工程測(cè)量 課件 單元4-1 距離測(cè)量與全站儀使用

工程測(cè)量21世紀(jì)技能創(chuàng)新型人才培養(yǎng)系列教材·建筑系列主編林長(zhǎng)進(jìn)林志維距離測(cè)量的主要任務(wù)是測(cè)量水平距離。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。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)。單元4距離測(cè)量與全站儀使用學(xué)習(xí)內(nèi)容4.1鋼尺量距4.2視距測(cè)量4.3電磁波測(cè)距4.4全站儀使用返回目錄第五章結(jié)束學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握直線定線方法，熟練掌握直線鋼尺量距法，視矩法測(cè)距，光電測(cè)距法測(cè)距和成果計(jì)算；了解誤差來(lái)源及削減方法，熟練全站儀的使用，掌握直線的定向，能坐標(biāo)方位角的推算。距離測(cè)量的方法:鋼尺量距光電測(cè)距儀測(cè)距視距測(cè)量一、量距的工具1.鋼尺根據(jù)尺的零點(diǎn)位置不同，有端點(diǎn)尺和刻線尺之分。2.測(cè)桿3.測(cè)釬4.錘球、彈簧秤和溫度計(jì)4.1鋼尺量距二、直線定線水平距離測(cè)量時(shí)，當(dāng)?shù)孛嫔蟽牲c(diǎn)間的距離超過(guò)一整尺長(zhǎng)時(shí)，或地勢(shì)起伏較大，一尺段無(wú)法完成丈量工作時(shí)，需要在兩點(diǎn)的連線上標(biāo)定出若干個(gè)點(diǎn)，這項(xiàng)工作稱為直線定線。按精度要求的不同，直線定線分為：目估定線經(jīng)緯儀定線三、鋼尺量距的一般方法1．平坦地面上的量距方法式中

n—整尺段數(shù)；

l—鋼尺長(zhǎng)度（m）；q—不足一整尺的余長(zhǎng)（m）。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。式中

D平均——往、返測(cè)距離的平均值（m）；D往——往測(cè)的距離（m）；D返——返測(cè)的距離（m）。量距精度通常用相對(duì)誤差K來(lái)衡量，相對(duì)誤差K應(yīng)化為分子為１的分?jǐn)?shù)形式。相對(duì)誤差分母愈大,則K值愈小，精度愈高；反之，精度愈低。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。例4-1

用30m長(zhǎng)的鋼尺往返丈量A、B兩點(diǎn)間的水平距離，丈量結(jié)果分別為：往測(cè)4個(gè)整尺段，余長(zhǎng)為19.98m；返測(cè)4個(gè)整尺段，余長(zhǎng)為20.02m。計(jì)算A、B兩點(diǎn)間的水平距離DAB及其相對(duì)誤差K。解：2．傾斜地面上的量距方法（1）平量法ABDl1l2l3l4ABDl1l2l3l4（2）斜量法ABLDhα四、鋼尺量距的精密方法1．鋼尺檢定鋼尺由于材料原因、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)度往往不等于尺上所標(biāo)注的長(zhǎng)度即名義長(zhǎng)度，因此，量距前應(yīng)對(duì)鋼尺進(jìn)行檢定。（1）尺長(zhǎng)方程式

經(jīng)過(guò)檢定的鋼尺，其長(zhǎng)度可用尺長(zhǎng)方程式表示。式中l(wèi)t—鋼尺在溫度t時(shí)的實(shí)際長(zhǎng)度（m）；

