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1、土木工程测量土木工程测量4 4 距离测量距离测量14 4 距离测量距离测量2一般介绍在工程测量中使用三种距离：在工程测量中使用三种距离：斜距（斜距（slope distanceslope distance）水平距离（水平距离（horizontal distancehorizontal distance）垂直距离或高差（垂直距离或高差（vertical distance, vertical distance, height difference)height difference)高差hAB平距 D=Lcosa过A点的水平面过B点的水平面垂距v斜距 La3钢尺量距（钢尺量距（Steel tapi
2、ngSteel taping），精度），精度 1/2000 1/20001/30001/3000，采用精密方法，可达，采用精密方法，可达1/11/1万万视距法测距（视距法测距（Stadia tacheometryStadia tacheometry），精度），精度 1/200 1/2001/3001/300电磁波测距（电磁波测距（Electromagnetic distance Electromagnetic distance measurement, EDM) measurement, EDM) ，1/21/2万万1/31/3万万 三种距离测量方法三种距离测量方法4距离测量：确定两点间的水平
3、距离。距离测量：确定两点间的水平距离。方法：钢尺量距，视距测量和电磁波测距。方法：钢尺量距，视距测量和电磁波测距。 相对精度：相对精度：1/10001/10001/3000, 1/2001/3000, 1/2001/300, 1/300, 1/11/1万万1/31/3万万钢尺量距的基本步骤：定线、量距、成果计算。钢尺量距的基本步骤：定线、量距、成果计算。其它辅助工具：测钎，标杆，垂球。其它辅助工具：测钎，标杆，垂球。4.1 钢尺量距钢尺量距51 1量距工具量距工具钢尺是用钢制成的带状尺，尺的宽度约钢尺是用钢制成的带状尺，尺的宽度约101015 mm15 mm，厚度约厚度约0.4mm0.4mm，
4、长度有，长度有20 m20 m、30 m30 m、50 m50 m等几种。等几种。 根据零点位置的不同，钢尺有端点尺和刻划尺两种。根据零点位置的不同，钢尺有端点尺和刻划尺两种。6Plastic tapePlastic tapeSteel tapeSteel tape7皮尺皮尺钢尺钢尺8钢尺量距辅助工具（Subsidiary Tools）花杆（Ranging rod ）测钎（Marking arrow）锤球（Plumb bob）9丈量方法（Measurement Methodology）从精度要求来看从精度要求来看低精度丈量低精度丈量 （无须严格的距离改正）（无须严格的距离改正） 高精度丈量高精
5、度丈量 （基于尺长方程，需要进行尺长、温（基于尺长方程，需要进行尺长、温度、倾斜等多项改正）度、倾斜等多项改正）从距离长短来看从距离长短来看直接丈量直接丈量 ，被量距离，被量距离 钢尺长度钢尺长度分段丈量，被量距离分段丈量，被量距离 钢尺长度，需要使用肉钢尺长度，需要使用肉眼或经纬仪来定线眼或经纬仪来定线10借助借助借助借助经纬仪经纬仪定定定定线线肉眼定肉眼定肉眼定肉眼定线线2 2直线定线直线定线直线定线：将所量尺段标定在待测的二点间一条直线直线定线：将所量尺段标定在待测的二点间一条直线上的工作，称为直线定线。上的工作，称为直线定线。11一般量距采用目视定线，高精度的按经纬仪定线一般量距采用目
