测量学—4 距离测量.docx

测量学4距离测量福州大学土木建笛工程学院测■教硏室 方绪华 制作第四章距离测量测量距离是测量的基本工作之一，所谓距离是指两点间的水平长度如果测得的是倾 斜距离，还必 须改算为水平距离按照所用仪器、工具的不同，胃测量距离的方法有钢尺直接量距、光电测距仪测距和 光学视距法测距等第一节 钢尺量距的一般方法一、量距的工具钢尺是钢制的带尺，常用钢尺宽10mm，厚0.2mm；长度有20m、30m及50m几种，卷放在圆形盒内或 金属架上钢尺的基本分划为厘米，在每米及每分米处有数字注记一般钢尺在起点处一分米内刻有毫米分 划；有的钢尺，整个尺长内都刻有毫米分划由于尺的零点位置的不同，有打端点尺和刻线尺的区别肖端点尺是以尺的最外端作为尺的零点，当 从建筑物墙边开始丈量时使用很方便胃刻线尺是以尺前端的一刻线作为尺的零点，才 BUIiLiisiiiti 1 Lilii11m 11111iidiiiin11kmil111iinitiinml 丨ip™W1 Io O01 234 5 & 789 10 1Jllliiilljlil 1 i^Frl hddilitiLTilllli 1II lilEIIII .fell lllll Fl llhlll .J III! IJUI1 lill HI.I itil! 1 ill Ikll 1 lilt r9&LOcm弐丈量距离的工具，除钢尺外，还有标杆、测钎和垂球。

标杆长2-3m，直径3-4cm,杆上涂以20cm间 隔的红、白漆，以便远处清晰可见，用于标定直线测钎用粗铁丝制成，用来标志所量尺段的起、迄点和计 算已量过的整尺段数测钎一组为6根或ll根垂球用来投点此外还有弹簧秤和温度计，以控制拉力和 测定温度直线定线当两个地面点之间的距离较长或地势起伏较大时，为使量距工作方便起见，可分成几段进行丈量这种把多根标杆标定在已知直线上的工作称为打直线定线一般量距用目视定线,三、量距方法1．平坦地区的距离丈量丈量前，先将待测距离的两个端点A、B用木桩（桩上钉一小钉）标志出来，然后在端点的外侧各立一 标杆，清除直线上的障碍物后，即可开始丈量丈量工作一般由两人进行后尺手持尺的零端位于A点，并 在A点上插一测钎前尺手持尺的末端并携带一组测钎的其余5根（或10根），沿AB方向前进，行至一尺段 处停下后尺手以手势指挥前尺手将钢尺拉在AB直线方向上；后尺手以尺的零点对准B点，当两人同时把 钢尺拉紧、拉平和拉稳后，前尺手在尺的末端刻线处竖直地插下一测钎，得到点1，这样便量完了一个尺段 随之后尺手拔起A点上的测钎与前尺手共同举尺前进，同法量出第二尺段如此继续丈量下去，直至最后不 足一整尺段（n — B）时，前尺手将尺上某一整数分划线对准B点，由后尺手对准n点在尺上读出读数，两数 相减，即可求得不足一尺段的余长，为了防止丈量中发生错误及提高量距精度，距离要往、返丈量。

上述为往测，迟测时要重新进行定线， 取往、返测距离的平均值作为丈量结果量距精度以相对误差表示，通常化为分子为1 的分式形式2. 搞倾斜地面的距离丈量沿倾斜地面丈量距离，当地势起伏不大时，可将钢尺拉平丈量，丈量由A向B进行，甲立于A点，指挥 乙将尺拉在AB方向线上甲将尺的零端对准A点，乙将尺子抬高，并且目估使尺子水平，然后用垂球尖将 尺段的末端投于地面上，再插以插钎若地面倾斜较大，将钢尺抬平有困难对，可将一尺段分成几段来平量，(2)斜量法当倾斜地面的坡度均匀时，可以沿着斜坡丈量出AB的斜距L,测出地面倾斜角，然后计算AB的水平距 离 D 第二节 钢尺量距的精密方法一、肖钢尺精密量距的方法1 ．定线欲精密丈量直线AB的距离，首先清除直线上的障碍物，然后安置经纬仪于A点上，瞄准B点，用经 纬仪进行定线用钢尺进行概量，在视线上依次定出此钢尺一整尺略短的A1、12、23……等尺段在各尺 段端点打下大木桩，桩顶高出地面3—5cm在桩顶钉一白铁皮利用A点的经纬仪进行定线，在各白铁皮 上划一条线，使其与AB方向重合，另划一条线垂直与AB方向，形成十字，作为丈量的标志2．量距用检定过的钢尺丈量相邻两木桩之间的距离。