l0—鋼尺的名義長(zhǎng)度（m）；Δl—尺長(zhǎng)改正數(shù)（m）；

α—鋼尺的膨脹系數(shù)，α=1.25×10-5m/1℃；

t0—鋼尺檢定時(shí)的溫度（℃）；

t—鋼尺使用時(shí)的溫度（℃）。（2）鋼尺的檢定方法鋼尺的檢定方法有與標(biāo)準(zhǔn)尺比較和在測(cè)定精確長(zhǎng)度的基線場(chǎng)進(jìn)行比較兩種方法。標(biāo)準(zhǔn)尺長(zhǎng)比較的方法:將被檢定鋼尺與已有尺長(zhǎng)方程式的標(biāo)準(zhǔn)鋼尺相比較。兩根鋼尺并排放在平坦地面上，都施加標(biāo)準(zhǔn)拉力，并將兩根鋼尺的末端刻劃對(duì)齊，在零分劃附近讀出兩尺的差數(shù)。這樣就能夠根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)尺的尺長(zhǎng)方程式計(jì)算出被檢定鋼尺的尺長(zhǎng)方程式。例4-2已知1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)尺的尺長(zhǎng)方程式為被檢定的2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，2號(hào)鋼尺比1號(hào)標(biāo)準(zhǔn)尺短0.007m，試確定2號(hào)鋼尺的根尺長(zhǎng)方程式。解故2號(hào)鋼尺的尺長(zhǎng)方程式為：2．鋼尺量距的精密方法（1）準(zhǔn)備工作1）清理場(chǎng)地2）直線定線精密量距用經(jīng)緯儀定線。AABB123453）測(cè)樁頂間高差

利用水準(zhǔn)儀，用雙面尺法或往、返測(cè)法測(cè)出各相鄰樁頂間高差。鋼尺號(hào)碼:No.04-3鋼尺膨脹系數(shù):1.25×10－5

鋼尺檢定時(shí)溫度:20℃計(jì)算者:張輝

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

日期:2004.9.19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)/m①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩A-1129.99100.070029.9210-0.152精密量距記錄計(jì)算表丈量時(shí)，后尺手掛彈簧秤于鋼尺的零端，前尺手執(zhí)尺子的末端，兩人同時(shí)拉緊鋼尺，把鋼尺有刻劃的一側(cè)貼切于木樁頂十字線的交點(diǎn)，待達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)拉力時(shí)，由后尺手發(fā)出“預(yù)備”口令，兩人拉穩(wěn)尺子，由前尺手喊“好”。在此瞬間，前、后讀尺員同時(shí)讀取讀數(shù)，估讀至0.5mm，并計(jì)算尺段長(zhǎng)度,記錄表格。（2）丈量方法29.99200.069529.922529.99100.069029.922023平均29.9218+25.5

前、后移動(dòng)鋼尺一段距離，同法再次丈量。每一尺段測(cè)三次，讀三組讀數(shù)，由三組讀數(shù)算得的長(zhǎng)度之差要求不超過(guò)2mm，否則應(yīng)重測(cè)。如在限差之內(nèi)，取三次結(jié)果的平均值，作為該尺段的觀測(cè)結(jié)果。同時(shí)，每一尺段測(cè)量應(yīng)記錄溫度一次，估讀至0.5℃。如此繼續(xù)丈量至終點(diǎn)，即完成往測(cè)工作。完成往測(cè)后，應(yīng)立即進(jìn)行返測(cè)。鋼尺號(hào)碼:No.04-3鋼尺膨脹系數(shù):1.25×10－5

鋼尺檢定時(shí)溫度:20℃計(jì)算者:張輝

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

日期:2004.9.19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)/m①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩A-1129.99100.070029.9210+25.5-0.152229.9920

695

2253

910

690

220平均29.92181-2129.8710

0.051029.8200+25.4-0.0712

705

515

1903

715

520

195平均29.81952-B124.1610

0.0515

24.1095+25.7-0.2102

625

505

1203

615

525090平均24.1102總和83.8515精密量距記錄計(jì)算表*****11（3）成果計(jì)算將每一尺段丈量結(jié)果經(jīng)過(guò)尺長(zhǎng)改正、溫度改正和傾斜改正改算成水平距離，并求總和，得到直線往測(cè)、返測(cè)的全長(zhǎng)。往、返測(cè)較差符合精度要求后，取往、返測(cè)結(jié)果的平均值作為最后成果。鋼尺號(hào)碼:No.04-3鋼尺膨脹系數(shù):1.25×10－5

鋼尺檢定時(shí)溫度:20℃計(jì)算者:張輝

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

日期:2004.9.19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)/m①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩A-1129.99100.070029.9210+25.5-0.152229.9920

695

2253

910

690

220平均29.9218精密量距記錄計(jì)算表*****11尺長(zhǎng)改正：溫度改正：+1.5+2.0傾斜改正：-0.4尺段長(zhǎng)：29.9249鋼尺號(hào)碼:No.04-3鋼尺膨脹系數(shù):1.25×10－5

