第04章 距离测量与直线定向

钢尺量距视距测量光电测距直线定向全站仪介绍第四章距离测量与直线定向一、钢尺量距(1)量距工具1)钢尺——长度20m，30m，50m。2)辅助工具(2)直线定线确定分段丈量的分段点在待量直线端点的连线上。1)目测定线2)经纬仪定线(3)钢尺量距的一般方法1)平坦地面的距离丈量先量整尺段长，最后量余长。DAB=n×尺段长+余长需往、返丈量，返测时应重新定线。往、返丈量距离的相对误差K=|DAB－DBA|/D≤1/3000。2)倾斜地面的距离丈量①平量法——吊垂球线投影。②斜量法——量斜距，测高差或竖角化算为平距。D=Scosα=√S2－h2(4)钢尺量距的精密方法一般方法量距，相对误差为1/1000~1/5000，精密方法量距，相对误差为1/10000~1/40000，主要工具：钢尺、弹簧秤、温度计、尺夹等。钢尺应经检验——尺长方程式量距时应使用弹簧秤施加鉴定时的拉力(15kg)。距离应进行温度与尺长改正。经纬仪定线)(000ttllllt(5)钢尺量距的误差分析1)尺长误差钢尺名义长度与实际长度不符的误差。具有积累性，丈量距离越长，误差越大。2)温度误差温度变化1℃，丈量30m距离的影响为0.4mm。3)钢尺倾斜和垂曲误差地面不平坦，钢尺不水平或中间下垂而成曲线，所量长度实际长度。整尺段悬空时，中间应有人托住钢尺。4)定线误差使所量距离为一组折线，丈量结果偏大。丈量30m的距离，偏差为0.25m时，量距偏大1mm。5)拉力误差钢尺丈量拉力应与检定拉力相同。拉力变化2.6kg，尺长改变1mm。6)丈量误差插测钎不准，前、后尺手配合不佳，余长读数不准丈量中应尽量准确对点，配合协调。二、视距测量利用望远镜十字丝分划板视距丝，厘米分划视距标尺，根据光学原理测定两点间的距离和高差。视距测量的相对误差约为1/300，低于钢尺量距；测定高差的精度低于水准测量。主要用于地形测量的碎部测量中。(1)视准轴水平时的视距计算公式d/f=l/p，d=lf/p=Kl，K=f/p，K=100D=d+f+δ=Kl+C，C=f+δ相对于Kl，C一般很小，可以忽略不计，D≈Kl。例如：D=Kl=100(1.385－1.190)=19.5m同时可计算高差：hAB=i－v(2)视准轴倾斜时的视距计算公式l’=lcosα，S=Kl’=KlcosαD=Scosα=Klcos2αh’=Ssinα=Klcosαsinα=0.5Klsin2α=Dtanαh+v=h’+i，h=h’+i－v=0.5KLsin2α+i－v=Dtanα+i－v(3)视距测量的误差分析1)读数误差S=Kl’，视距间隔l的读数误差被扩大100倍，读数误差为lmm，对距离的影响为0.lm。标尺读数前应先消除视差，上、下丝读数应几乎同时进行。视距测量的距离不能太长，距离越长，标尺1cm分划的长度在望远镜十字丝分划板上的成像长度越小，读数误差越大。2)标尺不竖直误差标尺偏离铅垂线方向da角时，对水平距离的影响dKldD2sin21目估使标尺竖直的误差da=1°，Kl=100m，α=5°，dD=0.15m，α=30°，dD=0.76m。结论：标尺倾斜对测定水平距离的影响随视准轴竖直角的增大而增大。在山区测量时应特别注意将标尺竖直。3)竖直角观测误差对水平距离的影响较小，主要影响高差Kl=100m，dα=1′，α=5°，dD=0.03m。dKldh2cos4)大气折光的影响近地面大气折光使视线产生弯曲，日光照射下，大气湍流会使成像晃动，风力使标尺摇动，使视距测量产生误差。视距测量时，不要使视线太贴近地面，成像晃动剧烈或风力较大时，应停止观测。阴天且有微风时是观测最有利的气象条件。