1、距離測量(鋼尺、測距儀原理) 一、鋼尺量距    城市一、二級導(dǎo)線邊長，也可采用鋼尺量距，鋼尺量距還可用手測圖，放線，房屋面積丈量等工作。    1技術(shù)要求    一、二級導(dǎo)線邊長采用鋼尺量距時(shí)，一般使用30m或如50m76的刻有毫米分劃的鋼帶尺，加彈簧秤往、返丈量。在乎坦地區(qū)采用鋪地丈量，地面起伏不平時(shí)則懸空丈量。鋼尺必須進(jìn)行檢定。丈量的邊長應(yīng)加傾斜、溫度和尺長改正，若測區(qū)高程在100m以上時(shí)，還需進(jìn)行投影改正。    普通

2、鋼尺量距的主要技術(shù)要求見表35。    表3-5普通鋼吃量距的主要技術(shù)要求    2鋼尺檢定    鋼尺檢定一般在校尺場上進(jìn)行，檢定時(shí)按外業(yè)量距的作業(yè)方法進(jìn)行丈量，用較尺場上的120m長的基線檢定鋼尺時(shí)，應(yīng)往返丈量各三次，用240m的基線檢定鋼尺時(shí)，應(yīng)往返丈量各兩次。    各次的距離較差不大于11100000。丈量時(shí)，每尺段錯(cuò)動尺三次讀數(shù)，估讀至05mm。鋼尺檢定的周期不應(yīng)超過三個(gè)月，當(dāng)一個(gè)測區(qū)開始和結(jié)束時(shí)，或尺子受外力影響或溫度變化

3、較大時(shí)，均應(yīng)重新檢定鋼尺。    鋼尺檢定計(jì)算見示例表36。外業(yè)量距手簿和高差觀測手簿從略。    鋼尺檢定的精度評定可按下列各式計(jì)算：    檢定時(shí)基線丈量的平均值中誤差No為：         各式中：n單程丈量的次數(shù)；              

4、0;     v檢定時(shí)基線丈量的平均值和單程丈量距離的較差；                    M基基線長度L基的中誤差；                  

5、0; L鋼尺的尺長。    量距導(dǎo)線作業(yè)用的鋼尺，須進(jìn)行檢定，檢定相對中誤差超過150000。                 3量距方法    (1)定線將經(jīng)緯儀安置在待量邊的一端點(diǎn)，照準(zhǔn)另一端點(diǎn)目標(biāo)，然后指揮定線人員沿著待量邊方向線分段，每尺段長度應(yīng)略短于鋼尺全長，分段點(diǎn)橫向偏離方向線不得超過5厘米。如若在瀝青或水泥路面上可貼畫有十字線的白膠布

6、(或白紙)作為分段點(diǎn)標(biāo)志，若在松軟的土質(zhì)地面上則應(yīng)打入木樁作為標(biāo)記，測線方向地面有起伏時(shí)，應(yīng)進(jìn)行懸空丈量，此線分段點(diǎn)應(yīng)架設(shè)軸桿架或打入高木樁。    (2)高差測量用普通工程水準(zhǔn)儀測量各分段兩端點(diǎn)的高差，以便進(jìn)行距離的傾斜改正。其結(jié)果應(yīng)符合表35的規(guī)定。    (3)量距距離丈離時(shí)應(yīng)加固定拉力，如彈簧秤或重錘、鋪地丈量時(shí)，拉力一般為100N，懸空丈量時(shí)拉力為150N。單尺丈量時(shí)先進(jìn)行往測，丈量時(shí)鋼尺的零端為前尺，彈簧書秤在后尺，前后尺端均掛在拉力桿上。丈量時(shí)，將尺沿測線鋪平(不扭轉(zhuǎn)尺面)，前尺后尺分別對準(zhǔn)尺段兩端點(diǎn)

7、的十字標(biāo)志，由后尺發(fā)出“準(zhǔn)備”呼號，此前時(shí)，后尺同時(shí)用力拉緊鋼尺，當(dāng)單簧秤指到要求的拉力時(shí)，后尺立即喊“好”并同時(shí)讀數(shù)(前之、后尺)，這樣第一組數(shù)完成后，錯(cuò)動鋼尺，重復(fù)上述操作讀第二組數(shù)，直到完成要求的讀數(shù)次數(shù)，記錄員要及時(shí)檢查各次測數(shù)的距離較差應(yīng)不大于2mm。當(dāng)符合要求后，即向前丈量第二個(gè)尺段，依此類推量完一條導(dǎo)線邊的距離，在丈量一條導(dǎo)線邊的前、后均應(yīng)記錄鋼尺溫度，接著第二條的往測。返測在全部完成往測后逐條進(jìn)行，也可往測一條邊，接著返測一條邊。    可采用雙尺單向丈量代替往返丈量。    鋼尺量距應(yīng)丈量兩次，在

