第四章距离测量和直线定向

1、测测 量量 学学石家庄经济学院石家庄经济学院 测绘工程教研室测绘工程教研室 高彦丽高彦丽 2010.9基于单张图像的隧道三维建模第四章第四章 距离测量距离测量4.1 钢尺量距钢尺量距基于单张图像的隧道三维建模4.3 直线定向直线定向4.2 光电测距仪光电测距仪测量地面两点之间的水平水平距离距离。 如果测得的是斜距，还需改算为 水平距离。钢尺量距 普通视距 光电测距 测测钎垂球垂球标杆标杆弹簧秤弹簧秤钢尺钢尺端点尺和刻线尺端点尺和刻线尺（零点位置不同）（零点位置不同）钢尺外观钢尺外观4.1 钢尺量距钢尺量距其它工具其它工具二、二、 钢尺量距的一般方法钢尺量距的一般方法 1、直线定线目的：便于量测

2、距离较长或地势起伏较大的两地面点 的距离。定义：把多根标杆定在已知直线上的工作称为直线定直线定 线线。方法：目视定线 A A、B B两点竖标杆两点竖标杆 甲与甲与A A处瞄向处瞄向B B， 指挥乙左右移指挥乙左右移 动标杆，直至动标杆，直至 三标杆位于同三标杆位于同 一直线上；一直线上；注意：由远及近2、平坦地面的量距具体方法： 标定直线两端点，并树立测杆，便于定向，并清理障碍物 后尺员持零端对齐A点，并插测钎； 前尺员在后尺员的指挥下沿AB方向，定出尺的末端在地面的投影1，并插测钎； 重复上述步骤，直至最后一段不满一整尺段，测量出q的距离。2、平坦地面的量距A、B两点间的水平距离为：qnlD

3、式中：n 尺段数； l 钢尺的尺长； q 不足一整尺的余长。 为了校核、提高精度，还要进行返测，反测时需重新定线，取往返测距离的平均值作为丈量结果。 量距精度：用往、返测长度之差 与全长平均数 之比，并化成分子为1的分数来衡量。这个比值称为相对误差K：D平均D返往平均DDDK1 平坦地区钢尺量距相对误差不应大于1/30003、倾斜地面丈量 在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1/1000 当地面坡度较大，不可能将整根钢尺拉平丈量时，则可将直线分成若干小段进行丈量。每段的长度视坡度大小、量距的方便而定。目视使尺子目视使尺子水平水平三、钢尺量距精密方法（三、钢尺量距精密方法（1/10000 1/40

4、000 ）1、定线（用经纬仪） 将经纬仪安置于A点，瞄准B点，然后在AB的视线上用钢尺量距，依次定出比钢尺一整尺略短的尺段端点1，2，。在各尺段端点打入木桩，桩顶高出地面5cm10cm，在每个桩顶刻划十字线，其中一条在AB方向上，另一条垂直AB方向，以其交点作为钢尺读数的依据。A1325B42、量距 量距是用经过检定的钢尺，两人拉尺，两人读数，一人记录及观测温度。 量距时由后尺手用弹簧秤控制施加于钢尺的拉力，（为钢尺检定时的标准拉力，如30 m钢尺，标准拉力为100 N)。前、后读数员应同时在钢尺上读数，估读到0.5mm。每尺段要移动钢尺三次不同位置，三次丈量结果的互差不应超过2mm，取三段丈

5、量结果的平均值作为尺段的最后结果。 随之进行返测，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（水准测量测高差）经过检定的钢尺长度可用尺长方程示：000)(lttlllt温度为t时的钢尺实际长度；钢尺的名义长度；尺长改正值，即温度在 时钢尺全长改正数；钢尺膨胀系数，一般取=1.25 钢尺检定时的温度；量距时的温度。tl0ll0tt105)(10C0t四、 尺长方程五、钢尺量距成果整理 精密量距结果应进行以下三项改正1、尺长改正2、温度改正llllllll0d00lttlt)(0 l 标准温度、标准拉 力下的检定长度0l 名义长度l 任一尺段的长度 钢尺膨胀系数 t 丈量时温度 t0 标

