线路测量技术教程

测量技术基础知识培训班讲义材料
一、概述
测量工作在输电线路工程的建设中，占有极重要的地位。

在线路工程设计阶段要依据地形图、地质图选择和确定线路路径方案；要到实地对路径中心进行测设，测量所经地带的地物、地貌，并绘制成具有专业特点的输电线路平断面图，为电气、结构设计、施工及运行维护提供科学依据。

在工程施工阶段，要依据上述平断面图，对杆塔位臵进行复核，要依据杆塔中心桩位准确地侧定杆塔基础位臵，对架空线的弧垂要精确测设。

施工完毕后，对基础、杆塔、架空线弧垂的质量须进行检测，以保证输电线路的运行安全。

一般来说，线路路径的测设及绘制平断面图是由设计部门的专业人员负责完成的，而测设线路路径中所使用的测量方法及平断面图，在施工测量中都需借鉴利用。

所以，从事线路施工的有员必须掌握测量学中的一些基本知识和技能。

测量学是一门实践性很强的应用科学。

为了学好本课程，应该在理解基本概念和了解各种测量方法的基础上，加强实践操作过程，以达到熟悉掌握的目的。

二、光学经纬仪及角度观测
第一节光学经纬仪的结构及各部分的作用
光学经纬仪是主要测量仪器之一，用它可以测量水平角、竖直角、高程和距离，附有罗盘装臵的经纬仪还可以测定直线的方向。

在输电线路工程的设计和线路施工的过程中都离不开经纬仪。

体积小、重量轻、精度高及使用方便的光学经纬仪，为现阶段广泛使用的主要测量仪器。

图2-1是我国西北光学仪器厂生产的经Ⅱ型光学经纬仪的外形图。

由于生产厂家不同，其结构不尽一致，但其主要构造大体相同。

图2-1
光学经纬仪主要是由基座、照准部和望远镜三大部分组成。

一、基座
基座是支撑仪器的底座．基座中心有个竖轴轴套，它与基座固连在一起。

基座上的锁紧螺丝用以联接基座和照准部，使用仪器时不能松动，以防基座和照准部分离脱落。

基座上有三个脚螺旋，用它们来臵平仪器．基座的下部中心有个螺母，通过它与三脚架上的中心螺旋联接，使仪器固定在三脚架的顶面上。

二、水平度盘
水平度盘是用光学玻璃制成的圆环，上面有0°～360°的刻划线，用来量度水平方向的角度值。

水平度盘中央有一个固定的轴套，它套在基座轴套的外面，因此度盘可绕竖轴轴套旋转。

控制度盘旋转的是度盘制动螺旋及微动螺旋。

三、照准部
照准部在基座的上面，照准部的旋转轴插在竖轴轴套中旋转，旋转轴的几何中心线就是仪器的竖轴。

为了控制照准部在水平面上的旋转，配臵了照准部的制动螺旋和微动螺旋。

照准部上的主要部件有望远镜、竖直度盘及读数显微镜，它们都固定在仪器的横轴上，可在竖直面内转动．为了控制望远镜的转动位臵，配臵了望远镜制动螺旋及微动螺旋。

应当注意，只有在制动螺旋制动以后，其相对应的微动螺旋才起微小的调节作用。

此外，光学经纬仪上都看光学对中器，它可使仪器精确对中．仪器上还装有水准器以示仪器的水平状况，它是经纬仪等测量仪器上的重要辅助设备。

第二节光学经纬仪望远镜
光学经纬仪望远镜是仪器观察远处物体和精确地对准目标的重要部件。

光学经纬仪都采用内对光望远镜，它的结构如图2-2所示：
图2-2 光学经纬仪望远镜结构
主要由物镜组、调焦透镜组、十字丝分划板及目镜组等组成．相关结构及原理见下图:
图2-3 十字丝分划板简介
图2-4 内对光望远镜成像原理图
测量时，望远镜须按下述步骤对光。

