工程测量第三章(角度测量).

第3章角度测量3.1水平角测量原理如图：①观测BA、BC方向线间的夹角；②将三点沿铅垂方向投影到水平面P上得到b、a、c三点；③ba、bc的夹角就是BA、BC方向线之间的夹角；可以设想在点B处水平有一带刻度的圆盘（刻度顺时针标记），过方向线BA、BC的铅垂面在圆盘上的读数为a、c，则夹角β=c-a。水平度盘caacABCb水平角：地面上一点到其它两目标的方向线到同一水平面上的铅垂投影所形成的夹角。要具有测量水平角的功能的仪器，必须满足以下条件：①具有圆周上带有均匀刻度的圆盘并能够精确读取圆盘读数的读数装置；②具有保证圆盘水平的整平装置；③仪器具有能够在水平方向和竖直方向转动的瞄准设备；④具有保证圆盘中心和所测角度的顶点位于同一条铅垂线的设备。3.2角度测量仪器按技术分:光学经纬仪、电子经纬仪、全站仪。光学经纬仪按精度分:DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15等级。D：大地；J：经纬仪；下标数字：表示每测回方向观测值中误差（″）。DJ6-2（华光）J2-2(苏一光)TDJ2（北光）J6（1002厂）拓普康索佳蔡司徕卡宾得尼康NIKON3.2.1DJ6型光学经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成。1、照准部在角度测量过程中，作为一整体可围绕竖轴旋转的部分，由多个小部分构成，由水平制动螺旋和微动螺旋控制。1）望远镜用以瞄准目标，固定在横轴上，可围绕横轴仰俯转动；2）竖直度盘与横轴连在一起，用以测量竖直角；3）照准部水准管用以检查仪器是否水平；4）光学读数系统由一系列的棱镜和透镜组成，可将水平度盘和竖直度盘的刻度投影到读数显微镜内进行读数。5）读数显微镜用以读取水平度盘和竖直度盘的读数。6）内轴是仪器的竖轴，也是照准部的旋转轴。2、水平度盘部分主要由水平度盘、度盘变换轮和外轴组成。1）水平度盘在度盘上按顺时针方向刻有0~360o的分划线，度盘上相邻两分划线所对的圆心角，称为度盘的分划值。2）度盘变换轮测量时，有时需要在特定的方向使得水平度盘的读数为某特定值，打开度盘变换轮的保险，转动手轮并推进，到达数据后，关上保险。3）外轴用以连接水平度盘部分和基座部分。3、基座用以连接仪器和三脚架4、光学经纬仪的读数方法DJ6光学经纬仪的读数采用分微尺读数装置和单平行玻璃测微器读数装置两种。1）分微尺测微器读数装置H标记为水平度盘读数窗V标记为竖直度盘读数窗刻划：度盘分划值为1°；分划尺分成6大格（10′），每大格又分为10小格，每小格为1′，估读到0.1′；①先读分微尺上的度数；②再读分划线在分微尺上的分数。例：H：①度数180o；②分数7.1′；③读数180o+7.1′=180o07′06″V：读数64°53′12″。例1:'0000134o01234561341330123456134133例2:'4837133o01234567978例3:'065778o0123456134133例4:'3604134o3.2.2全站仪全站型电子速测仪又称电子全站仪，简称“全站仪”，是一种兼具自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统，它由光电测距单元、电子测角及微处理器单位以及电子记录单元组成，在一个测站点能快速进行三维坐标测量、定位和自动数据采集、处理、存储等工作，较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化，是目前广泛应用于控制测量、地形测量、地籍与房产测量、工业测量、施工放样及近海定位等用途的电子测量仪器。全站仪测角精度用表示，如NIKONDTM—452C全站仪的标称测角精度为±2″。国家计量检定规程《全站型电子速测仪检定规程》（JJG100—2003）将全站仪的准确度等级划分为四个等级。