第4章距离测量

1、第四章第四章 距离测量距离测量 4 41 1 钢尺量距钢尺量距4 42 2 光电测距光电测距4 43 3 直线定向直线定向 距离是地面点定位的直接定位元素；距离测量是工程测量的重要内容之一。 每个人都曾有过“测距”的经历。钢尺测距电磁波测距视距测距4 41 1 钢尺量距钢尺量距 钢尺量距是用钢尺沿地面直接丈量距离。 过去，钢尺量距是主要的精密测距方法。现代也有使用。 钢尺是钢制的薄带尺，长度有20米、30米和50米几种。尺面上有米、分米、厘米、毫米刻划线（有些尺子仅起点处有毫米刻划）；在每米及每分米处有数字注记，注记到厘米。钢尺通常卷放在圆形金属盒内或金属架上，故又称作“钢卷尺”。钢尺外形如下

2、图所示。测钎、花杆（标杆）、垂球、弹簧秤、温度计 钢尺量距的基本工作步骤钢尺量距的基本工作步骤一一.定线定线 当待测距离大于整尺长度时，需分段量测，然后累加。 各分段的长度略小于尺长。分段时必须先进行“定线”。 定线定线是将各分段点定在由起点和终点形成的直线上。 定线的原理是 “三点成一线，两端定中间”。 定线方法有“目估法目估法”和“经纬仪法经纬仪法”。前者用于一般测距，后者用于精密测距。 设A、B两点互相通视，要在A、B两点的直线上标出分段点1、2。 先在A、B点上竖立标杆，甲站在A点标杆后约一米处，指挥乙左右移动标杆，直到甲从在A点沿标杆的同一侧看到A、i、B三支标杆成一条线为止。 同法

3、定出直线上的其他点。一般应由远到近，即先定1点，再定2点。每定好一点，应打木桩、做标记打木桩、做标记。 采用经纬仪定线法时，是用A点经纬仪望远镜瞄准B点标杆时的视线作为方向线。二二.丈量丈量 定线结束后，即可进行丈量。丈量分为一般方法和精密方法。（一）（一）.钢尺量距的一般方法钢尺量距的一般方法 钢尺量距的一般方法又分为平量法和斜量法。1. 平量法平量法 平量法用于平坦地面或不均匀倾斜地面的距离丈量。（1）平坦地面平量法）平坦地面平量法 丈量工作一般由23人进行。拉尺员分为“前尺手”和“后尺手”。1前尺手前尺手 B 后尺手后尺手2 在直线两端点A、B竖立标杆（或小测钎测钎,），后尺手持钢尺的零

4、端位于B点，前尺手持钢尺的末端和一组测钎沿BA方向前进，行至第一个分段点处停下，将钢尺拉在B1方向线上，拉平、拉直。 后尺手将钢尺的零点对准B点。当两人同时把钢尺拉紧后，前尺手在钢尺末端的整尺长分划线位置竖直插下一根测钎(如果在水泥地面上丈量插不下测钎时，也可以在地面上划线做记号)得到1点，即量完一个尺段。1前尺手前尺手 B 后尺手后尺手2 前、后尺手抬尺前进，当后尺手到达插测钎或划记号处时停住，再重复上述操作，量完第二尺段。 后尺手拔起地上的测钎，依次前进，直到量完BA直线的最后一段为止。 最后一段距离一般不会刚好是整尺段的长度，称为余长。丈量余长时，前尺手在钢尺上读取余长值，则B 、 A

5、两点间的水平距离为： DBA n整尺长 余长(2)不均匀倾斜地面平量法不均匀倾斜地面平量法 在不均匀倾斜地面可插测钎或挂垂球线挂垂球线（左下图）作为丈量端点作为丈量端点。 丈量由A点向B点进行，甲立于A点，指挥乙将尺拉在AB方向线上。 甲将尺的零端对准A点，乙将钢尺抬高将钢尺抬高，并且目估使钢尺水平，然后用垂球尖将尺段的末端投影到地面上，插上测钎。 若地面倾斜较大，将钢尺抬平有困难时，可将一个尺段分成几个小段来平量，如图中的i-j段。 在不均匀倾斜地面上采用平量法时，不足一个整尺段的余长可能不足一个整尺段的余长可能不只一段不只一段。 其它丈量与计算工作，与平地平量法类似。 以上过程为往测往测。

6、为避免出错、提高精度，一般还需进行返测返测，即从A至B再丈量一次，得到DAB 。 内业整理 丈量误差使用“相对误差”来衡量。2;200011BAABBAABDDDDDDDDDDk平坦地区k1/3000；山区k1/10002. 斜量法斜量法 当倾斜地面的坡度比较均匀时，可以沿斜坡先丈量各分段的斜长，然后累加得到A、B间的斜距L。 测出地面倾角或两端点的高差h，然后按下式计算AB的水平距离： 22coshLLD 采用斜量法时，同样需进行往、返丈量。较差符合要求时取其均值。（二）（二）.钢尺量距的精密方法钢尺量距的精密方法 用一般方法量距，其相对精度只能达到1/10001/5000，当要求量距的相对

