土木工程测量学教程 第1页共6页 第四章距离测量和直线定向 本章教学目标：了解距离测量常用的几种方法及其应达到的精度，了解电磁波测距的方法，了解全 站仪的使用。了解直线定向常用的方法，掌握直线定向中的相关概念。 本章教学重点：电磁波测距的的方法，全站仪的使用，直线定向。 本章教学难点：直线定向。 §4-1距离测量概述 距离测量是测量的基本工作之一。测量中的距离是指两点间的水平距离，如果是倾斜距离，则 需改化成水平距离。 一、水平距离 在测区面积不大的情况下（半径小于10km的范围），可以不考虑地球曲率的影响，用水平面代 替水准面。两点间连线垂直投影在水平面上的长度称为水平距离。 二、距离测量方法 1.直接量距 直接量距就是用刻划了长度标准的量距尺直接与被测距离比较，从而获得被测距离的长度。 皮尺量距精度较低(1/100~1/300)，一般用于小面积的丈量工作。 普通钢尺量距精度为1/1000~1/5000，可用于一般精度的工程测量。 钢瓦基线尺的量距精度最高，可达1/100万以上，主要用于精密控制测量。 激光红外测距(3mm+2PPM)仪测程：2KM~20KM 为了防止错误和提高丈量结果的精度，需进行往、返丈量。 丈量结果的精度用相对误差K来表示，并化为分子为1的分数形式。例如AB往测结果为 327.483m,返测结果为327.429m,则相对误差为 K=D-D-3274566000 当量距相对误差没有超过规范要求时，取往、返测结果的平均值作为两点间的水平距离。若量 距相对误差超过容许值，则应重新丈量。 若地形起伏较大，也可沿斜坡丈量斜距，根据两端点间的高差或竖直角，改算成水平距离。 2.间接测距 视距测量 视差法测距 电磁波测距等。 1
土木工程测量学教程第2页共6页84-2电磁波测距一、电磁波测距的分类电磁波测距仪按载波分为：微波测距仪光电测距仪激光测距仪红外测距仪微波测距仪和激光测距仪测程可达数1公里，一般用于大地测量红外测距仪用于中、短程测距，一般在小面积控制、地形和各种工程测量中使用。光电测距是利用光在空气中的传播速度为已知这一特性，测定光波在被测距离上往返传播的时间来间接求得距离值。测定时间的精度直接影响推算距离的精度。测定时间方式的不同分：为脉冲式和相位式测距两种测距方式。当测距长度为1km时，mp为一公里的测距中误差。按此指标，在工程测量规范中，将测距仪划分为二级，即I级：1mol≤5mm;Ⅱ级：5<1mpl≤10mmIⅢ级：10<|mpl≤20mm二、光电测距仪测距的基本原理测量出光在待测距离两端点往返传播的时间.则可按下式算出距离D：D=↓ct44-1光电测距仪基本原理三、相位式光电测距仪1。相位法测距的基本原理0=N·2元+A0=2元(N+AN)式中，N为零或正整数，表示p的整周期数：Ag为不足整周期的相位移尾数，A@<2元：AN为不足
木工程测量学教利第3页共6页整周期的比例数，AN=会<1)这就是相位式测距的基本公式。令含=Lp：则D=Lp(N+AN)显然，要测定距离D，就必须确定整尺段数N和余长比例数AN2.确定N值的方法表4-1测尺频率与测距误差的关系调制频率15MHz15MHz150KHz15KHz5KHz光尺长度10m100m10kn100kmkn1cm10r精度四、距量测量的步骤五、测距成果的整理1．加常数改正X-D -D2．乘常数改正ADR =-RD'3.气象改正AD.p = (n, -n)D4．倾斜改正AD,=-水平距离D=D。+AI若测得反射梭镜的竖直角，可用下式直接计算水平距离D=D.cos5：归算到大地水准面的改正将水平距离归算到大地水准面的改正为AD==D告S4-3全站仪概述全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station)，它是山电子测角、电子测距、电子计算和数据存储单元等组成的三维坐标测量系统，测量结果能自动显示，并能与外围设备交换信息的多功能测量仪器。全站仪能在仪器照准目标后，通过微处理器的控制，自动完成距离测量，水平方向读数、天顶距测量、水平距离计算、观测数据显示、数据存储等过程，较好地实现了野外测量和处理过程的电子化和一体化。如图4—3为SET2110全站仪。?Q???E???6?e?
