第2章 距离测量和直线定向

1、第二章第二章 距离测量和直线定向距离测量和直线定向 距离测量距离测量 直线定向直线定向 2.1 2.1 距离测量距离测量 距离测量是测量的基本工作之一。距离测量是测量的基本工作之一。 距离：两点间的水平直线距离。 一、一、量距工具量距工具 通常有钢卷尺、布卷尺(皮尺)、测绳、光电测距仪和光学 视距仪等。测距的辅助工具有测钎和花杆等。 常用的钢尺宽常用的钢尺宽 度为度为1.01.5cm，长度有，长度有2m、20m、30m、50m等，以等，以30m和和 50m长的钢尺最为常用长的钢尺最为常用。 钢尺的零分划位置划分：(1)端点尺：零点位于尺端(拉环的 外缘)；(2)刻线尺：有零分划线。 一、一、量

2、距工具量距工具 测钎测钎 花杆花杆 测量距离工具测量距离工具 钢卷尺钢卷尺 布卷尺布卷尺 (皮尺 皮尺) 测绳测绳 光电光电 测距仪测距仪 光学光学 视距仪视距仪 零分划位置零分划位置 端点尺端点尺刻划尺刻划尺宽度宽度1.0 1.5cm 长度长度 2m、20m、30m、 50m等等 测距辅助工具测距辅助工具 2.1 2.1 距离测量距离测量 一、一、量距工具量距工具 二、二、直线定线直线定线 当两点间的距离大于钢尺长度时，需分段丈量。分段点必分段点必 须位于同一直线上须位于同一直线上。将分段点标定在一条直线上的工作称为 直线定线。直线定线可以用仪器来完成，当精度要求不高时，直线定线可以用仪器来

3、完成，当精度要求不高时， 也可以用目估法定线（也可以用目估法定线（人眼用三点一线的原理将分段点标定 于同一直线上）。 人眼用三点一线的原理目估法精度不高 仪器高精度 方法： 精度 三、三、 钢尺量距钢尺量距 ( (一一) ) 平坦地面的距离丈量平坦地面的距离丈量 在平坦地面丈量距离时，可把尺子放在地面上进行。丈量 工作一般由两人完成。丈量至少往返各一次目的是提高量距目的是提高量距 的精度和防止丈量中出现错误的精度和防止丈量中出现错误。 量距精度以相对误差表示，并将其换算为分子为量距精度以相对误差表示，并将其换算为分子为1 1的分数的分数 形式形式。 一般规定，往、返测相对误差应不大于1/200

4、0； 在量距困难的地区，其相对误差也不应大于1/1000。 如精度满足要求，可取往、返测距离的平均值作为丈量如精度满足要求，可取往、返测距离的平均值作为丈量 的最后结果的最后结果。 ( (二二) ) 倾斜地面的距离丈量倾斜地面的距离丈量 1 1、平量法平量法 如果地面起伏不大时，可将待测距离分段，然后用钢尺拉 平丈量。丈量时将尺子一端抬高，并用目估法使尺子大致水 平，然后用测钎将尺子的端点投到地面上。将量得的各段水 平距离求各即为所量距离。 2 2、斜量法斜量法 当倾斜地面的坡度变化均匀时，可以沿着斜坡丈量出AB的 斜距L，测出地面的倾角，则水平距离l为： l =L * cos。 如果未测倾角

5、如果未测倾角，而是测定了，而是测定了A A、B B两点间的高差两点间的高差h h，当高，当高 差差h h不太大时，不太大时，h h与与L L的比值很小，则有的比值很小，则有： l=-h/ l = L + l l为按高差计算的倾斜改正数，永远为负值。 2 2、斜量法斜量法 h较小较小 斜量法斜量法 斜距斜距L、地面倾角、地面倾角 斜距斜距L、 两点高差两点高差h cosLl 5 6 3 42 1682L h L h L h l Lhl2 2 lLhLl 22 四、四、光电测距光电测距 钢尺量距劳动强度大、工作效率低，精度一般只能达到钢尺量距劳动强度大、工作效率低，精度一般只能达到 1/10001

6、/10001/50001/5000。 光电测距光电测距具有测程远、精度高、操作简便、作业速度快具有测程远、精度高、操作简便、作业速度快 和劳动强度低等优点和劳动强度低等优点 测距仪按载波的不同可分为两类两类：以激光和红外光为载波的 测距仪叫光电测距仪光电测距仪；以微波为载波的测距仪叫微波测距仪微波测距仪； 统称为电磁波测距仪电磁波测距仪。 按测定传播时间方式的不同，可分为相位式测距仪相位式测距仪和脉冲式脉冲式 测距仪测距仪；按测程的大小，可分为远程(20 km以上)、中程(5- 20km)和短程(5 km以下)三类。 远程一般都是激光测距仪，中、短程一般为红外光电测距仪。 近年来，测程在近年来

7、，测程在5km5km以下的短程红外光电测距仪发展很快，向以下的短程红外光电测距仪发展很快，向 着高效率、轻小型、数字化、自动化和全站型方向发展。着高效率、轻小型、数字化、自动化和全站型方向发展。 四、四、光电测距光电测距 测距仪分类测距仪分类 载波载波 传播时间传播时间 方式方式 测程测程 光电测距仪光电测距仪 微波测距仪微波测距仪 相位式测距仪相位式测距仪 脉冲式测距仪脉冲式测距仪 远程（远程（20km） 中程（中程（520km） 短程（短程（5km） 电磁波测距仪电磁波测距仪 脉冲式测距仪脉冲式测距仪利用被测目标对脉冲激光产生的漫反射，直接 测定光脉冲在待测距离l上往返传播的时间t,进而求

