第4章 角度测量与经纬仪

安徽建筑工业学院测量教研室第三章角度测量与经纬仪安徽建筑工业学院测量教研室第一讲水平角测量原理及经纬仪认识安徽建筑工业学院测量教研室水平角测量原理——地面上两相交直线的夹角在水平面上的投影OBAnmβ=n－mββ安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪应具备的条件1、有一望远镜光学系统；2、有一读角度的装置——读数系统；3、望远镜系统不仅能在水平方向转动¸而且可以在竖直方向转动；4、有一标示仪器中心与测点中心在同一铅垂线上的装置——对中器；5、有一表示仪器安置水平的装置——水准气泡......安徽建筑工业学院测量教研室光学经纬仪常用的光学经纬仪：DJ07DJ1DJ2DJ6DJ15经纬仪：用于测定水平角和竖直角的仪器。有光学经纬仪和电子经纬仪之分。安徽建筑工业学院测量教研室DJ6级光学经纬仪基本构造照准部水平度盘基座安徽建筑工业学院测量教研室1照准部2水平度盘水平度盘：顺时针方向刻有0º到360º的分划线，用来测量水平角。水平度盘转动控制装置：位置变动手轮和复测装置。外轴装置：望远镜：照准部水准管：读数显微镜：竖直度盘：横轴、竖轴：安徽建筑工业学院测量教研室照准部水平度盘基座读数显微镜经纬仪1安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪2望远镜上下制动螺旋望远镜上下微动螺旋竖直度盘竖直指标水准管微动螺旋水平制动、微动螺旋光学对中器安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪的使用一：对中—使得度盘中心处于测点的铅垂线上二：整平—使得度盘处于水平位置上安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪的使用一：对中—使得度盘中心处于测点的铅垂线上安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪的使用二：整平—使得度盘处于水平位置上123123安徽建筑工业学院测量教研室测量方法安徽建筑工业学院测量教研室大花杆小花杆和觇标安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪的十字丝分划板安徽建筑工业学院测量教研室瞄准安徽建筑工业学院测量教研室瞄准安徽建筑工业学院测量教研室瞄准安徽建筑工业学院测量教研室HV01234560123456读数设备与读数方法1121138988113°03′00″89°13′54″安徽建筑工业学院测量教研室读数练习HV01234560123456234273272234°11′30″272°53′00″安徽建筑工业学院测量教研室第二讲水平角与竖直角的观测安徽建筑工业学院测量教研室测回法测量水平角测站竖盘位置目标读数半测回角一测回均值均值O(1)左10012009133009133159133123914500右1180113091333032714500O(2)左190112491330691330931814430右127011489133093014500水平角观测记录安徽建筑工业学院测量教研室全圆测回法记录测站目标盘左L盘右R平均读数归零后方向值各测回归零方向平均值水平角值0A0002121800200(000200)000206000000000000374201B3744152174405374410374200374201724451C11029042902852110285811020481102652394541D15014513301443150144715012371501233A00021818002080002130A9003302700322(900324)900326000000B127453430745281274531374207C200302420301820030211102057D240155760154924015531501229A9003252700318900322安徽建筑工业学院测量教研室竖直角的定义倾斜视线与水平视线的夹角＋α－α安徽建筑工业学院测量教研室竖直度盘基本构造安徽建筑工业学院测量教研室090180270竖直度盘基本构造指标水准管微动螺旋指标水准管安徽建筑工业学院测量教研室竖盘注记形式090180270900270180090180270盘左盘右270180900盘左盘右安徽建筑工业学院测量教研室竖直角计算公式推导090180270盘左Lα左=90°－L安徽建筑工业学院测量教研室竖直角计算公式推导盘右090180270Rα右=R－270°安徽建筑工业学院测量教研室竖直角计算公式推导090180270盘左Lα左=(90°+i)－L安徽建筑工业学院测量教研室竖直角计算公式推导盘右090180270Rα右=R－(270°+i)安徽建筑工业学院测量教研室竖直角观测方法1.在测站安置经纬仪，对中、整平；2.盘左用中丝精确瞄准目标，调节指标水准管气泡居中，读数L（V）；3.盘右用中丝精确瞄准目标，调节指标水准管气泡居中，读数R（V）；安徽建筑工业学院测量教研室瞄准安徽建筑工业学院测量教研室竖直角观测记录测站目标竖盘位置竖盘读数半测回角值一测回角值0M左811842＋084118＋084124右2784120＋084120N左1240330-340330－340318右2355654-340306安徽建筑工业学院测量教研室电子经纬仪电子经纬仪测角原理电子经纬仪的支架、轴系、望远镜和制动系统与光学经纬仪类同，但度盘及其读数系统完全不一样,有如下两类：1.编码度盘测角2.光栅度盘测角角--码光电转换系统电子扫描度盘电子测微读数系统安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理纯二进制编码度盘角分辨率设码道数为n则码区数N＝2n角度分辨率＝2π/N安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理例子：ZeissElta2全站仪测角系统：编码度盘＝98mm码区=800分辨率=27′安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理问题：1.提高角分辨率难采用电子测微技术解决2.纯二进制编码度盘在某些方向的代码需要在几个码道上同时进行透光区与不透光区的过渡转换，易产生差错。采用葛莱码（循环码）解决nRnRS2安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理葛莱码（循环码）1953年葛莱(Cray)等人首创保证任何相邻读数仅有一位代码发生变化安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理葛莱码（循环码）1953年葛莱(Cray)等人首创保证任何相邻读数仅有一位代码发生变化安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理2.