第四章 距離測(cè)量

第四章距離測(cè)量上海交通大學(xué)土木工程系2023/2/2第四章距離測(cè)量第四章距離測(cè)量——概述常用的距離測(cè)量方法有物理測(cè)量和幾何測(cè)量?jī)煞N方法。物理測(cè)量：雷達(dá)，電磁波測(cè)距，GPS測(cè)量等,通過測(cè)量其它的物理量轉(zhuǎn)化為距離,也稱間接測(cè)量。幾何測(cè)量：卷尺量距、視距測(cè)量等，也稱直接測(cè)量。第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量—鋼卷尺、皮尺和丈量工具

鋼卷尺：第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量—鋼卷尺、皮尺和丈量工具

第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量輔助丈量工具：

輔助丈量工具有測(cè)釬、標(biāo)桿、錘球等，精密測(cè)距時(shí)還有彈簧秤和溫度計(jì)。丈量工具配合鋼卷尺或皮尺使用，用來量取兩點(diǎn)之間的距離。第四章距離測(cè)量輔助測(cè)量工具垂球測(cè)釬標(biāo)桿彈簧秤第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量直線定線：

地面上兩點(diǎn)之間的距離較遠(yuǎn)不能丈量時(shí)，需要在兩點(diǎn)直接標(biāo)定若干點(diǎn)，并使這些點(diǎn)在一條直線上，稱為直線定線；直線定線的方法：

目測(cè)定線、過高定線、經(jīng)緯儀定線。第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量（1）兩點(diǎn)之間目測(cè)定線：第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量（2）過高定線：第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量（3）經(jīng)緯儀定線：

a.內(nèi)插定線

b.外插定線

——最好采用正倒鏡延長(zhǎng)第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量（1）平坦地面的丈量：為了提高丈量精度，需要往、返丈量所得距離的差數(shù)除以該距離的近似值，稱為丈量的相對(duì)精度。第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量?jī)A斜地面的丈量：第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量（3）高低不平地面的丈量方法：往返測(cè)量鋼尺量距時(shí)，一般還應(yīng)由B點(diǎn)量至A點(diǎn)進(jìn)行返測(cè),返測(cè)時(shí)應(yīng)重新進(jìn)行定線,取往、返測(cè)距離的平均值作為直線AB最終的水平距離。第四章距離測(cè)量式中Dav——往、返測(cè)距離的平均值（m）；Df——往測(cè)的距離（m）；Db——返測(cè)的距離（m）。第四章距離測(cè)量量距精度通常用相對(duì)誤差K來衡量，相對(duì)誤差K應(yīng)化為分子為１的分?jǐn)?shù)形式。在平坦地區(qū)，鋼尺量距一般方法的相對(duì)誤差一般不應(yīng)大于1/3000；在量距較困難的地區(qū)，其相對(duì)誤差也不應(yīng)大于1/1000。第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量鋼卷尺的尺長(zhǎng)方程：第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量鋼尺量距的成果整理：第四章距離測(cè)量鋼尺號(hào)碼：No12鋼尺膨脹系數(shù):125×10－5鋼尺檢定時(shí)溫度t0：20℃

鋼尺名義長(zhǎng)度l0：30m鋼尺檢定長(zhǎng)度l′：30.005m鋼尺檢定時(shí)拉力：100N

尺段編號(hào)實(shí)測(cè)次數(shù)前尺讀數(shù)/m后尺讀數(shù)/m尺段長(zhǎng)度/m溫度/℃

高差/m溫度改正數(shù)/mm傾斜改正數(shù)/mm尺長(zhǎng)改正數(shù)/mm改正后尺段長(zhǎng)/mA-1129.43500.041029.3940+25.5+0.36+1.9-2.2+4.929.39762

510

580

9303

025

105

920平均29.39301-2129.9360

0.070029.8660+26.0+0.25+2.2-1.0+5.029.87142

400

755

6453

500

850

650平均29.86522-3129.9230

0.0175

29.9055

+26.5-0.66+2.3-7.3+5.029.90572

300

250

0503

380

315065平均29.90573-4129.9235

0.0185

29.9050+27.0-0.54+2.5-4.9+5.029.90832

305

255

0503

380

310070平均29.90574-B115.9755

0.0765

15.8990+27.5+0.42+1.4-5.5+2.615.89752

540

555

9853

805

810995平均15.8890總和134.9686+10.3-20.9+22.5134.9805**********第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量—鋼尺量距的誤差分析引起鋼尺量距誤差的原因：

