工程測(cè)量課件：直線定向與距離測(cè)量

直線定向與距離測(cè)量工程測(cè)量本章內(nèi)容1直線定向④坐標(biāo)方位角計(jì)算②直線的標(biāo)準(zhǔn)方向直線定向與距離測(cè)量①鋼尺量距③方位角概念②視距測(cè)量③光電測(cè)距④全站儀及使用①直線定向的目的⑤方位角測(cè)定陀螺儀測(cè)定真方位角2距離測(cè)量坐標(biāo)正反算羅盤儀測(cè)定磁方位角1.1直線定向目的1.直線定向1直線定向-1定向目的

直線定向就是確定直線和某一參照方向（即標(biāo)準(zhǔn)方向）的關(guān)系。真子午線方向磁子午線方向坐標(biāo)縱軸方向1.2直線標(biāo)準(zhǔn)方向1直線定向-2直線標(biāo)準(zhǔn)方向稱為磁偏角稱子午線收斂角1.3方位角概念取值范圍為0

～360

。真方位角A磁方位角Am坐標(biāo)方位角

真方位角A=磁方位角Am+磁偏角δ=坐標(biāo)方位角

+子午線收斂角γ三者關(guān)系：（直線方向與標(biāo)準(zhǔn)方向順時(shí)針的夾角）1直線定向-3方位角如

12，表示起點(diǎn)為1，終點(diǎn)為2的直線的坐標(biāo)方位角。正、反方位角（直線方向與直線起點(diǎn)和終點(diǎn)有關(guān)）1直線定向-3方位角一般推算公式：α前=α后-β右+180oα前=α后+β左-180o1.4坐標(biāo)方位角的計(jì)算連續(xù)推算公式：α終=α始

-∑β右

+n﹒180oα終=α始

+∑β左

-n﹒180o1A2N1直線定向-4坐標(biāo)方位角計(jì)算1直線定向-4坐標(biāo)方位角計(jì)算-坐標(biāo)正反算坐標(biāo)反算：坐標(biāo)正算：1.5.1陀螺儀測(cè)定真方位角1直線定向-5方位角測(cè)定-真方位角1直線定向-5方位角測(cè)定-真方位角索佳GYROX自動(dòng)全站式陀螺儀陀螺全站儀的使用：（1）儀器連接（2）粗定向（3）零位檢查（4）真北方向觀測(cè)1.5.2羅盤儀測(cè)定磁方位角1直線定向-5方位角測(cè)定-磁方位角概念:

確定空間兩點(diǎn)在某基準(zhǔn)面（參考橢球面或水平面）上的投影長(zhǎng)度，小范圍而言，在水平面上的投影長(zhǎng)度即水平距離。方法:鋼尺量距:精度約為1/1000～1/幾十萬(wàn)視距測(cè)量:精度約為1/200～1/300電磁波測(cè)距:精度約在1/十萬(wàn)～1/幾十萬(wàn)2.距離測(cè)量2.1鋼尺量距鋼卷尺2距離測(cè)量-1鋼尺量距彈簧秤溫度計(jì)垂球測(cè)釬標(biāo)桿配套工具2距離測(cè)量-1鋼尺量距a.直線定線鋼尺量距步驟

直線定線的方法：目估法、經(jīng)緯儀法（精密量距）b.距離丈量2距離測(cè)量-1鋼尺量距

距離丈量方法有一般方法、精密方法兩種（1）一般方法精度要求為1/1000～1/3000時(shí)采用。先整尺段地丈量；最后丈量余長(zhǎng)。往返丈量。相對(duì)較差為：鋼尺量距方法2距離測(cè)量-1鋼尺量距-一般方法D=Scos斜量法平量法2距離測(cè)量-1鋼尺量距-一般方法（2）精密方法精度要求1/5000以上時(shí)采用。2距離測(cè)量-1鋼尺量距-精密方法工具：鋼尺、彈簧秤、溫度計(jì)等。需進(jìn)行三項(xiàng)改正：尺長(zhǎng)改正：溫度改正：——丈量的斜距（單位m）；——名義長(zhǎng)度（單位m）；——實(shí)際長(zhǎng)度與名義長(zhǎng)度之差（單位m）；傾斜改正：——高差（單位m）；

2.2視距測(cè)量nm視距絲十字絲

視距絲2距離測(cè)量-2視距測(cè)量121113nmlinmpn′m′fδdlvhφABDF原理--視線水平時(shí)

k=100,C≈0（內(nèi)對(duì)光望遠(yuǎn)鏡）2距離測(cè)量-2視距測(cè)量原理--視線傾斜時(shí)2距離測(cè)量-2視距測(cè)量（1）在A點(diǎn)安置經(jīng)緯儀，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)視距尺，分別讀取上、下絲讀數(shù)，并算出上下絲間隔l。（2）讀取豎盤讀數(shù)，計(jì)算垂直角α。（3）根據(jù)l、α，計(jì)算水平距離D。視距測(cè)量方法：2距離測(cè)量-2視距測(cè)量2.3光電測(cè)距AB兩點(diǎn)距離：D＝c·t