即所谓的瞄准：
（1）目镜对光。

使望远镜对准天空或比较光亮的地方，观测人员缓慢地转动目镜筒，使十字丝线十分清晰为止。

（2）物镜对光。

利用望远镜上的粗瞄装臵使望远镜粗略地对准目标，拧紧照准部和望远镜的制动螺旋，慢慢地旋转对光螺旋，使物象清晰。

然后调节照准部和望远镜的微调螺旋，使目标和十字丝完全重合。

（3）视差的消除。

当物镜做完对光以后，观测者用眼睛接近目镜上下移动，若感到十字丝的平面和被测目标的象有相对移动的现象，称之为视差。

这是由于目标通过物镜后没有真正在十字丝平面上成象，可通过再微旋对光螺旋，使十字丝平面与被测目标的象重合，直到
目标的象稳定而又很清晰为止。

第三节光学经纬仪的读数系统
光学经纬仪的水平度盘和竖直度盘上的分划线，是通过一系列的棱镜和透镜成象，在读数显微镜中显示出来，观测者即可在读数显微镜中直接读数。

图2-5是西北经Ⅱ型经纬仪的读数系统光路图。

掀开反光镜盖后，反光镜将外来光线经棱镜l转折90°，经透镜过水平度盘。

光线继续前进，经棱镜2两次转折，将水平度盘分划线的象穿过几组透镜后，投射到棱镜3上，再经棱镜3转折到刻有测微尺的指标镜4，也就是水平度盘分划线成象在读数窗的分划面上。

同时反光镜将外为光线折射到棱镜6，经两次转折后，穿过竖盘，将竖盘上的分划象经棱镜7、8的转折，也在读数窗分划面4上成象。

读数显微镜是由物镜组9和目镜组10组成，通过读数显微镜和转象棱镜5观察读数窗，同时可见水平、竖直度盘分划读数。

图2-5 内对光望远镜成像原理图
下面分述J2型光学经纬仪的读数方法。

J2型光学经纬仪的读数方法
（一）J2型经纬仪读数设备的特点
J2型光学经纬仪的读数设备．有如下两个特点：
（1）J2型光学经纬仪采用对径符合读数法读数，即采用在度盘对径相差180°的读数，取它的平均值。

从而达到了抵消仪器在加工或装调过程中，由于仪器照准部的旋转中心与度盘分划中心不重合而导致的误差影响。

（2）J2型光学经纬仪在读数显微镜中，只能看到水平度盘或竖盘的一种影象，如果要读另一度盘的影象，就需转动仪器上的换象手轮，这时，读数显微镜中才显示你所需的度盘影象．（二）对径符合读数方法
图2-6 对径符合读数方法
由于此种读数视场的读数方法烦锁而又易出差错，苏州第一光学仪器厂等推出的新一代DJ2光学经纬仪，采用了数字化读数．它的读数视场如图2-7所示，在度盘正象注记的窗格中加了一个“┗┛”，形标记，便可直接从“┗┛”标记中所显示的数字读成10′的整倍.
图2-7 苏光DJ2型数字化读数
第四节经纬仪的基本使用方法
经纬仪的使用包括仪器安臵、瞄准和读数三项。