6、视定线，高精度的按经纬仪定线（高精度距离测量一般采用电磁波测距）。目视定（高精度距离测量一般采用电磁波测距）。目视定线方法如下线方法如下：a)a)先在先在A A、B B点上竖立标杆，甲站在点上竖立标杆，甲站在A A点标杆后约一点标杆后约一米处，指挥乙左右移动标杆，直到甲从在米处，指挥乙左右移动标杆，直到甲从在A A点沿点沿标杆的同一侧看到标杆的同一侧看到A A、2 2、B B三支标杆成一条线为三支标杆成一条线为止。止。b)b)设设A A、B B两点互相通视，要在两点互相通视，要在A A、B B两点的直线上标两点的直线上标出分段点出分段点1 1、2 2点。点。12c)c)两点间定线，一般应由远到
7、近，即先定两点间定线，一般应由远到近，即先定1 1点，点，再定再定2 2点。点。 d)d)定线时，乙所持标杆应竖直，利用食指和定线时，乙所持标杆应竖直，利用食指和姆指夹住标杆的上部，稍微提起，利用重姆指夹住标杆的上部，稍微提起，利用重心使标杆自然竖直。此外，为了不挡住甲心使标杆自然竖直。此外，为了不挡住甲的视线，乙应持标杆站立在直线方向的左的视线，乙应持标杆站立在直线方向的左侧或右侧侧或右侧。 133 3平坦地面的距离丈量平坦地面的距离丈量丈量工作一般由两人进行。清除待量直线上的障碍物丈量工作一般由两人进行。清除待量直线上的障碍物后，在直线两端点后，在直线两端点A A、B B竖立标杆，后尺手持
8、钢尺的零竖立标杆，后尺手持钢尺的零端位于端位于A A点，前尺手持钢尺的末端和一组测钎沿点，前尺手持钢尺的末端和一组测钎沿ABAB方向方向前进，行至一个尺段处停下。前进，行至一个尺段处停下。后尺手用手势指挥前尺手将钢尺拉在后尺手用手势指挥前尺手将钢尺拉在ABAB直线上。直线上。14后尺手将钢尺的零点对准后尺手将钢尺的零点对准A A点，当两人同时把钢点，当两人同时把钢尺拉紧后，前尺手在钢尺末端的整尺段长分划处尺拉紧后，前尺手在钢尺末端的整尺段长分划处竖直插下一根测钎竖直插下一根测钎( (如果在水泥地面上丈量插不如果在水泥地面上丈量插不下测钎时，也可以用粉笔在地面上划线做记号下测钎时，也可以用粉笔在
9、地面上划线做记号) )得到得到1 1点，即量完一个尺段。点，即量完一个尺段。前、后尺手抬尺前进，当后尺手到达插测钎或划前、后尺手抬尺前进，当后尺手到达插测钎或划记号处时停住，再重复上述操作，量完第二尺段。记号处时停住，再重复上述操作，量完第二尺段。后尺手拔起地上的测钎，依次前进，直到量完后尺手拔起地上的测钎，依次前进，直到量完ABAB直线的最后一段为止。直线的最后一段为止。15最后一段距离一般不会刚好是整尺段的长度，称最后一段距离一般不会刚好是整尺段的长度，称为余长。丈量余长时，前尺手在钢尺上读取余长为余长。丈量余长时，前尺手在钢尺上读取余长值，则最后值，则最后A A、B B两点间的水平距离为
10、：两点间的水平距离为：为了提高量距精度，一般采用往返测量。返测时为了提高量距精度，一般采用往返测量。返测时是从是从B B量至量至A A，要重新定线。取往返距离的平均值，要重新定线。取往返距离的平均值为丈量结果。为丈量结果。164. 4. 钢尺量距的计算钢尺量距的计算水平距离等于测定的距离加上各项改正。水平距离等于测定的距离加上各项改正。175.5.例题：某尺段实测距离是例题：某尺段实测距离是29.902m29.902m，钢尺的检定长度，钢尺的检定长度30.005m30.005m，检定温度，检定温度2020，丈量时温度，丈量时温度12.312.3，所测高差为，所测高差为0.252m0.252m，
11、求水平距离，求水平距离解：解：1 1）尺长改正：）尺长改正： 2 2）温度改正：）温度改正： 3 3）倾斜改正：）倾斜改正：4）水平距离：）水平距离：186 6 钢尺量距精度钢尺量距精度 相对误差相对误差 K=(D K=(D往往D D返返) )D D平平=1=1M M K K限限=1 =1 20002000197. 7. 钢尺量距的误差分析钢尺量距的误差分析 尺长误差尺长误差 温度误差温度误差 钢尺倾斜和垂曲误差钢尺倾斜和垂曲误差 定线误差定线误差 拉力误差拉力误差 丈量误差丈量误差AB208 8. . 钢尺的维护钢尺的维护 钢尺易生锈，丈量结束后应用软布擦去尺上的泥和水，涂钢尺易生锈，丈量结
