《工程测量》第五章距离测量与直线定向

1、 测量工作三要素之一：测量工作三要素之一： 距离测量距离测量第五章 距离测量与直线定向Distance Measurements and Linear Orientation章节要目n钢尺量距n视距测量n电磁波测距仪n全站仪n直线定向测量距离实质：测量距离实质：两点间的距离指两点两点间的距离指两点间的水平直线距离，即两点投影在水间的水平直线距离，即两点投影在水平面上的距离。如果测量的是斜距平面上的距离。如果测量的是斜距( (Slope distance)，必须换算成水平，必须换算成水平距离距离(Horizontal distance)。距离测量方法：距离测量方法：钢尺量距，视距测量，钢尺量距，

2、视距测量，电磁波测距，三角测量法，卫星测距电磁波测距，三角测量法，卫星测距等。等。tape DM 钢尺钢尺皮尺皮尺测钎测钎花杆花杆经纬仪经纬仪电子经纬仪电子经纬仪+测距仪测距仪GPS接收机接收机反光镜反光镜5.1 5.1 钢尺量距钢尺量距1. 1.基本工具：基本工具：钢尺钢尺n钢尺是用钢制成的带状尺，尺的宽度约钢尺是用钢制成的带状尺，尺的宽度约101015 15 mmmm，厚度约，厚度约0.4mm0.4mm，长度有，长度有20 m20 m、30 m30 m、50 m50 m等几种。等几种。n钢尺有卷放在圆盘形的尺壳内的，也有卷放在钢尺有卷放在圆盘形的尺壳内的，也有卷放在金属尺架上的。钢尺的基本

3、分划为毫米，在每金属尺架上的。钢尺的基本分划为毫米，在每厘米、每分米及每米处印有数字注记。厘米、每分米及每米处印有数字注记。n根据零点位置的不同，钢尺有根据零点位置的不同，钢尺有端点尺端点尺和和刻划尺刻划尺两种。端点尺是以尺的最外端作为尺的零点；两种。端点尺是以尺的最外端作为尺的零点；刻线尺是以尺前端的一刻线作为尺的零点。刻线尺是以尺前端的一刻线作为尺的零点。 钢尺量距的辅助工具钢尺量距的辅助工具有：有：测钎测钎(measuring rod)(measuring rod)标杆标杆(measuring bar)(measuring bar)垂球垂球(plumb bob)(plumb bob)精密

4、量距时还需要精密量距时还需要弹簧秤弹簧秤温度计温度计尺夹。尺夹。基本工具：基本工具：因瓦尺，是用镍铁合金形状是线状，直径1.5mm，长度为24m，尺身无分划和数字注记。在尺两端各连一个三棱形的分划尺，长8cm，其上分划最小为1mm。因瓦基准尺全套由4根主尺和一根8m或4m长的辅尺组成。因瓦尺因受温度变化引起尺长伸缩变化小，量距精度高，可达到1/1 000 000，可用于精密量距，但量距十分繁琐，常用于精度要求很高的基线丈量中。 条件：两点间的距离大于钢尺长度或地面起伏较大，条件：两点间的距离大于钢尺长度或地面起伏较大，需分段（需分段（breaking) )丈量。丈量。要求：分段点位于同一直线上

5、。要求：分段点位于同一直线上。直线定线：将分段点标定在一条直线上的工作。（距直线定线：将分段点标定在一条直线上的工作。（距离较长或起伏较大）离较长或起伏较大） 方法：方法：（1 1）目估）目估直线直线定线（目估定线）：用人眼二点一定线（目估定线）：用人眼二点一线原理。适用于钢尺一般量距。线原理。适用于钢尺一般量距。（2 2）经纬仪）经纬仪直线直线定线：精度高。钢尺精密量距。定线：精度高。钢尺精密量距。2 2、直线定线、直线定线设设A A、B B两点互相通视，要在两点互相通视，要在A A、B B两点的直线上标两点的直线上标出分段点出分段点1 1、2 2点。点。先在先在A A、B B点上竖立标杆，

6、甲站在点上竖立标杆，甲站在A A点标杆后约一点标杆后约一米处，指挥乙左右移动标杆，直到甲从在米处，指挥乙左右移动标杆，直到甲从在A A点点沿标杆的同一侧看到沿标杆的同一侧看到A A、2 2、B B三支标杆成一条三支标杆成一条线为止。线为止。经纬仪定线经纬仪定线设设A A、B B两点互相通视，将经纬仪安置在两点互相通视，将经纬仪安置在A A点，用点，用望远镜纵丝瞄准望远镜纵丝瞄准B B点，制动照准部，望远镜上点，制动照准部，望远镜上下转动，指挥在两点间某一点上的助手，左右下转动，指挥在两点间某一点上的助手，左右移动标杆，直至标杆像为纵丝所平分。移动标杆，直至标杆像为纵丝所平分。为减小照准误差，精