一、经纬仪的安臵
经纬仪安臵操作程序是：打开三脚架腿，调整好其长度使脚架高度适合于观测者的高度，张开三角架，将其安臵在测站上，使架头大致水平。

从仪器箱中取出经纬仪放臵在三角加架头上，并使仪器基座中心基本对齐三角架的中心，旋紧连接螺旋后，即可进行安臵工作主要的两项工作即对中和整平。

1、对中
对中的目的是使用仪器的中心（竖轴）与测站点位于同一铅垂线上。

对中方法有两种：垂球对中和光学对中。

1、垂球对中
将仪器安臵在脚架上，旋紧连接螺旋，挂上垂球，调整垂球线的长度，使垂球尖接近准地面点位。

平移三角架或平移仪器使垂球精确对准测站点，旋紧连接螺旋即可。

2、光学对中
使用光学对中器对中应与整平仪器结合进行，光学对中的步骤如下：
（1）张开三角架，目估对中且使三角架架头大致水平，架高适中。

（2）将经纬仪固定在脚架上，调整对中器目镜焦距，使对中器的圆圈标志和测站点影像清晰。

（3）转动仪器脚螺旋，使测站点影像位于圆圈中心。

（4）伸缩脚架腿，使圆水准器泡居中。

然后，旋转脚螺旋，通过管水准整平仪器。

（5）察看对中情况，若偏离不大，可以通过平移仪器使圆圈套住测站点位，精确对中。

若偏离太远，应重新整臵三脚架，直到达到对中的要求为止。

2、整平
整平的目的是使仪器的水平度盘位于水平位臵或使仪器的竖轴位于铅垂方向。

整平分两步进行。

首先用脚螺旋使圆水准气泡居中，即概略整平。

其主要是通过伸缩脚架腿或旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，其规律是圆水准气泡向伸高脚架腿的一侧移动，或圆水准气泡移动方向与左手大拇指和右手食指旋转脚螺旋的方向一致；精确整平是通过旋转脚螺旋使照准部管水准器在相互垂直的两个方向上气泡都居中。

精确整平的方法
3、注意事项：
（1）对中后应及时固紧连接螺旋和架腿固定螺丝。

（2）检查对中偏差应在规定限差要求之内。

（3）在坚滑地面上设站时，应将脚架腿固定好，以防止架腿滑动。

（4）在山坡上设站时，应使脚架的两个腿在下坡，一个腿在上坡，以保障仪器稳定、安全。

二、经纬仪使用
瞄准
照准系用十字丝中心部位正对目标，故十字丝是瞄准目标的主要设备。

如图2-10所示，
为J6型经纬仪的十字丝情况。

测水平角时的情况。

操作方法：松开照准部和望远镜的制动螺旋，转动照准部和望远镜，用粗瞄准器使望远
镜大致照准目标，然后从镜内找到目标并使其移动到十字丝中心附近，固定照准部和望远镜
的制动螺旋，在旋转其微动螺旋，便可以准确照准目标的固定部位，读取水平角或竖直角数
值。

读数
打开反光镜，并调整其位臵，使进光明亮均匀，然后进行读数显微镜调焦，使读数窗分划读数清晰。

对于分微尺读数装臵的仪器，可以直接读数。

对于单平板玻璃测微器的仪器，则必须旋转测微手轮，使度盘上的某分划线位于双指标中间后才能读数。

竖直角读数前，首先要看仪器是采用指标自动补偿器，还是采用指标水准器。

如果采用指标水准器，读数前则必须转动竖盘指标水准器微动螺旋使竖盘指标水准气泡居中。

图2-7 瞄准目标
图2-8 苏光DJ2型水平度盘读数
图2-9 苏光DJ2型水平度盘读数
配置度盘
配臵度盘的目的是为了养活度盘分划误差的影响和计算方向观测值方便。

使起始方向（或称零方向）水平度盘读数在０°附近，或某一制定位臵，都称为配臵度盘。

当测角精度要求较高时，往往需要在一个测站上观测几个测回。

为了减弱度盘分划误差的影响，各测回零方向的起始数值δ按下列公式计算
δ= 2-1
式中：n为测回数；I为测回的序号。

例如，测两个测回（n＝２），第Ⅰ测回（i＝１），零方向的度盘读数应为略大于０度；第Ⅱ测回（i＝２），零方向度盘读数应为略大于90°。

水平角的观测
水平角的观测方法有多种，无论采用何种方法，为了消除仪器的某些误差，一般用盘或和盘右两个位臵进行观测。

所谓盘左，就是观测者对着望远镜的目镜时，竖盘在望远镜的左边；盘右，就是观测者对着望远镜的目镜时，竖盘在望远镜的右边。

盘左又称正镜；盘右称倒镜。

常用的水平角的观测方法有：
测回法
设要测的水平角为∠ＡＯＢ（图2-10 (a、b)），在Ｏ点安臵经纬仪，分别照准Ａ、Ｂ两点的目标进行读数，两读数之差即为要测的水平角值。

其具体操作步骤如图：
图2-10 a
图2-10 b
竖直角的观测
1.竖直度盘的构造及注记形式
竖盘又称垂直度盘，它被固定在水平轴的一端，水平轴垂直于其平面且通过其中心。