/2基本原理2距離測(cè)量-3光電測(cè)距光電測(cè)距的精度主要取決于測(cè)量時(shí)間的精度。

直接測(cè)定時(shí)間：如電子脈沖法。間接測(cè)定時(shí)間：相位法(通過(guò)測(cè)量電磁波信號(hào)往返傳播所產(chǎn)生的相位移來(lái)間接的測(cè)定時(shí)間)。測(cè)時(shí)方法2距離測(cè)量-3光電測(cè)距脈沖式測(cè)距2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-脈沖法上式說(shuō)明頻率f0越大，測(cè)距誤差越小。當(dāng)要求測(cè)距誤差mD=±0.01m時(shí)，要求鐘脈沖頻率應(yīng)為f0=15000MHZ。目前世界上可以做到并穩(wěn)定在1×10-6級(jí)的石英振蕩頻率最高為300MHZ，代入上式得測(cè)距誤差mD=±0.5m。可見(jiàn)，如果不采用特殊技術(shù)測(cè)出被計(jì)數(shù)器舍棄的小于一個(gè)鐘脈沖周期的時(shí)間T0，而僅僅靠提高鐘脈沖頻率f0的方法來(lái)提高測(cè)距精度是很困難的。2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-脈沖法信號(hào)的周期為T，一個(gè)周期信號(hào)的相位變化為2

，信號(hào)往返所產(chǎn)生的相位移為:φ相位法測(cè)距通過(guò)測(cè)量正弦波在待測(cè)距離上往返傳播的相位移來(lái)解算距離。2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-相位法令u

＝，ΔN＝上式可寫成：

D＝u（N＋ΔN）信號(hào)往返所產(chǎn)生的相位移為

＝2f·t

，則故從上圖知，相位移的另一種表示方法：代入上式有2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-相位法

可以理解為用一把長(zhǎng)度為“

u

”的“光尺”量距，N為整尺段數(shù)，ΔN為不足一整尺段的尾數(shù),相當(dāng)于鋼尺量距D=nl+q。

儀器的測(cè)相系統(tǒng)（相位計(jì)）的測(cè)相誤差一般可達(dá)10－3,它對(duì)測(cè)距精度的影響將隨測(cè)尺長(zhǎng)度的增長(zhǎng)而增大。相應(yīng)的測(cè)尺頻率、測(cè)尺長(zhǎng)度和測(cè)距精度間的關(guān)系如下表所示：2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-相位法測(cè)尺長(zhǎng)度（u）10m100m1km2km10km測(cè)尺頻率（f）15MHz1.5MHz150KHz75KHz15KHz測(cè)距精度1cm10cm1m2m10m

由于（相位計(jì)）只能測(cè)量出Δ,即尺段尾數(shù)ΔN，而不能測(cè)量整周數(shù)N。

若選一光尺U，使其長(zhǎng)度超過(guò)所測(cè)距離，則N=0。而此時(shí)就只能選用較低調(diào)制頻率，精度會(huì)降低。為解決擴(kuò)大測(cè)程與提高精度的矛盾，可以采用一組測(cè)尺配合測(cè)距，以短測(cè)尺(精測(cè)尺)保證精度，用長(zhǎng)測(cè)尺(粗測(cè)尺)保證測(cè)程，如同鐘表上時(shí)、分、秒針互相配合來(lái)確定十二小時(shí)內(nèi)的準(zhǔn)確時(shí)間一樣。D＝u（N＋ΔN）2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-相位法實(shí)質(zhì)是頻率的變換2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-相位法光電測(cè)距儀分類

按光源分類（按其所采用的載波）1)微波2)激光3)紅外

按測(cè)程分類1)短程2)中程3)遠(yuǎn)程

按測(cè)距精度分類(每公里)Ⅰ級(jí)：mD≤2mm；Ⅱ級(jí)：2mm<mD≤5mm；Ⅲ級(jí)：5mm<mD≤10mm;IV級(jí)：mD≥10mm2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-測(cè)距儀分類2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-測(cè)距儀分類瑞典AGA公司生產(chǎn)的AGA-8激光測(cè)距儀用5mw氦氖氣體激光器白天測(cè)40km，夜間可測(cè)60km精度：5mm+1ppm2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-測(cè)距儀分類T2+DI10，1968年Wild推出的第一臺(tái)紅外測(cè)距儀Wild生產(chǎn)的微波測(cè)距儀2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-測(cè)距儀分類WildDI3000脈沖測(cè)距儀2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-測(cè)距儀分類南方測(cè)繪----ND3000紅外相位式測(cè)距儀可安裝在光學(xué)經(jīng)緯儀上或電子經(jīng)緯儀上;經(jīng)緯儀測(cè)量豎直角后輸入到測(cè)距儀中,計(jì)算出水平距離和高差。2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-測(cè)距儀分類光電測(cè)距實(shí)施步驟安置儀器（測(cè)站）及棱鏡（目標(biāo)）測(cè)站參數(shù)設(shè)置（目標(biāo)類型、棱鏡常數(shù)、測(cè)量模式、溫度、氣壓）測(cè)量2距離測(cè)量-3光電測(cè)距PSM:-30PSM:0棱鏡常數(shù)2距離測(cè)量-3光電測(cè)距

