數(shù)。4.3 視視 距距 測測 量量4

25、.3.2 4.3.2 視線傾斜時視距測量公式視線傾斜時視距測量公式設(shè)視線豎直角為設(shè)視線豎直角為，由，由于十字絲上、下絲的間距很于十字絲上、下絲的間距很小，視角小，視角22約為約為3434，故可，故可將將EMNEMN和和ENNENN近似看近似看成直角。成直角。MEM=NEN=MEM=NEN=，從圖，從圖可見：可見：ME+EN=(ME+EN)cosME+EN=(ME+EN)cosl=lcosl=lcosD=Kl=KlcosD=Kl=Klcos水平距離為水平距離為D=DcosD=Dcos=Klcos=Klcos2 2初算高差為：初算高差為：(4-19)2sinsincossin21KlKlDh4.3

26、 視視 距距 測測 量量4.3.2 4.3.2 視線傾斜時視距測量公式視線傾斜時視距測量公式A A、B B兩點高差為：兩點高差為：(4-20)(4-20)siKlsihh2sin214.3 視視 距距 測測 量量4.3.2 4.3.2 視線傾斜時視距測量公式視線傾斜時視距測量公式在實際工作中，可以使中絲讀數(shù)等于儀器高在實際工作中，可以使中絲讀數(shù)等于儀器高i,i,則上式可簡化為則上式可簡化為: :(4-21)2sin21Klh 據(jù)據(jù)(4-18)(4-18)式算出式算出A A，B B間的水平距離后，高差間的水平距離后，高差h h也可按下式計算：也可按下式計算：h=Dtg+i-sh=Dtg+i-s4

27、.3 視視 距距 測測 量量4.3.4 4.3.4 視距常數(shù)測定視距常數(shù)測定c=0c=0，不需測定，只進(jìn)行，不需測定，只進(jìn)行K K測定。測定。在平坦地區(qū)選一直線在平坦地區(qū)選一直線 ABAB；沿直線在距離為沿直線在距離為25m25m，50m,100m,150m,200m50m,100m,150m,200m打樁；打樁；順序編號為順序編號為B B1 1、B B2 2、B Bn n；儀器安置在儀器安置在A A點，在點，在B BI I樁上依次立視距尺，在視線水平時，用樁上依次立視距尺，在視線水平時，用盤左、盤右用上、下絲在尺上讀數(shù)，求得尺間距盤左、盤右用上、下絲在尺上讀數(shù)，求得尺間距l(xiāng) li i；儀器安

28、置在儀器安置在B B點返測，重復(fù)點返測，重復(fù)；將將、測得的尺間距測得的尺間距l(xiāng) li i取平均值；取平均值； 據(jù)據(jù)l li i、D Di i 按按4-144-14可計算可計算K Ki i4.3 視視 距距 測測 量量4.3.5 4.3.5 視距測量誤差及注意事項視距測量誤差及注意事項影響視距測量精度的因素有以下幾方面：影響視距測量精度的因素有以下幾方面：視距尺分劃誤差視距尺分劃誤差視距尺分劃誤差一般為視距尺分劃誤差一般為0.5mm0.5mm, ,引起的距離誤差為引起的距離誤差為0.071m0.071m. .乘常數(shù)乘常數(shù)K K不準(zhǔn)確的誤差不準(zhǔn)確的誤差一般視距常數(shù)一般視距常數(shù)K=100K=100，

29、但由于視距絲間隔有誤差，視距尺有系，但由于視距絲間隔有誤差，視距尺有系統(tǒng)性誤差，儀器檢定有誤差，會使統(tǒng)性誤差，儀器檢定有誤差，會使K K值不為值不為100100。K K值誤差使視距測值誤差使視距測量產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。量產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。K K值應(yīng)在值應(yīng)在1001000.10.1之內(nèi)，否則應(yīng)加以改正。之內(nèi)，否則應(yīng)加以改正。豎直角測量誤差豎直角測量誤差豎直角觀測誤差對視距測量有影響，根據(jù)視距測量公式，其影豎直角觀測誤差對視距測量有影響，根據(jù)視距測量公式，其影響為：響為：m md d=Klsin2m=Klsin2m/(4-22)(4-22)當(dāng)當(dāng)=45=45，m m= =1010，KlKl=100m=100m

