钢尺、直线定向

1、第四章第四章 距离测量与直线定向距离测量与直线定向 钢尺量距钢尺量距 视距测量视距测量 光电测距 直线定向与罗盘仪 全站仪测距与使用全站仪测距与使用 4.1 钢尺量距钢尺量距 测量距离可根据不同的精度要求， 不同的测量条件采用不同的方法。 距离距离指两点间的水平长度。指两点间的水平长度。 钢尺量距、光学视距法测距、 电磁波测距、超声波测距等。 距离测量常用的方法：距离测量常用的方法： 钢尺量距：钢尺量距： 利用具有标准长度的钢尺直接量测 地面两点间距离。又称距离丈量。 距离丈量使用的工具：使用的工具： 钢尺、铟瓦尺、木尺、皮尺、钢尺、铟瓦尺、木尺、皮尺、 花杆、花杆、 插钎、垂球、弹簧秤、温度

2、计插钎、垂球、弹簧秤、温度计 一、钢尺量距的一般方法一、钢尺量距的一般方法 llq DAB AB AB两点间的距离公式两点间的距离公式：DAB=n l + q 平坦地区的距离丈量平坦地区的距离丈量 必须要进行往返观测必须要进行往返观测 式中：式中：n尺段数尺段数 l整尺长度整尺长度 q不足一整尺的余长不足一整尺的余长 直线定线直线定线 2 1 返往 平 平 返往 DD D MD D D DD K 精度：精度：1/4000 K1/1000 计算计算相对误差相对误差 K ： 钢尺、直线定向 倾斜地面的钢尺量距倾斜地面的钢尺量距 平量法：地面坡度不大，且变化也不大时，见图平量法：地面坡度不大，且变化

3、也不大时，见图a 斜量法：地面坡度大，但坡度变化不大，见图斜量法：地面坡度大，但坡度变化不大，见图b 二、精密量距方法二、精密量距方法 经纬仪定线：经纬仪定线： 依次定出略小于一整尺段长，以木桩作记，桩顶高出地面依次定出略小于一整尺段长，以木桩作记，桩顶高出地面 2-3cm，经纬定线并划线（与，经纬定线并划线（与AB一至）作记。一至）作记。 水准确仪测量桩顶高度：水准确仪测量桩顶高度：以上测量为相邻桩顶间的斜距以上测量为相邻桩顶间的斜距 量距方法特别：量距方法特别： 至少至少5人，人，2人拉尺，人拉尺，2人读数，人读数，1人指挥兼记录和读温度；人指挥兼记录和读温度； 钢尺置于桩顶测量，施加标准

4、拉力（钢尺置于桩顶测量，施加标准拉力（30m钢尺施钢尺施10kg），）， 估读到估读到0.5mm，每尺段丈量三次（互差小于，每尺段丈量三次（互差小于2-3mm），取平），取平 均值；均值； 读温度，开始读温度，开始 t1 ， 中间中间 t2， 结束结束 t3，取平均值取平均值t； 需往返观测。需往返观测。 L l ll l d 0 0 lt=（t- t0）L 40000 1 5000 1 尺段长度计算：尺段长度计算： 尺长改正尺长改正 温度改正温度改正 倾斜改正倾斜改正 L h l h 2 2 经过三项改正后的水平距离应为经过三项改正后的水平距离应为: D=L+ld+ l t +lh 精度可达

5、：精度可达： 000 lttlllt 三、钢尺检定三、钢尺检定 式中：式中：lt温度为温度为 t 时钢尺实际长度；时钢尺实际长度； l0钢尺名义长度；钢尺名义长度； l钢尺尺长改正数；钢尺尺长改正数； 钢尺膨胀系数；钢尺膨胀系数； t0钢尺检定时温度；钢尺检定时温度； t量距时温度。量距时温度。 尺长方程式尺长方程式 例例：设用某一名义长度为50m的钢尺倾斜地 面丈量距离。该钢尺的尺方程为： l=50m+10mm+0.6(t-20)mm。丈量时温度 为t=32 ，A、B两点高差为1.86m，量得斜 距为128.360m，计算经过尺长改正、温度改 正和高差改正后A、B两点间的距离。 解：1）尺长

