工程测量员培训附自测试题八

1《测量学》61§4-1距离测量概述测距技术的发展：从直接用各种尺子量距—光学间接测距—磁波物理测距测距工具：直接量距—木尺、织物卷尺、钢卷尺、钢线尺光学测距—光学仪器的视距测量、基线尺视距测量、光干涉测距电磁波测距—用物理测距仪器的微波测距、红外光测距、激光测距

261§4-2卷尺量距一、钢卷尺和丈量工具31.卷于尺盒内或尺架上的钢卷尺尺头及尺上分划尺长20m、30m、50m61尺上具有毫米分划、厘米和米的数字注记尺盒尺架广泛用于地形测量

和工程测量的各种钢卷尺450m长钢尺20m钢尺5m小钢尺经典的测量工具目前仍有广泛用途612、玻璃纤维尺：高精度距离丈量3、辅助工具 花杆，测钎，垂球及三脚架、温度计和弹簧秤等。测钎标杆弹簧秤垂球

当两个地面点之间的距离较长或地势起伏较大时，需要分成几个尺段进行丈量。为使多个尺段沿已知方向进行，需要在两点间的直线上再标定一些点位，这一工作称为直线定线。

二、直线定线1、目估法定线2、经纬仪定线

精密量距用，点间要通视二、直线定线7用标杆进行目测定线：

AB两点之间由于距离过长，需要在AB直线上用标杆目测定出1、2两点。61由甲按照AB方向指挥乙将标杆插在方向线上

目估法定线

目估法定线

用经纬仪定线长距离的直线精密定线得借助于经纬仪望远镜十字丝的瞄准标杆或测钎，代替目视瞄准。10用经纬仪延长直线，如需要将AB直线延长至C；B点置经纬仪，盘左后视瞄准A点，制动照准部，倒镜前视得C′点；盘右后视瞄准A点，制动照准部，倒镜前视得C″点；取C′C″的中点C，则A-B-C精确地位于一直线上。61称为延长直线的经纬仪正倒镜分中法经纬仪仪定线线A1325B4(一)平坦地地面的的丈量量方法法例如从从A量至B，由后后尺手手定向向，先先量整整尺段段，最后量量余长长。12三、距离丈丈量AB的平距距：DAB=n×尺段长长+余长61n—整尺段段数lo—尺段长长Δl—余长沿倾斜斜地面面AB量得的的为斜斜距S，设两两点间间高差差为h,则用下下式将将其归归算为为平距距D：13（二））倾斜斜地面面丈量量方法法一般量量距相相对精精度：：往测距距离－－返测测距离离距离平平均值值<1300061四、钢尺长长度检检定尺长方方程式式：14钢尺两端端分划之之间的标标准长度度称为实际长度度，末端分分划的注记长长度称为为名义长度度。丈量时时的地面面温度对对尺长也也有影响。。经过钢钢尺长度度检定，，得到尺长方程程式，用以计计算量得的的实际长长度。61五、钢尺尺量距的的长度改改正用钢尺沿沿倾斜地地面量得得的名义义长度D′：15D'hD长度改正正：改正后长长度：61钢尺量距距长度改改正的计计算数例例16D´=234.943m,t=32.4°°C,h=2.54m尺长方程程式:观测数据据:长度改正正值:改正后长长度:61六.钢尺精密密量距的的方法1、清理场场地2、定线用经纬仪仪进行定定线，依次定出出比钢尺一整整尺略短短的A1、12、23………等尺段。。在各尺尺段端点点打下大大木桩。3、测量桩顶顶高程要用水准准测量方方法测出出各桩顶顶的高程程，以便便进行倾倾斜改正正。4、丈量量方法用经过检定的钢钢尺丈量量相邻两两木桩之之间的距距离。每尺段要要移动钢钢尺位置置丈量三三次，三次测测得的结结果的较较差一般般不得超超过2mm。每量一尺尺段都要要记录测量量温度和使用的的拉力。。