距离丈量与直线定向

4 距离丈量与直线定向
4.1 距离丈量的一般方法
4.2 钢尺精密距离丈量方法
4.3 直线定向
4.4 距离、方向与地面点直角坐标的关系4.5 罗盘仪及使用
4.6 红外光测距仪简介
4 距离丈量与直线定向
距离的定义：通过两点的铅垂线投影到同一水平面上的水平距离，称之为两点间距离。

4 距离丈量与直线定向
4.1 距离丈量的一般方法
4.1.1 丈量工具
一般根据测量的精度进行选择，经常使用的有钢尺、皮尺和测绳等3种。

钢尺精度较高
皮尺精度一般，伸缩变形较大
测绳精度比较低
目前长距离测量主要用激光、红外或微波测距仪。

4.1.2 直线定线
当两点之间的距离超过一根尺长时，或地面起伏较大，则需要分段测量。

为使距离丈量沿直线方向进行，需要在两点之间的直线上再标定一些点位，这项工作为直线定线。

4.1.2.1 目估定线
1）两点间定线：定线时花杆要竖直，目视应观测花杆的同一测。

2）不通视及特殊地形两点间定线
地面上两点A,B不通视或A,B间地形特殊，要在直线AB上定出C,D两点，可采用逐渐接近法定线。

方法：在A，B两点各立一支花杆，甲乙两人各持一支花杆立于A，B之间，要求甲能看到乙与B点花杆，乙能看到A点花杆。

首先由甲指挥乙移动，使甲、乙与B点花杆成一条直线，然后由乙指挥甲移动，使乙、甲与A花杆成一条直线。

如此移动下去，直到甲在C点看到C,D,B三支花杆在一条直线上，而乙在D处看到D,C,A三支花杆在一条直线上为止。

4.1.2.2 仪器定线
在直线AB上定出C的位置，可在点A安置一台经纬仪，对中，整平后瞄准B点花杆，将水平制动螺旋旋紧，然后利用望远镜指挥乙移动花杆，当花杆与十字丝竖丝重合时，在花杆处钉一木桩，再根据十字丝竖丝，在桩顶定出C点的准确位置。

4.1.3 平坦地面距离丈量方法
4.1.3.1 丈量方法
平坦地区距离丈量可先定线、后丈量，也可边定线边丈量。

平坦地面的距离丈量:
D = nL+ q
n为丈量的段数；L为整尺长度；q为不足一整尺的长度。

在平坦地面丈量距离时，可把尺子放在地面上进行丈量至少往返测各一次。

4.1.3.2
例
4.1.4 倾斜地面距离丈量方法
4.1.4.1 平量法
如果地面起伏不大时，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。

n
l
l
l
D+
+
+L
2
1
＝
4.1.4.2 斜量法
坡度变化均匀时，AB的斜距L，测出地面的倾角δ，则水平距离l为：l=L×cosδ。

如果未测倾角δ，而是测定了A、B两点间的高差h，按直角三角形计算。

4.2 钢尺精密距离丈量方法
4.2.1 准备工作
1) 清理场地。

保证视线畅通。

2）直线定线。

保证测量距离在一条直线上，间隔一定距离钉木桩。

3）测量桩顶高度。

用水准仪测量木桩间高差，以便进行倾斜改正。

4）钢尺检验。

丈量前，对钢尺进行检验，以便进行尺长改正。

4.2.2 丈量方法
变换尺的位置，读取三次读数，互差不超过2mm，取三次结果的平均值作为观测值。

若超过2mm为不合格，应重新测量，直到找到三个测量值之差不超过2mm为止。

每丈量一次，都应测量钢尺表面温度一次，精确到0.1o，以便计算温度改正数。

为了进行检核，往测完毕应即进行返测。

4.2.3 尺段长度计算
名义长度：钢尺尺面注记的长度。

实际长度：在标准的拉力和温度下的检定长度。

4.2.3.1
4.2.3.2 温度改正
钢尺检定时温度为t0，丈量时的温度为t，钢尺的膨胀系数为α，则丈量一个尺段L的温度改正数为：
△L
t = a(t-t
)L
每个尺段进行尺长改正、温度改正和倾斜改正3项改正后，得到改正后的尺段长度即水平距离：
h t l l l l D Δ+Δ+Δ+=1
例钢尺长３０m，检定时温度２０C，拉力为９８N，检定长度为30.0023m，钢尺膨胀系数为1.25*10-5/C。

