第六章 经纬仪与角度测量

第六章经纬仪与角度测量§1水平角和竖直角测量原理§2光学经纬仪的构造及读数原理§3水平角测量§4竖直角测量§5经纬仪检查和校正§6角度测量误差来源及注意事项§7电子经纬仪测角原理§1水平角和竖直角测量原理◆水平角观测原理(horizontalangle)◆竖直角观测原理(verticalangle)两种角度水平角用于确定点的平面位置（计算坐标）竖直角用于两点间高差计算、斜距改正成平距测角仪器经纬仪、电子全站仪1.水平角观测原理一.水平角观测原理水平角——过一点到两个目标的方向线竖直投影到水平面上所成的夹角。0360。abcABC也可看成是包含BA、BC视线的两个铅垂面之间的两面角。ca水平度盘=c-a2.竖直角观测原理二.竖直角观测原理天顶铅垂线水平线ACAZCZACB0°90°180°270°竖直角——在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视线的夹角(也叫垂直角)。=090，仰角为正，俯角为负。2.竖直角观测原理天顶铅垂线水平线ACAZCZACB0°90°180°270°天顶距——表示目标方向与天顶方向（即铅垂线的反方向）所构成的角，一般用Z表示，天顶距的大小从0～180，没有负值。提要二光学经纬仪的构造及度盘读数●经纬仪的等级和用途我国经纬仪分为DJ07、DJ1DJ2、DJ6和DJ15等几个等级，下标表示经纬仪的精度指标，即室内检定时一测回水平方向观测中误差（“）。经纬仪按其读数系统可分为游标经纬仪、光学经纬仪和电子经纬仪等。§2光学经纬仪的构造及读数原理提要二光学经纬仪的构造及度盘读数●DJ6经纬仪光学经纬仪提要二光学经纬仪的构造及度盘读数●T2经纬仪德国威尔特厂生产的2秒级电子经纬仪基本结构与光学经纬仪相同；操作方法也基本相同。用微电子技术自动取得度盘的读数，从而可以经微电脑进一步加工计算技术项目一测回水平方向中误差望远镜有效孔径不小于望远镜放大倍数不小于水准管分划值水平度盘垂直度盘主要用途经纬仪等级DJ1DJ2DJ6126二等平面控制测量及精密工程测量60mm40mm40mm30倍28倍26倍6/2mm20/2mm30/2mm10/2mm20/2mm30/2mm三、四等平面控制测量及一般工程测量图根控制测量及一般工程测量一、经纬仪系列技术参数和用途2.经纬仪的基本组成主要由望远镜、读数设备、竖直度盘、水平度盘、水准器、基座及竖轴等。其中望远镜、读数设备、竖直度盘及水平度盘是仪器的主要部分。北京博飞仪器公司——TDJ2E正像光学经纬仪三.DJ6经纬仪的构造二.DJ6经纬仪的构造基座、照准部、水平度盘、读数装置基座照准部1.基座1、基座基座是支撑整个仪器的底座，用中心螺旋与三脚架相连接。基座底部有三个脚螺旋用于整平仪器。基座水平度盘照准部2.照准部2.照准部照准部由望远镜、横轴、竖轴、竖直度盘、照准部水准管和读数显微镜等部分组成，它是基座和水平度盘上方能转动部分的总称。望远镜:由目镜、物镜、十字丝环和调焦透镜等组成，用于照准目标。望远镜十字丝横轴:即为水平轴，由左右两个支架支撑，是望远镜作俯视转动的旋转轴。竖轴:即为垂直轴，它插入水平度盘的轴套中，可使照准部在水平方向转动，转动可由水平制动螺旋和水平微动螺旋控制。竖直度盘:用于测量垂直角。照准部水准管:用于整平仪器，使水平度盘处于水平状态。读数显微镜:用于读取水平度盘和垂直度盘的读数。3.水平度盘3.水平度盘水平度盘由光学玻璃制成顺时针0360分划刻度；仪器整平，水平度盘水平；度盘外壳附有照准部水平制动螺旋和水平微动螺旋，用以控制照准部和水平度盘的相对转动；改变度盘位置，要使用复测扳手或度盘变换手轮。090180270J6光学经纬仪读数J6光学经纬仪读数两种读数测微装置：分微尺测微器和单平行玻璃板测微器•度盘上1度分划的间隔经放大后，与分微尺全长相等。•分微尺全长分60格，因此其最小格值为1=60•读数时，秒数必须估读。估读至0.1格，因此，估读的秒数都应是6″的倍数。