5、计算算1、定线线误差2、尺长长误差七.钢尺量距距的误差来来源3、温度度误差4、拉力力误差5、尺子子不水平平的误差差6、钢尺尺垂曲和和反曲的的误差19视距测量量是利用用测量望望远镜中中十字丝平面的的视距丝丝及视距距尺，按按光学原原理，间接测定定距离的的方法。。§4-3视距测量量视距测量量曾广泛用于于地形测测量等,目前已被被测距仪代代替，但但仍用于水水准测量量中的前后后视距离离测定。（n为视距间间隔）61视距丝水平视线线，上丝丝在视距距尺上读读数a,下丝读数数b，则水平平距离D：视距尺一、视线水水平时的的距离公公式l为视距间间隔，p为视距丝丝的间距距，f为物镜焦焦距，δ为物镜至至仪器中中心的距距离。由由相似三三角形m´n´F与MNF可得：则A、B两点间的的水平距距离为令则同时，由由图可以以看出A、B的高差h=i-vD=kLD=100Lh=i-vK—乘常数（（100）L—尺间隔i—仪器高v—水准尺读读数(中丝读数数）一、视线水水平时的的距离公公式二、视线线倾斜时时的距离离和高差差公式设MN为l，M´N´´为l´，则得倾斜距距离所以A，B的水平距距离由图中看看出，A，B间的高差差h为所以D=KL*cos²αh'=½KL*sin2αh=h'+i-v式中K—乘常数L—尺间隔h'—高差主值值i—仪器高v—水准尺读读数二、视线线倾斜时时的距离离和高差差公式两点间,测定电磁磁波往返返传递的的速度C和时间t,计算距离离:24一、电磁磁波测距距的基本本工作原原理测距仪按按不同的的电磁波作作为载波波，分为：微波测距距仪红外光测测距仪激光测距距仪AB测程，A点安置测测距仪，，B点安置反反射器，，测定AB之间的斜斜距S。后二者又又称光电测距距仪61关于光速速光波在真真空中的的传播速速度C0是一个重重要的物物理量，，近代科学实验验已精确确测定：：C0=(299792458±±1.2)m/s。光波在大大气中的的传播速速度C为：25n为大气折折射率，，为为光波波波长，t、p为大气温温度及气气压。关于测定光波波往返传播时时间光速近于300000km/s,地面两点间传传播时间极短短,直接测定时间间几乎不可能能。因此必须须将光波用高高频电振荡调调制，用脉冲法或相位法间接测定两点点间光波传播播时间。61关于测距时的的大气温度和和气压26大气的温度和和气压影响其其对光波的折折射率，从而影响光速速和光电测距距的计算，其其影响与距离离的长度成正比比。通风温度计空盒气压计61因此，长距离离的精密测距距必须用空盒盒气压计与通通风温度计，，测定观测当当时的气温和和气压，加以以改正。（一）脉冲式式测距27将发射光波的的光强调制成成高频光脉冲冲，再由时标标振荡器产生产生时标标脉冲(周期T0)，二者都经过过电子门；61脉冲光发射脉冲光接收电子门脉冲计数器距离计算及显显示关门开门发射脉冲光打开电电子门，反射射回来的脉冲冲光关闭电子子门；在开关门之间,时标脉冲计数数器计数为m；则mT0为脉冲光往返返传播时间t,据此可根据光光速计算距离离：（二）相位式测距28用高频电振荡荡(周期T)将发射光进行行振幅调制,使光强随电振荡而产生生周期性的明明暗(相位φ)变化；61高频调制器产生调制光调制光波发射射与接收调制光波明暗暗相位变化高频发生器调制光在测程程上往返传播，，同一瞬间仪仪器的发射光光与接收光产产生相位差Δφ，据此可算出出光波往返传传播时间t。