第四章距离测量和直线定向

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1、第一节 距离测量概述距离测量概述第二节第二节 距离测量的一般方法距离测量的一般方法第三节第三节 光电测距光电测距第四节第四节 全站仪概述全站仪概述第五节第五节 直线定向直线定向一、水平距离：一、水平距离：地面上两点间的距离是指这两点沿铅垂地面上两点间的距离是指这两点沿铅垂线方向在大地水准面上投影点间的弧长。线方向在大地水准面上投影点间的弧长。在测区面积不大的情况下（半径小于在测区面积不大的情况下（半径小于10km10km的范围），可以不考虑地球曲率的影响，的范围），可以不考虑地球曲率的影响，用水平面代替水准面。用水平面代替水准面。小范围内，不考虑地球曲率的影响，小范围内，不考虑地球曲率的影响，

2、地面两点连线铅垂投影在水平面上的长度称地面两点连线铅垂投影在水平面上的长度称为水平距离。为水平距离。4-14-1距离测量概述距离测量概述二、距离测量的方法二、距离测量的方法1、直接量距：用长度标准直接测定待测距离，、直接量距：用长度标准直接测定待测距离，从而获得待测距离长度。（皮尺、从而获得待测距离长度。（皮尺、普通钢尺、铟瓦基线尺）普通钢尺、铟瓦基线尺）2 2、间接量距：依据已知条件，运用几何光学、间接量距：依据已知条件，运用几何光学、三角学原理间接推算待测距离。三角学原理间接推算待测距离。（视距测量、视差法测距、物理测距）（视距测量、视差法测距、物理测距）方法方法 精度精度 适用范围适用范

3、围1 1、步测法、步测法1/200野外踏勘、选点和小比野外踏勘、选点和小比例尺地形图的测绘例尺地形图的测绘2 2、视距法、视距法 3 3、钢尺一般、钢尺一般量距量距4 4、钢尺精密、钢尺精密量距量距5 5、激光红、激光红 测距仪测距仪1/2001/300地形测量中的碎部测量地形测量中的碎部测量1/20001/3000导线测量，一般建导线测量，一般建筑轴线丈量筑轴线丈量1/万万1/2万万精密导线测量，工业厂房精密导线测量，工业厂房主要轴线的测量主要轴线的测量测程：测程：2KM2KM20KM20KM精度：精度：(3mm+2PPM(3mm+2PPM)直线量距的一般方法，精度及其适用范围直线量距的一般

4、方法，精度及其适用范围 距离测量的工具除距离测量的工具除尺子尺子外，还有外，还有标杆标杆和和测钎测钎。标杆亦称花杆，长标杆亦称花杆，长23m，直径，直径3cm，杆上涂，杆上涂以以20 cm间隔的红、白漆，以便远处清晰可见，用间隔的红、白漆，以便远处清晰可见，用作作标定直线方向。标定直线方向。测钎用来标志所量尺段的起、始点和已量过的测钎用来标志所量尺段的起、始点和已量过的整尺段数。整尺段数。4-2 4-2 距离测量一般方法距离测量一般方法一、地面点的标定一、地面点的标定 1 1、临时标志、临时标志 2 2、永久标志、永久标志二、直线定线：二、直线定线：将待测距离上的分段点标定在同一条直线上的工作

5、。将待测距离上的分段点标定在同一条直线上的工作。1 1、定线的目的：保证待测距离的直线性、定线的目的：保证待测距离的直线性 2 2、定线的方法：、定线的方法：花杆目视定线花杆目视定线 经纬仪正倒镜分中法经纬仪正倒镜分中法三、直线定线的实施三、直线定线的实施 1 1、在两点间定线、在两点间定线 2 2、在两点的延长线上定线、在两点的延长线上定线 3 3、两点不通视时的定线：逐渐趋近法、两点不通视时的定线：逐渐趋近法四、量距工作四、量距工作 1 1、平量法、平量法 2 2、斜量法：、斜量法：ABlllqDAB123图41 五、数据处理五、数据处理 1 1、精度要求：、精度要求：往、返测较差：往、返

6、测较差：D=DD=D往往-D-D返返 往、返测相对较差：往、返测相对较差：|/1|DDDDK测规测规铁路铁路城市城市公路公路容许相对较差容许相对较差 1/20001/20001/30001/3000平地：平地：1/30001/3000山地：山地：1/10001/1000容许相对较差：容许相对较差：2 2、若达到精度，最或然值为：、若达到精度，最或然值为：)(21DD返往D六、归化改正六、归化改正：目的：将基线长度由基线水准面归化到施工水准面上目的：将基线长度由基线水准面归化到施工水准面上 基线水准面：基线水准面：Dm,HmDm,Hm 施工水准面：施工水准面：Dg,HgDg,Hg 由图中得：由图

