距离测量及直线定向分析
距离测量与直线定向—距离测量(工程测量)
h i v
2、视线水平时视距测量公式
l m n （尺间隔） D Kl 100l
h i v
3、视线倾斜时视距测量公式
D Kl cos2 h D tan i v 1 Kl sin 2 i v
2
4、视距测量步骤：
（1）在A点上安置经纬仪（包括对中、整平量、取仪器高i ）；
距离测量
距离测量概述：
距离测量是测量的三项基本工作之一，指测量两点间的水平长度。
距离测量的主要方法有 1. 视距测量—利用测量仪器的视距丝测距； 2. 钢尺量距—主要指钢卷尺量距； 3. 电磁波测距—测距仪、全站仪测距； 4. 卫星测距—GNSS测量
一、视距测量
1、视距测量原理 利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有厘米分划的视距
标尺(地形塔尺或普通水准尺)，根据光学原理可以同时测定两点间 的水平距离和高差；其中测量距离的相对误差约为1/300，低于钢尺 量距；测定高差的精度低于水准测量和三角高程测量；视距测量广 泛用于地形测量的碎部测量中。
视距丝
2、视线水平时视距测量公式
l m n （尺间隔） D Kl 100l
K D往 -D返 = 1 1
12（D往 +D返）
D D
M
一般量距：K≤1/2000(平坦)
例：一条直线往测长327.47米，返测长327.35米，则其相对误 差为：
所以这次丈量结果是合格的，其最后成果是327.41米。若超过 限差要求，则应重测一次，取不超限的往返测进行计算。
2）倾斜地面上的钢尺量距
V1 V2
S1 S2 B2 B1
三、 电磁波测距
1、测距原理
光电测距仪是通过测量光波在待测距离D上往、返传播的时间t2D，计 算待测距离D：
工程测量——距离测量与直线定向
第四章距离测量与直线定向内容：理解距离的概念、了解距离测量的仪器和工具，掌握钢尺普通量距、精密量距的实施及成果三项改正、精度评定方法；掌握电磁波测距的基本原理和使用；掌握直线定位、方位角的概念及方位角的计算；了解磁偏角和子午线收敛角的含义及用罗盘仪测定磁方位角的方法。
重点：钢尺量距、电磁波测距的方法；方位角的概念及计算方法。
难点：精密量距的三项改正；磁偏角和子午线收敛角的含义。
距离测量的方法, 主要有以下几种：电磁波测距EDM(electro-magnetic distance measuring)钢尺量距(steel tape measuring)视距法测距(stadia measurement)§4.1 钢尺量距(steel tape measuring)一、量距工具有：钢尺(steel tape) 、标杆(measuring bar) 、垂球(plumb bob) 、测钎(measuring rod) 、温度计(thermometer) 、弹簧秤(spring balance) 。
二、钢尺量距钢尺量距最基本的要求——平、准、直按精度分：一般量距和精密量距（一）一般量距步骤1、定线(line alignment)。
按精度分：目估法和经纬仪法。
2、丈量。
（1）喊“预备”、“好”前后尺手同时读数。
（2）在山区丈量时，可采用平量法、斜量法。
目估法直线定线图平量法示意图斜量法示意图3、内业成果整理。
丈量精度用“相对误差”来衡量：要求：一般量距≤ 1/3000( 平坦) ，≤ 1/1000 （山区）。
（二）精密量距步骤（* ）1、经纬仪定线。
在桩顶画出十字线。
2、精密丈量。
（1）前尺手零端用标准拉力拉紧钢尺。
（2）前读尺员发“预备”，后读尺员发“好”；此时前后尺手同时读数。
（3）移动后尺整厘米刻划，按上述方法再测二次，三次较差不超限时（一般不得超过2 — 3mm ），取平均值作为尺段结果。
每测完一尺段，用温度计读取一次温度。
距离测量与直线定向
第三章距离测量与直线定向本章小结本章主要介绍了常用的距离测量方法，有钢尺量距、视距测量、电磁波测距和GPS测量等四种。
钢尺量距适用于平坦地区的短距离量距，易受地形限制。
视距测量是利用经纬仪或水准仪望远镜中的视距丝及视距标尺按几何光学原理测距，这种方法能克服地形障碍，适合于200m以内低精度的近距离测量。
电磁波测距是用仪器发射并接收电磁波，通过测量电磁波在待测距离上往返传播的时间计算出距离，这种方法测距精度高，测程远，一般用于高精度的远距离测量和近距离的细部测量。
GPS测量是利用两台GPS接收机接收空间轨道上4颗以上GPS卫星发射的载波信号，通过一定的测量和计算方法求出两台GPS接收机天线相位中心的距离。
当用钢尺进行精密量距时．距离丈量精度要求达到1/10000~1/40000时，在丈量前必须对所用钢尺进行检定，以便在丈量结果中加入尺长改正。
