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第5章 距离测量

 

（一）学习目标：认识距离测量设备的组成部分及其用途，清楚距离测量原理，掌握距离测量方法。通过实验，达到独立操作仪器设备，完成水平距离的测量、检核、成果整理所必须具备的实践能力。建立直线定向的概念，能够熟练地进行方位角的有关运算。
1.认识距离丈量工具，了解钢尺量距的一般方法和精密方法，学会量距成果的整理。了解钢尺检定的方法。
2.清楚视距测量的原理，掌握用视距测量的方法进行水平距离和高差的测定。
3.了解光电测距仪相位法测距原理，初步掌握用光电测距仪测量距离的方法。
4.认识全站仪，清楚全站仪使用过程。
5.清楚标准方向的建立，方位角之间的关系，方位角的推算。
6.了解距离测量过程中的误差影响及其防止、消除、削弱误差的方法。

（二）主要知识点：


一、概述
确定两点间距离的工作称为距离测量。距离测量方法中常用的有卷尺量距、视距测量和电磁波测距等。卷尺量距方便、直接，且使用的工具成本低；视距测量利用经纬仪或水准仪望远镜中的视距丝和视距尺按几何光学原理进行测距；磁波测距是用仪器发射及接收红外光、激光或微波等，按其传播速度及时间确定距离。


二、钢尺量距的工具
1、钢尺
钢尺是钢尺量距的主要工具，钢尺为钢制成的带状尺，尺的宽度约10—15mm，厚度约0.4mm。长度有多种，常使用的有30m尺和50m尺等。钢尺全长都刻有毫米分划，米、分米、厘米处都有数字注记，尺的注记为零的一端有拉环，钢尺可绕在尺架上携带和保护。用于量距的尺还有皮尺、因瓦基线尺。
2、钢尺量距的辅助工具
钢尺量距的辅助工具有：标杆、测钎、垂球、拉力计（弹簧秤）和温度计、圆水准器等。
拉力计（弹簧秤）和温度计主要原因用于精密量距时。