尺長(zhǎng)誤差

溫度誤差

尺子傾斜和垂曲誤差

定線誤差

拉力誤差

丈量誤差第四章距離測(cè)量§4.1卷尺測(cè)量—鋼尺的維護(hù)丈量結(jié)束后，應(yīng)擦去尺上的泥和水，涂上油；鋼尺易折斷，如果出現(xiàn)彎曲，不可用力硬拉；在道路上丈量時(shí)，要避免車壓或人踩；不要將尺子在地面上拖拉，以免磨損刻劃；收尺子時(shí)應(yīng)順時(shí)針搖轉(zhuǎn)，以免折斷。第四章距離測(cè)量§4.2視距測(cè)量—概述原理：

利用測(cè)量望遠(yuǎn)鏡內(nèi)十字絲平面上的視距絲及有厘米刻劃的視距標(biāo)尺（或水準(zhǔn)尺），根據(jù)光學(xué)原理，可以同時(shí)測(cè)定目標(biāo)與測(cè)站之間的距離和高差。測(cè)量精度：約1/300,低于卷尺測(cè)量。適用范圍：用于地形測(cè)量。第四章距離測(cè)量§4.2視距測(cè)量—視距測(cè)量的公式h2

固定值(約34’)l2l112AD1D2ih2望遠(yuǎn)鏡十字絲環(huán)視距絲第四章距離測(cè)量§4.2視距測(cè)量—視距測(cè)量的公式D=Cn=C(a-b)

常數(shù)C稱為視距常數(shù)，由上下絲之間的距離確定，設(shè)置儀器的C=100。得到視線水平時(shí)，視距的計(jì)算公式：

D=100n=100(a-b)

測(cè)站點(diǎn)與目標(biāo)點(diǎn)的高差為：第四章距離測(cè)量§4.2視距測(cè)量—視距測(cè)量的公式當(dāng)視線傾斜時(shí)：oAiDaa′bBvb′Lhα第四章距離測(cè)量ODMQNBAJN'lD'M

'第四章距離測(cè)量第四章距離測(cè)量§4.2視距測(cè)量—視距測(cè)量的公式第四章距離測(cè)量§4.2視距測(cè)量—視距測(cè)量的公式在測(cè)站點(diǎn)上安置經(jīng)緯儀（對(duì)中、整平），并量取儀器高，抄錄測(cè)站點(diǎn)的高程；將標(biāo)尺立在欲測(cè)定其位置的未知點(diǎn)上，尺子要豎直，尺面對(duì)準(zhǔn)儀器；視距測(cè)量一般只需用經(jīng)緯儀盤左半測(cè)回觀測(cè)，讀取經(jīng)緯儀的上、中、下絲讀數(shù)和豎直角，記錄入表格中。第四章距離測(cè)量§4.2視距測(cè)量—視距測(cè)量的公式視距測(cè)量的計(jì)算：將觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄到相應(yīng)的表格中，根據(jù)視距測(cè)量的公式計(jì)算，在地形測(cè)量時(shí)，最好采用可編程計(jì)算器來提高測(cè)繪的速度。第四章距離測(cè)量例：在A點(diǎn)量取經(jīng)緯儀高度i=1.400m，望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)B點(diǎn)標(biāo)尺，中絲、上絲、下絲讀數(shù)分別為v=1.400m，b=1.242m，a=1.558m，α=3°27′,試求A、B兩點(diǎn)間的水平距離和高差。解：1）尺間距2）水平距離3）高差第四章距離測(cè)量§4.2視距測(cè)量—視距測(cè)量的誤差來源視距尺的分劃誤差；儀器常數(shù)不準(zhǔn)確；豎直角誤差的影響；視距絲的讀數(shù)誤差；視距尺傾斜的影響；大氣折光的影響。第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—概述原理:用電磁波（光波或微波）作為傳輸信號(hào)以測(cè)定兩點(diǎn)之間距離的一種方法。B測(cè)距儀(EDMinstrument)反光棱鏡(reflector)第四章距離測(cè)量測(cè)距儀的分類和分級(jí)：按測(cè)定t的方法按載波按測(cè)程Medium=electromagneticradiation(sonarisanexception)第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—基本原理時(shí)間測(cè)量精度對(duì)測(cè)距的影響：第四章距離測(cè)量時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)（1）天文時(shí)標(biāo)

