第四章距離測量和直線定向

測量學石家莊經濟學院測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光電測距儀距離測量：測量地面兩點之間的水平距離。如果測得的是斜距，還需改算為水平距離。距離測量的方法鋼尺量距普通視距

光電測距

按所使用的儀器分類：測釬垂球標桿彈簧秤一、量距工具鋼尺—端點尺和刻線尺（零點位置不同）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：便于量測距離較長或地勢起伏較大的兩地面點的距離。定義：把多根標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兩點豎標桿甲與A處瞄向B，指揮乙左右移動標桿，直至三標桿位于同一直線上；注意：由遠及近2、平坦地面的量距具體方法：標定直線兩端點，并樹立測桿，便于定向，并清理障礙物后尺員持零端對齊A點，并插測釬；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，并插測釬；重復上述步驟，直至最后一段不滿一整尺段，測量出q的距離。2、平坦地面的量距A、B兩點間的水平距離為：式中：n—尺段數；

l—鋼尺的尺長；

q—不足一整尺的余長。為了校核、提高精度，還要進行返測，反測時需重新定線，取往返測距離的平均值作為丈量結果。量距精度：用往、返測長度之差與全長平均數之比，并化成分子為1的分數來衡量。這個比值稱為相對誤差K：平坦地區(qū)鋼尺量距相對誤差不應大于1/30003、傾斜地面丈量在困難地區(qū)鋼尺量距相對誤差不應大于1/1000當地面坡度較大，不可能將整根鋼尺拉平丈量時，則可將直線分成若干小段進行丈量。每段的長度視坡度大小、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（用經緯儀）將經緯儀安置于A點，瞄準B點，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1，2，…。在各尺段端點打入木樁，樁頂高出地面5cm～10cm，在每個樁頂刻劃十字線，其中一條在AB方向上，另一條垂直AB方向，以其交點作為鋼尺讀數的依據。A1325B42、量距量距是用經過檢定的鋼尺，兩人拉尺，兩人讀數，一人記錄及觀測溫度。量距時由后尺手用彈簧秤控制施加于鋼尺的拉力，（為鋼尺檢定時的標準拉力，如30m鋼尺，標準拉力為100N)。前、后讀數員應同時在鋼尺上讀數，估讀到0.5mm。每尺段要移動鋼尺三次不同位置，三次丈量結果的互差不應超過2mm，取三段丈量結果的平均值作為尺段的最后結果。隨之進行返測，如要進行溫度和傾斜改正，還要觀測現(xiàn)場溫度和各樁頂高差（水準測量測高差）經過檢定的鋼尺長度可用尺長方程示：—溫度為t時的鋼尺實際長度；—鋼尺的名義長度；—尺長改正值，即溫度在時鋼尺全長改正數；—鋼尺膨脹系數，一般取α=1.25×—鋼尺檢定時的溫度；—量距時的溫度。四、尺長方程五、鋼尺量距成果整理精密量距結果應進行以下三項改正1、尺長改正2、溫度改正—標準溫度、標準拉力下的檢定長度—名義長度—任一尺段的長度

α—

鋼尺膨脹系數

t—

丈量時溫度

t0—

標準溫度當Ｌ為斜距時應換算成平距d，則傾斜改正值為：將上式項展開成級數：取第一項3.傾斜改正

每一尺段改正后的水平距離為：Ｌ例題：用尺長方程為的鋼尺實測A—B尺段（如圖），長度l=29.896m,A、B兩點間高差h=0.272m,測量時的溫度t=25.8°C,試求A—B尺段的水平距離。解：1）尺長改正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1、尺長誤差：具有累積性，與量測距離成正比2、溫度誤差：溫度計測得是空氣溫度，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：水準儀測高差，進行傾斜改正5、定線誤差：采用經緯儀定線6、丈量誤差：仔細作業(yè)、但由于人的感官能力所限，只能減弱不能消除。返回電磁波測距儀是用電磁波（光波或微波）作為載波傳輸測距信號以測量兩點間距離的一種方法。電磁波測距儀的分類：

