距离测量和直线定线名师优质课赛课一等奖市公开课获奖课件

第四章

距离测量和直线定向§4-1

距离丈量

§4-2

视距测量§4-3

光电测距§4-4

电子全站仪测量§4-5

直线定向§4-6

罗盘仪测定磁方位角第1页§4-1

距离丈量

距离测量是野外测量主要内容之一，其最终目标与角度测量一样，都是为了确定地面点位置。所谓距离是指两点间水平长度。当前，最惯用测距方法有三种，即：直接丈量、视距测量和电磁波测距。本节介绍直接丈量工具和方法。一、丈量工具

第2页钢尺钢尺长度有20m、30m和50m三种。依据钢尺零点位置不一样，可分为端点尺和刻线尺两种。端点尺，以尺最外端边线作为刻划零线。刻线尺，以刻在钢尺前端“0”刻线作为尺长零线。2.皮尺皮尺是用麻丝与金属丝织成带状尺。惯用有20m、30m和50m等，尺上刻划至厘米，普通为端点尺。皮尺弹性大，只用在精度较低量距工作中。

花杆和测钎是量距辅助工具。花杆用于直线方向标定，测钎用来标定丈量尺段端点和计数尺段。第3页

端点尺刻线尺

钢尺皮尺花杆测钎三角架第4页二、直线定线

当丈量边长较长，需要在待测直线上插入一些点，并使相邻点在同一条直线上，这项工作称为直线定线。普通量距用目估法定线，当精度要求较高时，也可用经纬仪定线。目估定线法

A12BA12B图4-1目估定线第5页经纬仪定线法

在待测距离一端点A安置经纬仪，然后照准另一端点B花杆，固定照准部，并指挥另一司尺员在距B小于一整尺段地方沿垂直于测线方向左右移动，直到与望远镜竖丝完全重合为止。经纬仪定线法示意图第6页三、距离丈量普通方法距离丈量目标在于取得两点间水平距离。依据地面坡度不一样，量距可分为平坦地面和倾斜地面量距两种。平坦地段量距首先定线，然后逐段丈量，则所求距离即为各尺段之和。为了提升精度，通常往返丈量。当相对误差低于限差时，取平均值作为最终结果。

第7页倾斜地段量距平量法

假如各尺段两端高差较小，可将尺一端抬高，或两端同时抬高，目估使尺面水平，尺末端用垂球对点，逐段丈量，最终累加求和即为所求距离。如图4-2所表示。图4-2平量法D第8页斜量法如倾斜地面坡度较大，如图4-3所表示，而且坡度较均匀，则可沿斜坡量出倾斜距离Dˊ，再测出两点间高差h，然后用公式（4-1）计算水平距离D,也可量出斜距Dˊ后，用仪器测出其地面倾斜角α，按公式（4-2）计算水平距离D。D=(D´2-h2)1/2

(4-1)

D=

D´cosα(4-2)图4-3斜量法DD'αhAB第9页§4-2

视距测量

视距测量属于光学测距中定角测距，它是利用望远镜内十字丝平面上上丝和下丝配合视距尺，依据几何光学和三角学原理，能够同时测定两点间水平距离和高差。此法含有操作方便、速度快、不受地形起伏限制。但普通视距精度较低，测距时相对精度约为1/200～1/300。所以，惯用于低精度测量工作。一、视距测量原理第10页DlFfδMNivABh图4-5视距测量原理（视线水平）dnm第11页视线水平时视距测量原理如图4-5所表示，欲测定A、B两点间平距D及高差h，点安置仪器，点竖立视距尺，使望远镜视线水平照准尺子，读取上下丝读数，则有：

d=f／p×l(4-8)又

D=d+f+δ=f／p×l+f+δ

所以

D=kl

(4-9)在平坦地域视线水平时，读取十字丝中丝在尺上读数v，量取仪器高i，则测站点与所测点之间高差h为

h=i–v(4-10)第12页图4-6视准轴倾斜时测量原理

h′

第13页视线倾斜时视距测量原理在地形起伏较大地域进行视距测量时，望远镜视准轴是倾斜，所以应该加测竖直角。因为视准轴不再垂直于视距尺，所以必须加入两项更正：视准轴不垂直于视距尺更正，由l求出l´，以求得斜距D´；2)视线倾斜更正，由斜距D´化为平距D。l´=lcosα(l尺间隔，α竖直角，i仪器高

v中丝读数)

