《土木工程測量》第4章 距離測量與直線定向1

第4章距離測量與直線定向

距離測量(distancemeasurement)是確定地面點(diǎn)位的基本測量工作之一。距離測量方法有鋼尺量距、視距測量、電磁波測距和GPS測量等。鋼尺量距是用鋼卷尺沿地面直接丈量距離；視距測量是利用經(jīng)緯儀或水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡中的視距絲及視距標(biāo)尺按幾何光學(xué)原理進(jìn)行測距；電磁波測距是用儀器發(fā)射并接收電磁波，通過測量電磁波在待測距離上往返傳播的時(shí)間解算出距離；GPS測量是利用兩臺GPS接收機(jī)接收空間軌道上4顆衛(wèi)星發(fā)射的精密測距信號，通過距離空間交會的方法解算出兩臺GPS接收機(jī)之間的距離。本章重點(diǎn)介紹前三種距離測量方法，GPS測量在第8章介紹?！?.1鋼尺量距(1)量距工具1)鋼尺(steeltape)鋼尺是用鋼制成的帶狀尺，尺的寬度約10～15mm，厚度約0.4mm，長度有20m、30m、50m等幾種。鋼尺有卷放在圓盤形的尺殼內(nèi)的，也有卷放在金屬尺架上的，如圖4-1所示。鋼尺的基本分劃為厘米，在每厘米、每分米及每米處印有數(shù)字注記。根據(jù)零點(diǎn)位置的不同，鋼尺有端點(diǎn)尺和刻劃尺兩種。端點(diǎn)尺是以尺的最外端作為尺的零點(diǎn)，如圖4-2a所示；刻線尺是以尺前端的一刻線作為尺的零點(diǎn)，如圖4-2b所示。2)其它輔助工具測釬(measuringrod)標(biāo)桿(measuringbar)垂球(plumbbob)精密量距時(shí)還需要彈簧秤溫度計(jì)尺夾。測釬用于標(biāo)定尺段，標(biāo)桿用于直線定線，垂球用于在不平坦地面丈量時(shí)將鋼尺的端點(diǎn)垂直投影到地面，彈簧秤用于對鋼尺施加規(guī)定的拉力，溫度計(jì)用于測定鋼尺量距時(shí)的溫度，以便對鋼尺丈量的距離施加溫度改正，尺夾用于安裝在鋼尺末端，以方便持尺員穩(wěn)定鋼尺。1)目測定線目測定線適用于鋼尺量距的一般方法。設(shè)A、B兩點(diǎn)互相通視，要在A、B兩點(diǎn)的直線上標(biāo)出分段點(diǎn)1、2點(diǎn)。先在A、B點(diǎn)上豎立標(biāo)桿，甲站在A點(diǎn)標(biāo)桿后約一米處，指揮乙左右移動(dòng)標(biāo)桿，直到甲從在A點(diǎn)沿標(biāo)桿的同一側(cè)看到A、2、B三支標(biāo)桿成一條線為止。同法可以定出直線上的其他點(diǎn)。兩點(diǎn)間定線，一般應(yīng)由遠(yuǎn)到近，即先定1點(diǎn)，再定2點(diǎn)。定線時(shí)，乙所持標(biāo)桿應(yīng)豎直，利用食指和姆指夾住標(biāo)桿的上部，稍微提起，利用重心使標(biāo)桿自然豎直。此外，為了不擋住甲的視線，乙應(yīng)持標(biāo)桿站立在直線方向的左側(cè)或右側(cè)。2)經(jīng)緯儀定線經(jīng)緯儀定線適用于鋼尺量距的精密方法。設(shè)A、B兩點(diǎn)互相通視，將經(jīng)緯儀安置在A點(diǎn)，用望遠(yuǎn)鏡縱絲瞄準(zhǔn)B點(diǎn)，制動(dòng)照準(zhǔn)部，望遠(yuǎn)鏡上下轉(zhuǎn)動(dòng)，指揮在兩點(diǎn)間某一點(diǎn)上的助手，左右移動(dòng)標(biāo)桿，直至標(biāo)桿像為縱絲所平分。為減小照準(zhǔn)誤差，精密定線時(shí)，可以用直徑更細(xì)的測釬或垂球線代替標(biāo)桿。(3)鋼尺量距的一般方法1)平坦地面的距離丈量丈量工作一般由兩人進(jìn)行。清除待量直線上的障礙物后，在直線兩端點(diǎn)A、B豎立標(biāo)桿，后尺手持鋼尺的零端位于A點(diǎn)，前尺手持鋼尺的末端和一組測釬沿AB方向前進(jìn)，行至一個(gè)尺段處停下。后尺手用手勢指揮前尺手將鋼尺拉在AB直線上，后尺手將鋼尺的零點(diǎn)對準(zhǔn)A點(diǎn)，當(dāng)兩人同時(shí)把鋼尺拉緊后，前尺手在鋼尺末端的整尺段長分劃處豎直插下一根測釬(如果在水泥地面上丈量插不下測釬時(shí)，也可以用粉筆在地面上劃線做記號)得到1點(diǎn)，即量完一個(gè)尺段。前、后尺手抬尺前進(jìn)，當(dāng)后尺手到達(dá)插測釬或劃記號處時(shí)停住，再重復(fù)上述操作，量完第二尺段。