30、，m md d5mm5mm，可見垂直角觀，可見垂直角觀測誤差對視距測量影響不大測誤差對視距測量影響不大。m md d=Klsin2m=Klsin2m/(4-22)(4-22)4.3 視視 距距 測測 量量4.3.5 4.3.5 視距測量誤差及注意事項視距測量誤差及注意事項視距絲讀數(shù)誤差視距絲讀數(shù)誤差此誤差是影響視距測量精度的重要因素，它與視距遠(yuǎn)近成正比此誤差是影響視距測量精度的重要因素，它與視距遠(yuǎn)近成正比，距離越遠(yuǎn)誤差越大。所以測量中要根據(jù)測圖對測量精度的要求限，距離越遠(yuǎn)誤差越大。所以測量中要根據(jù)測圖對測量精度的要求限制最遠(yuǎn)視距。制最遠(yuǎn)視距。視距尺傾斜誤差視距尺傾斜誤差視距尺傾斜誤差的影響與豎

31、直角有關(guān)，如表視距尺傾斜誤差的影響與豎直角有關(guān)，如表4-14-1?？梢姡?。可見，視距視距尺傾斜時，對視距測量的影響不可忽視尺傾斜時，對視距測量的影響不可忽視。特別是在山區(qū)，傾角大時。特別是在山區(qū)，傾角大時更要注意，必要時可在視距尺上附加圓水準(zhǔn)器。更要注意，必要時可在視距尺上附加圓水準(zhǔn)器。0.30.51.11.8允許值允許值201053豎直角豎直角表表4-14.3 視視 距距 測測 量量4.3.5 4.3.5 視距測量誤差及注意事項視距測量誤差及注意事項外界氣象條件對視距測量的影響外界氣象條件對視距測量的影響大氣折光的影響大氣折光的影響視線穿過大氣時會產(chǎn)生折射，其從直線視線穿過大氣時會產(chǎn)生折射，

32、其從直線變?yōu)榍€，造成誤差。由于視線靠近地面，折光大，變?yōu)榍€，造成誤差。由于視線靠近地面，折光大，所以規(guī)定視線所以規(guī)定視線應(yīng)高出地面應(yīng)高出地面1m1m, ,以上以上。大氣湍流的影響大氣湍流的影響空氣的湍流使視距成像不穩(wěn)定，造成視空氣的湍流使視距成像不穩(wěn)定，造成視距誤差。當(dāng)視線接近地面或水面時這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。距誤差。當(dāng)視線接近地面或水面時這種現(xiàn)象更為嚴(yán)重。所以視線要所以視線要高出地面高出地面1m1m以上以上。除此以外，除此以外，風(fēng)風(fēng)和和大氣能見度大氣能見度對視距測量也會產(chǎn)生影響。風(fēng)力過對視距測量也會產(chǎn)生影響。風(fēng)力過大，尺子會抖動，空氣中灰塵和消氣會使視距尺成像不清晰，造成大，尺子會抖動，空氣

33、中灰塵和消氣會使視距尺成像不清晰，造成讀數(shù)誤差，所以應(yīng)選擇良好的天氣進(jìn)行測量。讀數(shù)誤差，所以應(yīng)選擇良好的天氣進(jìn)行測量。一、測距儀分類一、測距儀分類 1 . 按光源分類按光源分類 w w 紅外光源：紅外光源：采用砷化鎵發(fā)光二極管發(fā)出不采用砷化鎵發(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可見的紅外光，目前工程測量中所使用的短短程測距儀大都采用此光源。程測距儀大都采用此光源。 w w 激光光源：激光光源：采用固體激光器、氣體激光器采用固體激光器、氣體激光器或半導(dǎo)體激光器發(fā)出的方向性強、亮度高、或半導(dǎo)體激光器發(fā)出的方向性強、亮度高、相干性好的激光作光源，一般用于相干性好的激光作光源，一般用于

34、中遠(yuǎn)程測中遠(yuǎn)程測距儀上。距儀上。4.4 光電測距光電測距2. 按測程分類按測程分類 w 短程光電測距儀短程光電測距儀：測程小于：測程小于3公里，公里，用于工用于工程測量。程測量。 w 中程光電測距儀中程光電測距儀：測程為：測程為315公里，通常公里，通常用于一般等級控制測量。用于一般等級控制測量。 w 遠(yuǎn)程光電測距儀遠(yuǎn)程光電測距儀：測程大于測程大于15公里公里，通常用通常用于國家三角網(wǎng)及特級導(dǎo)線。于國家三角網(wǎng)及特級導(dǎo)線。 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公里測距中誤差公里測距中誤差（即（即mD=a+b D，當(dāng)，當(dāng)D=1km時）時），劃分為劃分為3級