7、密定线时，可以用直径更细为减小照准误差，精密定线时，可以用直径更细的测钎或垂球线代替标杆。的测钎或垂球线代替标杆。ABCD经纬仪定线经纬仪定线n根据量距精度有两种方法：根据量距精度有两种方法：n钢尺一般量距：整尺法量距钢尺一般量距：整尺法量距n钢尺精密量距：串尺法量距钢尺精密量距：串尺法量距n根据地形不同：根据地形不同：n水平量距法水平量距法n倾斜量距法倾斜量距法3 3、量距方法量距方法（1. 1.）钢尺一般量距）钢尺一般量距整尺法量距整尺法量距n丈量工作一般由两人进行。丈量工作一般由两人进行。平坦地区，平坦地区，量距精度量距精度要求不高，直接将钢尺沿地面丈量，不加温度改要求不高，直接将钢尺沿

8、地面丈量，不加温度改正和不用弹簧称控制拉力。正和不用弹簧称控制拉力。lnlD不足一整尺的余长钢尺长度尺段数式中：lln（2.2.）高低不平地面丈量）高低不平地面丈量 用水平钢尺法。丈量时将钢尺抬起拉平，端点位置一般用水平钢尺法。丈量时将钢尺抬起拉平，端点位置一般用垂球投向地面。用垂球投向地面。要求：往返丈量要求：往返丈量 ，返测重新定线，量距精度以，返测重新定线，量距精度以相对误差相对误差表示：表示：MDDDDDDK11返往返往一般地区应一般地区应K K不大于不大于1/30001/3000，在量距困难地区应不大于，在量距困难地区应不大于1/10001/1000。精度满足要求后，取精度满足要求后

9、，取往返观测距离的平均值往返观测距离的平均值 作为最终丈量作为最终丈量结果。结果。 例如：例如：ABAB的往测距离的往测距离162.78162.78米，返测距离米，返测距离162.73162.73米，则相对米，则相对误差：误差：）返往DDD(21钢尺一般量距钢尺一般量距检核检核（3.3.） 精密量距精密量距串尺法量距串尺法量距量距精度要求在量距精度要求在1/10000以上时。方法步骤：以上时。方法步骤：第一步第一步: :经纬仪定线，概量，分段钉尺段桩；经纬仪定线，概量，分段钉尺段桩；第二步第二步: :经纬仪定线，划量距标记；经纬仪定线，划量距标记；第三步第三步: :量距：量距：5 5人一组，弹

10、簧称控制拉力（人一组，弹簧称控制拉力（3030米米 钢尺施加钢尺施加100N100N力），温度计测温度。读数到力），温度计测温度。读数到0.5mm,0.5mm,每段读数每段读数3 3次，次，距离误差小于距离误差小于3mm3mm，取平均值。，取平均值。第四步第四步: :水准仪测尺段桩顶高差。往返测。水准仪测尺段桩顶高差。往返测。第五步第五步: :往返丈量往返丈量第六步第六步: :成果整理成果整理表表5-1 5-1 精密量距记录计算表精密量距记录计算表llllld001 1、尺长改正、尺长改正：4 4、钢尺精密量距、钢尺精密量距: :成果整理成果整理钢尺的钢尺的名义长度为名义长度为l l0 0，在

11、标准温度、标，在标准温度、标准拉力下经检定的准拉力下经检定的实际长度为实际长度为 ，则尺，则尺长改正数为：长改正数为：2 2、温度改正、温度改正：lttlt)(0 为钢尺的膨胀系数，为钢尺的膨胀系数， =0.0000125m/1=0.0000125m/10 0C C3 3、倾斜改正、倾斜改正：lhlh22htdlllld每一尺段经三项改正后的水平距离为：每一尺段经三项改正后的水平距离为：钢尺号码钢尺号码:NO:11钢尺名义长度钢尺名义长度l0=30m钢尺膨胀系数钢尺膨胀系数:0.000012钢尺检定长度钢尺检定长度l=30.0025钢尺检定时温度钢尺检定时温度t0：20钢尺检定时拉力：钢尺检定

12、时拉力：100N计算者计算者: 日期日期:尺段尺段编号编号实实测测次次数数前尺前尺读数读数(m)后尺后尺读数读数(m)尺段尺段长度长度(m)温度温度()高差高差(m)温度温度改正数改正数(mm)尺长尺长改正数改正数(mm)倾斜倾斜改正改正数数(mm) 改正后改正后尺段长尺段长(m)129.93600.070029.8660 A1240075564525.8-0.152+2.1+2.5-0.4 3500850650 平平均均29.865229.8694 精密量距的成果见表5. 钢尺检定。L比尺场示意图比尺场示意图 0 钢尺名义长(m)； t0 标准温度，一般取20； d 尺长改正值(mm)； t

13、 丈量时温度() 钢的膨胀系数，1.210-5 / ；尺长方程式：尺长方程式： = = 0 0+ + d d+ + (t-t(t-t0 0) ) 0 0钢尺使用注意及保养：钢尺使用注意及保养：n质脆易断，防扭曲、防折、防压。质脆易断，防扭曲、防折、防压。n用后擦干、擦净，上油防锈。用后擦干、擦净，上油防锈。 5.1.6 钢尺量距的误差分析 影响钢尺量距精度的因素很多，主要有定线误差、尺长误差、温度测定误差、钢尺倾斜误差、拉力不均误差、钢尺对准误差、读数误差等。现分析各项误差对量距的影响，要求钢尺精密量距各项误差对测距影响在1/30 000以内。普通量距在1/10000以内。lll2222222

