測量學(xué)(第四章,距離測量與直線定向)ppt課件

1、 距離一般是指地面上兩點間的水平距離水平距離，是確定地面點相對位置的三個基本要素之一。 距離測量(distance measurement)是測量工作的三項基本工作之一。距離代表了測量對象的尺度。在實際作業(yè)中若測得的是傾斜距離，需要改化為水平距離，則可用平面測量的數(shù)據(jù)處理。 現(xiàn)階段常用的測量距離的方法有鋼尺丈量、光電測距、視距測量三種。 4.1 距離丈量距離丈量1 距離丈量的常用工具 丈量距離的工具由所需距離的精度決定。(steel tape)注：一般鋼尺在始端一分米長度內(nèi)有毫注：一般鋼尺在始端一分米長度內(nèi)有毫米分劃，用來量取小于厘米的長度?；蛎追謩潱脕砹咳⌒∮诶迕椎拈L度。或有的鋼尺整個尺段

2、內(nèi)都有毫米分劃，適有的鋼尺整個尺段內(nèi)都有毫米分劃，適宜于精度要求較高的距離丈量。宜于精度要求較高的距離丈量。皮尺是用細銅絲皮尺是用細銅絲和麻線合織而成和麻線合織而成的帶尺，屬端點的帶尺，屬端點尺（即尺長從始尺（即尺長從始端拉環(huán)的外側(cè)算端拉環(huán)的外側(cè)算起）。最小分劃為厘米，其它注記與鋼起）。最小分劃為厘米，其它注記與鋼尺相同。皮尺長度有尺相同。皮尺長度有20m,30m,50m三種。三種。皮尺的耐拉力較差，容易拉長，只能用皮尺的耐拉力較差，容易拉長，只能用于低精度要求的量距工作。于低精度要求的量距工作。測繩由一束細金屬絲外裹帶膠的粗布制測繩由一束細金屬絲外裹帶膠的粗布制成。長度為長度為成。長度為長度

3、為30m，50m，100m三三種。尺端零點位置在距拉環(huán)種。尺端零點位置在距拉環(huán)50cm處，處，每米一注記。一般用于要求精度不高的每米一注記。一般用于要求精度不高的量測工作。量測工作。 標桿標桿(measuring bar)用木材用木材（玻璃鋼）制成，長度為（玻璃鋼）制成，長度為2m或或3m，用紅白油漆交替漆，用紅白油漆交替漆20cm的小段，桿的底部裝有的小段，桿的底部裝有鐵尖以便插入地中，或?qū)疏F尖以便插入地中，或?qū)庶c的中心，作為觀測覘標用。點的中心，作為觀測覘標用。(measuring rod) 一般用鋼絲制成。作一般用鋼絲制成。作為量矩的輔助工具，它是為量矩的輔助工具，它是用來標定尺段的

4、端點位置用來標定尺段的端點位置和統(tǒng)計所量整尺段數(shù)目。和統(tǒng)計所量整尺段數(shù)目。(plumb bob)垂球多用鋼制成。當?shù)孛娲骨蚨嘤娩撝瞥?。當?shù)孛嫫露容^大時，坡度較大時，用以垂直投用以垂直投點來標定測點來標定測尺的端點位尺的端點位置。置。彈簧秤在精度較高的量距時，用于測量量距時的拉力，以對觀測距離加以改正。2 點的標定與直線定線u地面點的標志u直線定線 當被量距離大于一鋼尺長度或地面坡度較大時，在丈量之前必須進行直線定線，以使所量測距離為地面上兩點間的直線距離。所謂直線定線就是在地面上標定出位于同一直線上的若干點，以便分段丈量。即根據(jù)精度要求不同，可分為目視定線和經(jīng)緯儀定線兩種。ADCB直線定線一般

5、由遠到近，稱為直線定線一般由遠到近，稱為；如果由近到遠稱為；如果由近到遠稱為。ABCD3 丈量方法分為整尺法和串尺法兩種。丈量方法分為整尺法和串尺法兩種。丈量時由兩人進行，各持鋼尺的一端，前者丈量時由兩人進行，各持鋼尺的一端，前者稱為前尺手，后者稱為后尺手。前尺手拿測稱為前尺手，后者稱為后尺手。前尺手拿測釬和標桿，后尺手將釬和標桿，后尺手將零點對準起點，前零點對準起點，前尺手沿丈量方向拉直尺子，并由后尺手定方尺手沿丈量方向拉直尺子，并由后尺手定方向。當前、后尺手同時將鋼尺拉緊、拉平、向。當前、后尺手同時將鋼尺拉緊、拉平、拉穩(wěn)時，后尺手準確地對準起點，同時前尺手拉穩(wěn)時，后尺手準確地對準起點，同時

