第三章角度测量.

第三章角度测量§3-1角度测量原理§3-2DJ6经纬仪及其使用§3-3水平角测量§3-4竖直角测量§3-5电子经纬仪§3-1角度测量原理如图,设A、O、B是地面上不同高程的任意三点，a、o、b是这三个点沿铅垂线在同一水平面P上的投影。可以看出，水平面上的oa与ob之间的夹角β即为地面上OA与OB两方向之间的水平角。由此可见:从一点到两目标点的方向线，垂直投影在水平面上的夹角即为水平角。图3-1水平角测量原理β=b–a(3-1)`如图所示，在同一竖面内，视线方向与水平线的夹角则称为竖直角。用α表示，其角值在0o~90o间，视线在水平线上方的为仰角，α取正号，在水平线下方的为俯角，α取负号。由此可见，观测角度的仪器应具备以下条件：1.仪器要能安置在角顶上，而且仪器的中心必须位于角顶的铅垂线上；2.必须有能安置成水平位置的刻度盘，用来测读角值；3.必须有能在竖直和水平方向转动的瞄准设备及指示读数的设备。§3-2DJ6经纬仪及其使用现代经纬仪有光学经纬仪和电子经纬仪。光学经纬仪按其精度不同，可分为普通光学经纬仪和精密光学经纬仪两种。一般工程测量中常用的是普通光学经纬仪，故这里以普通光学经纬仪DJ6为例作介绍。“D”、“J”分别代表“大地测量”和“经纬仪”，“6”表示该仪器一测回方向观测中误差的秒数。一、DJ6经纬仪的构造(照准部、水平度盘和基座)1物镜2制动螺旋3微动螺旋4水平微动螺旋5轴座固定螺旋6脚螺旋7复测器扳手8水准器9读数显微镜10望远镜目镜11对光螺旋12竖盘指标水准管13反光镜14测微轮15水平制动螺旋16竖盘指标水准管微动螺旋17竖盘外壳DJ6级光学经纬仪二、仪器读数设备DJ6光学经纬仪的读数设备，只介绍分微尺读数装置。图中的水平盘读数为130°06′30″，竖盘读数为87°21′30″三、经纬仪的安置与使用经纬仪安置包括对中和整平，其目的是使仪器中心与地面点标志的中心在同一铅垂线上，并使水平度盘处于水平位置。1.对中打开三角架，并调节脚架高度与观测者适中，目估架头水平，使架头中心初步对准测站点标志。然后安上仪器，旋紧中心螺旋，挂上垂球，使垂球尖对准标志，踩紧脚架。若仍有偏差，可松动中心连接螺旋，让经纬仪在脚架上稍作移动，垂球尖对准后再拧紧螺旋。对中误差≤3mm。有些仪器装有光学对中器，可用光学对中器对中。2.整平3.瞄准与读数测角的瞄准标志一般是地面上的标杆、测钎或站标的中心，要求设置要垂直。瞄准目标前要调节目镜消除视差。然后用望远镜对向目标调焦，使成像清晰。最后固定照准部和望远镜制动钮，用相应的微动螺旋使十字丝精确对准目标（测水平角用竖丝，竖直角用横丝）。§3-3水平角测量水平角观测根据目标的多少采用不同的方法，有测回法和全圆测回法（方向观测法）。为了抵消仪器的某些误差和校核，通常采用盘左和盘右进行观测。所谓盘左，就是观测者对着目镜，竖盘在左侧，亦称正镜；反之，竖盘在右侧称为盘右或倒镜。一、测回法测回法是测角的基本方法，用于测定两个目标方向之间的水平角，如图3-7，仪器置于O点，观测目标为A、B，即欲测定∠AOB，其步骤如下：C盘左位置1.松开照准部和望远镜制动螺旋，精确瞄准左目标A，读取水平度盘读数a左，记入测角记录手簿中。2.松开照准部和望远镜制动螺旋，顺时针转动照准部，精确瞄准右目标B，读取水平度盘读数b左，3.盘左半测回水平角b左为b左=b左-a左（3-2）C盘右位置先瞄准右目标，逆时针转动照准部再瞄准左目标，可得盘右半测回的水平角b右为b右=b右-a右（3-3）C测回法水平角计算表3-1为测回法观测水平角记录，水平角总是以右目标读数减去左目标读数，不够减时则加360o。