设光速为C,调制振荡频率率为f,振荡周期T=1/f,则调制光的波长为：29调制光在测程程的往返传播播时间t内,变化N个整周(NT)和一个另数ΔT，即:61因此,光速可表示为为：代入电磁波测测距基本公式式:测站反射棱镜得到相位式测距的的基本公式：调制频率与光光尺长度由此可见,相位式光电测测距和钢尺量量距有一点相相似之处：相当于于用一支长度度为λ／2(半波长)的“光波尺””量距,N为“整尺段数数”,(λ/2)×(Δφ/2π)为“余长”30相位式测距基基本公式：调制频率f30MHz15MHz7.5MHz1.5MHz150kHz光尺长度λ／25m10m20m100m1000m61光源的波长λg在标准气象状状态(t=15°C,p=1013mPa)计算而得，因因此,调制光的“光光尺长度”，，可由调制频频率确定。调制频率(概值)与光尺长度(半波长)的关系：调值频率与光光尺长度的近近似值关系31二、光电测距距仪及反射器器开始时,光电测距仪为一架单独的的测量仪器；；仪器小型化化后,可架设于经纬纬仪上方、成成为测角和测测距的联合体体。目前，将测距距仪中的光电电发射和接收收系统以及脉脉冲计、相位位计等微电子子元件和经纬纬仪的瞄准望望远镜组装在在一起，而成成为同时可以以测距和测角角的电子全站仪，一般不再使使用单独的测测距仪。（一）光电测测距仪61全站仪32（二）反射器器反射器为测距距仪的配套部部件。反射器器分为全反射棱镜和反射片两种，前者经经常用于控制制测量中长距距离的精密测测距；后者用用于近距离的的测距，例如如地形测量和和工程测量。。61入射光反射光全反射棱镜（（简称反射棱棱镜或反光镜镜）是用光学学玻璃磨制成成的四面体，，如同正立方方体上切下的的一个角锥体体，能使入射射光从原光路路返回发射源源。安装于基座上上的反射棱镜，与与瞄准觇牌配配套。33各种形式的反反射器适用于长距离离的三块棱镜的组合(三棱镜)适用于中,短距离的小型棱镜镜,可手持或安装装于标杆头上。。适用于近距离细部测量的反射片6134三、光电测距距的长度改正正（一）测距仪的乘乘常数和加常数改改正（二）气象改正乘常数改正数：加常数改正数：测距仪通过标准长长度的检定，得到到仪器的乘常数R和加常数C。乘常数改正与距距离长度成正比，，加常数与长度无关。影响光速的大气折折射率n是气温t、气压p的函数。气象改正数与距离离长度成正比：某测距仪的气象改正系数改正后长度：6135四、光电测距的精精度分析（一）光电测距的的误差来源1.调制频率误差2.气象参数测定误差差根据得到：调制频率的相对误误差使距离测量产产生相同的相对误误差根据得到：如果气温测定误差差为±1oC,或气压测定误差为为±4MPa,使距离测量产生相相对误差为±1×10－661364.反射器常数误差5.仪器和目标的对中中误差3.脉冲测定与相位测测定的误差相位式测距仪的相相位测定误差,或脉冲式测距仪的的脉冲测定误差影影响距离测量的尾尾数，故与距离长长短无关。误差的的大小决定于仪器器的精度和测距时时的自然环境,例如天气的阴晴、、大气的透明度、、杂散光的干扰等等。反射器应与测距仪仪配套，加常数各各不相同，且在测测距仪中可预置加加常数自动改正。。如果不配套、设设置有误或瞄准目标不准确，，即会产生这种误误差。测距仪测定仪器中中心至目标标志中中心的距离，如果果仪器或标志对中不正确确，会影响距离测测量的精度。