7、中得：RRHDHDggmmDHHDmRmRggHmO大地水准面DgDmRHg基线水准面施工水准面 4-3 4-3 光电测距光电测距n一、电磁波测距仪的分类一、电磁波测距仪的分类 按载波分为：按载波分为：n微波测距仪：采用微波段的无线电波作为载微波测距仪：采用微波段的无线电波作为载 波。波。n光电测距仪：采用光波作为载波，又分为以光电测距仪：采用光波作为载波，又分为以 下两类：下两类：n 激光测距仪：用激光作为载波。激光测距仪：用激光作为载波。红外测距仪：用红外光作为载波。红外测距仪：用红外光作为载波。n按测定时间方式的不同分为：按测定时间方式的不同分为：n脉冲式测距；脉冲式测距；n相位式测距仪

8、相位式测距仪n光电测距仪按测程可分为：光电测距仪按测程可分为：n短程测距仪：测程小于短程测距仪：测程小于3km3km，用于普通工程，用于普通工程测量和城市测量；测量和城市测量；n中程测距仪：测程为中程测距仪：测程为3km 3km 15km15km，通常用于，通常用于一般等级控制测量；一般等级控制测量；n长程测距仪：测程大于长程测距仪：测程大于15km15km，通常用于国家，通常用于国家三角网及特级导线。三角网及特级导线。n按仪器的标称精度指标分级按仪器的标称精度指标分级仪器的标称精度表达式为：仪器的标称精度表达式为：nI I级：级：m mD D|5mm|5mm nIIII级：级：5 5m mD

9、 D|10mm|10mm n级：级：1010m mD D|20mm|20mm)(DBAmDn二、光电测距仪测距的基本原理二、光电测距仪测距的基本原理为真空中的光速式中：cctnccDD002 21ADBn三、相位式光电测距仪三、相位式光电测距仪原理框图原理框图图45光光强强时时 间间光光强强时时 间间光光强强时时 间间调调 制制 器器高高 频频 信信 号号发发 生生 器器接接 收收 器器相相 位位 计计显显 示示 器器反反 射射 镜镜光光 源源相位法测距的基本公式相位法测距的基本公式 图46 N N D D往往D D返返)(22NNN22fcD)(2)(2)2(2NNNNfcNfcD确定确定N

10、值的方法值的方法n如台仪器的调制频率为15MHz，则其光尺长度 这把光尺只能给出小于10m的尾数。为了量出大于10m的距离，还必须设置第二个调制频率，譬如150kHz，它的光尺为1000m。调制频率愈低，测程愈长，但测相误差(一般可达10-3，即 mfcLD102)100012m 对测距误差的影响也愈大，如表对测距误差的影响也愈大，如表3-13-1。为。为解决这一矛盾，可采用一组光尺共同测解决这一矛盾，可采用一组光尺共同测距，以短测尺距，以短测尺(又称精测尺又称精测尺)保证精度，保证精度，用长测尺用长测尺(又称粗测尺又称粗测尺)保证测程，从而保证测程，从而解决了多值解的问题。这正如钟表上用解决

11、了多值解的问题。这正如钟表上用时针、分针、秒针相互配合来确定准确时针、分针、秒针相互配合来确定准确的时间一样。根据仪器的测程与精度要的时间一样。根据仪器的测程与精度要求，即可选定测尺数和测尺精度。求，即可选定测尺数和测尺精度。n例如某仪器选用例如某仪器选用f f精精=15MHz,=15MHz,f f粗粗 =150kHz,=150kHz,使用使用f f精的精测尺测精的精测尺测10m10m以内的分米、厘米、以内的分米、厘米、毫米位，用毫米位，用f f粗的粗测尺测十米、百米位。粗的粗测尺测十米、百米位。这两把尺组合起来，就显示这两把尺组合起来，就显示1km1km内的数值。内的数值。如精测值为如精测值

12、为NN精精=0.685=0.685，即以，即以10m10m为单位为单位的的0.6850.685，实际为，实际为6.85;6.85;由粗测值测得由粗测值测得NN粗粗=0.387=0.387，即以，即以1000m1000m为单位的为单位的0.3870.387，实际，实际为为387m387m，由表，由表3-13-1可知，粗测值的精度为可知，粗测值的精度为1m,1m,故最后一位已不可靠，该距离值应为故最后一位已不可靠，该距离值应为386.85m386.85m。n四、距量测量的步骤四、距量测量的步骤n将测距仪和反射镜分别安置于待测距离的两将测距仪和反射镜分别安置于待测距离的两端，仔细地对中。端，仔细地对

