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文檔簡介

第4章距離測量和直線定向4.1鋼尺量距4.2視距測量4.3電磁波測距4.4全站儀及其應用4.5直線定向4.6用羅盤儀測定磁方位角本章內容如下:距離測量(distancemeasurement)是確定地面點位的基本測量工作之一。距離測量方法有鋼尺量距、視距測量、電磁波測距和GPS測量等。鋼尺量距是用鋼卷尺沿地面直接丈量距離;視距測量是利用經(jīng)緯儀或水準儀望遠鏡中的視距絲及視距標尺按幾何光學原理進行測距;電磁波測距是用儀器發(fā)射并接收電磁波,通過測量電磁波在待測距離上往返傳播的時間解算出距離;GPS測量是利用兩臺GPS接收機接收空間軌道上4顆衛(wèi)星發(fā)射的精密測距信號,通過距離空間交會的方法解算出兩臺GPS接收機之間的距離。本章重點介紹鋼尺量距和電磁波測距測量方法。4.1鋼尺量距4.1.1丈量工具鋼尺(steeltape):尺的寬度約10~15mm,厚度約0.4mm,

長度有20m、30m、50m等幾種。有端點尺、刻線尺;皮尺:端點尺、刻線尺標(花)桿、測釬

和垂球4.1.2直線定線目估定線:適用于鋼尺量距的一般方法。經(jīng)緯儀定線:適用于鋼尺量距的精密方法。4.1.3鋼尺量距的一般方法1.平坦地面的距離丈量往返測丈量A、B兩點之間的距離為2.傾斜地面的距離丈量①平量法

同向丈量兩次②斜量法至少丈量兩次相對較差應小于1/10004.1.4鋼尺量距的精密方法用一般方法量距,其相對誤差只能達到1/1000~1/5000,當要求量距的相對誤差更小時,例如1/10000~1/40000,就要求用精密方法進行丈量。1.直線定線:采用經(jīng)緯儀定線2.量距:用經(jīng)過檢定、且有尺長方程式的鋼尺量距3.測量樁頂高程4.尺段長度的計算a、尺長改正b、溫度改正c、傾斜改正5.鋼尺的檢定:a、尺長方程式b、鋼尺檢定的方法6.鋼尺量距的誤差分析定線誤差、尺長誤差、溫度誤差、拉力誤差、尺子不水平的誤差、鋼尺垂曲和反曲的誤差、丈量本身的誤差7.鋼尺量距注意事項①鋼尺易生銹,丈量結束后應用軟布擦去尺上的泥和水,涂上機油以防生銹。②鋼尺易折斷,如果鋼尺出現(xiàn)卷曲,切不可用力硬拉。③丈量時,鋼尺末端的持尺員應該用尺夾夾住鋼尺后手握緊尺夾加力。沒有尺夾時,可以用布或者紗手套包住鋼尺代替尺夾,切不可手握尺盤或尺架加力,以免將鋼尺拖出。④在行人和車輛較多的地區(qū)量距時,中間要有專人保護,以防止鋼尺被車輛碾壓而折斷。⑤不準將鋼尺沿地面拖拉,以免磨損尺面分劃。⑥收卷鋼尺時,應按順時針方向轉動鋼尺搖柄,切不可逆轉,以免折斷鋼尺。4.2視距測量(stadiameasurement)視距測量是一種間接測距方法;它利用望遠鏡內十字絲分劃板上的視距絲及刻有厘米分劃的視距標尺(地形塔尺或普通水準尺),根據(jù)光學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測量和三角高程測量;視距測量廣泛用于地形測量的碎部測量中。4.2.1視距測量的原理光學和三角學原理特點:具有操作方便、速度快、不受地形起伏限制的優(yōu)

點,但測量精度低。1.視線水平時視距測量原理由圖中的兩個三角形相似可得:故:令:,則得:D=KL+C,k為視距乘常數(shù),一般的儀器乘常數(shù)為100;內對光望遠鏡的C很小,經(jīng)過調整物鏡焦距、調焦透鏡焦距及上下絲間隔等參數(shù)后C≈0上式簡化得:D=K

