第4章 距離測(cè)量與直線定向

第4章距離測(cè)量及直線定向?qū)W習(xí)目標(biāo)：距離測(cè)量:鋼尺量距、視距測(cè)距、光電測(cè)距原理，儀器的操作方法和注意事項(xiàng)。直線定向：方位角的定義，坐標(biāo)方位角的計(jì)算。距離測(cè)量概述

水平距離：地面點(diǎn)沿鉛垂線方向投影到水平面上，投影點(diǎn)之間的距離，簡(jiǎn)稱平距。測(cè)量上要求的距離是指兩點(diǎn)間的水平距離（簡(jiǎn)稱平距）；若測(cè)得的是傾斜距離（簡(jiǎn)稱斜距），還須將其改算為平距。電磁波測(cè)距EDM(electro-magneticdistancemeasuring)鋼尺量距(steeltapemeasuring)視距法測(cè)距(stadiameasurement)根據(jù)測(cè)距工具，測(cè)距方法有：精度遞減直接測(cè)距法步測(cè)：雙步≈1.5步弓、尺鏈線尺、竹尺、皮尺、鋼尺光學(xué)測(cè)距方法視距光學(xué)測(cè)距儀幾何光學(xué)測(cè)距方法電磁波測(cè)距全站儀GPS測(cè)距技術(shù)的發(fā)展4.1

鋼尺測(cè)距鋼尺(steeltape)標(biāo)桿(measuringbar)垂球(plumbbob)測(cè)釬(measuringrod)溫度計(jì)(thermometer)彈簧秤(springbalance)一、量距工具二、量距方法最基本的要求——平、準(zhǔn)、直。按精度分：一般量距和精密量距1．定線(linealignment)按精度分：目估法和經(jīng)緯儀法。

目估法定線示意圖經(jīng)緯儀定線（在樁頂畫(huà)出十字線）AB12llqBA212．丈量（1）喊“預(yù)備”、“好”前后尺手同時(shí)讀數(shù)，相減。（2）在山區(qū)，可用平量法、斜量法。

平量法斜量法AB測(cè)釬SAB=n+

為整尺段長(zhǎng)為余長(zhǎng)3．內(nèi)業(yè)成果整理

（2）丈量精度用“相對(duì)誤差”來(lái)衡量：要求：一般量距：K≤1/3000(平坦)，≤1/1000（山區(qū)）。

（1）距離的計(jì)算：三、鋼尺測(cè)距的誤差源尺長(zhǎng)誤差系統(tǒng)溫度的影響系統(tǒng)傾斜的影響系統(tǒng)拉力不準(zhǔn)引起的誤差偶然尺子垂曲與反曲引起的誤差系統(tǒng)定線誤差系統(tǒng)讀數(shù)誤差偶然斜距的各項(xiàng)改正：（1）尺長(zhǎng)改正某鋼尺的尺長(zhǎng)方程式：——檢定時(shí)，鋼尺實(shí)際長(zhǎng)與名義長(zhǎng)之差；——鋼尺在t溫度時(shí)的實(shí)際長(zhǎng)度；——鋼尺的名義長(zhǎng)度；——鋼尺使用時(shí)的溫度；

——鋼尺檢定時(shí)的溫度?！摮叩呐蛎浵禂?shù)；故斜距經(jīng)改正后為：

（2）溫度改正

（3）傾斜改正

4.2視距測(cè)量一、視距測(cè)量原理

視距測(cè)量利用望遠(yuǎn)鏡十字絲平面上的上、下兩根視距絲a與b，配合視距尺和測(cè)得的豎直角a，用視距公式算得水平距離及高差的一種方法。上、下視讀數(shù)之差豎直角可計(jì)算平距，精度可達(dá)1/200～1/300。nm視距絲十字絲1、視線水平時(shí)的水平距離和高差公式ABnmpn′m′MN11121314lmnlFfδdDhvi令則有：式中：K——視距乘常數(shù)，通常K=100；

c——視距加常數(shù)，常數(shù)c值接近零。故水平距離為：

A、B兩點(diǎn)間的高差h為：式中：i——儀器高（m）；

v——十字絲中絲在視距尺上的讀數(shù)，即中絲讀數(shù)（m）。2、視線傾斜時(shí)的水平距離和高差公式ABEMNM′N′φl(shuí)l′L＝Kl′Dhh′iivA、B兩點(diǎn)間的高差h為：式中h′——高差主值（也稱初算高差）。HAHB視線傾斜時(shí)水平距離的計(jì)算公式為：視線傾斜時(shí)高差的計(jì)算公式為：二、視距測(cè)量的施測(cè)與計(jì)算1、視距測(cè)量的施測(cè)在A點(diǎn)安置經(jīng)緯儀，量取儀器高，在B點(diǎn)豎立視距尺。盤(pán)左（或盤(pán)右）位置，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)B點(diǎn)視距尺，分別讀取上、下、中三絲讀數(shù)，并算出尺間隔l。轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，使豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤(pán)讀數(shù)，并計(jì)算垂直角a。測(cè)站：

