距離測量和直線定向測距儀全站儀市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

測量技術(shù)基礎(chǔ)

第4章距離測量與直線定向10/10/1山東理工大學(xué)建工學(xué)院第1頁第4章距離測量與直線定向距離測量是測量三項基本工作之一.距離測量方法主要有:1.鋼尺(皮尺)量距.2.視距測量3.光電測距要確定地面點平面位置,還必須測定直線方向,即直線定向10/10/2山東理工大學(xué)建工學(xué)院第2頁視距測量圖10/10/3山東理工大學(xué)建工學(xué)院第3頁利用調(diào)制波波長測距B測距儀反光棱鏡S電磁波測距電磁波測距圖A10/10/4山東理工大學(xué)建工學(xué)院第4頁

第4章距離測量與直線定向

§5.1鋼尺量距§5.2視距測量§5.3紅外線測距儀及全站儀§5.4

直線定向

10/10/5山東理工大學(xué)建工學(xué)院第5頁§4.1鋼尺量距1.鋼卷尺

尺長與規(guī)格：20米、30米、50米，鋼質(zhì)，涂塑或不涂塑?？潭扰c注記：毫米刻度，注記厘米、分米、米。零分劃位置有不一樣，分刻線尺和端點尺兩種。

4.1.1量距用工具:鋼卷尺，花桿，測釬普通量距方法

量距相對精度115000精密量距方法

量距相對精度1100001400002.花桿

定線用（量距時標(biāo)定直線量距前進方向）3.測釬

量距時在地面標(biāo)定尺段端點位置。10/10/6山東理工大學(xué)建工學(xué)院第6頁端點尺刻線尺測釬花桿皮尺測繩鋼卷尺10/10/7山東理工大學(xué)建工學(xué)院第7頁4.1.2直線定線

1.兩點間目估定線2.兩點間互不通視定線3.經(jīng)緯儀定線:

假如量距要求精度較高,可在其端點A安置經(jīng)緯儀定線.10/10/8山東理工大學(xué)建工學(xué)院第8頁4.1.3丈量方法（往返丈量)）距離用下式計算：D=nl+Δl

式中：l——整尺段長度；n——丈量整尺段數(shù)；

l——零尺段長度。

往返丈量較差

D=D往-D返距離平均值

D平=（D往-D返）相對誤差

K=1.在平坦地面丈量10/10/9山東理工大學(xué)建工學(xué)院第9頁2.傾斜地面丈量SDh

(1)斜量法:地面坡度均勻，將量得傾斜距離S歸算成水平距離D。高差h用水準(zhǔn)儀測定?；蛩骄嚯x：(2)在傾斜地面平量10/10/10山東理工大學(xué)建工學(xué)院第10頁量距相對精度可達11萬14萬。

3.鋼尺量距精密方法精密量距時采取辦法：

1.用檢定過鋼尺；2.經(jīng)緯儀定線；3.釘尺段樁(概量得)，用水準(zhǔn)儀測量樁間高差；4.對鋼尺施加固定拉力，并測量溫度；5.對量距結(jié)果加三項更正數(shù)。10/10/11山東理工大學(xué)建工學(xué)院第11頁三項更正數(shù)4.1.4鋼尺量距結(jié)果整理每尺段經(jīng)更正后水平距離：總水平距離：

10/10/12山東理工大學(xué)建工學(xué)院第12頁4.1.5鋼尺檢定

目標(biāo)：求得鋼尺兩端點刻劃間實際長度。

方法：用鋼尺對一段準(zhǔn)確標(biāo)準(zhǔn)長度進行丈量，從而求得鋼尺尺長更正數(shù)。該檢定場地也稱為“比尺場”。

。。。。L比尺場示意圖作法：“比尺場”為理想砼條形場地，埋有尺段標(biāo)志。將待檢定鋼尺，用精密量距方法，對該標(biāo)準(zhǔn)距離L進行丈量。經(jīng)過對量距結(jié)果整理，得出該鋼尺

尺長方程式。

0——鋼尺名義長(m)；t0——標(biāo)準(zhǔn)溫度，普通取20℃；d——尺長更正值(mm)；t——丈量時溫度(℃)

