长安大学《测量学》第三章 角度测量

第三章角度测量长安大学公路学院第三章角度测量主要内容：水平角和垂直角测量原理，DJ6型光学经纬仪的使用，水平角和垂直角的观测、计算方法，角度测量的误差分析、DJ6的检校。主要目的：了解经纬仪测角原理，掌握测量水平角和垂直角的方法。了解经纬仪各轴线间应满足的几何条件。重点内容：测回法施测水平角、中丝法施测垂直角的观测方法、经纬仪各轴线间应满足的几何条件。一、水平角测量原理水平角：从一点出发的两条方向线所构成的空间角水平面上的投影。=b-a（0。360。）。也可看成是包含OA、OB视线的两个铅垂面之间的两面角。ca水平度盘aobAOB§3-1角度测量原理二、竖直角测量原理垂直角——空间方向线与水平面或天顶方向的夹角，简称竖角，又称垂直角。=0。－90。仰角为正，俯角为负。空间方向线的竖角和天顶距Z之间的关系为：天顶铅垂线水平线ACAZCZACB0°90°180°270°90Z§3-1角度测量原理一、分类按其精度等级划分:DJ07、DJ1、DJ2（精密光学经纬仪）；DJ6（普通光学经纬仪)下标数字该仪器一测回方向观测中误差的秒数。一般工程测量最常用:DJ6级光学经纬仪二、DJ6级光学经纬仪§3-2光学经纬仪§3-2光学经纬仪二、DJ6级光学经纬仪二、DJ6级光学经纬仪§3-2光学经纬仪§3-2光学经纬仪二、DJ6级光学经纬仪经纬仪一般由基座、水平度盘、照准部三部分组成。§3-2光学经纬仪二、DJ6级光学经纬仪1．照准部照准部是基座上方能够转动的部分的总称。主要由望远镜、竖直度盘、水准器以及读数设备等组成。2.水平度盘水平度盘是由光学玻璃制成的精密刻度盘，分划从0°至360°，按顺时针注记，每格1°或30′，用以测量水平角。090180270§3-2光学经纬仪二、DJ6级光学经纬仪1．照准部2.水平度盘3．基座基座是支承整个仪器的底座；脚螺旋用于整平仪器。基座水平度盘照准部§3-2光学经纬仪二、DJ6级光学经纬仪DJ6级经纬仪采用的测微装置1.分微尺测微器及其读数方法利用度盘刻度线，在分微尺上读数。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秒。读数估读至0.1格，因此，估读的秒数都应是6秒的倍数。例：水平度盘整个读数为：261°05′24″竖直度盘读数为：90°54′36″。图3-3分微尽测微器读数装置§3-2光学经纬仪二、DJ6级光学经纬仪DJ6级经纬仪采用的测微装置2.单平板玻璃测微器及其读数方法主要包括平板玻璃、测微尺、连接机构和测微轮。读数时，先转动测微轮，使度盘某分划线精确地移在双指标线的中央，读出该分划线的度盘读数，再根据单指标线在测微尺上读取分、秒数，然后相加，即为全部读数。如图中水平度盘读数为39°30′+22′30″=39°52′30″。§3-2光学经纬仪三、DJ2光学经纬仪§3-2光学经纬仪三、DJ2光学经纬仪J2级光学经纬仪与J6级的区别主要是读数设备及读数方法。J2级光学经纬仪一般均采用对径分划线影像符合的读数装置。采用符合读数装置，可以消除照准部偏心的影响，提高读数精度。§3-2光学经纬仪三、DJ2光学经纬仪读数规则§3-2光学经纬仪三、DJ2光学经纬仪J2经纬仪数字化读数窗§3-3水平角观测方法一、经纬仪的安置经纬仪的安置包括对中和整平两项工作。1.垂球对中和整平（1）对中:使仪器的中心（竖轴）与测站点位于同一铅垂线上。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。（2）整平:使仪器的竖轴竖直，水平度盘处于水平位置。§3-3水平角观测方法一、经纬仪的安置1.垂球对中和整平（1）对中（2）整平气泡居中，1、2等高123123气泡居中，3与1、2等高用左手大拇指法则，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。