土木工程测量第04章.

距离测量与直线定向第四章§４-1钢尺量距§４-2视距测量§４-3光电测距§４-4全站仪§４-5直线定向§４-6罗盘仪及其使用第4章距离测量与直线定向距离测量是确定地面点的三项基本测量工作之一，测量学中所测定的距离是指地面上两点之间的水平距离。按照所使用的测量仪器和测量方法的不同，距离测量可分为：钢尺量距、视距测量和电磁波测距等方法。4.1钢尺量距4.1.1钢尺量距的一般方法1．量距的工具钢尺量距所用的主要工具有：钢尺、标杆、测钎和垂球。钢尺一般分为30m、50m等几种，其基本分划为厘米，在整米、分米和厘米处都有注记，钢尺的最小分划为毫米。标杆一般长为1~3m，其上面每隔20cm间隔涂以红、白漆用来标定直线的方向。测钎主要用来标定所测尺段的起点和终点位置，平坦地区还用来计算量过的整尺段数。垂球主要用于倾斜地面量距时投点定位。2.直线定线当两待测点之间距离较长或地面高低起伏较大时，就必须分成若干个段来进行测量。在两待定点连线方向上确定若干个分段点，竖立标杆或插测钎来标定直线的方向，同时也作为分段测量的依据。将在直线方向上标定若干个分段点的工作，称为直线定线。目估定线——设A、B两点通视良好，要在A、B两点的直线上标出1、2点。先在A、B点上树立标杆，甲站在A点标杆后约1m处，指挥已左右移动标杆，直到甲从在A点沿标杆的同一侧看到A、2、B三支标杆成一线为止。同法可以定出直线上的其他点。经纬仪定线——将经纬仪安置于A点，在B点竖立标杆，用经纬仪瞄准B点标杆，进行经纬仪定线，在视线方向上标定出分段点的位置。AB测钎qSAB=n+q为整尺段长q为余长图4.5平地距离丈量A12345n-2n-1nB3.量距方法（1）平坦地区的距离丈量将经纬仪安置于A点，在B点竖立标杆，用经纬仪瞄准B点标杆，进行经纬仪定线。需要往、返各丈量一次，将上述由A→B称为往测，则将由B→A称为返测，返测时要重新定线，并计算往、返丈量的相对误差，以衡量观测结果的精度，如果相对误差满足要求，则取往、返测平均值作为最后的丈量结果。qlnD往qlnD返300011１平均平均平均返往NDDDDDDDK往、返丈量距离之差ΔD的绝对值除以往、返测平均值，并化成分子为1，分母为整数的分数形式，即为距离丈量的相对精度。往测距离返测距离线段尺长/m往测返测往返差/m相对精度往返平均/m尺段数余长数/m总长/m尺段数余长数/m总长/mAB30623.188203.188623.152203.1520.0361/5600203.170BC50341.841191.841341.873191.8730.0321/6000191.857……………………………钢尺一般量距记录及成果计算（2）倾斜地面的距离丈量平量法当地面高低起伏变化不大，但坡度变化不均匀时，可分段将钢尺拉平进行丈量，丈量时两次均由高到低进行,即由A→B进行丈量。图4.6平量法斜量法可沿倾斜地面丈量出A、B两点之间的倾斜距离L，然后再计算出水平距离D。a.用过A、B两点的竖直角进行计算：用经纬仪测定过A、B两点的竖直角，则水平距离D为：（a）竖直角计算示意ABLDα图4.7斜量法cosLDb.用两点之间的高差进行计算：用水准仪测定A、B两点之间的高差，则水平距离D为：（b）高差计算示意ABLDhΔLh图4.7斜量法LhLLLLhLDhLDhh2222224.1.2钢尺量距的精密方法一般量距方法–量距相对精度：1/2000~1/5000–主要用途：图根导线边长丈量、一般工程的距离放样。精密量距方法–量距相对精度：1/10000~1/40000–主要用途：砼、钢结构等较精密工程的放样等。(1)经纬仪定线。