测量学第04章-距离测量

1、第四章第四章 距离测量距离测量距离距离: :地面上两点间的地面上两点间的水平水平长度长度距离距离是确定地面点是确定地面点平面位置平面位置的几何要的几何要素素. .距离测量距离测量（测定地面上两点的距离）（测定地面上两点的距离）是测量的是测量的三个基本工作三个基本工作之一。之一。距离测量距离测量通常是测量通常是测量斜距斜距 平距平距第四章第四章 距离测量距离测量4.1 4.1 钢尺量距钢尺量距4.2 4.2 视距测量视距测量4.3 4.3 光电测距光电测距4.4 4.4 全站仪全站仪第一节第一节 钢尺量距钢尺量距一、主要工具一、主要工具 丈量工具：丈量工具：钢尺、皮尺钢尺、皮尺 皮尺皮尺钢尺钢尺

2、钢尺钢尺：3456789100端点尺刻线尺9cm34567890129cm 测钎测钎垂球垂球温度计温度计弹簧秤弹簧秤花杆花杆直线定线直线定线: :二、直线定线二、直线定线在地面上标定出位于在地面上标定出位于同一直线同一直线上上的若干的若干点点，以便分段丈量。，以便分段丈量。方方 法法: : 目视定线目视定线和和经纬仪定线经纬仪定线。1、目视定线123AB一个整尺段2、经纬仪定线12AB1、平地量距2、斜坡量距三、钢尺量距的一般方法三、钢尺量距的一般方法1、平地量距 lllqDAB=n l+qAB1232、斜坡量距l1l2l3DAB=liDAB=L cosL垂球垂球四、钢尺量距的记录方法与精度四

3、、钢尺量距的记录方法与精度测线测线整尺段数整尺段数零尺段零尺段 总长度总长度平均长度平均长度 精度精度AB往65036.537 336.53765036.428 336.428336.482相对误差：相对误差：K=（D往往D返）返） D平平=1 M1 3087K限限=1 3000 或或 1 1000返精密量距：精密量距：指量距精度高于指量距精度高于13000的量距。的量距。1. 量距步骤量距步骤 （1）定线）定线: 经纬仪定线，钢尺概量一整尺（约小经纬仪定线，钢尺概量一整尺（约小5cm）打下木桩，桩顶标点定直线）打下木桩，桩顶标点定直线。（2）测定桩顶间高差：）测定桩顶间高差：用水准仪测高差。

4、用水准仪测高差。（3）量距：）量距：精确到精确到0.1毫米，测得斜距。毫米，测得斜距。（4）成果整理：）成果整理：进行尺长、温度、倾斜改正，必要进行尺长、温度、倾斜改正，必要时进行距离改化。时进行距离改化。五、钢尺量距的精密方法五、钢尺量距的精密方法 钢尺应送到检测单位检定钢尺应送到检测单位检定,得到得到尺长方程式尺长方程式，并注，并注明检测时的明检测时的温度、拉力、尺长温度、拉力、尺长。)(000ttllllt式中：式中： 温度温度t时的实际长度；时的实际长度； 名义长度，即名义长度，即实际的刻划长度实际的刻划长度； 尺长改正数尺长改正数（尺子的刻划长度与实际长度的差）（尺子的刻划长度与实际

5、长度的差）； 钢尺的膨胀系数，一般为（钢尺的膨胀系数，一般为（1.161.25） 测量时的实时温度；测量时的实时温度； 检定时的温度。检定时的温度。tl0llt0t5102. 钢尺的检定钢尺的检定尺长方程式：尺长方程式：三项改正数：三项改正数：1 尺长改正尺长改正： Dl=D l/l0 ，2 温度改正温度改正： Dt=D (tt0)， 膨胀系数膨胀系数 一般取一般取0.000012/ C3 倾斜改正倾斜改正： Dh=-h2/2D4 最终距离最终距离： D= D+ Dl + Dt + Dh六、量距的误差分析六、量距的误差分析定线误差定线误差AB倾斜误差倾斜误差温度误差温度误差尺长误差尺长误差拉力

