第3章角度测量.

第三章角度测量角度测量是测量的基本工作之一，包括水平角测量和竖直角测量。水平角测量用于确定点的平面位置。竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离。常用仪器经纬仪、全站仪3.1角度测量原理ABOA1B1O1O2ββab水平面3.1.1水平角及其测量原理a、水平角：一点至两目标的连线垂直投影到水平面上的夹角。b、原理：OA投影在水平度盘上读数为a，OB投影在水平度盘上读数为b。则：ab角值范围：0˚~360˚，值为负时加上360°。3.1.2竖直角测量原理1、定义：在同一竖直面内，仪器中心至目标的倾斜视线与水平视线所夹的锐角。角值范围：-90~+90°视线向上倾斜，称仰角，α为正值；视线向下倾斜，称俯角，α为负值。2、原理：α=目标视线读数—水平视线读数α1α2所谓天顶距，即在同一竖直面内，视线与过测站铅垂线指天方向之间的夹角，如下图中的Z所示。天顶距的取值范围为0°～180°。从图中不难看出，天顶距与竖直角之间的天顶距Z与竖直角α之间的关系为：Z=90°-αZ—天顶距3.1.3天顶距及其与竖直角的关系由此可见，为完成水平角和竖直角的测量，测角的仪器就必须具备能置于水平位置的水平度盘、处于竖直位置的竖直度盘和能在水平方向左右旋转，而且也能在竖直方向上下旋转，用于瞄准不同方向、不同高度目标的望远镜。而经纬仪就是根据上述原理制作的。经纬仪是进行角度测量的仪器，按精度分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6等。D—大地测量仪器J—经纬仪数字—测角精度(一测回方向观测中误差，单位为秒)其中DJ07、DJ1、DJ2属于精密经纬仪，DJ6属于普通经纬仪。按读数系统分为:光学经纬仪、电子经纬仪。3.2经纬仪一、DJ6光学经纬仪的构造DJ6光学经纬仪包括照准部、水平度盘、基座三大部分。垂直制动水平微动读数目镜水平度盘转换轮垂直微动光学对点器补偿器转换钮望远镜圆水准器3.2.1普通光学经纬仪1、照准部照准部是位于水平度盘之上、能绕其旋转轴旋转的全部部件的总称。它包括望远镜、读数设备、竖直度盘、支架、照准部水准管、照准部旋转轴和光学对中器等。望远镜是照准部的主要部件，用于观测远处目标和进行准确瞄准，经纬仪望远镜的构造与水准仪的望远镜基本相同，望远镜可绕横轴旋转，望远镜转动时，竖直度盘随之转动。2、水平度盘水平度盘是进行读数的主要部件，如图3.4所示，由光学玻璃制成的精密刻度圆盘，在圆盘上刻有一圈0º～360º顺时针注记的分划线，每个分划值一般为1º。在测角过程中，水平度盘与照准部的关系是分离的，即水平度盘不随照准部转动；若要改变水平度盘的位置，可利用度盘变换手轮将度盘转到所需要的位置。垂直制动水平微动读数目镜水平度盘转换轮垂直微动光学对点器补偿器转换钮望远镜圆水准器3、基座基座是支撑仪器的底座，包括轴座、脚螺旋、三角形压板等。照准部连同水平度盘一起插入基座轴套后，用轴套固定螺旋(又称中心锁紧螺旋)固紧；轴套固定螺旋切勿松动，以免仪器上部与基座脱离而摔坏。仪器装到三脚架上时，须将三脚架头上的中心连接螺旋旋入基座底板，使之固紧。基座上的三个脚螺旋用来整平仪器的。圆水准器的作用仍然是粗略整平仪器。4、读数设备和读数方法光学经纬仪的读数设备包括度盘、光路系统和测微器。水平度盘和竖直度盘上的分划影像，通过一系列棱镜和透镜成像于望远镜旁的读数显微镜内。DJ6型光学经纬仪的读数装置可以分为分微尺测微装置和单平板玻璃测微装置两种。目前我国生产的DJ6光学经纬仪大都采用分微尺测微器读数装置。分微尺测微器又称显微镜带尺测微装置，如图3.5所示，在读数显微镜中可以同时看到两个读数窗，注有“一”、“H”或“水平”的都是水平度盘读数窗；注有“⊥”、“V”或“竖直”的都是竖直度盘读数窗。该装置设置了一个带有分划尺的分划板，分划尺全长等于度盘的一个计量单位，即1º的宽度，同时分划尺又分成60小格，每小格代表1＇，每10小格注记数字，表示10＇的倍数，不到1＇的读数可估读至0.1＇，即最小读数为6″。