L在平坦地區(qū),當視線水平時,讀取中絲在視距尺(即水準尺)上的讀數(shù)v,量取儀器高i,則高差h為:h=i-v

2.視線傾斜時的視距測量原理水平距離公式:D=KLcos2α

高差公式:h=h′+i-v=Dtanα+i-v

4.2.2視距測量的觀測與計算1)安置經(jīng)緯儀,量儀器高i,在另一個點上豎立視距尺。2)盤左瞄準目標尺,分別讀出上、下、中絲讀數(shù)。3)轉動指標水準管微動螺旋,使豎盤指標水準管氣泡居中,讀取豎盤讀數(shù)。4)計算:

D=KLcos2α例:在A點安置經(jīng)緯儀,B點豎立視距尺,A點的高程為HA=35.32m,儀器高i=1.39m,上下絲讀數(shù)分別為1.264m、2.336m,盤左觀測的豎盤讀數(shù)為L=82°26′00″,豎盤指標差為x=+1′,求AB兩點間

的水平距離和B點的高程。解:視距間隔為l=2.336-1.264=1.072m豎直角為α=90°-L+x=7°35′水平距離為D=KLcos2α=105.33m中絲讀數(shù)為v=(上絲讀數(shù)+下絲讀數(shù))/2=1.8m高差為hAB=Dtanα+i-v

=+13.61m

B點的高程為HB=HA+

hAB

=35.32+13.61=48.93m4.3電磁波測距(electro-magneticdistancemeasuring,簡稱EDM)電磁波測距是用電磁波(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。補充內容:電磁波測距技術發(fā)展簡介1948年,瑞典AGA(阿嘎)公司(現(xiàn)更名為Geotronics(捷創(chuàng)力)公司)研制成功了世界上第一臺電磁波測距儀,它采用白熾燈發(fā)射的光波作載波,應用了大量的電子管元件,儀器相當笨重且功耗大。為避開白天太陽光對測距信號的干擾,只能在夜間作業(yè),測距操作和計算都比較復雜。1960年世界上成功研制出了第一臺紅寶石激光器和第一臺氦-氖激光器,1962年砷化鎵半導體激光器研制成功。與白熾燈比較,激光器的優(yōu)點是發(fā)散角小、大氣穿透力強、傳輸?shù)木嚯x遠、不受白天太陽光干擾、基本上可以全天侯作業(yè)。1967年AGA公司推出了世界上第一臺商品化的激光測距儀AGA-8。該儀器采用5mw的氦-氖激光器作發(fā)光元件,白天測程為40km,夜間測程達60km,測距精度(5mm+1ppm),主機重量23kg。武漢地震大隊也于1969年研制成功了JCY-1型激光測距儀,1974年又研制并生產了JCY-2型激光測距儀。該儀器采用2.5mw的氦-氖激光器作發(fā)光元件,白天測程為20km,測距精度(5mm+1ppm),主機重量16.3kg。隨著半導體技術的發(fā)展,從60年代末70年代初起,采用砷化鎵發(fā)光二極管作發(fā)光元件的紅外測距儀流行起來。與激光測距儀比較,紅外測距儀有體積小、重量輕、功耗小、測距快、自動化程度高等優(yōu)點。由于紅外光的發(fā)散角比激光大,所以紅外測距儀的測程一般小于15km?,F(xiàn)在的紅外測距儀已經(jīng)和電子經(jīng)緯儀及計算機軟硬件制造在一起,形成了全站儀,并向著自動化、智能化和利用藍牙技術實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的無線傳輸方向飛速發(fā)展。4.3.1電磁波測距基本原理