1、光電測距儀

（可見光、紅外光、激光）

2、微波測距儀

（無線電波、微波）紅外測距儀§4.2

光電測距儀電磁波測距儀的優(yōu)點：

1、測程遠、精度高。

2、受地形限制少等優(yōu)點。

3、作業(yè)快、工作強度低。工程測量中應用較多的是短程紅外光電測距儀。光電測距儀是通過測量光波在待測距離D上往、返傳播的時間t2D，計算待測距離D：式中：c—光波在空氣中的傳播速度一、測距原理二、測距方法光電測距儀按照t2D的不同測量方式，可分為：脈沖式（直接測定時間）相位式（間接測定時間）1、脈沖式脈沖式光電測距儀是將發(fā)射光波的光強調制成一定頻率的尖脈沖，通過測量發(fā)射的尖脈沖在待測距離上往返傳播的時間來計算距離。脈沖測距原理圖：脈沖的振蕩頻率q：計數器計得的時鐘脈沖個數計數器只能記憶整數個時鐘脈沖，不足一周期的時間被丟掉了。測距精度較低，一般在“米”級，最好的達“分米”級。2、相位式相位式光電測距儀是將發(fā)射光強調制成正弦波的形式，通過測量正弦光波在待測距離上往、返傳播的相位移來解算時間。將返程的正弦波以棱鏡站為中心對稱展開后的圖形：由于，所以則：式中，取，則不同的調制頻率?對應的測尺長見下表：調制頻率?測尺長10m20m100m1km2km調制頻率越大，測尺長度越短。相位式測距儀的基本工作原理圖：1、由發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射一個調制光波，同時至檢相器；2、調制光波在待測距離上傳播，反射鏡反射后，經接收系統(tǒng)進入檢相器；3、檢相器將發(fā)射信號與接收信號進行相位比較，測出相位差；4、每改變頻率f后的調制光波，測出一個，組合后經微處理器計算顯示結果。三、測程及測距儀的精度：1、測程：測距儀一次所能測的最遠距離。短程測距儀—測程小于5km；

中程測距儀—測程在5km-30km；

遠程測距儀—測程在30km以上。

2、測距儀的精度：式中：mD—測距中誤差，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短程紅外測距儀的精度為

當距離D為0.6km時，測距精度是mD=±8mm。

(通常寫作ppm)四、REDmini紅外測距儀各種反射棱鏡經緯儀與測距儀配接測距儀功能鍵盤1、儀器簡介：經緯儀瞄準覘牌中心的視線與測距儀瞄準反射棱鏡中心的視線保持平行。調整經緯儀望遠鏡，使十字絲對準反射棱鏡的覘牌中心調整測距儀望遠鏡，使十字絲對準反射棱鏡中心五、光電測距的注意事項(1)

防止日曬雨淋，在儀器使用和運輸中應注意防震。(2)

嚴防陽光及強光直射物鏡，以免損壞光電器件。(3)

儀器長期不用時，應將電池取出。

(4)

測線應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，避開強電磁場干擾的地方。(5)

鏡站的后面不應有反光鏡和強光源等背景干擾。(6)

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

直線定向本章重點通稱“三北方向”一、標準方向的分類1、真子午線方向

通過地球表面某點的真子午線的切線方向，稱為該點的真子午線方向。真子午線的切線方向P1P2

真子午線方向是用天文測量方法或用陀螺經緯儀測定的。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的作用下，磁針自由靜止時其軸線所指的方向。AP′PP—北極P′—磁北極

磁子午線方向可用羅盤儀測定。

DQL-1型森林羅盤儀DQL-1B型森林羅盤儀3．坐標縱軸方向我國采用高斯平面直角坐標系，6°帶或3°帶都以該帶的中央子午線為坐標縱軸，因此該帶內直線定向，就用該帶的坐標縱軸方向作為標準方向。xyoP1P2高斯平面直角坐標系二、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的標準方向北端起，順時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標準方向北端方位角22222標準方向真子午線方向磁子午線方向坐標縱軸方向真方位角（A）磁方位角（Am）坐標方位角（α）2磁北真北坐標北AmAα1

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

α12已知，通過連測求得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前進方向1234xxα23α12β2α21前進方向xα34β3α32由圖中分析可知：推算坐標方位角的通用公式：注意：

計算中，若α前>360°，減360°；若α前<0°，加360°。當β角為左角時，取“＋”；若為右角時，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