测量学第五章 距离测量与直线定线

5．3．1
1．脉冲法
红外测距仪的测量距原理
测定光在距离D上往返传播的时间，即测定发 射光脉冲与接收光脉冲的时间差⊿t，则测距 公式如下： 1 c。 D= 2 n ⊿t g 式中：c。—光在真空中的速度： ng—光在大气中传输的折射率。
2．相位法 通过测定相位差来测定距离的方法，称为相位法测距。 设调制光的角频率为，则调制光在测线上传播时的相位延 迟为 = ⊿t= 2π f ⊿t ⊿t= / (2π f) 1 c。 D= 2 n f 2π g D= 2π
改正计算：⊿D=K+RD
2．气象改正 仪器在野外测量时气象元数与仪器的标准气象元素 不一致，使测距值产生系统误差。对于高精度测量，实 际观测必须加气象改正： 如： ⊿D=28.20.029p 1+0.0037t
式中：p——观测时的气压，mPa t——观测时的温度，℃； ⊿D——每100m为单位的改正值。 3．倾斜改正
平坦地区钢尺量距的相对误差不应大于l/3000．在困难地区相 对误差也不应大于 1／1000。 3．精密量距 当量距精度要求在1/10000以上时，要用精密量距法。 量距是用经过检定的钢尺或因瓦尺。丈量组由五人组成，两 人拉尺．两人读数，一人指挥并读温度和记录。丈量时后尺 手要用弹簧秤控制施加给钢尺的拉力。这个力应是钢尺检定 时施加的标准力(30m钢尺，一般施加100N)；
测距仪的标称精度：
M=±(a+b×10-6 D)= a(mm)+b(ppm)
a----固定误差 5．3．4 全站仪及其使用 测距仪的发展经历了三个阶段： 单测距仪 与光学经纬仪或电子经纬仪以 积木方式组合的半站仪 b----比例误差
与电子经纬仪结合成一体的全 站仪。
棱镜、棱镜组
全站仪的主要功能： 1、电子测角（水平角、垂直角） 2、电子测距 3、数据存储与管理 4、程序设计：1）高程测量 2）面积测量 3）坐标测量 4）悬高测量 5）偏心测量 6）放样测量 ………..
l D=K· l+c
D=100· l
视线水平时
D=100· l
5．2．3
视线倾斜时的视距公式
5．3
电磁波测距仪及全站仪
电磁波测距是利用电磁波(微波、光波)作载波．在其 上调制测距信号，测量两点间距离的方法。
若电磁波在测线两端往返传播的时间为t,则可求出两点间的 距离D。
D=c t/2
c——电磁波在大气中的传播速度：
5．3．2
测距仪的原理和工作过程
5．3．3
测距边长改正计算
1．仪器常数改正
仪器常数有加常数和乘常数两项
加常数产生的原因： 发光管的发射面、接收面与仪器中不一致； 反光镜的等效反射面与反光镜中心不一致； 内光路产生相位延迟及电子元件的相位延迟。
乘常数产生的原因：仪器经过一段时间的使用，晶体会老 化，致使仪器振荡频率即测尺长度法程变化，测距时仪器 的晶振频率与设计频率有偏移，产生与测试距离成正比的 系统误差。其比例因子称为乘常数。
5．1．4
钢尺量距的成果整理
1．尺长改正
钢尺名义长度lo．一般和实际长度不相等．每量一段 都需加入尺长改正。 在标准拉力、标准温度下经过检定实际长度为l’，与其名 义长度lo差值⊿l为整尺段的尺长改正。
⊿l ＝l’—lo 任一长度ld尺长改正公式为
⊿ld ＝ ld · ⊿l/ lo
2．温度改正
当野外量距时温度‘与检定钢尺时温度以不一致时，要进 行温度改正．其改正公式为 ⊿lt =(t-to)l 式中： —0．000 0125／1℃，钢尺膨胀系数. 3．倾斜改正 设沿地面量斜距为l，测得高差为h，换成平距d时要进 行倾斜改正⊿lh
当⊿ /l＜1/30000，l＝30m时， ＜0．12m。所以用目视 定线即可达到此精度。
2．尺长误差 钢尺名义长度与实际长度之差产生的尺长误差对量距的影 响，是随着距离的增加而增加的。在高精度量距时应加尺长 改正，并要求钢尺尺长检定误差小于1mm。 3．温度误差 根据钢尺温度改正公式，⊿lt =(t-to)l，当温度变化 3℃ 时，由此引起的距离误差为1／30000。 4．拉力误差
电磁波测距仪按测程划分有： 短程测距仪，测程≤5km 中程测距仪， 5km﹤测程≤10 km
远程测距仪，测程﹥10 km
按测量精度划分为： I级，mo≤5mm Ⅱ级，5mm＜ mo ≤10mm Ⅲ级．mo＞10mm
m。为1km测距的中误差。
按采用载波划分为： 微波测距仪 激光测距仪 红外测距仪。 电磁波测距仪具有速度快，方便，受地形影响小．测量精 度高等特点，已成为常规量距的方法。 红外距仪采用GaAs(砷化镓)发光二极管作光源。具 有输入电源小．耗电省．体积小．寿命长，抗震性能 强．能连续发光并能直接调制，成为电磁波测距仪广泛采 用的载波。
第5章 距离测量与直线定线
距离测量是测量基本工作之一。距离测量是量测地面 上两点间的水平距离，即通过这两点的铅垂线投影到水平 面上的距离。
