测量与地图学第三讲角度测量.ppt

第三讲 角 度 测 量,（1）了解角度测量误差及注意事项。 （2）熟悉电子经纬仪的构造。 （3）掌握角度测量原理，掌握DJ6经纬仪的构造和使用方 法，掌握水平角和竖直角的观测和计算方法。,重点：,DJ6经纬仪的使用方法，水平角和竖直角的观测和计算方法,难点：,经纬仪的检验、校正,3.1 角度测量原理,角度测量(angle observation)内容： 水平角(horizontal angle)测量 竖直角(vertical angle)测量,为什么要测量水平角、竖直角？,地面一点至两目标方向线在水平面上投影的夹角，称为水平角。 范围：顺时针003600,1、水平角(horizontal angle) 定义,ba,2、竖直角(vertical angle)定义,在同一竖直面内，一点到目标的方向线与水平视线所夹的锐角。取值范围：090 ，仰角为正，俯角为负。,竖直角用表示： 目标视线的读数水平视线的读数 天顶角：在同一竖直面内，视线与铅垂线的天顶方向之间的夹角称为天顶角，也叫天顶距，用Z表示，取值范围：0180。 显然，同一方向线的天顶距和竖直角之和等于90： Z=90,经纬仪是测角的仪器，按测角的精度分为： DJ07、DJ1 、DJ2 、DJ6 、 DJ10。 DJ分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉字拼音第一个字母，其下标数字为该仪器一测回方向观测中误差的秒数。,一、DJ6经纬仪的构造 1、照准部(alidade) 望远镜、支架 竖直度盘 管水准器 光路系统 2、水平度盘(horizontal circle) 水平度盘 度盘变换手轮 外轴 3、基座(tribrach) 圆水准器 脚螺旋,DJ6经纬仪的构造,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.照准部(alidade),）望远镜倒像，2630倍， 目镜调焦，物镜调焦， 粗瞄准器，十字丝 2）竖直度盘 3）读数显微镜 反光镜 4）圆水准器 8/2mm； 管水准器30 /2mm 5）竖轴（仪器旋转轴） 6）望远镜(竖直)制动、微动 7）照准部(水平)制动、微动 8）光学对点器 9）复测扳手或度盘变换手轮,2.水平度盘(horizontal circle),由光学玻璃制成， 按1间隔顺时针刻划0360刻度； 特点：水平度盘与照准部相互脱离； 改变度盘位置，需使用度盘变换手轮或复测扳手。,3.基座(tribrach),轴座、脚螺旋、连接板,基座,水平度盘,照准部,脚螺旋用于整平仪器,4.J6经纬仪的 读数装置,4. 经纬仪的读数装置,J6经纬仪度盘读数光路,1）读数光路,J6光学经纬仪读数,2）J6光学经纬仪读数,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 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,分微尺测微利用度盘刻度线，在分微尺上读数。 “H”水平度盘读数， “V”竖直度盘读数。,三、电子经纬仪原理 电子经纬仪将光学度盘换为光-电扫描度盘，以自动记录和显示读数代替人工光学测微读数，使测角操作简单化，可避免读数误差的产生。其自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。 电子经纬仪与光学经纬仪区别在于度盘读数及显示系统，其水平度盘、竖直度盘及读数装置分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘），通过读数传感器进行角度测量，根据测角精度可分为0.5，1，2，3，5，10等几个等级。,光电度盘一般分两大类： 编码度盘：在圆形玻璃上，排列一组同心圆码道，根据码道数沿径向将同心圆划分为一定扇区，根据位置将每个扇区设为相邻透明或不透明，径向扇区即构成一二进制编码； 光栅度盘：在度盘表面的一个圆环内，刻画出许多等间隔的条纹组成光栅，通过累计栅距数值测角。 也有将上述二者结合起来，采用“编码与光栅相结合”的度盘进行测角。,1）编码度盘测角原理 在玻璃圆盘上刻划若干同心圆带码道，再根据码道数等间隔将全圆划成若干扇区，则每个扇形区有几个梯形。 如果每个梯形分别以“亮”和“黑”表示“0”和“1”的信号，则该扇形便被赋予一个二进制码，其值为02n，这样便将度盘划分为2n份。,例如，用四位二进制表示角值，则全圆只能刻成4416个扇形，则度盘刻划值（角度分辨率）为360o/16=22.5o，这显然没有应用价值。 