14、 2A AB B1 13 3 300001l当当l =30m，要求，要求 则则 =0.12m。一般目估定线即可达到该精度。一般目估定线即可达到该精度。6 . 钢尺量距的误差分析(1)(1)、定线误差：、定线误差：6. 钢尺量距的误差分析钢尺名义长度与实际长度之差产生的尺长误差对量距的影钢尺名义长度与实际长度之差产生的尺长误差对量距的影响随距离的增加而增加。高精度量距时，应加尺长改正，响随距离的增加而增加。高精度量距时，应加尺长改正，并要求钢尺检定误差小于并要求钢尺检定误差小于1mm1mm。(2)(2)、尺长误差、尺长误差(3)(3)、温度误差、温度误差根据钢尺温度改正公式，当温度变化根据钢尺温

15、度改正公式，当温度变化 3 30 0CC时，引起的距时，引起的距离误差为离误差为1/300001/30000。一般测量时温度计显示的是空气。一般测量时温度计显示的是空气环境温度，不是钢尺本身的温度。在阳光暴晒下，钢环境温度，不是钢尺本身的温度。在阳光暴晒下，钢尺温度与环境温度可相差尺温度与环境温度可相差5 50 0CC，量距，量距 误差大于误差大于1/300001/30000。因此，量距宜在阴天进行，用半导体温度。因此，量距宜在阴天进行，用半导体温度计测量钢尺自身温度。计测量钢尺自身温度。lttlt)(06. 钢尺量距的误差分析钢尺有弹性，受拉伸长。钢尺的弹性模量为钢尺有弹性，受拉伸长。钢尺的

16、弹性模量为E=2E=2 10106 6kg/cmkg/cm2 2，设钢尺的断面面积，设钢尺的断面面积A=0.04cmA=0.04cm2 2，钢，钢尺的拉力误差为尺的拉力误差为 P P，由虎克定律，钢尺的伸长误差为，由虎克定律，钢尺的伸长误差为AElPlEAPp当当 P=3kgP=3kg，ll=30m=30m，得量距误差为，得量距误差为1mm1mm。在精密量距时应用弹簧称控制拉力。在精密量距时应用弹簧称控制拉力。(4)(4)、拉力改正、拉力改正6. 钢尺量距的误差分析在精密量距时，可用普通水准仪测定高差。在精密量距时，可用普通水准仪测定高差。当普通量距时，经统计目估钢尺水平会产生当普通量距时，经

17、统计目估钢尺水平会产生5050 的倾斜。的倾斜。当当l l=30m=30m（水平），相当于（水平），相当于0.44m0.44m的高差误差，量距的高差误差，量距误差为误差为3mm3mm。lhlh22mmlhhhl17. 0100060005. 012100022(5)(5)、钢尺倾斜误差、钢尺倾斜误差高差大小和测定误差对测距精度有影响。对于高差大小和测定误差对测距精度有影响。对于30m30m长的长的钢尺，当高差等于钢尺，当高差等于1m1m，高差误差为，高差误差为5mm5mm时，产生的时，产生的测距误差为：测距误差为：钢尺倾斜使距离测量值偏大：钢尺倾斜使距离测量值偏大：6 . 钢尺量距的误差分析钢

18、尺对点误差、测钎安置误差、垂球对点误差、读数误差。是主要的误差来源总之：一般和精密量距时定线误差、尺长误差、温总之：一般和精密量距时定线误差、尺长误差、温度测定误差、钢尺倾斜误差、拉力不均匀误差均可度测定误差、钢尺倾斜误差、拉力不均匀误差均可忽略。忽略。钢尺对点误差、测钎安置误差、垂球对点误差、读钢尺对点误差、测钎安置误差、垂球对点误差、读数误差是主要的误差来源。数误差是主要的误差来源。(6). (6). 钢尺对准及读数误差钢尺对准及读数误差 视距测量一、视距测量概念：利用望远镜的视距装置和视距尺，一、视距测量概念：利用望远镜的视距装置和视距尺，根据几何光学和三角测量原理，同时测定两点间的水根

19、据几何光学和三角测量原理，同时测定两点间的水平距离和高差的一种方法。平距离和高差的一种方法。视距丝 视 距 尺普通视距测量精度：普通视距测量精度：1/2001/2001/3001/300，适用于地形测量等。，适用于地形测量等。精密视距测量精度：精密视距测量精度：1/20001/2000。优点：测量速度快，不受地形限制。优点：测量速度快，不受地形限制。不足：精度低，距离相对误差一般约为不足：精度低，距离相对误差一般约为1/3001/300，高差一般为分米级。高差一般为分米级。用途：主要用于碎部测量。用途：主要用于碎部测量。 ( (地形点的距离与高差地形点的距离与高差) )。1 1、视线水平时、视

20、线水平时iShDmnABllD100Sihl _上下丝间隔上下丝间隔(视距间隔视距间隔)(l =m-n)i_仪器高仪器高s s_中丝读数中丝读数二、视距测量原理：二、视距测量原理：mn视线水平时视距测量公式视线水平时视距测量公式1fDDMNlf1+是固定值，是固定值，D与与l有什么关系呢？有什么关系呢？1plfD1fDD关键是推导D D与 的关系上图所示：lpfD1DDf f1 1 lll2111fab22fbfababpp由调焦透镜成像原理可得：由调焦透镜成像原理可得： 根据凹透镜成像公式可得：根据凹透镜成像公式可得：p ppbfpf22p ppfbfp221p plpfbfflpfD221