13、中。n测距仪接通电源后照准反射镜，检查经反射测距仪接通电源后照准反射镜，检查经反射镜反回的光强信号，合乎要求后即可开始测镜反回的光强信号，合乎要求后即可开始测距。为避免错误和减少照准误差的影响，可距。为避免错误和减少照准误差的影响，可进行若干个测回的观测。进行若干个测回的观测。n测距读数值记入手簿中，接着观测竖直角并测距读数值记入手簿中，接着观测竖直角并记入手簿的相应栏内。记入手簿的相应栏内。n由温度计和气压计读取大气温度和气压值。由温度计和气压计读取大气温度和气压值。n按气温和气压进行气象改正，按测线的竖直按气温和气压进行气象改正，按测线的竖直角进行倾斜改正，最后求得测线的水平距离。角进行倾

14、斜改正，最后求得测线的水平距离。n 五、测距成果的整理五、测距成果的整理 长度值应化算为两点间的水平距离。长度值应化算为两点间的水平距离。n仪器系统误差的改正包括加常数改正、乘仪器系统误差的改正包括加常数改正、乘常数改正和周期误差的改正。常数改正和周期误差的改正。n电磁波在大气中传输时受气象条件的影响电磁波在大气中传输时受气象条件的影响很大，因而要进行气象改正。很大，因而要进行气象改正。n归算改正主要有倾斜改正、归算至参考椭归算改正主要有倾斜改正、归算至参考椭球面的改正和投影到高斯平面上的改正等。球面的改正和投影到高斯平面上的改正等。4-4 4-4 全站仪概述全站仪概述全站仪，即全站型电子速测

15、仪（全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Electronic Total StationTotal Station），它是由电子测角、电子测距、），它是由电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。全站仪较完善地实现了测量息的多功能测量仪器。全站仪较完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，因此得到了广泛的和处理过程的电子化和一体化，因此得到了广泛的应用。其基本功能是在仪器照准目标后，通过微处应用。其基本功能

16、是在仪器照准目标后，通过微处理器的控制，能自动完成测距，水平方向和天顶距理器的控制，能自动完成测距，水平方向和天顶距读数、观测数据的显示、存储。读数、观测数据的显示、存储。1 1提柄提柄 2 2提柄固定螺丝提柄固定螺丝 3 3仪器高标志仪器高标志 4 4电池电池 5 5键盘键盘 6 6三三角基座制动控制杆角基座制动控制杆 7 7底板底板8 8脚螺旋脚螺旋 9 9圆水准器校正螺丝圆水准器校正螺丝1010圆圆水准器水准器1111显示器显示器1212物镜物镜1313管式罗盘插口管式罗盘插口1414光学对中器调光学对中器调焦环焦环1515 光学对中器分划板光学对中器分划板 1616光学对中器目镜光学对

17、中器目镜 1717水平制动钮水平制动钮 1818水平微动钮水平微动钮 1919数据输出插口数据输出插口 2020外接电源插口外接电源插口 2121照准部水照准部水准器准器 2222照准部水准器校正螺丝照准部水准器校正螺丝 2323垂直微动钮垂直微动钮 2424垂直微动手轮垂直微动手轮 2525望远镜目镜望远镜目镜 2626望远镜调焦环望远镜调焦环 2727粗照准器粗照准器 2828仪器中心标志仪器中心标志全站仪观测数据的记录方式：全站仪观测数据的记录方式：n通过电缆，将仪器的数据传输接口和外接的记通过电缆，将仪器的数据传输接口和外接的记录器连接起来，数据直接存储在外接的记录器录器连接起来，数据

18、直接存储在外接的记录器中；中；n利用仪器内部的大容量内存，记录数据；利用仪器内部的大容量内存，记录数据；n采用插入式数据记录卡。采用插入式数据记录卡。全站仪的功能：全站仪的功能：n测距，测角。测距，测角。n进行自由设站，计算测站点的坐标。进行自由设站，计算测站点的坐标。n进行支导线测量和计算。进行支导线测量和计算。n测站定向和极坐标测量及坐标点的放样，测站定向和极坐标测量及坐标点的放样，进行对边测量。进行对边测量。n悬高测量。悬高测量。n面积测量及计算等。面积测量及计算等。TC307TC307全站仪全站仪nTC307TC307型全站仪的安置步骤如下：型全站仪的安置步骤如下：n（1 1）打开脚架

19、置于测站点上，并使脚架）打开脚架置于测站点上，并使脚架 头大致水平，将仪器安置在脚架上头大致水平，将仪器安置在脚架上 并旋紧连接螺旋。并旋紧连接螺旋。n（2 2）打开电源，打开激光对中开关，移）打开电源，打开激光对中开关，移 动脚架激光束对准地面点，踩紧脚动脚架激光束对准地面点，踩紧脚 架。架。n（3 3）旋转脚螺旋使激光束精确对准地面）旋转脚螺旋使激光束精确对准地面 点。点。（4 4）上下抽动脚架，使圆水准器气泡居中。）上下抽动脚架，使圆水准器气泡居中。（5 5）旋转脚螺旋使电子水准器居中）旋转脚螺旋使电子水准器居中 （6 6）检查激光对中是否偏离，若有偏）检查激光对中是否偏离，若有偏 离，