丈量A-B长度为29.7432 m，尺段高差为-0.271m，丈量时钢尺表面温
度为24.5 C。

1)尺长改正
4.2.4 钢尺量距注意事项
1）量距前检验丈量工具，认清尺面零点位置。

2）丈量时定线要准确，拉力要均匀，尺面要水平，对点要准确，测钎要沿尺的同一侧面铅直插入。

3）读数要细心，记录应复诵，字迹清晰，不允许涂改，记错的应划去，在正上方写上正确的数值。

4）整尺段丈量到终点时应检较测钎总数，防止多计或少计整尺段数。

5）注意保护钢尺，防止扭曲打折、碾压；不允许在地面上拖行；用后应及时用软布擦去灰尘，防止生锈。

4.3 直线定向
确定直线与标准方向之间角度关系的过程，称为直线定向。

4.3.1 标准方向的种类
4.3.1.1真子午线方向(真北方向)
地球表面某点的真子午线的切线方向。

4.3.1.2磁子午线方向(磁北方向)
地球表面某点上磁针所指的方向为该点的磁子午线方向。

4.3.1.3坐标纵线方向(坐标北方向)
测量工作中采用高斯直角坐标系，坐标纵线北端所指的方向为坐标北方向。

4.3.2 方位角
定义：由标准方向的北端顺时针方向量至某直线所形成的水平夹角，称为该直线的方位角。

磁偏角
：某点的磁子午线方向和真子午线方向
间的夹角δ。

当磁子午线方向偏于真子午线方向以东时，δ为正值；当磁子午线方向偏于真子午线方向以西时，δ为负值。

直线方向的表示
根据标准方向的不同，方位角分为：真方位角A，磁真方位角Am和坐标方位角α。

+δ
A=A
m
A= γ+α
4.3.2.2 象限角
定义：直线与标准方向线（南端或北端）所夹的锐角称为象限角。

象限角的取值范围为0°-90°。

4.3.2.3 正、反方位角及其关系
直线AB通过点A的真方位角为αAB，通过B点的真方位角为αBA，若称αAB正方位角，则αBA为反方位角。

关系为：
αο±
γ
α
=180
±
BA
AB
4.4 距离、方位与地面点直角坐标的关系
在测量工作中，地面点的位置是用平面直角坐标（x，y）来表示。

平面直角坐标系是以纵轴为x，横轴为y，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ象限为顺时针方向编号。

直线定向所用的方位角是顺时针方向计算的。

这是高斯平面直角坐标系，
与数学上笛卡尔坐标系不同。

从上式可以看出：坐标增量有正、有负，其正负符号取决于直线方向，即直线所在的象限。

计算出未知点的坐标称为坐标正算。

反之，知道两点的坐标，推求其距离及方位
4.5 罗盘仪及其使用
罗盘仪是利用磁针来确定直线磁方向的仪器。

由于构造简单，使用方便，常用于精度要求不高的测量。

4.5.1罗盘仪的构造
罗盘仪主要由磁针、刻度盘和望远镜3部分组成。

4.5.1.1 磁针:菱形或长条形人造磁铁。

4.5.1.2 刻度盘：方位式（由0度逆时针刻360度分划线）和罗盘式（以南北两端为0度，注记到90度）。

4.5.1.3 望远镜：可随刻度盘一起转动。

4.5.2 罗盘仪的使用步骤
1）对中。

采用垂球，移动三角架使垂球尖对准地面点中心，此时仪器中心与测站点就位于同一铅垂线上。

2）整平。

旋松球窝装置，双手扶住度盘上下摆，使水准气泡居中，旋紧球窝装置即可。

3）瞄准。

旋松水平制动螺旋和望远镜制动螺旋，转动望远镜，瞄准目标，旋紧两制动螺旋，调整微动螺旋，使十字丝准确的照准目标。

4）读数。

放松举针螺旋，待磁针自由静止后，按北针或南针读数，估读到1/4度。

5）检查。

为了进行检查，需要测量直线的正反方位角。

如正反方位角误差在±0.5°内，取平均值作最后的结果。

4.6 红外测距仪简介(自学)
4.61. 测距原理
电磁波测距是通过测定电磁波波束在待测距离上往返传播的时间t，进而确定待测距离D：
D=0.5 c t，c----光速
电磁波测距的两种方式
直接求定时间t，为脉冲式测距；间接测定时间t，为相位式测距。

脉冲式测距是由测距仪发射一种脉冲波，被目标反射回来，由仪器接受器接收，仪器的显示系统直接显示脉冲传播的时间或距离。

相位式测距是采用一种受正弦波调制的光波，由测距仪的发射系统发射，经反光镜反射，返回到接收系统，以测定调制光波在待测距离上的往返传播的相位差，推算出距离。

相位式测距的种类：
按测程分类：
短程测距仪(<3km)；中程测距仪(3---15km)；远程测距仪(>15km)。

按测距精度:
Ⅰ级（m D≤5mm）；
Ⅱ级（5mm≤m D≤10mm）；
Ⅲ级（10mm≤m D≤20mm）
按载波：光电测距仪和微波测距仪。

光电测距仪：普通光、激光、红外测距仪。

制信号一个周期相位变化为2π，则调制波的传播时间t 为：
式中(3)代入(4)ϕπ
2=ΔN
4.6.2 红外光测距仪观测结果得改正计算
由于测量具有误差，仪器观测值需要进行一些改正方能化为两点之间的水平距离。

4.6.2.1 加常数改正K
由于仪器的内光路的存在，致使仪器几何中心对中）与物理中心（发光管的发光面、接受面）不一致，反光镜的反射面与棱镜中心也不一致。

致使测量距离与实际距离不一致。

仪器加常数K通常在仪器出厂时预置在仪器中，仪器可以自动改正。

由于仪器长期使用后电子元件的老化或在搬运中受到震动等，该常数会发生变化，因此仪器应进行定期检定，在测距过程中进行改正。