水平度盘读数：730424″1.分微尺测微器——利用度盘刻度线，在分微尺上读数。01732.单平行玻璃板测微器——按双指标线所夹的度盘分划线读取读数和30整分数，不足30的读数从测微器读数窗中读取。读数时，整度数根据被夹住的度盘分划线读出，不足整度数部分从测微分划尺读出。读数窗中，下面的窗格微水平度盘影像;中间的窗格微竖直度盘影像；上面较小的窗格微测微尺影像。a读数为842’08”，ｂ垂直度盘读数为8847’24”。DJ2光学经纬仪的读数（1）采用度盘对径重合读数法，以消除度盘偏心误差影响。（2）通过转动测微手轮，操纵测微装置，当对径分划线精确重合时便可读数。先读上窗中央和中央左边的度数和小框中10’的倍数值，再读取测微尺小于10’的分值和秒值，估读到0.1”。（3）水平度盘读数和竖直度盘读数由换像手轮控制，分别单独显示。DJ2光学经纬仪的读数水平度盘读数：174⁰02′02.0″§3水平角测量一.经纬仪的安置BCA(一)对中1.垂球对中步骤：•粗略对中：移动三脚架，使垂球尖离测站中心12cm内；•精确对中：稍微松开中心螺丝，在脚架头上移动(不能旋转)仪器，使垂球尖精确对中测站标志中心，旋紧中心螺丝。注意脚架头首先要放平，三个脚螺旋基本等高；脚架适当踩实；垂球尖尽量接近标志，便于判断。整平123气泡居中，3与1、2等高(二)整平——使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，竖盘位于铅垂面内。整平误差1格。•用左手大拇指法则，转动脚螺旋，调节水准管气泡居中(反复)。•一测回观测过程中，不得再调气泡。气泡居中，1、2等高123光学对中步骤图3-14光学对中步骤：对准、调平、整平、对中•打开三脚架，装上经纬仪；•固定三脚架一脚，双手持脚架另二脚并不断调整其位置，同时观测光学对点器十字分划，使其基本对准测站标志，踩实脚架；调节脚螺旋，使光学对点器精确对准测站标志；•伸缩三脚架(二脚)，调平仪器，使圆气泡居中；•调脚螺旋，精确整平仪器，并通过在脚架头上移动仪器，精确对中。•有时必须反复上述三步的操作。瞄准(三).瞄准—用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。操作步骤：粗瞄、制动、调焦消除视差、水平微动精确瞄准。用水平微动完成瞄准。尽量瞄准目标下部，减少由于目标不垂直引起的方向误差。测回法观测水平角水平角观测方法(一).测回法观测程序：盘左瞄准J，读数j左瞄准K，读数k左盘右瞄准K，读数k右瞄准J，读数j右第1方向第2方向测站JKB左=k左-j左右=k右-j右精度要求：左-右±36取:=(左+右)/2角是从起始方向(即第1方向)顺时针转到第2方向所成的角度，观测时，必须首先确定起始方向，然后按照“测回法”的次序观测。水平角总是第2方向读数减去第1方向读数而得。水平角观测记录•起始方向第一个读数应调成0⁰（或180⁰/N，N为测回数）；分、秒数写足二位；•改数时按有关规则。•一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。水平角观测记录（测回法）第1方向第2方向测站JKB右KJ25424061800500741906B左JK00418742342741924741915测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角水平角观测记录大角第2方向ACB第1方向水平角观测记录（测回法）•表中盘右C读数小于A读数，不够减时，应加360后再减。B左AC010302143342右AC214231221422542142303测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角1801118343412方向观测法(二).方向观测法一个测站观测2个以上方向时，采用方向观测法，也称“全圆测回法”。ABCDE方向观测法零方向方向观测法§4竖直角测量一.