丈量组一般由5入组成， 2人拉尺， 2人读数， 1人指挥 兼记录和读温度丈量时，拉伸钢尺置于相邻两木桩顶上，并使钢尺有刻划线一侧贴切十字线后尺手将弹 簧秤挂在尺的零端，以便施加钢尺检定时的标准拉力(30m钢尺，标准拉力为10kg)；钢尺拉紧后，前尺手以 尺上某—整分划对准十字线交点时，发出读数口令“预备”，后尺手回答“好”在喊好的同一瞬间，两端 的读尺员同时根据十字交点读取读数，估读到0. 5mm记入手簿每尺段要移动钢尺位置丈量三次，三次测 得的结果的较差视不同要求而定，一般不得超过2—3mm，否则要重量如在限差以内，则取三次结果的平 均值，作为此尺段的观测成果每量一尺段都要读记温度一次，估读到0.5°C按上述由直线起点丈量到终点是为往测，往测完毕后立即返测，每条直线所需丈量的次数视量边的精 度要求而定3. 测量桩顶高程 上述所量的距离，是相邻桩顶间的倾斜距离，为了改算成水平距离，要用水准测量方法测出各桩顶的高程，以便进行倾斜改正水准测量宜在量距前或量距后往、返观测一次，以资检核相邻两桩顶往、返所 测高差之差，一般不得超过±10mm ；如在限差以内，取其平均值作为观测成果4. 胃尺段长度的计算精密量距中，每一尺段长需进行尺长改正、温度改正及倾斜改正，求出改正后的尺段长度。

计算各 改正数如下：(1)尺长改正钢尺在标准拉力、标准温度下的检定长度L',与钢尺的名义长度Lo往往不一致，其差L = LZ-Lo 数，即为整尺段的尺长改正任一尺段L的尺长改正数为L)L/L °d 0 0(2)温度改正设钢尺在检定时的温度为toC，丈量时的温度为tC,钢尺的线膨胀系数为a，则某尺段L的温度 改正为△L =a (tC—t C)L t0(3) 倾斜改正设L为量得的斜距，h为尺段两端间的高差，现要将L改算成水平距离d‘，故要加倾斜改正数h=—hz/2L倾斜改正数永远为负值二、钢尺的检定1. 尺长方程式钢尺由于其制造误差、经常使用中的变形以及丈量时温度和拉力不同的影响，使得其实际长度往往不等 于名义长度因此，丈量之前必须对钢尺进行检定，求出它在标准拉力和标准温度下的实际长度，以便对丈 量结果加以改正钢尺捡定后，应给出尺长随温度变化的函数式，通常称为尺长方程式，其一般形式为© =第 + D + 虫 o (i —岛)2. 钢尺检定的方法钢尺应送没有比长台的测绘单位校定，但若有检定过的钢尺，在精度要求不高时，可用检定过的钢尺作为标准尺来检定其它钢尺检定宜在室内水泥地面上进行，在地面上贴两张绘有十字标志的图纸，使其 间距约为一整尺长。

用标准尺施加标准拉力丈量这两个标志之间的跟离，并修正端点使该距离等于标准尺的 长度然后再将被检定的钢尺施加标准拉力丈量该两标志问的距离，取多次丈量结果的平均值作为被检定钢 尺的实际长度，从而求得尺长方程式第三节胃钢尺量距的误差分析一、 定线误差二、 尺长误差钢尺必须经过检定以求得其尺长改正数尺长误差具有系统积累性，它与所量距离成正比精密量距 时，钢尺虽经捡定并在丈量结果中进行了尺长改正，其成果中仍存在尺长误差，因为一殷尺长检定方法只能 达到0.5mm左右的精度一般量距时可不作尺长改正；三、 温度误差 由于用温度计测量温度，测定的是空气的温度，而不是尺于本身的温度，在夏季阳光曝晒下，此两者温度之差可大于5°C因此，量距宜在阴天进行，并要设法测定钢尺本身的温度四、 拉力误差 钢尺具有弹性，会因受拉而伸长量距时，如果拉力不等于标准拉力，钢尺的长度就会产生变化精密量距时，用弹簧秤控制标准拉力，一般量距时拉力要均匀，不要或大或小五、 尺子不水平的误差 钢尺一般量距时，如果钢尺不水平，总是使所量距离偏大精密量距时，测出尺段两端点的高差，进行倾斜改正用普通水准测量的方法是容易达到的六、 钢尺垂曲和反曲的误差 钢尺悬空丈量时，中间下垂，称为垂曲。