35、級： w 級級：mD 5mm； w 級級：5mmmD10mm； w 級級：10mmmD20mm。其中：其中：a為固定誤差為固定誤差，以以mm為單位；為單位； b為每公里的比例誤差系數(shù)，為每公里的比例誤差系數(shù)，以以mm/km為單位；為單位； D為測距邊長，為測距邊長，以以km為單位。為單位。 lAB兩點距離：兩點距離： D ct / 2式中式中 c電磁波信號在大氣中的傳播速度電磁波信號在大氣中的傳播速度，其值約為，其值約為c 3108米米/秒。秒。 t 測量測量2D所需的時間。所需的時間。圖圖4-64.4.14.4.1光電測距原理光電測距原理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

36、取決于測量時間的精度測量時間的精度w在電子測距中測量時間一般采用兩種方法在電子測距中測量時間一般采用兩種方法 (1) 直接測定時間直接測定時間：如：如電子脈沖法電子脈沖法(美：最先進(jìn)僅美：最先進(jìn)僅達(dá)到達(dá)到0.3m的精度）的精度） (2) 間接的測定時間間接的測定時間：相位法相位法(通過測量電磁波信通過測量電磁波信號往返傳播所產(chǎn)生的相位移來間接的測定時間號往返傳播所產(chǎn)生的相位移來間接的測定時間)。 相位法測距原理：相位法測距原理： 如圖為測距儀發(fā)出經(jīng)調(diào)制的按正弦波變化的調(diào)制信號的往如圖為測距儀發(fā)出經(jīng)調(diào)制的按正弦波變化的調(diào)制信號的往返傳播情況。返傳播情況。v信號的周期為信號的周期為T，一個周期信號

37、的相位變化為一個周期信號的相位變化為2 ，v信號往返所產(chǎn)生的相位移為信號往返所產(chǎn)生的相位移為:v 信號的周期為信號的周期為T，一個周期信號的相位變化為一個周期信號的相位變化為2 ，v 信號往返所產(chǎn)生的相位移為信號往返所產(chǎn)生的相位移為: 式中式中 f調(diào)制信號的頻率；調(diào)制信號的頻率； t調(diào)制信號往返傳播的時間；調(diào)制信號往返傳播的時間； c調(diào)制信號在大氣中的傳播速度；調(diào)制信號在大氣中的傳播速度； 調(diào)制信號的波長。（調(diào)制信號的波長。（圖圖4-7）)(2222122121)(2)(2cfcfcctDABbftaft距離：則：如如圖圖4-7，信號往返所產(chǎn)生的相位移為：，信號往返所產(chǎn)生的相位移為： N2 2

38、 （N ） （d）式中：式中：N為相位移的整周期數(shù)為相位移的整周期數(shù), 為不足一周期的尾數(shù)。將為不足一周期的尾數(shù)。將其代入其代入c 式式( D = (c / 2f )( / 2 ) 得：得： D （N ） （NN） （413） 式中：式中： ，為調(diào)制正弦波信號的波長；，為調(diào)制正弦波信號的波長； N 。令。令 u，上式可寫成，上式可寫成 ： Du（N N） （414）2fc212fc222 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 ”的的“光測尺光測尺”量距，量距，N為整為整尺段數(shù)，尺段數(shù)，N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

39、尺量距D=nl + q 。w w 但儀器用于測量相位的裝置（稱相位計）只能測量出但儀器用于測量相位的裝置（稱相位計）只能測量出 ,即即尺段尾數(shù)尺段尾數(shù)N(N = / 2 )，而不能測量整周數(shù)，而不能測量整周數(shù)N。如：當(dāng)測如：當(dāng)測尺長度為尺長度為u10m時，要測量距離為時，要測量距離為835.486m時，測量出的距時，測量出的距離只能為離只能為5.486m，即此時只能測量小于，即此時只能測量小于10m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，為了能得到距離的單解值，可將調(diào)制頻率降低，使調(diào)制波使調(diào)制波長長大于待測距離的大于待測距離的2倍，倍，這時待測距離的相位移即為這時待測距

40、離的相位移即為 。如如圖圖4-J2; 將將相位計記錄的相位計記錄的 轉(zhuǎn)換為距離，在測距儀的顯示窗中轉(zhuǎn)換為距離，在測距儀的顯示窗中顯示出來。顯示出來。w 儀器的測相精度只有儀器的測相精度只有1/1000，故當(dāng)測尺，故當(dāng)測尺距離越長，距離測量距離越長，距離測量誤差越大誤差越大，例如：例如： 當(dāng)當(dāng)f1=15MHZ時，測尺長度時，測尺長度/2=10m，距離誤差為，距離誤差為 0.01m， 當(dāng)當(dāng)f2=150KHZ時，測尺長度時，測尺長度/2=1000m，距離誤差為，距離誤差為 1m。圖圖4-J2 AAB例：例：測量距離時采用測量距離時采用 u110m和和 u21 000m測尺測尺，測量結(jié)果如下：測量結(jié)果