如果取角度分辨率为20”，则需要的扇形区为(3606060)/20=64800，由此计算得码道数为64800216个。 因为度盘直径有限，码道愈多，靠近度盘中心的扇形间隔愈小，故不可能无限增多码道。实际应用中，一般将度盘刻成适当的码道，再利用测微装置来达到细分角值的目的。,2）增量式光栅度盘测角原理 均匀地刻有许多一定间隔细线的直尺或圆盘称为光栅尺或光栅盘。左图为用于直线测量的直线光栅，右图为径向光栅。设光栅的栅线（不透光区）宽度为 a ，缝隙宽度为 b ，栅距 d a b ，通常 a b ，它们都对应一角度值。,在光栅度盘的上下对应位置上装上光源、计数器等，使其随照准部相对于光栅度盘转动，可由计数器累计所转动的栅距数，从而求得所转动的角度值。 因为光栅度盘上没有绝对度数，只是累计移动光栅的条数计数，故称为增量式光栅度盘，其读数系统称为增量式读数系统。,角度测量的实验仪器全站仪,操作螺旋,目镜调焦螺旋&物镜调焦螺旋 光学对中器目镜调焦螺旋&光学对中器物镜调焦螺旋 水平制动螺旋&水平微动螺旋 望远镜制动螺旋&望远镜微动螺旋 脚螺旋 中心螺旋,操作螺旋作用：,目镜调焦螺旋：十字丝清晰。 物镜调焦螺旋：物像清晰。 对中器目镜调焦螺旋：分划板的刻划圈清晰。 对中器物镜调焦螺旋：地面点标志成像清晰。 水平制动螺旋、水平微动螺旋：在水平方向制动与微动照准部，精确瞄准目标。 望远镜制动螺旋、望远镜微动螺旋：在竖直方向制动与微动望远镜，精确瞄准目标。 脚螺旋：精确整平，使水准管在任何位置气泡 均居中。 中心螺旋：连接三脚架和仪器。,一、对中和整平 1、垂球法 （1）脚架头上移动仪器进行对中。 （2）旋转脚螺旋进行整平。 （3）反复（1）、（2）两步。,3.4 经纬仪的安置 内容及要求： 对中 3mm（垂球） 1mm （光学对中器） 整平 1格,（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，使圆水准气泡居中。,2、光学对中器法,1）转动仪器，使水准管与脚螺旋1、2连线平行。 2）根据气泡位置运用法则，对向旋转脚螺旋1、2 。 3）转动仪器900，运用法则，旋转脚螺旋3 。,（3）脚螺旋精平左手大拇指法则,（4）架头上移动仪器，精确对中 （5） 脚螺旋精平 （6） 反复（4）、（5）两步。,三.读数,二.瞄准 用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。 （1）目镜对光 （2）粗略瞄准 （3）物镜对光,（4）精确瞄准,瞄准,操作步骤： 粗瞄、制动、调焦消除视差、水平和垂直微动精确瞄准。 瞄准目标时，要尽量设法减少由于目标不垂直引起的 方向误差。,电子经纬仪角度测量界面及功能键含义,34,角度测量各项按键功能,实验三:经纬仪认识,实验目的:熟悉经纬仪的构造，掌握其操作。 仪器设备:每组J6光学经纬仪1台、花杆或测钎2个、记录板1个。 实验任务:熟悉经纬仪部件和操作螺旋及其作用，学会操作仪器以及读度盘读数。 说明:注意根据所用仪器填写记录格式。,3.4 水平角测量,水平角测量常用的方法有： 测回法(method of observation set) 适用于两个方向的单角观测 方向观测法(method of direction observation) 适用于测站上需要观测的方向数大于两个时,2、步骤: （1）盘左瞄准左边A，配度盘至000X0X，读取a1。 （2）顺时针旋转瞄准右边B，读取b1。 则上半测回角值:1= b1-a1,一、测回法,（4）逆时针旋转瞄准左边A，读取a2。 则下半测回角值:2= b2-a2,2,a2,b2,（5）计算角值 若：1-240“（图根级） 则有： = （1+2）/2,3、测回法记录格式,254 24 06,180 05 00,74 19 06,00 04 18,74 23 42,74 19 24,74 19 15,测回法小结:,4、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。一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。,水平角观测记录大角,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。,2142312,2142254,2142303,1801118,343412,1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）,二、 方向观测法,A,B,O,C,D,（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(归零)。