D´=kl´=klcosαD=D´cosα=klcos2α(4-11)h=h´+i–v=Dtgα+i–v(4-12)第14页二、视距测量观察与计算（一）视距测量在测站点上安置经纬仪，量取仪器高i，记入手簿。在另一个点上竖立标尺。盘左位置瞄准目标尺，读取下丝读数a、上丝读数b和中丝读数v。转动指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数并记入手簿。倒转望远镜，用盘右位置瞄准标尺，重复2、3步骤观察和统计。称为一个测回。若精度要求较高，能够增加测回数；若精度要求较低，普通只用盘左观察半个测回。

第15页

为了简化计算，在观察中可使中丝读数v等于仪器高i或为比仪器高大或小整米数，如i=1.430m,可使中丝读数v=1.430m,这么式（4-11）中-v=0,则高差h=h´。（二）视距测量计算视距测量计算可直接用普通函数计算器按公式（4-10）和（4-11）计算出测站点至待定点水平距离、高差。也可用编程计算器预先编制成程序进行计算。

D=D´cosα=klcos2α(4-11)

h=h´+i–v=Dtgα+i–v(4-12)

第16页§4-3

光电测距

伴随当代电子技术发展，出现了用电磁波进行测距方法，这大大改进了作业条件，提升了测距精度和效率，使测距发生了革命性改变，本节仅简单介绍电磁波测距仪分类、基本原理以及在地形测量中常见测距方法。一、分类1.按载波可分为：2.按测程可分为：

①微波测距仪1）短程测距仪（<3km)②激光测距仪2）中程测距仪（3~15km）③红外测距仪3）远程测距仪（>15km）第17页3.按测距精度4.按测距方式

1)超高精度测距仪

1)脉冲式测距仪

2)高精度测距仪

3)普通精度测距仪2)相位式测距仪二、基本原理电磁波测距基本原理是经过测定电磁波束在待测距离上往返传输时间t2D，见图4-7，利用以下基本公式来计算待测距离D：

D=ct2D

/2(4-13)依据测定时间t方法不一样，又分为脉冲法和相位法两种。第18页ABD测距仪反射器图4-7光电测距原理第19页BA'起点T

λλλλ2π2π2π2πΔφφ往程返程A返回到起点图4-8相位式测距原理Δλ第20页能分能合测距仪

测程:3¬5km精度:5+3ppm/3+3ppm

第21页§4-4

电子全站仪测量一、电子全站仪概述

电子全站仪是全站型电子速测仪简称，它是指在测站上一经观察，必要观察数据如斜距、天顶距（竖直角）、水平角等均能自动显示，而且几乎是在同一瞬间内得到平距、高差和点坐标。如经过传输接口把全站型速测仪野外采集数据终端与计算机、绘图仪连接起来，配以数据处理软件和绘图软件，即可实现测图自动化。第22页徕卡TPS全站仪主要特点采取先进技术摩擦制动、无限位微调红外测距与激光测距结合绝对度盘编码技术激光对中技术自动加温技术热触发键第23页第24页第25页第26页NTS-352（2"）

