距離測量與直線定向-測距儀-全站儀課件

1、 測量技術(shù)基礎(chǔ)第4章 距離測量與直線定向10/5/20221山東理工大學(xué)建工學(xué)院第4章 距離測量與直線定向距離測量是測量三項基本工作之一.距離測量的方法主要有: 1.鋼尺(皮尺)量距. 2.視距測量 3.光電測距要確定地面點的平面位置,還必須測定直線的方向, 即直線定向10/5/20222山東理工大學(xué)建工學(xué)院視距測量圖10/5/20223山東理工大學(xué)建工學(xué)院利用調(diào)制波波長測距B測距儀反光棱鏡S電磁波測距電磁波測距圖A10/5/20224山東理工大學(xué)建工學(xué)院 第4章距離測量與直線定向 5.1 鋼尺量距 5.2 視距測量 5.3 紅外線測距儀及全站儀 5.4 直線定向 10/5/20225山東理工

2、大學(xué)建工學(xué)院端點尺 刻線尺測釬 花桿皮尺 測繩鋼卷尺10/5/20227山東理工大學(xué)建工學(xué)院4.1.2 直線定線 1. 兩點間目估定線2. 兩點間互不通視定線3.經(jīng)緯儀定線: 如果量距要求的精度較高, 可在其端點A安置經(jīng)緯儀定線.10/5/20228山東理工大學(xué)建工學(xué)院2.傾斜地面丈量SDh (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)儀測定?；蛩骄嚯x：(2) 在傾斜地面平量10/5/202210山東理工大學(xué)建工學(xué)院量距相對精度可達1 1萬 1 4萬。 3. 鋼尺量距的精密方法精密量距時采取的措施： 1.用檢定過的鋼尺； 2.經(jīng)緯儀定線； 3.釘尺段樁(概量

3、得)，用水準(zhǔn)儀測量樁間高差； 4.對鋼尺施加固定拉力，并測量溫度； 5.對量距結(jié)果加三項改正數(shù)。10/5/202211山東理工大學(xué)建工學(xué)院三項改正數(shù)4 . 1 . 4 鋼尺量距的成果整理每尺段經(jīng)改正后的水平距離： 總的水平距離： 10/5/202212山東理工大學(xué)建工學(xué)院例：用一檢定過的30米鋼尺沿傾斜地面丈量AB距離，數(shù)據(jù)見 下表。該鋼尺的尺長方程式如下，請整理量距成果。 (注：鋼尺膨脹系數(shù) =0.00001150.0000125為鋼尺溫度變 化1度時，單位長度的變化量。)尺段長度及量距精度計算10/5/202214山東理工大學(xué)建工學(xué)院 4.2 視距測量4.2.1 視距測量概述視距測量是一種

4、間接測距方法; 它利用望遠鏡內(nèi)十字絲分劃板上的視距絲及刻有厘米分劃的視距標(biāo)尺(地形塔尺或普通水準(zhǔn)尺)，根據(jù)光學(xué)原理可以同時測定兩點間的水平距離和高差.其中測量距離的相對誤差約為1/300，低于鋼尺量距；測定高差的精度低于水準(zhǔn)測量;視距測量廣泛用于地形測量的 碎部測量中。10/5/202215山東理工大學(xué)建工學(xué)院視線水平時的視距測量公式:(1) 水平距離公式:(2) 高差公式:(3) B點高程:10/5/202217山東理工大學(xué)建工學(xué)院4.2.3 視線傾斜時的視距測量公式(1) 水平距離公式:(2) 初算高差:(3) 高差公式:10/5/202218山東理工大學(xué)建工學(xué)院（1）在測站 A 安置經(jīng)緯

