第四章 距離測量

第四章距離測量上海交通大學(xué)土木工程系2023/2/2第四章距離測量第四章距離測量——概述常用的距離測量方法有物理測量和幾何測量兩種方法。物理測量：雷達(dá)，電磁波測距，GPS測量等,通過測量其它的物理量轉(zhuǎn)化為距離,也稱間接測量。幾何測量：卷尺量距、視距測量等，也稱直接測量。第四章距離測量§4.1卷尺測量—鋼卷尺、皮尺和丈量工具

鋼卷尺：第四章距離測量§4.1卷尺測量—鋼卷尺、皮尺和丈量工具

第四章距離測量§4.1卷尺測量輔助丈量工具：

輔助丈量工具有測釬、標(biāo)桿、錘球等，精密測距時還有彈簧秤和溫度計。丈量工具配合鋼卷尺或皮尺使用，用來量取兩點(diǎn)之間的距離。第四章距離測量輔助測量工具垂球測釬標(biāo)桿彈簧秤第四章距離測量§4.1卷尺測量直線定線：

地面上兩點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)不能丈量時，需要在兩點(diǎn)直接標(biāo)定若干點(diǎn)，并使這些點(diǎn)在一條直線上，稱為直線定線；直線定線的方法：

目測定線、過高定線、經(jīng)緯儀定線。第四章距離測量§4.1卷尺測量（1）兩點(diǎn)之間目測定線：第四章距離測量§4.1卷尺測量（2）過高定線：第四章距離測量§4.1卷尺測量（3）經(jīng)緯儀定線：

a.內(nèi)插定線

b.外插定線

——最好采用正倒鏡延長第四章距離測量§4.1卷尺測量（1）平坦地面的丈量：為了提高丈量精度，需要往、返丈量所得距離的差數(shù)除以該距離的近似值，稱為丈量的相對精度。第四章距離測量§4.1卷尺測量傾斜地面的丈量：第四章距離測量§4.1卷尺測量（3）高低不平地面的丈量方法：往返測量鋼尺量距時，一般還應(yīng)由B點(diǎn)量至A點(diǎn)進(jìn)行返測,返測時應(yīng)重新進(jìn)行定線,取往、返測距離的平均值作為直線AB最終的水平距離。第四章距離測量式中Dav——往、返測距離的平均值（m）；Df——往測的距離（m）；Db——返測的距離（m）。第四章距離測量量距精度通常用相對誤差K來衡量，相對誤差K應(yīng)化為分子為１的分?jǐn)?shù)形式。在平坦地區(qū)，鋼尺量距一般方法的相對誤差一般不應(yīng)大于1/3000；在量距較困難的地區(qū)，其相對誤差也不應(yīng)大于1/1000。第四章距離測量§4.1卷尺測量鋼卷尺的尺長方程：第四章距離測量§4.1卷尺測量鋼尺量距的成果整理：第四章距離測量鋼尺號碼：No12鋼尺膨脹系數(shù):125×10－5鋼尺檢定時溫度t0：20℃

鋼尺名義長度l0：30m鋼尺檢定長度l′：30.005m鋼尺檢定時拉力：100N

尺段編號實(shí)測次數(shù)前尺讀數(shù)/m后尺讀數(shù)/m尺段長度/m溫度/℃

高差/m溫度改正數(shù)/mm傾斜改正數(shù)/mm尺長改正數(shù)/mm改正后尺段長/mA-1129.43500.041029.3940+25.5+0.36+1.9-2.2+4.929.39762

510

580

9303

025

105

920平均29.39301-2129.9360

0.070029.8660+26.0+0.25+2.2-1.0+5.029.87142

400

755

6453

500

850

650平均29.86522-3129.9230

0.0175

29.9055

+26.5-0.66+2.3-7.3+5.029.90572

300

250

0503

380

315065平均29.90573-4129.9235

0.0185

29.9050+27.0-0.54+2.5-4.9+5.029.90832

305

255

0503

380

310070平均29.90574-B115.9755

0.0765

15.8990+27.5+0.42+1.4-5.5+2.615.89752

540

555

9853

805

810995平均15.8890總和134.9686+10.3-20.9+22.5134.9805**********第四章距離測量§4.1卷尺測量—鋼尺量距的誤差分析引起鋼尺量距誤差的原因：

