第四章距离测量和直线定向• 学习目标：学习光电测距、尺子量距和光学测距三种距离测量原理与方法，在掌握现代光电测距技术原理与方法基础上，掌握钢尺量距、光学视距基本方法。
第一节 光学测距原理与方法• 一、概述• 1.基本原理：根据几何光学原理，应用三角定理进行测距的技术。
• 余切定理可知A 、B 二点的距离D 为• 2.光学测距方式：光学测距的方式依角度和尺长的测量方法不同而异。
• 二、视距法测量距离• 视距法测距是利用测量仪器望远镜十字丝的上、下丝获得尺子刻划读数M 、N ，从而实现距离测量技术。
3.平视距测量方法：• 1)经纬仪望远镜视准轴处于水平状态瞄准直立的尺子(如木制标尺)； • 2)利用望远镜读取上、下丝所截的尺面上刻划值M 、N(l 上、l 下)； • 3)按计算距离D 。
• l=N-M= l 下-l 上 • D=100⨯l22γctg l D =4.斜视距测量平距计算公式•A点安置经纬仪，B立尺；•测竖直角为 ，•读数为M、N(l上、l下)，•计算：•D AB=100(l上-l下)×cos2α第二节距离丈量•一、概述•传统上所谓的尺子量距方法。
•钢尺量距基本工作：定线、丈量、计算。
•钢尺量距方法：•一般量距方法、精密量距方法。
二、钢尺一般丈量法• 1.准备工作：•1)主要工具：钢尺、垂球、测钎、标杆等。
钢尺完好，刻划清楚。
•2)工作人员组成：主要工作人员是拉尺、读数、记录共2--3人。
•3)场地：比较平坦，已定线，并插有测钎。
• 2.丈量工作：•1)往测：从A丈量至B，逐段丈量整尺段n，尺段长为l o；最后丈量零尺段长q。
长度为D往；•2)返测：从B丈量至A，返测全长长度为D返。
• 3.计算与检核：•1)计算 D往=n l o往+q往• D返=n l o返+q返• 2)检核 ΔD=D 往-D 返 • 三、精密量距方法 • 1.准备工作：• 1)工具：钢尺、弹簧秤、温度计等。
检验钢尺，且有尺长方程式。
• l=l o +Δl o +α(t-t o )l o • 2)人员：主要5人。
• 3)场地：(1)经整理便于丈量；(2)定线后的分段点设有精确的标志2.精密量距。
一尺段丈量方法：• 1)拉尺。
拉尺员拉挂有弹簧秤的钢尺，拉力指示为100N (30米) ，钢尺面刻划与分段点标志对齐。
• 2)读数。
二位读数员依次读取分段点标志横线所对的钢尺刻划值。
前端读数员读至cm ，后端读数员读至0.5mm ，如前端读数l 前=29.9800m ，后端读数l 后=75.5mm 。
• 3)记录。
记录l 前、 l 后，计算尺段丈量值 l’= l 前- l 后。
• 4)重复丈量。
按步骤1)、2)、3)重复丈量和记录，计算获得l”、l”’。
• 5)检核。
Δl 容=±2～3mm 。
• 6)记录温度t ，抄录尺段高差h 。
3.计算：• 1)二项改化计算:• (1)各尺段尺长改正数Δl i 计算： • (2)各尺段温度改正数计算： • 二项改正后的尺段长为 • 2)平距化算： • 2)计算与检核：第三节 红外测距• 光电测距，即是以光和电子技术测量距离。
或者说，以光和电子测量距离的技术。
• 光束速度c 经过了二倍的距离，即2D ；同时，测距仪测出光束从发射到接收期间的时间t 2D 。
根据速度乘以时间得路程的原理，便可知，2D=c ×t 2D ，• 实现式(3-1)的基本条件：t 2D 的测定，相位法、脉冲法Dct D 221=二、相位法测距原理• 实质:利用测定光波的相位移代替测定t 2D 实现距离的测量。
• 1．光的调制：• 使发射的光束成为一种光强度有规律明暗变化的调制光波。
A-B-A • 2．距离D 与相位移的关系：3.测尺和尺段：• ϕ=2π(N+ΔN) • D=u ×(N+ΔN)• u 称为测尺，N 称为整尺段，ΔN 称为尾尺段。
• 4.组合测距过程：D=u ×ΔN•1)设测尺。
相位法按上式采用多测尺组合测距过程。
如采用u 1、u 2，• 一般地设f 1≈15MHZ ，精测尺u 1=10m ，• f 2≈150kHZ ，粗测尺u 2=1000m 。
2 )组合测距过程• D=u ×ΔN• (1)以u 1测量距离得ΔN 1。
例如ΔN 1=0.8654，把ΔN 1及u 1代入式(3-9)得D 1=8.654m 。
• (2)以u 2测量距离得ΔN 2。
例如ΔN 2=0.9875，把ΔN 2及u 2代入式(3-9)得D 2=987.5m 。
• (3)组合完整的距离值。
将u 1、u 2测量距离值组合为完整的距离值，如图，其中的7.5不显示，则组合的距离值是988.654m 。
ft Dπϕ22=fc D πϕ221⨯⨯=112f c u =222f c u =三、相位法测距仪的基本结构• 1.调制信号发生器：发出调制信号对光源进行调制；同时发出参考信号e r给测相装置。
• 2.光源：一般采用砷化镓发光二极管(GaAs，红外光) ，直接受调制信号控制发射调制光波(频率为f) 。
• 3.接收装置：接收反射回测距仪的调制光波，把接收的光转换为电信号e m，该信号提供给测相装置。