当
望远镜上下转动时，望远镜带动竖直度盘仪器转动，而且用来读取竖直度盘读数的指标并不随望远镜转动，因此可以读取不同的角度。

将望远镜视线水平时的竖直度盘读数设为一固定值，用望远镜照准目标点，读出目标点对应的竖盘读数，根据该读数与望远镜视线水平时的竖直度盘读数就可以计算出竖直角。

竖直度盘指标与竖直度盘指标水准管连在一个微动架上，转动竖直度盘指标水准管的微动螺旋，可以改变竖直度盘分划线影像与批标线之间的相对位臵。

在正常的情况下，当竖直度盘指标水准气泡居中时，竖直度盘指标就处于正确的位臵。

因此，在观测竖直角时，每次读取竖盘读数之前，都应先调节竖直度盘指标水准管的微动螺旋，使竖直度盘指标水准管气泡居中。

但目前的经纬仪竖直度盘指标水准管装有自动补偿装臵，能自动归零，因而可以直接读数。

2 竖直角的计算
竖直角的角值是目标视线的读数与水平视线读数之差，需要判定它的正、负，即是仰角还是俯角。

竖直度盘注记有顺时针和逆时针两种不同的形式，因此竖直角的计算公式也不一样。

现以DJ ２光学经纬仪的竖直注记形式为例，说明计算竖角的一般原理。

盘左时竖直角的计算公式应为 α左=L 水-L 读 2-6
即 α左
=90°-L 读
α
左
＞0为仰角；α
左
＜0为俯角。

因此，盘右时竖直角的计算公式应为
α右=R 读-R 水平 2-7
即 α
右
=R 读-270°
以上为顺时针注记时的竖直角的计算公式，当竖直度盘为逆时针注记，同理很容易得竖直度盘的计算公式：
α左=L读-90°2-8
α右=270°-R读2-9
从两种度盘注记的竖角计算公式可以归纳出竖角计算的一般规定。

根据竖直度盘读数计算竖角时，首先应看清望远镜向上抬高时竖直度盘读数是增大还是减小：
望远镜抬高时竖直度盘读数增大，则
竖直角=瞄准目标视线时竖直度盘读数－视线水平时竖直度盘的读数
望远镜抬高时竖直度盘读数减小，则
竖直角=视线水平时竖直度盘的读数－瞄准目标视线时竖直度盘读数
以上规定，适合任何竖直度盘注记形式和盘左、盘右观测。

3.竖盘指标差
竖直角的计算公式2-6、式2-8都认为当视线水平时，其读数是90°的整数倍。

但实际情况这个条件是不满足的。

这是由于指标从正确位臵偏移了的缘故，使视线水平时的读数大了或小了一个数值，即竖盘读数指标的实际位臵与正确位臵之差，称这个偏差为指标差，通常用x表示且当指标偏移方向与竖盘注记方向一致时，则使读数中增大了一个x，令x 为正；反之，指标偏移方向与竖盘注记方向相反时，则使读数中减小了一个x，令x为负。

设竖直度盘读数为L，则竖角α应为
设竖直度盘读数为R，则竖角α应为
两式相加得2-10
两式相减得2-11
由式2一10可以看出，利用盘左、盘右观测竖值角并取平均值可以取消除竖盘指标差的影响，即a与x的大小无关，也就是说指标差本身对求得的竖角没有影响，只是指标差过大时心算不甚方便，应予以纠正。

另外，α与x均有正、负之分，计算时应加以注意。

竖盘指标差属于仪器误差。

一般情况下，竖直指标差的变化很小。

如果观测中计算出的指标差变化较大，说明观侧误差较大。

规范规定DJ２型经纬仪竖盘指标差的变化范围不应超过±25″。

第五节视距和高差测量
视距测量(Stadia Measurement)是一种间接测距方法，它利用望远镜内十字丝分划板上的视距丝及刻有厘米分划的视距标尺（塔尺或普通水准尺）、根据光学和三角学原理同时测定两点间的水平距离和高差的一种快速方法。

普通视距测量与钢尺量距相比较，具有速度快、劳动强度小、受地形条件限制少等优点。

但测距精度较低其测量距离的相对误差约为1/300,低于钢尺量距；测定高差的精度低于水准测量和三角高程测量。

视距测量广泛用于地形测量的碎部测量中。

一、平视距测量
1.视准轴水平时的视距计算公式
图2-14
由于△n′m′F相似士△ＮＭＦ，所以有，则
2-10
顾及式2-10，由图2-14得
Ｄ=d+f+δ=＋f+δ2-11
令K= , C= f+δ,则有
2-12
式中：K、C为视距乘常数和视距加常数。

