距離測(cè)量直線定向培訓(xùn)講義圖文并茂

水平距離測(cè)量是測(cè)量的三項(xiàng)基本工作之一，其主要任務(wù)是測(cè)量地面兩點(diǎn)之間的水平距離。水平距離是指地面上兩點(diǎn)垂直投影在同一水平面上的直線距離，是確定地面點(diǎn)平面位置的要素之一。按照使用工具和量距方法的不同，距離測(cè)量的方法有鋼尺量距、視距測(cè)量、電磁波測(cè)距和GPS測(cè)距等。

鋼尺量距適用于平坦地區(qū)的短距離量距，易受地形限制。視距測(cè)量適用于低精度的短距離量距。電磁波測(cè)距精度高，測(cè)程遠(yuǎn)，適用于高精度的遠(yuǎn)距離量距。GPS測(cè)距精度高，測(cè)程遠(yuǎn)，且不受地形條件限制，適用范圍廣。

直線定向是確定兩點(diǎn)間相對(duì)位置關(guān)系的必要環(huán)節(jié)，在此一并介紹。第五章距離測(cè)量與直線定向第一節(jié)鋼尺量距一、距離丈量的工具鋼尺（鋼卷尺）短鋼尺：2～5m長(zhǎng)鋼尺：20～50m端點(diǎn)尺：端點(diǎn)尺以尺的最外端點(diǎn)作為尺的零點(diǎn)；刻線尺：刻線尺以刻在尺前端0刻劃線作為尺的零點(diǎn)。標(biāo)桿（花桿）、測(cè)釬、垂球彈簧秤、溫度計(jì)端點(diǎn)尺刻線尺

二、直線定線

當(dāng)?shù)孛嫔蟽牲c(diǎn)間的距離超過尺子的全長(zhǎng)時(shí)，或地勢(shì)起伏較大，一尺段無法完成丈量工作時(shí)，量距前必須在通過直線兩端點(diǎn)的豎直面內(nèi)，定出若干分段點(diǎn)，以便分段丈量，這項(xiàng)工作稱為直線定線。按精度要求的不同，直線定線有目估定線和經(jīng)緯儀定線兩種方法。㈠目估定線在兩點(diǎn)間定線從直線遠(yuǎn)端B走向近端A的定線方法，稱為走近定線。反之，測(cè)量員乙持標(biāo)桿由直線近端A走向直線遠(yuǎn)端B的定線方法，稱為走遠(yuǎn)定線。走近定線法較走遠(yuǎn)定線法精確些，這是因?yàn)樽呓ň€過程中，新立標(biāo)桿不受已立標(biāo)桿的影響。在平坦地區(qū)一般量距中，直線定線工作常與量距工作同時(shí)進(jìn)行，即邊定線邊丈量。在兩點(diǎn)延長(zhǎng)線上定線其方法先利用A、B兩點(diǎn)，在A，B延長(zhǎng)線上，按走遠(yuǎn)定線方法定出B以遠(yuǎn)其它各點(diǎn)，即完成在兩點(diǎn)延長(zhǎng)線上定線。兩端點(diǎn)不易到達(dá)或兩端點(diǎn)間為山丘所阻而不通視的定線。㈡經(jīng)緯儀定線當(dāng)丈量距離的精度要求較高或測(cè)角量邊同時(shí)進(jìn)行時(shí)，可直接用經(jīng)緯儀定線。儀器安置在一點(diǎn)后，瞄準(zhǔn)另一點(diǎn)，然后固定照準(zhǔn)部，在望遠(yuǎn)鏡視線上，用標(biāo)桿或測(cè)釬定出中間點(diǎn)。

三、一般精度距離丈量所謂一般精度距離丈量(或一般精度量距)是指每丈量一尺段，只需準(zhǔn)確到厘米級(jí)的丈量方法。根據(jù)地勢(shì)條件，分為平坦地面的距離丈量和傾斜地面的距離丈量。㈠平坦地面的距離丈量此方法為量距的基本方法。丈量前，先將待測(cè)距離的兩個(gè)端點(diǎn)用木樁（樁頂釘一小釘）標(biāo)志出來，清除直線上的障礙物后，一般由兩人在兩點(diǎn)間邊定線邊丈量。為了校核和提高精度，一般要求進(jìn)行往返測(cè)。最后，以往、返兩次丈量結(jié)果的平均值作為直線AB最終的水平距離。D=nl+l′精度要求：以往、返丈量距離之差的絕對(duì)值△D與距離平均值D之比，并化為分子為1的分?jǐn)?shù)，稱為相對(duì)誤差K，作為衡量距離丈量的精度，即AB距離：D平均=(D往+D返)/2

