第四章距離測量和直線定向

1、測測 量量 學(xué)學(xué)石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院 測繪工程教研室測繪工程教研室 高彥麗高彥麗 2010.9基于單張圖像的隧道三維建模第四章第四章 距離測量距離測量4.1 鋼尺量距鋼尺量距基于單張圖像的隧道三維建模4.3 直線定向直線定向4.2 光電測距儀光電測距儀測量地面兩點(diǎn)之間的水平水平距離距離。 如果測得的是斜距，還需改算為 水平距離。鋼尺量距 普通視距 光電測距 測測釬垂球垂球標(biāo)桿標(biāo)桿彈簧秤彈簧秤鋼尺鋼尺端點(diǎn)尺和刻線尺端點(diǎn)尺和刻線尺（零點(diǎn)位置不同）（零點(diǎn)位置不同）鋼尺外觀鋼尺外觀4.1 鋼尺量距鋼尺量距其它工具其它工具二、二、 鋼尺量距的一般方法鋼尺量距的一般方法 1、直線定線目的：便于量測

2、距離較長或地勢起伏較大的兩地面點(diǎn) 的距離。定義：把多根標(biāo)桿定在已知直線上的工作稱為直線定直線定 線線。方法：目視定線 A A、B B兩點(diǎn)豎標(biāo)桿兩點(diǎn)豎標(biāo)桿 甲與甲與A A處瞄向處瞄向B B， 指揮乙左右移指揮乙左右移 動標(biāo)桿，直至動標(biāo)桿，直至 三標(biāo)桿位于同三標(biāo)桿位于同 一直線上；一直線上；注意：由遠(yuǎn)及近2、平坦地面的量距具體方法： 標(biāo)定直線兩端點(diǎn)，并樹立測桿，便于定向，并清理障礙物 后尺員持零端對齊A點(diǎn)，并插測釬； 前尺員在后尺員的指揮下沿AB方向，定出尺的末端在地面的投影1，并插測釬； 重復(fù)上述步驟，直至最后一段不滿一整尺段，測量出q的距離。2、平坦地面的量距A、B兩點(diǎn)間的水平距離為：qnlD

3、式中：n 尺段數(shù)； l 鋼尺的尺長； q 不足一整尺的余長。 為了校核、提高精度，還要進(jìn)行返測，反測時需重新定線，取往返測距離的平均值作為丈量結(jié)果。 量距精度：用往、返測長度之差 與全長平均數(shù) 之比，并化成分子為1的分?jǐn)?shù)來衡量。這個比值稱為相對誤差K：D平均D返往平均DDDK1 平坦地區(qū)鋼尺量距相對誤差不應(yīng)大于1/30003、傾斜地面丈量 在困難地區(qū)鋼尺量距相對誤差不應(yīng)大于1/1000 當(dāng)?shù)孛嫫露容^大，不可能將整根鋼尺拉平丈量時，則可將直線分成若干小段進(jìn)行丈量。每段的長度視坡度大小、量距的方便而定。目視使尺子目視使尺子水平水平三、鋼尺量距精密方法（三、鋼尺量距精密方法（1/10000 1/40

4、000 ）1、定線（用經(jīng)緯儀） 將經(jīng)緯儀安置于A點(diǎn)，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)，然后在AB的視線上用鋼尺量距，依次定出比鋼尺一整尺略短的尺段端點(diǎn)1，2，。在各尺段端點(diǎn)打入木樁，樁頂高出地面5cm10cm，在每個樁頂刻劃十字線，其中一條在AB方向上，另一條垂直AB方向，以其交點(diǎn)作為鋼尺讀數(shù)的依據(jù)。A1325B42、量距 量距是用經(jīng)過檢定的鋼尺，兩人拉尺，兩人讀數(shù)，一人記錄及觀測溫度。 量距時由后尺手用彈簧秤控制施加于鋼尺的拉力，（為鋼尺檢定時的標(biāo)準(zhǔn)拉力，如30 m鋼尺，標(biāo)準(zhǔn)拉力為100 N)。前、后讀數(shù)員應(yīng)同時在鋼尺上讀數(shù)，估讀到0.5mm。每尺段要移動鋼尺三次不同位置，三次丈量結(jié)果的互差不應(yīng)超過2mm，取三段丈