§3-3水平角观测方法一、经纬仪的安置2.光学对中器对中和整平（1）将仪器置于测站点上，三个脚螺旋调至中间位置，架头大致水平，光学对中器大致位于测站点的铅垂线上，将三脚架踩实。（2）旋转光学对中器的目镜，看清分划板上圆圈，拉或推动目镜使测站点影像清晰。（3）旋转脚螺旋使光学对中器对准测站点。（4）利用三脚架的伸缩螺旋调整架腿的长度，使圆水准器气泡居中。（5）用脚螺旋整平照准部水准管。§3-3水平角观测方法一、经纬仪的安置2.光学对中器对中和整平（6）用光学对中器观察测站点是否偏离分划板圆圈中心。如果偏离中心，稍微松开三脚架连接螺旋，在架头上移动仪器，圆圈中心对准测站点后旋紧连接螺旋。（7）重新整平仪器，直至在整平仪器后，光学对中器对准测站点为止。§3-3水平角观测方法二、水平角观测方法常用方法有测回法和方向观测法。1．测回法步骤：(1)安置仪器于测站O点，对中、整平(2)上半测回：盘左，LA,LB(3)下半测回：盘右，RB,RA上半测回和下半测回构成一测回。(4)若β左-β右≤40″，认为观测合格。此时可取§3-3水平角观测方法二、水平角观测方法1．测回法测回法观测记录手薄测站盘位目标水平度盘读数半测回角值一测回角值备注O左A00112571736571742B571848右A1800106571748B2371854§3-3水平角观测方法二、水平角观测方法2.方向观测法(1)操作步骤：盘左位置：瞄准零方向A，按顺时针旋转照准部，依次照准B、C、D各目标方向，分别读取水平度盘读数，最后再观测零方向A，称为上半测回归零,以上称为上半测回。零方向ABOCD§3-3水平角观测方法二、水平角观测方法2.方向观测法(1)操作步骤：盘右位置：先照准零方向A，按逆时针方向依次照准D、C、B各目标方向，分别读取水平度盘读数，最后再照准零方向A，称为下半测回归零，此为下半测回。零方向ABOCD§3-4竖直角测量一、竖直度盘的构造竖直度盘部分包括竖盘、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋.竖盘的注记形式有顺时针与逆时针两种。当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，盘左竖盘读数应为90°，盘右竖盘读数则为270°。§3-4竖直角测量二、竖直角计算公式1.顺时针注记形式盘左盘右L90左270R右)(21右左§3-4竖直角测量二、竖直角计算公式2.逆时针注记形式90L左R270右)(21右左§3-4竖直角测量三、竖盘指标差竖盘指标差x——竖盘水准管气泡居中时，读数指标线与铅垂线的夹角。竖盘指标的便移方向与竖盘注记增加方向一致时，x为正值，反之为负。027018090x§3-4竖直角测量三、竖盘指标差)(90xL270)(xR)360(21RLx）（右左18021)(21LR§3-4竖直角测量四、竖直角观测与计算观测步骤：（1）在盘左位置用水平中丝照准目标，调整竖盘指标水准管气泡居中后，读取竖盘读数，记入记录手薄。（2）在盘右位置用水平中丝照准目标，调整竖盘指标水准管气泡居中后，读取竖盘读数，记入记录手薄，测回观测结束。（3）根据仪器竖盘注记形式确定竖直角计算公式，计算竖直角和指标差。一、经纬仪轴线应满足的条件经纬仪的轴线竖轴VV横轴HH望远镜视准轴CC照准部水准管轴LLLLHHCCVVL’L’§3-5经纬仪的检验与校正一、经纬仪轴线应满足的条件轴线间应满足的条件(l)水准管轴垂直于竖轴LL⊥VV(2)十字竖丝垂直于横轴竖丝⊥HH(3)视准轴垂直于横轴CC⊥HH(4)横轴垂直于竖轴HH⊥VV(5)竖盘指标差应为零(6)光学对点器的视准轴应与竖轴重合。LLHHCCVVL’L’§3-5经纬仪的检验与校正§3-5经纬仪的检验与校正二、经纬仪的检验与校正1．照准部水准管轴的检验校正（1）不良影响：VV轴无法铅垂影响空间角投影为水平角和竖直角横轴随方向而变（2）检验（发现误差）：气泡居中后旋转180°是否仍居中？