1、第4章 距离测量与直线定线 4.1 钢尺量距 4.2 普通开始视据测量 4.3 光电测距 4.4 直线定线距离测量是确定地面点位时的基本测量工作之一。卷尺（皮尺和钢尺）量距、视距测量和电磁波测距等。各种测距方法适合于不同情况，不同精度要求，应视需要选择测距方法。建筑工程施工测量中，常采用钢尺量距方法，本章主要介绍这种方法。常用的距离测量方法：钢尺、标杆（花杆）、测钎及垂球等。钢尺又称钢卷尺，是用钢制成的带状尺，尺的长度通常有15m、30m、50m等几种。钢尺卷放在金属尺架上，如上左图所示。钢尺的基本分划为毫米，每米处、分米处、厘米处都有数字注记。由于尺上零点位置的不同，有端点尺和刻线尺之分如上
2、右图所示。4.1.1丈量工具丈量工具4.1 钢尺量距钢尺量距垂球用于不平坦地面丈量时投点定。测钎用于标定尺段的起点和终点位置，如图所示。标杆又称花杆，多用木料制成，直径约3cm，长度为23m，其上面每隔20cm涂以红、白漆，如图所示，用来标定直线的方向。直线定线通常可分为目估定线和经纬仪定线两种方法。4.1.2直线定线直线定线 当地面上两点之间距离超过钢尺的全长时，用钢尺一次不能量完，量距前就需要在直线方向上标定若干个分段点，并竖立标杆或测钎以标明方向，这项工作称为直线定线。一一 定义：定义：二二 直线定线直线定线方法：方法：1.目估定线：如图所示，当要测定A、B间距离时，可先在A、B两点分别
3、竖立标杆，一人站在A点标杆后12米处，由A瞄向B，同时指挥另一持标杆的人左、右移动，使所持标杆与A、B标杆完全重合为止，此时立标杆的点就在A、B两点间的直线上，在此位置上竖立标杆或插上测钎，作为定点标志。同法可定出直线上的其他点。定线时相邻点之间要小于或等于一个整尺段，定点一般按由远而近进行。2.经纬仪定线 经纬仪定线是在直线的一个端点安置经纬仪后，对中、整平，用望远镜十字丝竖丝瞄准另一个端点目标，固定照准部。观测员指挥另一测量员持测钎由远及近，将测钎按十字丝纵丝位置垂直插入地下，即得到各分段点。丈量步骤如下：后尺手手持一测钎并持尺的零点端位于A点，前尺手携带一束测钎，同时手持尺的末端沿AB方
4、向前进，到一整尺段处停下。由后尺手指挥，使钢尺位于AB方向线上，这时后尺手将尺的零点对准A点，两人同时用力将钢尺拉平，前尺手在尺的末端处插一测钎作为标记，确定分段点。4.1.3.1平坦地面上的丈平坦地面上的丈量方法量方法在钢尺一般量距中目估定线与尺段丈量可以同时进行。4.1.3距离丈量距离丈量然后，后尺手持测钎与前尺手一起抬尺前进，依次丈量第二、第三、第n个整尺段，到最后不足一整尺段时，后尺手以尺的零点对准测钎，前尺手用钢尺对准B点并读数q，则AB两点之间的水平距离为：n整尺段数(即后尺手手中的测钎数)；l钢尺的整尺长度；q不足一整尺段的余长。上述由AB的丈量工作称为往测，其结果称为D往。为防
5、止错误和提高测量精度，需要往、返各丈量一次。同法，由BA进行返测，得到D返。计算往、返测平均值。计算往、返丈量的相对误差K，把往返丈量所得距离的差数除以该距离的平均值，称为丈量的相对精度。如果相对误差满足精度要求，则将往、返测平均值作为最后的丈量结果。返往平均平均返往DDDDDDk/1相对误差K是衡量丈量结果精度的指标，常用一个分子为1的分数表示。相对误差的分母越大，说明量距的精度高。钢尺量距的相对误差一般不应低于/3000，在量距较困难地区不应低于1/1000。例如：用钢尺丈量A、B两点间的距离，往测值为165.423m，返测值为165.454m，则AB距离：D=165.423+165.45
6、4)/2=165.439m 相对误差：53001439.165031.0439.165454.165423.165K=相对误差的分母计算时收舍至百位。该例量距精度合格，则可取往、返结果的平均值作为两点间的水平距离。4.1.3.2倾斜地面的距离丈量倾斜地面的距离丈量 1.平量法 在倾斜地面丈量距离，当尺段两端的高差不大但地面坡度变化不均匀时，一般都将钢尺拉平丈量。如图，丈量由A向B进行，后尺手立于A点，指挥前尺手将尺拉在AB方向线上，后尺手将尺的零点对准A点，前尺手将尺子抬高并目估使尺子水平，然后用垂球将尺的某一刻划投于地面上，插以测钎。用此法进行丈量，从山坡上部向下坡方向丈量比较容易，因此，丈