21、1)(lpfbfflpfD2211)(bbb令：令：CKlflpfbflpfbffD121221)(pfbffK221)(121flpfbfc式中：为视距乘常数，为视距乘常数，视距加常数，视距加常数，现代经纬仪、水准仪现代经纬仪、水准仪K=100K=100，C0C0。（1）.视距公式：视距公式：lKlD100（2）.高差公式高差公式:sihh2 2、视线倾斜时、视线倾斜时（2 2）. .高差公式：高差公式：ENEMNMlcoscoscoscoslMNENME（1 1）. .视距公式：视距公式：2cos cos cosklklDDsihhsiDtan高差主值高差主值 : : NMNMEtansi

22、ncossinDKlDhiiD=KlshhD读数取位：读数取位： 上丝读数 M 读至毫米 下丝读数 N N 读至毫米 中丝读数 v v 读至厘米 竖盘读数 L L 读至分视距测量步骤及注意n欲测AB两点间的水平距离和高差：n1、在A点安置经纬仪，对中、整平，量取仪器高仪器高 i i。n2、用望远镜瞄准B点的视距尺，指标水准管气泡居中后，读取竖盘读数L L ，以及上丝上丝M M、中丝、中丝V V、下丝、下丝N N的读数的读数。记录 到手簿中。n3、计算尺间隔和竖直角，再计算水平距离和高差。SsiDHhHHsiDhnmDAAitantancos)(1002计算公式：实验5 视距测量 一、实验准备一

23、、实验准备 1. 1.仪器工具：经纬仪一台、测伞一把、记录板仪器工具：经纬仪一台、测伞一把、记录板( (含记录纸含记录纸) )一块，计算器自备、水准尺。一块，计算器自备、水准尺。 二、视距观测二、视距观测: : 1 1、按要求在地面点安置经纬仪；、按要求在地面点安置经纬仪； 2 2、对中，整平，量取仪器高度；、对中，整平，量取仪器高度； 3 3、瞄准视距尺，某一刻度（仪器高度、瞄准视距尺，某一刻度（仪器高度i i），指标），指标水准管气泡居中；水准管气泡居中； 4 4、读数：、读数：M M，N N，v v，L L 5 5、按公式计算水平距离，高差，高程。检核、按公式计算水平距离，高差，高程。检

24、核5.3 5.3 电磁波测距仪电磁波测距仪n钢尺量距的缺点：劳动强度大，工作效率低，精度一般能钢尺量距的缺点：劳动强度大，工作效率低，精度一般能达到达到1/1000-1/50001/1000-1/5000。n视距测量的缺点：精度低，一般能达到视距测量的缺点：精度低，一般能达到1/200-1/3001/200-1/300。n2020世纪世纪6060年代，随着激光技术和电子技术的发展，利用电年代，随着激光技术和电子技术的发展，利用电磁波作为载波，在其上调制测距信号间接测定两点间距磁波作为载波，在其上调制测距信号间接测定两点间距离离电磁波测距电磁波测距( (E Electro-magnetic le

25、ctro-magnetic D Distance istance M Measuringeasuring，简称简称EDM)EDM)。n电磁波测距的优点：测程远，精度高，操作简便，作业速电磁波测距的优点：测程远，精度高，操作简便，作业速度快，劳动强度低，度快，劳动强度低，几乎不受地形限制等几乎不受地形限制等；配合电子记录；配合电子记录手簿，可实现自动记录、存储和输出测量结果。手簿，可实现自动记录、存储和输出测量结果。n19481948年，瑞典年，瑞典AGAAGA公司公司( (现更名为现更名为GeotronicsGeotronics( (捷创力捷创力) )公司公司) )研制成功了世界上第一台电磁波

26、测距研制成功了世界上第一台电磁波测距仪，仪，n它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管元件，仪器相当笨重且功耗大。子管元件，仪器相当笨重且功耗大。n为避开白天太阳光对测距信号的干扰，只能在夜间为避开白天太阳光对测距信号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。作业，测距操作和计算都比较复杂。n19601960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦第一台氦- -氖激光器，氖激光器，19621962年砷化镓半导体激光器年砷化镓半导体激光器研制成功。研制成功。n与白炽灯比较，激光器的优点是发

27、散角小、大气穿与白炽灯比较，激光器的优点是发散角小、大气穿透力强、传输的距离远、不受白天太阳光干扰、基透力强、传输的距离远、不受白天太阳光干扰、基本上可以全天侯作业。本上可以全天侯作业。n19671967年年AGAAGA公司推出了世界上第一台商品化的激公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪光测距仪AGA-8AGA-8。n该仪器采用该仪器采用5mw5mw的氦的氦- -氖激光器作发光元件，白天氖激光器作发光元件，白天测程为测程为40km40km，夜间测程达，夜间测程达60km60km，测距精度，测距精度 (5mm+1ppm)(5mm+1ppm)，主机重量，主机重量23kg23kg。n我国的武汉地