5、儀，量取儀器高 i，在測點 B 豎立視距尺； （2）照準(zhǔn)視距尺，用上下視距絲分別在尺上讀取讀數(shù)，算出視距間隔 n（n =下絲讀數(shù)-上絲讀數(shù)）。也可先將中絲對準(zhǔn)儀器高讀豎直角，然后把上絲對準(zhǔn)鄰近整數(shù)刻劃后直接讀取視距間隔；4.2.4 視距測量觀測與計算方法10/5/202219山東理工大學(xué)建工學(xué)院（3）轉(zhuǎn)動豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管微動螺旋使豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤讀數(shù)，算出豎直角。對有豎盤指標(biāo)自動歸零裝置的儀器，應(yīng)打開自動歸零裝置后再讀數(shù)；4.2.4 視距測量觀測與計算方法（4）根據(jù)視距公式，計算水平距離和高差及立尺點的高程。10/5/202220山東理工大學(xué)建工學(xué)院一、概述電磁波測距(Elect

6、ro-magnetic Distance Measuring，EDM) 是用電磁波(光波或微波)作為載波，傳輸測距信號，以測量兩點間距離的一種方法。EDM具有測程長、精度高、作業(yè)快、工作強度低、幾乎不受地形限制等優(yōu)點。4.3 電磁波測距及全站儀10/5/202221山東理工大學(xué)建工學(xué)院二、電磁波測距儀分類1. 按其所采用的載波（光源）可分為：微波測距儀(microwave EDM instrument)；激光測距儀(laser EDM instrument)；紅外測距儀(infrared EDM instrument);2. 按測程分為：短程測距儀(5km)中程測距儀(515km)遠程測距儀(

7、 15km）3. 按精度分為：級測距儀(mD 5mm) 級測距儀(5 mD 10mm) 級測距儀(mD 10mm ）4. 按測距原理分為： 脈沖式； 相位式10/5/202222山東理工大學(xué)建工學(xué)院直接測時-該類測距儀稱為脈沖式測距儀，該儀器因其精度較低，通常只用于精度較低的遠距離測量、地形測量和炮瞄雷達測距。間接測時-用測定相位的方法來測定距離，此類儀器稱為相位式測距儀?，F(xiàn)有的精密光電測距儀都不采用直接測時的方法，而采用間接測時。電磁波測距方式10/5/202224山東理工大學(xué)建工學(xué)院脈沖式測距原理 假設(shè)時鐘脈沖的震蕩頻率為 , 震蕩周期為計數(shù)器記錄的震蕩次數(shù)為N, 則脈沖光波在AB兩點間往

8、返的時間為:10/5/202225山東理工大學(xué)建工學(xué)院相位式測距原理調(diào)制波的調(diào)制頻率f，角頻率 ，周期T，波長: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)制信號一個周期相位變化為2，則調(diào)制波的傳播時間t為： 代入基本公式得 :10/5/202227山東理工大學(xué)建工學(xué)院相位式測距原理設(shè)調(diào)制信號為正弦信號，包含2的整倍數(shù)N2，和不足2的尾數(shù)部分，即：代入前面公式: 10/5/202228山東理工大學(xué)建工學(xué)院相位式測距原理令 : -單位長，“光測尺”，“電子尺” 公式改寫成 :上式就是相位式測距原理公式。相位式測距儀是用長度為LS的“測尺”去量測距離，量了N個整尺段加上不足一個LS的長度就是所測

9、距離。 采用多個“測尺”組合實現(xiàn)測距技術(shù)過程。設(shè)計；精測尺+粗測尺測距。10/5/202229山東理工大學(xué)建工學(xué)院相位式測距原理調(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/210m20m100m1km2km10km精度1cm2cm10cm1m2m10m10/5/202230山東理工大學(xué)建工學(xué)院4.3.2 光電測距儀的組成10/5/202231山東理工大學(xué)建工學(xué)院4.3.2 光電測距儀的組成10/5/202232山東理工大學(xué)建工學(xué)院4.3.4 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 1

