第四章距離測(cè)量和直線定向

測(cè)量學(xué)石家莊經(jīng)濟(jì)學(xué)院測(cè)繪工程教研室高彥麗2010.9基于單張圖像的隧道三維建模第四章距離測(cè)量§4.1鋼尺量距基于單張圖像的隧道三維建模§4.3直線定向§4.2光電測(cè)距儀距離測(cè)量：測(cè)量地面兩點(diǎn)之間的水平距離。如果測(cè)得的是斜距，還需改算為水平距離。距離測(cè)量的方法鋼尺量距普通視距

光電測(cè)距

按所使用的儀器分類：測(cè)釬垂球標(biāo)桿彈簧秤一、量距工具鋼尺—端點(diǎn)尺和刻線尺（零點(diǎn)位置不同）鋼尺外觀§4.1

鋼尺量距其它工具二、鋼尺量距的一般方法

1、直線定線目的：便于量測(cè)距離較長(zhǎng)或地勢(shì)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線。方法：目視定線A、B兩點(diǎn)豎標(biāo)桿甲與A處瞄向B，指揮乙左右移動(dòng)標(biāo)桿，直至三標(biāo)桿位于同一直線上；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(cè)桿，便于定向，并清理障礙物后尺員持零端對(duì)齊A點(diǎn)，并插測(cè)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(cè)釬；重復(fù)上述步驟，直至最后一段不滿一整尺段，測(cè)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：式中：n—尺段數(shù)；

l—鋼尺的尺長(zhǎng)；

q—不足一整尺的余長(zhǎng)。為了校核、提高精度，還要進(jìn)行返測(cè)，反測(cè)時(shí)需重新定線，取往返測(cè)距離的平均值作為丈量結(jié)果。量距精度：用往、返測(cè)長(zhǎng)度之差與全長(zhǎng)平均數(shù)之比，并化成分子為1的分?jǐn)?shù)來衡量。這個(gè)比值稱為相對(duì)誤差K：平坦地區(qū)鋼尺量距相對(duì)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(duì)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(shí)，則可將直線分成若干小段進(jìn)行丈量。每段的長(zhǎng)度視坡度大小、量距的方便而定。目視使尺子水平三、鋼尺量距精密方法（1/10000~1/40000

）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5cm～10cm，在每個(gè)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(cè)溫度。量距時(shí)由后尺手用彈簧秤控制施加于鋼尺的拉力，（為鋼尺檢定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)拉力，如30m鋼尺，標(biāo)準(zhǔn)拉力為100N)。前、后讀數(shù)員應(yīng)同時(shí)在鋼尺上讀數(shù)，估讀到0.5mm。每尺段要移動(dòng)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(cè)，如要進(jìn)行溫度和傾斜改正，還要觀測(cè)現(xiàn)場(chǎng)溫度和各樁頂高差（水準(zhǔn)測(cè)量測(cè)高差）經(jīng)過檢定的鋼尺長(zhǎng)度可用尺長(zhǎng)方程示：—溫度為t時(shí)的鋼尺實(shí)際長(zhǎng)度；—鋼尺的名義長(zhǎng)度；—尺長(zhǎng)改正值，即溫度在時(shí)鋼尺全長(zhǎng)改正數(shù)；—鋼尺膨脹系數(shù)，一般取α=1.25×—鋼尺檢定時(shí)的溫度；—量距時(shí)的溫度。四、尺長(zhǎng)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(xiàng)改正1、尺長(zhǎng)改正2、溫度改正—標(biāo)準(zhǔn)溫度、標(biāo)準(zhǔn)拉力下的檢定長(zhǎng)度—名義長(zhǎng)度—任一尺段的長(zhǎng)度

α—

鋼尺膨脹系數(shù)

t—

丈量時(shí)溫度

t0—

標(biāo)準(zhǔn)溫度當(dāng)Ｌ為斜距時(shí)應(yīng)換算成平距d，則傾斜改正值為：將上式項(xiàng)展開成級(jí)數(shù)：取第一項(xiàng)3.傾斜改正