28、震大队也于我国的武汉地震大队也于19691969年研制成功了年研制成功了JCY-JCY-1 1型激光测距仪，型激光测距仪，19741974年又研制并生产了年又研制并生产了JCY-2JCY-2型型激光测距仪。该仪器采用激光测距仪。该仪器采用2.5mw2.5mw的氦的氦- -氖激光器作氖激光器作发光元件，白天测程为发光元件，白天测程为20km20km，测距精度，测距精度(5mm+1ppm)(5mm+1ppm)，主机重量，主机重量16.3kg16.3kg。瑞典AGA公司生产的AGA-8激光测距仪用5mw氦氖气体激光器白天测40km，夜间可测60km精度：5mm+1ppmn随着半导体技术的发展，从随着

29、半导体技术的发展，从6060年代末年代末7070年代初起年代初起，采用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距，采用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。仪逐渐在世界上流行起来。n与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、重量与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、重量轻、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。轻、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。n由于红外光的发散角比激光大，所以红外测距仪由于红外光的发散角比激光大，所以红外测距仪的测程一般小于的测程一般小于15km15km。T2+DI10，1968年Wild推出的第一台红外测距仪Wild生产的微波测距仪电磁波测距从使用普通光源，

30、到激光、红外电磁波测距从使用普通光源，到激光、红外光、无线电波并用。光、无线电波并用。目前测距仪和电子经纬仪及计算机软硬件制目前测距仪和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起，形成的造在一起，形成的全站仪，以及全站仪，以及自动化、自动化、智能化和利用智能化和利用蓝牙蓝牙技术实现测量数据的无技术实现测量数据的无线传输的测量机器人已经在生产中使用。线传输的测量机器人已经在生产中使用。n1 1、按测程划分：、按测程划分：n5km15km15km远程测距仪远程测距仪n2 2、按测量精度划分：、按测量精度划分：nI I级：级：m mD D5mm10mm10mmn3 3、按载波不同划分：、按载波不同划分：n微

31、波测距仪微波测距仪n光电测距仪（激光与红外）光电测距仪（激光与红外）测距仪的分类测距仪的分类一、电磁波测距基本原理一、电磁波测距基本原理n利用电磁波作为载波，在其上调制测距信号测定利用电磁波作为载波，在其上调制测距信号测定两点间距离。两点间距离。n电磁波在测线两端往返传播的时间为电磁波在测线两端往返传播的时间为t t，则可求，则可求的两点间的距离的两点间的距离D D。tCD21ABD1 1、脉冲法测距：、脉冲法测距：测量发射尖脉冲在待测距离上往返传播时间计算距离。测量发射尖脉冲在待测距离上往返传播时间计算距离。 钟脉冲的振荡频率钟脉冲的振荡频率f f0 0，周期，周期T T0 0=1/ f=1

32、/ f0 0计数器的时钟脉冲数计数器的时钟脉冲数 q q，光脉冲往返传播时间光脉冲往返传播时间t t2D2D=qT=qT0 0问题问题电子计数器只能记忆整数时钟脉冲数。电子计数器只能记忆整数时钟脉冲数。测相系统发射系统接收系统D D往程 D返程 N2 发发 收收 发发 收收v, tDv, tD一、相位法测距原理一、相位法测距原理(Principles of Distance Measurement by Phase) 2、相位式测距、相位式测距相位式测距原理设调制信号为正弦信号，包含设调制信号为正弦信号，包含22的整倍数的整倍数N2N2，和不足和不足22的尾数部分的尾数部分 ，即：，即：)(2

33、)2(22NNNN(7)代入(6): )(2)(2NNNNfcD2N相位式测距原理令令 : : “光测尺光测尺”，“电子尺电子尺” (8)式改写成 :)(NNLDs 相位式测距仪是用长度为相位式测距仪是用长度为L Ls s的的“测尺测尺”去量测距离，量了去量测距离，量了N N个整尺段加上不足一个个整尺段加上不足一个L Ls s的长度就是所测距离。的长度就是所测距离。 采用多个采用多个“测尺测尺”组合实现测距技术过程。组合实现测距技术过程。设计；精测尺设计；精测尺+ +粗测尺测距。粗测尺测距。2220fncfcLgs相位式测距原理调制频率与测尺长度的关系调制频率与测尺长度的关系调制频调制频率率f

34、 f15MHz15MHz7.5MHz7.5MHz1.5MHz1.5MHz150kHz150kHz75kHz75kHz15kHz15kHz测尺长测尺长度度/2/210m10m20m20m100m100m1km1km2km2km10km10km精度精度1cm1cm2cm2cm10cm10cm1m1m2m2m10m10m2220fncfcLgs测尺精度：测尺精度：10001000分之一分之一二、测距仪的工作原理和工作过程二、测距仪的工作原理和工作过程三、三、 测距边长改正计算测距边长改正计算1.1.气象改正：气象改正：大气折射率大气折射率 n ng g是载波波长、大气温度、大是载波波长、大气温度、大

35、气压力、大气湿度的函数。仪器设计时发射光源的波长气压力、大气湿度的函数。仪器设计时发射光源的波长是确定的，然后确定一个标准温度、标准气压和湿度，是确定的，然后确定一个标准温度、标准气压和湿度，得到标准条件下的折射率。得到标准条件下的折射率。米米为为单单位位的的改改正正值值。每每观观测测时时的的温温度度，观观测测时时的的气气压压，式式中中：1000037. 01029. 02 .2800DCtmPaptpD实际测距时的气温、气压和湿度与标准条件有差异，实际实际测距时的气温、气压和湿度与标准条件有差异，实际测距时，需要测定测线上的温度、湿度和气压，测距时，需要测定测线上的温度、湿度和气压，对所测距

