《土木工程测量》第03章new

《土木工程测量》第三章角度测量第三章角度测量•角度测量原理•经纬仪构造•水平角测量方法•竖直角测量方法•经纬仪检验和校正•角度测量误差分析角度是传统大地测量与工程测量中必不可少的元素经纬仪（theodolite）是测量空间点位在水平面或竖直面内所构成的夹角的精密仪器角度测量(angleobservation)包括：水平角(horizontalangle)测量竖直角(verticalangle)测量§3.1水平角和竖直角的测量原理一、水平角(horizontalangle)定义从空间一点出发的两条空间直线在水平投影面上的夹角。范围：顺时针0~3600abcABCca水平度盘(horizontalcircle)二.竖直角(verticalangle)定义天顶铅垂线水平线ACAZCZACB0°90°180°270°在同一竖直面内，瞄准目标的视线与水平视线的夹角。其范围：=0°90°，仰角为正，俯角为负。§3-2光学经纬仪(opticaltheodolite)的构造经纬仪是测角的仪器，按精度有：DJ6、DJ2。•一、DJ6经纬仪的构造及作用•1、照准部(alidade)•2、水平度盘(horizontalcircle)•3、基座(tribrach)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中器望远镜圆水准器1.照准部(alidade)照准部(水平)制动、微动望远镜(竖直)制动、微动水准器望远镜目镜调焦，物镜调焦粗瞄准器，十字丝读数显微镜竖直度盘光学对点器复测扳手或度盘变换器望远镜十字丝2.水平度盘(horizontalcircle)水平度盘由光学玻璃制成顺时针0°360°刻度；2水平度盘与照准部相互脱离；3改变度盘位置，要使用度盘变换手轮或复测扳手。0901802703.基座(tribrach)脚螺旋用于整平仪器测钎、标杆和觇牌•测钎：适用与距测站较近的目标。•标杆：适用与距测站较远的目标。•觇牌：固定在三脚架上使用，远近皆可适用；•一般为红白或黑白相间且常与棱镜结合，用于电子经纬仪或全站仪。•有时也可悬挂垂球用垂球线作为瞄准标志。二、经纬仪操作•1、2联结与对中•（1）打开脚架：（高度适中）•（2）粗略对中：移脚架，目估架顶大致平，对点误差2cm•（3）联结：连上仪器，中心螺旋拧紧后松开半周•（4）再在架顶移动仪器，使准确对点，拧紧中心螺旋3、整平：（粗平和精平）•粗平是通过伸缩脚架腿使圆水准气泡居中，其规律是圆水准气泡向伸高脚架腿的一侧移动，或圆水准气泡移动方向与用左手大拇指和右手食指旋转脚螺旋的方向一致；•精平是通过旋转脚螺旋使管水准气泡居中，要求分别转动照准部使管水准器轴旋至相互垂直的两个方向上使气泡居中，其中一个方向应与任意两个脚螺旋中心的连线方向平行。操作步骤•先将照准部转动，使水准管轴平行于一对脚螺旋的连线，两手相对转动脚螺旋，使气泡居中，然后将照准部平转90度，转第三个脚螺旋，使气泡居中。（此过程需反复）注意：（1）两脚螺旋相对旋转（2）气泡移动方向与左手大拇指移动一致（3）脚螺旋顺时针升高地面控制点（groundcontrolpoint,GCP）垂球对中、整平光学对中、整平光学对中器法•①大致水平大致对中•眼睛看着对中器，拖动三脚架两个脚,使仪器大致对中,并保持“架头”大致水平。•②伸缩脚架粗平•根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚或一个脚，使圆水准气泡居中。③脚螺旋精平——左手大拇指法则a、转动仪器，使水准管与脚螺旋1、2连线平行。b、根据气泡位置运用法则，对向旋转脚螺旋1、2。c、转动仪器900，运用法则，旋转脚螺旋3。d、架头上移动仪器，精确对中e、脚螺旋精平f、反复d、e两步。气泡居中，1、2等高123气泡居中，3与1、2等高1234、瞄准步骤：粗瞄—制动—调焦—微动精瞄。