三、光电测距通过测定光波在两点点传播的时间计算距离测程远、精度高、作业速度快、受地形起伏影响小光电测距仪的基本原理测量光波在待测距离上往、返传播一次所需的时间t2D，D=0.5Ct2D；C=C0/n，C0=299792458m/s±1.2m/s，真空光速。n≥1，大气折射率n=f(λ,t,p)，是光波长λ，大气温度t，大气压力p的函数相位式光电测距仪测量正弦光波在待测距离上往返传播的相位差解算t2D。频率为f的正弦光波振荡一周期的相位移——2π，发射正弦光波经2D距离后的相位移——φ=2πN+Δφ正弦光波经t2D秒钟后振荡的相位移——φ=2πft2Dt2D=(N+Δφ/2π)/f=(N+ΔN)/f，ΔN=Δφ/2πD=0.5Ct2D=0.5C(N+ΔN)/f=0.5CT(N+ΔN)=0.5λS(N+ΔN)λS=C/f=CT——正弦波波长，0.5λS——正弦波半波长，测尺。调制频率f越大，测尺长0.5λS越短。电子相位计将两个正弦波比相测量相位差Δφ，求出不足一周期小数ΔN=Δφ/2π，测不出整周数N。距离D=0.5λS(N+ΔN)存在多值解，只有当D0.5λS时，N=0，才不存在多值解。解决方法——用不同长度的多把测尺测距，组合距离。最短测尺——精测尺，其余测尺——粗测尺。精粗测尺所测距离组合成最终距离。测程1km测距仪——10m(15MHz)，1000m(150MHz)两把测尺；如待测距离为586.486m，用1000m粗测尺测量的距离0.5λ粗ΔN=1000×0.5871=587.1m用10m精测尺测量的距离0.5λ精ΔN=10×0.6486=6.486m精粗测尺测距结果组合过程587.16.486586.486m精粗测尺测距结果组合由测距仪微处理器自动完成，结果送显示窗显示，无需人工干预。WildDI3000脉冲测距仪WildDI4L相位式红外测距仪Wild新T2+DI1000相位式红外测距仪激光测距仪-KernME5000徕卡DISTOA8手持激光测距仪带倾斜传感器——便于测量坡度；带3×数码瞄准器——便于白天测量。光电测距误差分析与距离无关的误差，固定误差加常数与距离成比例的误差，比例误差乘常数按距离成周期变化的误差，周期误差，很小mD=A+Bppm四、直线定向确定地面直线与标准北方向的水平夹角。(1)标准北方向分类——三北方向1)真北方向真子午线——地面P点子午面与地表的交线。真北方向——真子午线在P点切线北方向。测量方法——天文测量，陀螺经纬仪。2)磁子午线方向磁北方向——P点，磁针自由静止时北端所指方向。测量方法——罗盘仪。3)坐标北方向在高斯平面直角坐标系中，过P点平行x轴的北方向。(2)表示直线方向的方法方位角——标准北方向，顺时针到直线PQ的水平夹角。取值范围——0°~360°。直线PQ的三种方位角真北方位角——APQ。磁北方位角——AmPQ。坐标方位角——αPQ。2)APQ与αPQ的关系γP——P点子午线收敛角。P点高斯横坐标y0，γP0，P点高斯横坐标y0，γP0。APQ=αPQ+γP3)αPQ与AmPQ的关系αPQ=AmPQ+δP－γP(3)三种方位角的关系1）APQ与AmPQ的关系δP——磁偏角。磁偏真东面为正，磁偏真西面为负。我国δP∈+6°~－10°APQ=AmPQ+δP用陀螺经纬仪测定真子午线方位角日本索佳——陀螺全站仪GP1-2A自动陀螺全站仪测量无须手工记录、记时或计算。所有工作通过全站仪的键盘或者SF10外接键盘操作完成。真方位角观测中误差为±20″，观测时间约20分钟，陀螺部分的重量为3.8kg（4）坐标正反算——坐标方位角正反方位角XYABABBAAB同一直线正反坐标方位角相差180°坐标方位角的推算实际工作中，需要通过已知坐标方位角和观测角来推算各直线的坐标方位角