6137（二）光电测距的的精度指标光电测距仪的“标称精度”是指测距仪本身身引起的测距误差差。仪器的测相误误差、棱镜常数误误差与测距的长短短无关，称为“常误差”（或称固定误差差），用“a”表示；而仪器的的频率误差和正常常大气状态下的气气象因素误差则与与测距的长度D成正比，称为“比例误差”，其比例系数用用“b”表示。因此，测测距仪的标称精度度一般用下式表示示：61在仪器说明书中，，比例系数b一般以百万分率(ppm)表示。例如a=5mm，b=5mm/km，距离D的单位为千米(km)。例如各种测距仪仪和全站仪的测距距标称精度有：±(5+5××10－6D)mm,±(3+2××10－6D)mm±(2+2××10－6D)mm,±(1+1××10－6D)mma、b的数值越小，则测测距仪的精度级别别越高。38一、近距离的平距距和高差计算B点的高程为：测得AB的倾斜距离S（≦300m），A点高程HA，在测站A观测直角,则两点间平距D、垂距V和高差hAB为：§4-5光电测距的归算61i为仪器高,l为目标高DVShAB39二、远距离测量的的高程归算（D﹥300m）距离测量是在测区区的地面上进行的的，测站与目标离离大地水准面都有有一定的高度。测测站A和目标B的平均高程是测距距时视线的平均高高程Hm,高程归算改正值：：61因此测得的水平距距离是视线平均高高程面上的距离D,需要将D归算至大地水准面面上，其长度为D0，则大地水准面hm40远距离三角高程测测量受大气垂直折折光影响倾斜视线穿过密度度逐步变稀的各层层空气介质，层面面上的折射角R总是大于入射角I，使视线成为一条条向上凸的曲线。。61这种现象称为”大气垂直折光”，使视线的切线线方向向上抬高，，以致测得的垂直直角和高差偏大，，对于远距离的三三角高程测量，需需要进行改正。CC′41三、远距离的三角角高程测量计算距离较远时,考虑地球曲率差和和大气折光差对高高差的影响,应对观测得到的高高差加“球差改正正”和“气差改正正”(总称“两差改正”)：球差改正：两差改正：（折光系数k=0.14）D（m)1002005001000f(mm)13176761f1f2气差改正：42三角高程测测量两点距距离较远时时，应考虑虑加地球曲率和大气气折光影响响的改正（（两差改正正）；两点间对对向观测高高差取平均均，能抵消消两差影响响；三角高程程测量通常常组成附合合或闭合路路线，以检检验观测精度度；用电子全站站仪进行三三角高程测测量，能代代替三、四等水准测测量。三角高程测测量的一些些特点：61三角高程测测量的计算算数例（对向观测测）43表4-5光电测距的的平距和高高差计算(单位：m)测距边ABBC测站ABBC目标BACB斜距S303.393303.400491.360491.333垂直角α+11°32′49″-11°33′′06″+6°41′48″″-6°42′04″″D=S﹒cosα297.253297.255488.008487.976平均平距297.254m487.992mV=S﹒sinα+60.730-60.756+57.299-57.334仪器高i1.4401.4911.4911.502-目标高l-1.502-1.400-1.522-1.441两差改正f0.0060.0060.0160.016h=V+i－l+f+60.674-60.659+57.284-57.257平均高差+60.666m+57.270m