10、0/5/202233山東理工大學(xué)建工學(xué)院南方NTS全站儀TOPCON GTS全站儀10/5/202234山東理工大學(xué)建工學(xué)院Leica 全站儀10/5/202235山東理工大學(xué)建工學(xué)院（一） 全站儀概述全站儀(total station)是由電子測角、光電測距、微型機及其軟件組合而成的智能型光電測量儀器。全站儀的基本功能是測量水平角、豎直角和距離。全站儀具有如下特點：同時進行角度測量(水平角、豎直角) 和距離測量(斜距S、平距D、高差h) ； 測距系統(tǒng)光軸與測角系統(tǒng)視準(zhǔn)軸同軸（三軸同一）；顯示測點的角度(方向值)、距離、高差或三維坐標(biāo)；擁有后方交會、放樣、偏心測量、懸高測量、對邊測量、面積計算

11、等高級測量功能。10/5/202236山東理工大學(xué)建工學(xué)院全站儀特點擁有較大容量的內(nèi)部存儲器，以數(shù)據(jù)文件形式存儲已知點和觀測點的點號、編碼、三維坐標(biāo)； 實現(xiàn)全站儀與計算機的數(shù)據(jù)通訊； 高精度全站儀測角達0.5秒級，測距精度達(0.1mm+0.1PPM)； 與計算機聯(lián)合組成的智能觀測系統(tǒng)能實現(xiàn)全自動瞄準(zhǔn)、觀測、記錄、存儲和數(shù)據(jù)的傳輸，被稱為測量機器人。10/5/202237山東理工大學(xué)建工學(xué)院 三軸同一望遠鏡在全站儀的望遠鏡中，照準(zhǔn)目標(biāo)的視準(zhǔn)軸、光電測距的紅外光發(fā)射光軸和接收光軸是同軸的，其光路如圖所示。因此，測量時使望遠鏡照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡的中心，就能同時測定水平角、垂直角和斜距10/5/20223

12、8山東理工大學(xué)建工學(xué)院測量儀器總的發(fā)展過程 測量儀器總的發(fā)展過程：光學(xué)經(jīng)緯儀 電子經(jīng)緯儀 速測全站儀 全站儀。全站儀的發(fā)展過程： 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.全自動智能全站儀全站儀生產(chǎn)廠家：瑞士：徠卡Leica德國：蔡司Zeiss 日本：拓普康TOPCON，索佳SOKKIA，賓得,尼康中國：南方、蘇州、北京10/5/202239山東理工大學(xué)建工學(xué)院（二） 全站儀的功能對邊測量、懸高測量、后方交會、放樣、偏心測量、面積計算等高級測量功能。10/5/202240山東理工大學(xué)建工學(xué)院全站儀的功能1、對邊測量如圖，分別瞄準(zhǔn)兩個目標(biāo)點處的棱鏡并觀測后，儀器即可顯

13、示出兩個棱鏡之間的平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。對邊測量可以連續(xù)進行。VSHD%10/5/202241山東理工大學(xué)建工學(xué)院全站儀的功能2、懸高測量如圖，要測量某些不能設(shè)置反射棱鏡的目標(biāo)（高壓電線、橋梁桁架）的高度時，可在目標(biāo)正上方或正下方處安置棱鏡，輸入棱鏡高h1，瞄準(zhǔn)棱鏡并觀測后，再瞄準(zhǔn)目標(biāo)，儀器即可顯示目標(biāo)的高度HHh1h210/5/202242山東理工大學(xué)建工學(xué)院全站儀的功能3、后方交會測量如圖，全站儀安置在某一待定點上，通過對兩個以上的已知點處的棱鏡進行觀測，并輸入各已知點三維坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，全站儀即可顯示待定點的三維坐標(biāo)。10/5/202243山東理工大學(xué)