尺長誤差

溫度誤差

尺子傾斜和垂曲誤差

定線誤差

拉力誤差

丈量誤差第四章距離測量§4.1卷尺測量—鋼尺的維護(hù)丈量結(jié)束后，應(yīng)擦去尺上的泥和水，涂上油；鋼尺易折斷，如果出現(xiàn)彎曲，不可用力硬拉；在道路上丈量時，要避免車壓或人踩；不要將尺子在地面上拖拉，以免磨損刻劃；收尺子時應(yīng)順時針搖轉(zhuǎn)，以免折斷。第四章距離測量§4.2視距測量—概述原理：

利用測量望遠(yuǎn)鏡內(nèi)十字絲平面上的視距絲及有厘米刻劃的視距標(biāo)尺（或水準(zhǔn)尺），根據(jù)光學(xué)原理，可以同時測定目標(biāo)與測站之間的距離和高差。測量精度：約1/300,低于卷尺測量。適用范圍：用于地形測量。第四章距離測量§4.2視距測量—視距測量的公式h2

固定值(約34’)l2l112AD1D2ih2望遠(yuǎn)鏡十字絲環(huán)視距絲第四章距離測量§4.2視距測量—視距測量的公式D=Cn=C(a-b)

常數(shù)C稱為視距常數(shù)，由上下絲之間的距離確定，設(shè)置儀器的C=100。得到視線水平時，視距的計算公式：

D=100n=100(a-b)

測站點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的高差為：第四章距離測量§4.2視距測量—視距測量的公式當(dāng)視線傾斜時：oAiDaa′bBvb′Lhα第四章距離測量ODMQNBAJN'lD'M

'第四章距離測量第四章距離測量§4.2視距測量—視距測量的公式第四章距離測量§4.2視距測量—視距測量的公式在測站點(diǎn)上安置經(jīng)緯儀（對中、整平），并量取儀器高，抄錄測站點(diǎn)的高程；將標(biāo)尺立在欲測定其位置的未知點(diǎn)上，尺子要豎直，尺面對準(zhǔn)儀器；視距測量一般只需用經(jīng)緯儀盤左半測回觀測，讀取經(jīng)緯儀的上、中、下絲讀數(shù)和豎直角，記錄入表格中。第四章距離測量§4.2視距測量—視距測量的公式視距測量的計算：將觀測數(shù)據(jù)記錄到相應(yīng)的表格中，根據(jù)視距測量的公式計算，在地形測量時，最好采用可編程計算器來提高測繪的速度。第四章距離測量例：在A點(diǎn)量取經(jīng)緯儀高度i=1.400m，望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)B點(diǎn)標(biāo)尺，中絲、上絲、下絲讀數(shù)分別為v=1.400m，b=1.242m，a=1.558m，α=3°27′,試求A、B兩點(diǎn)間的水平距離和高差。解：1）尺間距2）水平距離3）高差第四章距離測量§4.2視距測量—視距測量的誤差來源視距尺的分劃誤差；儀器常數(shù)不準(zhǔn)確；豎直角誤差的影響；視距絲的讀數(shù)誤差；視距尺傾斜的影響；大氣折光的影響。第四章距離測量§4.3電磁波測距—概述原理:用電磁波（光波或微波）作為傳輸信號以測定兩點(diǎn)之間距離的一種方法。B測距儀(EDMinstrument)反光棱鏡(reflector)第四章距離測量測距儀的分類和分級：按測定t的方法按載波按測程Medium=electromagneticradiation(sonarisanexception)第四章距離測量§4.3電磁波測距—基本原理時間測量精度對測距的影響：第四章距離測量時間的標(biāo)準(zhǔn)與測量方法時間標(biāo)準(zhǔn)（1）天文時標(biāo)