12、束后应用软布擦去尺上的泥和水，涂上机油以防生锈。上机油以防生锈。 钢尺易折断，如果钢尺出现卷曲，切不可用力拉。钢尺易折断，如果钢尺出现卷曲，切不可用力拉。丈量时，钢尺末端的持尺员应该用尺夹夹住钢尺后手握紧丈量时，钢尺末端的持尺员应该用尺夹夹住钢尺后手握紧尺夹加力，没有尺夹时，可以用布或者纱手套包住钢尺代尺夹加力，没有尺夹时，可以用布或者纱手套包住钢尺代替尺夹，切不可手握尺盘或尺架加力，以免将钢尺拖出。替尺夹，切不可手握尺盘或尺架加力，以免将钢尺拖出。 在行人和车辆较多的地区量距时，中间要有专人保护，以在行人和车辆较多的地区量距时，中间要有专人保护，以防止钢尺被车辆碾压而折断。防止钢尺被车辆碾压
13、而折断。 不准将钢尺沿地面拖拉，以免磨损尺面分划。不准将钢尺沿地面拖拉，以免磨损尺面分划。 收卷钢尺时，应按顺时针方向转动钢尺摇柄，切不可逆转，收卷钢尺时，应按顺时针方向转动钢尺摇柄，切不可逆转，以免折断钢尺。以免折断钢尺。 214.2 4.2 视距测量视距测量 D Dkl 经纬仪视距测量平距公式经纬仪视距测量平距公式k100100l为上下丝间隔为上下丝间隔 其中其中是竖直角是竖直角 视距丝视距丝222 2 视距测量误差主要来源视距测量误差主要来源视距读数误差视距读数误差竖直角测量误差竖直角测量误差标尺倾斜误差标尺倾斜误差大气垂直折光的影响大气垂直折光的影响234.34.3 电磁波测距电磁波测
14、距电磁波测距是用电磁波电磁波测距是用电磁波( (光波或微波光波或微波) )作为载波，作为载波，传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法。传输测距信号，以测量两点间距离的一种方法。电磁波测距具有测程长、精度高、作业快、工电磁波测距具有测程长、精度高、作业快、工作强度低、几乎不受地形限制等优点。作强度低、几乎不受地形限制等优点。241.1.电磁波测距技术发展简介电磁波测距技术发展简介2519481948年，瑞典年，瑞典AGA(AGA(阿嘎阿嘎) )公司公司( (现更名为现更名为Geotronics(Geotronics(捷创捷创力力) )公司公司) )研制成功了世界上第一台电磁波测距仪，它采研制成
15、功了世界上第一台电磁波测距仪，它采用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管元件，用白炽灯发射的光波作载波，应用了大量的电子管元件，仪器相当笨重且功耗大。为避开白天太阳光对测距信号仪器相当笨重且功耗大。为避开白天太阳光对测距信号的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。的干扰，只能在夜间作业，测距操作和计算都比较复杂。19601960年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一年世界上成功研制出了第一台红宝石激光器和第一台氦台氦- -氖激光器，氖激光器，19621962年砷化镓半导体激光器研制成功。年砷化镓半导体激光器研制成功。与白炽灯比较，激光器的优点是发散角小、大气穿透力与白炽灯
16、比较，激光器的优点是发散角小、大气穿透力强、传输的距离远、不受白天太阳光干扰、基本上可以强、传输的距离远、不受白天太阳光干扰、基本上可以全天侯作业。全天侯作业。2619671967年年AGAAGA公司推出了世界上第一台商品化的激公司推出了世界上第一台商品化的激光测距仪光测距仪AGA-8AGA-8。该仪器采用。该仪器采用5mw5mw的氦的氦- -氖激光器氖激光器作发光元件，白天测程为作发光元件，白天测程为40km40km，夜间测程达，夜间测程达60km60km，测距精度，测距精度(5mm+1ppm)(5mm+1ppm)，主机重量，主机重量23kg23kg。我国的武汉地震大队也于我国的武汉地震大队