每一尺段改正后的水平距離為：Ｌ例題：用尺長(zhǎng)方程為的鋼尺實(shí)測(cè)A—B尺段（如圖），長(zhǎng)度l=29.896m,A、B兩點(diǎn)間高差h=0.272m,測(cè)量時(shí)的溫度t=25.8°C,試求A—B尺段的水平距離。解：1）尺長(zhǎng)改正3）傾斜改正4）A-B尺段水平距離2）溫度改正六、鋼尺量距誤差及注意事項(xiàng)1、尺長(zhǎng)誤差：具有累積性，與量測(cè)距離成正比2、溫度誤差：溫度計(jì)測(cè)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、鋼尺傾斜誤差：水準(zhǔn)儀測(cè)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(cè)距儀是用電磁波（光波或微波）作為載波傳輸測(cè)距信號(hào)以測(cè)量?jī)牲c(diǎn)間距離的一種方法。電磁波測(cè)距儀的分類：

1、光電測(cè)距儀

（可見光、紅外光、激光）

2、微波測(cè)距儀

（無線電波、微波）紅外測(cè)距儀§4.2

光電測(cè)距儀電磁波測(cè)距儀的優(yōu)點(diǎn)：

1、測(cè)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(cè)量中應(yīng)用較多的是短程紅外光電測(cè)距儀。光電測(cè)距儀是通過測(cè)量光波在待測(cè)距離D上往、返傳播的時(shí)間t2D，計(jì)算待測(cè)距離D：式中：c—光波在空氣中的傳播速度一、測(cè)距原理二、測(cè)距方法光電測(cè)距儀按照t2D的不同測(cè)量方式，可分為：脈沖式（直接測(cè)定時(shí)間）相位式（間接測(cè)定時(shí)間）1、脈沖式脈沖式光電測(cè)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(cè)量發(fā)射的尖脈沖在待測(cè)距離上往返傳播的時(shí)間來計(jì)算距離。脈沖測(cè)距原理圖：脈沖的振蕩頻率q：計(jì)數(shù)器計(jì)得的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器只能記憶整數(shù)個(gè)時(shí)鐘脈沖，不足一周期的時(shí)間被丟掉了。測(cè)距精度較低，一般在“米”級(jí)，最好的達(dá)“分米”級(jí)。2、相位式相位式光電測(cè)距儀是將發(fā)射光強(qiáng)調(diào)制成正弦波的形式，通過測(cè)量正弦光波在待測(cè)距離上往、返傳播的相位移來解算時(shí)間。將返程的正弦波以棱鏡站為中心對(duì)稱展開后的圖形：由于，所以則：式中，取，則不同的調(diào)制頻率?對(duì)應(yīng)的測(cè)尺長(zhǎng)見下表：調(diào)制頻率?測(cè)尺長(zhǎng)10m20m100m1km2km調(diào)制頻率越大，測(cè)尺長(zhǎng)度越短。相位式測(cè)距儀的基本工作原理圖：1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個(gè)調(diào)制光波，同時(shí)至檢相器；2、調(diào)制光波在待測(cè)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(hào)與接收信號(hào)進(jìn)行相位比較，測(cè)出相位差；4、每改變頻率f后的調(diào)制光波，測(cè)出一個(gè)，組合后經(jīng)微處理器計(jì)算顯示結(jié)果。三、測(cè)程及測(cè)距儀的精度：1、測(cè)程：測(cè)距儀一次所能測(cè)的最遠(yuǎn)距離。短程測(cè)距儀—測(cè)程小于5km；

中程測(cè)距儀—測(cè)程在5km-30km；

遠(yuǎn)程測(cè)距儀—測(cè)程在30km以上。

2、測(cè)距儀的精度：式中：mD—測(cè)距中誤差，單位為mm；

a—固定誤差，單位為mm；

b—比例誤差；

D—以km為單位的距離。

REDmini短程紅外測(cè)距儀的精度為

當(dāng)距離D為0.6km時(shí)，測(cè)距精度是mD=±8mm。

(通常寫作ppm)四、REDmini紅外測(cè)距儀各種反射棱鏡經(jīng)緯儀與測(cè)距儀配接測(cè)距儀功能鍵盤1、儀器簡(jiǎn)介：經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)覘牌中心的視線與測(cè)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(duì)準(zhǔn)反射棱鏡的覘牌中心調(diào)整測(cè)距儀望遠(yuǎn)鏡，使十字絲對(duì)準(zhǔn)反射棱鏡中心五、光電測(cè)距的注意事項(xiàng)(1)