相對(duì)誤差：

例：D往=159.980m，D返=160.020m求：AB距離D平均及相對(duì)誤差K?解：D平均=(D往+D返)/2=160.000(m)，△D=D往-D返=-0.040(m)，

相對(duì)誤差分母愈大，則K值愈小，精度愈高；反之，精度愈低。量距精度取決于使用的要求和地面起伏情況，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。㈡傾斜地面的距離丈量⒈平量法：在傾斜地面上量距時(shí)，若地面起伏不大，可將尺子拉成水平后進(jìn)行丈量。

2.斜量法：當(dāng)傾斜地面的坡度比較均勻或坡度較大時(shí)，可以沿斜坡丈量出A、B兩點(diǎn)間的斜距L，用經(jīng)緯儀測(cè)出直線AB的傾角α，或A、B兩點(diǎn)的高差h，按下式計(jì)算直線AB的水平距離：四、鋼尺量距的精密方法鋼尺量距的一般方法，精度不高，相對(duì)誤差一般只能達(dá)到1/2000～1/5000。但在實(shí)際測(cè)量工作中，有時(shí)量距精度要求很高，如在建筑工地測(cè)設(shè)建筑方格網(wǎng)的主軸線，量距精度要求在1/10000以上，甚至要求更高。這時(shí)若用鋼尺量距，應(yīng)采用鋼尺量距的精密方法。

尺長(zhǎng)方程式由于鋼尺材料的質(zhì)量及刻劃誤差、長(zhǎng)期使用的變形以及丈量時(shí)溫度和拉力不同的影響，其實(shí)際長(zhǎng)度往往不等于其名義長(zhǎng)度（即鋼尺上所標(biāo)注的長(zhǎng)度）。因此，量距前應(yīng)對(duì)鋼尺進(jìn)行檢定。尺長(zhǎng)方程式正反映了鋼尺實(shí)際長(zhǎng)度與名義長(zhǎng)度的關(guān)系，其一般形式為：真長(zhǎng)名義長(zhǎng)尺長(zhǎng)改正數(shù)膨脹系數(shù)：1.15×10-5～1.25×10-5/℃檢定時(shí)標(biāo)準(zhǔn)溫度（一般為20℃）使用時(shí)溫度鋼尺的檢定方法鋼尺的檢定方法有與標(biāo)準(zhǔn)尺比長(zhǎng)和在已知長(zhǎng)度的兩固定點(diǎn)間量距兩種方法。下面介紹與標(biāo)準(zhǔn)尺比長(zhǎng)的方法。

