距离测量及直线定向
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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：
距离测量与直线定向—直线定线和钢尺量距的一般方法(园林工程测量)
在每根花杆处插上测钎，用钢尺丈量每两根花 杆间距，把各段相加，得到总长。 D总=L1+L2+…+Ln
直线丈量的一般方法（钢尺）
倾斜地面的距离丈量
1、平量法 ：当地面坡度不大时，可以把尺子抬 高来量，用垂球投点，可用整尺法，也可用串尺法。 可将钢尺拉平进行丈量。丈量时应由高向低整尺段 丈量或分段丈量。如图2所示。
b）设A、B两点互相通视，要在A、B两点 的直线上标出分段点1、2点。
c)两点间定线，一般应由远到近，即先定1点， 再定2点。
• 2、仪器定线法
方法： 在A点安置经纬仪，在B点立花杆，瞄准B点的花杆， 即用竖丝来平分花杆；指挥另一位同学拿花杆1左 右移动，直至花杆1与B的花杆重合，则A、1、B同 在一直线上。
124.069 124.081
124.075
往
返
1/5981
1/2297
相对误差超 限，重测
1/10341
【例4—2】 如4—1表中，在平坦地区丈量AB长度， 往测距离为197.269m,返测距离为197.302m,求AB丈
量结果及其丈量精度。
解：往返测距的平均值
D = (D往 + D往 )/2= （197.302m + 197.269m）/2
几何光学测距方法全站仪 GPS
皮尺、钢尺
三种距离测量方法
精 钢尺量距精度 1/1000～1/3000
度 递 减
视距法测距，精度 1/200～1/300 电磁波测距，1/2万～1/3万
二、量距工具
•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。
平坦地面的距离丈量
直线丈量的一般方法（钢尺）
倾斜地面的距离丈量
1、平量法 ：当地面坡度不大时，可以把尺子抬 高来量，用垂球投点，可用整尺法，也可用串尺法。 可将钢尺拉平进行丈量。丈量时应由高向低整尺段 丈量或分段丈量。如图2所示。
b）设A、B两点互相通视，要在A、B两点 的直线上标出分段点1、2点。
c)两点间定线，一般应由远到近，即先定1点， 再定2点。
• 2、仪器定线法
方法： 在A点安置经纬仪，在B点立花杆，瞄准B点的花杆， 即用竖丝来平分花杆；指挥另一位同学拿花杆1左 右移动，直至花杆1与B的花杆重合，则A、1、B同 在一直线上。
124.069 124.081
124.075
往
返
1/5981
1/2297
相对误差超 限，重测
1/10341
【例4—2】 如4—1表中，在平坦地区丈量AB长度， 往测距离为197.269m,返测距离为197.302m,求AB丈
量结果及其丈量精度。
解：往返测距的平均值
D = (D往 + D往 )/2= （197.302m + 197.269m）/2
几何光学测距方法全站仪 GPS
皮尺、钢尺
三种距离测量方法
精 钢尺量距精度 1/1000～1/3000
度 递 减
视距法测距，精度 1/200～1/300 电磁波测距，1/2万～1/3万
二、量距工具
•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。
平坦地面的距离丈量
《工程测量》第五章距离测量与直线定向
作法： “比尺场”为理想的砼条形场地，埋有尺段标志。将
待检定的钢尺，用精密量距的方法，对该标准距离L
进行丈量。通过对量距结果的整理，得出该钢尺的
尺长方程式。
。比尺场示意图 。
。
。
L
尺长方程式： = 0+d+(t-t0)×0
0—— 钢尺名义长(m)； d—— 尺长改正值(mm)；
t0—— 标准温度，一般取20℃； t ——丈量时温度(℃)
设A、B两点互相通视，要在A、B两点的直线上标 出分段点1、2点。
先在A、B点上竖立标杆，甲站在A点标杆后约一 米处，指挥乙左右移动标杆，直到甲从在A点 沿标杆的同一侧看到A、2、B三支标杆成一条 线为止。