通過測定電磁波束在待測距離上往返傳播的時間來計算待測距離。其中所以,為光三波在三真空三中的三傳播三速度三,其三精確三值為n為大三氣折三射率(n≥1三),其三為光三的波三長、三大氣三溫度三和氣三壓的三函數(shù)三。4.三3.三2電磁三波測三距儀三的分三類根據(jù)三測定三時間三的方三法不三同,分為三脈沖三式測三距儀三和相三位式三測距三儀按載三波分三類:三微波三測距三儀、三激光三測距三儀、三紅外三測距三儀按測三程分三為短三程測三距儀(<三3k三m)、三中程三測距三儀(3三~1三5k三m)、三遠三程測三距儀(>三15三km)按精三度分三類:I級(<三5m三m)三、II級(5三mm~10三mm)、II三I級(10三mm~20三mm)4.三3.三2相位三式光三電測三距儀三使用1)儀三器安三置2)開三機3)瞄三準4)測三距和三測角1.儀器三常數(shù)三改正2.氣象三改正3.傾斜三改正4.三3.三4光電三測距三的成三果整三理4.三3.三5手持三激光三測距三儀簡三介1.持三續(xù)測三量按三鈕2.長三度測三量按三鈕3.面三積測三量按三鈕4.開三關按三鈕5.測三量按三鈕6.顯三示屏7.顯三示燈三按鈕8.顯三示激三光束三按鈕9.體三積測三量按三鈕10.清三除按三鈕11.間三接長三度測三量按三鈕12.讀三取存三儲數(shù)三據(jù)按三鈕13.儲三存“三減”三操作三按鈕14.儲三存“三加”三操作三按鈕65478111291032114134.三4電子三全站三儀(to三ta三l三st三at三io三n)及三其應三用4.三4.三1電子三全站三儀概三述全站三型電三子速三測儀三的簡三稱,三是指三在測三站上三一經(jīng)三觀測三,必三要的觀測三數(shù)據(jù)三(水三平角三、豎三直角三、平三距、三斜距三、高三差、三高程三、坐三標)均能三自動三顯示三。如三通過三傳輸三接口三把全三站儀三野外三采集三的數(shù)三據(jù)與三終端三計算三機、三繪圖三儀連三接起三來,三配以三數(shù)據(jù)三處理三軟件三和繪三圖軟三件,三即可三實現(xiàn)三測圖三的自三動化三。全站三儀主三要由三控制三系統(tǒng)三、測三角系三統(tǒng)、三測距三、記三錄系三統(tǒng)及三通信三系統(tǒng)三組成三。工程三建設三中應三用廣三泛(三測定三、測三設)4.三4.三2電子三全站三儀的三基本三測量三功能三操作三概要4.三4.三3電子三全站三儀的三使用1.儀器三安置三與開三關機2.角度三測量3.距離三測量4.坐標三測量三:三設置三測站三坐標三、測三站高三、后三視方三位角或后三視點三坐標三及棱三鏡高5.放樣(1)已三知角三度和三距離三放樣(2)已三知坐三標放三樣6.懸高三測量(R三EM三)7.遙距三測量(R三MD三)8.任務三管理三器9.通訊4.三4.三4全站三儀使三用主三要事三項儀器三安置三在三三腳架三上之三前,三應檢三查三三腳架三的三三個伸三縮螺三旋是三否已三旋緊三,在三用連三接螺三旋將三儀器三固定三在三三腳架三上之三后才三能放三開儀三器,三不要三過分三擰緊三制動三螺旋三。在三整個三操作三過程三中,三觀測三者決三不能三離開三儀器三,以三避免三發(fā)生三意外三事故三。在陽三光下三或陰三雨天三氣進三行作三業(yè)時三,應三打傘三遮陽三、遮三雨。該儀三器棱三鏡的三棱鏡三常數(shù)三總是0,不三論是三單棱三鏡還三是三三棱鏡三。凡遷三站都三應先三關閉三電源三并將三儀器三取下三裝箱三搬運三。嚴禁三在開三機狀三態(tài)下三插拔三電纜三。電池三充電三時間三不能三超過三專用三充電三器規(guī)三定的三充電三時間三,否三則有三可能三將電三池燒三壞或三者縮三短電三池的三使用三壽命三。4.三5直線三定向確定三地面三直線三與標三準方三向間三的水三平夾三角稱三為直三線定三向(l三in三e三or三ie三nt三at三io三n)。