14、建工學(xué)院4、三維坐標(biāo)測量如圖，將全站儀安置在已知點A，棱鏡設(shè)置在待定點P，輸入A點已知坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，先后視已知點B并輸入B點坐標(biāo)（后視已知點是為了設(shè)置方向位角）然后瞄準(zhǔn)P點處棱鏡并進行觀測，儀器即可顯示待定P的三維坐標(biāo)。APB全站儀的功能10/5/202244山東理工大學(xué)建工學(xué)院全站儀的功能5、放樣測量將要測設(shè)的角度和邊長（或坐標(biāo)值）輸入全站儀，在放樣過程中儀器顯示角度和邊長的實測值與放樣值之差，根據(jù)顯示的偏離值及符號調(diào)整棱鏡位置，直至偏離值為零，此時棱鏡所處位置即為要測設(shè)的點位。有的電子全站儀還可通過圖形顯示出棱鏡上下左右前后的移動方向。10/5/202245山東理工大學(xué)建工學(xué)院全

15、站儀的功能6、偏心測量如圖，若侍定點處不能設(shè)置棱鏡，可將棱鏡設(shè)置在待定點的左側(cè)或右側(cè)，并使棱鏡至站點的距離相當(dāng)，瞄準(zhǔn)棱鏡并進行觀測，再照準(zhǔn)待定點，儀器即可顯示待定點的坐標(biāo)。不同廠家生產(chǎn)的電子全站儀其鍵盤設(shè)計并不完全相同，實現(xiàn)相同測量功能的按鍵程序和步驟也不完全一樣，具體使用應(yīng)參見廠家的使用說明書。10/5/202246山東理工大學(xué)建工學(xué)院全站儀測量的流程野外采集數(shù)據(jù)：南方NTS、 TOPCON全站儀+PDA（測圖精靈）傳輸數(shù)據(jù)：將數(shù)據(jù)文件傳入計算機處理數(shù)據(jù)：用測圖軟件 （南方測繪CASS）處理、編輯輸出成果：數(shù)字化地 形圖、電子地圖（.dwg）、工程圖。10/5/202247山東理工大學(xué)建工學(xué)

16、院 4.4 直線定向4.4.1 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為直線定向。 10/5/202248山東理工大學(xué)建工學(xué)院標(biāo)準(zhǔn)方向的種類 1 真子午線方向 通過地球表面某點真子午線的切線方向，稱為該點的真子午線方向，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。10/5/202249山東理工大學(xué)建工學(xué)院標(biāo)準(zhǔn)方向的種類 3 坐標(biāo)縱軸方向(中央子午線方向) 第

17、二章已述及，我國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)方向。 10/5/202250山東理工大學(xué)建工學(xué)院4.4.2 表示直線方向的方法 測量工作中，常采用方位角來表示直線的方向。 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，其角值從0 360。 由不同的標(biāo)準(zhǔn)方向所得到的方位角，分別為： 真方位角：A 磁方位角：Am 坐標(biāo)方位角：標(biāo)準(zhǔn)方向OP10/5/202251山東理工大學(xué)建工學(xué)院幾種方位角之間的關(guān)系 1 真方位角與磁方位角之

18、間的關(guān)系 由于地磁南北極與地球的南北極并不重合，因此，過地面上某點的真子午線方向與磁子午線方向常不重合，兩者之間的夾角稱為磁偏角，磁針北端偏于其子午線以東稱東偏，偏于其子午線以西稱西偏。東偏取正值，西偏取負值。我國磁偏角的變化大約在+6到-10之間。直線的真方位角與磁方位10/5/202252山東理工大學(xué)建工學(xué)院幾種方位角之間的關(guān)系 2真方位角與坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系 中央子午線在高斯平面上是一條直線，作為該帶的坐標(biāo)縱軸，而其它子午線投影后為收斂于兩極的曲線，地面點M、N等點的真子午線方向與中央子午線之間的夾角，稱為子午線收斂角。在中央子午線以東地區(qū)，各點的坐標(biāo)縱軸偏在真子午線的東邊，為正值；在中央子午線以西地區(qū)，為負值。 直線的真方位角與