垂直度盘构造构造特点:竖盘随望远镜一起转动。竖盘与读数指标相互脱离。竖盘气泡居中，指标铅垂。竖盘构造特点二.垂直度盘刻度构造特点•竖盘随望远镜一起转动。•竖盘气泡居中，指标铅垂。•视线水平、指标铅垂时，竖盘读数为常数：盘左时一般L0=90⁰，盘右时一般R0=270⁰。270⁰90⁰180⁰0⁰盘右0⁰270⁰180⁰90⁰盘左垂直度盘与读数指标确定垂直角的计算公式三.垂直角的计算•根据度盘刻度形式，确定竖直角计算公式，保证仰角为正、俯角为负。R270右90L左270900180270901800竖直角观测计算逆时针注记顺时针注记抬高望远镜时，读数增大抬高望远镜时，读数减小270901800x◆竖盘指标差——竖盘水准管气泡居中时，读数指标线与铅垂线的夹角902700180竖盘指标差计算x垂直角观测记录270⁰0⁰90⁰180⁰盘左计算公式左=L-90⁰右=270⁰-R测站目标竖盘位置竖盘读数⁰′″半测回垂直角⁰′″一测回垂直角⁰′″2x″备注I左右J1121500+2215002474438+221522-22+221511左右K1183736+2837362412202+283758-22+283747左右H840610-553502755330-55330-20-55340垂直角必须带“”号。垂直角观测记录§5经纬仪检查和校正目的：使经纬仪各轴线间保持正确的几何关系。横轴HH视准轴CC水准管轴LL竖轴VV圆水准轴L′L′LLHHCCVVL′L′轴线间应满足的条件水准管轴垂直于竖轴LL⊥VV圆水准轴平行于竖轴L′L′∥VV十字竖丝垂直于横轴竖丝⊥HH视准轴垂直于横轴CC⊥HH横轴垂直于竖轴HH⊥VV轴线间应满足的条件LLHHCCVVL’L’经纬仪的检验与校正1、平盘水准管的检验与校正检验：初步整平仪器，转动照准部使水准管平行于一对脚螺旋，相对转动这对脚螺旋，使水准管气泡居中。目的：使平盘水准管轴垂直于纵轴。LL⊥VV然后将照准部旋转180°，如果气泡仍居中，说明水准管轴垂直于纵轴。如果气泡偏离中心，应进行校正。经纬仪的检验与校正校正：相对地转动平行于水准管的一对脚螺旋，使气泡向中央移动偏歪格数的一半。然后用校正针拨动水准管一端的校正螺丝，使气泡完全居中。这项检验校正需反复进行几次，直到照准部旋转180°后水准管气泡的偏歪在一格以内。经纬仪的检验与校正2、十字丝纵丝垂直于横轴的检验和校正目的：仪器整平后，十字丝的纵丝在铅垂平面内，横丝水平。检验：以十字丝的交点瞄准目标点P，旋转垂直微动螺旋，如果P点相对于十字丝上下移动的轨迹离开纵丝，则需要校正。或者在仪器前方适当位置处悬挂一垂球线，旋转照准部用望远镜照准该垂球线，如果十字丝与垂球线完全重合，则无需校正，否则要校正。经纬仪的检验与校正十字丝纵丝垂直于横轴的检验和校正校正：旋下目镜处的十字丝环外罩，松开十字丝环固定螺丝，转动十字丝环，直至旋转垂直微动螺旋时P点始终在纵丝上移动为止，最后转紧十字丝环固定螺丝。经纬仪的检验与校正3、视准轴垂直于横轴的检验和校正目的：视准轴垂直于横轴。检验：在平坦场地整置仪器，选择一个与仪器等高的点A。盘左位置照准目标A，水平度盘读数为m’左，而视准轴在正确位置的读数应为m左，两者相差一个c角，即m左＝m’左＋c。同理，盘右位置照准同一目标A,水平度盘读数为m’右，而视准轴在正确位置的读数应为m右，则有m右＝m’右－c。理论上，左角与右角相差180度，计算为：2c＝m’右－m’左±180°。对于J6级经纬仪，一般要求c的绝对值应小于30秒，否则应予校正。校正方法：求出c值后，即可求出m左和m右，旋转照准部使水平度盘读数为m左或m右，此时目标A将偏离十字丝交点，一松一紧地拨动十字丝左、右两个校正螺丝，使十字丝的竖丝精确照准目标，此时条件得以满足。实际测量中，可采用盘左、盘右读数的平均值作为某一目标的方向值，可消除视准轴误差的影响。视准轴垂直于横轴的检验和校正经纬仪的检验与校正4、横轴的检验和校正目的：使横轴垂直于纵轴检验：在离墙面10～20m处安置经纬