——鋼膨脹系數(shù)，1.2×10-5/℃；1.尺長方程式：=0+d+(t-t0)×010/10/13山東理工大學(xué)建工學(xué)院第13頁例：用一檢定過30米鋼尺沿傾斜地面丈量AB距離，數(shù)據(jù)見下表。該鋼尺尺長方程式以下，請整理量距結(jié)果。(注：鋼尺膨脹系數(shù)=0.0000115~0.0000125為鋼尺溫度變化1度時，單位長度改變量。)尺段長度及量距精度計算10/10/14山東理工大學(xué)建工學(xué)院第14頁§4.2視距測量4.2.1視距測量概述視距測量是一個間接測距方法;它利用望遠鏡內(nèi)十字絲分劃板上視距絲及刻有厘米分劃視距標(biāo)尺(地形塔尺或普通水準(zhǔn)尺)，依據(jù)光學(xué)原理能夠同時測定兩點間水平距離和高差.其中測量距離相對誤差約為1/300，低于鋼尺量距；測定高差精度低于水準(zhǔn)測量;視距測量廣泛用于地形測量碎部測量中。10/10/15山東理工大學(xué)建工學(xué)院第15頁4.2.2視準(zhǔn)軸水平時視距計算公式AB為待測距離，在A點安置經(jīng)緯儀，B點豎立視距尺，設(shè)望遠鏡視線水平，瞄準(zhǔn)B點視距尺，此時視線與視距尺垂直。10/10/16山東理工大學(xué)建工學(xué)院第16頁視線水平時視距測量公式:(1)水平距離公式:(2)高差公式:(3)B點高程:10/10/17山東理工大學(xué)建工學(xué)院第17頁4.2.3視線傾斜時視距測量公式(1)水平距離公式:(2)初算高差:(3)高差公式:10/10/18山東理工大學(xué)建工學(xué)院第18頁

（1）在測站

A安置經(jīng)緯儀，量取儀器高

i，在測點

B豎立視距尺；

（2）照準(zhǔn)視距尺，用上下視距絲分別在尺上讀取讀數(shù)，算出視距間隔

n（n=下絲讀數(shù)-上絲讀數(shù)）。也可先將中絲對準(zhǔn)儀器高讀豎直角，然后把上絲對準(zhǔn)鄰近整數(shù)刻劃后直接讀取視距間隔；4.2.4視距測量觀察與計算方法10/10/19山東理工大學(xué)建工學(xué)院第19頁

（3）轉(zhuǎn)動豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管微動螺旋使豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤讀數(shù)，算出豎直角。對有豎盤指標(biāo)自動歸零裝置儀器，應(yīng)打開自動歸零裝置后再讀數(shù)；

4.2.4視距測量觀察與計算方法

（4）依據(jù)視距公式，計算水平距離和高差及立尺點高程。10/10/20山東理工大學(xué)建工學(xué)院第20頁一、概述電磁波測距(Electro-magneticDistanceMeasuring，EDM)是用電磁波(光波或微波)作為載波，傳輸測距信號，以測量兩點間距離一個方法。EDM含有測程長、精度高、作業(yè)快、工作強度低、幾乎不受地形限制等優(yōu)點?！?.3電磁波測距及全站儀10/10/21山東理工大學(xué)建工學(xué)院第21頁二、電磁波測距儀分類1.按其所采取載波（光源）可分為：①微波測距儀(microwaveEDMinstrument)；②激光測距儀(laserEDMinstrument)；③紅外測距儀(infraredEDMinstrument);2.按測程分為：①短程測距儀(≤5km)②中程測距儀(5~15km)③遠程測距儀(≥15km）3.按精度分為：①Ⅰ級測距儀(mD≤5mm)②Ⅱ級測距儀(5≤mD≤10mm)③Ⅲ級測距儀(mD≥