另外还需配备弹簧秤和温度计，以便对钢尺丈量的距离施加温度改正。
若为倾斜距离时，还需加倾斜改正。
在对钢尺量距进行误差分析时，要注意尺长误差、温度误差、拉力误差、钢尺倾斜和垂曲误差、定线误差、丈量误差的影响。
视距测量主要用于地形测量的碎部测量中，分为视线水平时的视距测量、视线倾斜时的视距测量两种。
在观测中需注意用视距丝读取尺间隔的误差、标尺倾斜误差、大气竖直折光的影响并选择合适的天气作业。
确定直线与标准方向线之间的夹角关系的工作称为直线定向。
标准方向线有三种：真子午线方向、磁子午线方向、坐标纵轴方向。
同理，由于采用的标准方向不同，直线的方位角也有如下三种：真方位角、磁方位角和坐标方位角。
电磁波测距仪与传统测距工具和方法相比，它具有高精度、高效率、测程长、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。
现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算机软硬件制造在一起，形成了全站仪，并向着自动化、智能化和利用蓝牙技术实现测量数据的无线传输方向飞速发展。
习题与思考题1.量距时为什么要进行直线定线？如何进行直线定线？2.测量中的水平距离指的是什么？如何计算相对误差？3.哪些因素会对钢尺量距产生误差？应注意哪些事项？4.何谓真子午线、磁子午线、坐标子午线？何谓真方位角、磁方位角、坐标方位角？正反方位角关系如何？试绘图说明。
距离测量与直线定向
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5.3.3 视线倾斜时的视距公式
DLcos
llcos
DKlcos2 hvhi 编h辑ppD t tan
•两点间高差的计算公式：
h Dtani v 或·：h 1kl sin2i v
2
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视距测量步骤：
（1）在A点上安置经纬仪（包括对中、整 平）；
（2）另一点B上竖立标尺； （3）经纬仪瞄准B点的标尺； （4）读数（上丝、中丝、下丝以及竖盘读数）
lt (tt0)l
式中 ： 0.0000/110C 2,钢 5 尺膨胀系数
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3、倾斜改正
lh d l (l 2 h 2 )1/2 l
l[(1 h 2 )1/2 1] l2
l[(1
h2 2l2
1 8
h4 l4
) 1]
h2 -
2l
任一距离丈量值改正后的水平距离为：
lh
d
由于只要一次安置，仪器便可以完成在该测站上所 有的测量工作，故被称为“全站仪”(Totalstation)。
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日本索佳SET2000全站仪
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目镜 水准管
仪器中心标志
拓普• 康G垂T直S制-1动0,微5动N旋全钮站仪 手柄
概略瞄准器
光学对中器
圆水准器 脚螺旋
串行接口
物镜
键盘
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（2）气象改正
✓ 气象改正实用公式
0.029p D028.210.0037t
P—观测时气压，mPa； t—观测时温度,0C； △D0---每100m为单位的改正值。 测距仪光源不同，参考气象元素不同，推出实用公
式也不一。
华南农业大学《测量学》第四章距离测量与直线定向
测量学
华南农业大学信息学院：于红波
距离测量与直线定向
§4.1 距离丈量
三、 钢尺量距的精密方法
用一般方法量距，其相对误差只能达到1/1000~1/5000，当要 求量距的相对误差更小时，例如1/10000~1/40000，这就要 求用精密方法进行丈量。
精密方法量距的主要工具为：钢尺、弹簧秤、温度计、尺夹 等。其中钢尺必须经过检验，并得到其检定的尺长方程式。
显示水平距离 显示高差 显示测点高程
测量学
华南农业大学信息学院：于红波
距离测量与直线定向
南方ET-02/05电子经纬仪
▪ 特点：参课本P38 ▪ 操作：1 安置仪器、对中（光学）、整平
2 打开电源（按PWR键） 3 按MODE选择测角模式 4 置零测角（水平角和竖直角） 5 关机：按PWR键大于2秒至屏幕显示
离地面1m以上；作业时，要将视距尺竖直，并尽量采用 带有水准器的视距尺；要在成像稳定的情况下进行观测。