8、下列情況下須進(jìn)行各項(xiàng)改正：    a尺長改正數(shù)超過110000時(shí)，應(yīng)加尺長改正；    b量距時(shí)平均尺溫與檢定時(shí)溫度相差±10時(shí)，應(yīng)進(jìn)行溫調(diào)度改正；    c尺面傾斜超過2時(shí)，應(yīng)進(jìn)行傾斜改正。    量距作業(yè)時(shí)，一般應(yīng)選擇溫度變化較小的陰天或夜間進(jìn)行量距作業(yè)，量距作業(yè)中要保持穩(wěn)定的拉力，防止鋼尺沾上污物，避免側(cè)向風(fēng)力較大時(shí)進(jìn)行讀數(shù)，以保證量距的精度。    4尺段長度的計(jì)算 &

9、#160;  下面以鋼尺丈量一級導(dǎo)線邊某尺段為例來計(jì)算尺段長度，如圖3-19所示，量距記錄見表3-7?，F(xiàn)計(jì)算導(dǎo)線邊AB中的A-1尺段，首先計(jì)算各項(xiàng)改正數(shù)。    已知鋼尺膨脹系數(shù)a=0.000012，鋼尺檢定溫度to=20，鋼尺全長（30m）尺長改正1=0.0025m，A-1兩點(diǎn)高差HA-1=-0.152m，A-1段實(shí)測距離為l=29.8652m。環(huán)境溫度t=25.8，求改正后A-1段的水平距離。    表3-7精密量距記錄計(jì)算表      &#

10、160;                則A1尺段的水平距離：    DLLt+LL+Lh                          

11、0;                          (3-19)    D=29.8652+0.0025+0.0021-0.0004=29.8694m。    將各個(gè)改正后的尺段長相加便得到AB距離全長（見表3-4）為198.2838m，同樣算出返測的全長198.2

12、896m。故導(dǎo)線邊AB的距離為        相對誤差為         相對誤差在限差范圍以內(nèi)，成果符合規(guī)范要求。    二、光電測距基本原理    光和電都是電磁波，若測定電磁波在兩點(diǎn)間往返傳播的時(shí)間t，則可計(jì)算出兩點(diǎn)的間距離D         式中，c一電磁波在大氣中的傳播

13、速度。    光電測距正是這種基本原理，按測定時(shí)間t的方法不同分為脈沖式測距和相位式測距。    脈沖測距直接測定單脈沖波在測線上往返傳播的時(shí)間t。即由儀器的發(fā)射部分向測線另一端點(diǎn)發(fā)射脈沖波，經(jīng)反射器反射后由儀器的接收部分接收，并在儀器的顯示窗中直接顯示測線的長度。脈沖法測距測程大，可達(dá)100Km以上，是空間距離測量的主要方法。    相位測距測量連續(xù)的調(diào)制波在待測距離上往返一次所產(chǎn)生的相位差中以計(jì)算待測距離。也就是通過測相的辦法間接測定電磁波在待測距離上往返一次的傳播時(shí)間t

14、o相位測距精度比較高，目前市場上的測距儀差不多都是這類相位式測距儀。    三、光電測距儀的等級    光電測距儀種類很多，為了方便，將它們按測程遠(yuǎn)近和測距精度高低分類。    1按測距分類：    短程測距儀<3Km    中程測距儀315Km    遠(yuǎn)程測距儀1530Km    2按每千米測距中誤差分類：&#

15、160;   見表38分為三個(gè)等級。         表3-8中，mo為測距儀生產(chǎn)廠家的標(biāo)稱精度，其計(jì)算公式為    mo=±（a+b·ppm·D）    式中    a一儀器標(biāo)稱精度的固定誤差，單位為毫米；    b一儀器標(biāo)稱精度的比例誤差，ppmm為百萬分之一，即10-6  

16、  D所測邊長，此處D=1Km，以毫米為單位，即D=1000000mm。    我國常用的測距儀主要是國產(chǎn)及從瑞士、日本、德國等國家進(jìn)口的儀器，國產(chǎn)儀器近年來發(fā)展較快，不但性能穩(wěn)定，精度可靠，而且價(jià)格與進(jìn)口儀器相比低很多，應(yīng)推首選，但我國應(yīng)更快研制和生產(chǎn)精度高功能齊全的光電儀器，以適應(yīng)測繪工作發(fā)展的需要。各類測距儀外觀不一，操作方法各不相同，使用每一臺測距儀前，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)閱讀使用說明書。此處不再煩述各種儀器的操作。    四、光電測距作業(yè)要求    1大氣折