6、前尺手將測釬垂直插到終點處，這樣就完成了第一尺將測釬垂直插到終點處，這樣就完成了第一尺段的丈量工作。兩人同時抬尺前進，后尺手走段的丈量工作。兩人同時抬尺前進，后尺手走到插測釬處停下，重復(fù)上面作業(yè)，量出第二尺到插測釬處停下，重復(fù)上面作業(yè)，量出第二尺段，后尺手拔起測釬套入鐵環(huán)內(nèi)，再繼續(xù)前進。段，后尺手拔起測釬套入鐵環(huán)內(nèi)，再繼續(xù)前進。依同法量至終點。若末一段不足一整尺時，應(yīng)依同法量至終點。若末一段不足一整尺時，應(yīng)利用尺端刻有毫米的分劃線量出零數(shù)。其兩點利用尺端刻有毫米的分劃線量出零數(shù)。其兩點間的水平距離為：間的水平距離為：即：qlnD 當量距的精度要求較高時，采用串尺法進當量距的精度要求較高時，采用

7、串尺法進行。如下圖所示：行。如下圖所示： 丈量前，按直線定線方法，在丈量前，按直線定線方法，在AB直線上，直線上，定出若干小于尺長的尺段，如定出若干小于尺長的尺段，如A1、12、7B。從一端開始依次分別丈量各尺段。從一端開始依次分別丈量各尺段的長度。丈量時，在尺段的兩端點上將鋼尺的長度。丈量時，在尺段的兩端點上將鋼尺拉緊拉緊、拉平拉平、拉穩(wěn)拉穩(wěn)后，前、后尺手在這一瞬后，前、后尺手在這一瞬間各自讀出尺上讀數(shù)，記錄員將兩個讀間各自讀出尺上讀數(shù)，記錄員將兩個讀數(shù)分別記在手薄中。如前尺手讀數(shù)為數(shù)分別記在手薄中。如前尺手讀數(shù)為29.430m，后尺手讀數(shù)為，后尺手讀數(shù)為0.058m，這一尺，這一尺段的長度

8、為：段的長度為：為了提高丈量精度，對同一尺段需丈量為了提高丈量精度，對同一尺段需丈量三次。三次串尺丈量的差數(shù)，一般不超三次。三次串尺丈量的差數(shù)，一般不超過過5mm，然后取平均值作為該尺段長度，然后取平均值作為該尺段長度的丈量結(jié)果。的丈量結(jié)果。丈量距離的地面一般是傾斜的或高低不平的，丈量距離的地面一般是傾斜的或高低不平的，其丈量方法有下列兩種。其丈量方法有下列兩種。 沿傾斜地面丈量距離，地勢起伏較為復(fù)沿傾斜地面丈量距離，地勢起伏較為復(fù)雜，但尺段兩端的高差不大時，一般都將鋼雜，但尺段兩端的高差不大時，一般都將鋼尺尺拉平拉平丈量，如圖所示：丈量，如圖所示：將鋼尺的一端對準地面點位，另一端抬高拉成將鋼

9、尺的一端對準地面點位，另一端抬高拉成水平，對準地面點上垂球架的鉛垂線或豎立的水平，對準地面點上垂球架的鉛垂線或豎立的標桿。如地面傾斜很大，不可能將鋼尺拉平進標桿。如地面傾斜很大，不可能將鋼尺拉平進行丈量時，也可將一整尺段分成若干小段來丈行丈量時，也可將一整尺段分成若干小段來丈量，量時自上坡向下坡丈量為好。量，量時自上坡向下坡丈量為好。當傾斜地面的坡度比較均勻時，如圖所示：當傾斜地面的坡度比較均勻時，如圖所示：可沿斜坡丈量出可沿斜坡丈量出AB的斜距的斜距L，用測坡器測出地，用測坡器測出地面傾斜角面傾斜角 a，然后計算出，然后計算出AB的水平距離的水平距離D。cosLD 鋼尺量距的誤差分析定線誤差