10mm）4.按測距原理分為：①脈沖式；②相位式10/10/22山東理工大學(xué)建工學(xué)院第22頁4.3.1紅外測距測距原理

基本公式:c0—光在真空中速度ng—光在大氣中傳輸折射率Δt—光波在AB間往返傳輸時間10/10/23山東理工大學(xué)建工學(xué)院第23頁直接測時---該類測距儀稱為脈沖式測距儀，該儀器因其精度較低，通常只用于精度較低遠距離測量、地形測量和炮瞄雷達測距。間接測時----用測定相位方法來測定距離，這類儀器稱為相位式測距儀。現(xiàn)有精密光電測距儀都不采取直接測時方法，而采取間接測時。電磁波測距方式10/10/24山東理工大學(xué)建工學(xué)院第24頁脈沖式測距原理假設(shè)時鐘脈沖震蕩頻率為,震蕩周期為計數(shù)器統(tǒng)計震蕩次數(shù)為N,則脈沖光波在AB兩點間往返時間為:10/10/25山東理工大學(xué)建工學(xué)院第25頁2.相位式測距原理

用測定相位方法來測定距離，這類儀器稱為相位式測距儀。它是用一個連續(xù)波（精密光波測距儀采取光波）作為“運輸工具”（稱為載波），經(jīng)過一個調(diào)制器使載波振幅或頻率按照調(diào)制波改變做周期性改變。測距時，經(jīng)過測量調(diào)制波在待測距離上往返傳輸所產(chǎn)生相位改變，間接地確定傳輸時間t，進而求得待測距離D。10/10/26山東理工大學(xué)建工學(xué)院第26頁相位式測距原理調(diào)制波調(diào)制頻率f，角頻率，周期T，波長:設(shè)調(diào)制波在距離D往返一次產(chǎn)生相位改變?yōu)?，調(diào)制信號一個周期相位改變?yōu)?π，則調(diào)制波傳輸時間t為：

代入基本公式得:10/10/27山東理工大學(xué)建工學(xué)院第27頁相位式測距原理設(shè)調(diào)制信號為正弦信號，包含2π整倍數(shù)N2π，和不足2π尾數(shù)部分ψ，即：代入前面公式:

10/10/28山東理工大學(xué)建工學(xué)院第28頁相位式測距原理令:--單位長，“光測尺”，“電子尺”

公式改寫成:上式就是相位式測距原理公式。相位式測距儀是用長度為LS“測尺”去量測距離，量了N個整尺段加上不足一個LS長度就是所測距離。采取多個“測尺”組合實現(xiàn)測距技術(shù)過程。設(shè)計；精測尺+粗測尺測距。10/10/29山東理工大學(xué)建工學(xué)院第29頁相位式測距原理調(diào)制頻率與測尺長度關(guān)系調(diào)制頻率f15MHz7.5MHz1.5MHz150kHz75kHz15kHz測尺長度λ/210m20m100m1km2km10km精度1cm2cm10cm1m2m10m10/10/30山東理工大學(xué)建工學(xué)院第30頁4.3.2光電測距儀組成10/10/31山東理工大學(xué)建工學(xué)院第31頁4.3.2光電測距儀組成10/10/32山東理工大學(xué)建工學(xué)院第32頁4.3.4全站儀及其使用（一）全站儀概述（二）全站儀功效

（三）幾個全站儀及其基本應(yīng)用

10/10/33山東理工大學(xué)建工學(xué)院第33頁南方NTS全站儀TOPCONGTS全站儀10/10/34山東理工大學(xué)建工學(xué)院第34頁Leica全站儀10/10/35山東理工大學(xué)建工學(xué)院第35頁（一）全站儀概述全站儀(totalstation)是由電子測角、光電測距、微型機及其軟件組合而成智能型光電測量儀器。全站儀基本功效是測量水平角、豎直角和距離。全站儀含有以下特點：同時進行角度測量(水平角、豎直角)和距離測量(斜距S、平距D、高差h)；測距系統(tǒng)光軸與測角系統(tǒng)視準(zhǔn)軸同軸（三軸同一）；顯示測點角度(方向值)、距離、高差或三維坐標(biāo)；擁有后方交會、放樣、偏心測量、懸高測量、對邊測量、面積計算等高級測量功效。10/10/36山東理工大學(xué)建工學(xué)院第36頁全站儀特點擁有較大容量內(nèi)部存放器，以數(shù)據(jù)文件形式存放已知點和觀察點點號、編碼、三維坐標(biāo)；實現(xiàn)全站儀與計算機數(shù)據(jù)通訊；高精度全站儀測角達0.5秒級，測距精度達(0.1mm+0.1PPM)；與計算機聯(lián)合組成智能觀察系統(tǒng)能實現(xiàn)全自動瞄準(zhǔn)、觀察、統(tǒng)計、存放和數(shù)據(jù)傳輸，被稱為測量機器人。10/10/37山東理工大學(xué)建工學(xué)院第37頁

