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1、,第四章 直线定向和距离测量,第一节直线定向 第二节钢尺量距 第三节视距测量 第四节光电测距（自修） 第五节全站仪测量（自修）,4.1.1直线定向确定地面上一条直线与标准方向间水平角的工作,4-1 直线定向,一、标准方向真北方向：过地面上某点的真子午线切线方向的北端（天文测量方法和陀螺经纬仪） 磁北方向：过地面上某点的磁子午线切线方向的北端（罗盘仪 ） 坐标北方向：高斯投影带中央子午线北端或平面直角坐标系坐标纵轴北端（各点的坐标北方向彼此平行）,二、直线定向的方法 1. 方位角：由标准方向的北端起顺时针至某一直线的水平角。角值由o360NAO 1,分类： 真方位角A：由真子午线北端起算的方位角
2、。它是用天文观测方法或用陀螺经纬仪测定。 磁方位角Am：由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：由坐标纵轴北端起算的方位角。,三种方位角之间的关系 磁偏角：磁北与真北间的夹角。以真北为准，判断磁北的位置，东正西负。 子午线收敛角：轴北与真北间的夹角。以真北为准，判断轴北的位置，东正西负。 磁坐偏角m ：轴北与磁北间的夹角。以轴北为准，判断磁北的位置，东正西负。,A=Am+ A= Am+,2. 象限角 地面直线与子午线南端或北端构成的锐角，并冠以所在象限的名称，以R表示。 真象限角、磁象限角、坐标象限角,图418,例如R01= NE 3924R02= SE 2512R03=
3、 SW 6856R04= NW 7135,N 1 4032,坐标方位角与坐标象限角的关系,4.1.2 坐标方位角的计算,一、由已知点的坐标反算坐标方位角RAB =arctanyABxAByAB = yB-yA xAB = xB-xA RAB象限角并判断象限？AB 与RAB 的关系,二、正、反坐标方位角： 同一直线的正、反坐标方位角之间相差180，即 BAAB180,三、坐标方位角推算前=后+左 -180 或前=后-右+180,4.2.1 距离测量概述一、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
4、水平距离。,4-2 钢尺量距,二、直线量距的一般方法，精度及其适用范围,1、直接量距：用长度标准直接与被测距离比较，从而获得被测距离长度。（皮尺、钢尺、铟瓦基线尺） 2、间接量距：根据已知条件，依据一定的关系式间接推算出被测距离。（视距测量、光电测距）,方法 精度 适用范围,1、步测法,1/200,野外踏勘、选点和小比例尺地形图的测绘,2、视距法,3、钢尺一般量距,4、钢尺精密量距,5、激光红外测距仪,1/2001/300,地形测量中的碎部测量,1/20001/3000,导线测量，一般建筑轴线丈量,1/50001/2万,精密导线测量，工业厂房主要轴线的测量,测程：2KM20KM 精度：(3mm
5、+2PPM),三、 距离测量一般方法 （一）、地面点的标定1、临时标志2、永久标志 （二）、直线定线：将待测距离上的分段点标定在同一条直线上的工作。,1、定线的目的：保证待测距离的直线性2、定线的方法：花杆目视定线经纬仪正倒镜分中法 （三）、直线定线的实施1、在两点间定线2、在两点的延长线上定线3、两点不通视时的定线：逐渐趋近法,4.2.2 钢尺量距 一、钢尺量距的一般方法1、平量法2、斜量法：,图41,平坦地面的距离丈量D = nL0 + L0 在平坦地面丈量距离时，可把尺子放在地面上逐段进行丈量至少往返测各一次。量距精度以相对误差表示，并将其换算为分子为1的分数形式，精度一般不低于1/30