5、量結(jié)果的平均值作為尺段的最后結(jié)果。 隨之進(jìn)行返測，如要進(jìn)行溫度和傾斜改正，還要觀測現(xiàn)場溫度和各樁頂高差（水準(zhǔn)測量測高差）經(jīng)過檢定的鋼尺長度可用尺長方程示：000)(lttlllt溫度為t時的鋼尺實(shí)際長度；鋼尺的名義長度；尺長改正值，即溫度在 時鋼尺全長改正數(shù)；鋼尺膨脹系數(shù)，一般取=1.25 鋼尺檢定時的溫度；量距時的溫度。tl0ll0tt105)(10C0t四、 尺長方程五、鋼尺量距成果整理 精密量距結(jié)果應(yīng)進(jìn)行以下三項改正1、尺長改正2、溫度改正llllllll0d00lttlt)(0 l 標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)拉 力下的檢定長度0l 名義長度l 任一尺段的長度 鋼尺膨脹系數(shù) t 丈量時溫度 t0 標(biāo)

6、準(zhǔn)溫度當(dāng)為斜距時應(yīng)換算成平距d，則傾斜改正值為：llhllhlldlh21222122)1 ()(將上式 項展開成級數(shù)： 2122)1 (lh3424422821)821 (lhlhlhlhllh取第一項lhlh223.傾斜改正 每一尺段改正后的水平距離為：htdlllld例題：用尺長方程為例題：用尺長方程為的鋼尺實(shí)測的鋼尺實(shí)測ABAB尺段（如圖），長度尺段（如圖），長度l l=29.896m,A=29.896m,A、B B兩點(diǎn)間高差兩點(diǎn)間高差h=0.272m,h=0.272m,測量時測量時的溫度的溫度t=25.8t=25.8C,C,試求試求ABAB尺段的水平距離。尺段的水平距離。mCtCmm

7、lt30)20(1025.10025.030015解解：1 1）尺長改正）尺長改正mmlllld0025.0)896.29300025.0(03 3）傾斜改正）傾斜改正4 4）A-BA-B尺段水平距離尺段水平距離mmmlhlh0012.0896.292)272.0(222mlllldhtd900.292 2）溫度改正）溫度改正mmCCClttlt0022.0896.29)208.25(1025.1)(001050六、鋼尺量距誤差及注意事項六、鋼尺量距誤差及注意事項1、尺長誤差：具有累積性，與量測距離成正比2、溫度誤差：溫度計測得是空氣溫度，而非尺子溫度3、拉力誤差：拉力要均勻，不能或大或小4、

8、鋼尺傾斜誤差：水準(zhǔn)儀測高差，進(jìn)行傾斜改正5、定線誤差：采用經(jīng)緯儀定線6、丈量誤差：仔細(xì)作業(yè)、但由于人的感官能力所限， 只能減弱不能消除。返回 電磁波測距儀是用電磁波（光波或微波）作為 載波傳輸測距信號以測量兩點(diǎn)間距離的一種方法。 電磁波測距儀的分類： 1、光電測距儀 （可見光、紅外光、激光） 2、微波測距儀 （無線電波、微波）紅外測距儀紅外測距儀4.2 光電測距儀光電測距儀 電磁波測距儀的優(yōu)點(diǎn)： 1、測程遠(yuǎn)、精度高。 2、受地形限制少等優(yōu)點(diǎn)。 3、作業(yè)快、工作強(qiáng)度低。 工程測量中應(yīng)用較多的是短程 紅外光電測距儀。 光電測距儀是通過測量光波在待測距離D上 往、返傳播的時間t2D，計算待測距離D：

9、式中：式中：c 光波在空氣中的傳播速度光波在空氣中的傳播速度D221ctD一、測距原理二、測距方法 光電測距儀按照t2D的不同測量方式，可分為：脈沖式（直接測定時間）相位式（間接測定時間）1、脈沖式 脈沖式光電測距儀是將發(fā)射光波的光強(qiáng)調(diào)制成一定頻率的尖脈沖，通過測量發(fā)射的尖脈沖在待測距離上往返傳播的時間來計算距離。脈沖測距原理圖002fqqTtD：脈沖的振蕩頻率0fq：計數(shù)器計得的時鐘 脈沖個數(shù) 計數(shù)器只能記憶整數(shù)個時鐘脈沖，不足一周期的時間被丟掉了。測距精度較低，一般在“米”級，最好的達(dá)“分米”級。2、相位式 相位式光電測距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成正弦波的形式，通過測量正弦光波在待測距離上往、返