6、准温度当为斜距时应换算成平距d，则倾斜改正值为：llhllhlldlh21222122)1 ()(将上式 项展开成级数： 2122)1 (lh3424422821)821 (lhlhlhlhllh取第一项lhlh223.倾斜改正 每一尺段改正后的水平距离为：htdlllld例题：用尺长方程为例题：用尺长方程为的钢尺实测的钢尺实测ABAB尺段（如图），长度尺段（如图），长度l l=29.896m,A=29.896m,A、B B两点间高差两点间高差h=0.272m,h=0.272m,测量时测量时的温度的温度t=25.8t=25.8C,C,试求试求ABAB尺段的水平距离。尺段的水平距离。mCtCmm

7、lt30)20(1025.10025.030015解解：1 1）尺长改正）尺长改正mmlllld0025.0)896.29300025.0(03 3）倾斜改正）倾斜改正4 4）A-BA-B尺段水平距离尺段水平距离mmmlhlh0012.0896.292)272.0(222mlllldhtd900.292 2）温度改正）温度改正mmCCClttlt0022.0896.29)208.25(1025.1)(001050六、钢尺量距误差及注意事项六、钢尺量距误差及注意事项1、尺长误差：具有累积性，与量测距离成正比2、温度误差：温度计测得是空气温度，而非尺子温度3、拉力误差：拉力要均匀，不能或大或小4、

8、钢尺倾斜误差：水准仪测高差，进行倾斜改正5、定线误差：采用经纬仪定线6、丈量误差：仔细作业、但由于人的感官能力所限， 只能减弱不能消除。返回 电磁波测距仪是用电磁波（光波或微波）作为 载波传输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）红外测距仪红外测距仪4.2 光电测距仪光电测距仪 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。 工程测量中应用较多的是短程 红外光电测距仪。 光电测距仪是通过测量光波在待测距离D上 往、返传播的时间t2D，计算待测距离D：

9、式中：式中：c 光波在空气中的传播速度光波在空气中的传播速度D221ctD一、测距原理二、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002fqqTtD：脉冲的振荡频率0fq：计数器计得的时钟 脉冲个数 计数器只能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

10、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：N2由于D2 2 tft，所以fNt22）（NN2)2(2NfcD则：式中 ，2N10 Nm103C8取，则不同的调制频率对应的测尺长见下表：调制频率测尺长2ZMH15ZMH5 . 7ZMH5 . 1ZKH150ZKH7510m20m100m1km2km 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、每改变频率f 后的调制光波，测出一

11、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：、测距仪的精度：)10(6bDamD式中：式中：mD 测距中误差，单位为测距中误差，单位为mm； a 固定误差，单位为固定误差，单位为mm； b 比例误差；比例误差； D 以以km为单位的距离。为单位的距离。 RED mini短程红外测距仪的精度为短程红外测距仪的精度为 当距离D为0.6km时，测距精度是测距精度是mD=8mm。 ( 通常写作通常写作ppm)55 ()1055

12、(6DppmmmDmmmD610四、RED mini红外测距仪各种反射棱镜各种反射棱镜经纬仪与测距仪配接经纬仪与测距仪配接测距仪功能键盘测距仪功能键盘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调整测距仪望远镜，使十字丝对准反射棱镜中心五、光电测距的注意事项(1)(1) 防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。防止日晒雨淋，在仪器使用和运输中应注意防震。(2)(2) 严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。严防阳光及强光直射物镜，以免损坏光电器件。(3)(3)

13、 仪器长期不用时，应将电池取出。仪器长期不用时，应将电池取出。 (4)(4) 测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体测线应离开地面障碍物一定高度，避免通过发热体 和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。和较宽水面上空，避开强电磁场干扰的地方。(5)(5) 镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。镜站的后面不应有反光镜和强光源等背景干扰。(6)(6) 应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。应在大气条件比较稳定和通视良好的条件下观测。返回 确定直线与确定直线与标准方向标准方向之间的水平角度称为之间的水平角度称为直线定向直线定向。标标准准方方向向真子午线方向真子午线方向磁子午线方向磁子