測(cè)站高程：儀器高：

儀器：測(cè)點(diǎn)下絲讀數(shù)上絲讀數(shù)

中絲讀數(shù)v/m豎盤(pán)讀數(shù)L°′″

垂直角a°′″

水平距離D/m初算高差h′/m高差h/m高程H/m備注

尺間隔lm2、視距測(cè)量記錄與計(jì)算手簿A+45.37m1.45mDJ612.2370.6631.451.574874112+21848157.14+6.35+6.35+51.72盤(pán)左位置22.4451.5552.000.890951736-5173688.24-8.18-8.73+36.64*二、視距測(cè)量的精度分析視距測(cè)量主要有以下誤差源：乘常數(shù)K的誤差讀數(shù)誤差折光差的影響4.3電磁波測(cè)距一、電磁波測(cè)距的基本原理B測(cè)距儀反光棱鏡A二、分類1．按測(cè)程分：短程（5km以內(nèi)）、中程（5～30km）、遠(yuǎn)程（30km以上）。2．按傳播時(shí)間t的測(cè)定方法分：脈沖法測(cè)距、相位法測(cè)距。3．按測(cè)距儀所使用的光源分：微波測(cè)距、紅外測(cè)距、激光測(cè)距。4．按測(cè)距精度分：Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)。注：測(cè)距誤差及標(biāo)稱精度測(cè)距儀測(cè)距誤差可表示為：

式中，A——固定誤差；B——比例誤差系數(shù)。如：某測(cè)距儀出廠時(shí)的標(biāo)稱精度：±（5＋5×10-6D）mm，簡(jiǎn)稱“5+5”三、使用（一般安裝在經(jīng)緯儀上使用，簡(jiǎn)稱半測(cè)儀）1、常數(shù)預(yù)置（1）設(shè)置棱鏡常數(shù)（PRISM）。一般：原配單棱鏡為零，國(guó)產(chǎn)三棱鏡多為30mm。（2）置氣象修正常數(shù)。輸入氣溫、氣壓或用有關(guān)公式計(jì)算出值后,再輸入。2、傾斜改正有：

，由測(cè)距儀自動(dòng)改正。4.4全站儀簡(jiǎn)介電子測(cè)角系統(tǒng)

完成水平角和豎直角的測(cè)量。電子測(cè)距系統(tǒng)

完成儀器和目標(biāo)之間斜距和平距的測(cè)量?？刂葡到y(tǒng)

負(fù)責(zé)測(cè)量過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、誤差補(bǔ)償、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通信傳輸?shù)?。電源裝置

為各系統(tǒng)提供能源。一、全站儀的組成二、全站儀的基本功能1.快速測(cè)量功能。1)單測(cè)量；2)全測(cè)量；3)跟蹤測(cè)量；4)連續(xù)測(cè)量；5)程式測(cè)量。2.參數(shù)輸入儲(chǔ)備功能。1)角度、距離、高差；2)點(diǎn)位坐標(biāo)、方位角、高程；3)修正參數(shù)(如距離改正數(shù))；4)測(cè)量術(shù)語(yǔ)、代碼、指令。3.計(jì)算與顯示功能。1)觀測(cè)值(水平角、豎直角、斜距)；2)水平距離、高差；3)點(diǎn)位坐標(biāo)、高程；4)儲(chǔ)備的指令與參數(shù)。4.測(cè)量的記錄、通訊傳輸功能。有線形式或無(wú)線形式與有關(guān)的其他設(shè)備進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的交換。

19821986199119941999

TC2000單軸補(bǔ)償彩色組合功能鍵操作（DOS方式）

T3000雙軸補(bǔ)償彩色組合功能鍵操作（DOS方式）

TC1610雙軸補(bǔ)償菜單功能鍵操作

TPS1000雙軸補(bǔ)償軟功能鍵操作(圖標(biāo)操作)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別

TPS1100雙軸補(bǔ)償軟功能鍵操作(圖標(biāo)操作)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別

無(wú)合作目標(biāo)測(cè)距三、全站儀的特點(diǎn)

機(jī)械經(jīng)緯儀光學(xué)經(jīng)緯儀全站儀全站儀與經(jīng)緯儀相比

（一）度盤(pán)的電子化讀數(shù)

電子度盤(pán)讀數(shù)系統(tǒng)

把操作者從繁重的度盤(pán)人工讀數(shù)中解脫出來(lái)。不但提高了效率，還大大降低了誤讀的機(jī)率。（二）三軸誤差的自動(dòng)補(bǔ)償與改正

液體補(bǔ)償器

有效的軸系自動(dòng)補(bǔ)償與改正，是實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)角的有力保證。（三）目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別與照準(zhǔn)

自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別并驅(qū)動(dòng)軸系照準(zhǔn)目標(biāo)，把測(cè)量員從全站儀測(cè)量工作中最為繁重一項(xiàng)操作——人工照準(zhǔn)目標(biāo)中解脫出來(lái)，使測(cè)量員可以遠(yuǎn)離測(cè)站。從此，全站儀的“自動(dòng)化”又上了一個(gè)新的臺(tái)階。（四）全站儀的無(wú)合作目標(biāo)測(cè)距

