土木工程測(cè)量學(xué)第4章

第四章距離測(cè)量與直線定向測(cè)量距離的方法有鋼尺直接量距、光電測(cè)距儀測(cè)距和光學(xué)視距法測(cè)距等4.1鋼尺量具

4.1.1丈量工具鋼尺是鋼制的帶尺，長(zhǎng)度有20m、30m及50m幾種。鋼尺的基本分劃為厘米。一般鋼尺在起點(diǎn)處一分米內(nèi)刻有毫米分劃。有端點(diǎn)尺和刻線尺的區(qū)別。

端點(diǎn)尺是以尺的最外端作為尺的零點(diǎn)，當(dāng)從建筑物墻邊開始丈量時(shí)使用很方便。

刻線尺是以尺前端的一刻線作為尺的零點(diǎn)，丈量距離的工具，除鋼尺外，還有標(biāo)桿、測(cè)釬和垂球。4.1.2鋼尺一般量距直線定線

當(dāng)兩個(gè)地面點(diǎn)之間的距離較長(zhǎng)或地勢(shì)起伏較大時(shí)，為使量距工作方便起見，可分成幾段進(jìn)行丈量。一般量距用目視定線，量距方法

平地量距

傾斜地面量距平地量距為了檢核核提高精度，要進(jìn)行返測(cè)。K表示相對(duì)誤差。傾斜地面量距(1)平量法

沿傾斜地面丈量距離，當(dāng)?shù)貏?shì)起伏不大時(shí)，可將鋼尺拉平丈量，丈量由A向B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(duì)準(zhǔn)A點(diǎn)，乙將尺子抬高，并且目估使尺子水平，然后用垂球尖將尺段的末端投于地面上，再插以插釬。若地面傾斜較大，將鋼尺抬平有困難對(duì)，可將一尺段分成幾段來平量，

(2)斜量法

當(dāng)傾斜地面的坡度均勻時(shí)，可以沿著斜坡丈量出AB的斜距L，測(cè)出地面傾斜角，然后計(jì)算AB的水平距離D。

4.1.3鋼尺精密量距鋼尺精密量距方法1)定線清除直線上的障礙物安置經(jīng)緯儀于A點(diǎn)上，瞄準(zhǔn)B點(diǎn)，用經(jīng)緯儀進(jìn)行定線。用鋼尺進(jìn)行概量，在視線上依次定出此鋼尺一整尺略短的A1、12、23……等尺段。在各尺段端點(diǎn)打下大木樁，樁頂高出地面3—5cm。在樁頂釘一白鐵皮。利用A點(diǎn)的經(jīng)緯儀進(jìn)行定線，在各白鐵皮上劃一條線，使其與AB方向重合，另劃一條線垂直與AB方向，形成十字，作為丈量的標(biāo)志。

2)量距

用檢定過的鋼尺丈量相鄰兩木樁的距離。3）測(cè)量相鄰樁頂高差

上述所量的距離，是相鄰樁頂間的傾斜距離，為了改算成水平距離，要用水準(zhǔn)測(cè)量方法測(cè)出各樁頂?shù)母叱蹋员氵M(jìn)行傾斜改正。水準(zhǔn)測(cè)量宜在量距前或量距后往、返觀測(cè)一次，以資檢核。相鄰兩樁頂往、返所測(cè)高差之差，一般不得超過±10mm；如在限差以內(nèi)，取其平均值作為觀測(cè)成果。4）尺段距離的計(jì)算

精密量距中，每一尺段長(zhǎng)需進(jìn)行尺長(zhǎng)改正、溫度改正及傾斜改正，求出改正后的尺段長(zhǎng)度。(1)尺長(zhǎng)改正

鋼尺在標(biāo)準(zhǔn)拉力、標(biāo)準(zhǔn)溫度下的檢定長(zhǎng)度L′，與鋼尺的名義長(zhǎng)度L0往往不一致，其差L＝L′－L0數(shù)，即為整尺段的尺長(zhǎng)改正。任一尺段L的尺長(zhǎng)改正數(shù)為

