1、距离测量与直线定向,内容提要: 钢尺量距 掌握钢尺量距的一般方法； 了解钢尺量距的精密方法； 视距测量 光电测距仪 直线定向 明确直线定向的概念； 掌握方位角的计算。,第四章 距离测量(distance measure)与直线定向(line orientation),方法： 钢尺量距(steel tape measuring) 视距法测距(stadia measurement)。 电磁波测距EDM(electro-magnetic distance measuring),距离测量：测量地面两点之间的水平距离。,4.1 钢尺量距 (steel tape measuring),测量基本要素： 高差
2、 水平角 水平距离；,4.1 钢尺量距 (steel tape measuring)一、量距工具钢尺(steel tape)、标杆(measuring bar)、垂球(plumb bob)、测钎(measuring rod)、温度计(thermometer)、弹簧秤(spring balance)。,二、钢尺量距,最基本的要求平、准、直。 按精度分：一般量距和精密量距 （一）一般量距步骤（目估法） 1定线(line alignment)标定各尺段端点在同一直线上的工作称为直线定线。,目估法定线示意图,2丈量,（1）喊“预备”、“好”前后尺手同时读数，相减。 （2）在山区，可用平量法、斜量法。,
3、平量法,斜量法,3内业成果整理,丈量精度用“相对误差”（K）来衡量：,一般量距：K1/3000(平坦)，1/1000（山区）,1、经纬仪定线,（二）精密量距步骤 （*）,2、精密丈量。 （1）前尺手零端用标准拉力拉紧钢尺。 （2）前读尺员发“预备”，后读尺员发“好”；此时前后尺手同时读数。 （3）移动后尺整厘米刻划，按上述方法再测二次，三次较差不超限时（一般不得超过23mm），取平均值作为尺段结果。每测完一尺段，用温度计读取一次温度。 （4）要进行往返测量。如要进行温度和倾斜改正，还要观测现场温度和各桩顶高差。,3测量各桩顶间高差。 4内业成果整理,某钢尺的尺长方程式：,钢尺在t温度时的实际长
4、度；,钢尺的名义长度,钢尺使用时的温度；,钢尺检定时的温度,检定时，钢尺实际长与名义长之差；,钢尺的膨胀系数,斜距 的各项改正：,（1）尺长改正,故斜距 经改正后为：,（2）温度改正,（3）倾斜改正,1、水平视线 已知：上丝标尺上读数为a，下丝读数为b，视距间隔 l（l=a-b），则水平距离D有：,4.2 视距测量 (stadia survey ),h2,固定值 （约3423）,l2,l1,1,2,A,D1,D2,i,h2,通常情况下k=100； 故视准轴水平时视距公式为：,测站点到立尺点的高差为：,i 仪器高，是桩顶到仪器水平轴的高度； v 中丝在标尺上的读数。,2、倾斜视线,设法令仪器中丝
5、读数等于仪器高度，即i=v,高差公式可简化为h=Dtan（中丝仪高法）,o,A,i,D,a,a,b,B,v,b,D,h,倾斜距离L为：,计算：,水平距离D为：,高差h为：,l,B,M,例题：如上图，在A点量取经纬仪高度i=1.400m，望远镜照准B点标尺，中丝、上丝、下丝读数分别为v=1.400m，b=1.242m，a=1.558m，=327,试求A、B两点间的水平距离和高差。,解：1）尺间距,2）水平距离,3）高差,4.2 电磁波测距（EDM）简介,一、电磁波测距（electro-magnetic distance measuring）的基本原理,全站仪、棱镜照片,二、分类,1按测程分：短程
6、、中程、远程。 2按传播时间t的测定方法分：脉冲法测距、相位法测距。 3按测距仪所使用的光源分：普通光源、红外光源、激光光源。 4按测距精度分：级、级、级。,注：测距误差及标称精度,测距仪测距误差可表示为： 式中，A固定误差；B比例误差系数。 如：某测距仪出厂时的标称精度：（5510-6D）mm，简称“5+5”,三、使用一般安装在经纬仪上使用。,1、常数预置 （1）设置棱镜常数（PRISM）。 一般：原配棱镜为零，国产棱镜多为-30mm。 （2）置乘常数。 输入气温、气压或用有关公式计算出值后,再输入。,2、倾斜改正有： ，由测距仪自动改正。,电磁波测距仪是用电磁波（光波或微波）作为 载波传输