（1）准星粗瞄，制动（2）目镜对光：使十字丝清晰（3）物镜对光：使目标影像清晰（4）消除视差（5）旋两微动螺旋，使目标落在纵丝中心注意：瞄准时，尽量瞄准目标下部。5、读数a)分微尺法b)单平板玻璃测微器法c)对径符合读法（1）打开读数窗反光镜（读数目镜调焦）——利用读数装置图讲解H（Horizontal）：水平–；V(Vertical)：竖直┴、测微器（分微尺）：将1度分为60格，格值1分，估读0.1格（6″）（2）读数方法：从小往大读，0分划线代表指标线0至6之间的度盘分划线为实际的读数指标线先从与分微尺相截的度盘刻划线上读出整度数，再从相截位置读数分数，并估读秒。注意：分与秒都是2位数字，不足2位以0补齐。J6经纬仪读数方法水平度盘读数：73°04′18″0173（1）分微尺的分划值为1ˊ，估读到0.1ˊ(06)。（2）“H”——水平度盘读数，“V”——竖直度盘读数。实习:经纬仪操作与读数实习目的:使学生掌握J6光学经纬仪安置、读数的方法。仪器设备:每组J6光学经纬仪2台。实习任务:每组每位同学完成经纬仪的整平、对中、瞄准、读数工作各一次。不测角度说明:气泡的移动方向与操作者左手旋转脚螺旋的方向一致。要求及注意事项（1）对中≤2mm，气泡偏离1格（2）练习度盘对0，对某一目标读数为0°00′00″（3）不要碰了别人的仪器（4）仪器装箱；将所有的制动螺旋松开，按原样装箱（5）不准坐仪器箱（6）搬动过程中扣好箱盖（7）按要求填写实习报告三、J2光学经纬仪的构造•如图与J6相比，增加了：•1、测微轮——读数时，对径分划线影像符合。•2、换像手轮——水平读数和竖直读数间的互换。•3、竖直读盘反光镜——竖直读数时反光。测微轮换像手轮竖直读盘反光镜四、DJ2的读数方法•一般采用对径重合读数法——转动测微轮，使上下分划线精确重合后读数。水平角测量•内容提要：水平角测量预备知识水平角测量测回法水平角测量方向观测法复习:水平角测量原理•1、水平角定义•2、特点：顺时针00~3600acABCca水平度盘090°180°270°3、计算公式=右(终)边c-左(始)边a当c≥a时β=c–a当ca时β=c+3600–aacABCca水平度盘§3-3水平角测量•常用的方法有：测回法(methodofobservationset)方向观测法(methodofdirectionobservation)一、两个基本概念：盘左盘右盘左观测盘右观测竖直度盘竖直度盘二、测回法1、适用：2个方向的单角（∠AOB）2、步骤：（1）盘左瞄准左边A，读取a1。（2）顺时针旋转瞄准右边B，读取b1。则上半测回角值:β1=b1-a11测站ABOa1b1（3）顺时针旋转望远镜，倒镜成盘右，瞄准右边B，读取b2。（4）顺时针旋转瞄准左边A，读取a2。则下半测回角值:β2=b2-a2（5）计算角值若：△β=β1-β2≤β容±30则有：β=（β1+β2）/22测站ABOa2b23、测回法记录格式ABO25424061800500741906右ABO左AB000418742342741924741915测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角值一测回角值示意图测回法小结:度盘配置方法:若观测N个测回，各测回间按180°/N的差值来配置度盘。ABBA左边盘右右边右边盘左左边顺时针倒镜顺时针实习:测回法测水平角实习目的:使学生掌握水平角的测回法观测。仪器设备:每组J6光学经纬仪2台。实习任务:每人完成1测回（包括观测、记录、计算），实验报告上画角度示意图说明:注意水平角测量的限差及记录格式。要求：（1）读数：分秒必须记两位，0不能省，秒是6的整倍数。（2）对中误差2mm（3）气泡偏离1格（4）检核架好，人必须守在边上（5）按要求认真完整填写实习报告三、方向观测法•1．适用：在一个测站上需要观测两个以上方向。•2．