鋼尺檢定時(shí)溫度:20℃計(jì)算者:張輝

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

日期:2004.9.19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)/m①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩A-1129.99100.070029.9210+25.5-0.152+2.0-0.4+1.529.9249229.9920

695

2253

910

690

220平均29.92181-2129.8710

0.051029.8200+25.4-0.071+1.9-0.08+1.529.82282

705

515

1903

715

520

195平均29.81952-B124.1610

0.0515

24.1095+25.7-0.210+1.6-0.9+1.224.11212

625

505

1203

615

525090平均24.1102總和83.8515+5.5-1.38+4.283.8598精密量距記錄計(jì)算表*****111）尺段長(zhǎng)度計(jì)算根據(jù)尺長(zhǎng)、溫度改正和傾斜改正，計(jì)算尺段改正后的水平距離。尺長(zhǎng)改正：溫度改正：傾斜改正：尺段改正后的水平距離：2）計(jì)算全長(zhǎng)將各個(gè)尺段改正后的水平距離相加，便得到直線AB的往測(cè)水平距離。在本例中往測(cè)的水平距離D往為：返測(cè)的水平距離D返為：取平均值作為直線AB的水平距離:相對(duì)誤差為：五、鋼尺量距誤差及注意事項(xiàng)1．尺長(zhǎng)誤差新購(gòu)置的鋼尺必須經(jīng)過(guò)檢定，以便進(jìn)行尺長(zhǎng)改正。2．定線誤差當(dāng)待測(cè)距離較長(zhǎng)或精度要求較高時(shí)，應(yīng)用經(jīng)緯儀定線。3．拉力誤差精密量距時(shí)，必須使用彈簧秤。5．鋼尺不水平的誤差用平量法丈量時(shí)，鋼尺不水平，會(huì)使所量距離增大。因此，用平量法丈量時(shí)應(yīng)盡可能使鋼尺水平。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，可消除鋼尺不水平的影響。4．鋼尺垂曲誤差垂曲誤差會(huì)使量得的長(zhǎng)度大于實(shí)際長(zhǎng)度，故在鋼尺檢定時(shí)，亦可按懸空情況檢定，得出相應(yīng)的尺長(zhǎng)方程式。6．丈量誤差在量距時(shí)應(yīng)盡量認(rèn)真操作，以減小丈量誤差。7．溫度改正精度要求較高的丈量，應(yīng)進(jìn)行溫度改正，并盡可能用點(diǎn)溫計(jì)測(cè)定尺溫，或盡可能在陰天進(jìn)行，以減小空氣溫度與鋼尺溫度的差值。返回目錄下一節(jié)目估定線方法：AABB12345經(jīng)緯儀定線方法：§4.2視距測(cè)量

1、視距測(cè)量概述視距絲視距測(cè)量——利用測(cè)量望遠(yuǎn)鏡的視距絲，間接測(cè)定距離和高差的方法。優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量速度快，不受地形限制，用一臺(tái)經(jīng)緯儀即可完成。不足：精度低，距離相對(duì)誤差一般約1/300，精密視距測(cè)量可達(dá)1/2000。用途：主要用于地形圖測(cè)繪(地形點(diǎn)的平距與高差測(cè)量)。3視線傾斜時(shí)的視距公式