△Ld＝(L′－L0)L/L0(2)溫度改正

設(shè)鋼尺在檢定時(shí)的溫度為t0℃，丈量時(shí)的溫度為t℃，鋼尺的線膨脹系數(shù)為α，則某尺段L的溫度改正為

△Lt＝α(t℃－t0℃)L(3)傾斜改正

設(shè)L為量得的斜距，h為尺段兩端間的高差，現(xiàn)要將L改算成水平距離d′，故要加傾斜改正數(shù)△Lh＝－h(huán)2/2L傾斜改正數(shù)永遠(yuǎn)為負(fù)值。鋼尺檢定鋼尺由于其制造誤差、經(jīng)常使用中的變形以及丈量時(shí)溫度和拉力不同的影響，使得其實(shí)際長(zhǎng)度往往不等于名義長(zhǎng)度。因此，丈量之前必須對(duì)鋼尺進(jìn)行檢定，求出它在標(biāo)準(zhǔn)拉力和標(biāo)準(zhǔn)溫度下的實(shí)際長(zhǎng)度，以便對(duì)丈量結(jié)果加以改正。鋼尺撿定后，應(yīng)給出尺長(zhǎng)隨溫度變化的函數(shù)式，通常稱為尺長(zhǎng)方程式，其一般形式為4.1.4鋼尺量距的誤差與注意事項(xiàng)定線誤差

量距誤差為當(dāng)l為30米時(shí)，若要求，則應(yīng)使定線誤差A(yù)D1D2PB尺長(zhǎng)誤差溫度誤差鋼尺必須經(jīng)過檢定以求得其尺長(zhǎng)改正數(shù)。尺長(zhǎng)誤差具有系統(tǒng)積累性，它與所量距離成正比。精密量距時(shí)，鋼尺雖經(jīng)撿定并在丈量結(jié)果中進(jìn)行了尺長(zhǎng)改正，其成果中仍存在尺長(zhǎng)誤差，因?yàn)橐灰蟪唛L(zhǎng)檢定方法只能達(dá)到0.5mm左右的精度。一般量距時(shí)可不作尺長(zhǎng)改正；溫度誤差

由于用溫度計(jì)測(cè)量溫度，測(cè)定的是空氣的溫度，而不是尺于本身的溫度，在夏季陽(yáng)光曝曬下，此兩者溫度之差可大于5°C。因此，量距宜在陰天進(jìn)行，并要設(shè)法測(cè)定鋼尺本身的溫度。拉力誤差尺子不水平的誤差鋼尺對(duì)點(diǎn)及讀書誤差拉力誤差

鋼尺具有彈性，會(huì)因受拉而伸長(zhǎng)。量距時(shí)，如果拉力不等于標(biāo)準(zhǔn)拉力，鋼尺的長(zhǎng)度就會(huì)產(chǎn)生變化。精密量距時(shí)，用彈簧秤控制標(biāo)準(zhǔn)拉力，一般量距時(shí)拉力要均勻，不要或大或小。

尺子不水平的誤差

鋼尺一般量距時(shí)，如果鋼尺不水平，總是使所量距離偏大。精密量距時(shí)，測(cè)出尺段兩端點(diǎn)的高差，進(jìn)行傾斜改正。用普通水準(zhǔn)測(cè)量的方法是容易達(dá)到的。鋼尺對(duì)點(diǎn)及讀書誤差

包括鋼尺刻劃對(duì)點(diǎn)的誤差、插測(cè)釬的誤差及鋼尺讀數(shù)誤差等。這些誤差是由人的感官能力所限而產(chǎn)生，誤差有正有負(fù)，在丈量結(jié)果中可以互相抵消一部分，但仍是量距工作的一項(xiàng)主要誤差來源。4.2視距測(cè)量視距測(cè)量是利用裝在經(jīng)緯儀或水準(zhǔn)儀望遠(yuǎn)鏡內(nèi)十字絲分劃板上的視距絲裝置配合視距標(biāo)尺，根據(jù)幾何光學(xué)與三角學(xué)原理，同時(shí)測(cè)定兩點(diǎn)間距離和高差的一種方法。視距傾斜時(shí)視距測(cè)量公式AB兩點(diǎn)間的高差h為：

h=h`+i－v

式中：h’-----初算高差，計(jì)算式為：

則AB兩點(diǎn)間的水平距離為：

若v=I,上兩式末項(xiàng)等于零。4.2.1視距測(cè)量基本原理AB兩點(diǎn)間的水平距離為：

D＝kl+C

式中：k-----視距乘常數(shù)

C-----視距加常數(shù)對(duì)內(nèi)對(duì)光望遠(yuǎn)鏡的視距常數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)使k＝100，C接近于零，因此公式為：

