建筑測(cè)量 距離測(cè)量

第4章距離測(cè)量學(xué)習(xí)重點(diǎn)：鋼尺丈量、視距測(cè)量和光電測(cè)距的方法及全站儀的使用。距離測(cè)量也是測(cè)量的基本工作之一。距離測(cè)量的目的是測(cè)量地面兩點(diǎn)之間的水平距離。距離測(cè)量方法有鋼尺量距、視距測(cè)量及光電測(cè)距等。4.1鋼尺量距鋼尺量距是傳統(tǒng)的量距方法，適用于地面比較平坦，邊長(zhǎng)較短的距離測(cè)量。4.1.1鋼尺量距的一般方法一、 鋼卷尺鋼卷尺(簡(jiǎn)稱鋼尺)長(zhǎng)度有30m、50m等。二、 直線定線當(dāng)?shù)孛鎯牲c(diǎn)間距離較長(zhǎng)時(shí)，往往以一整尺長(zhǎng)為一尺段，進(jìn)行分段丈量。分段丈量首先要做的是將所有分段點(diǎn)標(biāo)定在待測(cè)直線上，這一工作稱為直線定線。三、距離丈量平坦地面量距的長(zhǎng)度為(4-1)式中D一距離總長(zhǎng)(m)；l一鋼尺長(zhǎng)度；n一整尺段數(shù)；q一零尺段距離。

傾斜地面量距則需根據(jù)兩端點(diǎn)間的高差h將傾斜距離L化為水平距離:TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"D=KL2-h2 (4-2)四、往返丈量往返丈量，取其平均值作為量距的成果\o"CurrentDocument"D=D往*D返 (4-3)均 2并以相對(duì)誤差(分子為1、分母為某整數(shù)的分?jǐn)?shù))K來(lái)衡量其成果的精度，即1D均|D-D|(4-4)K='D往-D返11D均|D-D|(4-4)D均一般鋼尺量距的相對(duì)誤差，在平地應(yīng)小于念，在山地應(yīng)小于10004.1.2 精密量距的三項(xiàng)改正對(duì)精度要求較高的鋼尺量距，應(yīng)對(duì)丈量結(jié)果進(jìn)行以下改正。一、尺長(zhǎng)改正

設(shè)鋼尺名義長(zhǎng)為l°，實(shí)際長(zhǎng)為l，二者之差值即為一尺段的尺長(zhǎng)改正△l:Al=l-l° (4-5)二、溫度改正受熱脹冷縮的影響，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)的溫度/與檢定時(shí)的溫度/°不同時(shí)，鋼尺的長(zhǎng)度就會(huì)發(fā)生變化，因而每尺段需進(jìn)行溫度改正Al:tAl=a(t-t°)-1°(4-6)式中a=0.0000125/1C，為鋼尺的膨脹系數(shù)。鋼尺說(shuō)明書上一般都帶有尺長(zhǎng)隨溫度變化的函數(shù)式，稱為尺長(zhǎng)方程式:Al=a(t-t°)-1°(4-6)式中a=0.0000125/1C，為鋼尺的膨脹系數(shù)。鋼尺說(shuō)明書上一般都帶有尺長(zhǎng)隨溫度變化的函數(shù)式，稱為尺長(zhǎng)方程式:l=10+Al+a(t-10)10(4-7)式中l(wèi),―溫度為t度時(shí)鋼尺的實(shí)際長(zhǎng)度；10一鋼尺的名義長(zhǎng)度；等式右端后兩項(xiàng)實(shí)際上就是鋼尺尺長(zhǎng)改正和溫度改正的組合。三、傾斜改正設(shè)一尺段兩端的高差為h，沿地面量得斜距為l，將其化為平距d(圖4-6)，應(yīng)加傾斜改正Alh。h2A1=一——h 21(4-8)以上三項(xiàng)之和即為一尺段的改正數(shù)Al:A1=A1+A1+A1再按下式計(jì)算所量總長(zhǎng)D的改正數(shù)AD:(4-9)圖4-6傾斜改正AD=—-Al104.2視距測(cè)量(4-10)視距測(cè)量是使用經(jīng)緯儀和標(biāo)尺同時(shí)測(cè)定兩點(diǎn)間的水平距離和高差的一種方法，常應(yīng)用于碎部測(cè)量。4.2.1視距測(cè)量的原理一、視線水平時(shí)的視距計(jì)算公式設(shè)經(jīng)緯儀安置于A點(diǎn)，照準(zhǔn)B點(diǎn)豎立的標(biāo)尺。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視線水平時(shí)，視線與標(biāo)尺面相互垂直(圖4-7)。由圖可見，前交點(diǎn)F至標(biāo)尺的距離FQ=匚.i,p為上、下視距絲間隔、f為物鏡焦距、l為上、下視距絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)之差，又設(shè)儀器中心至物鏡的距離為＜5圖4-7圖4-7視線水平時(shí)的視距測(cè)重則儀器中心至標(biāo)尺的水平距離為D=—-1+(f+8) (4-11)P令乘常數(shù)K=—、加常數(shù)C=(f+8)，上式可寫為PD=K-1+C (4-12)在設(shè)計(jì)儀器時(shí)，可令K=100及C=0,則有D=K-1=100-1 (4-13)設(shè)在測(cè)站量得地面至經(jīng)緯儀橫軸中心的儀器高為/、十字絲中絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)為S，由圖4-7又可見A?B兩點(diǎn)間的高差為(4-14)(4-13)?(4-14)式即為視線水平時(shí)的視距和高差計(jì)算公式。二、視線傾斜時(shí)的視距計(jì)算公式當(dāng)?shù)孛嫫鸱^大，望遠(yuǎn)鏡視線傾斜時(shí)的視距和高差計(jì)算公式為:(4-15)水平距離D:(4-15)D=D'-cosa=Kl-cos2aA?B的高差:

h=h'+i-S=1Kl-sin2a+i-S (4-16)2式中，l為上、下視距絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)之差，a為傾斜視線的豎直角，i為儀器高，S為十字絲中絲在標(biāo)尺上的讀數(shù)，乘常數(shù)K=100。圖4-8視線傾斜時(shí)的視距測(cè)量4.2.2視距測(cè)量的觀測(cè)和計(jì)算視距測(cè)量的觀測(cè)和計(jì)算按以下步驟進(jìn)行：在測(cè)站A安置經(jīng)緯儀，量取儀器高i，在目標(biāo)點(diǎn)B豎立標(biāo)尺；以盤左轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)標(biāo)尺，使中絲截標(biāo)尺上與儀器高i相等的讀數(shù)或某一整數(shù)S，分別讀取下、上、中三絲讀數(shù)，并以下絲讀數(shù)減去上絲讀數(shù)得視距間隔l;旋轉(zhuǎn)指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，使指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤讀數(shù)，并按盤左豎角公式計(jì)算豎角a；將觀測(cè)值記入手簿(表4-1)，再按(4-15)?(4-16)式計(jì)算水平距離、高差，并根據(jù)測(cè)站高程計(jì)算出測(cè)點(diǎn)的地面高程。表4-1 視距測(cè)量手簿測(cè)站A 測(cè)站高程25.17m 儀器高i1.45m儀器DJ6點(diǎn)八、、號(hào)上絲讀數(shù)下絲讀數(shù)/m視距間隔l/m中絲讀數(shù)S/m豎盤讀數(shù)O豎直角O水平距離D/m初算高差h，/m高差h/m高程H/m12.2370.6631.5741.450874112+21848157.14+6.35+6.3531.52

22.4451.5550.8902.000951736-5173688.24-8.18-8.7316.444.3光電測(cè)距4.3.1光電測(cè)距原理一、光電測(cè)距的兩種方法如圖4-9所示，在A點(diǎn)安置測(cè)距儀，B點(diǎn)安置反光鏡。已知光波的傳播速度c為一定值，可按下式計(jì)算A~B的距離D:D=—c-t (4-19)2t為測(cè)距儀發(fā)射的光波傳播至反光鏡，再經(jīng)反射回到測(cè)站總共耗費(fèi)的時(shí)間。二、相位法測(cè)距的基本原理圖4-1。相位法測(cè)距原理通過(guò)測(cè)定測(cè)距儀發(fā)出的光波經(jīng)往返測(cè)程所產(chǎn)生的相位差，來(lái)間接測(cè)定時(shí)間，稱為相位法測(cè)距。如圖4-10所示，測(cè)距儀在A點(diǎn)發(fā)射光波，經(jīng)B點(diǎn)反射后再回到A點(diǎn)。將光波往返測(cè)程的圖形展開，即成一連續(xù)的正弦曲線。其中一個(gè)周期的光波長(zhǎng)度為波長(zhǎng)人，相位變化為2兀。圖4-1。相位法測(cè)距原理根據(jù)電設(shè)調(diào)制光波的頻率(即每秒鐘光強(qiáng)變化的周期數(shù))為f，光波自A到B再返回A的相位移4為。=2兀?f?t式中t為光波往返測(cè)程所耗費(fèi)的時(shí)間，即t=一^-2兀?f代入(4-19)式，則得D=二上2f2兀由于波長(zhǎng)人=勺，所以fD=-?— (4-20)22兀設(shè)從發(fā)射至接收之間光波的整周期數(shù)為N，最后不足一個(gè)整周期的零周期數(shù)為△N，由圖4-9可見，。=Nx2兀+△Nx2兀代入(4-20)式則得D=—(N+AN) (4-21)2