NTS-355（5"）

NTS-355S（5"）3.NTS-352/355/355S系列

技术指标：精度2″∕5″，3+2ppm,测程2.6KM/2.3KM

功效：汉字内存+数字键

NTS-352（2"）NTS-355（5"）NTS-355S（5"）第27页§4-5

直线定向

确定一条直线与标准方向角度关系，称为直线定向。要确定两点间平面位置相对关系，除了测量两点间距离外，还要知道直线方向。一、标准方向种类测量工作采取标准方向有真子午线、磁子午线和坐标纵轴方向(三北方向)。三北方向图

第28页真子午线方向（真北）经过地面上某点指向地球南北极方向线，叫做该点真子午线方向。可用天文测量方法测定。磁子午线方向（磁北）磁针水平静止时所指方向线，即为该点磁子午线方向。用罗盘仪能够测定。坐标纵轴方向（坐标北）坐标纵轴方向就是直角坐标系中纵坐标轴方向。假如采取高斯平面直角坐标，则以中央子午线作为坐标纵轴。第29页二、直线方向表示方法—方位角

表示直线方向有方位角及象限角两种，因为当代测量中后者极少采取，故重点介绍方位角。方位角：由标准方向北端起，顺时针方向量至某直线角度，称为该直线方位角。角值从0º～360º。如图4-14所表示。若标准方向是真子午线，测量所得方位角为真方位角，用α真表示；若标准方向是磁子午线方向，则量得方位角叫做磁方位角，用α磁表示；若纵坐标轴方向为基本方向，所确定方位角为坐标方位角，以α表示。

第30页NABCDαOAαOBαOCαODO图4-14方位角第31页象限角

从标准方向北端或者南端起到已知直线之间夹角，称为象限角，用R表示。因为象限角可自基本方向北端量起，也可自南端量起；能够向东量，也能够向西量；所以，用象限角定向时，不但要注明角度大小，还要注明它所在象限。

如图所表示，北东R1、南东R2、南西R3、北西R4分别为四条直线象限角。

第32页三、正、反方位角关系

因为地面上各点子午线方向都是指向地球南北极，除赤道上各点子午线是相互平行外，其它地面上各点子午线都不平行，这给计算工作带来不便。而在一个坐标系中，纵坐标轴方向线均是平行。所以，在普通测量中，都以纵坐标轴方向作为标准方向，这么可使地面上各点标准方向都相互平行。用坐标方位角表示直线方向，计算就方便了。第33页

任一直线都有正、反两个方向。直线前进方向方位角叫做正方位角，其相反方向方位角叫做反方位角。因为同一直线上各点标准方向都与X轴平行，所以同一条直线上各点坐标方位角相等。如图4-15所表示，设直线P1至P2坐标方位角α12为正坐标方位角，则P2至P1方位角α21为反坐标方位角，显然，正、反坐标方位角相差180˚，即

α12=α21±180˚（4-19）

第34页α12坐标纵线坐标纵线α21P1P2图4-15正、反方位角关系第35页四、几个方位角之间关系真方位角与磁方位角关系

因为地磁南北级与地球南北极并不重合，所以，过地面上某点磁子午线与真子午线不重合，其夹角δ称为磁偏角。如图4-16。磁针北端偏于真子午线以东称东偏，取正值；偏于以西称西偏，取负值。直线真方位角与磁方位角之间可用下式换算：

第36页α磁α真α磁+δOP真北磁北真北磁北α真-δOP图4-16真方位角与磁方位角关系α真=α磁+δ

（4-20）

第37页真方位角与坐标方位角关系由高斯分带投影可知（详见第七章），除了中央子午线上点外，投影带内其它各点坐标轴方向与真子午线方向也不重合，其夹角γ称为子午线收敛角，如图4-17所表示。真方位角与坐标方位角之间关系可用下式换算：

α真=α+γ（4-21）N图4-17子午线收敛角-γ+γ第38页§4-6

罗盘仪测定磁方位角

一、罗盘仪结构罗盘：包含磁针和刻度盘两部分。刻度盘有1o和30´两种基本划分，按逆时针从0o注记到360o。望远镜：外对光望远镜，视