以地球的自轉(zhuǎn)或公轉(zhuǎn)來定義時(shí)間單位，如：世界時(shí)（UT,UniversalTime）:以地球自轉(zhuǎn)周期(1天)確定的時(shí)間，即1/(24×60×60)=1/86400為1秒。其誤差約為10－7量級(jí)。（2）原子時(shí)標(biāo)

以原子在能級(jí)躍遷中所吸收的能量來定義時(shí)間單位。如：1967年10月，第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式通過了秒的新定義：“秒是Cs133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)之間躍遷頻率相應(yīng)的射線束持續(xù)9,192,631,770個(gè)周期的時(shí)間”第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—基本原理相位測(cè)距儀的基本原理－測(cè)量相位：

由于采用常規(guī)手段無法測(cè)量高精度的時(shí)間，因而采用測(cè)量相位的辦法。

調(diào)制光波在待測(cè)距離上往返傳播，使得在同一瞬間接收光與發(fā)射光產(chǎn)生相位差，在已知調(diào)制頻率和光速的情況下可以計(jì)算出傳播時(shí)間。第四章距離測(cè)量測(cè)量的確定第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—基本原理第四章距離測(cè)量雙測(cè)尺組合（限制所測(cè)距離D小于u2）

N1為正整數(shù)，ΔN1為小于1的小數(shù)，該式兩邊的整數(shù)部份和小數(shù)部份應(yīng)分別相等例：u1=10m,u2=1000m,k=100,

測(cè)尺放大系數(shù)第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—加常數(shù)和乘常數(shù)乘常數(shù)R:由于電子元件老化等原因引起調(diào)制頻率的變化，會(huì)引起距離的變化，其影響與測(cè)距的長(zhǎng)度乘正比，稱為乘常數(shù)R;加常數(shù)C：由于電子信號(hào)在儀器內(nèi)部傳播需要時(shí)間，測(cè)距時(shí)需要改正，稱為加常數(shù)；儀器的加常數(shù)和乘常數(shù)由檢定給出。第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—棱鏡常數(shù)棱鏡常數(shù)產(chǎn)生的原因：

棱鏡的接收中心與儀器的旋轉(zhuǎn)中心不一致，使得測(cè)量的距離要加上一個(gè)常數(shù)稱為棱鏡常數(shù)。第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—紅外測(cè)距儀的使用測(cè)量中常用的測(cè)距儀最大的測(cè)量距離在5km之內(nèi),稱為短程測(cè)距儀，短程測(cè)距儀一般架設(shè)在經(jīng)緯儀之上，可以同時(shí)測(cè)量距離和角度。由于測(cè)距儀只能測(cè)量距離，它需要經(jīng)緯儀的高倍望遠(yuǎn)鏡來瞄準(zhǔn)目標(biāo)，并根據(jù)經(jīng)緯儀的豎盤讀數(shù)來計(jì)算視線的垂直角，使測(cè)得的距離化算為水平距離和高差。第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—紅外測(cè)距儀的使用第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—DI1600測(cè)距儀第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—紅外測(cè)距儀的使用測(cè)距儀觀測(cè)的步驟：安置經(jīng)緯儀，并測(cè)量好豎直角；在經(jīng)緯儀上架設(shè)好測(cè)距儀；先利用經(jīng)緯儀粗略瞄準(zhǔn)棱鏡，然后利用測(cè)距儀的水平和豎直制動(dòng)裝置精確瞄準(zhǔn)棱鏡；打開測(cè)距儀電源，測(cè)量距離。第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—棱鏡和棱鏡組下對(duì)點(diǎn)器)和基座單棱鏡單反射棱鏡全站儀單棱鏡組第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—棱鏡和棱鏡組三反射棱鏡全站儀單棱鏡組單反射棱鏡三反射棱鏡柱上裝載式測(cè)距儀三棱鏡組第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—紅外測(cè)距儀的成果整理第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—紅外測(cè)距儀的精度分析光電測(cè)距儀的誤差來源：調(diào)制頻率改正：與距離成正比；氣象參數(shù)誤差；儀器對(duì)中誤差；相位誤差。第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—光電測(cè)距的精度光電測(cè)距儀的標(biāo)稱精度