17、射與輔助設(shè)備    光也是電磁波，光的傳播速度的大小與介質(zhì)有關(guān)，不同的介質(zhì)，其折射率不一樣，光電測距時(shí)，光是在大氣中傳播的，大氣的氣壓、溫度、濕度等氣象因素的變化將影響光波的傳播速度，這顯然會影響測距的質(zhì)量，為此，必須使用某些輔助設(shè)備測定影響大氣折光的一些主要影響因素，經(jīng)過研究和實(shí)際總結(jié)，主要是大氣壓力，大氣溫度和大氣濕度的影響。為此，我們采用氣壓表和干濕溫度計(jì)來測定這些氣象元素，然后按一定的數(shù)學(xué)模型對所測距離進(jìn)行氣象改正。    大氣壓的單位有毫米汞柱(mmHg)和毫巴(mb)兩種，不同的氣壓表的氣壓單位可能有不

18、同。國際單位制的大氣壓1m-mHg=1333224Pa，lmb=102Pa，在使用中應(yīng)注意這些單位的換算。    溫度計(jì)常用通風(fēng)干濕溫度計(jì)，由兩支水銀溫度表和一個(gè)機(jī)械通風(fēng)器組成，兩支水銀溫度表：一支是干球溫度表，另一支溫度表(其球部必須包括抄紗套，紗套須保持濕潤)是濕球溫度表，分別測定干、濕空氣的溫度。    2氣象元素的測定    在電磁波測距中，電磁波往返于大氣介質(zhì)的整條測線，大氣狀況如何是決定測距線的大氣狀況。    測距之前，先

19、要把氣壓表、溫度表打開，氣壓表要擺平，放在測距儀(或反射器)附近同高的陰涼處。讀數(shù)前應(yīng)輕敲氣壓表，用以克服內(nèi)部構(gòu)件的遲純現(xiàn)象。讀數(shù)時(shí)應(yīng)讀至最少格值的0.1格，通風(fēng)干濕溫度計(jì)也要預(yù)先取出掛在測距儀(或反射器)同高的位置上，避免陽光照射，通風(fēng)狀況良好，懸掛經(jīng)一定時(shí)間(約15分鐘)開始觀測，觀測前上緊發(fā)條，待通風(fēng)口轉(zhuǎn)動4分鐘后才能讀取濕度值。讀數(shù)要迅速準(zhǔn)確，二支水銀濕度表應(yīng)讀至02。    不同測距精度等級對測記的要求見表39。         3.測距作業(yè)要求 

20、0;  在選點(diǎn)及選定測距邊時(shí)，測線不宜通過煙囪、散熱塔、散熱池等發(fā)熱體上空；測線應(yīng)離開地面13m以上；要避開高壓線等強(qiáng)電磁場的干擾；還應(yīng)注意，測距邊的傾角不宜過大，經(jīng)分析，作為三等起始邊，a4°，作為四等起始邊，a5°44，才能保證用三角高程進(jìn)行距離傾斜改正時(shí)的精度，若傾角大于以上規(guī)定時(shí)，須用水準(zhǔn)測量出其高差。    觀測過程中，應(yīng)符合以下要求：    (1)測邊時(shí)應(yīng)在成像清晰和氣象條件穩(wěn)定時(shí)進(jìn)行，雨、雪和大風(fēng)天氣不宜作業(yè)，不宜順光、逆光觀測，晴天作業(yè)要給測距儀撐傘，嚴(yán)禁將儀

21、器照準(zhǔn)頭對準(zhǔn)太陽；    (2)當(dāng)反光鏡背景方向有反射物時(shí)，應(yīng)在反光鏡后方遮上黑布；    (3)當(dāng)觀測數(shù)據(jù)超限時(shí)，應(yīng)重測整個(gè)測回。當(dāng)觀測數(shù)據(jù)出現(xiàn)分群時(shí)，應(yīng)分析原因，采取相應(yīng)措施后重新觀測；    (4)氣壓表宜選用高原型空盒氣壓表，溫度計(jì)宜采用通風(fēng)干濕溫度計(jì)；    (5)測距儀架設(shè)后，測站、鏡站不準(zhǔn)離人，測距后，要立即讀取相應(yīng)的垂直角，量取儀器高、梭鏡高、垂直角讀至秒，儀器高量至毫米；    