令日=—，，則有 D=葉(N+AN) (4-22)2此式即為相位法測(cè)距的基本公式。如果將，N和AN分別視為其整尺段與零尺段數(shù)，可見(4-22)式和鋼尺量距的(4-1)式相類似，在根據(jù)設(shè)計(jì)已知“光尺”長(zhǎng)度日的情況下，只要測(cè)出N和AN，即可求得距離D。4.3.2光電測(cè)距儀的使用一、測(cè)距儀的級(jí)別測(cè)距儀按測(cè)程長(zhǎng)短可分為遠(yuǎn)程(15km以上)、中程(5?15km)和短程(5km以下)；測(cè)距儀的測(cè)距中誤差(又稱標(biāo)稱精度)通常表示為m=±(A+B-10-6-D)(mm) (4-23)式中，A為固定誤差，單位mm；B為與距離成正比的誤差系數(shù)；D為被測(cè)距離，單位km；B-10-6-D即為比例誤差，單位mm。按1km測(cè)距中誤差mD所表示的測(cè)距精度又可將測(cè)距儀分為一級(jí)(mD<5mm)、二級(jí)(5mmVm<10mm)和三級(jí)(10mmVm<20mm)。三、測(cè)距儀的使用 D測(cè)距時(shí)，將測(cè)距儀(或全站儀)與反射鏡分別安置于測(cè)程兩端點(diǎn)。反射鏡所用棱鏡的塊數(shù)與測(cè)程長(zhǎng)短有關(guān)(參見圖4-15)。一般單棱鏡測(cè)程為2.5km，3、7、11棱鏡的測(cè)程依次為3.5、4.5和5.5km。每照準(zhǔn)一次反射鏡，撳動(dòng)2?3次測(cè)距按鈕，即進(jìn)行2?3次距離讀數(shù)，稱為一測(cè)回。為提高測(cè)距精度，應(yīng)按規(guī)定增加測(cè)回?cái)?shù)，取其平均值作為測(cè)距成果。新型測(cè)距儀一般均有對(duì)溫度、氣壓等影響自動(dòng)進(jìn)行改正的功能，即所讀距離已消除溫度、氣壓變化所造成的誤差。4.5全站儀全站儀將光電測(cè)距儀、電子經(jīng)緯儀和微處理器合為一體，具有對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行采集、計(jì)算、處理、存儲(chǔ)、顯示和傳輸?shù)墓δ?，可全部完成測(cè)站上所有的距離、角度和高程測(cè)量以及三維坐標(biāo)測(cè)量、點(diǎn)位的測(cè)設(shè)、施工放樣和變形監(jiān)測(cè)。4.5.1全站儀的組成和使用一、全站儀的組成史電單元存儲(chǔ)器電子手簿鍵盤數(shù)據(jù)程序史電單元存儲(chǔ)器電子手簿鍵盤數(shù)據(jù)程序水平角系統(tǒng)I/O-豎直角系統(tǒng)補(bǔ)償系統(tǒng)測(cè)距系統(tǒng)圖4-13全站儀組成框圖四大光電測(cè)量系統(tǒng)全站儀其四大光電測(cè)量系統(tǒng)分別為水平角測(cè)量、豎直角測(cè)量、距離測(cè)量和水平補(bǔ)償系統(tǒng)。微處理器、電子手簿和附屬部件同軸望遠(yuǎn)鏡、全站儀的使用圖4-14全站儀圖4-15反射棱鏡四種測(cè)量模式角度測(cè)量模式距離測(cè)量模式坐標(biāo)測(cè)量模式(4)特殊模式(菜單模式)使用步驟安置一將全站儀安置于測(cè)站，反射鏡安置于目標(biāo)點(diǎn)。對(duì)中和整平同光學(xué)經(jīng)緯儀。開機(jī)一打開電源開關(guān)(POWER鍵)，顯示器顯示當(dāng)前的棱鏡常數(shù)和氣象改正數(shù)及電源電壓。儀器自檢一轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部和望遠(yuǎn)鏡各一周，使儀器水平度盤和豎