三、钢尺量距的方法
钢尺量距的基本步骤是：直线定线、量距和数据整理。
1、直线定线
两点间的距离大于尺长时，需分段丈量。将各分段点置于一条直线上的工作
叫直线定线。
直线定线方法有目测法和仪器法两种。
（1）目测法直线定线
目测标定分段点使之位于同一直线上的方法叫目测法直线。在某两端点AB间定线时，先在两端点上竖立标杆，一人站其中的一端点如A点标杆后约1m处，指挥另一人左右移动标杆，直到两端点标杆与另一人手持的标杆位于同一线上，另一人持杆位置即为第一个分段点，用测钎或小钉标出。注意定线时应由远到近如由B向A定点。
（2）仪器法定线
高精度量距中要用经纬仪定线。直线两端点间通视时，先置经纬仪其中一端点，瞄准另一端点，固定照准部，纵转望远镜指挥定点员，左右移动标杆或垂线，直至标杆成像的几何中心与纵丝所在几何中心重合。标杆或垂球线处的点即为与
两端点位于同一直线上的点。
2、钢尺一般量距法
钢尺（或皮尺）量距时作业人员需5人（根据量距方法而定），分别担任拉尺、读数和记录等工作。钢尺量距分为一般量距和精密量距两种。
（1）平坦地区量距
地面平坦时可使钢尺沿地（拖地）丈量，丈量AB距离可先从A向B进行（往测）。为检核丈量结果的提高测量精度，需由B 向A 丈量BA点间之距（返测），司尺员应调换位置。往返丈量距离的差数的绝对值与该距离的往返均值之比称为丈量的相对精度或称相对误差即：
|往测—返测|/往返均值=1/M
符合要求时，取往返测均值作AB之距的最终结果。
（2）沿倾斜地面量距
当倾斜地面坡度一致时，可沿斜面分段拖地丈量斜距，加倾斜改正得到平距，
该法称为倾斜量距法。
（3）水平量距法量距
在坡度小但地形变化比较复杂的地面量距时可采用水平量距法。用该法量距时，后尺员持钢尺零端并将其对准地面点A标志中心，前尺员拉紧钢尺，目测使钢尺水平并用测钎，或用花杆、垂球，将钢尺末端或某一整分划处投到地面，并
插一测钎，这样可直接测量该尺段的水平距离Di。
3、精密量距法
当测距精度要求高时，要用精密量距方法。钢尺精密量距精度可达1/3000-1/10000或更高。
精密量距前首先要对钢尺进行检定，求出尺长方程式；定线必须采用仪器法，场地中障碍物应清除，尺段点按坡度变化点和尺长确定，用预先设有标志的木桩或水泥桩标定，桩面应高出地面10cm左右；尺段端点高差一般用水准测量方法测定；量距时应施加标准拉力；测记钢尺表面温度（无此条件时可测气温）；实
测斜距应进行尺长改正、温度改正和倾斜改正。
（1）钢尺长度检定
A、尺长方程式
精确的钢尺在出厂时或进行重要测量时均应检定，其长度用尺长方程式表示：
式中：—钢尺在温度t时的实际长度；—钢尺名义长度；—尺长改正数；
*——钢尺的线膨胀系数，其值一般约为/℃；
—钢尺检定的标准温度；—钢尺实测时的温度。
B、钢尺检定的方法
对钢尺进行检定即是求出标准温度时的尺长改正数。
1.以已有尺长方程式的钢尺（标准尺）长作为已知长度，称为比长检定法。
设有两根钢尺的线膨胀系数相同，将标准钢尺和被检定钢尺加上规定的拉力进行比较，得出其差值，计算出被检定钢尺的尺长方程式。
例：设1号标准钢尺尺长方程式：
2号检定钢尺名义长也是30m，两尺比较，1号钢尺比2号钢尺长0.007m，温度为24℃，则：，
即：
2.以称为基准线的两固定点间的距离为已知长度，称为基线场检定法。
在地面上埋设两个固定点作为基准线，用已有尺长方程式的标准钢尺进行若干次丈量，以其平均值作为这条基准线的真实长度。基准线长度一般为钢尺长度的若干倍。
C、直线丈量的误差来源
直线丈量的精度—最差1/3000；中等1/5000；最高1/10000（加各项改正）
直线丈量的误差来源：
1.尺长本身的误差
钢尺名义长度是不准确的，若不按尺长方程式进行改算，则其中包含了尺长误差，而此误差用往返测量是检查不出来的，距离越长，误差越大。此误差性质是系统性的。
2.温度变化的误差
一般而言，对钢尺每米每度温差变化的影响只有1/8万，但如果温差为10度，距离为100米，则其温度变化对距离的影响为12毫米，对精密量距来说，这是不容忽视的。此项误差的性质也是系统性的。
3.拉力误差
拉力的误差较小，经过分析，其最大的误差影响约为距离的1/1.6万，其性质可正可负，在实际精密丈量中可弹簧秤加标准拉力。
4.丈量本身的误差
丈量本身的误差包括很多方面，如：对点误差、插测钎的误差、读数误差、凑整误差等影响，这些误差本身并不大，其性质又可正可负，因此总的影响很小。
5.钢尺垂曲的误差：钢尺悬空丈量时中间下垂而产生的误差。
若钢尺垂曲而又不加考虑，则其误差是系统性的，使所测边长增大，应加以改正。
6.钢尺不水平的误差
测量要的是水平距离，而钢尺不水平则使得所测距离为斜距，使实际值增大。如：边长为30m，尺子倾斜高差达0.4m，则使距离增长约2.67mm，相对误差为1/1.1万，要求尺子的倾斜高差小于0.4m是很容易达到的，因此其影响很小。
7.定线误差
分段丈量时，距离也应为直线，定线偏差使其成为折线，与钢尺不水平的误差性质一样使距离量长了。前者是水平面内的偏斜，而后者是竖直面内的偏斜。当然这项误差也是很容易控制的。