三軸同一望遠鏡

在全站儀望遠鏡中，照準(zhǔn)目標(biāo)視準(zhǔn)軸、光電測距紅外光發(fā)射光軸和接收光軸是同軸，其光路如圖所表示。所以，測量時使望遠鏡照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡中心，就能同時測定水平角、垂直角和斜距10/10/38山東理工大學(xué)建工學(xué)院第38頁測量儀器總發(fā)展過程

測量儀器總發(fā)展過程：光學(xué)經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀

速測全站儀 全站儀。全站儀發(fā)展過程：1.普通型全站儀

2.功效型全站儀

3.磁卡型全站儀

4.內(nèi)存式全站儀5.全自動智能全站儀全站儀生產(chǎn)廠家：

瑞士：徠卡Leica

德國：蔡司Zeiss

日本：拓普康TOPCON，索佳SOKKIA，賓得,尼康

中國：南方、蘇州、北京10/10/39山東理工大學(xué)建工學(xué)院第39頁（二）全站儀功效對邊測量、懸高測量、后方交會、放樣、偏心測量、面積計算等高級測量功效。10/10/40山東理工大學(xué)建工學(xué)院第40頁全站儀功效1、對邊測量如圖，分別瞄準(zhǔn)兩個目標(biāo)點處棱鏡并觀察后，儀器即可顯示出兩個棱鏡之間平距(HD)、斜距(S)、高差(V)和坡度（%）。對邊測量能夠連續(xù)進行。VSHD%10/10/41山東理工大學(xué)建工學(xué)院第41頁全站儀功效2、懸高測量如圖，要測量一些不能設(shè)置反射棱鏡目標(biāo)（高壓電線、橋梁桁架）高度時，可在目標(biāo)正上方或正下方處安置棱鏡，輸入棱鏡高h1，瞄準(zhǔn)棱鏡并觀察后，再瞄準(zhǔn)目標(biāo)，儀器即可顯示目標(biāo)高度HHh1h210/10/42山東理工大學(xué)建工學(xué)院第42頁全站儀功效3、后方交會測量如圖，全站儀安置在某一待定點上，經(jīng)過對兩個以上已知點處棱鏡進行觀察，并輸入各已知點三維坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，全站儀即可顯示待定點三維坐標(biāo)。10/10/43山東理工大學(xué)建工學(xué)院第43頁4、三維坐標(biāo)測量如圖，將全站儀安置在已知點A，棱鏡設(shè)置在待定點P，輸入A點已知坐標(biāo)及儀器高和棱鏡高后，先后視已知點B并輸入B點坐標(biāo)（后視已知點是為了設(shè)置方向位角）然后瞄準(zhǔn)P點處棱鏡并進行觀察，儀器即可顯示待定P三維坐標(biāo)。APB全站儀功效10/10/44山東理工大學(xué)建工學(xué)院第44頁全站儀功效5、放樣測量將要測設(shè)角度和邊長（或坐標(biāo)值）輸入全站儀，在放樣過程中儀器顯示角度和邊長實測值與放樣值之差，依據(jù)顯示偏離值及符號調(diào)整棱鏡位置，直至偏離值為零，此時棱鏡所處位置即為要測設(shè)點位。有電子全站儀還可經(jīng)過圖形顯示出棱鏡上下左右前后移動方向。10/10/45山東理工大學(xué)建工學(xué)院第45頁全站儀功效6、偏心測量如圖，若侍定點處不能設(shè)置棱鏡，可將棱鏡設(shè)置在待定點左側(cè)或右側(cè)，并使棱鏡至站點距離相當(dāng)，瞄準(zhǔn)棱鏡并進行觀察，再照準(zhǔn)待定點，儀器即可顯示待定點坐標(biāo)。不一樣廠家生產(chǎn)電子全站儀其鍵盤設(shè)計并不完全相同，實現(xiàn)相同測量功效按鍵程序和步驟也不完全一樣，詳細使用應(yīng)參見廠家使用說明書。10/10/46山東理工大學(xué)建工學(xué)院第46頁全站儀測量流程野外采集數(shù)據(jù)：南方NTS、TOPCON全站儀+PDA（測圖精靈）傳輸數(shù)據(jù)：將數(shù)據(jù)文件傳入計算機處理數(shù)據(jù)：用測圖軟件（南方測繪CASS）處理、編輯輸出結(jié)果：數(shù)字化地形圖、電子地圖（.dwg）、工程圖。10/10/47山東理工大學(xué)建工學(xué)院第47頁§

