第一章-测量基础知识

任务十直线定向第一节三北方向第二节方位角与象限角第三节罗盘仪测定磁方位角第四节陀螺经纬仪测定真方位角第一节三北方向一、基本方向的种类直线定向：确定一条直线与一基本方向之间的水平角，以表示直线的方向，称为直线定向。真北方向：过地面某点真子午线的切线方向称为该点的真子午线方向，其北端所示方向，称为真北方向。真北方向可用天文测量方法测定，也可用陀螺经纬仪测定。第一节三北方向一、基本方向的种类磁北方向：磁针自由静止时所指示的方向称为磁子午线方向，其北端所指方向,称为磁北方向。磁北方向可用罗盘仪测定。坐标北方向：坐标纵轴(X轴)正向所示方向,称为坐标北方向，也称轴北方向。实用上常取与高斯平面直角坐标系中X轴平行的方向，因此各点的坐标北方向都是相互平行的。真北方向、磁北方向、坐标北方向，这三个基本方向合称为三北方向。第一节三北方向二、三北方相间的关系磁偏角：过一点的真北方向与磁北方向之间的夹角，用δ表示。子午线收敛角：过一点的真北方向与坐标北方向之间的夹角，用γ表示。符号规定磁北或坐标北方向在真北方向东侧时，δ与γ为正；磁北方向或坐标北方向在真北方向西侧时，δ与γ为负。第二节方位角与象限角一、直线定向的表示方法1.方位角对某一确定起点的直线，由在该起点处的基本方向起，顺时针至该直线方向的水平角称为该直线的方位角。方位角的取值范围是0°～360°。mAAmAAAm真方位角:磁方位角：坐标方位角：第二节方位角与象限角2.象限角以基本方向线北端或南端起算，顺时针或逆时针方向量至直线的水平角，称为象限角，用R表示。11111RRRROPOPOP2218022RRROPOP3318033RRROPOP4436044RRROPOP第二节方位角与象限角二、坐标方位角的计算正、反坐标方位角1802112已知未知180180PAAPABBAABAP坐标方位角推算第二节方位角与象限角二、坐标方位角的计算坐标方位角推算例1：已知求??CABC,65,52,63,90321AB32218018020718018031CACBBCABACCA2071803221803322BCCBCAABBABC解：第二节方位角与象限角解：02247180025741803445031361800510031802334218012230510001125180460036002417025736002417010035036010二、坐标方位角的计算坐标方位角推算例2：求图中各边坐标方位角。第三节罗盘仪测定方位角一、罗盘仪罗盘仪是用来测定磁方位角和水平角的简便仪器。望远镜式罗盘仪第三节罗盘仪测定方位角二、罗盘仪定向原理罗盘仪的分度盘随着照准设备转动，而磁针静止不动，照准设备的视准轴方向始终与罗盘度盘的南北方向线重合。使用时将罗盘仪置于方向线的一端，用觇板或望远镜瞄准方向线的另一端，读取度盘上磁针所指的读数，即为该方向线的磁方位角或磁象限角。罗盘仪一般用于独立测区的近似定向，以及线路和森林勘测。第三节罗盘仪测定方位角三、罗盘仪定向的操作步骤用望远镜罗盘仪测定地面一直线的磁方位角或磁象限角，其操作步骤如下：1）在测站上对罗盘仪进行对中整平；2）照准测线另一端目标，注意消除视差。3）松开磁针的固定螺旋，待磁针静止后，磁针北端所指的数值即为该直线的磁方位角（或磁象限角）。为了消除顶针偏离中心位置所带来的偏心误差，还应读出磁针南端的读数，两端读数的平均值作为观测结果。第三节罗盘仪测定方位角三、罗盘仪定向的操作步骤读数：如右图罗盘所示磁方位角：120mA60北西R磁象限角第四节陀螺经纬仪测定真方位角一、陀螺经纬仪JT15型陀螺经纬仪GYROMAT2000TDA5005+Y/JTG-1AGP1第四节陀螺经纬仪测定真方位角一、陀螺经纬仪陀螺仪的基本结构注：①陀螺马达②灵敏部③悬挂带第四节陀螺经纬仪测定真方位角二、陀螺仪定向原理陀螺的两个重要特性定轴性：在没有外力矩的作用下，陀螺转轴的方向始终指向初始恒定方向；进动性：在外力矩作用下，陀螺转轴产生进动，沿最短路程向外力矩的旋转轴所在铅垂面靠拢，直到两轴处于同一铅垂面为止。第四节陀螺经纬仪测定真方位角二、陀螺仪定向原理定向原理当陀螺仪的陀螺高速旋转，其转轴不在地面真子午线的铅垂面内时，陀螺转轴在地球自转的力矩作用下产生进动，向真子午线和地球自转轴所在的铅垂面靠近，于是陀螺的转轴就可以自动地指示出真北方向。高速旋转的自由陀螺的转轴在惯性作用下不会静止在真北方向，而在真北方向左右摆动(陀螺转轴东西摆动的最大振幅处称为逆转点)。因此，陀螺仪与经纬仪相结合，用经纬仪跟踪光标东西逆转点，并取其平均值，从而可求得真北方向。第四节陀螺经纬仪测定真方位角三、陀螺经纬仪测定真方位角在待测直线方向的起点架设陀螺经纬仪，对中整平后就可开始测量工作。定向：确定经纬仪望远镜的大致指向北方。•粗略定向：罗盘定向法和逆转点法•精密定向：跟踪逆转点法计算直线真方位角定向完毕后，按角度测量的方法测定待测直线方向值，就可由真北方向的观测值计算得到待测直线的真方位角。第四节陀螺经纬仪测定真方位角三、陀螺经纬仪测定真方位角粗略定向——逆转点法启动陀螺仪，转动经纬仪的照准部进行跟踪，当光标出现短暂定顿时，则跟踪到东（或西）逆转点，此时读取经纬仪水平度盘读数u1，松开制动螺旋，继续按前述方法跟踪西（或东）逆转点，并读取经纬仪水平度盘读数u2，取两次读数的平均值N,即得近似北方向在度盘上的读数：)(2121uuN第四节陀螺经纬仪测定真方位角三、陀螺经纬仪测定真方位角精密定向——跟踪逆转点法经纬仪视准轴指向近似北方向时，固定照准部。启动陀螺仪，在陀螺达到额定转速时，放下陀螺灵敏部，并进行限幅，然后用微动螺旋跟踪光标，连续对东西逆转点跟踪5次，则陀螺所定的真北方向值N为：)(31)2(21)2(21)2(21321453334222311NNNNuuuNuuuNuuuN第四节陀螺经纬仪测定真方位角三、陀螺经纬仪测定真方位角计算直线真方位角定向完毕后，按角度测量的方法测定待测直线方向值，就可由真北方向的观测值计算得到待测直线的真方位角。0vNLAL：直线方向值，是观测N值前后在测站上各用正倒镜照准直线端点观测，取4次观测值的平均值。Δ：仪器常数改正值；v0：陀螺仪悬带零位改正值。思考题1.什么是直线定向？直线定向的基本方向有那几种？它们之间存在什么关系？2.何谓磁偏角和子午线收敛角？它们的正负符号是怎样规定的？3.坐标方位角与象限角之间是怎样换算的？4.怎样用罗盘仪测定直线的磁方位角？5.为什么陀螺仪能确定真北方向？6.用陀螺经纬仪怎样测定直线的真方位角？怎样计算测线的坐标方位角？