NIKONDTM—452C全站仪结构1-瞄准管；2-竖盘；3-物镜调焦螺旋；4-目镜调焦螺旋；5-目镜；6-管水准器；7-显示窗；8-RS232C串口；9-基座；10-脚螺旋；11-圆水准器；12-水平制动扳手；13-水平微动螺旋；14-竖直制动扳手；15-竖直微动螺旋；16-电池；17-望远镜；18-物镜；19-仪器中心标志；20-光学对点器及调焦螺旋3.3角度测量仪器的基本操作全站仪的操作步骤有对中、整平、照准、读数四大步。对中目的：使仪器竖轴中心与测站点位于同一铅垂线上。整平目的：使仪器水平度盘水平。3.3.1粗略对中（1）松开架腿，使其与肩同高，架立好。将仪器从箱子里拿出，放置在三脚架头上，将连接螺杆对准仪器基座底孔并拧紧，在连接螺杆拧紧之前，手不得松开仪器。（2）将光学对点器转到操作者侧，操作者双手轻轻提起身边一侧的两根架腿并小幅度的前后左后缓慢移动，同时查看光学对点器里光学对点器中心与地面测站点的重合情况，尽可能将光学对点器中心与地面测站点相重合，然后轻踩三根架腿腿尖入土中。3.3.2粗略整平依据圆水准器，伸缩架腿，将圆水准器的气泡居中。（1）可以利用三根架腿，将仪器周围划分为三个剖面。（2）伸缩一根架腿，使得圆水准器气泡位于一个剖面上（3）伸缩气泡所在剖面那根架腿，使圆水准器气泡居中这过程可能要反复进行多次，直到圆水准器气泡居中。3.3.3精确整平①松开水平制动螺旋，转动照准部，使水准管轴平行于任意两个脚螺旋的连线，两手同时转动脚螺旋使气泡居中。②将照准部旋转90°，使水准管垂直于前述①部分的两脚螺旋，并旋转另一个脚螺旋使气泡居中。③将照准部旋转回①所述位置，检查气泡是否偏移。若偏移，重复前述步骤，直至将照准部转到任意位置，水准管气泡总是居中(偏差小于1格)。气泡居中，1、2等高123平行高气泡居中，3与1、2等高1233.3.4精确对中检查仪器的对中情况。若光学对点器中心与地面测点标志中心没有精确重合，则拧松脚架与仪器基座的连接螺杆（注意不得拧掉连接螺杆，要保证基座通过连接螺杆和脚架处于连接状态），然后观测光学对点器的对中情况，同时水平方向推移仪器基座，使得光学对点器中心与地面测点标志中心精确重合，然后拧紧脚架头的连接螺杆。在这个过程中，不得旋转基座。然后检查水准管的气泡居中情况，若发生气泡偏移，可以重复精确整平和精确对中过程，直至满足要求为止。3.3.5照准观测目标必须要有照准标志，测量上的照准标志有标杆、测钎、觇牌，都应立于测量点位上。测量时，以十字丝的交点瞄准照准目标中心。照准步骤：镜对光→粗瞄目标→精确瞄准→消除视差。3.3.6读数瞄准方法(4点)①目镜对光使十字丝清晰②用准星粗瞄目标③物镜对光，使目标像清晰④用水平微动精确瞄准目标全站仪的正确使用《地理中国2013》CCTV10地理中国20131124辟龙疑云节目中所谓的梁教授3.4水平角测量方法读数系统两次在读数刻盘上的读数之差，即为两方向的水平角。水平角的观测方法有测回法和全圆法。概念：盘左：观测时竖盘在观测者的左边盘左位置盘右位置盘右：观测时竖盘在观测者的右边3.4.1测回法测回法一般用于观测两个方向间的夹角。如图，要测BC、BA两方向的水平角β：测回法观测步骤测站盘位目标度盘读数半测回角值一测回角值各测回平均值备注1左AB01212720848715636ABOoAB①在测站点安置仪器，目标点竖立目标；②上半测回a：精确瞄准A目标配置水平度盘至0度稍大处，并读水平度盘读数a左，并记录;b：顺时针转动照准部，精确瞄准B目标，读取b左，并记录；c：计算β左=b左－a左③下半测回（盘右测回）测回盘位目标度盘读数半测回角值一测回角值各测回平均值备注12左右左右ABABABAB0121272084871563625208301801200715630715633900842162052427008303420506715642715636715639715636④检查a：△β=β左－β右≤±40″ABOoABa：倒转望远镜，逆时针转动照准部精确瞄准B目标，读取b右，并记录；b：逆时针转动照准部重新瞄准A读取a右；c：计算β右=b右－a右b：计算β=（β左＋β右）/2曾经的考试题计算水平角度时，总是用右边方向的读数减去左边方向的读数，若不够减，则右边方向的读数加上360o再减。