41、如下： 精測精測 結(jié)果結(jié)果 5. 486 粗測粗測結(jié)果結(jié)果 835. 4 儀器顯示儀器顯示 835. 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)”， “精測尺精測尺（長度較小的測尺長度較小的測尺：如：如：10m）”. 同時測距，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。 一、紅外測距儀的類型一、紅外測距儀的類型紅外測距儀紅外測距儀，是以發(fā)射紅

42、外光的光，是以發(fā)射紅外光的光源裝備的光電測距儀。源裝備的光電測距儀。1.1.類型：按測程：短程測距儀，中類型：按測程：短程測距儀，中程測距儀，遠(yuǎn)程測距儀，超遠(yuǎn)程測程測距儀，遠(yuǎn)程測距儀，超遠(yuǎn)程測距儀。距儀。按基本功能的類型有：按基本功能的類型有：1)專用型專用型：只用于測量距離。：只用于測量距離。2)半站型半站型：測距儀與光學(xué)經(jīng)緯儀組：測距儀與光學(xué)經(jīng)緯儀組合在一起，稱為半站型儀器。合在一起，稱為半站型儀器。3)全站型全站型：測距儀與光電經(jīng)緯儀組：測距儀與光電經(jīng)緯儀組合的儀器，或者測距儀與光電經(jīng)緯合的儀器，或者測距儀與光電經(jīng)緯儀結(jié)合為一體化儀器，稱為全站型儀結(jié)合為一體化儀器，稱為全站型儀器，簡稱全

43、站器。儀器，簡稱全站器。4.4.24.4.2光電測距儀及其使用光電測距儀及其使用二、紅外測距儀的技術(shù)指標(biāo)二、紅外測距儀的技術(shù)指標(biāo) 1.測距精度：測距精度： m=(a+bD) m=(5mm+5ppm.Dkm ) 2.測程：測程：在滿足測距精度的條件下測距儀可能測得的最大距離。在滿足測距精度的條件下測距儀可能測得的最大距離。 1.2km3.2km。與大氣狀況及反射器棱鏡數(shù)有關(guān)。與大氣狀況及反射器棱鏡數(shù)有關(guān)。 三、紅外測距儀主要設(shè)備三、紅外測距儀主要設(shè)備 1.測距儀主機：外貌：前面板，操作面板。測距儀主機：外貌：前面板，操作面板。 2.反射器 單棱鏡、三棱鏡反射器直角棱鏡反射器有三個特點： 1)反射

44、器的入射光線和反射光線的方向相反，且線徑互相平行。利于瞄準(zhǔn)目標(biāo) 2)可以根據(jù)測程的長短增減棱鏡的個數(shù)。 3)反射器有本身的規(guī)格參數(shù)。反射器與測距儀配合使用，不要隨意更換。測程短 1km 測程長3km3.蓄電池、充電器 4.氣象儀器四、紅外測距儀的一般使用四、紅外測距儀的一般使用 1.基本操作(半站型)1)經(jīng)緯儀和反射器的安置。 2)測距儀的安置。(1)安裝電池。(2)把測距儀裝載在經(jīng)緯儀的支柱上。3)瞄準(zhǔn)反射器。(1)經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)反射器。覘牌中心。(2)測距儀瞄準(zhǔn)反射器。4)開機檢查。5)測距。正常測距、跟蹤測距、連續(xù)測距、平均測距。6)測量氣象元素。7)關(guān)機收測。 2.紅外測距儀使用中的注意問

45、題： 測線環(huán)境要求：大氣透明度比較好，測線沒有障礙物；測線上只架設(shè)一個反射器，不得存在多個反射器；測線上沒有強烈光源，太陽光不得對射測距儀。6.2 直線定向及坐標(biāo)反算直線定向及坐標(biāo)反算6.2.1 6.2.1 直線定向的概念直線定向的概念確定地面上兩點之間的相對位置，僅知道兩點之間的水平距離確定地面上兩點之間的相對位置，僅知道兩點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。確定一條直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱為直線定向確定一條直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱為直線定向。標(biāo)準(zhǔn)方向的種類標(biāo)準(zhǔn)方向的種類真子午線方向真子午線方向通過