兩點(diǎn)間高差的計(jì)算公式：視距測(cè)量步驟：（1）在A點(diǎn)上安置經(jīng)緯儀（包括對(duì)中、整平）；（2）另一點(diǎn)B上豎立標(biāo)尺；（3）經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)B點(diǎn)的標(biāo)尺；（4）讀數(shù)（上絲、中絲、下絲以及豎盤讀數(shù)）（5）按公式計(jì)算水平距離、高差。在測(cè)站A點(diǎn)安置儀器，在測(cè)點(diǎn)B放置水準(zhǔn)尺，盤左瞄準(zhǔn)水準(zhǔn)尺，使豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中后，依次讀出豎盤讀數(shù)、上下中絲讀數(shù)，依據(jù)上述公式計(jì)算水平距離和高差。三、視距測(cè)量方法視距測(cè)量計(jì)算表測(cè)站F測(cè)站高程:72.461m儀器高:1.533儀器:DJ6日期:2004年8月9日視線高:73.994m觀測(cè):記錄:點(diǎn)號(hào)下絲讀數(shù)上絲讀數(shù)中絲讀數(shù)視距間隔豎盤讀數(shù)豎直角水平距離高差11.7181.1921.4550.52685°32′4°28′52.284.0621.9441.3461.6450.59883°45′6°15′59.096.26返回目錄下一節(jié)5視距測(cè)量誤差1、視距尺分劃誤差對(duì)視距測(cè)量產(chǎn)生系統(tǒng)性誤差或偶然性誤差。2、乘常數(shù)K值的誤差由于視距絲間隔誤差，使K不等于100，使視距測(cè)量產(chǎn)生系統(tǒng)性誤差。一般K值在100±0.1，否則要改正。3、豎直角測(cè)量的誤差公式與豎角有關(guān)，按誤差傳播規(guī)律，會(huì)引起距離精度變化。4、視距絲讀數(shù)誤差是影響視距測(cè)量重要因素！與距離遠(yuǎn)近成正比。根據(jù)精度要求，限值最遠(yuǎn)視距。5、視距尺傾斜對(duì)視距測(cè)量的影響不可忽視。特別山區(qū)，傾角大時(shí)，更要注意！6、外界氣象條件對(duì)視距測(cè)量的影響大氣折光、大氣湍流均會(huì)造成誤差。高出地面1米以上；風(fēng)和大氣能見(jiàn)度也會(huì)影響視距測(cè)量。應(yīng)選擇良好天氣進(jìn)行測(cè)量。按測(cè)程分為：遠(yuǎn)程測(cè)距儀(大于15km)中程測(cè)距儀(5km∽15km)短程測(cè)距儀(小于5km)按載波分為：微波測(cè)距儀光電測(cè)距儀激光測(cè)距儀紅外測(cè)距儀光電測(cè)距儀§4.3光電測(cè)距4.3.1紅外測(cè)距儀的測(cè)距原理ABD反光鏡測(cè)距儀1、脈沖法測(cè)距：是通過(guò)測(cè)量光波在待測(cè)距離D上往、還傳播一次所需要的時(shí)間t2D

，計(jì)算出待測(cè)距離D。（C=C0/n、C0光在真空中速度，是光在大氣中傳輸?shù)恼凵渎省＃?、相位法測(cè)距

通過(guò)測(cè)量正弦波在待測(cè)距離上往、返傳播的相位移來(lái)解算距離。是一種間接測(cè)時(shí)方式。

4.2.2相位式測(cè)距的基本原理關(guān)于信號(hào)、載波和調(diào)制波：測(cè)距信號(hào)（頻率較低）載波信號(hào)（頻率較高）調(diào)制波（頻率較高，含有測(cè)距信號(hào)）相位法測(cè)距基本公式：關(guān)于D=λ/2?N+ΔN）=U（N+ΔN）λ/2，等效測(cè)尺長(zhǎng)度。相位法測(cè)距僅能測(cè)出ΔN，無(wú)法測(cè)出N。當(dāng)D<λ/2時(shí),可測(cè)定D；當(dāng)D>λ/2時(shí),不能確定D。測(cè)相精度是一個(gè)相位長(zhǎng)度的1/1000。為解決精度與測(cè)程矛盾，實(shí)用上采用數(shù)把測(cè)尺。長(zhǎng)尺控制測(cè)程；短尺保證精度。例：u1=10m，u2=1000m，

ΔN1=0.128,ΔN2=0.381,D=381.28m。全反射棱鏡測(cè)距的合作目標(biāo)。特點(diǎn)：全反射；入射光與反射光平行。棱鏡有常數(shù)，為零或負(fù)值。使用時(shí)，為保證有效反射，常采用棱鏡組。4.5.3測(cè)距儀加、乘常數(shù)的測(cè)定1．測(cè)距儀加常數(shù)的測(cè)定儀器常數(shù)包括儀器加常數(shù)和儀器乘常數(shù)。加常數(shù)是由于儀器電子中心與其機(jī)械中心不重合而形成的。通常我們稱K為儀器加常數(shù)。它包含儀器加常數(shù)（Ki）和棱鏡常數(shù)（Kr）。儀器加常數(shù)會(huì)發(fā)生變化，應(yīng)定期進(jìn)行檢驗(yàn)。