10、傳播的相位移來解算時間。 將返程的正弦波以棱鏡站為中心對稱展開后的圖形：N2由于D2 2 tft，所以fNt22）（NN2)2(2NfcD則：式中 ，2N10 Nm103C8取，則不同的調(diào)制頻率對應(yīng)的測尺長見下表：調(diào)制頻率測尺長2ZMH15ZMH5 . 7ZMH5 . 1ZKH150ZKH7510m20m100m1km2km 調(diào)制頻率越大，測尺長度越短。 相位式測距儀的基本工作原理圖：1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個調(diào)制光波，同時至檢相器；2、調(diào)制光波在待測距離上傳播，反射鏡反射后，經(jīng)接 收系統(tǒng)進(jìn)入檢相器；3、檢相器將發(fā)射信號與接收信號進(jìn)行相位比較，測出 相位差 ；4、每改變頻率f 后的調(diào)制光波，測出一

11、個 ，組合后經(jīng) 微處理器計算顯示結(jié)果。三、測程及測距儀的精度：1、測程：測距儀一次所能測的最遠(yuǎn)距離。短程測距儀 測程小于5km； 中程測距儀 測程在5km-30km； 遠(yuǎn)程測距儀 測程在30km以上。 2、測距儀的精度：、測距儀的精度：)10(6bDamD式中：式中：mD 測距中誤差，單位為測距中誤差，單位為mm； a 固定誤差，單位為固定誤差，單位為mm； b 比例誤差；比例誤差； D 以以km為單位的距離。為單位的距離。 RED mini短程紅外測距儀的精度為短程紅外測距儀的精度為 當(dāng)距離D為0.6km時，測距精度是測距精度是mD=8mm。 ( 通常寫作通常寫作ppm)55 ()1055

12、(6DppmmmDmmmD610四、RED mini紅外測距儀各種反射棱鏡各種反射棱鏡經(jīng)緯儀與測距儀配接經(jīng)緯儀與測距儀配接測距儀功能鍵盤測距儀功能鍵盤1、儀器簡介： 經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)覘牌中心的視線與測距儀瞄準(zhǔn)反射棱鏡中心的視線保持平行。 調(diào)整經(jīng)緯儀望遠(yuǎn)鏡，使十字絲對準(zhǔn)反射棱鏡的覘牌中心 調(diào)整測距儀望遠(yuǎn)鏡，使十字絲對準(zhǔn)反射棱鏡中心調(diào)整測距儀望遠(yuǎn)鏡，使十字絲對準(zhǔn)反射棱鏡中心五、光電測距的注意事項(1)(1) 防止日曬雨淋，在儀器使用和運(yùn)輸中應(yīng)注意防震。防止日曬雨淋，在儀器使用和運(yùn)輸中應(yīng)注意防震。(2)(2) 嚴(yán)防陽光及強(qiáng)光直射物鏡，以免損壞光電器件。嚴(yán)防陽光及強(qiáng)光直射物鏡，以免損壞光電器件。(3)(3)

13、 儀器長期不用時，應(yīng)將電池取出。儀器長期不用時，應(yīng)將電池取出。 (4)(4) 測線應(yīng)離開地面障礙物一定高度，避免通過發(fā)熱體測線應(yīng)離開地面障礙物一定高度，避免通過發(fā)熱體 和較寬水面上空，避開強(qiáng)電磁場干擾的地方。和較寬水面上空，避開強(qiáng)電磁場干擾的地方。(5)(5) 鏡站的后面不應(yīng)有反光鏡和強(qiáng)光源等背景干擾。鏡站的后面不應(yīng)有反光鏡和強(qiáng)光源等背景干擾。(6)(6) 應(yīng)在大氣條件比較穩(wěn)定和通視良好的條件下觀測。應(yīng)在大氣條件比較穩(wěn)定和通視良好的條件下觀測。返回 確定直線與確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱為之間的水平角度稱為直線定向直線定向。標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)方方向向真子午線方向真子午線方向磁子午線方向磁子

14、午線方向坐標(biāo)縱軸方向坐標(biāo)縱軸方向4.3 直直 線線 定定 向向本章重點(diǎn)本章重點(diǎn)通稱通稱“三北方三北方向向”1、真子午線方向 通過地球表面某點(diǎn)通過地球表面某點(diǎn)的的真子午線的切線方真子午線的切線方向向，稱為該點(diǎn)的真子，稱為該點(diǎn)的真子午線方向。午線方向。真子午線的切線方向真子午線的切線方向P1P2 真子午線方向是用天文測量方法或用陀螺經(jīng)緯儀測定的。 陀螺儀陀螺儀GP1-2AGP1-2A2磁子午線方向 磁子午線方向是磁針在地球磁場的作用下，磁針自由靜止時其軸線所指的方向。AP PPP北極北極 P P 磁北極磁北極 磁子午線方向可用羅盤儀測定。磁子午線方向可用羅盤儀測定。 DQL-1DQL-1型森林羅盤

