4-距離測量解析

一般高等學(xué)校土木工程專業(yè)精編系列規(guī)劃教材土木工程測量主編王曉明殷耀國書目1緒論2水準(zhǔn)測量3角度測量4距離測量5坐標(biāo)測量6地形圖基本學(xué)問7地形圖測繪書目8地形圖的應(yīng)用9工程放樣的基本工作10建筑工程測量11線路工程測量12橋梁工程測量13地下工程測量14變形測量

4距離測量書目下頁上頁內(nèi)容提要實力要求本章主要介紹距離測量的基本原理和方法，包括鋼尺量距、視距測量和光電測距。本章的教學(xué)重點為距離測量的方法；教學(xué)難點為距離測量的成果整理。通過本章的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)當(dāng)了解鋼尺量距的一般方法，學(xué)會量距成果的整理；清晰視距測量的原理，駕馭用視距測量的方法進行水平距離和高差的測定；了解電磁波測距的基本原理。4距離測量4.1鋼尺量距4.2視距測量4.3光電測距◎習(xí)題與思索題書目下頁上頁距離測量：是確定地面點相對位置的三項基本外業(yè)工作之一，也就是確定空間兩點在某一基準(zhǔn)面（參考橢球面或水平面）上的投影長度，即水平距離。距離測量的方法(按精度由高到低)1.光電測距——電子物理測距精度約為：幾千分之一~幾十萬分之一2.鋼尺量距——干脆測距精度約為：1/1000~幾萬分之一銦瓦基線尺量距，精度可達幾十萬分之一3.視距測量——間接測距精度約為：1/200~1/300書目下頁上頁§4.1鋼尺量距一、量距工具

鋼尺§4.1鋼尺量距書目下頁上頁二、鋼尺量距的方法（步驟）1.直線定線

（1）目估定線（2）儀器定線2.距離丈量

（1）一般鋼尺量距（2）精密鋼尺量距

§4.1鋼尺量距書目下頁上頁目估定線——（由近及遠，三點一線）①在A、B兩點直立標(biāo)桿②甲站在A點標(biāo)桿后約1~2m處單眼目估AB視線，指揮乙左右移動標(biāo)桿，直至甲從A點沿標(biāo)桿同側(cè)看到A、2、B三支標(biāo)桿在同始終線上為止。多用于一般鋼尺量距§4.1鋼尺量距書目下頁上頁儀器定線（兩點內(nèi)定線）

①在一端安置經(jīng)緯儀（全站儀），照準(zhǔn)另一端點；②固定照準(zhǔn)部，然后望遠鏡向下旋轉(zhuǎn)，指揮另一個人在視線上定點（水泥地面上可畫十字線）。A1325B4多用于一般量距和精密鋼尺量距書目下頁上頁§4.1鋼尺量距一般鋼尺量距①兩人協(xié)作②整尺段丈量③拉平、直、用力勻整④丈量A、B兩點間的水平距離為:式中：n為整尺段數(shù)，L為整尺段長，q為余長。

§4.1鋼尺量距書目下頁上頁精密鋼尺量距（1/10000~1/250000）步驟：①清理場地，儀器定線；②沿丈量方向先用鋼尺概量，打下一系列木樁，用經(jīng)緯儀在樁頂標(biāo)出直線方向線及其垂直方向線，交點作為丈量各尺段距離的標(biāo)記；書目下頁上頁§4.1鋼尺量距精密鋼尺量距（1/10000~1/250000）步驟：③水準(zhǔn)儀測定相鄰樁頂間的高差，以便進行傾斜改正；④應(yīng)用檢定過的鋼尺，分段丈量（鋼尺兩端用彈簧秤施加標(biāo)準(zhǔn)拉力，一般為100N），記錄丈量時的溫度。書目下頁上頁§4.1鋼尺量距經(jīng)過檢定的鋼尺長度可用尺長方程示：精密鋼尺量距（1/10000~1/250000）尺長方程：

α—

鋼尺膨脹系數(shù)

t—

丈量時溫度

t0—

標(biāo)準(zhǔn)溫度—尺長改正數(shù)—名義長度—實際長度§4.1鋼尺量距書目下頁上頁鋼尺量距的成果整理

①尺長改正②溫度改正③傾斜改正

精密量距結(jié)果應(yīng)進行以下三項改正書目下頁上頁§4.1鋼尺量距量距精度評定——相對誤差

為了校核、提高精度，還要進行返測，用往、返測長度之差與全長平均數(shù)之比，并化成分子為1的分數(shù)來衡量距離丈量的精度。這個比值稱為相對誤差K：

K不應(yīng)超出限差要求，否則需重新觀測?！?.1鋼尺量距書目下頁上頁書目下頁上頁一、視準(zhǔn)軸水平常的視距公式

§4.2視距測量D由兩個相像三角形MNF和mnF求得：因此：令(視距乘常數(shù))(視距加常數(shù))通常狀況下K=100，c=0§4.2視距測量i—儀器高v—中視距絲讀數(shù)h—測站與立尺點的高差一、視準(zhǔn)軸水平常的視距公式