,倒镜成盘右，逆时针依次观测A，D，C，B，A。 各测回间按1800/N的差值，来配置水平度盘。,（2）下半测回,（1）半测回归零差: =起始方向归零读数起始方向读数 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：J218 “ ；J6不作要求。,3计算、记录,（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180）/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“,1、上半测回归零差=000212“- 000206“=6“。 2、OA方向2C值= 000212“- 18000206“=6“。 OD方向2C值= 18200224“- 200224“=0“。 这两个方向的2C互差= 6“,方向观测法记录计算的实例讲解：,3、OA方向盘左、盘右读数的平均值： (000212“+(18000206“-1800)/2=000209“。 再取平均得：(000209“+ 000203“)/2=000206“ OD方向盘左、盘右读数的平均值： (18200224“+(200224“+1800)/2=18200224“。,4、OB方向的归零方向值： 5101536“-000206“= 5101330“。 OD方向的归零方向值： 18200224“- 000206“= 18200018“。,5、OB方向各测回归零方向值的平均值： (5101330“+5101325“)/2= 5101328“。 OB方向值各测回间互差: 5101330“- 5101325“=5“。,1、简述经纬仪和水准仪的安置步骤，并指出它们的区别。 2、什么是水平角、竖直角，经纬仪如何测定它们？观测时有何异同？ 3、对中与整平的目的是什么？如何进行？ 4、度盘变换手轮的作用是什么？若要将水平盘置0，应如何操作？ 5、简述测回法观测水平角的操作步骤。 6、水平角方向观测中的2c是何含义？为何要计算2c，并检核其互差？,7、根据下表中观测数据计算水平角,107 36 12 107 35 54,107 36 03,107 35 42 107 36 18,107 36 00,107 36 02,8、根据下表方向测绘观测数据计算水平角,0 -6 -6 0 -6,0 12 6 6 6,00 02 36 70 23 39 228 19 27 254 17 54 00 02 33,90 03 12 160 24 00 318 19 57 344 18 27 90 03 15,00 00 00 70 20 46 228 16 43 254 15 13,00 00 00 70 20 55 228 16 48 254 15 16,00 00 00 70 21 04 228 16 52 254 15 19,70 20 55 157 55 54 28 58 28,(00 02 35),(90 03 14),3.5 竖直角(vertical angle)测量,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)。 =090，仰角为正，俯角为负。,1构成: 竖盘(vertical circle) 、竖盘指标水准管(vertical index bubble tube)及其微动螺旋。,一、 竖直度盘(vertical circle)的构造,后两部分多采用竖盘 指标自动归零补偿器 (vertical index compensator) 来替代。,竖盘构造特点,2.垂直度盘构造特点,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。,（1）顺时针注记,3、竖盘的注记形式： 包括顺时针与逆时针两种。,（2）逆时针注记,1、顺时针注记 左=90-L 右=R-270 一测回竖直角： =(左+右)/2,二、竖直角(vertical angle)的计算公式,问题：左= ？ 右=？,故有:左= L -90 右=270- R 一测回竖直角: =（左+右）/2,1、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-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。,三、竖盘指标差 (index error of vertical circle),（2）结论：取盘左盘右平均值，可消除指标 差的影响。一般规范规定指标差变动范围： J625“、J215 “。