15、儀型森林羅盤儀DQL-1BDQL-1B型森林羅盤儀型森林羅盤儀3坐標(biāo)縱軸方向 我國采用高斯平面直角坐標(biāo)系，6帶或3帶都以該帶的中央子午線為坐標(biāo)縱軸，因此該帶內(nèi)直線定向，就用該帶的坐標(biāo)縱軸方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向。xyoP1P2高斯平面直角坐標(biāo)系高斯平面直角坐標(biāo)系1、方位角1）方位角的定義 從直線起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向北端起，順時針方向量至直線的水平夾角，稱為該直線的方 位 角 ； 其 角 值 范 圍 為0 360。12標(biāo)準(zhǔn)方向北端標(biāo)準(zhǔn)方向北端方位角方位角22222標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)方方向向真子午線方向真子午線方向磁子午線方向磁子午線方向坐標(biāo)縱軸方向坐標(biāo)縱軸方向真方位角（真方位角（A）磁方位角（磁方位角（Am）坐標(biāo)方位角

16、（坐標(biāo)方位角（ ）2磁北磁北真北真北坐標(biāo)北坐標(biāo)北AmA1 由于地面各點(diǎn)的真北由于地面各點(diǎn)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）方位角表示直線方向會給方位表示直線方向會給方位角的推算帶來不便，所角的推算帶來不便，所以以在一般測量工作中，在一般測量工作中，常采用坐標(biāo)方位角來表常采用坐標(biāo)方位角來表示直線方向示直線方向。xyoP1P2坐標(biāo)北與真北的關(guān)系坐標(biāo)北與真北的關(guān)系2）幾種方位角之間的關(guān)系 mAAAmA2磁北磁北真北真北坐標(biāo)北坐標(biāo)北AmA1磁偏角真北方向與磁北方向之間的夾角；子午線收斂角真北方向與坐標(biāo)北方向之間的夾角。當(dāng)磁北方向或坐標(biāo)北方向偏于真北方向東側(cè)

17、時， 和為正；偏于西側(cè)時， 和為負(fù)。3 3）正、反坐標(biāo)方位角）正、反坐標(biāo)方位角 直線直線1-2 1-2 ：點(diǎn)：點(diǎn)1 1是起點(diǎn)，點(diǎn)是起點(diǎn)，點(diǎn)2 2是終點(diǎn)。是終點(diǎn)。12 12 正正坐標(biāo)方位角；坐標(biāo)方位角；21 21 反反坐標(biāo)方位角。坐標(biāo)方位角。2112xyoxx1218012211802112180正反直線直線2-12-1：所以一條直線的正、反坐標(biāo)方位角互差1802、 象限角 某直線的象限角是由直線起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向北某直線的象限角是由直線起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向北端或南端起，沿順時針或逆時針方向量至該直端或南端起，沿順時針或逆時針方向量至該直線的線的銳角銳角，用，用R R表示。表示。直線直線R與與的關(guān)系的關(guān)系

18、O1O2O3O4（北）（北）（西）（西）y（東）（東）（南）（南）xoRO1RO3RO2RO4O1O2O3O41234O1=RO1O2=180RO2O3=180 RO3O4=360RO4 1212已知，通過連測求得已知，通過連測求得1212邊與邊與2323邊的連接邊的連接角為角為2 2 （右角）、（右角）、 2323邊與邊與3434邊的連接角為邊的連接角為3 3（左角），現(xiàn)推算（左角），現(xiàn)推算2323、3434。1234xxx23341223前進(jìn)方向前進(jìn)方向212221231801234xx2312221前進(jìn)方向前進(jìn)方向x3433232333234180 由圖中分析可知：由圖中分析可知：推算坐標(biāo)方位角的通用公式：左右后前180注意：注意： 計算中，若前360，減360； 若前360（41720 360）= 5720 45=3418040（ 10360）= 350= 10050 = 4618012510 = 10050 18013630 = 10= 5720 18024720 返回前進(jìn)方向前進(jìn)方向明日實(shí)習(xí)明日實(shí)習(xí)v各小組按上次使用的儀器編號，課前從主樓領(lǐng)取儀器（第一大組906，第二大組134）v實(shí)習(xí)內(nèi)容：（可參照課本（可參照課本“實(shí)驗(yàn)四、五、六實(shí)驗(yàn)四、五、六”） 1、電子經(jīng)緯儀的認(rèn)識 2、水平角觀測測回法 3、水平角觀測方向法注意事項注意事