盘左、盘右两个半测回合在一起称为一个测回，若两个半测回之差不超过40时，则一测回水平角为b=（b左+b右）/2（3-4）表3-1测回法观测手簿测点半测回方向一测回平均方向各测回平均方向附注竖盘位置读数°′″°′″°′″°′″°′″A00136B635712635536A1800130B6355246355302435654左右二、方向观测法（全圆观测法）1.盘左位置如图，将水平度盘读数配置在稍大于0o的位置，选择一明显目标做起始方向（或称零方向），如以A为零方向，然后按测回法的方法顺时针依次观测B、C、D各方向，最后还按顺时针方向回到起始方向A，并再次读数，这叫归零.图3-16方向观测法将观测值记入手簿。A方向的两次水平度盘读数差称为半测回归零差。以上观测称为盘左半测回，或叫上半测回。2.盘右位置倒转望远镜成盘右位置后，同样瞄准起始方向A，然后按逆时针方向依次测出D、C、B各目标，最后回到目标A，并记录各目标水平度盘读数求出归零值。以上叫盘右半测回或下半测回。测回觇点读数半测回方向一测回平均方向各测回平均方向盘左盘右第一测回°′″°′″°′″°′″°′″2115A0001818000060000000000B7524482552430752427752421752415C16746423474618167462116746121674603D2181712381718218165121816572181703A000241800024表3-2方向观测法观测手簿根据精度不同，有时要观测几个测回，各测回间起始方向水平度盘的变换数为180o/n，要求与测回法相同。算例见表3-2。1）半测回归零差DJ6型经纬仪半测回归零差不允许超过6180。未超限，则取零方向两次读数的平均方向作为起始方向的方向值。2）两倍照准差2C同一方向盘左读数和盘右读数6180o之差称为两倍照准差（2C）。DJ6型经纬仪不允许超过3003）半测回的方向值半测回方向值就是各方向与零方向所夹的角。计算方法是将零方向的方向值化为零(08009000)，并把其他各方向值也均减去零方向两次读数的平均值，得到各个方向半测回的归零后的方向值。4）一测回的平均方向值即取两个半测回的方向值的平均值。5）各测回的平均方向值如果观测了若干测回，还应检查各测回同一方向值的互差，对于DJ6型经纬仪来讲，互差不应超过240，然后取各测回的平均方向作为该方向的最后方向值。各目标间方向值之差即为所需要的水平角。三、水平角观测注意事项1)仪器高度要合适，脚架要踩实，观测时手不得扶脚架和基座，走动时防止碰动脚架。2)对中要严格，误差小于3mm，整平误差在1格以内；3)应选择清晰、背景明亮、易于照准的目标点作为起始方向；4)目标要竖直，每次照准应尽量瞄准目标花杆下端或木桩的小钉上；5)观测结束后应立即进行计算，检查有无漏测方向及各项观测误差是否在限差以内，以免造成不必要的返工重测。§3-4竖直角测量由前述已知，在竖直平面内，倾斜视线和水平视线的夹角a称为竖直角。视线在水平线以上者为仰角，a为“+”，视线在水平线以下者为俯角，a为“-”。一、竖盘与读数系统图3-9是光学经纬仪竖盘与读数系统的示意图。当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，指标线所指的读数应为908的倍数，如908、2708，称为竖盘的始读数。