以地球的自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)來定義時間單位，如：世界時（UT,UniversalTime）:以地球自轉(zhuǎn)周期(1天)確定的時間，即1/(24×60×60)=1/86400為1秒。其誤差約為10－7量級。（2）原子時標(biāo)

以原子在能級躍遷中所吸收的能量來定義時間單位。如：1967年10月，第13屆國際計量大會正式通過了秒的新定義：“秒是Cs133原子基態(tài)的兩個超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級之間躍遷頻率相應(yīng)的射線束持續(xù)9,192,631,770個周期的時間”第四章距離測量§4.3電磁波測距—基本原理相位測距儀的基本原理－測量相位：

由于采用常規(guī)手段無法測量高精度的時間，因而采用測量相位的辦法。

調(diào)制光波在待測距離上往返傳播，使得在同一瞬間接收光與發(fā)射光產(chǎn)生相位差，在已知調(diào)制頻率和光速的情況下可以計算出傳播時間。第四章距離測量測量的確定第四章距離測量§4.3電磁波測距—基本原理第四章距離測量雙測尺組合（限制所測距離D小于u2）

N1為正整數(shù)，ΔN1為小于1的小數(shù)，該式兩邊的整數(shù)部份和小數(shù)部份應(yīng)分別相等例：u1=10m,u2=1000m,k=100,

測尺放大系數(shù)第四章距離測量§4.3電磁波測距—加常數(shù)和乘常數(shù)乘常數(shù)R:由于電子元件老化等原因引起調(diào)制頻率的變化，會引起距離的變化，其影響與測距的長度乘正比，稱為乘常數(shù)R;加常數(shù)C：由于電子信號在儀器內(nèi)部傳播需要時間，測距時需要改正，稱為加常數(shù)；儀器的加常數(shù)和乘常數(shù)由檢定給出。第四章距離測量§4.3電磁波測距—棱鏡常數(shù)棱鏡常數(shù)產(chǎn)生的原因：

棱鏡的接收中心與儀器的旋轉(zhuǎn)中心不一致，使得測量的距離要加上一個常數(shù)稱為棱鏡常數(shù)。第四章距離測量§4.3電磁波測距—紅外測距儀的使用測量中常用的測距儀最大的測量距離在5km之內(nèi),稱為短程測距儀，短程測距儀一般架設(shè)在經(jīng)緯儀之上，可以同時測量距離和角度。由于測距儀只能測量距離，它需要經(jīng)緯儀的高倍望遠(yuǎn)鏡來瞄準(zhǔn)目標(biāo)，并根據(jù)經(jīng)緯儀的豎盤讀數(shù)來計算視線的垂直角，使測得的距離化算為水平距離和高差。第四章距離測量§4.3電磁波測距—紅外測距儀的使用第四章距離測量§4.3電磁波測距—DI1600測距儀第四章距離測量§4.3電磁波測距—紅外測距儀的使用測距儀觀測的步驟：安置經(jīng)緯儀，并測量好豎直角；在經(jīng)緯儀上架設(shè)好測距儀；先利用經(jīng)緯儀粗略瞄準(zhǔn)棱鏡，然后利用測距儀的水平和豎直制動裝置精確瞄準(zhǔn)棱鏡；打開測距儀電源，測量距離。第四章距離測量§4.3電磁波測距—棱鏡和棱鏡組下對點(diǎn)器)和基座單棱鏡單反射棱鏡全站儀單棱鏡組第四章距離測量§4.3電磁波測距—棱鏡和棱鏡組三反射棱鏡全站儀單棱鏡組單反射棱鏡三反射棱鏡柱上裝載式測距儀三棱鏡組第四章距離測量§4.3電磁波測距—紅外測距儀的成果整理第四章距離測量§4.3電磁波測距—紅外測距儀的精度分析光電測距儀的誤差來源：調(diào)制頻率改正：與距離成正比；氣象參數(shù)誤差；儀器對中誤差；相位誤差。第四章距離測量§4.3電磁波測距—光電測距的精度光電測距儀的標(biāo)稱精度