6、00 |往测 返测 | / 往返均值 = 1 / M,平坦地面测量算例：整尺段数为3，余长: 往测24.890m,返测24.840mD = nL0 + L0往测距离为：174.890m,返测为174.840m平均为174.865m，相对误差为：|174.890-174.840|/174.865=1/3500|往测 返测|/往返均值=1/M,倾斜地面的距离丈量 平量法如果地面起伏不大，丈量时将尺子一端抬高，并用目估法使尺子大致水平，然后用测钎（或垂球）将尺子的端点投到地面上。将量得的各段水平距离求和即为所量距离。,倾斜地面的距离丈量 斜量法 当坡度变化均匀时，AB的斜距L，测出地面的倾角，则水平
7、距离l为： l=Lcos。如果未测倾角，而是测定了A、B两点间的高差h，按直角三角形计算。,数据处理 误差计算：往、返测较差：D=D往D返往、返测相对较差：容许相对较差：,若达到精度,所测距离最终值为：,二、钢尺量距的精密方法 适用范围：精度要求1/10000以上时距离测量。 量距方法：清理现场、经纬仪架设在A点，瞄准B点。在经纬仪视线上依次定出比钢尺一整尺段略短的尺段，并打上木桩，木桩上标“十”字。,量距方法：两人拉尺，后司尺用弹簧称控制拉力，两人同时读数，要求读至0.5mm ，一人指挥。每尺段移动钢尺前后位置三次，三次测量结果之差不超过23mm，并记录现场温度至0.5 。用水准仪测量尺段间
8、木桩顶高差、往返高差不超过10mm。,尺长改正：钢尺名义长度l0 、实际长度l则整尺段的尺长改正数：l = l l0 任一长度l的尺长改正数：Ld = （ l / l0 ）L 温度改正lt = （t-t0 ）l，其中： 为钢尺膨胀系数,0.0000125/，t为野外量距时温度，t0为 检定钢尺时的温度。,倾斜改正： lh = d - l ，其中：高差为 h,斜距为l，h2=l2d2=(ld)(l+d)， ld=h2/（l+d）； 由于lh，ld， 所以： lh = -(h2 / 2l)水平距离d= l + ld + lt + lh,1、定线误差 2、尺长误差 3、温度测定误差 4、钢尺倾斜误差
9、 5、拉力不均误差 6、钢尺对准及读数误差,4.2.3 钢尺量距误差,4-3 视距测量,视距测量是利用经纬仪、水准仪望远镜内的视距丝装置，根据光学原理同时测定距离和高差的一种方法。（定义） 视距测量具有操作方便、速度快、一般不受地形限制等优点。（特点） 普通视距测量精度较低，仅能达到1/2001/300的精度。（精度） 但能满足测定碎部点位置的精度要求，所以视距测量被广泛地应用于地形测图中。（应用）,一、视线水平时计算公式(水准仪视距测量)水平距离,水平距离D,对于内调焦望远镜，一般有K=100, C=0,一、视线水平时的计算公式（水准仪视距测量）高差,二、视线倾斜时的计算公式（经纬仪视距测量
10、）水平距离,二、视线倾斜时的计算公式（经纬仪视距测量）,视线倾斜时水平距离的计算公式为：,视线倾斜时高差的计算公式为：,三、视距测量的施测与计算,1视距测量的施测,（1）在A点安置经纬仪，量取仪器高，在B点竖立视距尺。 （2）盘左（或盘右）位置，转动照准部瞄准B点视距尺，分别读取上、下、中三丝读数，并算出尺间隔l。 （3）转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数，并计算垂直角,视距测量记录与计算手簿,*,*,A,+45.37m,1.45m,DJ6,1,2.237,0.663,1.45,1.574,87 41 12,+2 18 48,157.14,+6.35,+6.35
11、,+51.72,盘左 位置,2,2.445,1.555,2.00,0.890,95 17 36,-5 17 36,88.24,-8.18,-8.73,+36.64,*,视距尺分划误差 乘常数不准确的误差 竖直角测量误差 视距丝读数误差 视距尺倾斜对视距测量的影响 外界气象条件对视距测量的影响 大气折光 大气湍流,四、视距测量误差,按载波分为： 微波测距仪：采用微波段的无线电波作为载波； 光电测距仪：采用光波作为载波，又分为以下两类：激光测距仪：用激光作为载波；红外测距仪：用红外光作为载波。,一、电磁波测距仪的分类,4-4 光电测距,按测定时间方式的不同分为：脉冲式测距；相位式测距仪,光电测距仪
