距離測(cè)量與直線定向

距離測(cè)量與直線定向工程測(cè)量主講人：項(xiàng)霞四川大學(xué)水利水電學(xué)院

二零一零年三月

距離測(cè)量與直線定向第六講本次授課目的和要求本次授課的重點(diǎn)與難點(diǎn)分析距離丈量的工具直線定線鋼尺量距的一般方法視距測(cè)量光電測(cè)距儀與全站儀的簡(jiǎn)介。直線定向直線定向視距測(cè)量距離測(cè)量與直線定向距離測(cè)量(distancemeasurement)是確定地面點(diǎn)位的基本測(cè)量工作之一。距離測(cè)量方法有鋼尺量距、視距測(cè)量、電磁波測(cè)距和GPS測(cè)量等。鋼尺量距是用鋼卷尺沿地面直接丈量距離；視距測(cè)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(cè)距；距離測(cè)量與直線定向電磁波測(cè)距是用儀器發(fā)射并接收電磁波，通過測(cè)量電磁波在待測(cè)距離上往返傳播的時(shí)間解算出距離；GPS測(cè)量是利用兩臺(tái)GPS接收機(jī)接收空間軌道上4顆衛(wèi)星發(fā)射的精密測(cè)距信號(hào)，通過距離空間交會(huì)的方法解算出兩臺(tái)GPS接收機(jī)之間的距離。本章重點(diǎn)介紹前三種距離測(cè)量方法，GPS測(cè)量在第8章介紹。距離測(cè)量與直線定向5.1鋼尺量距㈠量距工具刻線尺：尺前端某一條刻度線為尺的零點(diǎn)端點(diǎn)尺：尺的端點(diǎn)為尺的零點(diǎn)，即拉環(huán)外為零點(diǎn)⒈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(zhǎng)度有20m、30m、50m等幾種。

⒉因瓦尺：線狀⒊皮尺：cm距離測(cè)量與直線定向距離測(cè)量與直線定向㈡直線定線⒈目估標(biāo)桿定線

距離測(cè)量與直線定向⒉經(jīng)緯儀投測(cè)定線

AC1BC2CAC1BC2C距離測(cè)量與直線定向⒊借線法AB2.經(jīng)緯儀定線距離測(cè)量與直線定向㈢量距方法⒈一般丈量⑴平坦地區(qū)①定線②丈量AB距離D：D=nL0+△L0其中：L0

為一個(gè)尺段的長(zhǎng)度、n為整尺段數(shù)、△L0

為不足一個(gè)整尺段的余長(zhǎng)距離測(cè)量與直線定向

⑵傾斜地區(qū)①平量法：自高點(diǎn)向低點(diǎn)丈量②斜量法先測(cè)出其高差；再量出斜距；再歸算ABl1l2l3ABl4l5l6D=l1+l2+l3L=l4+l5+l6距離測(cè)量與直線定向例：測(cè)量結(jié)果為：整尺段數(shù)為3（尺長(zhǎng)50m）余長(zhǎng):往測(cè)24.890m,返測(cè)24.840m由D=nL0+△L0得，往測(cè)距離為：174.890m,返測(cè)為174.840m平均為174.865m相對(duì)誤差為：

|174.890-174.840|/174.865=1/3500|往測(cè)–

返測(cè)|/往返均值=1/MAB距離測(cè)量與直線定向

（四）

鋼尺量距的成果整理

1尺長(zhǎng)改正

△l=l′-l0

——

整尺段的尺長(zhǎng)改正△L=（△l/l0

）L——任一長(zhǎng)度L尺長(zhǎng)改正。

2溫度改正

△Lt=a(t-t0)La—0.0000125/1°C，鋼尺膨脹系數(shù)3傾斜改正高差為h,斜距為L(zhǎng)距離測(cè)量與直線定向4改正后的尺段水平長(zhǎng)度

DL=L+△L+△Lt+△Dh

5尺段往測(cè)或返測(cè)水平距各尺段求和得D往和D返

6相對(duì)中誤差

K=|△D|/D=|D往

-D返

|/D7兩點(diǎn)間的水平距離

D=1/2（D往

+D返）距離測(cè)量與直線定向1定線誤差及影響2鋼尺不水平引起的誤差3溫度變化引起的誤差4拉力誤差的影響5尺長(zhǎng)誤差6丈量誤差所量為折線，不是直線，造成量距結(jié)果偏大。目視定線即可滿足要求。使測(cè)距值偏大，普通量距時(shí)目估持平鋼尺即可當(dāng)溫度變化3度時(shí)引起的距離誤差為1/30000，宜在陰天觀測(cè)。鋼尺受拉會(huì)伸長(zhǎng)，精密量距時(shí)要用彈簧秤控制隨距離增加尺長(zhǎng)誤差增加，精密量距加尺長(zhǎng)改正對(duì)點(diǎn)、測(cè)釬安置及讀數(shù)都會(huì)有誤差，應(yīng)多次丈量取均值，觀測(cè)時(shí)認(rèn)真仔細(xì)（五）鋼尺量距的誤差來源及減弱措施距離測(cè)量與直線定向課堂練習(xí)