6、误差拉力误差丈量本身的误差丈量本身的误差第四章第四章 距离测量距离测量4.1 4.1 钢尺量距钢尺量距4.2 4.2 视距测量视距测量4.3 4.3 光电测距光电测距4.4 4.4 全站仪及全站仪及GPSGPS测距测距第二节第二节 视 距 测 量一、视距测量的概念一、视距测量的概念仪仪 器：器：经纬仪经纬仪+水准尺（视距尺）；水准尺（视距尺）； 水准仪水准仪+水准尺。水准尺。视距丝视距丝视距测量：视距测量：用带有用带有视距丝视距丝的仪器间接地测定地面上两的仪器间接地测定地面上两点间的点间的距离距离和和高差高差。上丝下丝尺间隔二、视距测量的原理和公式二、视距测量的原理和公式1. 视准轴水平时视准

7、轴水平时ABmMgGfdpD hniD=d+f+=nf/p+f+=kn+q =kn=100nFlh=il2. 视准轴倾斜时视准轴倾斜时coscos)(nNCMCCNCMnABDhMNMND=Kn cos2 =100n cos2DCilD tgh=D tg+i-l近似看成直角近似看成直角KncocKnDnNMnMN；三、视距测量方法三、视距测量方法（1）在测站点安置）在测站点安置经纬仪经纬仪，对中对中和和整平整平;（2）量取仪器高）量取仪器高 i,量至量至cm ；（3）将）将水准尺水准尺立于欲测的点上，分别读出立于欲测的点上，分别读出上、上、 下视距丝下视距丝和和中丝读数中丝读数l，将，将下丝下

8、丝读数减读数减上丝上丝读读数得视距间距数得视距间距n。（4）在）在中丝不变中丝不变的情况下读取竖直度盘读数，的情况下读取竖直度盘读数，并将竖盘读数换算为竖直角并将竖盘读数换算为竖直角。三、视距测量方法三、视距测量方法（5）根据）根据n、i和和l计算水平距离计算水平距离D和高差和高差h，再由再由测站高程测站高程计算出计算出测点高程测点高程。 为了计算为了计算高差高差方便，可将方便，可将中丝中丝读数卡在与仪器读数卡在与仪器等高等高的位置上，则的位置上，则h=Dtg+h=Dtg+i i- -l =Dtg=Dtg 为了计算为了计算n n方便，可将方便，可将下丝下丝卡在尺的整数上。卡在尺的整数上。四、视

9、距测量的误差来源四、视距测量的误差来源 仪器误差仪器误差1. 视距尺的分划误差视距尺的分划误差由视距测量公式由视距测量公式 ，若，若 n 不准确不准确,则将成则将成 倍影响距离。倍影响距离。2. 常数常数 K 不准确的误差不准确的误差在仪器制造时要求对乘常数的影响小于在仪器制造时要求对乘常数的影响小于0.2%2cosnKD2cosK 观测误差观测误差1. 1. 读取视距间隔的误差读取视距间隔的误差 2. 2. 观测竖直角的误差观测竖直角的误差 由由 知知, , 有误差必然有误差必然 影响视距测量的精度。影响视距测量的精度。 3. 3. 视距尺竖立不直的误差视距尺竖立不直的误差 该项误差对视距精

10、度的影响很大该项误差对视距精度的影响很大, ,应在视距应在视距尺上安装圆水准器。尺上安装圆水准器。 外界条件的影响外界条件的影响 大气垂直折光的影响。大气垂直折光的影响。2cosnKD第四章第四章 距离测量距离测量4.1 4.1 钢尺量距钢尺量距4.2 4.2 视距测量视距测量4.3 4.3 光电测距光电测距4.4 4.4 全站仪及全站仪及GPSGPS测距测距光电距仪光电距仪: :第三节第三节 光电测距光电测距仪光电测距仪红外测距仪（红外测距仪（红外光红外光为载波）为载波）激光测距仪（激光测距仪（激光激光为载波）为载波）微波测距仪（微波测距仪（微波微波为载波）为载波）分分 类类按电磁波传播方式

11、按电磁波传播方式脉冲式测距仪（测定脉冲式测距仪（测定时间时间）相位式测距仪（测定相位式测距仪（测定相位差相位差）通过测定通过测定调制光波调制光波在两点间传播在两点间传播的的时间时间或或相位差相位差来求得来求得距离。距离。测测 程程远程远程 ：15 km 以上以上中程中程 ：3-15 km短程短程 ：3 km 以下以下 精精 度度（短程短程）低精度：低精度：5mm+5ppm中精度：中精度：3mm+2ppm高精度；高精度； 1mm+1ppm测测 距距 仪仪电子经纬仪电子经纬仪全站仪全站仪主要构成：主要构成：主机主机反光镜反光镜一、测距仪的构造一、测距仪的构造ND3000/2000红外测距仪主机主机