经纬仪定线
设A、B两点互相通视，将经纬仪安置在A点，用 望远镜纵丝瞄准B点，制动照准部，望远镜上 下转动，指挥在两点间某一点上的助手，左右 移动标杆，直至标杆像为纵丝所平分。
钢尺有卷放在圆盘形的尺壳内的，也有卷放在 金属尺架上的。钢尺的基本分划为毫米，在每 厘米、每分米及每米处印有数字注记。
根据零点位置的不同，钢尺有端点尺和刻划尺 两种。端点尺是以尺的最外端作为尺的零点； 刻线尺是以尺前端的一刻线作为尺的零点。
钢尺量距的辅助工具有：
•测钎(measuring rod) •标杆(measuring bar) •垂球(plumb bob)
高差一般为分米级。 用途：主要用于碎部测量。
(地形点的距离与高差)。
二、视距测量原理：
1、视线水平时
D 100l
hiS
l __上下丝间隔(视距间隔)(l =m-n)
i__仪器高 s__中丝读数
m
nl S
m
i
园林工程测量4 距离测量与直线定向
14
2）钢尺精密量距的成果计算 钢尺精密量距时，由于钢尺长度有误差并受量距时的环境 影响，对量距结果应进行尺长改正、温度改正及倾斜改正，得出 每尺段的水平距离，再将每尺段的水平距离汇总得所求直线的全 长，以保证距离测量精度。 （1）尺长改正计算 设钢尺名义长度（尺面上刻划的长度）为ｌ0，其值一般和 实际长度（钢尺在标准温度、标准拉力下的长度）ｌ′不相等， 因而距离丈量时每量一段都需加入尺长改正。对任一长度为ｌ 的尺段，其尺长改正数ΔＬｌ 为：
6
4.1.2 距离丈量的一般方法 距离丈量因其精度要求不同以及不同的地形条件，可采用 一般量距方法或精密量距方法进行，现先介绍距离丈量的一般方 法。 1）准备工作 距离丈量的准备工作包括地面点位的标定与直线定线工作 。 （1）地面点位的标定 测量要解决的根本问题就是确定地面点的位臵。在测量工 作中点等控 制点，一般需要保留一段时间，必须在地面上确定其位臵，设立 标志，作为细部测量或其他测量时使用。
7
8
2）距离丈量的一般方法 距离丈量的一般方法是指当丈量精度要求不高时所采用的 量距方法。这种方法量距的精度能达到1／ 1 000～1／ 3 000。 根据地面的起伏状态，可分为平坦地面的距离丈量和倾斜地面的 距离丈量两种形式。 （1）平坦地面的距离丈量 平坦地面的距离丈量根据不同的精度要求，可选用整尺法 和串尺法量距。 ①整尺法量距：在平坦地面，当量距精度要求不高时，可 采用整尺法量距，也就是直接将钢尺沿地面丈量水平距离。可先 进行直线定线工作，也可边定线边丈量。
16
17
4.2 视距测量
视距测量是利用望远镜内的视距装臵及视距尺（或水 准尺），根据几何光学和三角测量的原理，同时测定水平 距离和高差的一种测量方法。在一般的测量仪器，如经纬仪、水 准仪的望远镜内均有视距装臵，如图4.15 所示。在十字丝分划 板上刻制上、下两根对称的两条短线，称视距丝。视距测量时根 据视距丝和中横丝在视距尺或水准尺的读数来进行距离和高差的 计算。
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。
距离测量与直线定向
2）注意事项
垂直折光 竖直尺子 测定乘常数
选择有利观测时间
4.3 光电测距
概述 脉冲式光电测距仪 相位式测距仪
4.3.1光电测距简介
光电测距仪（EDM）分类
载波 微波
光电 激光 红外
脉冲 相位
测
程 长中 短
载波数
单双三
发射目标 漫反射 合作目标 有源反射器
精度指标 Ⅰ级 Ⅱ级
4.3.2光电测距的基本原理
ct
电磁波测距基本原理
发射波
测距仪
接收波
反射器
通过直接或间接地测定电磁波在被测距离上 往返传播的时间，同时求定电磁波在大气中传播 的速度，即可按 D 12v求t得2D 距离。
脉冲法测距
D 1 ct 2
2） 相位式光电测距仪
一、相位式测距仪原理：
通过测定调制光在测线两端点间往返传 播所产生的相位移，测定调制波长的相 对值来求出距离
4.1.4.精密方法
解释: 名义长度、实际长度
尺长方程式
