1、第四章 直线定向及距离测量,4.1直线定向4.2钢尺量距4.3视距测量,第4章 距离测量与直线定向,主要内容：钢尺量距的方法、成果处理；视距测量原理方法、成果处理难点：直线定向,4.2钢尺量距,4.2.1钢尺量距的一般方法4.2.2钢尺量距的精密方法4.2.3钢尺量距的误差分析及注意事项,4.2钢尺量距,距离：地面两点间水平直线长度地面点沿铅垂线方向投影到水平面上,投影点之间的距离,称为水平距离. 电磁波量距 钢尺量距 视距法量距钢尺量距（距离丈量）：利用经检定合格的钢尺直接量测地面两点之间的距离。按精度分：一般量距和精密量距 基本步骤：定线、尺段丈量、成果计算,4.2.1.1量距工具,有：钢
2、尺、标杆、垂球、测钎、温度计、弹簧秤等 标杆（花杆）直线定线测钎标志所量尺段的起讫点和计算已丈量过的整尺段数。垂球用于不平坦地面丈量时将钢尺的端点垂直投影到地面还有弹簧秤、温度计等,钢尺,零点位置不同,端点尺刻线尺,4.2.1.2直线定线,定义： 水平距离测量时，当地面上两点间的距离超过一整尺长时，或地势起伏较大，一尺段无法完成丈量工作时，需要在两点的连线上标定出若干个点，这项工作称为直线定线。一般量距 目视定线(由远及近)精密量距 经纬仪定线,4.2.1.3一般方法量距,(一) 平坦地面的距离丈量,钢尺量距时,往返观测。返测时应重新进行定线。,量距精度通常用相对误差K来衡量，相对误差K应化为
3、 分子为的分数形式。 分母常取整百整千等，不足一律舍去 相对误差分母愈大,则K值愈小，精度愈高；反之， 精度愈低在平坦地区，钢尺量距一般方法的相对误差一般不应 大于1/3 000；在量距较困难的地区，其相对误差也不应大于1/1 000。,相对误差,取往、返测距离的平均值作为直线AB最终的水平距离。式中 D平均往、返测距离的平均值（m）； D往往测的距离（m）； D返返测的距离（m）,(一) 平坦地面的距离丈量（续）,例4-1 用30m长的钢尺往返丈量A、B两点间的水平距离，丈量结果分别为：往测4个整尺段，余长为9.98m；返测4个整尺段，余长为10.02m。计算A、B两点间的水平距离DAB及其
4、相对误差K。,解：,(二) 倾斜地面的距离丈量 1 平量法 如果地面起伏不大时，可将待测距离分段，然后用钢尺拉平丈量。丈量时将尺子一端抬高，并用目估法使尺子大致水平，然后用垂球将尺子的端点投到地面上。将量得的各段水平距离求各即为所量距离。2 斜量法 当倾斜地面的坡度变化均匀时，可以沿着斜坡丈量出AB的斜距L，测出地面的倾角，则水平距离l为： l=L*cos。如果未测倾角，而是测定了A、B两点间的高差h， l=L+l l为按高差计算的倾斜改正数，永远为负值。,（1）倾斜地面的距离丈量 平量法,平量法,（2）倾斜地面的距离丈量斜量法,4.1.4精密方法量距,基本步骤相同丈量方法较为精密对一些影响因
5、素进行计算改正钢尺检定 测定桩顶高程 丈量距离 尺长改正 温度改正 倾斜改正 尺段水平距离 计算全长,成果整理,1钢尺检定,钢尺由于材料原因、刻划误差、长期使用的变形以及丈量时温度和拉力不同的影响，其实际长度往往不等于尺上所标注的长度即名义长度，因此，量距前应对钢尺进行检定,（1）、尺长方程式,尺长方程式一般形式 钢尺在温度t时的实际长度（m）； 钢尺的名义长度（m）；l 检定时在标准拉力和温度下的尺长改正数（m）； 钢尺的膨胀系数，=1.2510-5m/1； 为温度每变化1钢尺单位长度的伸缩量 钢尺检定时的温度（）； t 钢尺使用时的温度（）。,（2）、钢尺检定,钢尺的检定方法有与标准尺比较
6、和在测定精确长度的基线场进行比较两种方法。 标准尺长比较的方法: 将被检定钢尺与已有尺长方程式的标准钢尺相比较。 两根钢尺并排放在平坦地面上，都施加标准拉力，并将两根钢尺的末端刻划对齐，在零分划附近读出两尺的差数。 这样就能够根据标准尺的尺长方程式计算出被检定钢尺的尺长方程式。,例4-2 已知1号标准尺的尺长方程式为,被检定的2号钢尺，其名义长度也是30m。比较时的温度为24，当两把尺子的末端刻划对齐并施加标准拉力后，2号钢尺比1号标准尺短0.007m，试确定2号钢尺的根尺长方程式。,故2号钢尺的尺长方程式为：,2钢尺量距的精密方法,（1）准备工作,清理场地、直线定线和测桩顶间高差。,1）清理