将经纬仪安置于A点，在B点竖立标杆，用经纬仪瞄准B点标杆，进行经纬仪定线，在视线方向上标定出略短于整尺段的分段点1、2、…，并在各分段点处钉一木桩，桩顶高出地面3~5cm，同时在木桩顶沿视线方向和垂直于视线方向各划一条直线，形成“十”形，作为丈量的标志。1.钢尺精密量距的方法图4.8经纬仪定线（a）分段点钉木桩（b）木桩顶划十字线A12345678BA12345678B(2)量距。用检定过的钢尺在相邻两木桩之间进行丈量，一般由两人拉尺，两人读数，一人记录。拉尺人员将钢尺置于相邻两木桩顶，并使钢尺的一侧对准“十”字线，后尺手同时用弹簧秤施加以标准拉力（30m钢尺10kg、50m钢尺15kg），准备好后，两读数人员同时读取钢尺读数（一般由后尺手或前尺手对准一整数时读数），要求估读至0.5mm，记录人员将两读数记入手簿（如表4-1）。同样方法变换钢尺位置丈量三次，三次丈量结果的较差一般不得超过2~3mm，如在容许范围内，则取三次丈量结果的平均值作为该尺段的最后成果。在尺段丈量期间要记录一次温度，估读至0.5℃，用来计算温度改正。（3）桩顶间高差测量。上述方法测得的相邻桩之间的距离是桩顶之间的倾斜距离，为计算水平距离，需要知道各相邻桩顶之间的高差。高差测量应用水准测量按双仪高法或往、返各测一次均可。相邻桩顶两次高差之差的绝对值不应超过10mm，若满足要求，则取其平均值作为最后的高差。（4）尺段长度计算。精密丈量时，每一尺段所测倾斜距离L都要进行尺长改正、温度改正和高差改正（倾斜改正），最后计算出尺段的实际水平距离D。尺长改正设钢尺在标准温度(t0=20℃)，标准拉力（30m钢尺10kg、50m钢尺15kg）下的实际长度为l′,钢尺的名义长度（标定长度）为l0，两者之差Δl=l′-l0为整尺段的尺长改正数。则每尺段的尺长改正数为：LllLl02.成果整理温度改正设钢尺检定时的温度（或标准温度）t0，丈量时的温度为t，钢尺的膨胀系数为α（α=1.25×10-5）,则温度改正数为LttLt)(0倾斜改正设尺段两端点的高差为h，则倾斜改正数为LhLh22尺段水平距离htlLLLLDNDDDDDDDK1１平均平均平均返往计算全长将各尺段改正后的水平距离相加，即为A、B两点间往测水平距离D往。同样方法观测、计算A、B两点间返测水平距离D返，则相对精度为尺段编号实测次数前尺读数/m后尺读数/m尺段长度/m温度/℃高差/m温度改正数/mm尺长改正数/mm倾斜改正数/mm改正后尺段长1129.88750.022029.865526.5-0.114+2.3+2.5-0.229.8701229.89850.031529.8670329.89700.033029.8640平均29.8655…………………………119.93380.037519.896328.0+0.132+1.9+1.7-0.419.8990219.94340.048119.8953319.95930.063519.8958平均19.8958总和196.5286钢尺膨胀系数：0.000012钢尺鉴定时温度：20度钢尺名义长度:30m钢尺鉴定长度：30.0025m钢尺鉴定时拉力：100N3.尺长方程式式中lt——钢尺在温度时的实际长度；l0——钢尺的名义长度（标定长度）；Δl——整尺段的尺长改正数；α——钢尺的膨胀系数；t0——钢尺检定时的温度（或标准温度）；t——丈量距离时钢尺的温度。000)(lttlllt[例]在均匀坡度的地面上丈量长度为125.500m，两点高差为1.500m，丈量时的温度为25℃，试求的实际水平距离为多少？钢尺的尺长方程式：mLllLl033.0500.12530008.00mLhLh009.0500.1252500.1222mCCLttLt008.0500.125)2025(1025.1)(50mLLLLDhtl532.125009.0008.0033.0500.125mCtmlt30)20(1025.1008.0305钢尺改正温度改正高差改正水平距离4.1.3钢尺量距误差分析及注意事项影响钢尺量距精度的因素很多，主要有定线误差、尺长误差、温度测定误差、钢尺倾斜误差、拉力不均误差、钢尺对准误差、读数误差等。