l t = l l+ tΔ=l +l0α+×Δ（ lt -+t0α）(t-t0)l0
式中：lt—钢尺在温度t时的实际长度； l—钢尺上所刻的长度，即名义长度； Δl—尺长改正数，即钢尺在温度t0时的改正数； α—钢尺的膨胀系数，值约为11.6×10-6～12.5×10-6 t0—钢尺检定时的温度。 t—钢尺使用时的温度。
1）视线水平时的视距测量公式
2） 视线倾斜时视距测量公式
l ′ = l cos α
D = D′ cosα h+v=h’+ i h’=D.TANα ① 平距公式 Ｄ＝k l cos2α ② 高差公式 ｈ＝1/2 kl sin(2α)+i-v
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
工程测量第四章--__距离测量与直线定向
第四章 距离测量与直线定向
§4.1 直线定向
§4.2 钢尺量距
§4.3 视距测量
§4.4 光电测距仪
§4.5 全站仪简介
§4-1直线定向
一、直线定向的概念： 测定直线与标准方向间的水平角度的工作称为。 二、标准方向的种类
2
标准方向有三种 真子午线方向（真北 ） 磁子午线方向（磁北 ） 坐标纵轴方向（坐标北）
4
247°20´
3
解：
1 = 46°＋180°－125°10´ = 100°50´ = 100°50´＋180°＋136°30´
α23 =α12＋180°－β2 α34 =α23＋180°＋β3
（417°20´－360°） = 417°20´ >360° = 57°20´ = 57°20´＋180°－247°20´ α45=α34＋180°－β4 = －10° <0° （－ 10°＋360°） = 350°
d f l p
f d l p
f D d f l f p
*
*
f D l f p f 令 K , c f 则有
p
D Kl c
式中 K——视距乘常数，通常K=100；
c ——视距加常数，常数c值接近零 。 故水平距离为
D Kl 100l
乙 甲
（2）经纬仪法定线 在A安臵经纬仪，对中、整平，十字丝竖丝瞄准另一 点B，固定照准部，然后望远镜往下打，指挥另一人在 视线上用测钎定点。 此法可用于一般量距和精密钢尺量距。
二、距离丈量 一般量距方法
一般量距方法 适用条件：当量距精度要求为1/2000～1/3000时采用。 定线方法：目测法或经纬仪法。 w当地面平坦时,可将钢尺拉平,直接量测水平距离; w对于倾斜地面，一般采用 “平量法” ; w当地面两点之间坡度均匀时也可采用“斜量法”. 1、平坦地面的距离丈量 丈量：在地面平坦量距，可将钢尺拉平、拉直、用力 均匀，并整尺段地丈量，要进行往返丈量。
§4.1 直线定向
§4.2 钢尺量距
§4.3 视距测量
§4.4 光电测距仪
§4.5 全站仪简介
§4-1直线定向
一、直线定向的概念： 测定直线与标准方向间的水平角度的工作称为。 二、标准方向的种类
2
标准方向有三种 真子午线方向（真北 ） 磁子午线方向（磁北 ） 坐标纵轴方向（坐标北）
4
247°20´
3
解：
1 = 46°＋180°－125°10´ = 100°50´ = 100°50´＋180°＋136°30´
α23 =α12＋180°－β2 α34 =α23＋180°＋β3
（417°20´－360°） = 417°20´ >360° = 57°20´ = 57°20´＋180°－247°20´ α45=α34＋180°－β4 = －10° <0° （－ 10°＋360°） = 350°
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f D d f l f p
*
*
f D l f p f 令 K , c f 则有
p
D Kl c
式中 K——视距乘常数，通常K=100；
c ——视距加常数，常数c值接近零 。 故水平距离为
D Kl 100l
乙 甲
（2）经纬仪法定线 在A安臵经纬仪，对中、整平，十字丝竖丝瞄准另一 点B，固定照准部，然后望远镜往下打，指挥另一人在 视线上用测钎定点。 此法可用于一般量距和精密钢尺量距。