读数时，先读出位于分微尺60小格区间内的度盘分划线的度数，再以该度盘分划线为指标，在分微尺上读取不足1º的分数，并估读到秒数（秒数只能是6的倍数）。H：134°53′30″V：87°59′00″经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准和读数四项基本操作。（一）对中、整平目的：①使测点中心与仪器竖轴中心在同一铅垂线上；②使水平度盘处于水平位置。方法：有垂球对中和光学对点器对中两种，由于垂球对中精度较低，且使用不便，工程测量中一般采用光学对点器对中。二、光学经纬仪的使用方法光学对点器对中及整平的步骤：①安置仪器：高度适中，使测点在视场内；②强制对中：移动三脚架，使光学对点器中心与测点重合；③粗略整平：调节三脚架，使圆水准气泡居中；④精确整平：调节脚螺旋，使长水准气泡居中；⑤精确对中：移动基座，精确对中（只能前后、左右移动，不能旋转）；⑥重复④、⑤两步，直到完全对中、整平。（二）、调焦与瞄准目的：视准轴对准观测目标的中心。方法：①调节目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；②利用粗瞄器，粗略瞄准目标，固定制动螺旋；③调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰，注意消除视差；④调节制动、微动螺旋，精确瞄准。三、读数方法：①打开反光镜，使读数窗光线均匀；②调焦使读数窗分划清晰（注意消除视差）；③按不同的测微器直接读取水平、竖直度盘读数（度、分、秒，秒为估读且为6的倍数-J6经纬仪）。水平角：215˚06＇48竖直角：78˚52＇00J6光学经纬仪的读数方法一.读数原理：J6型光学经纬仪采用分微尺读数法。水平度盘和竖直度盘的格值都是1o，而分微尺的整个测程正好与度盘分划的一个格值相等，又分为60小格，每小格1'，估读至0.1'，注意估读数据一般为6的倍数。读数时，首先，读取分微尺所夹的度盘分划线的度数，再依该度盘分划线在分微尺上所指的小于1o的分数，二者相加，即得到完整的读数。二.读数方法：如图所示，读数窗中上方H（水平角）为水平度盘影像，读数度，分，秒读数分别为：215，6，48（秒为估读值），最终读数结果为：215o06'48''；读数窗中下方V（竖角）为竖直度盘影像，读数原理与水平角H的读数原理相同，读数为：78o52'30''。DJ2级光学经纬仪的读数方法近年来生产的DJ2级光学经纬仪，都采用了数字化读数装置。如图3-9所示，右下方为分划重合窗，右上方读数窗中上面的数字为整度数，凸出的小方框中所注数字为整10′数；左下方为测微尺读数窗。图3-9DJ2光学经纬仪读数窗测微尺刻划有600小格，每格为1〞，可估读至0.1〞。测微尺读数窗左边注记数字为分，右边注记为10〞。读数步骤如下：1．转动测微轮，使分划重合窗中上、下分划线重合，见图3-9（b），并在读数窗中读出度数；2．在凸出的小方框中读出整10′数；3．在测微尺读数窗中读出分及秒数；4．将以上读数相加即为度盘度数。如图3-9（b）中度数为96°37′15〞。图3-9DJ2光学经纬仪读数窗观测竖直角时读数方法同上，只是必须转动换像手轮，使度盘从水平度盘到竖直度盘。120°24′54.1″3.3水平角观测观测水平角的方法，一般根据精度、使用的仪器、观测目标的多少而定。常用的方法有测回法和方向观测法两种。测回法：适用于观测只有两个方向的单角。方向法：当一个测站上观测方向有三个或三个以上时，需同时测出多个角度。3.3.1测回法（只有两个方向）OMN1、操作步骤①安置仪器于O点，对中整平；②正镜（盘左），瞄准M点，度盘归零或略大于零，读数；③顺时针转动仪器，瞄准N点读数；以上称为上半测回④倒镜（盘右），瞄准N点读数；⑤逆时针转动仪器，瞄准M点读数；以上称为下半测回盘左、盘右两个半测回合称为一个测回。当测角精度要求较高时，需观测多个测回：①第一测回,瞄准起始目标后,水平度盘调零；②其他各测回间按180˚/n（n为测回数）的差值，变换度盘；③各测回角值之差不得超过24；④取各测回平均值作为最后结果。