土木工程测量学教程第4页共6页提桥3仪器高标志4电池5键盘6三角基座制动控制杆7底板8胎2提柄固定螺丝螺旋圈水准器校正螺等10圆水准器11品示器12物能13管式岁盘插口14光学对中器调焦环15光学对中器分划板16光学对中器月镜17水平制动钮18水平微动钮19数据输出插口：20外接电源插口21照准部水准器22照准部水准器校正螺丝23重直微动银24垂直微动于轮25望远镜月镜26望远镜调焦环27粗照准器28仪器中心标志图4-3数据记录方式三种方式：一种是通过电缆，将仪器的数据传输接口和外接的记录器连接起来，数据直接存储在外接的记录器中2、另一种是仪器内部有一个大容量的内存，用于记录数据；3、还有的仪器是采用插入数据记录卡。外接的记录器又称为电子于薄，实际生产中常利用掌上电脑作为电子于薄。全站仪的程序功能1.对边测量如图4-8所示，在测站点上依次测量各反射棱镜的距离Si，S.和水平角01，人及高差人har、ha，则可求得Pi至P2间的距离C和高差h12:1C=Vs?+s: -25,s,cos0P.测站点AS2hiz =ha-ha图4-82．面积测量利用所测区域的坐标，利用多边形面积计算公式即可计算面积3.悬高测量架空的电线和管道等因远离地面无法设置反射棱镜，而采用悬高测量，就能测量其高度。置反射棱镜在欲测调试目标之下，输入反射棱镜高，然后照准反射棱镜进行距离测量，再转动望远镜照准目标，便能显示地面至目标物的高度。H, =h+h?目标目标的天顶距h, =S.sinz,xctgz,-S -coszh2反射校镜！S斜距→+A
二木工程测量学教利第5页共6页直线定向s 4-4要确定该图形的绝对位置，则至少要确定图形中一条直线的方向。测量工作中，直线方向是用直线与基本方向的角度关系描述的。确定地面上一条直线与基本方向间水平角的工作称为直线定向。、基本方向1.真北方向过地面上某点的真子午线切线方向的北端。2磁北方向过地面上某点的磁子午线切线方向的北端。3．坐标北方向小范国，平面直角坐标系；范围较大，高斯投影带中央子午线北端。x各点的坐标北方向彼此平行三种基本方向之间的关系以真北方向为准，东正西负。磁偏角子午线收敛角。其具体如图所示。二、直线方向的表示方法1.方位角方位角：山基本方向起顺时针旋转至该直线的水平角。0°~360°。分为三种：真方位角4．山真子午线北端起算的方位角。它是用天文观测方法或用陀螺经纬仪测定。磁方位角A"山磁子午线北端起算的方位角。它是用罗盘仪测定的。坐标方位角α山坐标纵轴北端起算的方位角。地面上某直线的三种方位角之间的关系本质上是三种基本方向间的关系。山图得A=A"+$4=αy山上两式可得图4-13三北方向间的关系图4-14同一直线正、反坐标方位角2．正、反坐标方位角山于各点坐标北方向相互平行，则αBA=QAB±180°
土木工程测量学教程第6页共6页3.象限角同一直线的正、反坐标象限角大小相等，方向相反。图4-19象限角4．方位角与象限角之间的关系表 4 - 2 坐标方位角与坐标象限角的关系直线方向由方位角α求象限角R由象限角R求方位角α北东（NE)，即第1象限R-NEαα=R南东（SE)，即第II象限R=SE (180°-α)α=180°-RR-SW(α-180°)α=180°+R南西（SW）即第Ⅲ象限北西（NW)，即第IV象限R-NW360%-αα=360°-R三、用罗盘仪测定磁方位角1．罗盘仪的构造2．用罗盘仪测定磁方位角