7、测距信号以测量两点间距离的一种方法。,电磁波测距仪的分类：1、光电测距仪（可见光、红外光、激光）2、微波测距仪（无线电波、微波）,红外测距仪,电磁波测距仪的优点：1、测程远、精度高。2、受地形限制少等优点。3、作业快、工作强度低。,建筑工程测量中应用较多的是短程 红外光电测距仪。,二、测距方法,光电测距仪按照t2D的不同测量方式， 可分为：,脉冲式（直接测定时间）,相位式（间接测定时间）,1、脉冲式,脉冲式光电测距仪是将发射光波的光强调制成 一定频率的尖脉冲，通过测量发射的尖脉冲在待测 距离上往返传播的时间来计算距离。,脉冲测距原理图,：脉冲的振荡频率,q：计数器计得的时钟脉冲个数,计数器只能
8、记忆整数个时钟脉冲，不足一周期的时间被丢掉了。,测距精度较低，一般在“米”级，最好的达“分米”级。,2、相位式,相位式光电测距仪是将发射光强调制成 正弦波的形式，通过测量正弦光波在待测距 离上往、返传播的相位移来解算时间。,将返程的正弦波以棱镜站为中心对称 展开后的图形：,由于,，所以,则：,式中 ，,取,，则不同的调制频率对应的,测尺长见下表：,调制频率越大，测尺长度越短。,相位式测距仪的基本工作原理图：,1、由发射系统发射一个调制光波，同时至检相器； 2、调制光波在待测距离上传播，反射镜反射后，经接收系统进入检相器； 3、检相器将发射信号与接收信号进行相位比较，测出相位差 ； 4、每改变频
9、率f 后的调制光波，测出一个 ，组合后经微处理器计算显示结果。,三、测程及测距仪的精度：,1、测程：测距仪一次所能测的最远距离。,短程测距仪 测程小于5km；中程测距仪 测程在5km-30km；远程测距仪 测程在30km以上。,2、测距仪的精度：,式中：mD 测距中误差，单位为mm；a 固定误差，单位为mm；b 比例误差；D 以km为单位的距离。,RED mini短程红外测距仪的精度为 当距离D为0.6km时，测距精度是mD=5.8mm。( 通常写作ppm),四、RED mini红外测距仪,各种反射棱镜,经纬仪与测距仪配接,测距仪功能键盘,1、仪器简介：,经纬仪瞄准觇牌中心的视线与测距仪瞄准反
10、射棱镜中心的视线保持平行。,调整经纬仪望远镜，使十字 丝对 准反射棱镜的觇牌中心,调整测距仪望远镜，使十字丝对准反射棱镜中心,2、距离计算：,1）仪器常数改正（测距仪的乘常数R和加常数K）,加常数K=L L（mm）,乘常数R的单位是mm/km,对于观测值为L的距离，其常数改正值为：,2）气象改正,RED mini测距仪的气象改正公式为：,式中：Lt气象改正值，单位为mm；P测站气压，单位为mmHg，1 mmHg=133.322Pa；t测站温度，单位为C；L距离，单位为km 。,3） 倾斜改正,L经过常数改正和气象改正后的距； 经纬仪测定的测线竖直角。,4.3 直线定向（line orienta
11、tion）,确定直线与标准方向之间的水平角度称为直线定向。 一、标准方向,磁偏角(magnetic declination)地面上同一点的真、磁子午线方向不重合，其夹角称为磁偏角。磁子午线方向在真子午线方向东侧，称为东偏，为正。反之称为西偏，为负。,子午线收敛角(mapping angle)当轴子午线方向在真子午线方向以东，称为东偏，为正。反之称为西偏，为负。可见在中央子午线上，真子午线与轴子午线重合，其他地区不重合，两者的夹角即为。,标准方向间的关系,二、方位角,1、定义,从标准方向北端起，顺时针方向量至直线的水平夹角，称为该直线的方位角；其角值范围为0 360。,1,2,标准方向北端,方位
12、角,2,2,2,2,2,标准方向,真子午线方向,磁子午线方向,坐标纵轴方向,真方位角（A）,磁方位角（Am）,坐标方位角（ ）,2,磁北,真北,坐标北,Am,A,1,2、几种方位角之间的关系,磁偏角真北方向与磁北方向之间的夹角； 子午线收敛角真北方向与坐标北方向之间的夹角。,2,磁北,真北,坐标北,Am,A,1,3、正、反坐标方位角,直线1-2 ：点1是起点，点2是终点。,12 正坐标方位角；,21 反坐标方位角。,直线2-1：,所以一条直线的正、反坐标方位角互差180,三、坐标方位角的推算（重点）,12已知，通过连测测得12边与23边的连接角为2 （右角）、 23边与34边的连接角为3（左角），现推算23、34。,1,2,3,4,x,x,x,23,34,12,2,3,前进方向,1,2,3,4,x,x,23,12,2,21,前进方向,x,34,3,32,由图中分析可知：,推算坐标方位角的通用公式：,当角为左角时，取“”；若为右角时，取“”。,例题：已知12=46，2 、3及的角值均注于图上，试求其余各边坐标方位角。,23 =122180,解：,34 =233 180,= 5720,45=344180,0,（ 10360）,= 350,= 10050,= 4618012510,= 1005013630 180,= 10,= 572024720 180,