4.4直線定向4.4.1直線定向概念確定地面上兩點之間相對位置，僅知道兩點之間水平距離是不夠，還必須確定此直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間水平夾角。確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間水平角度稱為直線定向。

10/10/48山東理工大學(xué)建工學(xué)院第48頁標(biāo)準(zhǔn)方向種類

1．真子午線方向

經(jīng)過地球表面某點真子午線切線方向，稱為該點真子午線方向，真子午線方向是用天文測量方法或用陀螺經(jīng)緯儀測定。

2．磁于午線方向

磁子午線方向是磁針在地球磁場作用下，磁針自由靜止時其軸線所指方向。磁子午線方向可用羅盤儀測定。

10/10/49山東理工大學(xué)建工學(xué)院第49頁標(biāo)準(zhǔn)方向種類

3．坐標(biāo)縱軸方向(中央子午線方向)第二章已述及，我國采取高斯平面直角坐標(biāo)系，每一6°帶或3°帶內(nèi)都以該帶中央子午線為坐標(biāo)縱軸方向。所以，該帶內(nèi)直線定向，就用該帶坐標(biāo)縱軸方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向。如假定坐標(biāo)系，則用假定坐標(biāo)縱軸(X軸)作為標(biāo)準(zhǔn)方向。

10/10/50山東理工大學(xué)建工學(xué)院第50頁4.4.2表示直線方向方法

測量工作中，常采取方位角來表示直線方向。

由標(biāo)準(zhǔn)方向北端起，順時針方向量到某直線夾角，稱為該直線方位角，其角值從0°~360°。由不一樣標(biāo)準(zhǔn)方向所得到方位角，分別為：

真方位角：A磁方位角：Am坐標(biāo)方位角：α標(biāo)準(zhǔn)方向OP10/10/51山東理工大學(xué)建工學(xué)院第51頁幾個方位角之間關(guān)系

1．真方位角與磁方位角之間關(guān)系因為地磁南北極與地球南北極并不重合，所以，過地面上某點真子午線方向與磁子午線方向常不重合，二者之間夾角稱為磁偏角δ，磁針北端偏于其子午線以東稱東偏，偏于其子午線以西稱西偏。δ東偏取正值，西偏取負值。我國磁偏角改變大約在+6°到-10°之間。直線真方位角與磁方位10/10/52山東理工大學(xué)建工學(xué)院第52頁幾個方位角之間關(guān)系

2．真方位角與坐標(biāo)方位角之間關(guān)系

中央子午線在高斯平面上是一條直線，作為該帶坐標(biāo)縱軸，而其它子午線投影后為收斂于兩極曲線，地面點M、N等點真子午線方向與中央子午線之間夾角，稱為子午線收斂角γ。在中央子午線以東地域，各點坐標(biāo)縱軸偏在真子午線東邊，γ為正值；在中央子午線以西地域，γ為負值。

直線真方位角與磁方位角之間可用下式進行換算10/10/53山東理工大學(xué)建工學(xué)院第53頁幾個方位角之間關(guān)系

3．坐標(biāo)