距离测量常用的方法有钢尺直接量距、视距法测距、 电磁波测距及卫星测距。
5．1
钢尺量距 量距工具
5．1．1
钢尺量距是利用具有标准长度的钢尺直接量测地面两 点间的距离，又称为距离丈量。
因瓦尺因受温度变化引起尺长伸缩变化小，量距精度高， 可达到1／1000000，可用于精密量距。
钢尺量距中辅助的工具还有测钎、花杆、垂球、弹簧秤 和温度计。
5.1.2
直线定线
为了使需要分段量测所量线段在一条直线上，需要将每一 尺段首尾的标杆标定在待测直线上，这一工作称为直线定线。
一般量距用目视定线，精密量距用经纬仪定线。
2．水平量距和倾斜量距 当地面起伏不大时，可将钢尺 拉平，用垂球尖将尺端投于地 面进行丈量，称 为水平量距 法． 当倾斜地面的坡度均匀时，可 以将钢尺贴在地面上量斜距L。 用水准测量方法测出高差h， 再将量得的斜距换算成平 距．称 为倾斜量距法。
为了提高精度，防止错误，通 常采用住返丈量．取平均值为 丈量结果。用相对误差K衡量 测量精度，
另有一种因瓦尺是用镍铁合金制成：它的形状是线状， 直径1．5mm，长度为24m，尺身无分划和数字注记。在 尺两端各连一个三棱形的分划尺，长8cm，其上分划最小 为1mm。因瓦基准尺全套由4根主尺、一根8m或4m长的 辅尺组成。不用时安放在带有卷鼓的尺箱内。
一般钢尺量距最高精度可达到1/10000。 量距工具还有皮尺，用麻皮制成，基本分划为厘米， 零点在尺端。皮尺精度低。
2．真方位角和坐标方位角 地面上过两点的子午线方向的夹角，称为子午线收敛角，用 γ表示，
测量上常将上述方向线绘在地图图廓线下方，也 称三北方向线， 5．4．2 直线定向的方法
真 子 午 线
由标准方向的北端起，顺时针方向到某 直线的水平夹角，称为该直线的方位角。
若标准方向为真子午线方向，则称真方位角，
若标准方向为磁子午线方向，则称磁方位角， 若标准方向为坐标纵轴方向，则称为坐标方位角。
1．真方位角和磁方位角之间的关系 由于地球磁极与地球旋转铀的南北极不重合，因此过地面 上某点的真子午线与磁子午线不重合。两者之间的夹角为 磁偏角，用表示。 直线的真方位角与磁方位角之间可用下式换算： A＝Am+ 我国磁偏角的变化大约在+6°到-10°之间。
精密量距的步骤： 1、清理场地，将经纬仪安置在测线端点—A，瞄准B点 2、用钢尺进行概量，在视线上依次定出比钢尺一整尺略 短的尺段。并打上木桩．木桩要高出地面2一3cm，桩上 钉一白铁皮。 3、利用经纬仪进行定线，在白铁皮上划一条线．使其与 AB方向重合。并在其垂直方向划一线．形成十字．作为 丈量标志。 4、前后司尺手应同时在钢尺上读数，估读到0．5mm。 每尺段上要移动钢尺前后位置三次：三次测得距离之差不 应超过2—3mm。 5、同时记录现场温度，估读到0.5℃。用水准仪测尺段木 桩顶间高差。住返高差不应超过±10mm。 这种量距法称为串尺法量距。
普通钢尺是钢制带尺，尺宽10—15mm，长度有 20m、30m及50m等多种。 有三种分划的钢尺： 基本分划为厘米； 基本分划虽为厘米，但在尺端10厘米内为毫米分划； 基本分划为毫米。
钢尺的零分划位置有两种，
一种是在钢尺前端有一条刻线作为尺长的零分划线， 称为刻线尺；
另一种是零点位于尺端，即拉环外沿，这种尺称为端点尺。
徕卡（瑞士）全站仪
测角精度：0.5秒 测距精度：1mm+1ppm 自动寻找目标，自动照准， 自动跟踪，自动观测。
天宝（德国）全站仪
拓普康（日本）全站仪
广州南方全站仪
苏州一光全站仪
北京博飞全站仪
手持激光测距仪
5．4 直线定向
5．4．1 直线定向的概念 选择一个标准方向，根据直线与标准方向之间的关系确定 直线方向。这一工作称为直线定向。 测量中常用的标准方向有三种： 1．真子午线方向
直线定线一般由远到近进行。
5．1．3
1．整尺法量距
量距方法
在平坦地区，量距精度要求不高时，可采用整尺法量距， 直接将钢尺沿地面丈量，不加温度改正和不用弹簧秤施加拉 力。 水平距离D可按下式计算：D=nl+⊿l 式中：n——尺段数； l----钢尺长度；
⊿l---不足一整尺的余长。
为了提高量距精度，一般采用往、返丈量。返测时是从 BA，要重新定线。取往、返距离平均值为丈量结果。
真子午线是过地面某点的真子午面与地球表面的交线。 真子午线北端所指方向为正北方向，可以用天文测量的方法 或用陀螺经纬仪方法测定。
2．磁子午线方向 磁子午线方向是过地球某点的磁子午线的切线方向，它 可以用罗盘仪测定。
3．坐标纵轴方向
三度带或六度带投影的中央子午线作为坐标纵轴。因此在该 带内的直线定向，就是用该带的坐标纵轴方向作为标准方向。 坐标纵线北端所指方向为坐标北方向。
综上所述、每一尺段改正后的水平距离为 d=l+⊿ld + ⊿lt+ ⊿lh 5．1．5 钢尺检定