钢尺在使用中应注意以下问题：（1）钢尺易生锈。工作结束后。应用软布擦去尺上的泥和水，涂上机油，以防生锈。（2）钢尺易折断。如果钢尺出现卷曲，切不可用力硬拉。（3）在行人和车辆多的地区量距时，中间要有专人保护，严防尺被车辆压过而折断。（4）不准将尺子沿地面拖拉，以免磨损尺面刻划线。（5）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。4.2视距测量视距测量是利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝在水准尺上的读数，根据几何光学和三角学原理，同时测定水平距离和高差的一种方法。普通视距测量精度一般仅为1/200~1/300，但由于操作简单，不受地形起伏限制，可同时测定距离和高差，因此被广泛应用于测距精度要求不高的地形测量中。4.2.1视距测量的原理1.视线水平时计算水平距离和高差的公式ABDMNvhldfδn′nm′mipFplfdlpfdflpffdDfcpfK,cKlDKlDivhvih（1）水平距离的计算公式（2）高差的计算公式图4.10视距测量原理2.视线倾斜时计算水平距离和高差的公式lKLcoscoscoscoslMNGNMGNGGMNMlcoscosKlLll2coscosKlLD（1）水平距离的计算公式90290902903243GNNGMMABhvh′DiMNGN′M′αψ图4.11视线倾斜时视距测量原理vhiDtanviDhtanviKlviLhvhiLcossinsinsinviKlh2sin21（2）高差的计算公式90290902903243GNNGMMABhvh′DiMNGN′M′αψ图4.11视线倾斜时视距测量原理4.2.2视距测量的观测与计算1.视距测量的观测步骤（1）在测站点A安置经纬仪，量取仪器高i，在B点竖立水准尺；（2）转动照准部，瞄准B点水准尺，分别读取中丝读数v、上丝读数M、下丝读数N，读至mm，要求(M+N)/2-v≤±3mm；（3）调节竖盘水准管气泡调节螺旋使水准管气泡居中，或打开竖盘自动补偿开关，使竖盘指标线处于正确位置，读取竖盘读数L（或R）。viDhtanviKlh2sin212coscosKlLDNMl27090RL2.视距测量的计算步骤：（1）尺间隔计算（2）竖直角计算（3）水平距离计算（4）高差计算【例4.5】mviKlhmviDhmKlDLmNMlLmNmMmvmi75.12sin2175.1tan2.47702cos473.0100cos70290473.03587,214.1687.1,450.1,450.122竖直角解：视距间隔已知：4.2.3视距测量误差及注意事项1.视距测量的误差读数误差垂直折光影响视距尺倾斜所引起的误差2.注意事项(1)为减少垂直折光的影响，观测时应尽可能使视线离地面1m以上；(2)作业时，要将视距尺竖直，并尽量采用带有水准器的视距尺；(3)要严格测定视距常数，K值应在100±0.1之内，否则应加以改正；(4)视距尺一般应是厘米刻划的整体尺。如果使用塔尺，应注意检查各节尺的接头是否准确；(5)要在成像稳定的情况下进行观测。4.3电磁波测量距离电磁波测距是以电磁波作为载波，传输光信号来测量距离的一种方法，即利用光的传播速度和时间来测量距离。目前的中短程测距仪均采用红外光作为载波。电磁波测距是年代问世的一种新型测量距离的方法，现在以广泛应用于大地测量、工程测量、普通测