17、也于19691969年研制成功了年研制成功了JCY-JCY-1 1型激光测距仪，型激光测距仪，19741974年又研制并生产了年又研制并生产了JCY-2JCY-2型型激光测距仪。该仪器采用激光测距仪。该仪器采用2.5mw2.5mw的氦的氦- -氖激光器作氖激光器作发光元件，白天测程为发光元件，白天测程为20km20km，测距精度，测距精度(5mm+1ppm)(5mm+1ppm)，主机重量，主机重量16.3kg16.3kg。27随着半导体技术的发展，从随着半导体技术的发展，从6060年代末年代末7070年代初起，采用年代初起，采用砷化镓发光二极管作发光元件的红外测距仪逐渐在世界砷化镓发光二极管作
18、发光元件的红外测距仪逐渐在世界上流行起来。与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、上流行起来。与激光测距仪比较，红外测距仪有体积小、重量轻、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。由于重量轻、功耗小、测距快、自动化程度高等优点。由于红外光的发散角比激光大，所以红外测距仪的测程一般红外光的发散角比激光大，所以红外测距仪的测程一般小于小于15km15km。现在的红外测距仪已经和电子经纬仪及计算。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、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智能化和利用蓝牙技术实现测量数
19、据的无线传输方向飞速发展。速发展。激光测距仪和红外测距仪统称为光电测距仪激光测距仪和红外测距仪统称为光电测距仪( (电磁波测距电磁波测距仪）。仪）。28反光镜Reflecting Prism (Reflector)ABDistance ?电电磁波往返磁波往返磁波往返磁波往返传传播播播播29RotatableTribrach-mountedPole-mounted反射棱反射棱反射棱反射棱镜镜301.1 测距仪分类按测距方式分按测距方式分脉冲式，以激光作光源脉冲式，以激光作光源相位式，以红外光作光源，近来还出现了以微波相位式，以红外光作光源，近来还出现了以微波（MicrowaveMicrowave
20、）作能源的微波测距仪）作能源的微波测距仪脉冲脉冲相位式相位式按最大测程分按最大测程分短程：短程：3km3km以来；以来； 中程：中程：315km315km远程：远程：15100km15100km； 超远程：超远程：100km100km按构造分按构造分组合式（测距仪组合式（测距仪+ +经纬仪）；经纬仪）；整体式（全站仪）整体式（全站仪）311.2 组合式：测距头+经纬仪Liquid Crystal Display (LCD)Function KeysJoints used to mount on a theodolite32原理是原理是 脉冲法测距脉冲法测距 这种方法的测距精度取决于时间的量测精
21、度。对电子这种方法的测距精度取决于时间的量测精度。对电子元件性能要求比较高，难以达到。元件性能要求比较高，难以达到。相位法测距：相位法测距： 将测量时间变成测量光在测线中传播的载波相位差。将测量时间变成测量光在测线中传播的载波相位差。通过测定相位差来测定距离。通过测定相位差来测定距离。2 2.光电测距仪的基本原理光电测距仪的基本原理332.1 相位式测距原理电磁波基本知识回顾电磁波基本知识回顾传播方向xy光速，约为3108m/s波长（m）频率（周/秒，Hz）34基于时间测距的弱点基于时间测距的弱点通过测量光波往返传播时间，距离可如下确定通过测量光波往返传播时间，距离可如下确定 D=待测距离c=