8、得距离， 测距精度较低，误差约为0.5 m左右。 相位式测距仪相位式测距仪是通过测定连续调制光波在待测距离上往返传 播所产生的相位延迟，间接测定传播时间t，从而求得待测距 离l，所以测量精度比较高。 光电测距仪是光电测距仪是通过测定光波或微波在被测距离通过测定光波或微波在被测距离l l上往返所需的时上往返所需的时 间间t t和光波或微波在空气中的传播速度和光波或微波在空气中的传播速度c, c,可求得距离可求得距离l l，其公式为：，其公式为： l=1/2ctl=1/2ct 相位式测距仪的品种较多，如国产相位式测距仪的品种较多，如国产型和瑞士产型和瑞士产 DI5SDI5S型等均属相位式测距仪。型

9、等均属相位式测距仪。 日本产DMA5型测距仪，属于短程测距仪。它是组合式测距仪，它是组合式测距仪， 仪器的上部为测距头，下部为电子经纬仪，所用电池是机载式仪器的上部为测距头，下部为电子经纬仪，所用电池是机载式 的。的。仪器的测程为15km，精度为(5mm+3106D)，括号中 第一项称固定误差，第二项称比例误差，与测距长度有关。 ctl 2 1 手持激光测距仪 2-2 2-2 直线定向直线定向 确定地面两点在平面上的相对位置，除需确定两点之间的距确定地面两点在平面上的相对位置，除需确定两点之间的距 离外，还要确定两点间直线的方向。离外，还要确定两点间直线的方向。 确定一直线与标准方向间角度关系

10、的 工作，称为直线定向直线定向。 一、标准方向的种类一、标准方向的种类 1 1、真子午线方向真子午线方向( (真北方向真北方向) ) 地球表面某点的真子午线的切线方向，称为该 点的真子午线方向。真子午线北端所指的方向为 真北方向，它可以用天文观测的方法来确定。 2 2、磁子午线方向磁子午线方向( (磁北方向磁北方向) ) 地球表面某点上磁针所指的方向为该点的磁子午线方向。磁针北端所指 的方向为磁北方向，可用罗盘仪测定。 3 3、坐标纵线方向坐标纵线方向( (坐标北方向坐标北方向) ) 测量工作中采用高斯直角坐标系，坐标纵线北端所指的方向为坐标北方 向。 上述三个北方向通常称为“三北”方向。在一

11、般情况下， 它们是不一致的。 由于地球磁场的南、北极与地球的南、北极并不一致，因此 某点的磁子午线方向和真子午线方向间有一夹角，这个夹角 称为磁偏角磁偏角，用表示。 磁子午线偏向真子午线以东为东 偏，为正，以西为西偏，为负， 如图所示。磁偏角的大小，随地点 的不同而变化，就是在同一地点因 受外界条件的影响，也会有变化。 地球表面某点的真子午线北方向与该点坐标纵线北方向之间 的夹角，称为子午线收敛角子午线收敛角，用表示。 坐标纵线偏向真子午线以东为东偏，以西为西偏，东偏为正， 西偏为负，如图所示。 子午线的收敛角有严密的计 算公式，在普通测量中可按如 下近似公式计算： =LsinB 式中 L某点

12、与中央子午 线的经度差； B 某点纬度。 二、二、表示直线方向的方法表示直线方向的方法 在测量工作中，常采用方位角或象限角表示直线的方向。 1、方位角方位角 由标准方向的北端顺时针方向量到某直线的夹角由标准方向的北端顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直直 线的方位角线的方位角。方位角的变化范围是0360。 由于选择的标准方向不同，方位角有不同的定义。 以真子午线方向为标准方向的，称为真方位角，用A表示； 以磁子午线方向为标准方向的，称为磁方位角，用Am表示； 以坐标纵线为标准方向的，称为坐标方位角，简称方位角，用 表示。 如右图所示，三种方位角之间的关系三种方位角之间的关系 为为： A=Am+

13、 A=+ 式中，、东偏时取正号， 西偏时取负号。 由于任何地点的坐标纵线都是平行 的，因此，任何直线的正坐标方位角(如AB)和它的反方位角(如 BA）均相差180(如图下)，即： AB = BA180 由于真子午线之间或磁子午线之间 相互并不平行，所以真方位角和磁方 位角不存在上述关系。 2、象限角、象限角 直线与标准方向线所夹的锐角称为象限角象限角。取值范围为090， 用R表示。 平面直角坐标系分为四个象限，以、 、表示。表示直线的方向时，不仅要 注明其角度大小，而且要注明其所在象限。 如图所示，直线OA、OB、OC、OD分别 位于四个象限中，分别为北东(NE)、南东 (SE)、南西(SW)、北西(NW)。 方位角和象限角可以互相换算，换算方法见下表。 第二章第二章 距离测量和直线定向距离测量和直线定向 罗盘：测定磁方位角的仪器。罗盘：测定磁方位角的仪器。 罗盘罗盘 第二章第二章 距离测量和直线定向距离测量和