書目下頁上頁§4.2視距測量由于十字絲上下絲間距離很短，故角很小，略為17′，近似地有：∠MM’O=∠NN’O=90°。設(shè)二、視準(zhǔn)軸傾斜時的視距公式有：§4.2視距測量書目下頁上頁傾斜距離S為：水平距離D為：高差h為：二、視準(zhǔn)軸傾斜時的視距公式書目下頁上頁§4.2視距測量三、視距測量的實施（1）在A點安置經(jīng)緯儀，進行對中、整平，量取儀器高（2）用望遠鏡瞄準(zhǔn)B點上的視距標(biāo)尺，讀取上絲、中絲和下絲讀數(shù)，（3）用微動螺旋使豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中或打開豎盤補償器，讀取豎盤讀數(shù)；（4）計算尺間隔及豎直角，并依據(jù)公式計算水平距離和高差。由于視距測量多應(yīng)用于精度要求不高的測量工作中，在角度測量時一般僅觀測半個測回即可。書目下頁上頁§4.2視距測量三、視距測量的實施書目下頁上頁§4.2視距測量四、視距測量留意事項（1）作業(yè)前要對儀器的乘常數(shù)K值進行檢驗，K值應(yīng)在100±0.1以內(nèi)，否則應(yīng)加入改正值。（2）作業(yè)時要將視距標(biāo)尺豎直，最好接受有水準(zhǔn)器的視距標(biāo)尺，假如運用塔尺，應(yīng)留意檢查各節(jié)尺的接頭是否精確。（3）觀測時應(yīng)細致對光，消退視差，使成像清晰。讀數(shù)時盡量不變動眼睛位置，細致估讀。書目下頁上頁§4.2視距測量四、視距測量留意事項（4）要嚴格按規(guī)范要求限制視距，在距離較遠或豎直角較大時，要留意指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡的居中。（5）為了削減垂直折光的影響，觀測時應(yīng)使視線離開地面1m以上。另外選擇合適的天氣作業(yè)，也可以減弱空氣對流、風(fēng)等外界環(huán)境對測量結(jié)果的影響。§4.2視距測量書目下頁上頁電磁波測距（Eletro-magneticDistanceMeasuring，簡稱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。書目下頁上頁§4.3光電測距電磁波測距儀分類按載波源分類：光電測距儀微波測距儀§4.3光電測距書目下頁上頁按儀器測程分類：（1）短程光電測距儀：測程在3km以內(nèi)，測距精度一般在lcm左右。（2）中程光電測距儀：測程在3～15km左右的儀器稱為中程光電測距儀，精度可達±（l0mm+1×10-6），用于二、三、四等限制網(wǎng)的邊長測量（3）遠程激光測距儀：測程在15km以上的光電測距儀，精度一般可達±(5mm+1×10-6），能滿足國家一、二等限制網(wǎng)的邊長測量。電磁波測距儀分類書目下頁上頁§4.3光電測距ABD一、光電測距基本原理在A點安置光電測距儀，在B點設(shè)置反射棱鏡，光電測距儀發(fā)出的光束經(jīng)棱鏡反射后，又返回到測距儀。通過測定光波在AB之間傳播的時間t，依據(jù)光波在大氣中的傳播速度c，按下式計算距離D：§4.3光電測距書目下頁上頁二、脈沖式測距儀的基本原理干脆測定儀器所放射的脈沖信號來回于被測距離的傳播時間以獲得距離?！?.3光電測距書目下頁上頁取樣棱鏡電子門時標(biāo)脈沖振蕩器計數(shù)及顯示系統(tǒng)光脈沖發(fā)射器反射光光電接收器返回光二、脈沖式測距儀的基本原理§4.3光電測距書目下頁上頁通過測量連續(xù)的調(diào)制信號在待測距離上來回傳播產(chǎn)生的相位變更來間接測定傳播時間，從而求得被測距離。三、相位式測距儀的基本原理§4.3光電測距書目下頁上頁三、相位式測距儀的基本原理§4.3光電測距書目下頁上頁式中：——測尺長度；