12、按测程可分为：短程测距仪：测程小于3km，用于普通工程测量和城市测量； 中程测距仪：测程为3km15km，通常用于一般等级控制测量； 长程测距仪：测程大于15km，通常用于国家三角网及特级导线。,按仪器的标称精度指标分级仪器的标称精度表达式为：I级：mD|5mm II级：5mD|10mm 级：10mD|20mm,二、光电测距仪测距的基本原理,三、相位式光电测距仪 原理框图,图45,相位法测距的基本公式,图46,四、距量测量的步骤 将测距仪和反射镜分别安置于待测距离的两端，仔细地对中。 测距仪接通电源后照准反射镜，检查经反射镜反回的光强信号，合乎要求后即可开始测距。为避免错误和减少照准误差的影响
13、，可进行若干个测回的观测。 测距读数值记入手簿中，接着观测竖直角并记入手簿的相应栏内。 由温度计和气压计读取大气温度和气压值。 按气温和气压进行气象改正，按测线的竖直角进行倾斜改正，最后求得测线的水平距离。,长度值应化算为两点间的水平距离。 仪器系统误差的改正包括加常数改正、乘常数改正和周期误差的改正。 电磁波在大气中传输时受气象条件的影响很大，因而要进行气象改正。 归算改正主要有倾斜改正、归算至参考椭球面的改正和投影到高斯平面上的改正等。,五、测距成果的整理,4-5 全站仪概述,全站仪，即全站型电子速测仪（Electronic Total Station），它是由电子测角、电子测距、电子计算
14、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。全站仪较完善地实现了测量和处理过程的电子化和一体化，因此得到了广泛的应用。其基本功能是在仪器照准目标后，通过微处理器的控制，能自动完成测距，水平方向和天顶距读数、观测数据的显示、存储。,1提柄 2提柄固定螺丝 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脚螺旋 9圆水准器校正螺丝 10圆水准器 11显示器 12物镜 13管式罗盘插口 14光学对中器调焦环 15 光学对中器分划板 16光学对中器目镜 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
15、准器 22照准部水准器校正螺丝 23垂直微动钮 24垂直微动手轮 25望远镜目镜 26望远镜调焦环 27粗照准器 28仪器中心标志,全站仪观测数据的记录方式：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；利用仪器内部的大容量内存，记录数据；采用插入式数据记录卡。,全站仪的功能测距，测角进行自由设站，计算测站点的坐标；进行支导线测量和计算；测站定向和极坐标测量及坐标点的放样；进行对 边测量悬高测量面积测量及计算等。,TC307全站仪,TC307型全站仪的安置步骤如下：（1）打开脚架置于测站点上，并使脚架头大致水平，将仪器安置在脚架上并旋紧连接螺旋； （2）打开电源，打开激光对中开关，移动脚架使激光束对准地面点，踩紧脚架； （3）旋转脚螺旋使激光束精确对准地面点； （4）上下抽动脚架，使圆水准器气泡居中； （5）旋转脚螺旋使电子水准器居中； （6）检查激光对中是否偏离，若有偏离，松开连接螺旋，平移仪器使之对中并重新整平； （7）关闭激光对中开关。,用TC307测量距离的方法,安置仪器 设置仪器高和棱镜高 照准目标 按DIST测距,作 业,课内作业：P94：4.11、4.12、4.13、4.14 课外作业：P94：1、2、3、4、5、6、7、8、9、10,