若为提高测角精度而施测多个测回，最终结果取各测回的平均值。各测回值差值不应超过规范要求。3.4.2全圆测回法当观测方向有3个或3个以上时，采用全圆测回法。1、观测步骤1）盘左位置先选择观测条件较好的目标作为起始方向A，置度盘读数为稍大于0o，精确瞄准读数后，顺时针瞄准其它目标（B、C、D、A）读数，为上半测回；2）盘右位置照准目标A，读数，逆时针瞄准其它目标（D、C、B、A）、读数，为下半测回。上、下半测回总称为一测回。每半测回的最后方向为起始方向，这称为半测回归零。每半测回过程中，照准部旋转一周，故称为全圆测回法。OABCD上半测回OABCD下半测回2、记录测站测回数目标读数2C″平均读数°′″归零后方向值°′″各测回归零后方向平均值°′″备注盘左°′″盘右°′″O1A002201800226-6(00224)002230000000000B3545072154504+3354506354242354242C9500252750028-3950026945802945802D12825473082550-3128254812823241282323A002241800226-2002252A002241800228-4(00228)0022600000B3545102154510+0354510354242C9500302750028+2950029945801D12825493282551-212825501282322A002281800232-4002303、计算1）计算2倍照准误差2C，2C=左-（右±180o）；2）计算盘左盘右读数平均值，平均值=[左+(右±180o)]/23）计算起始方向读数平均值；4）计算归零后方向值；5）计算各测回归零后方向值的平均值。4、限差规定1）归零差对J2≤12″，对J6≤18″2）测回差对J2不超过±12″，对J6不超过±24″1）2C互差对J2不超过±18″，对J6不做要求。若要求测角的精度高，可以增加测回数。3.4.3全站仪水平角度测量的操作全站仪进行角度测量，不估读、效率高，以NIKONDTM—452C全站仪为例，简要介绍如何进行角度测量。仪器的使用，可以在网站下载全站仪模拟器进行练习使用。水平角观测注意事项：1.仪器高度要与观测者的身高相适应，三脚架要踩实，脚架螺旋要拧紧，中心连接螺旋要拧紧，操作时不要用手扶三脚架，使用各螺旋时用力要轻。2.要精确对中，边长越短，对中误差影响越大。3.标志要竖直，尽可能用十字丝交点附近去瞄准标志底部。4.应该边观测、边记录、边计算。发现错误，立即重测。5.水平角观测过程中，不得再调整照准部水准管。如气泡偏离中央超过一格时，须重新整平仪器，重新观测。3.5竖直角测量在同一竖直平面内，视线与水平方向的夹角称为竖直角。视线位于水平方向上方时，称为仰角，δ为＋，视线位于水平方向下方时，称为俯角，δ为－。3.5.1竖直度盘竖盘固定在横轴上，随望远镜一起绕横轴转动，竖直度盘的分划线与分微尺一起成像于读数显微镜内。当望远镜水平，竖盘指标水准管气泡居中时的读数称为起始读数。由于竖直度盘的注记形式不同，为了确保竖直角的计算正确，必须首先确定竖直角的计算公式。顺时针注记竖直角的计算原则：1）抬高物镜，如果读数逐渐增加：δ=读数－始读数2）抬高物镜，如果读数逐渐减少：δ=始读数－读数3.5.2竖直角观测⑴在测站点安置仪器⑵判断注记形式，确定计算公式⑶观测：①盘左：用横丝切住目标，使竖盘指标水准管气泡居中，读竖盘读数L，并计算δL;②盘右：用横丝切住目标原处，使竖盘指标水准管气泡居中，读竖盘读数R，并计算δR。⑷计算竖盘指标差及竖直角①X＝（δR－δL）／2②δ＝（δR＋δL）／2测站目标盘位竖盘读数半测回角值指标差一测回角值备注OA左734412+161548+