4.三5.三1標準三方向三的分三類1.真子三午線三方向(t三ru三e三me三ri三di三an三d三ir三ec三ti三on三)地表三任一三點P與地三球旋三轉軸三所組三成的三平面三與地三球表三面的三交線三稱為P點的三真子三午線(t三ru三e三me三ri三di三an三),真三子午三線在P點的三切線三方向三稱為P點的三真子三午線三方向三??梢匀龖萌煳娜郎y量(a三st三ro三me三tr三y)方法三或者三陀螺三經(jīng)緯三儀(g三yr三o三th三eo三do三li三te三)來測三定地三表任三一點三的真三子午三線方三向。2.磁子三午線三方向(m三ag三ne三ti三c三me三ri三di三an三d三ir三ec三ti三on三)地表三任一三點與三地球三磁場三南北三極連三線所三組成三的平三面與三地球三表面三交線三稱為三點的三磁子三午線(m三ag三ne三ti三c三me三ri三di三an三),磁三子午三線在點的三切線三方向三稱為三點的磁子三午線三方向三。可以三應用三羅盤三儀(c三om三pa三ss三)來測三定,三在直線端三點安三置羅三盤,三磁針自由三靜止三時其三軸線三所指的方三向即三為點三的磁三子午線方三向。3.坐標三縱軸三方向(o三rd三in三at三es三a三xi三s三di三re三ct三io三n)過地三表任三一點三且與三其所三在的三高斯三平面三直角三坐標三系或三者假三定坐三標系三的坐三標縱三軸平三行的三直線三稱為三點的三坐標三縱軸三方向三。4.三5.三2直線三方向三的表三示方三法—方位三角由標三準方三向的三北端三,順三時針三方向三量至三某直三線的三水平三夾角三,稱三為該三直線三的方三位角三,變三化范三圍:0~三36三0o。1.真方三位角(t三ru三e三me三ri三di三an三a三zi三mu三th三):以真三北方三向為三標準三方向三所度三量的三方位角三;α真2.磁方三位角(m三ag三ne三ti三c三me三ri三di三an三a三zi三mu三th三):以三磁北三方向三為標三準方三向所三度量三的方位角三;α磁3.坐標三方位三角(g三ri三d三be三ar三in三g):以三坐標三縱軸三北向為標三準方三向所三度量三的方三位角三;αN標準三方向12α124.三5.三3正、三反方三位角三的關三系任何三一條三直線三都有三正反三兩個三方向三,在三直線三起點三量得三的直三線方三向稱三直線三的正三方位三角,三反之三在直三線終三點量三得的三直線三方向三稱直三線的三反方三位角三。正三反坐三標方三位角三相差18三0°。αAB=αBA±1三80三°4.三5.三4三種三方位三角之三間的三關系1.通過三地面三上某三點的三磁北三方向三與真三北方三向的三夾角三為磁三偏角(m三ag三et三ic三d三ec三li三na三ti三on三),用δ表示三。以三真北三方向三為準三,東三偏為三正,三西偏三為負三。我國三磁偏三角的三變化三在+6三°~三-三10三°之間三。2.通過三地面三上某三點的三坐標三縱軸三方向三與真三北方三向的三夾角三為子三午線三收斂三角(m三ap三pi三ng三a三ng三le三),用γ表示三。以三真北三方向三為準三,東三偏為三正,三西偏三為負三。3.三種三方位三角之三間的三關系4.三6用羅三盤儀三測定三磁方三位角4.三6.三1羅盤三儀的三構造羅盤三儀(c三om三pa三ss三)是測三量直三線磁方位三角的三儀器三,如三圖所三示。當測三區(qū)內三沒有三國家三控制三點可三用,三需要三在小三范圍三內建三立假三定坐三標系三的平三面控三制網(wǎng)三時,三可用三羅盤三儀測三量磁三方位三角,三作為三該控三制網(wǎng)三起始三邊的三坐標三方位三角。羅盤三儀的三主要三部件三有磁三針、三刻度三盤、三望遠三鏡和三基座三。①三磁針三:磁三針用三人造三磁鐵三制成三,磁三針在三度盤三中心三的頂三針尖三上可三自由三轉動三。