光栅度盘测角光栅干涉θY方向干涉条纹移动X方向两光栅的相对移动度盘光栅莫尔干涉条纹cotxyxy固定光栅安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理2.光栅度盘测角用于测角：如果两光栅的相对移动是沿x方向从一条格线移到相邻的另一条格线，则干涉条纹将在y方向上移动一整周，即光强由暗到明，再由明到暗变化一个周期,于是干涉条纹移动的总周数将等于所通过的格线数。反之，如果数出和记录光感器所接收的光强曲线总周数，便可测得移动量，再经过电信号转换，最后得到角度值。θY方向干涉条纹移动X方向两光栅的相对移动安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理2.光栅度盘测角例子——WildT2000电经度盘光栅数：1024光栅度盘角分辨率：角度测定：625.05'211024200n粗测精测安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理粗测发光二极管光敏二极管安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理粗测活动光栅探测器固定光栅探测器安徽建筑工业学院测量教研室电子测角原理精测将的角度测量转换为填充脉冲计时的时间测量iiTT00),...,2,1(00NiNTTNii安徽建筑工业学院测量教研室电子测角仪器电子经纬仪电子全站仪安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析测角误差仪器误差观测误差外界影响误差读数误差安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析仪器误差1.视准误差(c)原因：视准轴不垂直于水平轴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注：一测回中各观测方向2C互差的大小，在一定程度上反映了观测成果的质量。规范要求：J1△2cE9“J2△2cE13“coscC安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析仪器误差2.横轴误差(i)原因：横轴不垂直于垂直轴规律：随垂直角增大而增大，对两等高目标观测时互差为0消除与减弱措施：盘左盘右取均值可以消除注：不仅与倾角i有关，而且还与竖角α有关实际中，视准轴误差和水平轴倾斜误差同时存在taniii)(2icRL安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析仪器误差3.竖轴误差原因：竖轴不铅垂规律：随垂直角增大而增大，且与横轴所处的位置方向有关消除与减弱措施：观测时精确整平仪器，测回间重新整平注：不能通过盘左盘右取均值消除tancosvv安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析仪器误差4.照准部偏心误差原因：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5.度盘刻划误差原因：制造工艺误差规律：系统误差（长周期+短周期）+偶然误差消除与减弱措施：测回间变换度盘位置安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析外界影响误差1.大气密度变化对目标成像稳定性的影响原因：大气密度变化引起光线路径变动(大气上下、左右对流）规律：晴天——日出后、日落前1～3h，成像较为稳定阴天——全天较为稳定消除与减弱措施：在成像稳定时段观测安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析外界影响误差2.大气折光的影响原因：大气密度不一，光线弯向密度大的一方以垂直方向为主，有时水平方向也不能忽视安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析外界影响误差2.大气折光的影响——水平方向影响因素：温度安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析外界影响误差2.大气折光的影响消除与减弱措施：选点时，避免使视线靠近山坡、大河或与湖泊堤岸平行；避免视线通过高大建筑、烟囱、电杆等实体侧方；观测时，选择有利时段，并将整个观测工作放在几个不同时段进行。安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析观测误差1.仪器对中误差原因：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(光学、激光对中）安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析观测误差2.目标偏心误差原因：觇标中心偏离目标标石中心规律：与偏心距成正比，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：觇标铅垂安徽建筑工业学院测量教研室测角误差分析观测误差3.照准误差原因：未精确瞄准目标的几何中心消除与减弱措施：采用专用觇标（相位照准圆筒）选择较好的观测环境4.读数误差原因：估读导致消除与减弱措施：熟练观测5.视差和十字丝不清晰的影响原因：调焦不清晰消除与减弱措施：认真调焦安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪的检校照准部水准管检校1.检校目的使水准管轴垂直于竖轴2.检验方法①整平仪器；②使水准管大致平行两脚螺旋，气泡居中；③旋转照准部180º，看气泡是否居中。3.校正方法——半半调平法①调节脚螺旋，使气泡往回偏离一半；②用仪器改针拨动水准管一端校正螺丝，使气泡居中；③重复检验校正几次，直至完好。水准管轴水平度盘竖轴安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪的检校分划板十字丝检校1.检校目的使十字丝竖丝垂直于横轴，以便精确瞄准目标2.检验方法①整平仪器；②在仪器前方适当位置悬挂垂球线,旋转照准部照准该线；③看十字丝竖丝和垂球线是否完全重合。3.校正方法①卸下十字丝环护盖；②松开固定螺丝；③按竖丝偏离反向轻微转动十字丝环；③重复检验校正几次，直至完好。分划板固定螺丝校正螺丝安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪的检校视准轴检校1.检校目的使视准轴垂直于横轴2.检验方法方法1——盘左盘右读数法(用于室内）①整平仪器；②选择一水平方向目标，盘左盘右观测读数③计算C＝(L′-R′±180º)/2CAC′H′COL左=L′左+CCC′H′AOCR右=R′右-C安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪的检校视准轴检校方法2——四分之一法（适合室外）安徽建筑工业学院测量教研室经纬仪的检校视准轴检校①在一平坦场地，选择