46、地通過地球表面某點的真子午線的切線方球表面某點的真子午線的切線方向，稱為該點的真子午線方向。向，稱為該點的真子午線方向。真子午線的方向用真子午線的方向用天文測量天文測量的方的方法測定，或用法測定，或用陀螺經(jīng)緯儀陀螺經(jīng)緯儀方法測方法測定。定。磁子午線方向磁子午線方向磁子午磁子午線方向是磁針在地球磁場的作用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下，磁針自由靜止時其軸線所指的方向?？捎玫姆较?。可用羅盤儀羅盤儀測定。測定。6.2 直線定向及坐標(biāo)反算直線定向及坐標(biāo)反算6.2.1 6.2.1 直線定向的概念直線定向的概念坐標(biāo)縱軸方向坐標(biāo)縱軸方向如第一章所述，我國采用高斯平面直角坐如第一章

47、所述，我國采用高斯平面直角坐標(biāo)系，每一標(biāo)系，每一6 6帶或帶或3 3帶內(nèi)都以該帶的中央子午線作為坐標(biāo)縱軸，帶內(nèi)都以該帶的中央子午線作為坐標(biāo)縱軸，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)方向由于地球磁極與地球旋轉(zhuǎn)軸南由于地球磁極與地球旋轉(zhuǎn)軸南北極不重合，因此過地球上某點的北極不重合，因此過地球上某點的真子午線與磁子午線不重合真子午線與磁子午線不重合。兩者。兩者之間的夾角稱為之間的夾角稱為磁偏角磁偏角，用，用表示表示，見圖，見圖6-56-5。磁子午線北端偏于真子午線以磁子午線北端偏于真子午線以東為東為東偏東偏( (+) )，偏于真

48、子午線以西，偏于真子午線以西為為西偏西偏( (-) )。地球上不同地點磁偏。地球上不同地點磁偏角也不同。我國磁偏角的變化大約角也不同。我國磁偏角的變化大約在在+6+6-10-10之間。地球磁極是不之間。地球磁極是不斷變化的，磁偏角也在變化。斷變化的，磁偏角也在變化。6.2 直線定向及坐標(biāo)反算直線定向及坐標(biāo)反算6.2.1 6.2.1 直線定向的概念直線定向的概念地面上不同經(jīng)度的子午線收斂于兩極。地面上兩點子午線方向地面上不同經(jīng)度的子午線收斂于兩極。地面上兩點子午線方向的夾角稱為的夾角稱為子午線收斂角子午線收斂角，用，用表示，見圖表示，見圖6-66-6。設(shè)設(shè)A A、B B為同緯度上的兩點，其距離為

49、為同緯度上的兩點，其距離為l l。過。過A A、B B兩點分別作子午線的切線交于兩點分別作子午線的切線交于地軸地軸P P點。點。APAP、BPBP為子午線方向。若為子午線方向。若A A、B B相距不太遠(yuǎn)時，子午線收斂角相距不太遠(yuǎn)時，子午線收斂角可用下可用下式計算：式計算：(6-1)BPl在直角三角形在直角三角形BOPBOP中，中，BP=R/tanBP=R/tan，代入上式得：代入上式得：(6-2)tanRl從上式可見，緯度愈低，子午線收斂從上式可見，緯度愈低，子午線收斂角愈小，在赤道上為零。緯度越高，收角愈小，在赤道上為零。緯度越高，收斂角愈大。斂角愈大。6.2 直線定向及坐標(biāo)反算直線定向及坐

50、標(biāo)反算6.2.2 6.2.2 直線定向方法直線定向方法測量中常用方位角來表示直線的方向。測量中常用方位角來表示直線的方向。由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起，由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起，順時針方向量到某直線的夾角，稱為該直線的方位角順時針方向量到某直線的夾角，稱為該直線的方位角。角值由。角值由0 0360360。圖。圖6-76-7。真方位角與磁方位角真方位角與磁方位角若標(biāo)若標(biāo)準(zhǔn)方向為真子午線方向，則稱準(zhǔn)方向為真子午線方向，則稱真方位真方位角角，用，用A A表示。若標(biāo)準(zhǔn)方向為磁子午表示。若標(biāo)準(zhǔn)方向為磁子午線方向，則稱線方向，則稱磁方位角磁方位角，用，用A Am m表示。表示。真方位角和磁方位角之間的關(guān)系為：真方位角和磁方位角之間的關(guān)系為：坐標(biāo)方位角坐標(biāo)方位角從每帶的坐標(biāo)從每帶的坐標(biāo)縱軸的北端按順時針方向到一直線的縱軸的北端按順時針方向到一直線的水平角為該直線的水平角為該直線的坐標(biāo)方位角坐標(biāo)方位角，或稱，或稱方位角方位角。用。用表示。表示。真方位角與坐標(biāo)方位角的關(guān)系：真方位角與坐標(biāo)方位角的關(guān)系：A=+A=+方位角方位角A=AA=Am m+(6-3)(6-3)