P97第一題距離測(cè)量與直線定向5.2視距測(cè)量1、定義視距測(cè)量：是利用望遠(yuǎn)鏡內(nèi)的視距裝置配合視距尺，根據(jù)幾何光學(xué)和三角測(cè)量原理，同時(shí)測(cè)定距離和高差的方法。2、測(cè)量工具視距絲+視距尺（水準(zhǔn)尺）3、精度視距測(cè)量精度一般為１／２００～１／３００，精密視距測(cè)量可達(dá)１／２０００距離測(cè)量與直線定向4、視線水平時(shí)的視距測(cè)量公式D=p+f+d

d=(f/m’n’)lD=kl+(p+f)=kl(p+f=0)D=100lh=i-s距離測(cè)量與直線定向5、視線傾斜時(shí)的視距測(cè)量公式距離測(cè)量與直線定向6、視距測(cè)量誤差視距尺分劃誤差（±0.5mm）乘常數(shù)K值的誤差（應(yīng)在±0.1內(nèi)）豎直角測(cè)量誤差視距絲讀數(shù)誤差（與視距遠(yuǎn)近成正比）視距尺傾斜誤差外界氣象條件的影響（視線高于地面1m）大氣折光大氣湍流距離測(cè)量與直線定向5.3光電測(cè)距儀及全站儀光電測(cè)距儀:以激光和紅外光為載波微波測(cè)距儀:以微波為載波的測(cè)距儀光電測(cè)距儀:

通過測(cè)定光波在兩點(diǎn)間傳播的時(shí)間來計(jì)算距離按測(cè)定傳播時(shí)間方式的不同，可分為相位式測(cè)距儀和脈沖式測(cè)距儀；按測(cè)程的大小，可分為遠(yuǎn)程(15km以上)、中程(5-15km)和短程(5km以下)三類。距離測(cè)量與直線定向

1、光電測(cè)距儀的基本原理

脈沖法測(cè)距測(cè)定發(fā)射光脈沖與接收光脈沖的時(shí)間差

D=ct/2c=c0/nD距離測(cè)量與直線定向相位法測(cè)距

t=NT+△T調(diào)制頻率為f,周期T=1/fλ=cT=c/fc=λf=λ/T△T=(△φ/2∏)TD=λ（N+△φ/2∏）/2上式中：

λ/2相當(dāng)于尺長(zhǎng)，稱為“光測(cè)尺”，N為整尺段，△φ/2∏為不足一整尺段數(shù)。D=nL0+△L0距離測(cè)量與直線定向例如：某雙頻測(cè)距儀，測(cè)程為2km，設(shè)計(jì)了精、粗兩個(gè)測(cè)尺，精尺為10m（載波頻率f1=15MHz），粗尺為2000m（載波頻率f2=75kHz）。用精尺測(cè)10m以下小數(shù)，粗尺測(cè)10m以上大數(shù)。如實(shí)測(cè)距離為1245．672m，其中：精測(cè)距離:5.672m粗測(cè)距離:1245m取前三位，儀器顯示距離1245．672m對(duì)于更遠(yuǎn)測(cè)程的測(cè)距儀，可以設(shè)幾個(gè)測(cè)尺配合測(cè)距。

距離測(cè)量與直線定向2、全站儀一體化的經(jīng)緯儀和測(cè)距儀?？勺詣?dòng)完成水平角、豎直角、斜距、平距、高差、坐標(biāo)增量的測(cè)量與計(jì)算。距離測(cè)量與直線定向TC302全站儀的主要部件