36、对所测距离进行气象改正离进行气象改正。RDKDk2.2.仪器常数改正仪器常数改正加常数加常数(K):(K):仪器和反光镜（中心不重合、相位延迟）仪器和反光镜（中心不重合、相位延迟）乘常数乘常数(R):(R):仪器震荡频率偏移，影响测尺长。仪器震荡频率偏移，影响测尺长。3.3.倾斜改正：倾斜改正：天顶天顶水平线水平线ZaD0D)cos()sin(0DzDD现代测距仪（全站现代测距仪（全站仪）都可进行改正仪）都可进行改正数预置，测量时自数预置，测量时自动进行改正，无需动进行改正，无需计算。计算。测距仪的标称精度：测距仪的标称精度：比例误差系数。比例误差系数。固定误差；固定误差；式中：式中：BADB

37、AM)10(60)(2)(2NNNNfcD)1023 (6Dmm内容回顾n视距测量原理n测距仪：相位法测距，光测尺粗测和精测5.4 5.4 全站仪及其使用全站仪及其使用1.功能简介功能简介：电子全站仪（速测仪）是集自动测电子全站仪（速测仪）是集自动测角、测距、测高于一体，实现对测量数据进行角、测距、测高于一体，实现对测量数据进行自动获取、显示、存储、传输、处理计算的三自动获取、显示、存储、传输、处理计算的三维测量系统。维测量系统。 电子全站仪由电子全站仪由电子经纬仪电子经纬仪、电磁波测距仪电磁波测距仪、微处理微处理器器、电源装置电源装置和和反射棱镜反射棱镜等组成。等组成。 全站仪的主要品牌有全

38、站仪的主要品牌有NTSNTS、TopconTopcon、SOKKIASOKKIA、PentaxPentax、NikonNikon、LeicaLeica、ZeissZeiss、TrimleTrimle。全全站站仪仪结结构构原原理理图图2.全站仪的构造特点1）三轴同一2.全站仪的构造特点2）键盘输入屏幕显示3）数据存储与通讯存储3000点以上观测数据的内部存储器，外插存储卡如CF卡或SD卡。 RS-232C标准接口或USB接口与计算机进行双向数据通讯，并可与自动绘图机联接。4）仪器误差和气象条件的自动改正双轴补偿装置和竖盘自动归零补偿装置；输入相应气象数据、棱镜常数对所测距离进行自动改正。5）免棱

39、镜测距，电子气泡、激光对点器。3.全站仪的功能n角度测量n距离测量n坐标及高程测量n特殊测量功能n偏心测量、对边测量、面积测量、悬高测量和工程放样等等。如图，将全站仪安置在已如图，将全站仪安置在已知点知点A A，棱镜设置在待定，棱镜设置在待定点点P P，输入，输入A A点已知坐标及点已知坐标及仪器高和棱镜高后，先后仪器高和棱镜高后，先后视已知点视已知点B B并输入并输入B B点坐标点坐标（后视已知点是为了设置（后视已知点是为了设置方向位角）然后瞄准方向位角）然后瞄准P P点点处棱镜并进行观测，仪器处棱镜并进行观测，仪器即可显示待定即可显示待定P P的三维坐的三维坐标。标。APB基本功能基本功能

40、-三维坐标测量三维坐标测量对边测量对边测量如图，分别瞄准两如图，分别瞄准两个目标点处的棱镜个目标点处的棱镜并观测后，仪器即并观测后，仪器即可显示出两个棱镜可显示出两个棱镜之间的平距之间的平距(HD)、斜距斜距(S)、高差、高差(V)和坡度（和坡度（%）。对）。对边测量可以连续进边测量可以连续进行。行。VSHD%全站仪的程序功能全站仪的程序功能悬高测量悬高测量如图，要测量某些不能如图，要测量某些不能设置反射棱镜的目标设置反射棱镜的目标（高压电线、桥梁桁架）（高压电线、桥梁桁架）的高度时，可在目标正的高度时，可在目标正上方或正下方处安置棱上方或正下方处安置棱镜，输入棱镜高镜，输入棱镜高h1h1，瞄

41、，瞄准棱镜并观测后，再瞄准棱镜并观测后，再瞄准目标，仪器即可显示准目标，仪器即可显示目标的高度目标的高度H HHh1h2全站仪的程序功能全站仪的程序功能后方交会测量后方交会测量如图，全站仪安置在如图，全站仪安置在某一待定点上，通过某一待定点上，通过对两个以上的已知点对两个以上的已知点处的棱镜进行观测，处的棱镜进行观测，并输入各已知点三维并输入各已知点三维坐标及仪器高和棱镜坐标及仪器高和棱镜高后，全站仪即可显高后，全站仪即可显示待定点的三维坐标。示待定点的三维坐标。全站仪的程序功能全站仪的程序功能放样测量放样测量将要测设的角度和边长将要测设的角度和边长（或坐标值）输入全站仪，（或坐标值）输入全站