為三了減三輕頂三針尖三的磨三損,三在不三用時三,可三用位三于底三部的三固定三螺旋三升高三杠桿三,將三磁針三固定三在玻三璃蓋三上。②刻度三盤:三用鋼三或鋁三制成三的圓三環(huán),三隨望三遠鏡三一起三轉動三,每三隔10三°有一三注記三,按三逆時三針方三向從0°注記三到36三0°,最三小分三劃為1°或30三′。刻三度盤三內裝三有一三個圓三水準三器或三者兩三個相三互垂三直的三管水三準器三,用三手控三制氣三泡居三中,三使羅三盤儀三水平三。③三望遠三鏡:三與經(jīng)三緯儀三的望三遠鏡三結構三基本三相似三,也三有物三鏡對光三、目三鏡對三光螺三旋和三十字三絲分三劃板三等,三其望三遠鏡三的視三準軸三與刻三度盤三的0°分劃三線共三面。④三基座三:采三用球三臼結三構,三松開三球臼三接頭三螺旋三,可三擺動三刻度三盤,三使水三準氣三泡居三中,三度盤三處于三水平三位置三,然三后擰三緊接三頭螺三旋。4.三6.三2羅盤三儀測三定直三線磁三方位三角欲測三直線AB的磁三方位三角,三將羅三盤儀三安置三在直三線起三點A,掛三上垂三球對三中,三松開三球臼三接頭三螺旋三,用三手前三、后三、左三、右三轉動三刻度三盤,三使水三準器三氣泡三居中三,擰三緊球三臼接三頭螺三旋,三使儀三器處三于對三中和三整平三狀態(tài)三。松三開磁三針固三定螺三旋,三讓它三自由三轉動三,然三后轉三動羅三盤,三用望三遠鏡三照準B點標三志,三待磁三針靜三止后三,按三磁針三北端(一般三為黑三色一三端)所指三的度三盤分三劃值三讀數(shù)三,即三為AB邊的三磁方三位角三角值三,如三圖所三示。使用三時,三要避三開高三壓電三線和三避免三鐵質三物體三接近三羅盤三,在三測量三結束三后,三要旋三緊固三定螺三旋將三磁針三固定三。補充三知識—陀螺三經(jīng)緯三儀陀螺三經(jīng)緯三儀與三真方三位角三的測三定一、三陀螺三儀(gy三ro三sc三op三e)定三向原三理由物三理學三可知三,一三個對三稱剛三性轉三子(三見圖三)的三轉動三慣量J定義三為式中三,r為質三點到三轉軸三的垂三直距三離;dm為剛三體上三每一三質點三的質三量。當轉三子以三角速三度三繞三其對三稱軸X旋轉時三,其三轉動三慣量三為如果三轉子三的質三量大三部分三集中三在其三邊緣三,當三轉子三高速三旋轉三時,三就可三以形三成很三大的三轉動三慣量H。它三有兩三個特三性:1.在沒三有外三力矩三的作三用下三,轉三子旋三轉軸X在宇三宙空三間中三保持三不變三,即三定軸三性;2.在外三力矩三的作三用下三,轉三子旋三轉軸X的方三位將三向外三力矩三作用三方向三發(fā)生三變化三,這三種運三動稱三為“三進動三”。陀螺三儀定三向,三就是三利用三陀螺三儀轉三子的三上述三兩個三特性三進行三的。二、三陀螺三經(jīng)緯三儀的三構造圖是三國產JT三15陀螺三經(jīng)緯三儀(g三yr三o三th三eo三do三li三te三)的結三構圖三;使三用它三測定三地面三任一三點的三真子三午線三方向三的精三度可三以達三到±1三5″。陀螺三經(jīng)緯三儀由DJ三6經(jīng)緯三儀和三陀螺三儀組三成,三陀螺三儀安三裝在DJ三6經(jīng)緯三儀上三的連三接支三架上三。陀螺三儀由三擺動三系統(tǒng)三、觀三察系三統(tǒng)和三鎖緊三限幅三機構三組成三。1.擺動三系統(tǒng)三:包三括懸三吊帶三、導三線、三轉子(馬達)、轉三子底三盤等三,它三們是三整個三陀螺三儀的三靈敏三部件三。轉三子要三求運三轉平三穩(wěn),三重心三要通三過懸三吊帶三的對三稱軸三,可三以通三過轉三子底三盤上三的六三個螺三釘進三行調三節(jié)。三懸吊三帶采三用特三種合三金材三料制三成,三斷面三尺寸三為0.三56三×0三.0三3m三m,拉三斷力三為2.