22、光速 (299792.50.4km/s)t=双程传播时间 (如果测时精度为110-7s, 则距离误差为15m)D=ct/2因此，因此，因此，因此，测测距距距距仪仪采用采用采用采用间间接接接接测测量量量量时间时间的相位式的相位式的相位式的相位式测测距法距法距法距法35相位式测距仪一般使用调制光波相位式测距仪一般使用调制光波测距波(Measuring wave)，低频信号载波(Carrier wave)，高频信号调制波(Carrier wave modulated by measuring wave)36如：砷化如：砷化镓二极管二极管产生近生近红外光，易于外光，易于调制制DC source37相位
23、式测距的本质通过测量光波发射时与返回时的相位差或者说相位延通过测量光波发射时与返回时的相位差或者说相位延迟，距离可被确定迟，距离可被确定38 : 可测相位延迟 (小于2的相位)n: 整波长个数 (未知整数，ambiguous integer)测距仪反光镜RDS39如何确定整波长个数？此问题也被称为整周模糊度（此问题也被称为整周模糊度（AmbiguityAmbiguity）确定问题）确定问题相位式测距仪靠发射多种频率（相位式测距仪靠发射多种频率（Multi-frequencyMulti-frequency）的）的测距波来解决模糊度问题测距波来解决模糊度问题高频测距波高频测距波负责测定微小距离，精
24、测尺负责测定微小距离，精测尺低频测距波低频测距波负责测定较大距离，粗测尺负责测定较大距离，粗测尺实际上，多频率或称为多尺度的概念应用很广泛，如我实际上，多频率或称为多尺度的概念应用很广泛，如我们的手表就是一个典型的例子们的手表就是一个典型的例子40时针走得最慢，测大数（小时）分针走得较快，测相对小的数（分）秒针走得最快，测最小的数（秒）Think over41多频率测距举例一段距离使用了两种频率来测定一段距离使用了两种频率来测定 f1=15 MHz f2=15 KHz如果各频率上所得到的可测相位延迟分别为：如果各频率上所得到的可测相位延迟分别为： n1=0.698=0.698（周）（周） n2
25、=0.387=0.387（周）（周）问题：问题： 已知要测定的距离小于已知要测定的距离小于1km1km，准确距离到底，准确距离到底是多少呢是多少呢? ?42求解对于粗测尺：对于粗测尺：对于粗测尺：对于粗测尺：f2= 150 KHz, 2/2=1 km因为待定距离 1km, 则 n2=0因为n2=0.387，则粗测距离=0.3871000=387m对于精测尺：对于精测尺：对于精测尺：对于精测尺：f1= 15 MHz, 1/2=10 m, n1未知因为n1=0.698，则精测距离=0.69810=6.98mD43测距头外观44经纬仪经纬仪+光电测距仪光电测距仪电电子子经经纬纬仪仪+ +光光电电测测
26、距距仪仪45测距仪用反射棱镜测距仪用反射棱镜46总结：三种测距方法的比较总结：三种测距方法的比较方法方法特点特点卷尺丈量卷尺丈量劳动强度大，工作效率低，受地形劳动强度大，工作效率低，受地形影响大，精度为影响大，精度为1/10001/4000视距测量视距测量观测速度快，操作方便，不受地形观测速度快，操作方便，不受地形限制，精度为限制，精度为1/2001/300，测程小。，测程小。广泛应用在地形测量中。广泛应用在地形测量中。光电测距光电测距观测速度快，测程大，不受地形影观测速度快，测程大，不受地形影响，精度极高。响，精度极高。3. 3. 全站仪简介全站仪简介 1 1）全站仪）全站仪(total s