D0=D/+Ki+Kr=D/+K式中，K=Ki+Kr(圖中Ki、Kr均為負(fù)號(hào))。加常數(shù)的檢測(cè)步驟（簡(jiǎn)易方法）：1）在一較平坦場(chǎng)地上，選擇相距約100m兩點(diǎn)A和B，在A、B間的連線上定出一點(diǎn)C。2）精確測(cè)定AB間的水平距離10次并計(jì)算其平均值。3）將儀器移至C點(diǎn)，精確測(cè)出CA和CB的水平距離10次，分別計(jì)算平均值。4）由于AB+K=（AC+K）+（BC+K）得：

K=AB-（AC+BC）ABC2．乘常數(shù)的檢驗(yàn)測(cè)距儀顯示的距離讀數(shù)應(yīng)該是基于測(cè)距儀的標(biāo)準(zhǔn)頻率而得的，但是測(cè)距儀的頻率會(huì)發(fā)生漂移，從而對(duì)距離觀測(cè)值會(huì)產(chǎn)生影響。被測(cè)距離D為：乘常數(shù)為：乘常數(shù)：精測(cè)頻率偏離其標(biāo)準(zhǔn)值而引起的一個(gè)按距離進(jìn)行改正的一個(gè)乘系數(shù)。由于乘常數(shù)改正的大小與被測(cè)距離成正比，因而長(zhǎng)邊長(zhǎng)觀測(cè)特別要注意乘常數(shù)改正。距離的改正數(shù)為：4.6測(cè)距作業(yè)要求及測(cè)距成果的改正計(jì)算4.6.1測(cè)距作業(yè)的有關(guān)規(guī)定1．觀測(cè)時(shí)間的選擇1）應(yīng)考慮地形、植被、溫度、風(fēng)速和大氣透明度等因素。2）最佳觀測(cè)時(shí)間：上午日出后半小時(shí)至一個(gè)半小時(shí)，下午日落前三小時(shí)至半小時(shí)。3）陰天、有微風(fēng)時(shí)，全天可以觀測(cè)。4）雷雨前后，大霧、大風(fēng)、雨、雪天和大氣透明度很差時(shí)，不應(yīng)進(jìn)行距離測(cè)量。2．距離測(cè)量正確安置測(cè)距儀和棱鏡，量取測(cè)距儀和棱鏡高各兩次，讀至毫米，取平均值。嚴(yán)格按照儀器操作程序作業(yè)。3．測(cè)定氣象要素進(jìn)行氣溫、氣壓和空氣絕對(duì)濕度觀測(cè)。4.6.2距離觀測(cè)值的改正計(jì)算1．加常數(shù)改正

經(jīng)檢驗(yàn)得到的測(cè)距儀加常數(shù)K（K=Ki+Kr），對(duì)距離觀測(cè)值D′進(jìn)行改正，改正公式為：

D0=D′+K2．乘常數(shù)改正由于精測(cè)頻率的變化引起距離的改正數(shù)為：?Df

=D測(cè)

×R3．周期誤差改正周期誤差是由儀器內(nèi)部的電子線路的串?dāng)_信號(hào)干擾測(cè)距信號(hào)引起的。其改正數(shù)的計(jì)算公式為：

Vi=Asin(?0+?i)4．氣象改正電磁波在大氣中傳播速度隨大氣溫度、氣壓、濕度等條件變化而改變，所以要對(duì)距離觀測(cè)值進(jìn)行氣象改正。波長(zhǎng)=0.832μｍ的紅外測(cè)距儀，氣象改正公式：目前較新的測(cè)距儀（全站儀）都具有自動(dòng)計(jì)算大氣改正數(shù)的功能。二、光電測(cè)距儀操作與使用（1）安置儀器先在測(cè)站上安置好測(cè)距儀，對(duì)中、整平后，將測(cè)距儀主機(jī)安裝在經(jīng)緯儀支架上，用連接器固定螺絲鎖緊，將電池插入主機(jī)底部、扣緊。在目標(biāo)點(diǎn)安置反射棱鏡，對(duì)中、整平，并使鏡面朝向主機(jī)。（2）觀測(cè)垂直角、氣溫和氣壓用經(jīng)緯儀十字橫絲照準(zhǔn)覘板中心，測(cè)出垂直角α。同時(shí)，觀測(cè)和記錄溫度和氣壓計(jì)上的讀數(shù)。觀測(cè)垂直角、氣溫和