三4k三g,實三際荷三重為0.三78三kg。2.觀測三系統(tǒng)三:是三用來三觀察三擺動三系統(tǒng)三的工三作情三況的三。照三明燈三泡將三靈敏三部件三上的三雙線三光標三照亮三,通三過成三像透三鏡組三使雙三線光三標成三像在三分劃三板上三,以三便在三觀察三窗中三觀察三。3.鎖緊三限幅三機構三:包三括凸三輪、三限幅三盤、三轉子三底盤三、鎖三緊圈三,用三凸輪三使限三幅盤三沿導三向軸三向上三滑動三,使三限幅三盤托三起轉三子的三底盤三靠在三與支三架連三接的三鎖緊三圈上三。限三幅盤三上的三三個三泡沫三塑料三塊在三下放三轉子三部分三時,三能起三到緩三沖和三摩擦三限幅三的作三用。三、三陀螺三經(jīng)緯三儀的三操作三方法陀螺三儀轉三子的三額定三旋轉三速度三≥21三50三0轉/分,三可以三形成三很大三的內三力矩三,如三果操三作不三正確三,很三容易三毀壞三儀器三,因三此,三正確三使用三陀螺三儀非三常重三要。在需三要測三定真三子午三線方三向的三點上三安置三好經(jīng)三緯儀三后,三應按三下列三步驟三操作三陀螺三經(jīng)緯三儀:1.粗定三向:三將儀三器附三帶的三羅盤三儀安三裝在三支架三上的三定位三盤上三,旋三轉經(jīng)三緯儀三照準三部,三使視三線方三向指三向近三似的三真子三午線三北方三向(誤差±1三°~三2°),將三經(jīng)緯三儀的三水平三微動三螺旋三旋至三行程三的中三間位三置,三制動三照準三部,三取下三羅盤三儀。2.安置三陀螺三儀:三將陀三螺儀三安裝三到支三架上三的定三位盤三上,三旋緊三固連三螺環(huán)三,接三好電三源線三,打三開電三源開三關,三啟動三陀螺三轉子三,信號三燈亮三,當三其轉三速達三到額三定轉三速后(大約三需要3分鐘)信號三燈熄三滅(有些三儀器三是信三號燈三顏色三改變三,具三體參三見儀三器使三用手三冊)。緩三慢旋三松鎖三緊機三構,三將擺三動系三統(tǒng)平三穩(wěn)放三下,三在陀三螺儀三的觀三察窗三中觀三察陀三螺的三進動三方向三和速三度,三如果三陀螺三的進三動速三度很三慢,三就可三以開三始進三行觀三測。三觀測三方法三有逆三轉點三法和三中天三法。3.觀測三完成三后,三要先三旋緊三鎖緊三機構三,將三擺動三系統(tǒng)三托起三,才三能關三閉電三源,三拔掉三電源三線。三待陀三螺儀三轉子三完全三停止三轉動三以后三才允三許卸三下陀三螺儀三裝箱三。四、陀螺三經(jīng)緯三儀的三觀測三方法1.逆轉三點法(r三ev三er三sa三l三po三in三ts三m三et三ho三d)陀螺三儀轉三軸在三東、三西兩三處的三反轉三位置三稱逆三轉點三。逆轉三點法三的實三質就三是通三過旋三轉經(jīng)三緯儀三的水三平微三動螺三旋,三在陀三螺儀三的觀三察窗三中,三用零三線指三標線三跟蹤三雙線三光標三影像三,當三擺動三系統(tǒng)三到達三逆轉三點時三,在三經(jīng)緯三儀讀三數(shù)窗三中讀三取水三平度三盤讀三數(shù)(稱為三逆轉三點讀三數(shù))。2.中天三法(tr三an三si三t三me三th三od)日本三索佳三公司三生產三的兩三種陀三螺全三站儀AG三P1全自三動陀三螺儀它由三馬達三驅動三全站三儀和三陀螺三儀組三成,三觀測三前無三須羅三盤確三定近三似北三方向三,只三需隨三意將三儀器三架設三在特三定的三腳架三上,三按一三下鍵三,其三電子三馬達三即驅三動儀三器自三動工三作,三并在三屏幕三上顯三示真三北方三向數(shù)三據(jù)。三陀螺三部分三的重三量為10三.4三kg。根三據(jù)所三需精三度不三同,三提供三三種三測量三模式三:模式1:真三方位三角觀三測中三誤差三為±6三″,觀三測時三間10分鐘三;模式2:真三方位三角觀

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