27、tation)(total station)是由电子测角、光电测距、微是由电子测角、光电测距、微型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。型机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器。2 2）全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和斜距，借助）全站仪的基本功能是测量水平角、竖直角和斜距，借助于机内固化的软件，可以组成多种测量功能，如可以计于机内固化的软件，可以组成多种测量功能，如可以计算并显示平距、高差以及镜站点的三维坐标，进行偏心算并显示平距、高差以及镜站点的三维坐标，进行偏心测量、悬高测量、对边测量、面积计算等。测量、悬高测量、对边测量、面积计算等。 484. 4. 全站仪具有如下特点全站仪具有
28、如下特点 49博博博博飞飞LeicaLeica50LeicaLeicaTopconTopcon51NikonNikon524 4 实训室现有全站仪认识实训室现有全站仪认识一、科力达一、科力达KTS442KTS4421 1、仪器的结构、仪器的结构 仪器采用微动螺旋和制动螺旋同轴，光学对中器，竖盘仪器采用微动螺旋和制动螺旋同轴，光学对中器，竖盘指标自动补偿。其他部分结构同电子经纬仪。指标自动补偿。其他部分结构同电子经纬仪。2 2、仪器常用设置、仪器常用设置 在状态模式下按配置，进入设置模式。在状态模式下按配置，进入设置模式。 配置配置仪器参数设置仪器参数设置仪器常数设置仪器常数设置输入常数回车。输
29、入常数回车。注注: :仪器的常数在出厂时经严格测定并设置好，用户一般情仪器的常数在出厂时经严格测定并设置好，用户一般情况下不要作此项设置。如用户经严格的测定况下不要作此项设置。如用户经严格的测定( (如在标准基如在标准基线场由专业检测单位测定线场由专业检测单位测定) )需要改变原设置时，才可作此需要改变原设置时，才可作此项设置。项设置。53二、中纬二、中纬ZTS602ZTS6021 1、仪器结构、仪器结构 该全站仪采用双轴液体补偿器，配备了电子气泡和激光该全站仪采用双轴液体补偿器，配备了电子气泡和激光对中器，微动螺旋和制动螺旋同轴，竖盘指标自动补偿，对中器，微动螺旋和制动螺旋同轴，竖盘指标自动
30、补偿，其他结构和电子经纬仪相同。其他结构和电子经纬仪相同。2 2、仪器基本设置、仪器基本设置 该仪器界面采用菜单式操作，基本设置操作是：在正常该仪器界面采用菜单式操作，基本设置操作是：在正常测量模式下，按测量模式下，按ESCESC按钮，在出现的菜单选项中，选择设按钮，在出现的菜单选项中，选择设置置主要设置主要设置多项设置成功后返回。多项设置成功后返回。 按按FUCFUC键键整平整平/ /对中对中用脚螺旋调整精平，导航键上下用脚螺旋调整精平，导航键上下方向调节激光对中器激光强度。方向调节激光对中器激光强度。54三、苏一光三、苏一光OTS234OTS2341 1、仪器结构、仪器结构 该全站仪采用激
31、光测距装置，可以采用棱镜反射、反射该全站仪采用激光测距装置，可以采用棱镜反射、反射片反射、或者无合作目标漫反射。配备了普通气泡和光片反射、或者无合作目标漫反射。配备了普通气泡和光学对中器，微动螺旋和制动螺旋同轴，竖盘指标自动补学对中器，微动螺旋和制动螺旋同轴，竖盘指标自动补偿，其他结构和电子经纬仪相同。偿，其他结构和电子经纬仪相同。2 2、仪器的基本设置、仪器的基本设置 仪器开机后处于测量模式，按键进入主菜单模式第二页，仪器开机后处于测量模式，按键进入主菜单模式第二页，再按再按F3F3键选择键选择“设置设置”，进入设置项目子菜单第一页。，进入设置项目子菜单第一页。如果要进入设置子菜单第二页，则按如果要进入设置子菜单第二页，则按“”“”键进入第二键进入第二页显示页显示如果要返回设置子菜单第一页，则按如果要返回设置子菜单第一页，则按“”“”键返回第一键返回第一页显示。页显示。55