6、改正： 2）温度改正： 3)高差改正： 则水平距离为： 360.128 50 01.0 0 0 L l ll l d 360.128)2032( 50 001.06.0 )L t-(tl 0t 360.1282 86.1 2 22 L h l h D=L+ld+ l t +lh 四、钢尺量距的误差分析四、钢尺量距的误差分析 1. 定线误差定线误差 2. 尺长误差尺长误差 3. 温度误差温度误差 4. 拉力误差拉力误差 5. 钢尺不水平的误差钢尺不水平的误差 6. 钢尺对准及读数误差钢尺对准及读数误差 钢尺、直线定向 4.2 光电测距光电测距 一、测距原理一、测距原理 欲测定欲测定A、B两点间的

7、距离两点间的距离D，安置仪器于，安置仪器于A点，安置反射点，安置反射 镜于镜于B点。仪器发射的光束由点。仪器发射的光束由A至至B，经反射镜反射后又，经反射镜反射后又 返回到仪器。设光速返回到仪器。设光速c为已知，如果光束在待测距离为已知，如果光束在待测距离D上上 往返传播的时间为往返传播的时间为t2D 。已知，则距离。已知，则距离D 等于：等于： c是光速，为是光速，为299792458ms 钢尺、直线定向 二、方法（间接测量方法）二、方法（间接测量方法） 脉冲式测距脉冲式测距 由测距仪的发射系统发出光脉冲，经被测目标反射后，再由测距仪 的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔。 相位式

8、测距相位式测距 由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波，测出该调制光波在 测线上往返传播所产生的相依移，以测定距离D。红外光电测距仪 一般都采用相位测距法。 在砷化镓(GaAs)发光二极管上加了频率为f的交变电压后，它发出的 光强就随注入的交变电流呈正弦变化，这种光称为调制光。测距仪 在A点发出的调制光在待测距离上传播，经反射镜反射后被接收器所 接收，然后用相位计将发射信号与接受信号进行相位比较，由显示 器显出调制光在待测距离往、返传播所引起的相位移。 钢尺、直线定向 三、分类三、分类 按测程来分：短程按测程来分：短程(3km)、中程、中程(315km)和远程和远程(15km) ； 按测距精

9、度来分：按测距精度来分：级级(5mm)、级级(5mm10mm)和和级级(10mm)； 按载波来分，采用微波段的电磁波作为载波的称为微波测距仪，采用光按载波来分，采用微波段的电磁波作为载波的称为微波测距仪，采用光 波作为裁波的称为光电测距仪。波作为裁波的称为光电测距仪。 光电测距仪所使用的光源有激光光源和红外光源光电测距仪所使用的光源有激光光源和红外光源(普通光源已淘汰普通光源已淘汰)，采用，采用 红外线波段作为载波的称为红外测距仪。由于红外测距仪是以砷化稼红外线波段作为载波的称为红外测距仪。由于红外测距仪是以砷化稼 (GaAs)发光二极管所发的荧光作为载波源，发出的红外线的强度能随发光二极管所

10、发的荧光作为载波源，发出的红外线的强度能随 注入电信号的强度而变化，因此它兼有载波源和调制器的双重功能。注入电信号的强度而变化，因此它兼有载波源和调制器的双重功能。 GaAs发光二极管体积小，亮度高，功耗小，寿命长，且能连续发光，发光二极管体积小，亮度高，功耗小，寿命长，且能连续发光， 所以红外测距仪获得了更为迅速的发展。全站仪测距就是红外测距。所以红外测距仪获得了更为迅速的发展。全站仪测距就是红外测距。 4.3 直线定向直线定向 一、基本概念一、基本概念 确定直线与标准方向之间的角度关系确定直线与标准方向之间的角度关系 称直线定向称直线定向. A B 二、标准方向二、标准方向（基准方向）（基

11、准方向） 1、真子午线方向、真子午线方向 真子午线是过地面某点真子午面与地球表面交线的方向。 用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定。 测量中常用的标准方向线有三种： 坐标纵线北端所指方向为坐标北方向，即坐标纵线北端所指方向为坐标北方向，即高斯平面坐标 X轴。 2、磁子午线方向、磁子午线方向 3、坐标纵轴方向、坐标纵轴方向 当磁针静止时指针指的方向为磁子午线方向。当磁针静止时指针指的方向为磁子午线方向。磁子午线方磁子午线方 向可用罗盘仪测定。向可用罗盘仪测定。 1、方位角定义：、方位角定义： 真方位角（真方位角（A） 磁方位角（磁方位角（Am） 坐标方位角坐标方位角 () 三、直线定向方法三、直线定