61§4-6电子全站仪仪一、电子全全站仪概述述44电子全站仪仪是一种利利用机械、、光学、微微电脑等元元件组合而而成、可以以同时进行行角度测量量和距离测测量、并可可进行有关关计算的高高科技测量量仪器。由由于只要在在测站上一一次安置该该仪器,便可以完成成该测站上上所有的测测量工作,故称为“电电子全站仪仪”,简称“全站站仪”（TotalStationInstrument）。起初的全站站仪是将电电子经纬仪仪和测距仪仪组装在一一起，并可可分离成两两个独立的的部分，称称为积木式式全站仪。。后来改进进为将光电电测距仪的的调制光发发射接收系系统的光轴轴和经纬仪仪的视准轴轴组合成分分光同轴的的整体式全全站仪，并并配置电子子计算机的的微处理机机和系统软软件，使具具有将测量量数据储存存、计算、、输入、输输出等功能能。6145全站仪的组组合框图6146地面测量仪仪器发展简简史－全站仪诞生生前1952197019211973测距仪器：

测角仪器：（经纬仪）1978198019901990198061（由独立测测距仪到附附加于经纬纬仪之上））47地面测量仪仪器发展简简史－全全站仪诞生生90年代起：电电脑型全站站仪特特点：菜单单操作，机机载载软件，可可系统开发发，与GNSS接收机联合合。TC16101991双轴补偿菜单功能键操作作TPS10001994双轴补偿软功能键操作(图标操作)自动目标识别TPS11001999双轴补偿软功能键操作(图标操作)自动目标识别免棱镜测距TPS12002004双轴补偿软功能键+快捷键操作(图标操作)自动目标识别免棱镜测距与GNSS联合作业61通过输入、输出出设备，可以与与计算机交互通通讯，使测量数数据直接进入计计算机，据此进进行计算和绘图图；测量作业所所需要的已知数数据也可以从计计算机输入全站站仪。一些全站仪将电电荷耦合器件（（CCD—ChargeCoupledDevice）与传动马达相相结合，使具有有对目标棱镜的的自动识别、跟跟踪和瞄准（ATR，AutomaticTargetRecognition）功能；CCD还用于度盘读数数、构成电子水水准器等。一些全站仪将全全球定位系统(GNSS)接收机与之结合合，以解决仪器器自由设站的定定位问题。全站站仪的这些功能能不仅使测量的的外业工作高效效化，而且可以以实现整个测量量作业的高度自自动化。电子全全站仪已广泛用用于控制测量、、地形测量、施施工放样等方面面的测量工作。。48全站仪功能的逐逐步改进6149全站仪的发展趋趋势－仪器作业进进一步自动化仪器对中自动化化基座安平自动化化仪高量取自动化化对目标自动跟踪踪和瞄准目标中心位置十字丝中心位置置搜索跟踪照准6150苏光810系列全站仪特点：彩色触摸摸屏,可实时成图,WINCE5.0操作系统,64M存储器。61测角精度±2″测距精度±(2＋2D×10-6)mmSET-230R全站仪51操作面板61TCA2003全站仪52操作面板61高精度多功能测角精度±0.5″测距精度±(1+D×10－6)mm53二、全站仪的特特殊部件与功能能（一）多功能同轴望远镜