后尺手拔起地上的測釬，依次前進(jìn)，直到量完AB直線的最后一段為止。最后一段距離一般不會剛好是整尺段的長度，稱為余長。丈量余長時(shí)，前尺手在鋼尺上讀取余長值，則最后A、B兩點(diǎn)間的水平距離為2)傾斜地面的距離丈量①平量法沿傾斜地面丈量距離，當(dāng)?shù)貏萜鸱淮髸r(shí)，可將鋼尺拉平丈量。丈量由A點(diǎn)向B點(diǎn)進(jìn)行，甲立于A點(diǎn)，指揮乙將尺拉在AB方向線上。甲將尺的零端對準(zhǔn)A點(diǎn)，乙將鋼尺抬高，并且目估使鋼尺水平，然后用垂球尖將尺段的末端投影到地面上，插上測釬。若地面傾斜較大，將鋼尺抬平有困難時(shí)，可將一個(gè)尺段分成幾個(gè)小段來平量，如圖中的ij段。(4)鋼尺量距的精密方法用一般方法量距，其相對誤差只能達(dá)到1/1000~1/5000，當(dāng)要求量距的相對誤差更小時(shí)，例如1/10000~1/40000，這就要求用精密方法進(jìn)行丈量。精密方法量距的主要工具為：鋼尺、彈簧秤、溫度計(jì)、尺夾等。其中鋼尺必須經(jīng)過檢驗(yàn)，并得到其檢定的尺長方程式。隨著電磁波測距儀的逐漸普及，現(xiàn)在，測量人員已經(jīng)很少使用鋼尺精密方法丈量距離，需要了解這方面內(nèi)容的讀者請參考有關(guān)的書籍。(5)鋼尺量距的誤差分析及注意事項(xiàng)1)鋼尺量距的誤差分析鋼尺量距的主要誤差來源有下列幾種：①尺長誤差如果鋼尺的名義長度和實(shí)際長度不符，則產(chǎn)生尺長誤差。尺長誤差是積累的，丈量的距離越長，誤差越大。因此新購置的鋼尺必須經(jīng)過檢定，測出其尺長改正值。②溫度誤差鋼尺的長度隨溫度而變化，當(dāng)丈量時(shí)的溫度與鋼尺檢定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)溫度不一致時(shí)，將產(chǎn)生溫度誤差。按照鋼的膨脹系數(shù)計(jì)算，溫度每變化1℃，丈量距離為30m時(shí)對距離影響為0.4mm。③鋼尺傾斜和垂曲誤差在高低不平的地面上采用鋼尺水平法量距時(shí)，鋼尺不水平或中間下垂而成曲線時(shí)，都會使量得的長度比實(shí)際要大。因此丈量時(shí)必須注意鋼尺水平，整尺段懸空時(shí)，中間應(yīng)有人托住鋼尺，否則會產(chǎn)生不容忽視的垂曲誤差。④定線誤差丈量時(shí)鋼尺沒有準(zhǔn)確地放在所量距離的直線方向上，使所量距離不是直線而是一組折線，造成丈量結(jié)果偏大，這種誤差稱為定線誤差。丈量30m的距離，當(dāng)偏差為0.25m時(shí)，量距偏大1mm。⑤拉力誤差鋼尺在丈量時(shí)所受拉力應(yīng)與檢定時(shí)的拉力相同。若拉力變化2.6kg，尺長將改變1mm。⑥丈量誤差丈量時(shí)在地面上標(biāo)志尺端點(diǎn)位置處插測釬不準(zhǔn)，前、后尺手配合不佳，余長讀數(shù)不準(zhǔn)等都會引起丈量誤差，這種誤差對丈量結(jié)果的影響可正可負(fù)，大小不定。在丈量中要盡力做到對點(diǎn)準(zhǔn)確，配合協(xié)調(diào)。2)鋼尺的維護(hù)①鋼尺易生銹，丈量結(jié)束后應(yīng)用軟布擦去尺上的泥和水，涂上機(jī)油以防生銹。②鋼尺易折斷，如果鋼尺出現(xiàn)卷曲，切不可用力硬拉。③丈量時(shí)，鋼尺末端的持尺員應(yīng)該用尺夾夾住鋼尺后手握緊尺夾加力，沒有尺夾時(shí)，可以用布或者紗手套包住鋼尺代替尺夾，切不可手握尺盤或尺架加力，以免將鋼尺拖出。④在行人和車輛較多的地區(qū)量距時(shí)，中間要有專人保護(hù)，以防止鋼尺被車輛碾壓而折斷。⑤不準(zhǔn)將鋼尺沿地面拖拉，以免磨損尺面分劃。⑥收卷鋼尺時(shí)，應(yīng)按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)鋼尺搖柄，切不可逆轉(zhuǎn)，以免折斷鋼尺?！?.2視距測量(stadiameasurement)視距測量是一種間接測距方法;它利用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)十字絲分劃板上的視距絲及刻有厘米分劃的視距標(biāo)尺(地形塔尺或普通水準(zhǔn)尺)，根據(jù)光學(xué)原理可以同時(shí)測定兩點(diǎn)間的水平距離和高差；其中測量距離的