10、定線誤差鋼尺尺長誤差鋼尺尺長誤差測定地面傾斜的誤差測定地面傾斜的誤差溫度誤差溫度誤差拉力誤差拉力誤差丈量本身的誤差丈量本身的誤差4 v距離丈量的精度距離丈量的精度為了進行校核和提高丈量精度，對一條為了進行校核和提高丈量精度，對一條直線都要求進行往返丈量。丈量精度是直線都要求進行往返丈量。丈量精度是用用表示：以往返丈量之差（較表示：以往返丈量之差（較差）與其平均值之比，化為差）與其平均值之比，化為表示，稱為相對誤差表示，稱為相對誤差K，即：，即：DD1DDDD平平平返往DK鋼尺量距的相對誤差：在平坦地區(qū)鋼尺量距的相對誤差：在平坦地區(qū)不大于不大于1/3000，地勢變化較大的地，地勢變化較大的地區(qū)應(yīng)

11、達到區(qū)應(yīng)達到1/2000，在困難地區(qū)不低，在困難地區(qū)不低于于1/1000。如果超過允許誤差，應(yīng)。如果超過允許誤差，應(yīng)重測，直至符合要求為止。如果符重測，直至符合要求為止。如果符合丈量精度要求時，取往返丈量的合丈量精度要求時，取往返丈量的平均值作為最后結(jié)果。平均值作為最后結(jié)果。為了避免差錯，提高量距的精度，量距時注意以下幾點：1、丈量前，要認清鋼尺的零點和末端位置及分劃注記，不要用錯。2、丈量時，定線要準；尺要拉平，拉力要均勻；對點要準，測釬要豎直地插下，并插在鋼尺的同一側(cè)。3、記住整尺段數(shù)，讀好不足一尺段的余長。4、鋼尺不準在地面上拖拉，量距時不許車輛或行人踐踏。5、外業(yè)工作完畢后，而用軟布擦

12、去鋼尺上的泥沙和水，涂上機油，以防生銹。4.2 光電測距光電測距 光電測距儀(electro optical distance measurement)的種類比較多。按其測程大小，可分為短程(3km以內(nèi))、中程(3-15km)和遠程(大于15km)三種;如按載波來分，采用可見光或紅外光作為載波的稱為光電測距，采用微波段的無線電波作為載波的稱為微波測距。光電測距儀中利用氦氖(He-Ne)氣體激光器，其波長為0.6328m的紅色可見光的就是激光測距儀。它的測程長，精度也高。光電測距儀中使用的載波在電磁波紅外線波段，波長一般為0.860.94m的稱紅外測距儀。 由于紅外測距儀(infrared ED

13、M instrument)是以砷化鎵(GaAs)發(fā)光二極管為載波源，發(fā)出紅外線的強度隨注人的電信號的強度而變化，因此這種發(fā)光管兼有載波源和調(diào)制器的雙重功能。又由于電子線路的集成化，儀器可以做得很小，與測角設(shè)備和計算機結(jié)合，自動化程度較高。按其所用光源分，一般有紅外測距儀和激光測距儀兩種;按其精度的高低，又可分為、級，如下表。 光電測距儀是通過測量光波在待測距離上往、返一次所經(jīng)過的時間t，間接地確定兩點間距離D的一種儀器。 測定兩點間的距離時，在A點安置光電測距儀，在B安置反光棱鏡，若電磁波在測線兩端往返傳播的時間為 ，光波在大氣中的傳播速度為 ，則可求出兩點間的水平距離D。 Dt2cDtcD2

14、21從上式可知，光電測距儀主要是確定光波在待測距離上所用的時間 ，據(jù)此計算出所測距離。根據(jù)測定光波傳播時間 的方法，光電測距儀可分為和兩種。 Dt2Dt2l脈沖式光電測距儀 脈沖式測距儀是由測距儀發(fā)射系統(tǒng)發(fā)出脈沖，經(jīng)被測目標反射后，再由測距儀的接收系統(tǒng)接收，直接測定脈沖在待測距離上所用的時間 ，即測量發(fā)射光脈沖與接收光脈沖的時間差，從而求得距離的儀器。 Dt2脈沖式測距儀脈沖式測距儀具有功率大、測程遠等優(yōu)點，但測距的絕對精度較低，一般只能達到米級，不能滿足地籍測量和工程測量所需的精度要求。目前具有高精度測距的是相位式光電測距儀。 l相位式光電測距儀 相位式光電測距儀相位式光電測距儀就是通過測量