7、场地,2）直线定线,精密量距用经纬仪定线。,3）测桩顶间高差,利用水准仪，用双面尺法或往、返测法测出各相邻桩 顶间高差。,（2）丈量方法,人员组成：,两人拉尺，两人读数，一人测温度兼记录，共5人。,丈量时，后尺手挂弹簧秤于钢尺的零端，前尺手执尺子的末端，两人同时拉紧钢尺，把钢尺有刻划的一侧贴切于木桩顶十字线的交点，待达到标准拉力时，由后尺手发出“预备”口令，两人拉稳尺子，由前尺手喊“好”。在此瞬间，前、后读尺员同时读取读数，估读至0.5mm，并计算尺段长度。,前、后移动钢尺一段距离，同法再次丈量。,每一尺段测三次，读三组读数，由三组读数算得的长度之差要求不超过2mm，否则应重测。,如在限差之内
8、，取三次结果的平均值，作为该尺段的观测结果。,同时，每一尺段测量应记录温度一次，估读至0.5。,如此继续丈量至终点，即完成往测工作。,完成往测后，应立即进行返测。,精密量距记录计算表,*,*,*,（3）成果计算,将每一尺段丈量结果经过尺长改正、温度改正和倾斜改正改算成水平距离，并求总和，得到直线往测、返测的全长。,往、返测较差符合精度要求后，取往、返测结果的平均值作为最后成果。,1）尺段长度计算,根据尺长、温度改正和倾斜改正，计算尺段改正后的水平距离。,尺长改正：,温度改正：,倾斜改正：,尺段改正后的水平距离：,例4-3 已知钢尺的名义长度l0=30 m，实际长度l=30.005 m，检定钢尺
9、时温度t0=20，钢尺的膨胀系数=1.25105。A1尺段，l=29.3930m，t=25.5，hAB=+0.36m，计算尺段改正后的水平距离。,解:,4.1.5钢尺量距的误差及注意事项,1尺长误差,新购置的钢尺必须经过检定，以便进行尺长改正。,2定线误差,当待测距离较长或精度要求较高时，应用经纬仪定线。,3拉力误差,精密量距时，必须使用弹簧秤。,4钢尺垂曲误差,垂曲误差会使量得的长度大于实际长度，故在钢尺检定时，亦可按悬空情况检定，得出相应的尺长方程式。在成果整理时，按此尺长方程式进行尺长改正。,5钢尺不水平的误差,用平量法丈量时，钢尺不水平，会使所量距离增大。因此，用平量法丈量时应尽可能使
10、钢尺水平。,精密量距时，测出尺段两端点的高差，进行倾斜改正，可消除钢尺不水平的影响。,6丈量误差,在量距时应尽量认真操作，以减小丈量误差。,7温度改正,精度要求较高的丈量，应进行温度改正，并尽可能用 点温计测定尺温，或尽可能在阴天进行，以减小空气温度与钢尺温度的差值。,钢尺量距最基本的要求平、准、直,1定义： 视距测量是利用经纬仪、水准仪望远镜内的视距丝装置，根据光学原理同时测定距离和高差的一种方法。,2优点： 视距测量具有操作方便、速度快、一般不受地形限制等优点。,3缺点： 普通视距测量精度较低，仅能达到1/2001/300的精度。,4适用：能满足测定碎部点位置的精度要求，所以视距测量被广泛
11、地应用于地形测图中。,4.3 视 距 测 量,4.3.1 视距测量概述,进行视距测量，要用到视距丝和视距尺。,视距丝即望远镜内十字丝分划板上的上下两根短丝，它与中丝平行且等距离。,视距尺是有刻划的尺子，和水准尺基本相同。,4.3.2视距测量的原理,视距水平时：,l 尺间隔 p上下视距丝间距 f 物镜焦距 物镜至仪器中心的距离 i 仪器高，桩顶到仪器横轴中心的高度 v 瞄准高，十字丝中丝在尺上读数,1视线水平时的水平距离和高差公式,A,B,n,m,p,n,m,M,N,11,12,13,14,l,m,n,l,F,f,d,D,h,v,i,令,则有,式中 K视距乘常数，通常K=100；,c 视距加常数
12、，常数c值接近零 。,故水平距离为,A、B两点间的高差h为,式中 i 仪器高（m）；,v 十字丝中丝在视距尺上的读 数，即中丝读数（m）。,2视线倾斜时的水平距离和高差公式,A,B,E,M,N,M,N,l,l,LKl,D,h,h,i,i,v,A、B两点间的高差h为：,式中 h高差主值（也称初算高差）。,HA,HB,A、B 两点间的高差h为：,式中 h高差主值（也称初算高差）。,故：一般为了简化计算，取中丝读数等于仪器高,视线倾斜时水平距离的计算公式为：,视线倾斜时高差的计算公式为：,小节1,视线水平时距离、高差计算公式为？视线倾斜距离高差计算公式为：？,小节2,1视距测量时用望远镜内视距丝装置
13、，根据几何光学原理同时测定两点间的（ ）的方法。A 距离和高差； B 水平距离和高差 C 距离和高程2.当视线倾斜进行视距测量时，水平距离的计算公式是（ ）。A. D=Klc ；B. D= klcos C.,4.3.3视距测量的观测与计算,1视距测量的施测,（1）在A点安置经纬仪，量取仪器高I （读到毫米），在B点竖立视距尺。,（2）盘左（或盘右）位置，转动照准部瞄准 B点视距尺，分别读取上（M）、下（N）、中（v）三丝读数，并算出尺间隔l。（lN-M）,（3）转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘 指标水准管气泡居中，读取竖盘读数，并计算 竖直角。,视距测量记录与计算手簿,A,+45.37m,1