故在钢尺检定时，应按悬空与水平两种情况分别检定，得出相应的尺长方程式，按实际情况采用相应的尺长方程式进行成果整理，这项误差可以不计在凹凸不平的地面量距时，凸起部分将使钢尺产生上凸现象，称为反曲设在尺段中部凸起0. 5m, 由此而产生的距离误差，这是不能允许的应将钢尺拉平丈量七、丈量本身的误差它包括钢尺刻划对点的误差、插测钎的误差及钢尺读数误差等这些误差是由人的感官能力所限而产 生，误差有正有负，在丈量结果中可以互相抵消一部分，但仍是量距工作的一项主要误差来源综上所述，精密量距时，除经纬仪定线、用弹簧秤控制拉力外，还需进行尺长、温度和斜改正而一 般量距可不考虑上述各项改正但当尺长改正数较大或丈量时的温度与标准温度之差大于8°C时进行单项改 正，此类误差用——根尺往返丈量发现不了另外尺子拉平不容易做到，丈量时可以手持一悬挂垂球，抬高 或降低尺子的一端，尺上读数最小的位置就是尺子水平时的位置，并用垂球进行投点及对点第四节 吐光电测距仪简介、概况长距离丈量是一项繁重的工作，劳动强度大，工作效率低，尤其是在山区或沼泽区，丈量工作更是困 难人们为了改变这种状况，于五十年代研制成了光电测距仪近年来，由于电子技术及微处理机的迅猛发 展，各类光电测距仪竞相出现，己在测量工作得到了普遍的应用。

电磁波测距按测程来分，有短程(v 3km)、中程(3 — 15km)和远程(> 15km)之分按测距精度来分，有I级(5mm)、II级(5mm—10mm)和111级(> 10mm)按载波来分，采用微波段的电磁波作为载波的称为微波测 距仪；采用光波作为裁波的称为光电测距仪光电测距仪所使用的光源有激光光源和红外光源(普通光源已 淘汰)，采用红外线波段作为载波的称为红外测距仪由于红外测距仪是以砷化稼(GaAs)发光二极管所发的 荧光作为载波源，发出的红外线的强度能随注入电信号的强度而变化，因此它兼有载波源和调制器的双重功 能GaAs发光二极管体积小，亮度高，功耗小，寿命长，且能连续发光，所以红外测距仪获得了更为迅速 的发展本节讨论的就是红外光电测距仪二、测距原理欲测定A、B两点间的距离D，安置仪器于A点，安置反射镜于B点仪器发射的光束由A至B，经 反射镜反射后又返回到仪器设光速c为已知，如果光束在待测距离D上往返传播的时间耳门已知，则距 离D可由下式求出式中c = co/n，c为真空中的光速值，其值为299792458m/s, n为大气折射率，它与测距仪所用光 源的波长，测线上的气温t,气压P和湿度e有关。

测定距离的精度，主要取决于测定时间‘他的精度，宀刀=合cjfz例如要求保证土 lcm的测距 精度，时间测定要求准确到6.7x10-ns，这是难以做到的因此，大多采用间接测定法来测定勺心间接 测定的方法有下列两种：1- £J脉冲式测距A图49脉冲法测距由测距仪的发射系统发出光脉冲，经被测目标反射后，再由测距仪的接收系统接收，测出这一光脉冲往返所需时间间隔()的钟脉冲的个数以求得距离Do由于计数器的频率一殷为300MHz(300X 106Hz),测距精 度为0.5m，精度较低2.搞相位式测距BDD图4-11栩位法测距由测距仪的发射系统发出一种连续的调制光波，测出该调制光波在测线上往返传播所产生的相依移， 以测定距离Do红外光电测距仪一般都采用相位测距法在砷化镕(GaAs)发光二极管上加了频率。