——整周數(shù)；

——不足一周的尾數(shù)三、相位式測距儀的基本原理§4.3光電測距書目下頁上頁測尺頻率、長度及測距精度之間的關(guān)系

（1）不同的調(diào)制頻率對應(yīng)不同的測尺長，可見，調(diào)制頻率越大，測尺長度越短，測距精度就越高。（2）當(dāng)測尺長度L大于距離D時，則N=0，此時可求得確定的距離值，因此，為了擴大單值解的測程，就必需選用較長的測尺，即選用較低的調(diào)制頻率。N值的確定書目下頁上頁§4.3光電測距為了解決擴大測程與提高精度的沖突，可以接受一組測尺共同測距，以短測尺（又叫精測尺）保證精度，用長測尺（又叫粗測尺）保證測程。對于短程測距儀，一般都接受兩個測尺頻率?，F(xiàn)要測定386.43m的距離，該如何選用頻率測尺？N值的確定書目下頁上頁§4.3光電測距1.標(biāo)稱精度光電測距儀出廠時一般用標(biāo)稱精度（儀器說明書中技術(shù)規(guī)格所載明的測距中誤差）來標(biāo)明儀器的測距精度。測距中誤差的數(shù)學(xué)表達式為：四、測距儀的標(biāo)稱精度a——固定誤差，與所測距離無關(guān)，每進行一次測距，數(shù)值大小固定的誤差因素。b——比例誤差，隨著距離的增加數(shù)值也會變更的誤差。D——測距邊長。書目下頁上頁§4.3光電測距2.測距儀的精度分級四、測距儀的標(biāo)稱精度書目下頁上頁§4.3光電測距1.基本構(gòu)造五、光電測距儀的基本構(gòu)造及運用

ND3000測距儀書目下頁上頁§4.3光電測距2.運用首先，將測距儀和反射鏡分別安置在測線兩端；然后，接通電源，照準(zhǔn)反射鏡，起先測距；為了避開粗差并削減照準(zhǔn)誤差影響，可進行若干個測回的觀測。

一測回的含義是指照準(zhǔn)目標(biāo)一次，讀數(shù)2～4次五、光電測距儀的基本構(gòu)造及運用§4.3光電測距書目下頁上頁§4.3光電測距書目下頁上頁六、光電測距儀運用留意事項1.應(yīng)對儀器的比例誤差進行嚴格檢驗，并在測距成果中加以改正；2.應(yīng)運用經(jīng)鑒定（鑒定改為檢定）的溫度計和壓力計測定氣象元素，以確保測距精度；3.應(yīng)對儀器進行嚴格對中；4.測距儀如在大氣嚴峻擾動環(huán)境中作業(yè)（如燥熱的中午）精度要下降，此時應(yīng)選用平均值測量方式，適當(dāng)增加平均次數(shù)，直到讀數(shù)的毫米位穩(wěn)定后記錄距離值；5.在橫跨河流、沼澤地區(qū)和樹林、山谷或仰俯角很大的條件下測量，應(yīng)盡量減小氣象代表性誤差帶來的影響。首先選擇在微風(fēng)、陰天或早、晚時間作業(yè)，或增加氣象參數(shù)觀測；6.測站和置棱鏡處的四周不能有其他光源或良好反光物，以避開這些物體反射的信號進入接收系統(tǒng)，產(chǎn)生干擾信號；書目下頁上頁§4.3光電測距7.測距儀還應(yīng)避開高壓線、變壓器等強電場干擾；8.任何時候都不允許物鏡直對太陽，以免強光損壞反射、接收二極管；9.作業(yè)時應(yīng)打傘遮陽，避開強光暴曬；任何時候儀器不得淋雨，以免發(fā)生短路燒毀電子元件；10.運輸中避開撞擊和振動，遷站時要停機斷電裝機；11.應(yīng)進行正常的保養(yǎng)和檢修；12.儀器應(yīng)存放在通風(fēng)干燥處；13.停止運用期間應(yīng)每1～2個月通電一次，每次1～3h。

書目下頁上頁§4.3光電測距七、成果整理1.加常數(shù)與乘常數(shù)改正（1）加常數(shù)改正儀器加常數(shù)K是儀器常數(shù)K1和棱鏡常數(shù)K2之和。K1是儀器豎軸中心線至機內(nèi)距離起算參考面的距離；K2是棱鏡基座中心軸線至等效反射面的距離。（2）乘常數(shù)改正乘常數(shù)是與所測距離成比例的改正數(shù)。產(chǎn)生乘常數(shù)的緣由主要是精測頻率偏離了儀器的設(shè)計頻率；其次就是大氣折射率誤差。乘常數(shù)一般與加常數(shù)一起檢驗，測距前在測距儀中預(yù)先設(shè)定乘常數(shù)，在測距過程中自動進行改正。書目下頁上頁§4.3光電測距七、成果整理（2）氣象改正由于光的傳播速度受大氣狀態(tài)（溫度t，氣壓p，濕度e）的影響實際測距時的大氣狀態(tài)與志向狀態(tài)不同，從而造成測尺長度發(fā)生變更，測距成果包含系統(tǒng)誤差。在測距的同時應(yīng)測定大氣狀態(tài)參數(shù)，并運用儀器生產(chǎn)廠家供應(yīng)的氣象改正公式計算距離改正值。由測距儀測得的距離觀測值經(jīng)加常數(shù)、乘常數(shù)和氣象改正之后，一般得到的是改正后的傾斜距離S，需進行傾斜改正，方可求得測線的水平距離。（3）傾斜改正書目下頁上頁§4.3光電測距4-1直線定線的目的