22、(6)當(dāng)測量高精度的邊或長邊時(shí)，應(yīng)選在日出后一小時(shí)左右或日落前1小時(shí)左右的時(shí)間內(nèi)觀測。    五、光電測距成果處理    通過外業(yè)獲得觀測成果以后，必須對觀測值進(jìn)行氣象改正，加常數(shù)、乘常數(shù)改正，傾斜改正，歸心改正，投影改正后，才能得到高斯平面上的長度，由于以上改正公式來源，推導(dǎo)過程較復(fù)雜，此處我們只講述具體的公式及運(yùn)用。    1氣象改正    由于儀器設(shè)計(jì)測尺頻率時(shí)確定一種氣象狀態(tài)(簡稱參考狀況：PR、tR、eR)為依據(jù)，而實(shí)測時(shí)的氣

23、象狀態(tài)(簡稱實(shí)際氣象狀況：P、t、e)與參考狀況不一致，于是引起氣象改正，計(jì)算改正數(shù)公式為：    Dtp=D(nR-na)                                     &

24、#160;           (321)    式中：    D測量的邊長、單位mm；    nR儀器設(shè)計(jì)確定的氣象參數(shù)下的群折射率；    na測距時(shí)實(shí)際氣象條件下的群折射率。    nR、na的計(jì)算公式是：       &#

25、160; 式中：    na標(biāo)準(zhǔn)氣象條件（to=0，po=760mmHg,eo=0mmHg）下的群折射率。        p、pR大氣壓，以mmHg為單位。    t、tR空氣溫度，以為單位。    e、eR水蒸氣壓力，以mmHg為單位。    e=E-0.000662（t-t）（1+0.001146t）p   

26、60;     E=4.58×10    式中E飽和水蒸氣壓力            t濕度，即濕溫（）    87    測距儀發(fā)光管光波波長，以um為單位。    現(xiàn)以DI4L紅外測距儀為例說明公式運(yùn)用：    DI4L紅外測

27、距GaAs紅外光載波波長 =0.885um，大氣參考點(diǎn)為tR=12,PR=760mmHg,eR=0,求出大氣參考點(diǎn)的折射率和一般大氣狀況下測距時(shí)紅外光的折射率公式。    將以上參數(shù)代入式3-23、或3-22，得：    no=1.00293954    nR=1.00028158    將nR=1.00028158,PR=760mmHg,tP=12代入式3-24得      

28、  于是，DI4L測距儀的氣象改正公式是             由于各種測距儀氣象參考點(diǎn)不一樣，故各有自己的氣象改正公式。實(shí)際工作中，一般是查閱儀器使用說明書中的氣象改正公式。         儀器加常數(shù)是由于儀器內(nèi)光路棱鏡等效反射面和儀器安置中心不一致，以及鏡站棱鏡反射鏡等效反射面和反射鏡的安置中心不一致而產(chǎn)生的。    測距儀加常數(shù)

29、K可以通過六段比較法或六段組合法等方法    （此處不展述）檢定便得知，測距時(shí)只要把檢驗(yàn)的K值加到觀測值中去即可消除加常數(shù)K的影響，即    DK=K                         (3-28)    DK=Dtp+K &

30、#160;                       (3-29)    式中Dtp經(jīng)氣象改正的測距邊長；    DK加常數(shù)改正后的測距邊邊長；    3.乘常數(shù)改正DR    DK=R·DK

31、60;   DR=DK+DR    式中R通過測距儀檢驗(yàn)求得的乘常數(shù)；    DR經(jīng)乘常數(shù)改正后的測距邊長。    4.邊長傾斜改正Dh    邊長傾斜改正實(shí)質(zhì)上是將傾斜邊長按所測的垂直角化算為平距。但按化算的高程面，有三種情況，即平均型，測站型和鏡站型，其計(jì)算化式如下：    （1） 平均型平距化算公式    Dh=DR

32、83;cos(a+14.09·DR(km)    Dh=Dh-DR    式中：a為測站A觀測鏡站B的垂直角；DR（km）為乘常數(shù)改正后以Km為單位的測距邊長；Dh為相對A、B兩點(diǎn)平均高程面上的平距。    （2） 測站型平距化算公式         DhB=DnB-DR          

33、;               （3-35）    式中：DnB表示相對于鏡站B高程面上平距，Z仍是A站站測B站目標(biāo)的天頂距，其他符號含義與前面相同。    5.歸心改正De    如圖3-20所示，測距儀和反射器都有偏心的情況。圖中，A、B分別表示測站，鏡站的標(biāo)中心；A、B為測距儀，反射器的安置中心；e、e為測站、鏡站的偏心距；、為偏心角（偏心角是以A、B為中心分別從e、e方向順時(shí)針至測線方向的角度）。經(jīng)推導(dǎo)，得歸心改正公式為    De=-(e·cos+e·cos)    De=Dh+De (3-36)    式中，De為經(jīng)歸心改正后的測距邊長度。D