防止日曬雨淋，在儀器使用和運(yùn)輸中應(yīng)注意防震。(2)

嚴(yán)防陽(yáng)光及強(qiáng)光直射物鏡，以免損壞光電器件。(3)

儀器長(zhǎng)期不用時(shí)，應(yīng)將電池取出。

(4)

測(cè)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(chǎng)干擾的地方。(5)

鏡站的后面不應(yīng)有反光鏡和強(qiáng)光源等背景干擾。(6)

應(yīng)在大氣條件比較穩(wěn)定和通視良好的條件下觀測(cè)。返回確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平角度稱為直線定向。標(biāo)準(zhǔn)方向真子午線方向磁子午線方向坐標(biāo)縱軸方向§4.3

直線定向本章重點(diǎn)通稱“三北方向”一、標(biāo)準(zhǔn)方向的分類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。真子午線的切線方向P1P2

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。陀螺儀GP1-2A2．磁子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。AP′PP—北極P′—磁北極

磁子午線方向可用羅盤儀測(cè)定。

DQL-1型森林羅盤儀DQL-1B型森林羅盤儀3．坐標(biāo)縱軸方向我國(guó)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)系二、直線方向的表示方法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(shí)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)方向北端方位角22222標(biāo)準(zhǔn)方向真子午線方向磁子午線方向坐標(biāo)縱軸方向真方位角（A）磁方位角（Am）坐標(biāo)方位角（α）2磁北真北坐標(biāo)北AmAα1

由于地面各點(diǎn)的真北（或磁北）方向互不平行，用真（磁）方位角表示直線方向會(huì)給方位角的推算帶來不便，所以在一般測(cè)量工作中，常采用坐標(biāo)方位角來表示直線方向。xyoP1P2γγ坐標(biāo)北與真北的關(guān)系2）幾種方位角之間的關(guān)系2磁北真北坐標(biāo)北AmAα1磁偏角δ—真北方向與磁北方向之間的夾角；子午線收斂角γ—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)時(shí)，δ和γ為正；偏于西側(cè)時(shí)，δ和γ為負(fù)。δγ3）正、反坐標(biāo)方位角直線1-2：點(diǎn)1是起點(diǎn)，點(diǎn)2是終點(diǎn)。α12—正坐標(biāo)方位角；α21—反坐標(biāo)方位角。α21α12xyoxx12直線2-1：所以一條直線的正、反坐標(biāo)方位角互差180o2、象限角某直線的象限角是由直線起點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)方向北端或南端起，沿順時(shí)針或逆時(shí)針方向量至該直線的銳角，用R表示。直線R與α的關(guān)系O1O2O3O4（北）（西）y（東）（南）xoⅠⅣⅢⅡRO1RO3RO2RO4αO1αO2αO3αO41234αO1=RO1αO2=180°－RO2αO3=180°＋RO3αO4=360°－RO4三、坐標(biāo)方位角的推算

α12已知，通過連測(cè)求得12邊與23邊的連接角為β2（右角）、23邊與34邊的連接角為β3（左角），現(xiàn)推算α23、α34。1234xxxα23α34α12β2β3前進(jìn)方向1234xxα23α12β2α21前進(jìn)方向xα34β3α32由圖中分析可知：推算坐標(biāo)方位角的通用公式：注意：

計(jì)算中，若α前>360°，減360°；若α前<0°，加360°。當(dāng)β角為左角時(shí)，取“＋”；若為右角時(shí)，取“－”。左加右減例題：已知α12=46°，β2、β3及β４的角值均注于圖上，試求其余各邊坐標(biāo)方位角。α23=α12＋180°－β24x23146°125°10′5136°30′247°20′解：α34=α23＋180°＋β3=417°20′>360°（417°20′－360°）=57°20′α45=α