15、調(diào)制光在測線上往返傳播所產(chǎn)生的相位移，間接地測定時間 按上式求出距離D。Dt2)(2)(21NND2 光電測距儀的測量步驟測距儀和反射鏡分別安置于測線兩端點。反射棱鏡面與入射光線方向大致垂直，照準反射鏡，檢查經(jīng)反射鏡反回的光強信號，合乎要求后即可開始測距。為避免錯誤和減少照準誤差的影響，重新照準反射鏡。每次可讀取若干次讀數(shù)，稱為一測回。根據(jù)不同精度的要求規(guī)定測回數(shù)。最好在不同的時間段進行往返測量(精度要求不高也可單向測量)。同時應(yīng)由溫度計和氣壓計讀取大氣溫度和氣壓值。所有觀測結(jié)果均記入相應(yīng)的記錄手簿中。3 光電測距儀4 紅外線測距儀紅外線測距儀4.3 視距測量視距測量 視距測量(stadia

16、measurement)是使用帶有視距絲的儀器間接地同時測定地面上兩點間距離和高差的方法。這種方法觀測速度快、操作方便，不受地形限制，盡管測距精度較低(一般為 )，但能滿定地形測量的要求，因此被廣泛應(yīng)用在地形測圖中用來測定大量碎部點碎部點的位置和高程。 視距測量的工具包括帶有測量距離裝置的經(jīng)緯儀、水準儀以及與之配套的標尺。測量距離的裝置，稱為視距裝置視距裝置。30012001最簡單的是十字絲分劃板。在十字絲分劃板上除刻有豎絲和橫絲外，還刻有兩條上、下對稱的短絲，即視距測量視距測量的視距絲的視距絲。與視距測量配套的尺子稱為視距尺，也可用普通水準尺代替。1 視距測量原理視距測量原理u視線水平時的視

17、距原理及計算公式 M和和N是視距絲的上絲是視距絲的上絲m和下絲和下絲n按光學(xué)成按光學(xué)成像原理在標尺上的位置，其間距像原理在標尺上的位置，其間距l(xiāng)稱為稱為尺間尺間隔隔，p為十字絲面上兩條視距絲的固定間為十字絲面上兩條視距絲的固定間距，距，F(xiàn)為物鏡的主焦點，為物鏡的主焦點，f為物鏡焦距，為物鏡焦距，為物鏡中心至儀器中心的距離。為物鏡中心至儀器中心的距離。由于由于 MFNmFn， mnp所以：所以： d/lf/p即：即： d(f/p) l又因為：又因為：Ddf (f/p) l（f）令：令： f/pK， f c則：則：DK lcK為視距乘常數(shù)，為視距乘常數(shù)，c為視距加常數(shù)。對于為視距加常數(shù)。對于內(nèi)對光

18、望遠鏡，為了便于算計，設(shè)計儀內(nèi)對光望遠鏡，為了便于算計，設(shè)計儀器時選擇適當?shù)钠鲿r選擇適當?shù)膄與與p值，使值，使K100。而。而c0。即對于內(nèi)對光望遠鏡其公式為：。即對于內(nèi)對光望遠鏡其公式為：lKD水平距離計算式水平距離計算式clKD高差測定原理高差測定原理如上圖所示，視準軸水平的經(jīng)緯儀可當作水準儀，如上圖所示，視準軸水平的經(jīng)緯儀可當作水準儀，測定高差的方法與水準儀相似。此時，中絲在標測定高差的方法與水準儀相似。此時，中絲在標尺上的讀數(shù)尺上的讀數(shù)b為前視讀數(shù)，后視讀數(shù)為直接量得為前視讀數(shù)，后視讀數(shù)為直接量得的測站樁頂與儀器橫軸中心的距離，稱為儀器的測站樁頂與儀器橫軸中心的距離，稱為儀器高。高。A