D=klAB兩點(diǎn)間的高差為：

h=I+v式中：i-----儀器高

v-----目標(biāo)高4.2.3視距測(cè)量的誤差來源及注意事項(xiàng)讀數(shù)誤差視距尺傾斜誤差外界影響視距乘常數(shù)不準(zhǔn)確4.3光電測(cè)距光電測(cè)距儀是以光波作為載波，而微波測(cè)距儀則用微波作為載波。微波測(cè)距儀與光電測(cè)距儀統(tǒng)稱為電磁波測(cè)距儀。光電測(cè)距的基本原理欲測(cè)定A、B兩點(diǎn)間的距離D，安置儀器于A點(diǎn)，安置反射鏡于B點(diǎn)。儀器發(fā)射的光束由A至B，經(jīng)反射鏡反射后又返回到儀器。設(shè)光速c為已知，如果光束在待測(cè)距離D上往返傳播的時(shí)間。已知，則距離D可由下式求出

式中c＝c。／n，c。為真空中的光速值，其值為299792458m／s,n為大氣折射率，它與測(cè)距儀所用光源的波長(zhǎng)，測(cè)線上的氣溫t,氣壓P和濕度e有關(guān)。光電測(cè)距儀的基本原理4.4直線定向確定地面兩點(diǎn)的相對(duì)位置，要知道兩點(diǎn)間的水平距離和該直線與標(biāo)準(zhǔn)方向的夾角。確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向的角度關(guān)系，稱為【直線定向】。1．真子午線方向

通過地球表面某點(diǎn)的真子午線的切線方向，稱為該點(diǎn)的真子午線方向，真子午線方向是用天文測(cè)量方法或用陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定的。

2．磁于午線方向

磁子午線方向是磁針在地球磁場(chǎng)的作用下，磁針自由靜止時(shí)其軸線所指的方向。磁子午線方向可用羅盤儀測(cè)定。

3．坐標(biāo)縱軸方向

高斯投影帶所在中央子午線方向。4.4.2直線定向方法真方位角和磁方位角坐標(biāo)方位角象限角測(cè)量工作中，常采用方位角來表示直線的方向。方位角和象限角一、方位角測(cè)量工作中，地面一條直線的方向,常采用方位角和象限角來表示。

（１）真方位角，用A表示。（２）磁方位角，用Aｍ表示．（３）坐標(biāo)方位角，用表示（4）方位角之間的換算

A=Aｍ＋δ

Aｍ=＋

=Aｍ＋δ－

=Aｍ＋δm（5）正、反坐標(biāo)方位角二、象限角

以直線端點(diǎn)的子午線北端或南端起算,量直直線的銳角叫象限角.

象限角有真象限角、磁象限角和坐標(biāo)象限角之分。二、坐標(biāo)方位角與象限角的關(guān)系Ⅰ象限：北東R=Ⅱ象限：南東R=180°－Ⅲ象限：南西R=－180°

Ⅳ象限：北西R=360°－

羅盤儀測(cè)定磁方位角一、羅盤儀羅盤儀的種類很多，其構(gòu)造大同小異，主要部件有磁針、刻度盤和瞄準(zhǔn)設(shè)備等。

1．磁針磁針用人造磁鐵制成，其中心裝有圓形球窩，在刻度盤的中心裝有頂針，磁針球窩支在頂點(diǎn)上。為了減輕頂針尖的磨損，裝置了杠桿和螺旋，磁針不用時(shí)，用杠桿將磁針升起，使它與頂針分離，把磁針壓在玻璃蓋下。2．刻度盤刻度盤為銅或鋁的圓環(huán)，最小分劃為1°或30"，按逆時(shí)針方向從0°注記到360°。3．瞄準(zhǔn)設(shè)備羅盤儀的瞄準(zhǔn)設(shè)備，現(xiàn)在大都采用望遠(yuǎn)鏡，老式儀器采用覘板。

二、磁方位角的測(cè)定觀測(cè)時(shí)，先將羅盤儀安置在直線的起點(diǎn)，對(duì)中，整平(羅盤盒內(nèi)一般均設(shè)有水準(zhǔn)器，指示儀器是否水平)，旋松螺旋，放下磁針，然后轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，通過瞄準(zhǔn)設(shè)備去瞄準(zhǔn)直線另一端的標(biāo)桿。待磁針靜止后，讀出磁針北瑞所指的讀數(shù)，即為該直線的磁方位角。目前，有很多經(jīng)緯儀配有羅針，用來測(cè)定磁方位角。羅針的構(gòu)造與羅盤儀相似。觀測(cè)時(shí)，先安置經(jīng)緯儀于直線起點(diǎn)上，然后將羅針安置在經(jīng)緯儀支架上。旋轉(zhuǎn)經(jīng)緯儀大致指向磁北，制動(dòng)照準(zhǔn)部。撳下螺旋，放下磁針，通過羅針觀測(cè)孔觀看磁針兩端的像，并旋轉(zhuǎn)經(jīng)