14、午线方向坐标纵轴方向坐标纵轴方向4.3 直直 线线 定定 向向本章重点本章重点通称通称“三北方三北方向向”1、真子午线方向 通过地球表面某点通过地球表面某点的的真子午线的切线方真子午线的切线方向向，称为该点的真子，称为该点的真子午线方向。午线方向。真子午线的切线方向真子午线的切线方向P1P2 真子午线方向是用天文测量方法或用陀螺经纬仪测定的。 陀螺仪陀螺仪GP1-2AGP1-2A2磁子午线方向 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。AP PPP北极北极 P P 磁北极磁北极 磁子午线方向可用罗盘仪测定。磁子午线方向可用罗盘仪测定。 DQL-1DQL-1型森林罗盘

15、仪型森林罗盘仪DQL-1BDQL-1B型森林罗盘仪型森林罗盘仪3坐标纵轴方向 我国采用高斯平面直角坐标系，6带或3带都以该带的中央子午线为坐标纵轴，因此该带内直线定向，就用该带的坐标纵轴方向作为标准方向。xyoP1P2高斯平面直角坐标系高斯平面直角坐标系1、方位角1）方位角的定义 从直线起点的标准方向北端起，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。12标准方向北端标准方向北端方位角方位角22222标标准准方方向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真方位角（真方位角（A）磁方位角（磁方位角（Am）坐标方位角

16、（坐标方位角（ ）2磁北磁北真北真北坐标北坐标北AmA1 由于地面各点的真北由于地面各点的真北（或磁北）方向互不平（或磁北）方向互不平行，用真（磁）方位角行，用真（磁）方位角表示直线方向会给方位表示直线方向会给方位角的推算带来不便，所角的推算带来不便，所以以在一般测量工作中，在一般测量工作中，常采用坐标方位角来表常采用坐标方位角来表示直线方向示直线方向。xyoP1P2坐标北与真北的关系坐标北与真北的关系2）几种方位角之间的关系 mAAAmA2磁北磁北真北真北坐标北坐标北AmA1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。当磁北方向或坐标北方向偏于真北方向东侧

17、时， 和为正；偏于西侧时， 和为负。3 3）正、反坐标方位角）正、反坐标方位角 直线直线1-2 1-2 ：点：点1 1是起点，点是起点，点2 2是终点。是终点。12 12 正正坐标方位角；坐标方位角；21 21 反反坐标方位角。坐标方位角。2112xyoxx1218012211802112180正反直线直线2-12-1：所以一条直线的正、反坐标方位角互差1802、 象限角 某直线的象限角是由直线起点的标准方向北某直线的象限角是由直线起点的标准方向北端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至该直端或南端起，沿顺时针或逆时针方向量至该直线的线的锐角锐角，用，用R R表示。表示。直线直线R与与的关系的关系

18、O1O2O3O4（北）（北）（西）（西）y（东）（东）（南）（南）xoRO1RO3RO2RO4O1O2O3O41234O1=RO1O2=180RO2O3=180 RO3O4=360RO4 1212已知，通过连测求得已知，通过连测求得1212边与边与2323边的连接边的连接角为角为2 2 （右角）、（右角）、 2323边与边与3434边的连接角为边的连接角为3 3（左角），现推算（左角），现推算2323、3434。1234xxx23341223前进方向前进方向212221231801234xx2312221前进方向前进方向x3433232333234180 由图中分析可知：由图中分析可知：推算坐标方位角的通用公式：左右后前180注意：注意： 计算中，若前360，减360； 若前360（41720 360）= 5720 45=3418040（ 10360）= 350= 10050 = 4618012510 = 10050 18013630 = 10= 5720 18024720 返回前进方向前进方向明日实习明日实习v各小组按上次使用的仪器编号，课前从主楼领取仪器（第一大组906，第二大组134）v实习内容：（可参照课本（可参照课本“实验四、五、六实验四、五、六”） 1、电子经纬仪的认识 2、水平角观测测回法 3、水平角观测方向法注意事项注意事