• 4.测相装置：在测相装置通过对电信号e m、参考信号e r进行相位比较测定 N和ΔN，在处理方法上利用自动数字测相电子电路技术把相位移 转换成距离D直接显示出来。
• 5.反射器：精密测距的合作目标。
• 6.电源红外测距仪及其使用•一、红外测距仪的类型•红外测距仪，是以发射红外光的光源装备的光电测距仪。
• 1.类型：按测程：短程测距仪，中程测距仪，远程测距仪，超远程测距仪。
按基本功能的类型有：•1)专用型：只用于测量距离。
•2)半站型：测距仪与光学经纬仪组合在一起，称为半站型仪器。
•3)全站型：测距仪与光电经纬仪组合的仪器，或者测距仪与光电经纬仪结合为一体化仪器，称为全站型仪器，简称全站器。
二、红外测距仪的技术指标• 1.测距精度： m=±(a+bD) m=±(5mm+5ppm.Dkm )• 2.测程：在满足测距精度的条件下测距仪可能测得的最大距离。
• 1.2km～3.2km。
与大气状况及反射器棱镜数有关。
•三、红外测距仪主要设备• 1.测距仪主机：外貌：前面板，操作面板。
2.反射器•单棱镜、三棱镜反射器直角棱镜反射器有三个特点：•1)反射器的入射光线和反射光线的方向相反，且线径互相平行。
•利于瞄准目标•2)可以根据测程的长短增减棱镜的个数。
•3)反射器有本身的规格参数。
反射器与测距仪配合使用，不要随意更换。
•测程短 1km 测程长3km3.蓄电池、充电器• 4.气象仪器四、红外测距仪的一般使用• 1.基本操作(半站型)•1)经纬仪和反射器的安置。
•2)测距仪的安置。
•(1)安装电池。
(2)把测距仪装载在经纬仪的支柱上。
•3)瞄准反射器。
•(1)经纬仪瞄准反射器。
觇牌中心。
•(2)测距仪瞄准反射器。
•4)开机检查。
•5)测距。
正常测距、跟踪测距、连续测距、平均测距。
•6)测量气象元素。
•7)关机收测。
• 2.红外测距仪使用中的注意问题：•测线环境要求：大气透明度比较好，测线没有障碍物；测线上只架设一个反射器，不得存在多个反射器；测线上没有强烈光源，太阳光不得对射测距仪。
光电测距成果处理•一、仪器改正。
主要内容：加常数改正。
•测距仪在一条已知边的测距结果总与已知边相差的一个固定值，就是测距仪的加常数，用k 表示。
k值可通过检定测距仪(包括反射器)得到。
•二、气象改正。
• 1.气象改正原理公式• 2.气象改正实用公式：测距仪光源不同，参考气象元素不同，按原理公式推证的实用公式也不同。
•1)红外测距仪的气象改正的实用公式•气压单位kpa，温度单位摄氏℃，ΔD tp单位毫米，D okm以单位公里。
第四节直线定向•一、方位角及其类型• 1.方位角的概念：指的是两个地面点构成的直线段与指北方向线之间的夹角。
方位角是以指北方向线为基准方向线，并按顺时针旋转方向转至直线段所得的水平角。
• 2.方位角的类型：•1)真方位角:以真北方向线为基准方向线的方位角，用A表示。
•2)磁方位角:以磁北方向线为基准方向线的方位角，用M表示。
•3)坐标方位角:以轴北方向线为基准方向线的方位角，用α表示。
二、坐标方位角的确定• 1.已知点之间的坐标方位角的计算:•1)计算公式：•Δx=x2-x1，Δy=y2-y1•2)注意事项:•①当Δy<0时•②坐标方位角与的关系2.利用已知方位角和水平角计算观测边的坐标方位角:• 1)实例:地面点有A、B、1、2、3，已知坐标方位角αAB，水平角β1、β2、β3，应计算D1、D2、D3各边相应的坐标方位角是αB1、α12、α23。
•αB1=αBA +β1=αAB +180°+β1•α12 =α1B-β2=αB1+180°-β2=αAB +2×180°+β1-β2•α23 =αAB +3×180°+β1-β2+ β3⎪⎭⎫⎝⎛∆=-sxAB1cosα22yxs∆+∆=()245cos3601-⎪⎭⎫⎝⎛∆-︒=-sxABα2)注意: ①每条边坐标方位角的计算依次进行，其结果应是少于360°的正数；②计算中应顾及正反方位角的关系。
• 3.坐标方位角是计算点位坐标的重要参数:•x1=x B+∆x B1=x B+D1cosαB1•y1=y B+∆y B1=y B+D1sinαB1坐标方位角是计算点位坐标的重要参数三、罗盘仪测定磁方位角•基本组成部分:罗盘盒，望远镜，基座。
•罗盘盒：装有度盘、磁针。
•望远镜视准轴与度盘0°至180°的连线平行，连线跟随望远镜转动。
•测定磁方位角的方法:•1)安置罗盘仪和目标。
罗盘仪在一地面点A对中整平。
•2)瞄准目标。
利用罗盘盒下方的制动微动机构，转罗盘仪的望远镜瞄准目标。
•3)读数。
磁针自由摆动正常，磁针静止所指的度数为磁方位角M AB。
•4)返测磁方位角。
数的凑整规则•“四舍”•56.15346，保留二位小数，取56.15。
•“五入”•π=3.141592653，保留四位小数取3.1416。
•“奇进偶不进”。
•56.765，保留二位小数，凑整为56.76；如数56.735，保留二位小数，凑整为56.74。
•测量数字结果的取值要求。