從測(cè)距儀的誤差來源分析，可知測(cè)距儀的一部分誤差與距離無關(guān)，稱為固定誤差；一部分誤差與距離的長(zhǎng)度成正比，稱為比例誤差。第四章距離測(cè)量§4.3電磁波測(cè)距—光電測(cè)距的精度光電測(cè)距儀的注意事項(xiàng):注意防震、防潮；在陽光比較強(qiáng)烈時(shí)，需要用測(cè)傘保護(hù)儀器；在設(shè)站時(shí)，要避免強(qiáng)電磁場(chǎng)的干擾；氣象條件對(duì)光電測(cè)距儀有較大的影響。第四章距離測(cè)量§4.4三角高程測(cè)量—計(jì)算公式用測(cè)定距離和豎直角的方法測(cè)定出計(jì)算出兩點(diǎn)之間的高差的方法稱為三角高程測(cè)量。第四章距離測(cè)量§4.4三角高程測(cè)量—地球曲率和大氣折光的影響第四章距離測(cè)量§4.4三角高程測(cè)量—地球曲率和大氣折光的影響地球曲率對(duì)高差的影響：第四章距離測(cè)量§4.4三角高程測(cè)量—地球曲率和大氣折光的影響大氣折光的影響：

由于低層空氣的密度大于高層大氣的密度，使得觀測(cè)觀測(cè)垂直角的視線穿過密度不均勻的介質(zhì)時(shí)，成為一條向上凸的曲線，使視線的切線方向向上抬高，測(cè)得的垂直角偏大，從而影響高差。第四章距離測(cè)量§4.4三角高程測(cè)量—地球曲率和大氣折光的影響大氣折光影響公式：第四章距離測(cè)量消除地球曲率和大氣折光影響的方法：采用往返觀測(cè)（也稱對(duì)向觀測(cè)）?！?.4三角高程測(cè)量—地球曲率和大氣折光的影響第四章距離測(cè)量§4.4三角高程測(cè)量—三角高程測(cè)量的觀測(cè)與計(jì)算三角高程測(cè)量的觀測(cè)：安置經(jīng)緯儀，量取儀器高i,在目標(biāo)上安置反光鏡，量取目標(biāo)高l；盤左、盤右瞄準(zhǔn)觀測(cè)豎直角；用測(cè)距儀或全站儀測(cè)出距離，以上個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)記錄入表格中。第四章距離測(cè)量§4.4三角高程測(cè)量—三角高程測(cè)量的觀測(cè)與計(jì)算三角高程測(cè)量的計(jì)算：第四章距離測(cè)量§4.4三角高程測(cè)量—三角高程測(cè)量的觀測(cè)與計(jì)算第四章距離測(cè)量§4.5電子全站儀簡(jiǎn)介電子全站儀（ElectronicTotalStation）

電子全站儀是既能測(cè)量距離又能測(cè)量角度，由機(jī)械、光學(xué)、電子元件組合而成的測(cè)量?jī)x器。同時(shí)具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理功能，能極大地提高測(cè)量速度。第四章距離測(cè)量全站儀的分類按全站儀本身的構(gòu)造特點(diǎn)及功能：（1）普通全站儀（2）免棱鏡全站儀（3）具有自動(dòng)化觀測(cè)的全站儀按測(cè)量精度分：0.5″，1″，2″,5″；按生產(chǎn)廠家：Leica,SoKKsia,Topcon,Nikon第四章距離測(cè)量Leica全站儀第四章距離測(cè)量Topocon全站儀TopoconGTS－310

系列全站儀第四章距離測(cè)量SOKKSIA全站儀SET5F防爆智能全站儀SET2100II全站儀第四章距離測(cè)量Nikon全站儀第四章距離測(cè)量§4.5電子全站儀簡(jiǎn)介電子全站儀的組成框圖：第四章距離測(cè)量§4.5電子全站儀簡(jiǎn)介電子全站儀的特殊部件及其功能：同軸望遠(yuǎn)鏡鍵盤和顯示窗雙軸傾斜傳感器存儲(chǔ)器通訊接口第四章距離測(cè)量§4.5電子全站儀簡(jiǎn)介電子全站儀的測(cè)量模式：角度測(cè)量（豎直角、水平角）距離測(cè)量（平距、斜距、高差）三維坐標(biāo)測(cè)量導(dǎo)線測(cè)量交會(huì)定點(diǎn)測(cè)量放樣測(cè)量等第四章距離測(cè)量§4.5免棱鏡電子全站儀簡(jiǎn)介

免棱鏡全站儀的免棱鏡視距由初期幾十米發(fā)展到當(dāng)前的一千米以上，其測(cè)距原理是測(cè)量近紅外的激光脈沖傳播的時(shí)間得到距離值。第四章距離測(cè)量§4.5自動(dòng)化全站儀（測(cè)量機(jī)器人）簡(jiǎn)介T（TotalStation）C（Clas