专题2-2角度测量.

第二讲高程、角度、距离测量基本技术共三部分配合相应实验进行教学2.2普通角度测量一、角度测量原理水平角：空间两直线的夹角在水平面上的垂直投影。值域[0°,360°]。垂直角：同一铅垂面内，某目标方向的视线与水平线间的夹角。值域[-90°,+90°]。天顶距：视线与铅垂线的夹角。值域[0°,+180°]。二、光学经纬仪测角仪器：经纬仪(Theodolite,transitinstrument)（一）分类按物理特性：机械型、光学机械型和智能型按测角精度：DJ1，DJ2，DJ6（二）DJ6光学经纬仪的构造1照准部(1)光学对点器：仪器对中(2)望远镜望远镜是用作精确瞄准目标的。它和水平轴连接在一起，可以绕水平轴在竖直面内上下任意转动包括：物镜，目镜，内调焦镜，十字丝板视准轴：物镜光心与十字丝交点的连线视线：视准轴的延长线视差：眼睛在目镜端上下左右少量移动时产生的十字丝和目标影像相对移动的现象（通过调焦消除）(3)水准器照准部上有一个水准管和一个圆水准器。圆水准器用作粗略整平，水准管用作精确整平仪器。照准部的下部有一个能插在轴座内的竖轴，整个照准部可在轴座内任意地作水平方向的旋转。照准部下部装有水平制动扳钮和水平微动螺旋。2基座三个脚螺旋用于整平仪器（粗平）连接仪器与三脚架3度盘水平度盘：不旋转竖直度盘(竖盘)：随望远镜而旋转4度盘读数装置及读数方法（1）测微尺读数装置（2）单平行玻璃测微器读数装置（3）读数显微镜将读数成像放大，以从度盘上读出。（三）光学经纬仪应满足的几何条件经纬仪各轴线之间应满足三轴相互垂直条件：①水平度盘的水准管轴(LL)应垂直于竖轴(VV)；②视准轴(CC)应垂直于水平轴(HH)；③水平轴(HH)应垂直于竖轴(VV)。三水平角观测安置经纬仪，照准目标，读数，记录（一）经纬仪的安置1对中把仪器中心安置在测站点O的铅垂线上。垂球对中：光学对点器对中：1)先将三脚架插紧后，装上仪器用脚螺旋进行对中；2)然后通过升降三脚架使圆水准器气泡居中；3)这时，仪器可能又不对中了，可稍微松动中心螺旋，在架头上平移仪器，使仪器对中。2整平使仪器竖轴竖直、水平度盘水平。主要用脚螺旋进行（二）照准点上照准标志与瞄准方法测站点：仪器所在点照准点：远方目标点（三）水平角观测方法1测回法观测两个方向的单角(1)先将经纬仪竖盘放在盘左位置(正镜位置)，顺时针转动照准部，使望远镜大致瞄准A点上的标杆。然后，拧紧水平制动扳钮，用微动螺旋使望远镜精确地瞄准A点，读取水平度盘读数A左(2)松开水平制动扳钮，顺时针方向转动照准部，用上述方法精确瞄准B点，读水平度盘读数B左β左=B左－A左注：按上述程序测量水平角一次，称为半测回（盘左测回、上半测回）。(3)倒转望远镜，使竖盘位于盘右位置（倒镜位置），逆时针旋转望远镜精确瞄准B点，读水平度盘读数B右。(4)逆时针转动照准部，精确瞄准A点，读取水平度盘读数A右，则：β右=B右－A右注：步骤（3）（4）构成盘右测绘(下半测回)上下半测回角值差不大于±40″时：β=（β左+β右）/2测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角值一测回平均值备注°′″°′″°′″O左A0001212020241202021B1202036右B18000481202018A30021062方向观测法当测站上的方向观测数在3个或3个以上时，一般采用方向观测法(methodofdirectionobservation)。一个测回1）上半测回：A-B-C-D-A2）下半测回：A-D-C-B-AN个测回测回间须配置水平度盘起始读数AL=1800/nOBCAD如图，测站点为O点，观测方向有A、B、C、D四个。在O点安置好仪器，在A、B、C、D四个目标中选择一个标志十分清晰的点作为零方向。以A点方向为零方向的记录计算表格见表3-2。在表3-2的计算中，两个测回的归零差分别为6″和12″，小于限差要求的18″；B、C、D三个方向值两测回较差分别为5″、4″、7″，小于限差要求的24″。观测结果满足规范的要求。