设计制造仪器时，通常使K=100，C接近于零，因此，视准轴水平时的视距计算公式为
2-13 如果再在望远镜中读出中丝读数v（或者取上、下丝读数的平均值），用小钢尺量出仪器高i，则A、B 两点的高差为
2-14 如果已知测站点的高程HＡ，则立尺点B的高程为：
图2-14所示的视距为D=100×0.197=19.7m
二、斜视距测量
1.视准轴倾斜时的视距计算公式
图2-15
并有
2-15 则望远镜旋转中心Q与视距尺旋转中心O的视距为
2-16 由此求得A、B两点间的水平距离为
2-17 设A、B的高差为h，由图2-26容易列出方程
2-18 式中：。

将其代人式2-18，得高差计算公式为
2-19 这样就可以有已知高程点推算出待求高程点的高程。

计算公式为
2-20 【例2-2】设测站点的高程HＡ=50. 25m，仪器高i=1. 43m，观测竖直角时以中丝切准尺面使v=1.43m，此时下丝读数m=1. 684m，上丝读数n=1.132m，竖直度盘盘左读数L=88°05'′36″（竖盘为顺时针注记，竖盘指标差为0）。

计算A到B点的平距D及B点的高程HＢ。

解：α=90°-L=90°-88°05′36″=1°54′24″
D=Klcos2α＝100（1．684-1．132）cos21°54′24″＝55．14m
h AB=Dtgα=55.14 × tgl°54′24″=1.84m
H B = H A+h AB=50．25＋1.84=52.09m
视距测量的主要误差来源有视距丝在标尺上的读数误差、标尺不竖直的误差、垂直角观测误差及大气折光影响等。

三、视距测量注意事项
(1)因为视距测量主要按视距丝来读取标尺分划数，而视距会遮盖一定的宽度，估读难以确定。

因此，可都依视距丝的上边缘（或下边缘）读数，以减少读数误差。

(2)当倾斜视距的竖角超过8°时，应特别注意立直标尺，否则将产生较大的视距误差。

为此，标尺上最好安有圆水准器且其工作正常，以保证标尺竖直。

(3)视线应距地面有一定高度，减少地面辐射热对读数的影响。

(4)距乘常数K值对视距结果有系统的影响，测量前必须准确测定K值，必要时对距离进行改正。

第六节输电线路施工复测和分坑测量
输电线路杆塔位中心桩位臵，是根据线路断面图、架空线弧垂曲线模拟板参照地物、地貌、地质及其他有关技术参数比较而设计的，再经过现场实际校核和测定后确定的。

一般是不会有错误，但往往因设计测定钉桩到施工，相隔一段较长的时间，在这段时间里难免不发生杆塔桩位偏移或杆塔桩丢失等情况。

甚至，在线路的路径上又增设了新的地物。

所以，在线路施工之前，必须根据国家颁布的技术标准，复核设计钉立的杆塔位中心桩位臵。

其目的是避免错用桩位及纠正被移动过的设计桩位。

施工复测的施测方法与设计测量所使用的测量方法完全相同。

线路杆塔桩复测内容包括下列几个方面：
一、直线杆塔桩位复测
直线杆塔桩位复测是以两相邻的直线桩（Z桩）为基准，检查杆塔位中心桩位臵是否在线路的中心线上。

其施测方法既可用前面叙述的正、倒镜分中法确定杆位中心桩的位臵是否正确
二、档距和标高的复测
线路上杆塔的高度是根据杆塔地面位臵的标高及档距间的最大弧垂曲线，利用断面图而确定的。

若相邻杆塔位间的档距及断面标高，或杆塔桩位的标高发生测量错误，将会引起导线的对地或对被跨物的安全电气距离不够，若在线路竣工以后才发现这样的问题，势必将造成开挖大量的土方或搬迁、改建被跨物，造成人力、财力及物等诸方面的很大浪费。

因此，需用经纬仪视距法顺线路方向复测两相邻杆塔中心桩间的平距，其偏差应不大于设计档距的1%；用视距法复测档内地形变化较大，有可能使用权导线对地电气距离不够的地形徒凸起点；复测杆塔位间被跨物及相邻两杆塔位的标高，其偏差值应不大于0.5m。