（3）校正：用水准管校正螺旋使气泡返回一半，用脚螺旋纠正一半。§3-5经纬仪的检验与校正二、经纬仪的检验与校正2．十字丝竖丝的检验校正（1）不良影响：不能精确瞄准目标。（2）检验（3）校正§3-5经纬仪的检验与校正二、经纬仪的检验与校正3．视准轴的检验校正（1）不良影响：在绕横轴旋转时视准轴画出圆锥面,观测同一铅垂面内不同高度的目标时，将有不同的水平度盘读数，从而产生测角误差。（2）检验：（3）校正：B3B2=1/4B1B2平移十字丝使视准轴照准B3点§3-5经纬仪的检验与校正二、经纬仪的检验与校正4．横轴的检验校正（1）不良影响：视准轴画出倾斜面，观测同一竖直面内不同高度的目标时，将有不同的水平度盘读数，从而产生测角误差。（2）检验（3）校正：升降横轴§3-5经纬仪的检验与校正二、经纬仪的检验与校正5.竖盘指标差的检验与校正（1）检验：用盘左、盘右两个镜位观测同一目标点，分别使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数L和R，计算指标差X。如X超出±1’的范围，则需改正。（2）校正：盘右照准目标点，不含指标差的盘右读数应为R-X。转动竖直度盘指标水准管微动螺旋，使竖盘读数为R-X，这时指标水准管气泡必然不再居中，可用拨针拨动指标水准管校正螺旋使气泡居中。§3-5经纬仪的检验与校正二、经纬仪的检验与校正6.光学对中器的检验校正严格整平仪器，在三角架下方放置一白纸，并固定，旋转和抽动目镜使分化板圆圈和白纸看清楚，并将圆圈中心在纸上标出，照准部旋转180度，如果标出之点仍在圆圈中心，说明视准轴与竖轴重合，否则，应将旋转180度后圆圈中心在纸上标出，取两点的中点，调整转向棱镜使圆圈中心对准中点。§3-6角度测量误差及注意事项水平角测量的误差亦来自仪器误差、观测误差和外界条件的影响三个方面。一、仪器误差1.视准轴误差盘左、盘右观测取其平均值，可以消除视准轴误差的影响。§3-6角度测量误差及注意事项一、仪器误差2.横轴误差盘左、盘右观测取其平均值，可以消除视准轴误差的影响。§3-6角度测量误差及注意事项一、仪器误差3.竖轴误差由于用盘左、盘右观测同一方向，竖轴误差所引起的水平度盘读数误差大小相等但符号相同，因此不能用盘左和盘右观测消除其影响。此外这一影响亦与竖直角的大小成正比，所以在山区或坡度较大的地区进行测量时，应对仪器进行严格的检验和校正，并在测量中仔细整平。§3-6角度测量误差及注意事项一、仪器误差4.照准部偏心差对于单指标读数的J6级光学经纬仪，取同一方向盘左、盘右观测的平均值，即可消除此项影响。§3-6角度测量误差及注意事项一、仪器误差5.竖盘指标差采用盘左、盘右观测一测回，取其平均值作为竖角成果可消除竖盘指标差的影响。6.度盘分划误差在水平角精密测量时，为提高测角精度，可利用度盘位置变换手轮或复测板手，在各测回之间变换度盘起始位置的方法减小其影响。§3-6角度测量误差及注意事项二、观测误差1.对中误差对中误差对测角的影响与偏心距成正比，与边长成反比。在水平角测量时，应认真精确地进行对中，在边长较短的情况下尤应如此。§3-6角度测量误差及注意事项二、观测误差2.目标偏心差目标倾斜越大，瞄准部位越高，则目标偏心越大，对测角的影响就越大。目标偏心对测角的影响与边长成反比。§3-6角度测量误差及注意事项二、观测误差3.瞄准误差瞄准误差是指望远镜瞄准目标的精确程度。4.读数误差§3-6角度测量误差及注意事项三、外界条件的影响外界条件的影响主要是指各种外界条件的变化对角度观测值精度的影响。如温度变化、大风、地面辐射热和空气透明度等。§3-7电子经纬仪电子经纬仪在结构及外观上和光学经纬仪相类似。主要不同点在于读数系统，它采用光电扫描和电子元件进行自动读数和液晶显示。§3-7电子经纬仪一、编码度盘测角原理§3-7电子经纬仪二、光栅度盘测角原理1.光栅与