從測距儀的誤差來源分析，可知測距儀的一部分誤差與距離無關(guān)，稱為固定誤差；一部分誤差與距離的長度成正比，稱為比例誤差。第四章距離測量§4.3電磁波測距—光電測距的精度光電測距儀的注意事項(xiàng):注意防震、防潮；在陽光比較強(qiáng)烈時，需要用測傘保護(hù)儀器；在設(shè)站時，要避免強(qiáng)電磁場的干擾；氣象條件對光電測距儀有較大的影響。第四章距離測量§4.4三角高程測量—計算公式用測定距離和豎直角的方法測定出計算出兩點(diǎn)之間的高差的方法稱為三角高程測量。第四章距離測量§4.4三角高程測量—地球曲率和大氣折光的影響第四章距離測量§4.4三角高程測量—地球曲率和大氣折光的影響地球曲率對高差的影響：第四章距離測量§4.4三角高程測量—地球曲率和大氣折光的影響大氣折光的影響：

由于低層空氣的密度大于高層大氣的密度，使得觀測觀測垂直角的視線穿過密度不均勻的介質(zhì)時，成為一條向上凸的曲線，使視線的切線方向向上抬高，測得的垂直角偏大，從而影響高差。第四章距離測量§4.4三角高程測量—地球曲率和大氣折光的影響大氣折光影響公式：第四章距離測量消除地球曲率和大氣折光影響的方法：采用往返觀測（也稱對向觀測）?！?.4三角高程測量—地球曲率和大氣折光的影響第四章距離測量§4.4三角高程測量—三角高程測量的觀測與計算三角高程測量的觀測：安置經(jīng)緯儀，量取儀器高i,在目標(biāo)上安置反光鏡，量取目標(biāo)高l；盤左、盤右瞄準(zhǔn)觀測豎直角；用測距儀或全站儀測出距離，以上個觀測數(shù)據(jù)記錄入表格中。第四章距離測量§4.4三角高程測量—三角高程測量的觀測與計算三角高程測量的計算：第四章距離測量§4.4三角高程測量—三角高程測量的觀測與計算第四章距離測量§4.5電子全站儀簡介電子全站儀（ElectronicTotalStation）

電子全站儀是既能測量距離又能測量角度，由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測量儀器。同時具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲和處理功能，能極大地提高測量速度。第四章距離測量全站儀的分類按全站儀本身的構(gòu)造特點(diǎn)及功能：（1）普通全站儀（2）免棱鏡全站儀（3）具有自動化觀測的全站儀按測量精度分：0.5″，1″，2″,5″；按生產(chǎn)廠家：Leica,SoKKsia,Topcon,Nikon第四章距離測量Leica全站儀第四章距離測量Topocon全站儀TopoconGTS－310

系列全站儀第四章距離測量SOKKSIA全站儀SET5F防爆智能全站儀SET2100II全站儀第四章距離測量Nikon全站儀第四章距離測量§4.5電子全站儀簡介電子全站儀的組成框圖：第四章距離測量§4.5電子全站儀簡介電子全站儀的特殊部件及其功能：同軸望遠(yuǎn)鏡鍵盤和顯示窗雙軸傾斜傳感器存儲器通訊接口第四章距離測量§4.5電子全站儀簡介電子全站儀的測量模式：角度測量（豎直角、水平角）距離測量（平距、斜距、高差）三維坐標(biāo)測量導(dǎo)線測量交會定點(diǎn)測量放樣測量等第四章距離測量§4.5免棱鏡電子全站儀簡介

免棱鏡全站儀的免棱鏡視距由初期幾十米發(fā)展到當(dāng)前的一千米以上，其測距原理是測量近紅外的激光脈沖傳播的時間得到距離值。第四章距離測量§4.5自動化全站儀（測量機(jī)器人）簡介T（TotalStation）C（Clas