将瞄准用的物镜镜、目镜、调焦焦透镜与红外测测距、激光测距距的发射和接收收安装在同一光光学系统中，成成为多功能的同同轴望远镜。6154操作面板包括控控制按键、数码码(字母和数字)按键和较大的显显示屏，显示屏屏包含软键(功能键)以及触摸功能；；显示屏还可以以分页，可展示示主菜单和若干干级子菜单；显显示屏还可以显显示图形，例如如野外实时显示示所测地形图的的局部图形，便便于检查和修测测或补测。（三）传感器全站仪中的传感感器包括：度盘盘读数传感器,纵轴倾斜传感器器,目标搜索传感器器等。利用发光光二极管或外来来光线及CCD(电荷耦合器件)阵列。61551.度盘读数传感器器较先进的全站仪仪用条码度盘和和CCD传感器读数，发发光管发光透过度盘盘编码，由一组组线性CCD阵列读数。一般在度盘对径设设置一对线性CCD传感器，以消除度盘盘偏心误差。度盘条码条码度盘发光二极管线性CCD阵列反光棱镜612.纵轴倾斜传感器器56仪器的纵轴倾斜斜影响视准轴的瞄准、、水平度盘和垂直度盘盘的读数。对此，全站站仪设置“双轴倾斜补偿器器”双轴指视准轴在在水平面上投影和横轴轴方向。61传感器通过屏幕幕显示该两方向向的倾角和水准准气泡。据此可可用脚螺旋精确确置平仪器，而而遗留的双轴倾倾斜则传感器按其倾角计算改改正值，自动显示改正后后的度盘读数。纵横方向的倾角角虚拟水准气泡影影像57（四）存储器（五）通讯接口口站仪的存储数据据可以通过RS232C串行接口或USB接口与计算机双向通通讯。一些全站站仪有无线电收收发装置或蓝牙通讯装置与外外围设备(如遥控器等)双向通信。存储器分为机内内存储器和存储储卡。前者相当当于计算机的硬硬盘和内存，后后者相当于优盘盘。全站仪有相相当大的存储量量，例如苏光RTS810全站仪有64MB(RAM)和32MB(ROM)。可以记录数天天的野外观测，，数千个细部点点的距离角度观观测值和计算的的坐标数据。6158（六）360°棱镜与镜站遥控控系统360°棱镜使多台全站站仪可以同时瞄准一点，也可可使立于细部点点的棱镜(镜站)可忽略棱镜的方方向。360°棱镜镜站遥控器61镜站遥控器有发发射和接收装置置，可以由镜站站指挥全站仪(全站仪要有目标标自动跟踪功能能)的操作，实现无无人测站，因为为细部点的选择择主要由镜站人人员决定。镜站遥控全站仪仪进行细部测量量59360°棱镜和发射接收装置全站仪镜站遥控器61三、全站仪的功功能和使用全站仪的功能比比较全面，几乎乎包括地面测量量的所有工作，，例如各种地面面控制测量（导导线测量、交会会定点、三角高高程测量）、地地形测量的数据据采集、工程测测量的施工放样样和变形观测等等。经常使用的的操作功能为：：角度测量、距距离测量、极坐坐标法坐标测量量、极坐标法施施工方样。6061以下介绍SET230R全站仪的功能和和使用：61（一）SET230R全站仪的功能及及使用1.观测前的准备工工作2.角度测量3.距离测量4.三维坐标测量仪器技术指标：：测角精度±2″测距精度(激光测距)用棱镜±(2+2×10-6D)mm免棱镜±(3+2×10-6D)mm气象改正(输入气温、气压压)内存容量约10000个细部点61SET230R621.显示屏；2.软键；3.回车键（输入键））；4.电源开关；5.退回或取消键；8.大小字母转换键；；9.照明键；10.功能转换键7.光标移动键；6.删除键；SET230R操作面板61SET230R功能菜单框图6163按功能键依次进入各层菜单按ESC键依次退回64在操作面板上按ON键打开电源，仪器器进行自检，屏幕显示测量模式式（图(a)）；如果此时仪器置平平未达到要求,则度盘读数行显示示“超出”警告（图(b)），应根据水准管管气泡重新整平仪仪器，再进行屏幕幕操作。6165SET230R的角度测量61仪器安置在测站S,瞄准左目标L,按0SET功能键,使水平度盘读数(HAR)为0°,天顶距读数(ZA)为88°45′36″；转动照准部瞄准准右目标R,水平度盘读数即为为水平角126°13′45″″，天顶距读数为91°24′18″：66SET230R的距离和角度测量量61距离测量之前，应应设置测距参数：：在“测量模式””屏幕按“改正””功能键，显示EDM屏幕(下图)，设置测距模式、、反射器、棱镜常常数、温度、气压压等参数：67距离和角度测量照准目标中心，按按“距离”功能键键，进行距离测量量，竖盘的天顶距距读数和水平度盘盘读数也同时显示示：完成距离测量后，，按“切换”功能能键可以使距离值值在斜距(S)、平距（H）、垂距（V）之间变换显示。。6168SET230R的三维维坐标标测量量（1）指定定工作作文件件61主要用用于地地形测测量的的细部部点坐坐标测测定。。先根根据测测站点点和后后视点点的坐坐标，，瞄准准后视视点进进行测测站定定向；；指定定记录录细部部点坐坐标用用的工工作文文件；；然后后开始始进行行细部部点的的三维维坐标标测量量。从“状状态显显示””屏幕幕进入入“内内存””模式式，选选取““文件件”选项。。有有10个工作作文件件可供供选用(原名JOB01～JOB10)，文件名可