测站˚＇竖盘目标水平度盘读数半测回角值一测回角值各测回角值备注˚＇˚＇˚＇第一测回O第二测回O左左右右MNMNMNMN0003668424868421268420918000242484230684206684215901012158523027010183385242684218684224684221测回法观测手簿表3.13.3.2方向观测法（目标多于两个）1、操作步骤①安置仪器于测站点O，对中、整平；②正镜（盘左），选择零方向C，配置度盘，顺时针依次照准目标D、A、B、C（归零），读数；③倒镜（盘右），瞄准零方向C，逆时针依次照准目标B、A、D、C（归零），读数；DCABO角值123456789˚＇方向观测法观测手簿测站觇点水平度盘读数盘左盘右2c平均读数一测回归零方向值各测回平均方向值˚＇˚＇˚＇˚＇˚＇OO第1测回第2测回CDBACΔΔCABDC00054792748142311828846300004218000242592730322310010846061800018-12-6+30+18+18+24+24+18+18+30+12+24000397927391423109288461800030（00034）00000792705142303528845440000079265914230292884547900106169275423231301846489001002700048349273642310019846362700036900057169274523231151846429000480000079265314230232884550（900052）7926596303301461518711413-6-12表3.218角值123456789˚＇方向观测法观测手簿测站觇点水平度盘读数盘左盘右2c平均读数一测回归零方向值各测回平均方向值˚＇˚＇˚＇˚＇˚＇OO第1测回第2测回CDBACΔΔCABDC00054792748142311828846300004218000242592730322310010846061800018-12-6+30+18+18+24+24+18+18+30+12+24000397927391423109288461800030（00034）00000792705142303528845440000079265914230292884547900106169275423231301846489001002700048349273642310019846362700036900057169274523231151846429000480000079265314230232884550（900052）7926596303301461518711413-6-12表3.2182、记录与计算(观测记录见表3.2)①归零差的计算:分别计算盘左、盘右两次瞄准起始方向读数之差Δ；Δ≤±18″（若Δ超限，应及时重测）②计算2c值（两倍视准误差）：2c=盘左读数-（盘右读数±180˚）一测回2c互差≤±60″，若2c互差超限，应及时重测。等级仪器型号光学测微器两次重合读数之差（’’）半测回归零差一测回中2C允许值(‘’)同一方向点各测回之差（’’）四等及以上DJ11696DJ228139一级及以下DJ2无121812DJ6无18无24水平角方向观测法技术要求2180）（盘右读数盘左读数平均读数④归零后方向值的计算：各方向平均读数分别减起始方向平均读数。⑤各测回归零后平均方向值的计算：各测回归零后方向值的平均值。⑥水平角的计算：相邻方向值之差，即为相邻方向所夹的水平角③各方向平均读数的计算：等级仪器型号光学测微器两次重合读数之差（’’）半测回归零差一测回中2C允许值(‘’)同一方向点各测回之差（’’）四等及以上DJ11696DJ228139一级及以下DJ2无121812DJ6无18无24水平角方向观测法技术要求测量计算中数字的凑整规则若以保留数字的末位为单位，则：1.当其后被舍弃的部分大于0.5时，则末位进一