7、精度更高时，例如1/100001/40000，这就要求用精密方法进行丈量。 精密量距方法的工具除了钢尺之外还需要弹簧秤、温度计、尺夹弹簧秤、温度计、尺夹等辅助工具。其中钢尺必须经过检验，并得到其检定的尺长方程尺长方程式式。精密测量的步骤 1、使用经纬仪定线 2、精密丈量前尺手用标准拉力拉紧钢尺前尺手发出“预备”口令，后尺手看到弹簧秤的读数位标准拉力时，回答“好”，然后同时读书记录。移动前尺手钢尺的初始位置，再进行两次测量，三次测量结果2mm，每测量完一个尺段用温度计读取一次温度。需要进行往返测量。 3、测量各桩间的高差。 4、内业整理 钢尺的尺长方程：lo：钢尺的名义长度（标定值）l:钢尺实际

8、长度与名义长度的差值:钢尺膨胀系数t:钢尺使用时的温度t0检验时的温度斜距的改正（1）尺长改正（2）温度改正（3）斜长改正斜距的改正Llllld00Lttlt)(0.8234222LhLhLhLLDlhhtdlllLL 试设想用50米长的钢尺精确丈量一段2km长的距离，定线、分段加往返丈量，45人（拉尺和读数须分别由两人完成）至少需要一天时间，并且还有可能出错。而用电磁波测距仪只需几分钟即可完成。 所以，现在已很少使用钢尺精密量距方法来测距，绝大多数情况下都是用光电测距仪或全站仪。只有当距离很短、又没有测距仪时才偶尔使用。本节内容回顾本节内容回顾钢尺量距的基本工作包括定线和丈量。钢尺量距的基本

9、工作包括定线和丈量。钢尺量距的一般方法有平量法和斜量法。钢尺量距的一般方法有平量法和斜量法。钢尺量距的精密方法。钢尺量距的精密方法。4-2 4-2 光电测距（电磁波测距）光电测距（电磁波测距） 钢尺量距精度高，但费时、费力；光学测距速度快，但精度差，且不能测长距离。光电测距则完全保留了二法的优点，且克服了各自的缺点。但仪器价格昂贵，单价在万元以上。 光电测距又叫电磁波测距（electromagnetic distance measuring），简称EDM。光电测距仪包括激光和红外（光）测距仪。一一. 基本原理基本原理 通过测量电磁波在待测距离上往返传播所需的时间来间通过测量电磁波在待测距离上往

10、返传播所需的时间来间接测量距离。接测量距离。 如下图所示，欲测量地面上A、B两点间的距离，在A点安置光电测距仪，在B点架设反射棱镜。A点仪器发射的光波（电磁波）经大气传播后射至B点，被反光镜反射回来，仪器便可接收到返回的光波。 （仪器和棱镜见右下图） 设发射光波的时刻为t1，接收光波的时刻为t2，则时间间隔为：t2Dt2t1 t2D即光波在待测的A、B两点间往返传播所花的时间。 设光波在大气中的传播速度为C，则有： 2DC t2D D C t2D /2 由此可见，只要测出发射和接收光波的时间差t2D就可求出距离D。 上式成立的前提条件是光波在大气中的传播速度C为已知。由物理学知，光波在大气中的

11、传播速度C等于光波在真空中的传播速度C0除以大气的折射率n。 光波在真空中的传播速度为： C02997924581.2m/s (米/秒）二二. 测距仪分类测距仪分类1.按载波源分按载波源分：激光测距仪、红外测距仪、微波测距仪。2.按测程分按测程分：短程（3km以内）、中程（315km）和远程（15km以上）。3.按精度分按精度分：一级一级测距仪每km距离测量中误差小于5mm；二级二级每km距离测量中误差为510mm；三级三级每km距离测量中误差大于10mm。4.按测时方式分按测时方式分：脉冲式测距仪、相位式测距仪。5.按测频方式分按测频方式分：固频式（调制频率固定不变）、变频式。注：测量误差和

12、标称精度 测距仪测距误差可以表示为：222)*(DBAmDA固定误差；B比例误差例如仪器出场时的标称精度为：（5+210-6D）mm，简称“5+2”三三. 使用使用 一般安装在经纬仪上使用 六棱镜（需要设置棱镜常数） 乘常数，输入气温和气压 在架好仪器、瞄准反光镜之后，只需轻按一下仪器操作面板上的测距按钮，几秒钟之后即可将距离值（自动重复测量上千次的平均值）显示在屏幕上。4.3 直线定向 确定地面两点的相对位置，要知道两点间的水平距离和该直线与标准方向的夹角。 确定直线与标准方向的角度关系，称为【直线定向】。标准方向标准方向真子午线方向真子午线方向磁子午线方向磁子午线方向坐标纵轴方向坐标纵轴方向1 真子午线方向 通过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，真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。 2磁于午线方向磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下，磁针自由静止时其轴线所指的方向。磁子午线方向可用罗盘仪测定。 3坐标纵轴方向（轴子午线方向） 高斯投影带所在中央子午线方向。 真子午线方向与磁子午线方向的夹角：磁偏角；磁子午线东偏为正，西偏为负 真子午线方向与纵轴方向的夹角：子午线收敛角；轴子午线东偏为正，西偏为负直