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华南农业大学信息学院：于红波
距离测量与直线定向 CASIO fx-3650p计数器编程
说明 SHIFT CLR 3(ALL) 清除所有程序 MODE MODE MODE 1 程序编辑 模式 MODE MODE MODE 2 程序执行 模式 MODE MODE MODE 3 程序清除 模式，删除个 别程序
OFF后松开手指
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距离测量与直线定向
南方ET-02/05电子经纬仪
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距离测量与直线定向
南方ET-02/05电子经纬仪
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距离测量与直线定向
测量学距离测量与直线定向
例：在A点安置经纬仪，B点竖立视距尺， A点的高程为
HA=35.32m，仪器高i=1.39m，上下丝读数分别为 1.264m、2.336m，盘左观测的竖盘读数为
L=82°26′00″，竖盘指标差为x=+1′，求A B两点间
的水平距离和B点的高程。
解：视距间隔为 l=2.336-1.264=1.072m
4.2.1 视距测量的原理 • 光学和三角学原理 • 特点：具有操作方便、速度快、不受地形起伏限制的优
点，但测量精度低 。
1. 视线水平时视距测量原理
D d f
• 由图中的两个三角形相似可得：d f l 故： D f l ( f )
• 令：K
f p
， C f
p
p
• 则得：D=K L+ C，k为视距乘常数，一般的仪器乘常数
为100；内对光望远镜的C很小，经过调整物镜焦距、调焦
透镜焦距及上下丝间隔等参数后C≈0
• 上式简化得： D=K L
• 在平坦地区，当视线水平时，读取中丝在视距尺(即水准 尺)上的读数v，量取仪器高i，则高差h为： h＝i - v
2. 视线倾斜时的视距测量原理
➢凡迁站都应先关闭电源并将仪器取下装箱搬运。 ➢严禁在开机状态下插拔电缆。
➢电池充电时间不能超过专用充电器规定的充电时间， 否则有可能将电池烧坏或者缩短电池的使用寿命。
4.5 直线定向
• 确定地面直线与标准方向间的水平夹角称为直线定向 (line orientation)。 4.5.1 标准方向的分类 1. 真子午线方向(true meridian direction) • 地表任一点P与地球旋转轴所组成的平面与地球表面的交 线称为P点的真子午线(true meridian)，真子午线在P点的切 线方向称为P点的真子午线方向。 • 可以应用天文测量(astrometry)方法或者陀螺经纬仪(gyro theodolite)来测定地表任一点的真子午线方向。 2.磁子午线方向(magnetic meridian direction) 地表任一点与地球磁场南北极连线所组成的平面与地球表
距离测量及直线定向
VS
按照测量精度
可分为粗略测量和精密测量。粗略测量是 指对大致位置进行估算，如使用目视估算； 精密测量则要求更高的精度，如使用光学 仪器、电子仪器等。
距离测量的应用
土地资源管理
交通规划
城市规划
科学研究
尺子测量法
直接测量 累积测量
激光测量法
激光测距仪
激光扫描仪
通过旋转激光扫描仪的激光束，可以 测量一个区域内的三维坐标，从而计 算出任意两点之间的距离。
超声波测量法
超声波测距仪
超声波传感器
GPS测量法
GPS定位仪 RTK技术
直线定向的定义
直线定向的坐标系
01
02
03
04
直线定向的应用
陀螺仪定向法
01
定义
02
工作原理
03
应用
磁力仪定向法
定义 工作原理 应用
全站仪定向法
定义
1
工作原理
2
应用
3
技术发展与趋势
激光雷达和深度学习技术 的融合
THANKS
感谢观看
高精度地图与定位 5G和物联网的应用
和
存在的主要问题与挑战
精度问题
01
数据处理和传输问题
02
实时性问题
03
未来发展方向与策略
提高精度
通过改进硬件设备、优化算法等手段提高距离测量和直线定向的 精度。
高效数据处理和传输
利用先进的信号处理技术和优化算法，提高数据处理速度和传输 效率。
加强实时性
通过硬件加速和算法优化，提高数据处理速度，实现实时距离测 量和直线定向。
距离测量及直线定向
•离测量的定义 01 02
建筑工程测量(第四章)距离测量与直线定线
1、电磁波测距 2、钢尺量距 3、视距法测距
图4-1
§4.1 钢尺量距
一、量距工具
《建筑工程测量》CAI课件
钢尺
标杆
测钎（测针） 测钎（测针）
《建筑工程测量》CAI课件
二、直线定线