12、向方法 测量中常用方位角表示直线方向测量中常用方位角表示直线方向 由标准方向的北端起，顺时针方向到某直 线水平夹角,称为该直线的方位角直线的方位角,方位角值 从0-360。 由于地球磁极与地球 旋转轴南北极不重合，因 此过地面上某点的真子午 线与磁子午线不重合。两 者之间夹角为磁偏角用磁偏角用 表示。磁子午线北端偏于 真子午线以东为东偏东偏(+) ，偏于真子午线以西为西西 偏偏 ()。地球上不同地 点磁偏角也不同。我国磁 偏角的变化大约在十6 到一10之间。 2、真方位角和磁方位角之间的关系、真方位角和磁方位角之间的关系 钢尺、直线定向 3、真方位角和坐标方位角、真方位角和坐标方位角 中央子午

13、线在高斯平面上是一 条直线，作为该带的坐标纵轴 ，而其它子午线投影后为收敛 于两极的曲线，地面点M、N 等点的真子午线方向与中央子 午线之间的夹角，称为子午线子午线 收敛角收敛角，角有正有负。在中 央子午线以东地区，各点的坐 标纵轴偏在真子午线的东东边， 为正正值；在中央于午线以西 地区，为负值。 A =Am+ M Am A= + 4、正反坐标方位角、正反坐标方位角 A B AB BA 0 180 ABBA 5、坐标方位角的推算、坐标方位角的推算 前进方向左边前进方向左边 称左角称左角 1. 左左 角角 180360 180 1 babbbab abba )180( . . 1802180 1

14、1112 N izabij babb 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 前进方向前进方向 B A b ab 2. 右右 角角 1 2 3 4 5 6 12 前进方向右边前进方向右边 称右角称右角 180) 1(180 1802180 180 1265661 321232334 21223 N i 6、坐标正反算、坐标正反算 坐标正算坐标正算 已知：已知：X A 、Y A、D AB 、AB 求：求： X B 、Y B ABABAB ABABAB DY DX sin cos ABAB ABAB YYY XXX A B O Y X ab Y X 坐标反算坐标反算 已知：已知：XA、YA、

15、XB、 YB 求：求：DAB、AB AB AB AB AB AB AB AB AB AB ABAB ABABAB X Y arctg XX YY arctg YX YxYYXXD sincos 22 22 A B O Y X ab Y X 钢尺、直线定向 象限角象限角 从标准方向的北端从标准方向的北端 或南端起，按顺或南端起，按顺 时针或逆时针方时针或逆时针方 向量至某方向所向量至某方向所 夹的锐角，角值夹的锐角，角值 范围为范围为 090。 O Y（E） X（N） R R R R 钢尺、直线定向 四、罗盘仪的构造与使用四、罗盘仪的构造与使用 1、罗盘仪的构造、罗盘仪的构造 罗盘仪是利用磁针确

16、定罗盘仪是利用磁针确定 直线方向的一种仪器，通直线方向的一种仪器，通 常用于独立测区的近似定常用于独立测区的近似定 向，以及林区线路的勘测向，以及林区线路的勘测 定向。右图为定向。右图为DQL-1型罗型罗 盘仪构造图。它主要由望盘仪构造图。它主要由望 远镜、罗盘盒、基座三部远镜、罗盘盒、基座三部 分组成。分组成。 钢尺、直线定向 2 2、罗盘仪的使用、罗盘仪的使用 将罗盘仪置于直线一端点，进行对中整平，将罗盘仪置于直线一端点，进行对中整平， 照准直线另一端点后，放松磁针制动磁针。照准直线另一端点后，放松磁针制动磁针。 待磁针静止后，磁针在刻度盘上所指的读待磁针静止后，磁针在刻度盘上所指的读 数