有的時(shí)候，在目標(biāo)點(diǎn)上要擺反射棱鏡是比較麻煩的，甚至是不可能的，此時(shí)要測(cè)距怎么辦呢？

現(xiàn)在有同軸型的全站儀，可以無(wú)合作目標(biāo)測(cè)距，即所謂的“測(cè)站”單人測(cè)量系統(tǒng)。（五）全站儀的自動(dòng)控制

遠(yuǎn)離測(cè)站的幾種測(cè)量操作方式：

（1）計(jì)算機(jī)在線控制

GeoCOM

方式（2）機(jī)載軟件控制

GeoBASIC

方式（3）

Modem控制鏡站方式（六）超站儀徠卡GLPS：精確自動(dòng)定位和定向的儀器。全站儀（激光測(cè)距）陀螺儀GPS四、全站儀的發(fā)展趨勢(shì)1、測(cè)量機(jī)器人的來(lái)臨1、度盤(pán)讀數(shù)自動(dòng)化！2、目標(biāo)照準(zhǔn)自動(dòng)化！3、基座安平自動(dòng)化！4、儀器對(duì)中自動(dòng)化5、儀高量取自動(dòng)化2、全站儀的本地化！

產(chǎn)自瑞士的全球第一臺(tái)具有完全中文概念的徠卡全站儀：TPS4004.4直線定向直線定向：確定地面直線與標(biāo)準(zhǔn)方向間的水平夾角。測(cè)量上的標(biāo)準(zhǔn)方向有三個(gè)，通常稱為“三北方向”。一、標(biāo)準(zhǔn)方向1．真子午線方向

通過(guò)地面某點(diǎn)的真子午線的切線方向（北端方向），稱為該點(diǎn)的真子午線方向。真子午線方向可用天文測(cè)量方法或陀螺經(jīng)緯儀測(cè)定。2．磁子午線方向在地面上某點(diǎn)磁針靜止時(shí)其針端所指的方向，稱為該點(diǎn)的磁子午線方向。磁子午線方向可用羅盤(pán)儀測(cè)定，由于地球磁極的不斷變化，磁子午線方向也處在變化之中，因而定向精度不高。3.軸子午線(坐標(biāo)縱軸)方向在每一高斯投影帶中，采用該帶的中央子午線方向即坐標(biāo)縱軸方向作為標(biāo)準(zhǔn)方向。如采用假定坐標(biāo)系，則用假定的坐標(biāo)縱軸作為標(biāo)準(zhǔn)方向。

二、三北方向的關(guān)系1、磁偏角δ

地面上同一點(diǎn)的真、磁子午線方向不重合，其夾角稱為磁偏角。磁子午線方向在真子午線方向東側(cè)，稱為東偏，δ為正。反之稱為西偏，δ為負(fù)。2、子午線收斂角γ

當(dāng)軸子午線方向在真子午線方向以東，稱為東偏，γ為正。反之稱為西偏，γ為負(fù)?？梢?jiàn)在中央子午線上，真子午線與軸子午線重合，其他地區(qū)不重合，兩者的夾角即為γ。γ-δ坐標(biāo)縱線磁北線真子午線

子午線收斂角

過(guò)一點(diǎn)的真子午線與坐標(biāo)縱軸線間的夾角，用γ表示。其符號(hào)規(guī)定：東偏為正、西偏為負(fù)。磁偏角

過(guò)一點(diǎn)的磁子午線與真子午線間的夾角，用δ表示。其符號(hào)規(guī)定：東偏為正、西偏為負(fù)。磁坐偏角

過(guò)一點(diǎn)的磁子午線與坐標(biāo)縱軸線間的夾角，用δm。其符號(hào)規(guī)定：東偏為正、西偏為負(fù)。真北磁北坐標(biāo)北γδδm三種偏角二、三北方向的關(guān)系三、直線方向的表示（方位角）1．方位角定義

由子午線北端順時(shí)針?lè)较蛄康街本€上的夾角，稱為該直線的方位角。其范圍為0°～360°。

真方位角(truemeridianazimuth)

磁方位角（magneticmeridianazimuth）坐標(biāo)方位角(gridbearing)

標(biāo)準(zhǔn)方向方位角名稱測(cè)定方法真北方向(真子午線方向)

真方位角A

天文或陀螺儀測(cè)定磁北方向(磁子午線方向)

磁方位角Am

羅盤(pán)儀測(cè)定坐標(biāo)縱軸(軸子午線方向)

坐標(biāo)方位角

坐標(biāo)反算而得標(biāo)準(zhǔn)方向OPPO真北A磁北Am坐標(biāo)縱軸-δγ2．正反坐標(biāo)方位角一條直線有正反兩個(gè)方向，通常以直線前進(jìn)的方向?yàn)檎较颉Ｍ恢本€正反坐標(biāo)