,2、计算公式,（1）指标差:,对于顺时针注记盘： 正确的竖直角=(90+x)-L=左+x =R-(270+x)=右-x,四、竖直角的观测,在测站O点上安置经纬仪，以盘左位置用望远镜的十字丝中横丝，瞄准目标上某一点M。 转动竖盘指标水准管微动螺旋，使气泡居中。读取竖盘读数L。 倒转望远镜，以盘右位置再瞄准目标上M点。调节竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数R。,五、电子经纬仪角度测量界面及功能键含义,64,角度测量各项按键功能,垂直角观测记录,I,注：垂直角必须带“ ”号。,垂直角观测记录（逆时针注记）,9、何谓竖盘指标差？如何计算和检验竖盘指标差？ 10、计算整理下表（顺时针注记）,垂直角计算,测站,目标,竖盘位置,竖盘读数 ,半 测 回 垂 直 角 ,一 测 回 垂 直 角 ,2x ,备 注,O,左,右,M,103 21 00 -13 21 00,256 39 18 -13 20 42,+18 -13 20 51,左,右,N,82 12 18 +7 47 42,277 47 54 +7 47 54,+12 +7 47 48,经纬仪的主要轴线: 1、竖轴VV(vertical axis) 2、水准管轴LL(bubble tube axis) 3、横轴HH(horizontal axis) 4、视准轴CC(collimation axis) 5 、圆水准器轴LL(circle bubble axis),3.6经纬仪的检验与校正,1、VVLL 照准部水准管轴的检校。 2、HH十字丝竖丝十字丝竖丝的检校 3、HHCC 视准轴的检校,一、经纬仪轴线应满足的条件,1照准部水准管轴的检校 目的：使平盘水准管轴垂直于纵轴。LLVV （1）检验：用任意两脚螺旋使水准管气泡居中，然后将照准部旋转180，若气泡偏离1格，则需校正。 （2）校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半后，再拨动水准管校正螺丝，使气泡居中。此时若圆水准器气泡不居中，则拨动圆水准器校正螺丝。这项检验校正需反复进行几次，直至偏离小于一格。,二、经纬仪的检验与校正,（a）水准管轴是水准管零点的切线 （b）照准部旋转180之后，仪器的竖轴方向不变 （c）拨动水准管校正螺丝，使气泡返回偏移量的 一半，用脚螺旋返回偏移量的另一半 （d）为使竖轴垂直，再用脚螺旋使气泡居中。,校正示意,（1）检验：用十字丝交点对准一目标点，再转动望远镜微动螺旋，看目标点是否始终在竖丝上移动。,2十字丝竖丝的检校,目的：仪器整平后，十字丝的纵丝在铅垂平面内，横丝水平。,（2）校正：微松十字丝的四个压环螺丝，转动十字丝环，使目标点始终在竖丝上移动。,3视准轴的检校,（1）检验：在平坦地面上选择一直线AB，约60m100m，在AB中点O架仪，并在B点垂直横置一小尺。盘左瞄准A，倒镜在B点小尺上读取B1；再用盘右瞄准A，倒镜在B点小尺上读取B2。则有,J6 ：2c60“；J2 ：2c30“时，则需校正。,方法：拨动十字丝左右两个校正螺丝，使十字丝交点由B2点移至BB2中点B3。,（2）校正：,（1）检验：在2030m处的墙上选一仰角大于30的目标点P，先用盘左瞄准P点，放平望远镜，在墙上定出P1点；再用盘右瞄准P点，放平望远镜，在墙上定出P2点。,4横轴的检验与校正,J6 ：i20，需校正。,方法：用十字丝交点瞄准P1 P2的中点M，抬高望远镜，并打开横轴一端的护盖，调整支承横轴的偏心轴环，抬高或降低横轴一端，直至交点瞄准P点。此项校正一般由仪器检修人员进行。,（2）校正：,(1)检验：用盘左、盘右先后瞄准同一目标，计算指标差x=(L+R-360)/2。 J6： x1；J2： x30时，要进行校正。 (2)校正： 用指标水准管微动螺旋，使中丝对准（R- x）位置，再有拨针使指标气泡居中。,5指标差的检校,（1）检验：精密安置仪器后，将刻划中心在地面上投下一点，再旋转照准部，每隔120投下一点，若三点不重合，则需校正。 （2）校正：用拨针使刻划中心向三点的外接圆心移动一半。,6光学对中器的检校,目的：光学对中器的视准轴与竖轴重合,（1）检验：精平（水准管气泡居中）后，若圆水准气泡不居中，则需校正。 （2）校正：用校正针拨动圆水准器底下的校正螺丝，使气泡居中。,7圆水准器的检校 (次 要),目的：使圆水准管轴平行于纵轴，LL VV,一、仪器误差：仪器校正的残余误差 视准轴误差（CCHH） 盘左盘右观测取平均消除 横轴误差 （HHVV） 盘左盘右观测取平均消除 竖轴误差 （LLVV） 盘左盘右观测取平均不能 抵消，仔细整平。,二、操作误差 1.仪器安置误差： 对中误差 整平误差,2.标杆倾斜误差 竖直标杆，观测时尽量瞄