7、量时两次均由高到低进行。2.斜量法 当倾斜地面的坡度比较均匀时，可以在斜坡丈量出AB的斜距L，测出地面倾角，或A、B两点高差h，如图4.7所示，然后可以计算出AB的水平距离D，D=Lcos 22hLD钢尺量距的注意事项钢尺量距的注意事项 1.应用经过检定的钢尺量距。2.前、后尺手动作要配合好，定线要直，尺身要水平，尺子要拉紧，用力要均匀，待尺子稳定时再读数或插测钎。3.用测钎标志点位，测钎要竖直插下。前、后尺所量测钎的部位应一致。4.读数要细心，小数要防止错把9读成6、或将21041读成21.014等。5.记录应清楚，记好后及时回读，互相校核。6.钢尺性脆易折断，防止打折、扭曲、拖拉，并严禁车
8、辗、人踏，以免损坏。钢尺易锈，用毕需擦净、涂油。4.2.1 视线水平时的视距测量 在平坦的实训场地选择一测站点A，在测站点上安置好经纬仪（对中、整平）；司尺员将视距尺（标尺）立于待测点B上；瞄准标尺并将视线大致水平（竖盘读数为90或270），分别读取下丝、上丝的读数，记入观测手簿；按计算出仪器至立尺点的水平距离。K=100，l=下丝读数上丝读数。4.2 普通视距测量普通视距测量注意事项 1视线水平时视距测量，也可使用水准仪进行测量，观测时仪器只需粗平；2对于初学者，为便于观测，选取的AB两点相距不宜过长，约6070米为宜；3为便于直接读出尺间隔l，观测时可用望远镜微动螺旋使上丝读数对在附近的整
9、数上(整米或整分米处)；4仪器高i量至cm，竖盘读数L读至分；5为充分进行练习，要求每人至少观测5个测段的距离。选一有一定坡度的场地，选择一测站点C，在测站点上安置好经纬仪（对中、整平）；司尺员将视距尺（标尺）立于待测点D上；量取仪器高i（自桩顶量至望远镜横轴中心，若不进行高差测量，此项则不必做）；瞄准标尺，调节竖盘指标微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中后，分别读取下、中（V）、上丝读数及竖盘读数（L），记入观测手簿；按 分别计算测站点与标尺间的水平距离与高差。式中：K=100，l=下丝读数上丝读数，i为仪器高，v为目标高即中丝读数。4.2.2 视线倾斜时的视距测量2cosKlD vitgDh
10、，4.3 光电测距4.3 光电测距 介绍光电测距的原理和方法。电磁波测距仪按所采用的载波可分为：4.3.1 分类：用红外光作为载波的红外测距仪；用激光作为载波的激光测距仪；以微波为载波的微波测距仪。由于光电测距仪不断地向自动化、数字化和小型轻便化方向发展，大大地减轻了测量工作者的劳动强度，加快了工作速度，所以在工程控制网和各种工程测量中，多使用各种类型的光电测距仪。光电测距仪 光电测距仪按仪器测程大体分三大类：短程光电测距仪：测程在3km以内，测距精度一般在lcm左右。这种仪器可用来测量三等以下的三角锁网的起始边，以及相应等级的精密导线和三边网的边长，适用于工程测量和矿山测量。中程光电测距仪：
11、测程在315km左右的仪器称为中程光电测距仪，这类仪器适用于二、三、四等控制网的边长测量。远程激光测距仪：测程在15km以上的光电测距仪，精度一般可达(5mm+110-6），能满足国家一、二等控制网的边长测量。4.3.2 精度等级 根据测距仪出厂的标称精度的绝对值，按lkm的测距中误差，测距仪的精度分为三级，如表所示。测距仪的精度分级4.3.3 原理：tcD21c光在大气中的速度t光波在AB间往返传输时间 测定t方法有直接测时和间接测时两种方法。直接测定电磁波传播时间是用一种脉冲波，它是由仪器的发送设备发射出去，被目标反射回来，再由仪器接收器接收，最后由仪器的显示系统显示出脉冲在测线上往返传播