例:設(shè)I號(hào)標(biāo)準(zhǔn)尺的尺長(zhǎng)方程式為

ltⅠ=30+0.004+1.20×10-5×30×(t-20)(m)被檢定的Ⅱ號(hào)鋼尺，其名義長(zhǎng)度也是30m。比較時(shí)的溫度為24℃，當(dāng)兩把尺子的末端刻劃對(duì)齊并施加標(biāo)準(zhǔn)拉力后，Ⅱ號(hào)鋼尺比I號(hào)標(biāo)準(zhǔn)尺短0.007m，根據(jù)比較結(jié)果，可以得出：ltⅡ=ltⅠ-0.007=30+0.004+1.20×10-5×30×(24-20)-0.007=30-0.002(m)故Ⅱ號(hào)鋼尺的尺長(zhǎng)方程式為ltⅡ=30-0.002+1.20×10-5×30×(t-24)(m)由于不需考慮尺長(zhǎng)改正數(shù)Δ/因溫度升高而引起的變化，因此如將Ⅱ號(hào)鋼尺的尺長(zhǎng)方程式中的檢定溫度換算為20℃為準(zhǔn)，則ltⅡ=ltⅠ-0.007=30+0.004+1.20×10-5×30×(t-20)-0.007=30-0.003+1.20×10-5×30×(t-20)(m)五、鋼尺量距的誤差及注意事項(xiàng)尺長(zhǎng)誤差：鋼尺的名義長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度不符，產(chǎn)生尺長(zhǎng)誤差。尺長(zhǎng)誤差具有積累性，它與所量距離成正比。一般量距時(shí)無需考慮此項(xiàng)誤差。定線誤差：丈量時(shí)鋼尺偏離定線方向，將導(dǎo)致丈量結(jié)果偏大。溫度改正：鋼尺的長(zhǎng)度隨溫度變化，丈量時(shí)溫度與標(biāo)準(zhǔn)溫度不一致，或測(cè)定的空氣溫度與鋼尺溫度相差較大，都會(huì)產(chǎn)生溫度誤差。一般量距時(shí)，盡可能在陰天進(jìn)行。精度要求較高的丈量，應(yīng)進(jìn)行溫度改正。拉力誤差：鋼尺有彈性，受拉會(huì)伸長(zhǎng)。一般量距時(shí)，保持將鋼尺拉平、拉穩(wěn)、拉直即可（大致15kg拉力）。尺垂曲與不水平誤差：鋼尺懸空丈量時(shí)中間下垂，稱為垂曲。一般量距時(shí)這項(xiàng)誤差可以忽略不計(jì)；鋼尺不水平的誤差可采用加傾斜改正的方法減小至忽略不計(jì)。丈量誤差：鋼尺端點(diǎn)對(duì)不準(zhǔn)、測(cè)釬插不準(zhǔn)、尺子讀數(shù)等引起的誤差都屬于丈量誤差，這種誤差由于人的感官能力所限而產(chǎn)生，也是誤差的一項(xiàng)主要來源。所以在量距時(shí)應(yīng)盡量認(rèn)真操作，提高操作熟練程度，以減小量距誤差。鋼尺的維護(hù)及使用中注意事項(xiàng)在使用中，如果鋼尺出現(xiàn)卷曲，切不可用力硬拉，以免折斷；嚴(yán)防鋼尺被車碾壓而折斷或變形；不準(zhǔn)將尺子沿地面拖拉。工作結(jié)束應(yīng)用軟布擦去尺上的泥和水，涂上機(jī)油以防生銹。第二節(jié)視距測(cè)量視距測(cè)量是根據(jù)幾何光學(xué)原理，間接地同時(shí)測(cè)定地面上兩點(diǎn)間距離和高差的一種方法。由于這種方法一般不受地形的限制，使用常規(guī)的水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等儀器，操作方便以及觀測(cè)速度較快等優(yōu)點(diǎn)。雖然測(cè)距相對(duì)誤差僅有1/200～1/300，但在精度要求不高的測(cè)繪工作中，得到應(yīng)用。在普通水準(zhǔn)測(cè)量工作中用視距絲讀取視距，就是一例。用裝有視距絲的測(cè)量?jī)x器測(cè)距，被稱為普通視距測(cè)量。與視距測(cè)量相配套的尺子稱為視距尺。普通視距測(cè)量可用普通水準(zhǔn)尺(或稱標(biāo)尺)。橫基尺測(cè)距一、普通視距測(cè)量的原理和公式㈠視準(zhǔn)軸水平時(shí)的視距原理如圖所示，儀器置于測(cè)站點(diǎn)A，使望遠(yuǎn)鏡水平，照準(zhǔn)B點(diǎn)上的視距尺，則尺上M、N兩點(diǎn)的實(shí)象m、n落在十字絲平面上。由圖可以看出△m’n’F∽△MNF，所以儀器中心到視距尺的距離為式中f—望遠(yuǎn)鏡的焦距；p—視距絲的間隔(p=m’n’=mn)；

l—視距絲在視距尺上截得尺間隔(稱為視距間隔)；δ—物鏡至儀器中心的距離。對(duì)于普通測(cè)量?jī)x器來說，在設(shè)計(jì)時(shí)就可以使f/p和(f+δ)為固定值。f/p稱為乘常數(shù)，以K表示(一般K=100)；(f+δ)稱為加常數(shù)，以C表示(一般C=0)。這樣，上式就可以寫成D=Kl+C=100l

只要利用上下絲在尺上讀出尺間隔l值，(即上、下絲讀數(shù)之差)，就可以很快求得儀器中心至視距尺的水平距離。M、N兩點(diǎn)的高差：h=i-v㈡視準(zhǔn)軸傾斜時(shí)的視距原理

在地形起伏比較大的地區(qū)進(jìn)行視距測(cè)量時(shí)，視準(zhǔn)軸處于傾斜位置，視距尺還是鉛垂地豎立在B點(diǎn)上，與視準(zhǔn)軸不垂直。對(duì)于這種情況，為了推導(dǎo)出計(jì)算水平距離和高差的公式，設(shè)想視距尺繞E點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一個(gè)α角(α為視準(zhǔn)軸的豎直角)，使尺子與視準(zhǔn)軸垂直，若以l′表示上下絲在此尺上截得的尺間隔，有