1.粗瞄器2.內(nèi)裝導(dǎo)向光裝置（選件）3.垂直微動(dòng)螺旋4.電池5.GEB111電池盒墊塊6.電池盒7.目鏡8.調(diào)焦環(huán)9.儀器提把10.S232串行接口11.腳螺旋12.望遠(yuǎn)鏡物鏡13.顯示屏14.鍵盤15.水準(zhǔn)器16.電源開關(guān)鍵17.熱鍵18.微動(dòng)螺旋距離測(cè)量與直線定向全站儀的測(cè)量原理和普通經(jīng)緯儀的測(cè)量原理幾乎是一樣的距離測(cè)量與直線定向5.4直線定向及坐標(biāo)計(jì)算㈠直線定向在新布設(shè)的平面控制網(wǎng)中，至少需要已知一條邊的坐標(biāo)方位角才可以確定控制網(wǎng)的方向，簡(jiǎn)稱定向(orientation)；至少需要已知一個(gè)點(diǎn)的平面坐標(biāo)才可以確定控制網(wǎng)的位置，簡(jiǎn)稱定位。距離測(cè)量與直線定向5.4直線定向及坐標(biāo)計(jì)算⒈確定直線與標(biāo)準(zhǔn)方向的關(guān)系稱為直線定向工作。⒉標(biāo)準(zhǔn)方向：①真子午線方向②磁子午線方向③坐標(biāo)縱線（縱軸）方向距離測(cè)量與直線定向真子午線：地面某點(diǎn)的真子午面與地球表面的交線。真子午線北端所指方向?yàn)檎狈较颍捎锰煳臏y(cè)量或陀螺經(jīng)緯儀方法測(cè)定。磁子午線：過地球某點(diǎn)的磁子午線的切線方向，可用羅盤儀測(cè)定。其北端所指方向?yàn)榇疟狈较?。坐?biāo)縱軸方向：高斯平面直角坐標(biāo)系中坐標(biāo)縱軸方向。縱軸北端所指方向?yàn)樽鴺?biāo)北方向。距離測(cè)量與直線定向由于地球磁極與地球旋轉(zhuǎn)軸南北極不重合，因此過地球上某點(diǎn)的真子午線與磁子午線不重合。兩者之間的夾角稱為磁偏角，用δ表示。磁子午線北端偏于真子午線以東為東偏（＋δ），偏于真子午線以西為西偏（一δ）。地球上不同地點(diǎn)磁偏角不同。由于磁子午線方向在不同地點(diǎn)不同，因此一般不用它做標(biāo)準(zhǔn)方向，只是在困難地區(qū)使用。距離測(cè)量與直線定向地面上不同經(jīng)度的子午線收斂于兩極。地面上兩點(diǎn)子午線方向的夾角稱為子午線收斂角，用γ表示。緯度愈低，子午線收斂角愈小，在赤道上為零。緯度越高，收斂角愈大。

距離測(cè)量與直線定向㈡直線方向的表示方法⒈方位角：由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端順時(shí)針量到直線位置時(shí)所夾的水平角稱為方位角；0°~360°。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α表示距離測(cè)量與直線定向方位角真方位角和磁方位角之間的關(guān)系為：

A=Am+δ真方位角和坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系為：AAB=αAB+γ距離測(cè)量與直線定向αABBAαABBAαABBAαABBAαABBAαBA坐標(biāo)方位角：

由坐標(biāo)縱軸的北端順時(shí)針量到直線位置時(shí)所夾的水平角稱為方位角；0°~360°

。距離測(cè)量與直線定向⒉象限角由縱線的北端或南端順時(shí)針或逆時(shí)針量到直線位置時(shí)所夾的水平銳角；用R表示0~90。RABBAXRABBYAXαABαABRABBYAXRABBYAXαABαAB第一象限:α

=R第二象限:α

+R=180第三象限:α-R=180第四象限:α

+R=360距離測(cè)量與直線定向（三）正反坐標(biāo)方位角及其推算1、正、反方位角同一條直線在不同端點(diǎn)量測(cè)，其方位角也不同。測(cè)量中常把直線前進(jìn)方向稱為正方向，反之稱為反方向。如圖設(shè)A為AB直線的起端，B為終端，則為正坐標(biāo)方位角，為反坐標(biāo)方位角。距離測(cè)量與直線定向正、反真方位角之間的關(guān)系為：

AAB＝ABA士180°+γ由于一條直線的正、反坐標(biāo)方位角無(wú)子午線收斂角，所以為：

=士180°距離測(cè)量與直線定向

2、坐標(biāo)方位角的推算

為使測(cè)量成果坐標(biāo)統(tǒng)一，并能保證測(cè)量精度，常將線段首尾連接成折線，并與已知邊AB相連。若AB邊的坐標(biāo)方位角已知，又測(cè)定了AB邊和B1邊的水平角（稱為連接角）和各點(diǎn)的轉(zhuǎn)折角，利用正、反方位角的關(guān)系和測(cè)定的轉(zhuǎn)折角可以推算連續(xù)折線上各線段的坐標(biāo)方位角。左角公式：右角公式：距離測(cè)量與直線定向3坐標(biāo)正、反算（1）坐標(biāo)正算公式

已知邊長(zhǎng)和方位角，由已知點(diǎn)計(jì)算待定點(diǎn)的坐標(biāo)，稱為坐標(biāo)正算。已知A點(diǎn)坐標(biāo)為x，y，A到待定點(diǎn)P的邊長(zhǎng)為Ｄ（平距），直線AP的方位角為α

，則P點(diǎn)坐標(biāo)為：距離測(cè)量與直線定向