12、：主机：照准器照准器控制键控制键显示显示一、测距仪的构造一、测距仪的构造测距仪反光棱镜测距仪反光棱镜单棱镜单棱镜三棱镜三棱镜对中杆对中杆对中点对中点二、相位式光电测距仪的基本原理二、相位式光电测距仪的基本原理ctD21D由于光速由于光速 c c 为为3030万万km/skm/s，无法测得，无法测得 t t , ,因此采取测因此采取测量相位量相位)(2)(2)(2222212NNNNfcDNNNfcctDft由于相位测量仅能测出不足一个整周的相位由于相位测量仅能测出不足一个整周的相位差差，因此，要，因此，要采用几个调制光波长配合测采用几个调制光波长配合测距。距。三、测量距离的步骤三、测量距离的步

13、骤1.将将测距仪测距仪和和反光镜反光镜分别安置在测段两点上。分别安置在测段两点上。2.望远镜瞄准反光镜，反射镜面与入射光线垂直。望远镜瞄准反光镜，反射镜面与入射光线垂直。3.打开开关，检查光电信号的强弱，合乎要求后开打开开关，检查光电信号的强弱，合乎要求后开始测距。始测距。4.记录若干次读数，为一测回。并记录大气温度和记录若干次读数，为一测回。并记录大气温度和气压。气压。四、光电测距成果整理四、光电测距成果整理1 1、仪器常数改正仪器常数改正 乘常数改正乘常数改正S SK K= =K KS S 加常数改正加常数改正S SC C= =C C2 2、气象改正气象改正S SA A= =A(T,P)A

14、(T,P)S S3 3、倾斜改正倾斜改正S S=S =S (COS-1)(COS-1)最终平距最终平距: D=S+SK + SC + SA + S4、距离投影改正距离投影改正:将距离投影到将距离投影到大地水准大地水准面面或施工区或施工区平均高程面平均高程面 水平距离向椭球面的化算水平距离向椭球面的化算 D = DD = D（1 + H1 + Hm m / R)/ R)-1-1 H Hm m ：两中心高程均值：两中心高程均值 椭球面距离向高斯平面的化算椭球面距离向高斯平面的化算 d = (yd = (ym m2 2 / 2R/ 2R2 2)D)D y ym m ：两端点高斯横坐标自然值的均值：两

15、端点高斯横坐标自然值的均值 D = D + D = D + d d1. 仪器常数（仪器常数（K，C）测定误差）测定误差2. 气象参数误差气象参数误差3. 对中误差对中误差4. 照准误差照准误差5.5. 调制频率误差调制频率误差 6. 周期误差周期误差 7.7. 测相误差测相误差8.8. 光速误差光速误差五、光电测距的误差来源五、光电测距的误差来源总结：三种测距方法的比较总结：三种测距方法的比较方法方法特点特点钢尺测量钢尺测量劳动强度大，工作效率低，受地劳动强度大，工作效率低，受地形影响大，精度为形影响大，精度为1/10001/4000视距测量视距测量观测速度快，操作方便，不受地观测速度快，操作

16、方便，不受地形限制，精度为形限制，精度为1/2001/300，测，测程小。广泛应用在地形测量中。程小。广泛应用在地形测量中。光电测距光电测距观测速度快，测程大，不受地形观测速度快，测程大，不受地形影响，精度极高影响，精度极高。第四章第四章 距离测量距离测量4.1 4.1 钢尺量距钢尺量距4.2 4.2 视距测量视距测量4.3 4.3 光电测距光电测距4.4 4.4 全站仪及全站仪及GPSGPS测距测距光电测距仪光电测距仪电子经纬仪电子经纬仪全站仪全站仪全站仪测距全站仪测距全站仪的构造全站仪的构造智能型智能型全站仪全站仪LeicaTCA2003特点：特点：自动无人值守自动无人值守观测，全天候观测。观测，全天候观测。一、 徕卡全站仪发展简史 1982 1986 1991 1994 1999 TC