l′=M′N′=lcosα傾斜距離D′=Kl′=Klcosα則可得水平距離計(jì)算公式：高差計(jì)算公式：

二、視距測(cè)量的觀測(cè)與計(jì)算①將經(jīng)緯儀安置于A點(diǎn)，量取儀器高i，在B點(diǎn)豎立視距尺。②盤左位置，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部精確瞄準(zhǔn)B點(diǎn)視距尺，分別讀取上、中、下絲的讀數(shù)，算出尺間隔l。在實(shí)際操作中，還可以微動(dòng)望遠(yuǎn)鏡，將中絲對(duì)準(zhǔn)v≈i附近，使上絲或下絲正好在視距尺某整刻度線上，從而直接讀出尺間隔l。③使中絲對(duì)準(zhǔn)尺上儀器高讀數(shù)，即v=i；轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，使豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤讀數(shù)，計(jì)算豎直角α。④根據(jù)i、v、l、α，計(jì)算并記錄計(jì)算成果。三、視距測(cè)量的誤差及注意事項(xiàng)①作業(yè)前，應(yīng)檢驗(yàn)校正儀器，校正豎盤指標(biāo)差不超過±1′。②讀數(shù)時(shí)注意消除視差，控制視距長(zhǎng)度不要超過規(guī)范要求；上絲對(duì)準(zhǔn)整分劃，立即估讀下絲。③標(biāo)尺傾斜對(duì)視距精度影響極大，在山區(qū)更為顯著。為了減小標(biāo)尺傾斜的影響，應(yīng)在視距尺上安置圓水準(zhǔn)器。④風(fēng)力較大使尺子抖動(dòng)，對(duì)視距尺間隔l產(chǎn)生較大影響。為減少外界條件的不利影響，應(yīng)選擇有利的條件下觀測(cè)。第三節(jié)光電測(cè)距光電測(cè)距是以光電波作為載波，通過測(cè)定光電波在測(cè)線兩端點(diǎn)間往返傳播的時(shí)間來測(cè)量距離。在其測(cè)程范圍內(nèi)，能測(cè)量任何可通過兩點(diǎn)間的距離，如高山之間，大河兩岸等。與傳統(tǒng)的鋼尺量距相比，具有精度高、速度快、靈活方便、受氣候和地形影響小等特點(diǎn)。南方測(cè)距儀ND3000徠卡DI3000s測(cè)距儀電磁波測(cè)距儀的分類：1.按載波分2.按測(cè)程分短程<3km中程3～15km遠(yuǎn)程>15km3.按精度（每千米測(cè)距中誤差）分Ⅰ級(jí)：<5mmⅡ級(jí)：5～10mmⅢ級(jí)：11～20mm測(cè)距儀的誤差構(gòu)成：md=A+B·D固定誤差A(yù)以mm為單位,比例誤差系數(shù)B以ppm為單位。4.按測(cè)距原理分脈沖法測(cè)距：直接測(cè)定時(shí)間相位法測(cè)距：間接測(cè)定時(shí)間電磁波測(cè)距儀光電測(cè)距儀微波測(cè)距儀單載波多載波紅外線白熾燈和汞燈激光ABD一、測(cè)距基本原理欲測(cè)定A、B兩點(diǎn)間的距離D，可在A點(diǎn)安置能發(fā)射和接收光波的光電測(cè)距儀，在B點(diǎn)設(shè)置反射棱鏡，光電測(cè)距儀發(fā)出的光束經(jīng)棱鏡反射后，又返回到測(cè)距儀。通過測(cè)定光波在待測(cè)距離兩端點(diǎn)間往返傳播一次的時(shí)間t，根據(jù)光波在大氣中的傳播速度C，按下式計(jì)算距離D:三、使用測(cè)距儀的注意事項(xiàng)具體注意事項(xiàng)內(nèi)容如下。氣象條件對(duì)光電測(cè)距影響較大，微風(fēng)的陰天是觀測(cè)的良好時(shí)機(jī)。測(cè)線應(yīng)盡量離開地面障礙物1.3m以上，避免通過發(fā)熱體和較寬水面的上空。測(cè)線應(yīng)避開強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾的地方。鏡站的后面不應(yīng)有反光鏡和其他強(qiáng)光源等背景的干擾。日光下測(cè)量應(yīng)避免將物鏡直接瞄準(zhǔn)太陽，陽光下作業(yè)應(yīng)撐傘保護(hù)儀器。避免在高溫和低溫下存放和使用儀器。儀器不使用時(shí)，應(yīng)將儀器箱置于干燥處，注意防震、防塵和防潮。若儀器工作處的溫度與存放處的溫度差異太大，應(yīng)先將儀器留在箱內(nèi)，直到它適應(yīng)環(huán)境溫度后再使用儀器。儀器長(zhǎng)期不使用時(shí)，應(yīng)將儀器上的電池卸下分開存放。電池應(yīng)每月充電一次。作業(yè)前應(yīng)仔細(xì)全面檢查儀器，確信儀器各項(xiàng)指標(biāo)、功能、電源、初始設(shè)置和改正參數(shù)均符合要求時(shí)再進(jìn)行作業(yè)?！?-3電磁波測(cè)距三、脈沖法測(cè)距計(jì)數(shù)顯示電子門時(shí)標(biāo)脈沖觸發(fā)器脈沖發(fā)射脈沖接收反射器DBA時(shí)間測(cè)定：1.脈沖計(jì)數(shù)測(cè)時(shí)2.模擬－數(shù)字測(cè)時(shí)（電容充電）§5三-3電磁三波測(cè)三距§5三-3電磁三波測(cè)三距§5三-3電磁三波測(cè)三距§5三-3電磁三波測(cè)三距已知三：時(shí)標(biāo)三脈沖三頻率三：f=三15Mh三z電磁三波速三度：v=三3×三108m/三s時(shí)標(biāo)三脈沖三個(gè)數(shù)三：n=三10三0求：三距離DD=三1三/f三×三n三×v三/三2三=三10三00米脈沖三測(cè)距三舉例§5三-3電磁三波測(cè)三距四、三相位三法測(cè)三距1.基本三原理接收到時(shí)：