二、距离丈量 一般量距方法
一般量距方法 适用条件：当量距精度要求为1/2000～1/3000时采用。 定线方法：目测法或经纬仪法。 w当地面平坦时,可将钢尺拉平,直接量测水平距离; w对于倾斜地面，一般采用 “平量法” ; w当地面两点之间坡度均匀时也可采用“斜量法”. 1、平坦地面的距离丈量 丈量：在地面平坦量距，可将钢尺拉平、拉直、用力 均匀，并整尺段地丈量，要进行往返丈量。
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5B
8
2、量距
量距是用经过检定的钢尺，两人拉尺，两人读
数，一人记录及观测温度。
量距时由后尺手用弹簧秤控制施加于钢尺的拉
力(30 m钢尺，标准拉力为100 N)。前、后读数员
应同时在钢尺上读数，估读到0.5mm。每尺段要移
动钢尺三次不同位置，三次丈量结果的互差不应超
过2mm，取三段丈量结果的平均值作为尺段的最后
t 0 —钢尺检定时的温度；
t
—量距时的温度。 编辑ppt
10
五、钢尺量距成果整理
精密量距结果应进行以下三项改正
1、尺长改正
ld
l l l0
2、温度改正
l — 全长改正数 l0 — 名义长度 l0 — 任一尺段
α — 钢尺膨胀系数
lt (tt0)l
t — 丈量时温度 t0 — 标准温度
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11
K
1 D 平均 D往 D返
平坦地区钢尺量距相对误差不应大于1/3000
编辑ppt
6
3、倾斜地面丈量
当地面坡度较大，不可能将整根钢尺拉平 丈量时，则可将直线分成若干小段进行丈量。 每段的长度视坡度大小、量距的方便而定。
在困难地区钢尺量距相对误差不应大于1/1000
编辑ppt
7
三、钢尺量距精密方法（1/10000）
第五章 距离测量与直线定向
§5.1 钢尺量距 §5.2 普通视距测量 §5.3 光电测距仪 §5.4 直线定向
编辑ppt
1
距离测量：测量地面两点之间的水平距离。
距离测量 的方法
钢尺量距 普通视距 光电测距
编辑ppt
2
一、量距工具
钢尺—端点尺和刻线尺 测 钎
编辑ppt
钢尺
标弹 杆簧
秤
垂 球
3
二、 钢尺量距的一般方法
1、经纬仪定线
将经纬仪安置于A点，瞄准B点，然后在AB的视 线上用钢尺量距，依次定出比钢尺一整尺略短的尺 段端点1，2，…。在各尺段端点打入木桩，桩顶高 出地面5cm～10cm，在每个桩顶刻划十字线，其中 一条在AB方向上，另一条垂直AB方向，以其交点作 为钢尺读数的依据。
A 1 23 4
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设 lab,lab则
L
α a
a´ o b b´v
B
laoobac oo socbo is
h
lco s
A
D
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19
计算：
倾斜距离L为：
LK lKclo s
L
水平距离D为：
DLco sKclo 2s
高差h为：
i
h Dtan i v
A
D
或 h 1 Klsin2 i v
2
编辑ppt
a a´
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16
视距测量是 利用视距丝配 合标尺读数来 完成的。
视距丝
望远镜十字丝环
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17
一、视线水平时的测距原理
D=p+f+d
d l
k f
f mn
mn
D = K l+C
K=100 , C=0
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18
二、视准轴倾斜时的距离和高差公式
原理：
图中 aa o bb o
aao bbo90
2）水平距离