图3-18竖盘读数与竖角计算二、竖直角计算竖盘注记形式不同，则根据竖盘读数计算竖直角的公式也不同，图3-10为常见的形式。本节以图3-10（a）所示的顺时针注记形式为例，加以说明。盘左时，a左=908-L(3-5)盘右时，a右=R–2708(3-6)将盘左盘右的两个竖直角取平均值，即得竖直角a的计算公式a=(a左+a右)/2=[(R–L)-1808]/2(3-7)在实际测量工作中，可以按照以下两条规则，确定任何一种注记形式（盘左或盘右）竖直角的计算公式：1）若抬高望远镜时，竖盘读数增加，则竖直角为a=瞄准目标读数-视线水平读数2）若抬高望远镜时，竖盘读数减小，则竖直角为a=视线水平读数-瞄准目标读数三、竖盘指标差由上述可知，望远镜视线水平且竖盘水准管气泡居中时，竖盘指标的正确读数应是908的整倍数。但是由于竖盘水准管与竖盘读数指标的关系难以完全正确，当视线水平且竖盘水准管气泡居中时的竖盘读数与应有的正确读数（即908的整倍数）有一个小的角度差x，称为竖盘指标差，即竖盘指标偏离正确位置引起的角值。竖盘指标差x本身有正负之分，一般规定当竖盘指标偏离方向与竖盘注记方向一致时，x取正，反之取负。图3-19竖盘指标差竖盘是顺时针方向注记时，a=908-(L-x)=a左+x(3-8)a=(R-x)–2708=a右-x(3-9)两者取平均值得竖直角a为a=(a左+a右)/2=[(R–L)-1808]/2(3-10)可见，式（3-10）与（3-7）计算竖直角的公式相同。说明采用盘左、盘右位置观测取竖直角平均值，其角值可以消除竖盘指标差的影响。若将式（3-8）减去式（3-9），则得x=[(R+L)-3608]/2(3-11)此式为不同竖盘注记形式的指标差的通用公式。四、竖直角观测方法1)在测站点A安置仪器，对中、整平；2)盘左位置：用望远镜十字丝的中丝切于目标B某一位置，转动竖盘水准管微动螺旋使竖盘水准管气泡居中，读取竖盘读数L；3)盘右位置：方法同第二步，读取竖盘读数R；4)计算竖直角和指标差。测站目标竖盘位置竖盘读数890竖直角竖盘指标差备注半测回890一测回890PA左864748+31212+31203-9读数估读到0.19，记录时写作秒数右2731154+31154B左972542-72542-72554-12右2623354-72606表3-3竖直角观测记录手簿竖盘指标差x对于同一台仪器在某一时间段内连续观测，其变化应该很小，可以视为定值。但由于仪器误差及外界条件的影响，使计算出的竖盘指标差发生变化。通常规范规定了指标差变化的容许范围，如城市测量规范规定DJ6型经纬仪观测竖角竖盘指标差变化容许值为250，同方向竖直角各测回互差的限差为250，若超限，则应重测。§3-5电子经纬仪随着光电技术、计算机技术和精密机械的飞速发展，使测角电子化和自动化成为现实。电子经纬仪利用光电转换原理和微处理器自动对度盘进行读数并显示于屏幕，自动记录、存储数据和完成某些计算，通过接口将数据传给计算机。将电子经纬仪、电子测距仪和电子手簿组合在一起，就成为多功能、高效率的全站仪，在测站上能同时测定和显示距离、水平角和竖直角，并能计算地面点的三维空间坐标。图3-21ET-02电子经纬仪外部构件电子经纬仪哎呀，太困了，休息一下水平角测量误差分析一、仪器误差二、观测误差（一）仪器对中误差与目标偏心误差（二）照准误差与读数误差三、外界条件影响仪器对中误差目标偏心误差1参考书目1.卞正富.测量学.北京.中国农业出版社，20022.韩熙春.测量学.北京.中国林业出版社，19983.李秀江主编，测量学，北京，中国林业出版社，2003