20、松开连接螺旋，平移仪器使之离，松开连接螺旋，平移仪器使之 对中并重新整平。对中并重新整平。（7 7）关闭激光对中开关。）关闭激光对中开关。n直线定向：直线定向：确定地面上一条直线与基确定地面上一条直线与基本方向间水平角的工作称为直本方向间水平角的工作称为直线定向。线定向。4-4-直线定向直线定向n 一、一、基本方向：基本方向：n1、真北方向：过地面上某点的真子午线切线、真北方向：过地面上某点的真子午线切线 方向的北端。方向的北端。n2、磁北方向：过地面上某点的磁子午线切线、磁北方向：过地面上某点的磁子午线切线 方向的北端。方向的北端。n3、坐标北方向：当测区范围较大，高斯投影、坐标北方向：当测

21、区范围较大，高斯投影 带中央子午线北端或平面直带中央子午线北端或平面直 角坐标系坐标纵轴北端。各角坐标系坐标纵轴北端。各 点的坐标北方向彼此平行。点的坐标北方向彼此平行。n二、直线定向的表示方法二、直线定向的表示方法1 1、方位角：从直线某端点的基本方向起、方位角：从直线某端点的基本方向起顺时针顺时针旋转旋转 至该直线的至该直线的水平角水平角。角值由。角值由o o 360360 。2 2、象限角：地面直线与子午线南端或北端构成的小、象限角：地面直线与子午线南端或北端构成的小 于于9090的锐角，并冠以象限所在名的锐角，并冠以象限所在名 称，以称，以R R表示。表示。n三、分类：三、分类：n1

22、1、真方位角、真方位角A A：由真子午线北端起算的方位角。它：由真子午线北端起算的方位角。它 是用天文观测方法或用陀螺经纬仪是用天文观测方法或用陀螺经纬仪 测定。测定。n2 2、磁方位角、磁方位角A Am m：由磁子午线北端起算的方位角。它：由磁子午线北端起算的方位角。它 是用罗盘仪测定的。是用罗盘仪测定的。n3 3、坐标方位角、坐标方位角：由坐标纵轴北端起算的方位角。：由坐标纵轴北端起算的方位角。n四、几种方位角之间的关系四、几种方位角之间的关系n1 1、磁偏角、磁偏角：磁北与真北间的夹角。：磁北与真北间的夹角。以以真北真北为准，判断磁北的位置，为准，判断磁北的位置，东正西负。东正西负。n2

23、 2、子午线收敛角、子午线收敛角：坐标北与真北间的夹角。：坐标北与真北间的夹角。以以真北真北为准，判断坐标为准，判断坐标 北的位置，北的位置，东正西负。东正西负。N NT TX XN NM MA AB BAA=Am+A=Am+n五、正、反坐标方位角五、正、反坐标方位角同一直线的正、反坐标方位角之间相差同一直线的正、反坐标方位角之间相差180180，即，即 BABA ABAB180180X XA AB BABX XBAABn六、用罗盘仪测定磁方位角六、用罗盘仪测定磁方位角主要由磁针、刻度盘和瞄准主要由磁针、刻度盘和瞄准设备等组成。磁针支在刻度盘中设备等组成。磁针支在刻度盘中心的顶针上，可自由转动

24、，当静心的顶针上，可自由转动，当静止时，指出磁北方向。止时，指出磁北方向。300N图图4 420201 1望远镜支架度望远镜支架度盘磁针制动螺旋盘磁针制动螺旋磁针磁针图图4 41919罗盘仪罗盘仪n七、象限角七、象限角 1 1、地面直线与子午线南端或北端构成、地面直线与子午线南端或北端构成的小于的小于9090的锐角，并冠以象限所在名称，的锐角，并冠以象限所在名称，以以R R表示。表示。图418SNEWNWNESESWn2、坐标方位角与坐标象限角的关系、坐标方位角与坐标象限角的关系 直线方向直线方向由方位角由方位角 求象限角求象限角R R 由象限角由象限角R R求求方位角方位角 北东（北东（NENE）第）第I I象限象限 南东（南东（SESE）第）第IIII象限象限 南西（南西（SWSW）第）第IIIIII象限象限 北西（北西（NWNW）第）第IVIV象限象限 R RNENE R RSESE（180180）R RSWSW（180180）R RNWNW（360360）R R 180180R R 180180+R+R 360360R R