步骤：（有四个观测方向）ABOCD（1）上半测回选择一明显目标A作为起始方向（零方向），用盘左瞄准A，配置度盘，顺时针依次观测A、B，C，D，A。零方向（2）下半测回倒镜成盘右，逆时针依次观测A，D，C，B，A。同理各测回间按1800/N的差值，来配置水平度盘。ABOCD零方向3．计算、记录（1）半测回归零差:J2≤12；J6≤18。（2）2C值（两倍照准误差）:2C=盘左读数－（盘右读数±180°）。一测回内2C互差：J2≤18；J6不作要求。（3）各方向盘左、盘右读数的平均值：平均值=[盘左读数+（盘右读数±180º）]/2注意：零方向观测两次，应将平均值再取平均。（4）归零方向值将各方向平均值分别减去零方向平均值，即得各方向归零方向值。（5）各测回归零方向值的平均值同一方向值各测回间互差:J2≤12；J6≤24。图形：方向观测法记录手薄方向观测法记录计算的实例讲解：1、上半测回归零差=0002'12-0002'06=6。2、OA方向2C值=0002'12-180002'06=6。OD方向2C值=182002'24-2002'24=0。这两个方向的2C互差=63、OA方向盘左、盘右读数的平均值：(0002'12+(180002'06-1800))/2=0002'09。再取平均得：(0002'09+0002'03)/2=0002'06OD方向盘左、盘右读数的平均值：(182002'24+(2002'24+1800))/2=182002'24。4、OB方向的归零方向值：51015'36-0002'06=51013'30。OD方向的归零方向值：182002'24-0002'06=182000'18。5、OB方向各测回归零方向值的平均值：(51013'30+51013'25)/2=51013'28。OB方向值各测回间互差:51013'30-51013'25=5。方向观测法小结:§3-4竖直角(verticalangle)测量天顶铅垂线水平线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。一、竖直度盘(verticalcircle)的构造1．包括:竖盘(verticalcircle)、竖盘指标水准管(verticalindexbubbletube)、及其微动螺旋。（1）竖盘通过横轴与望远镜固连，竖盘随望远镜倾斜而转动（竖盘刻划中心与横轴旋转中心重合）（2）竖盘读数指标与竖盘水准管相固连，一般处于竖直位置。气泡居中，视线水平时，指标对准某一整数（0，90，180，270）竖盘指标水准管的作用——每次读数之前，必须使竖盘读数指标处于正确位置。2．特点：3、竖盘的注记形式：有顺时针与逆时针•（1）顺时针注记180270°090盘左指标线270900180盘右指标线（2）逆时针注记0°270°180°90°盘左指标线270°90°180°0°盘右指标线二、竖直角(verticalangle)的计算公式1、顺时针注记α左=90°-Lα右=R-270°故一测回竖直角RL212、逆时针注记•问题：α左=？α右=？故有:α左=L-90°α右=270°-R一测回竖直角:α=（α左+α右）/2竖直角计算公式不论何种注记其共同特点：（1）=读数与常数之差（2）的公式符号相反，常数差180度由（2）知只需在中已知一个就可推出另一个，怎样判断出其中一个：判断：常数——望远镜大致水平，看读数最接近哪个常数或给出一个读数公式——望远镜上仰（或下俯）看读数增减情况RL与三、竖盘指标差(indexerrorofverticalcircle)1、定义由于指标线偏移，当视线水平时，竖盘读数不是恰好等于90°或270°上，而是与90°或270°相差一个x角，称为竖盘指标差。当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时，x为正，反之为负。180°270°0°90°x盘左RRLLx理论值观测值-xxLL左9090xxRR右27027022180左右LR22360左右