（3)方向观测法的限差《城市测量规范》规定，方向观测法的限差应符合表3-3的规定。当照准点的垂直角超过±3°时，该方向的2C较差可按同一观测时间段内的相邻测回进行比较，其差值仍按表3-3的规定。按此方法比较应在手簿中注明。(4)水平角观测的注意事项1)仪器高度要和观测者的身高相适应；三脚架要踩实，仪器与脚架连接要牢固，操作仪器时不要用手扶三脚架；转动照准部和望远镜之前，应先松开制动螺旋，使用各种螺旋时用力要轻。2)精确对中，特别是对短边测角，对中要求应更严格。3)当观测目标间高低相差较大时，更应注意仪器整平。4)照准标志要竖直，尽可能用十字丝交点瞄准标杆或测钎底部。5)记录要清楚，应当场计算，发现错误，立即重测。6)一测回水平角观测过程中，不得再调整照准部管水准气泡，如气泡偏离中央超过2格时，应重新整平与对中仪器，重新观测。四垂直角观测•将倾斜距离化算为水平距离•在三角高程测量中进行三角高差的计算1垂直度盘（竖盘）的构造•竖直度盘(竖盘)•指标水准管•指标水准管微动螺旋竖盘固定在望远镜旋转轴(横轴)的一端，随望远镜一起在竖直面内转动。2竖直角计算一测回：要用盘左和盘右各观测一次。逆时针注记时计算公式：盘左αＬ＝Ｌ－９０°盘右αR＝２７０°－Ｒ一测回竖直角为：α＝（αＬ＋αR）/22竖直角计算一测回：要用盘左和盘右各观测一次。竖盘顺时针注记计算公式：盘左αＬ＝９０°－Ｌ盘右αR＝Ｒ－２７０°3竖盘指标差当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向90°或270°，而与正确位置相差一个小角度x,x称为竖盘指标差。由于指标差i的存在，竖盘盘左读数为90°+i，则正确的竖直角应为：αＬ＝L-（90°＋i)=αＬ-i盘右时正确的竖直角应为αR＝270°-(R-i)=αR+i两式相加并除以2，得：α=(αＬ＋αR）/2=(R-L-180°)可以求出：i=(αＬ-αR）/2=(R+L-360°)/24垂直角观测十字丝中丝瞄准觇标高的量取位置•安置经纬仪，量取仪器高•正镜瞄准目标，读盘左读数L•倒镜瞄准目标相同位置，读盘右读数R•计算五、角度测量误差（一）仪器误差1照准部偏心误差产生情况：照准部旋转中心与度盘分划中心不重合规律：随瞄准方向而异，照准方向垂直于偏心方向时对水平方向读数影响最大消除与减弱措施：盘左盘右取平均值可消除（一）仪器误差2度盘刻划误差产生情况：度盘制造时产生消除与减弱措施：变换度盘位置（一）仪器误差3视准误差(c)产生情况：视准轴不垂直于水平轴时产生的误差规律：随垂直角增大而增大消除与减弱措施：盘左盘右取均值可以消除（一）仪器误差4横轴误差产生情况：横轴不水平规律：随垂直角增大而增大，对两等高目标观测时误差为0消除与减弱措施：盘左盘右取均值可以消除（一）仪器误差5纵轴误差产生情况：纵轴不铅垂规律：随垂直角增大而增大，与横轴所处的方向有关消除与减弱措施：注意水准管的精度与精确整平注意：不能用盘左盘右取均值可以消除（二）观测误差1仪器对中误差产生情况：仪器中心与测站点不在同一铅垂线上规律：偏心越大、边越大，误差越大消除与减弱措施：精确对中（二）观测误差2目标偏心误差产生情况：觇标中心偏离目标标石中心规律：与偏心距与正比，与边长成反比，垂直于视线方向的目标偏心误差最大消除与减弱措施：觇标铅垂（二）观测误差3照准误差产生原因：未精确瞄准目标的几何中心消除与减弱措施：选择较好的观测环境（二）观测误差4读数误差产生原因：估读导致5视差和十字丝不清晰的影响视差：目标成象不在十字丝板上引起的误差消除措施：观测时认真调焦六、光学经纬仪的检校•经纬仪轴系及其应满足的几何关系•经纬仪的检验与校正实验四：经纬仪的使用实验五：测回法观测水平角实验六：全圆方向法观测水平角实验七：竖直角观测实验八：光学经纬仪检校一、实验目标二、实验内容三、方法与过程四、实测数据与计算结果作业：1水平角计算盘左：A00324B792030盘右：A1800336B25920482垂直角计算（度盘顺时针注记）盘左读数：592030盘右读数：3004000并计算i角