氣象改正、加常數(shù)改正、乘常數(shù)改正、傾斜改正光電測(cè)距成果計(jì)算1)氣象改正不同的儀器氣象改正公式不同，如TOPCON給出的氣象改正公式為：

Ka＝（279.66－）×10-6式中:p——大氣壓力（Pa）;t——大氣溫度(℃)2)加、乘常數(shù)改正3)傾斜改正D

＝S×cos

S改＝－×S2×sinαK——為大氣折光系數(shù)，一般取為0.13；

R——為地球半徑2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-成果計(jì)算例題

某臺(tái)測(cè)距儀，測(cè)得AB兩點(diǎn)的斜距＝1578.567m，測(cè)量時(shí)的氣壓p＝121.323kPa，t＝25°C，豎直角α＝＋15

30

00

；儀器加常數(shù)K＝＋2mm，乘常數(shù)R＝＋2.5×10-6，求AB的水平距離。其氣象改正公式為：Ka＝（281.8－）×10-6解：1．氣象改正

D1＝(281.8－)×1.578567＝62.3mm2．加常數(shù)改正

D2＝＋2mm3．乘常數(shù)改正

D3＝＋2.5×1.578567＝＋3.9mm4．改正后斜距S＝S'＋

D1＋

D2＋

D3＝1578.635m5．AB的水平距離DD＝S×cosα＝1578.635×cos15

30

00

＝1521.221m標(biāo)稱精度：指電磁波測(cè)距儀出廠時(shí)的儀器的精度限額。

mD

＝A＋B×10-6

式中：A為固定誤差，B為比例誤差系數(shù)（mm/km）

實(shí)際精度：儀器經(jīng)過(guò)檢定后，成果經(jīng)過(guò)各種常數(shù)改正，其精度要高于標(biāo)稱精度。經(jīng)檢定后的實(shí)際精度為：

式中：mD——測(cè)距中誤差；

mK——加常數(shù)K的檢測(cè)中誤差；

mR——乘常數(shù)R的檢測(cè)中誤差；

md——和距離無(wú)關(guān)的測(cè)距中誤差，對(duì)某一距離重復(fù)觀測(cè)，若在已知距離基線上觀測(cè)，2距離測(cè)量-3光電測(cè)距-精度分析光電測(cè)距精度分析全站儀——集測(cè)距裝置、測(cè)角裝置和微處理器為一體，能自動(dòng)測(cè)量和計(jì)算，并通過(guò)電子手簿或直接實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄、存儲(chǔ)和輸出的測(cè)量?jī)x器，稱為全站式電子速測(cè)儀，簡(jiǎn)稱全站儀。2距離測(cè)量-4全站儀及使用-全站儀認(rèn)識(shí)2.4全站儀及使用索佳SET系列全站儀

賓得R-300X全站儀

Topcon(日)尼康全站儀DTM-300

瑞典捷創(chuàng)力全站儀

瑞士徠卡

TC402Trimble(德蔡司)美國(guó)天寶光譜全站儀認(rèn)識(shí)廣州南方

蘇州一光常州大地東莞科力達(dá)北京博飛北京中翰武漢中緯南方三鼎廣州瑞得徠卡TS30超高精度全站儀超高精度

角度測(cè)量精度：0.5″

距離測(cè)量精度：0.6mm+1ppm高效率測(cè)角頻率：5000Hz

儀器轉(zhuǎn)速：180°/s三個(gè)微動(dòng)螺旋，用戶自定義鍵寬廣的量程

ATR(AutomaticTargetRecognition)范圍：1000米距離測(cè)量：最遠(yuǎn)12000米2距離測(cè)量-4全站儀及使用-全站儀認(rèn)識(shí)索佳SET3110MV全站儀2距離測(cè)量-4全站儀及使用-全站儀認(rèn)識(shí)拓普康GTS-900A/GPT-9000A系列遙控器

RC-3R2距離測(cè)量-4全站儀及使用-全站儀認(rèn)識(shí)南方Win全站儀2距離測(cè)量-4全站儀及使用-全站儀認(rèn)識(shí)全站儀的特點(diǎn):水平角、垂直角、斜距自動(dòng)顯示，自動(dòng)計(jì)算鏡站坐標(biāo)、高程、平距等數(shù)據(jù)；對(duì)水平角和垂直角自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償；對(duì)距離進(jìn)行氣象改正和儀器常數(shù)改正；提供電子氣