42、仪，在放样过程中仪器显示角在放样过程中仪器显示角度和边长的实测值与放样度和边长的实测值与放样值之差，根据显示的偏离值之差，根据显示的偏离值及符号调整棱镜位置，值及符号调整棱镜位置，直至偏离值为零，此时棱直至偏离值为零，此时棱镜所处位置即为要测设的镜所处位置即为要测设的点位。有的电子全站仪还点位。有的电子全站仪还可通过图形显示出棱镜上可通过图形显示出棱镜上下左右前后的移动方向。下左右前后的移动方向。D全站仪的程序功能全站仪的程序功能偏心测量偏心测量如图，若待定点处不如图，若待定点处不能设置棱镜，可将棱能设置棱镜，可将棱镜设置在待定点的左镜设置在待定点的左侧或右侧，并使棱镜侧或右侧，并使棱镜至站点

43、的距离相当，至站点的距离相当，瞄准棱镜并进行观测，瞄准棱镜并进行观测，再照准待定点，仪器再照准待定点，仪器即可显示待定点的坐即可显示待定点的坐标。标。不同厂家生产的电子全不同厂家生产的电子全站仪其键盘设计并不完全站仪其键盘设计并不完全相同，实现相同测量功能相同，实现相同测量功能的按键程序和步骤也不完的按键程序和步骤也不完全一样，具体使用应参见全一样，具体使用应参见厂家的使用说明书。厂家的使用说明书。全站仪的程序功能全站仪的程序功能4. NTS-660全站仪该仪器是高智能化程度的全站仪，采用图标该仪器是高智能化程度的全站仪，采用图标菜单，绝对数码度盘；具备常用的基本测量菜单，绝对数码度盘；具备常

44、用的基本测量模式（角度测量、距离测量、坐标测量）和模式（角度测量、距离测量、坐标测量）和特殊测量程序特殊测量程序( (悬高测量、偏心测量、对边测悬高测量、偏心测量、对边测量、距离放样、坐标放样、后方交会量、距离放样、坐标放样、后方交会) )，还预，还预装了标准测量程序，为控制测量、地形测量、装了标准测量程序，为控制测量、地形测量、工程放样提供条件。工程放样提供条件。NTS660NTS660系列全站仪的各个部件和外形系列全站仪的各个部件和外形 NTS660NTS660系列全站仪的各个部件和外形系列全站仪的各个部件和外形 nNTS660系列全站仪有：NTS-662 、NTS-663、 NTS-66

45、5三种型号，测角分别为和；单棱镜测程分别为1.8km、1.6km和1.4km；三棱镜测程分别为2.6km、2.3km和2.0km；测距精度均为 。 )22(ppmmm 4. NTS-660全站仪NTS-660系列全站系列全站仪的操作面板仪的操作面板 按键按键名称名称功能功能F1F1F6F6软软 键键功能参见所显示的信息功能参见所显示的信息0 09 9数字键数字键输入数字，用于欲置数值输入数字，用于欲置数值ENTENT回车键回车键数据输入结束并认可时按此键数据输入结束并认可时按此键POWERPOWER电源键电源键控制电源的开控制电源的开/ /关关星星 键键用于仪器若干常用功能的操作用于仪器若干常

46、用功能的操作ESCESC退出键退出键退回到前一个显示屏或前一个模式退回到前一个显示屏或前一个模式A A/ /字母键字母键输入字母输入字母符号符号含义含义符号符号含义含义V V 垂直角垂直角* *电子测距正在进行电子测距正在进行V V 百分度百分度mm以米为单位以米为单位HRHR水平角（右角）水平角（右角）ft ft以英尺为单位以英尺为单位HLHL水平角（左角）水平角（左角）F F精测模式精测模式HDHD平距平距N NN N 次测量次测量VDVD高差高差 T T跟踪模式（跟踪模式（10mm10mm）N N北向坐标北向坐标R R重复测量重复测量SDSD斜距斜距 S S 单次测量单次测量Z Z天顶方

47、向坐标天顶方向坐标 psmpsm棱镜常数值棱镜常数值E E 东向坐标东向坐标 ppmppm大气改正值大气改正值各键名称和功能及屏幕显示符号表各键名称和功能及屏幕显示符号表 NTS660NTS660全站仪的基本操作全站仪的基本操作 测量前的准备工作测量前的准备工作 在关机状态安装好电池在关机状态安装好电池, , 按照普通光学经纬仪对中、整按照普通光学经纬仪对中、整平的方法，将全站仪安置在测站点上。将反射棱镜安置在平的方法，将全站仪安置在测站点上。将反射棱镜安置在目标处。目标处。 打开电源开关，显示主菜单。打开电源开关，显示主菜单。 按照屏幕提示使用功能和菜单键输入棱镜常数，根按照屏幕提示使用功能

48、和菜单键输入棱镜常数，根据量得的温度和气压，如量度单位、气象改正、倾斜据量得的温度和气压，如量度单位、气象改正、倾斜改正等，设定键进行设置。改正等，设定键进行设置。 根据工作需要，按照主菜单用软键选择测量方式，选择根据工作需要，按照主菜单用软键选择测量方式，选择菜单项可按软键菜单项可按软键F1F1F6F6 进行各项测量操作。进行各项测量操作。 测量完毕关机测量完毕关机4.NTS-660全站仪5.5.全站仪的养护全站仪的养护（1 1）仪器应经常保持清洁，用完后使用毛刷、软布将仪器仪器应经常保持清洁，用完后使用毛刷、软布将仪器上的灰尘除去。镜头不要用手去摸，如果赃了，可用吹风器上的灰尘除去。镜头不