D K c 2 o l 1 0 s . 3 0 c 1 0 2 3 2 o 7 m 6 3 s . 4 m 1 3）高差 hDta niv
31 .49 mta3 n271.40 m1.40 m
1.90 m
编辑ppt
21
4、 视距测量误差及注意事项
视距测量差
1.读数误差 2.标尺不竖直误差
解：1）尺长改正
ld l0 ll(0 .0 30 0 2 2.5 8 99 )m 6 0 .00m 25
编辑ppt
13
2）温度改正
lt (tt0)l
1.25 10 50C1(25 .80C20 0C)29 .89m 6 0.002 m2
3）倾斜改正
h2
(0 .27 m ) 2 2
lh2 l
0 .00m 12
o b b´v
B h
20
例题：如上图，在A点量取经纬仪高度i=1.400m，望远
镜照准B点标尺，中丝、上丝、下丝读数分别为v=1.400m，
b=1.242m，a=1.558m，α=3°27´,试求A、B两点间的水
平距离和高差。
解：1）尺间距
l a b ( 1 .5 5 1 .2 8 ) m 4 0 2 .3m 16
3.外界条件的影响
此外还有：标尺分划误差、竖直角观测误差、
视距常数误差等。
编辑ppt
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22
电磁波测距仪是用电磁波（光波或微波）作为 载波传输测距信号以测量两点间距离的一种方法。
dl ld lt lh
编辑ppt
12
例题：用尺长方程为
l t 3 m 0 0 .0m 0 1 .2 2 1 5 5 C 5 0 1 ( t 2 0 C ) 0 3 m 0
的钢尺实测A—B尺段（如图），长度
l=29.896m,A、B两点间高差h=0.272m,测量时
的温度t=25.8°C,试求A—B尺段的水平距离。
结果。
随之进行返测，如要进行温度和倾斜改正，还要
观测现场温度和各桩顶高差。
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9
四、尺长方程
经过检定的钢尺长度可用尺长方程示：
ltl0 l(t t0)l0
lt —温度为t时的钢尺实际长度；
l0 —钢尺的名义长度；
l
—尺长改正值，即温度在 数；
t
0
时钢尺全长改正
—钢尺膨胀系数，一般取α=1.25×105(0C)1
3.倾斜改正
当Ｌ为斜距时应换算成平距d，则倾斜改正值为：
lhdl(l2h2)1 2ll(1h l2 2)1 2l
将上式
(1
h21Βιβλιοθήκη )2项展开成级数：Ｌ
l2
lhl (12 h l2 28 h l4 4 )1 h 22 l8 h l4 3
取第一项
lh
h2 2l
每一尺段改正后的水平距离为：
1、直线定线
标定各尺段端点在同一直线上的工作称为直线定线。
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4
2、平坦地面的量距
A、B两点间的水平距离为：
Dnlq
式中：n —尺段数； l — 钢尺的尺长； q —不足一整尺的余长。
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为了校核、提高精度，还要进行返测，用往、 返测长度之差 与全长D平均数 之比，D并平均化成 分子为1的分数来衡量距离丈量的精度。这个比 值称为相对误差K：
22.9 89 m 6
4）A-B尺段水平距离
d l ld lt lh 2 .9 9 m 00
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六、钢尺量距误差及注意事项
1、尺长误差 2、温度误差 3、拉力误差 4、钢尺倾斜误差 5、定线误差 6、丈量误差
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普通视距测量的精 度一般为1/200~1/300， 但由于操作简便，不受 地形起伏限制，可同时 测定距离和高差，被广 泛用于测距精度要求不 高的地形测量中。