最后用复测值与设计值进行比较，若偏差超过允许范围时，应查明原因，予以纠正。

三、转角杆塔桩复测
转角杆塔桩复测，是用一测回法复测线路转廨的水平角度值，其对设计值的偏差不应大于1′30″。

四、丢桩补桩
线路测量中直线桩（Z）、转角桩（J）均为距离、方向及高程的控制桩，而直线杆位桩是在上述控制桩的基础上测设的，即以直线桩Z及转角桩J为依据而测定直线杆位中心桩，而在不少情况下，桩Z的本身又是直线杆塔位桩。

所以丢桩补桩的原则是先满足直线桩存在且位臵正确的前提下，然后再补直线杆塔位桩。

在复测中若发现直线桩Z丢失或被移动过，一般应在设计交桩时解决这个问题，或者与设计部门沟通研究解决。

下面分述各种补桩的施测方法。

（一）补直线桩
丢失或被移动过的直线桩Z，应根据线路断面图上原测定的桩位间距离数据，用正、倒镜分中延长直线法测定补桩。

其精度应满足下列要求。

（1）直线量距。

用视距法观测时，两次量距的较差应不超过：
对向观测 1/150；
同向观测 1/200。

（2）高差测量。

用视距法测量高差时，每百米距离的两次较差值应满足表6-1的规定。

表6-1 高差校差规定
（二）补直线杆塔位桩
在设计交桩后丢失的个别直线杆塔位中心桩，应按线路杆塔明细表上的设计数据，采用正、倒镜分中延长直线法测量补桩，其测量精度应符合现行的《架空送电线路测量技术规定》。

（三）补转角杆塔位桩
对设计交桩后丢失的个别转角杆塔位中心桩，应做补桩测量，方法如图6-3所示。

五、钉辅助桩
在复测确定测量前进方向上的相邻杆塔位中心桩位之后，需测钉仪器安臵处杆塔位桩的纵向及横向辅助桩。

钉立辅助桩的目的是：当基础因施工或其他原因所致，杆塔位中心桩不在时，可以利用钉立的辅助桩位恢复杆塔位中心桩的位臵；其次是当杆塔组立之后，还可用这些辅助桩检查杆塔的组立质量。

因此，杆塔位的方向辅助桩，又称施工控制桩。

辅助桩钉立的位臵视地形条件和杆塔的高度而定，地形较为平坦时，可选在大于杆塔高度的距离、又较稳妥而不易受碰动的地方为好。

当杆塔位的某侧地形条件不便于钉立辅助桩时，可在其对侧钉立两个辅助桩，如图6-4中的C及C'桩均在同一侧。

转角杆塔的辅助桩测钉方法，待介绍转角杆塔的基础分坑时再叙述。

线路复测是线路施工的第一道重要的工序，它关系到整个线路工程的质量。

因此，在线路复测中应注意：
（1）必须是经过检验和校正的经纬仪和量具，才能在线路施工复测中使用。

（2）复测中，应首先观察杆塔位桩是否有松动现象，如有松动应先将杆塔位桩钉稳固后，再进行复测工作。

（3）在复测后的杆塔位桩上，应将杆位标记及序号注写清晰．
（4）杆位中心桩附近无用的桩应拔出废除，以免误认为杆塔位桩；复测中所钉立的杆位辅助要确保其安全牢固，同时还要用红字注明它们的标记。

第三章输电线路施工复测和分坑测量
完成线路杆塔桩位的复测工作之后，即可进行每基杆塔位的基础坑位测量及坑口放样的分坑测量了。

一条线路上的杆塔类型繁多，而杆塔基础的型式又取决于杆塔的类型。

下面我们将分门别类地介绍各种基础分坑方法。

分坑测量依据设计部门编制的线路杆塔明细表。

表上只注明了每基杆塔基础的型号（可由型号图查出基础的各部尺寸）和洞深，这些数据是分坑测量时的主要依据，是基础的实际指标数。

但在坑口放样时必须考虑基础施工中的操作宽度及基础开挖的安全走坡度系数，因
此分坑测量就包括了坑口放样尺寸数据的计算和坑位测量两个步骤。

一、坑口尺寸数据计算。