12、的时间或直接显示出测线的斜距，这种测距仪称为脉冲式测距仪。精度分析：微分 cdtdD21tcD21换成中误差 tDcmm21取 smc8103要求 mmmD3则 smt11102 一般只能达到 ，所以该方法因其精度较低，通常只用于精度较低的远距离测量、地形测量等。s810 间接测定电磁波传播时间是采用一种连续调制波，它由仪器发射出去，被反射回来后进入仪器接收器，通过发射信号与返回信号的相位比较，即可测定调制波往返于测线的迟后相位差。用个不同调制波的测相结果，便可间接推算出传播时间，并计算（或直接显示）出测线的倾斜距离。这种测距仪器称为相位式测距仪。ft2 设调制设调制波在距离D往返一次产生的相
13、位变化为 ，调制信号一个周期相位变化为2，则调制波的传播时间t为：原理分析：设调制信号为正弦信号，包含2的整倍数N2，和不足2的尾数部分，即：fcD4代入 式得tcD21)(2)2(22NNNN 则)(2)(2NNNNfcD令 22fcu-单位长，“测尺”，“电子尺”)(NNuD 则 上式就是相位式测距原理公式。相位式测距仪是用长度为u的“测尺”去量测距离，量了N个整尺段加上不足一个u的长度就是所测距离。目前这种仪器的计时精度达10-10s以上，从而使测距精度提高到lcm左右，可基本满足精密测距的要求。现今用于精密测距的测距仪多属于这种相位式测距仪。4.4 直线定向直线定向 确定地面上两点的相
14、对位置时，仅知道两点之间的水平距离还不够，通常还必须确定此直线与标准方向之间的水平夹角。测量上把确定直线与标准方向之间的角度关系称为直线定向。4.4.1标准方向标准方向 1.真子午线方向真子午线方向 过地球南北极的平面与地球表面的交线叫真子午线。通过地球表面某点的真子午线的切线方向，称为该点的真子午线方向。指向北方的一端叫真北方向，如图4.9所示。真子午线方向是用天文测量方法确定的。2.磁子午线方向磁子午线方向 磁子午线方向是磁针在地球磁场的作用下，自由静止时磁针轴线所指的方向，指向北端的方向称为磁北方向，如图4.9所示，可用罗盘仪测定。3.坐标纵轴方向坐标纵轴方向 在平面直角坐标系统中，是以
15、测区中心某点的真子午线方向或是磁子午线方向作为坐标纵轴方向，指向北方的一端称为轴北，即为X轴方向.4.4.2 方位角方位角 测量工作中，一般采用坐标方位角表示直线的方向，并将坐标方位角简称为方位角。由标准方向北端起，顺时针方向量至某直线的夹角称为该直线的方位角。方位角取值范围是0360。1.方位角的种类方位角的种类 根据标准方向不同有三种：若标准方向为真子午线方向，则其方位角称为真方位角，用A表示。若标准方向为磁子午线方向，则其方位角称为磁方位角，用Am表示。若标准方向是坐标纵轴，则称其为坐标方位角，用表示。2.三种方位角之间的关系三种方位角之间的关系 由于地球的南北两极与地球的南北两磁极不重
16、合，所以地面上同一点的真子午线方向与磁子午线方向是不一致的，两者之间的夹角称为磁偏角，用表示；过同一点的真子午线方向与坐标纵轴方向的夹角称为子午线收敛角，用表示。磁子午线北端和坐标纵轴方向偏于真子午线以东叫东偏，、为正；偏于西侧叫西偏，、为负。不同点的、值一般是不相同的。AAm AAm4.4.3 正、反坐标方位角正、反坐标方位角 如图所示，1、2是直线的两个端点，1为起点，2为终点。过这两个端点可分别作坐标纵轴的平行线，把图中12称为直线12的正坐标方位角；把21称为直线12的反坐标方位角。同理，若2为起点，1为终点，则把图中21称为直线21的正坐标方位角；把12称为直线21的反坐标方位角。显
17、然，正反方位角相差180，图中21=12+180即有：正=反+180 4.4.4 坐标方位角的推算坐标方位角的推算 实际测量工作中，并不是直接确定各边的坐标方位角，而是通过与已知坐标方位角的直线连测，并测量出各边之间的水平夹角，然后根据已知直线的坐标方位角，推算出各边的方位角值。如图所示，1、2为已知的起始边，它的坐标方位角已知为12，观测了水平角2、3。则从图中可以看：23212121802343232318034.4.5 象限角象限角 从坐标纵轴的北端或南端顺时针或逆时针起转至直线的锐角称为坐标象限角，用R表示，其角值变化从090。为了表示直线的方向，应分别注明北偏东、北偏西或南偏东、南偏西。如北东85，南西47等。显然，如果知道了直线的方位角，就可以换算出它的象限角，反之，知道了象限也就可以推算出方位角。坐标方位角与象限角之间的换算关系，如表4.2所示。