17、即为该直线的磁方位角。数即为该直线的磁方位角。 罗盘读数示意图罗盘读数示意图 钢尺、直线定向 4.4 全站仪测距及其使用 1、脉冲法测距、脉冲法测距 一一. 全站型电子速测仪（全站型电子速测仪（简称全站仪）简称全站仪） 它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距它是一种可以同时进行角度（水平角、竖直角）测量、距 离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、离（斜距、平距、高差）测量和数据处理，由机械、光学、 电子元件组合而成的测量仪器。电子元件组合而成的测量仪器。 二二. 全站仪的测距原理全站仪的测距原理 ctD 2 1 钢尺、直线定向 三、全站仪测距精度三、全站仪测距精度 1

18、、全站仪分类、全站仪分类 按测程分：（按测程分：（1）长程）长程 超过超过15km （2）中程）中程 315km (3) 短程短程 小于小于3km 按精度分：标称精度按精度分：标称精度a+bppm a 固定误差固定误差 mm b 比例误差比例误差 钢尺、直线定向 l按每公里测距误差分：按每公里测距误差分： 一级：小于5mm 二级：510mm 三级：1020mm 2、棱镜常数、棱镜常数PC 3、全站仪使用注意事项、全站仪使用注意事项 （1）认真阅读说明书）认真阅读说明书 （2）不能直接瞄准太阳）不能直接瞄准太阳 （3）迁站时应注意装箱）迁站时应注意装箱 钢尺、直线定向 四、全站仪主要品牌 l徕卡

19、系列（TC905、TC1102、TC702等） l日本索佳系列 l日本拓普康系列 l日本尼康系列日本尼康系列 l日本宾得系列 l瑞典捷创力系列 l国产南方系列 钢尺、直线定向 尼康尼康DTM801 系列全站仪系列全站仪 宾得全站仪宾得全站仪 PTS V2 南方南方NTS 202 205全站仪全站仪 钢尺、直线定向 徕卡徕卡TPS700TPS700系系 列卓越中文全列卓越中文全 站仪站仪 拓普康拓普康GTS 332W 全站仪全站仪 索佳索佳10系列全站仪系列全站仪 钢尺、直线定向 五、全站仪主要功能五、全站仪主要功能 1、测距与测角功能、测距与测角功能 2、坐标测量与坐标放样功能、坐标测量与坐标

20、放样功能 3、对边测量、对边测量 4、悬高测量、悬高测量 5、面积测量、面积测量 6、数据双向传输功能、数据双向传输功能 钢尺、直线定向 全站仪用于道路工程全站仪用于道路工程 钢尺、直线定向 全站仪用于道路工程全站仪用于道路工程 钢尺、直线定向 全站仪在桥梁工程中应用全站仪在桥梁工程中应用 钢尺、直线定向 全站仪用于电力系统测量全站仪用于电力系统测量 钢尺、直线定向 全站仪用于水利工程全站仪用于水利工程 l 全站仪用于水利工程全站仪用于水利工程 钢尺、直线定向 全站仪用于对边测量全站仪用于对边测量 钢尺、直线定向 全站仪用于面积测量全站仪用于面积测量 钢尺、直线定向 六、全站仪的功能介绍六、全

21、站仪的功能介绍 1角度测量(angle observation) （1）功能： l测水平角（horizontal angle） l竖直角(vertical angle) （2）方法：与经纬仪相同。 若要测出水平角AOB，则： a o b A O B 钢尺、直线定向 u当精度要求不高时当精度要求不高时只需半测回只需半测回： 瞄准A点置零（0SET）瞄准 B点，记下水平度盘HR的大小。 （现 场 演 示） a o b A O B 钢尺、直线定向 u当精度要求高时当精度要求高时：可用测回法可用测回法 步骤同用经纬仪操作，配置度盘时，可 以用“置盘” 提问：测回法操作步骤？提问：测回法操作步骤？ 请一位同学上台演示。请一位同学上台演示。 A a o b B O 钢尺、直线定向 2距离测量距离测量(distance measuringdistance measuring) uPSM、PPM设置测距、坐标、放样前。 1）棱镜常数（PSM）的设置。一般： PRISM=0（原配棱镜），-30mm（国产棱镜） 2）大气改正数（PPM）（乘常数）设置。 输入测量时的气温（TEMP）、气压（PRESS），或 经计算后，输入