49、要用手去摸，如果赃了，可用吹风器吹去浮土，再用镜头纸擦净。吹去浮土，再用镜头纸擦净。（2 2）棱镜应保持干净，不用时要放在安全的地方。如有箱棱镜应保持干净，不用时要放在安全的地方。如有箱子应装在箱内。以避免碰坏。仪器应放在清洁、干燥、安全子应装在箱内。以避免碰坏。仪器应放在清洁、干燥、安全的房间内，并有专人保管。的房间内，并有专人保管。 （3 3）电池充电应按说明书的要求进行。电池充电应按说明书的要求进行。（4 4）. .阳光（雨天）撑伞。阳光（雨天）撑伞。（5 5）. .避开高压线、变压器等强磁场。避开高压线、变压器等强磁场。（6 6）. .测距结束关机。测距结束关机。（7 7）. .防潮、

50、防震、防高温。防潮、防震、防高温。5 5.5.5 直线定向直线定向n一、定义一、定义: :n确定直线与标准方向标准方向之间的水平角度的工作称为直线定向。n二、标准方向的种类二、标准方向的种类n真子午线方向真子午线方向n磁子午线方向磁子午线方向n坐标纵轴方向坐标纵轴方向n1 1真子午线方向真子午线方向 通过地球表面某点真子午线的切线方向，称为该点的真子午通过地球表面某点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。定的。n2 2磁子午线方向磁子午线方向 磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下，磁针自

51、由静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。止时其轴线所指的方向。磁子午线方向可用罗盘仪测定。n3 3坐标纵轴方向坐标纵轴方向( (中央子午线方向中央子午线方向) ) 第二章述及，我国采用高斯平面直角坐标系，每一第二章述及，我国采用高斯平面直角坐标系，每一6 6带带或或3 3带内都以该带的中央子午线为坐标纵轴方向。因此，带内都以该带的中央子午线为坐标纵轴方向。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。该带内直线定向，就用该带的坐标纵轴方向作为标准方向。对假定坐标系，则用假定的坐标纵轴对假定坐标系，则用假定的坐标纵轴(X(

52、X轴轴) )作为标准方向。作为标准方向。二、标准方向的种类二、标准方向的种类真子午线方向磁子午线方向坐标纵线方向坐标纵线方向某一个投影某一个投影分带分带n 测量上常将上述方向线绘在地图图廓线下方，也称三北方向线。( (一一) )、方位角、方位角: : 由标准方向的北端起，顺时针方向由标准方向的北端起，顺时针方向量到某直线的夹角，称为该直线的方位角，其角值量到某直线的夹角，称为该直线的方位角，其角值从从0 0 360 360。标标准准方方向向O OP P 真方位角：真方位角：A A 磁方位角：磁方位角：AmAm 坐标方位角：坐标方位角：三三. . 直线定向的方法直线定向的方法: :1. 1.真方

53、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地球磁极与地球旋转轴南北极不重合，过地面上某点地球磁极与地球旋转轴南北极不重合，过地面上某点的真子午线与磁子午线不重合。两者之间夹角为的真子午线与磁子午线不重合。两者之间夹角为磁偏磁偏角用角用表示。表示。直线的真方位角与磁方直线的真方位角与磁方位角之间可用下式换算位角之间可用下式换算: :AAm 我国磁偏角的变化大约在我国磁偏角的变化大约在+6+6到到-10-10之间。北京地区磁偏角为之间。北京地区磁偏角为西偏西偏, ,约约-5-5左右。左右。2.2.真方位角和坐标方位角真方位角和坐标方位角地面上在不同经度的子午线都会聚于两极，所地面上在不同

54、经度的子午线都会聚于两极，所以真子午线方向除了在赤道上的各点外，彼此以真子午线方向除了在赤道上的各点外，彼此都不平行。地面上两点子午线方向的夹角，称都不平行。地面上两点子午线方向的夹角，称为为, ,子午线收敛角，用子午线收敛角，用表示。表示。L sin真方位角和坐标方位角真方位角和坐标方位角之间可用下式换算：之间可用下式换算：ABABA PQXYONXN1 2 3 PQ5 m PQ4 PQ 23451三种方位角之间的关系三种方位角之间的关系1真子午线真子午线2磁子午线磁子午线3坐标纵线坐标纵线定义定义指向地球南北极的指向地球南北极的方向线方向线磁针静止时所磁针静止时所指的方向指的方向坐标纵轴所

55、指坐标纵轴所指的方向的方向测量方法测量方法天文观测北极天文观测北极星星陀螺经纬仪测陀螺经纬仪测定定罗盘仪测定罗盘仪测定无法测定无法测定对应的对应的方位角方位角真方位角真方位角用用表示表示磁方位角磁方位角用用m m表示表示坐标方位角坐标方位角用用表示表示应用应用大地测量大地测量林业测量林业测量一般工程普一般工程普通测量通测量( (一一) )、坐标方位角、坐标方位角( ( ijij，简称方向角，简称方向角) )。X XY YA AB B ABAB例例1 1：已知已知: : CDCD= =787820202424， JKJK= =326326121230 30 ，求求 DCDC， KJKJ：各点的坐标纵轴方向都是平行的，所以，一