14、.45m,DJ6,1,2.237,0.663,1.45,1.574,87 41 12,+2 18 48,157.14,+6.35,+6.35,+51.72,盘左位置,2,2.445,1.555,2.00,0.890,95 17 36,-5 17 36,88.24,-8.18,-8.73,+36.64,2视距测量的计算,例8-1 以“视距测量记录”表中的已知数据和测点1的观测数据为例，计算A、1两点间的水平距离和1点的高程。,解,4.3.4、视距测量的误差分析及注意事项,1用视距丝读取尺间隔的误差,读取视距尺间隔的误差是视距测量误差的主要来源，因为视距尺间隔乘以常数，其误差也随之扩大100倍。,
15、读数时注意消除视差，认真读取视距尺间隔。,2竖直角测定误差,从视距测量原理可知，竖直角误差对于水平距离影响不显著，而对高差影响较大，故用视距测量方法测定高差时应注意准确测定竖直角。,3标尺倾斜误差,标尺立不直，前后倾斜时将给视距测量带来较大误差，其影响随着尺子倾斜度和地面坡度的增加而增加。,标尺必须严格铅直（尺上应有水准器），特别是在山区作业时。,4外界条件的影响,（1）大气垂直折光影响。,（2）空气对流使成像不稳定产生的影响。,4.1 直线定向,直线定向（line orientation）：确定地面直线与标准方向间的水平夹角。 真子午线方向 标准方向 磁子午线方向 坐标纵轴方向,三北方向,4
16、.1.1.1 标准方向真北方向：过地面上某点的真子午线切线方向磁北方向：过地面上某点的磁子午线切线方向坐标北方向：地面上任一点与其高斯平面直角坐标系或假定坐标系的坐标纵轴平行的方向。各点的坐标北方向彼此平行。,4.1.1.2直线方向的表示方法,1方位角(azimuth)定义：由标准方向北端起，顺时针方向度量到某直线的夹角，称为该直线的方位角。其范围为0360。有：真方位角(ture meridian azimuth) 磁方位角（magnetic meridian azimuth） 坐标方位角(grid bearing),2分类及关系：（1）真方位角磁方位角m磁偏角坐标方位角子午线收敛角 A=A
17、m+ A= Am+（2）同一直线正反坐标方位角相差180，即：,标准方向 方位角名称 测定方法,真北方向(真子午线方向) 真方位角A 天文或陀螺仪测定,磁北方向(磁子午线方向) 磁方位角Am 罗盘仪测定,坐标纵轴(轴子午线方向) 坐标方位角 坐标反算而得,磁偏角(magnetic declination)地面上同一点的真、磁子午线方向不重合，其夹角称为磁偏角。磁子午线方向在真子午线方向东侧，称为东偏，为正。反之称为西偏，为负。,子午线收敛角(mapping angle)当轴子午线方向在真子午线方向以东，称为东偏，为正。反之称为西偏，为负。可见在中央子午线上，真子午线与坐标纵轴重合，其他地区不重
18、合，两者的夹角即为。,1,2,真北,磁北,+,坐标北,12,A12,Am12,同一直线的三种方位角之间的关系为：,1,2,3,4,3.象限角地面直线与子午线南端或北端构成的小于90的水平角，并冠以所在象限的名称，以R表示。,象限角：测量上有时用象限角来确定直线的方向。所谓象限角，就是由标准方向的北端或南端起量至某直线所夹的锐角，常用R表示 角值范围：090 由于象限角可自标准方向的北端量起，也可自其南端量起；可以向东量，也可以向西量。所以象限角除注明角度的大小外，还必须注明角度所在的象限。,4正、反坐标方位角,正、反坐标方位角间的关系为：,x(N),y,O,A,B,x,AB,x,BA,2坐标方位角的推算 测量工作中并不直接测定每条直线的坐标方位角，而是通过与已知点的连测，由各相邻边构成的角度经计算求得各边的坐标方位角。如图5-6所示，通过已知坐标方位角和观测的水平角来推算出各边的坐标方位角。其左角公式和右公式如下：,图5-6,根据坐标方位角的范围0360，180前的“”可以任意取“+”或“”，如果计算的角值大于360，则应该减去360；如果计算的角值为负，则应该加上360。,4.4.3坐标方位角的推算和点位坐标计算,