定义： 定义：确定直线的走向 地面上两点间的距离超过一整尺长 地势起伏较大，一尺段无法完成丈量工作 需要在两点的连线（或延长线）上标定出若干个点 按精度要求的不同，直线定线分为： 按精度要求的不同，直线定线分为：
n = 上 读 -下 读 =1.426−0.995 = 0.431m 丝 数 丝 数 ′ = −2°42′ α = 90 −竖 读 = 90 −92 42 盘 数 D = Lcosα = Kncos2 α =100×0.431×cos2 (−2°42′)
° ° °
=43.00m
h = Dtanα +i −l = 43.00×tan( −2 42′) +1.45−1.211
解： D
A B
= nl + q = 4×30m+ 9.98m= 129.98m
DBA = nl + q = 4×30m+10.02m= 130.02m
1 1 D = (DAB + DBA) = (129.98m+130.02m = 130.00m ) av 2 2
DAB − DBA 129.98m−130.02m 0.04m 1 K= = = = D 130.00m 130.00m 3250 av
《建筑工程测量》CAI课件
第四章 距离测量与直线定向
★§4.1 钢尺量距 §4.2 视距测量 §4.3 电磁波测距简介 §4.4 全站仪及其使用 §4.5 直线定向
距离测量与直线定向坐标正反算(工程测量)
αAB— 正坐标方位角；
x
αBA— 反坐标方位角。
x
= − 180∘
αAB
直线 B-A：
= + 180∘
所以一条直线的正、反坐标方位角互差180º
反 = 正 ±
180∘
B
αBA
A
o
注意：若此式计算出的反方位角αBA大于360°，则将此值减去360°作为αBA 的最后结果。
总结：
前 = 后 + 180∘ ± 左
右
如果α前＞360˚，应自动减去360°；
如果α前＜0˚ ，则自动加上360˚。
1
2
21
x
34
3
32
一、坐标方位角计算
5
解：
前进方向
x
2
46° 125°10´
1
α23 =α12＋180°－β2 = 46°＋180°－125°10´ = 100°50´
136°30´
3
4
247°20´
α34 =α23＋180°＋β3 = 100°50´＋180°＋136°30´
= 417°20´
57°20´
>360°
（417°20´－360°）
α45=α34＋180°－β4 = 57°20´＋180°－247°20´
=
350°
=－10°
<0°
（－ 10°＋360°）
测各接点处两条直线之间的转折角，若
已知第一条直线的坐标方位角，便可根
据上述两种算法依次推算出其它各条直
线的坐标方位角。
一、坐标方位角计算
x
12
1
距离测量直线定向
第四章距离测量、直线定向所谓距离是指地面上两点沿铅垂线方向在大地水准面上投影后所得到的两点间的弧长。
由于大地水准面不规则，所以这个距离是难以测量的。
由于在半径10公里的范围之内，地球曲率对距离的影响很小，因此可以用水平面代替水准面。
那么，地面上两点在水平面上投影后水平距离就称为距离。
距离测量的工作内容就是量测两点间的水平距离，方法有钢尺量距、视距测量、电磁波测距和GPS测量等。
钢尺量距是用钢卷尺沿地面直接丈量距离；视距测量是利用经纬仪或水准仪望远镜中的视距丝及视距标尺按几何光学原理进行测距；电磁波测距是用仪器发射并接收电磁波，通过测量电磁波在待测距离上往返传播的时间解算出距离；GPS测量是利用两台GPS接收机接收空间轨道上4颗卫星发射的精密测距信号，通过距离空间交会的方法解算出两台GPS接收机之间的距离。
4.1 钢尺量距量距工具钢尺量距，顾名思义，量距工具就是钢尺。
1) 钢尺：普通钢尺是用钢制成的带状尺，（尺的宽度约10～15 mm，厚度约0.4mm，）长度有20 m、30 m、50 m等几种。
钢尺的基本分划为厘米，在每厘米、每分米及每米处印有数字注记。
一般的钢尺在起点的一分米内有毫米分划，也有部分钢尺在整个长度内都有毫米分划。
根据零点位置的不同，钢尺有端点尺和刻划尺两种。
端点尺指钢尺的零点从拉环的外沿开始（如图），刻划尺是指在钢尺的前端有一条刻划线作为钢尺的零分划值。
钢尺常用于短距离测量中使用，精度一般为1/1000~1/5000。
如果采用精密量距的方法，精度能达到万分之一。
还有一种特殊的钢尺，称为因瓦尺，即用铁镍合金做成的钢尺，形状不是带状，而是线状，长度为24米。
因瓦尺由于受外界温度的影响很小，所以量距的精度很高，可达到百万分之一。
2) 其它辅助工具测钎：用于标定所量尺段的起止点。
通常在量距的过程，两个目标点之间的距离会大于钢尺的最大长度，所以我们要分段进行量距，那么每一段我们就用测钎来标定。