電磁波傳輸時(shí)間：所測(cè)距離：

N：相位三變化三整周三數(shù)，△N：不足三整周三的尾三數(shù)發(fā)送時(shí)：

則相位差：§5三-3電磁三波測(cè)三距§5三-3電磁三波測(cè)三距2.相位三法測(cè)三距儀三的構(gòu)三成§5三-3電磁三波測(cè)三距測(cè)相三儀只三能測(cè)三出不三足整三周期三的相三位差若l/2三>測(cè)程三時(shí)N＝0，N無需三確定三，但三測(cè)相三精度三一定三，當(dāng)三測(cè)程三較大三時(shí)，三測(cè)距三精度三將降三低測(cè)距三儀采三用多三頻率三組合三測(cè)距三來求三得N并保三證測(cè)三距精三度如：三測(cè)定三一段三距離l/2三=1三0米測(cè)三得結(jié)三果為3.三68三2米l/2三=1三00三0米測(cè)三得結(jié)三果為57三3.三6米兩個(gè)三結(jié)果三組合三為57三3.三68三2米3.整周三數(shù)N的確三定方三法五、三成果三整理§5三-3電磁三波測(cè)三距（d1+C)三+三(d2+C)三=d3+CC=d3-d1-d2（1）棱三鏡常三數(shù)改三正棱鏡三等效三反射三面與三棱鏡三安置三中心三不一三致（2）測(cè)三距儀三加常三數(shù)改三正測(cè)距三儀相三位中三心與三儀器三對(duì)中三位置三不一三致1.斜距三計(jì)算d1d2d3HdC=d–H·(n–三1)n為棱三鏡玻三璃的三折射三率光的三傳播三速度三與氣三壓、三溫度三有關(guān)三，即三測(cè)尺三長(zhǎng)度三發(fā)生三變化三，所三加改三正數(shù)三稱為三氣象三改正三，與三距離三成正三比?！?三-3電磁三波測(cè)三距（4）氣三象改三正常用三紅外三測(cè)距三氣象三改正三公式（3）測(cè)三距儀三乘常三數(shù)改三正：測(cè)距三頻率三發(fā)生三偏移§5三-3電磁三波測(cè)三距徠卡三全站三儀的三氣象三改正三表（三單位pp三m）相對(duì)三濕度60三%，以三溫度°C、氣三壓mb或海三拔高m為索三引2.距離歸算（1）水平距離歸算§5三-3電磁三波測(cè)三距（2）水平距離歸算到參考橢球面（3）參考橢球面化算到高斯平面ABHmabS1RmOS2hg大地水準(zhǔn)面參考橢球面S1hDa§5三-3電磁三波測(cè)三距Ym(km)1020304550100150160?S2/S1

8100001200000190000140000132000181001360013170投影三改正三的大三小Hm(m)50100200500800100015002000?S1/S1

13700016400013200011300018000164001420013185高程三改正三的大三小小三結(jié)鋼尺三量距視距三測(cè)量電磁三波測(cè)三距脈沖三法測(cè)三距相位三法測(cè)三距成果三整理三：斜三距計(jì)三算、三距離三歸算相位三法測(cè)三距原三理080706050409545352515055“米三”的三由來國(guó)際三單位三制的三長(zhǎng)度三單位三“米三”(me三te三r,三me三tr三e)起源三于法國(guó)。17