19、、B間的高差計算公式為：間的高差計算公式為：bihu視線傾斜時的視距原理及計算公式 水平距離測定原理水平距離測定原理（1） 根據(jù)實測尺間隔根據(jù)實測尺間隔l求假想尺間隔求假想尺間隔l（2） 根據(jù)根據(jù)l求傾斜距離求傾斜距離D（3） 根據(jù)根據(jù)D求水平距離求水平距離Dcosll cosKllKD2coscosKlDD高差測定原理高差測定原理（1） 求高差主值求高差主值h2sin21cossintanKlKlDh（2） 求高差求高差hbihh)(2sin21biKlh)(tanbiDh2 視距測量的觀測與計算視距測量的觀測與計算u視距測量的觀測 在測站A點上安置儀器，進行對中、整平； 量取儀器高 ，可用

20、鋼卷尺或直接用視距尺量取，量至厘米，記入手簿。 i在B點豎立視距尺，注意視距尺須立豎直。 分別以盤左和盤右的位置，用望遠鏡瞄準視距尺，在尺面上讀取上、中、下絲的讀數(shù)，計算出尺間隔；再讀取豎盤讀數(shù)，計算豎直角。 u視距測量的計算 3 視距測量的誤差分析及注意事項視距測量的誤差分析及注意事項 視距乘常數(shù)K值的誤差 讀數(shù)誤差 視距尺傾斜所引起的誤差 垂直折光對視距測量的影響 4.4 直線定向直線定向 在測量工作中，常常需要測定兩點平面位置的相對關(guān)系。這包括兩個方面，一是兩點所組成的直線的方向，二是量測兩點間的距離。欲確定一條欲確定一條直線的方向，必須選定一條標準方向直線的方向，必須選定一條標準方向作

21、為依據(jù)。確定地面上一條直線與標作為依據(jù)。確定地面上一條直線與標準方向之間的關(guān)系（夾角）稱為準方向之間的關(guān)系（夾角）稱為直線直線定向定向(Line Orientation )。1 標準方向的種類(true meridian direction)地表任一點地表任一點P與地球旋轉(zhuǎn)與地球旋轉(zhuǎn)軸所組成的平面與地球表軸所組成的平面與地球表面的交線稱為面的交線稱為P點的點的真子真子午線午線(true meridian)，真真子午線在子午線在P點的切線方向點的切線方向稱為稱為P點的點的真子午線方向真子午線方向?？梢詰?yīng)用天文測量可以應(yīng)用天文測量(astrometry)方法或者方法或者陀螺經(jīng)緯儀陀螺經(jīng)緯儀(gyr

22、o theodolite)來測定地表任來測定地表任一點的真子午線方向。一點的真子午線方向。(magnetic meridian direction)地表任一點與地球磁場南北地表任一點與地球磁場南北極連線所組成的平面與地球極連線所組成的平面與地球表面交線稱為表面交線稱為點的磁子午線點的磁子午線(magnetic meridian)，磁子磁子午線在點的切線方向稱為午線在點的切線方向稱為點點的磁子午線方向的磁子午線方向。可以應(yīng)用。可以應(yīng)用羅盤儀羅盤儀(compass)來測定，在來測定，在點安置羅盤，磁針自由靜止點安置羅盤，磁針自由靜止時其軸線所指的方向即為點時其軸線所指的方向即為點的磁子午線方向。的

23、磁子午線方向。 上述三種方向，簡稱上述三種方向，簡稱“”。即通過地。即通過地面上一點，有三條南北方面上一點，有三條南北方向線都可作為直線定向的向線都可作為直線定向的標準方向。標準方向。(ordinates axis direction)過地表任一點且與其所在的高過地表任一點且與其所在的高斯平面直角坐標系或者假定坐斯平面直角坐標系或者假定坐標系的坐標縱軸平行的直線稱標系的坐標縱軸平行的直線稱為點的坐標縱軸方向。為點的坐標縱軸方向。 測量上常將上述方向線繪在地圖圖廓線下方，也稱三北方向線。即通過地面上一點有三條方向線可作為直線定向的標準方向。通過地面上某點的真子午線方向與該點坐標縱軸線方向之間的夾角，稱為子午線收斂角(mapping angle)。凡坐標縱軸線方向偏在真子午線方向以東為正，反之為負。磁子午線方向與真子午線之間的夾角，稱為磁偏角(magnetic declination)。凡磁子午線方向偏在真子午線方向以東為正，稱為東偏，反之為負，稱為西偏。坐標縱軸線方向與磁子午線方向之間的夾角稱為磁坐偏角，以坐標縱軸線為基準，凡