精密测角仪器和水平角观测.ppt

重庆交通大学土木建筑学院测绘系 第三章 精密测角仪器和水平角观测 一、精密测角仪器的基本构造 二、经纬仪的三轴误差 三、精密测角方法 四、偏心观测与归心改正 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 本章提要本章提要 在工程控制测量和精密工程测量中，角度测量主要使用精密光 学经纬仪。精密光学经纬仪按精度等级的高低，我国光学经纬仪的系 列分为J07，J1，J2，J6等规格。本章主要介绍精密光学经纬仪的基 本构造和仪器检验，应用精密光学经纬仪完成一个测站上的水平角观 测并获得正确观测值的方法及测站平差。 1精密光学经纬仪的基本构造；2经纬仪视准轴误差、水平轴误差及 垂直轴倾斜误差；3一个测站上的水平角观测方法；4测站平差 知识点知识点 返回本章首页 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 一、精密测角仪器的基本构造 基本结构：照准部、水准管、 水平度盘、基座 主要轴线：视准轴、横轴、水 准管轴、竖轴（旋转轴、垂直 轴） 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 我国仪仪器系列标标准型号 国外仪仪器型号、厂名 J1（北光） T3瑞士威特WILD DKM3瑞士克恩KERN NO3英国华兹华兹 WATTS OT-02苏联苏联 J2（北光、苏苏光等） T2瑞士威特WILD Theo-010东东德蔡司ZEISS DKM2瑞士克恩KERN Theo-2东东德Freiberger厂 OTC苏联苏联 TE-B3匈牙利MOM 一、精密测角仪器的基本构造 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 一、精密测角仪器的基本构造 1、用较短的复合物镜焦距，得到等效物镜焦距 f较大值。 2、平均边长3KM以上的三角网，如各目标与测站的距离相差 1KM，在一测回的观测中，各目标不重新调焦是不会影响照准精 度的。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 一、精密测角仪器的基本构造 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 水准器的精度主要由水准器的格值来衡量。 一、精密测角仪器的基本构造 水准器的灵敏度：当人们的肉眼发觉气泡有最小移动量（ 约0.2mm）时水准管轴所倾斜的角度值。 （管上两相邻分划线间 的圆弧所对的圆心角） 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 一、精密测角仪器的基本构造 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 光学经纬仪读数方法 J2光学经纬仪对径读数的规则： 旋进测微手轮，使度盘正倒像精确重合， 1读度，找具备下列三个条件的分划线：正倒像相差180度 ；正像在左，倒像在右；正倒像的对径（度）分划相距 最近，以正像的（度）分划线为准读度数。 2读十位分数，将正倒像相应的分划线间所夹的格数乘以度盘 分划的一半（J2为10分），就是十位分数。 T3读分，将正倒像相应的分划线间所夹的格数乘以度盘分划 的一半（T3为2分）。 3在测微器（盘）读取个位的分数及秒数。 T3，将测微盘上两次读数相加，。 一、精密测角仪器的基本构造 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 J2 一、精密测角仪器的基本构造 425739.01740302.7 测微盘上共有10个大格，每一大格又分60小格，共有600个小格 ，相当于度盘的半个最小分格10，所以一大格代表1，一小 格代表1。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 二、经纬仪的三轴误差 1视准轴误差 1）产生原因：望远镜的十字丝分划板安装不正确、望远镜调焦 镜运行时晃动、气温变化引起仪器部件的胀缩，特别是仪器受热 不均匀使视准轴位置变化等。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 二、经纬仪的三轴误差 2）视准轴误差对水平方向观测影响的规律 随目标垂直角的增大而增大，当 最小值。 由盘左和盘右的观测方向值求平均值，可以消 除视准轴误差对水平方向观测的影响，而得到正 确的方向值。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 二、经纬仪的三轴误差 计算2C的作用： 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。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 二、经纬仪的三轴误差 2水平轴倾斜误差 1）产生原因：仪器左、右两端的支架不等高、水平轴两端轴 径不相等等。 2）水平轴倾斜误差对水平方向观测的影响 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 3）水平轴倾斜误差对水平方向观测影响规律 不仅与i有关，而且还与有关。 由盘左和盘右的观测方向值求平均值，可以消除水平轴倾 斜误差对水平方向观测的影响，而得到正确的方向值。 二、经纬仪的三轴误差 盘左，左高右低， 盘右，左低右高， 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 二、经纬仪的三轴误差 视准轴误差和水平轴误差对水平方向观测值的综 合影响（反应在盘左盘右的读数差中）： 当=0时，L-R=2C，一般情况下，随着角的增大，上式 右端第一项变化较慢，而第二项则变化较为显著。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 4）水平轴倾斜误差的检验 （高低点法）： 二、经纬仪的三轴误差 两式相加和相减分 别得C角和i角。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 二、经纬仪的三轴误差 若测了n个测回，则有： 国家规范规定，对于J1型仪器，c、i的绝对值都应小于10 对于J2型仪器，c、i的绝对值都应小于15 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 二、经纬仪的三轴误差 3垂直轴倾斜误差 1）产生原因：仪器未严格整平 2）垂直轴偏斜误差对水平方向观测值的影响 （1）垂直轴偏斜误差对水平方向观测值的影响是通过 水平轴倾斜量而表现出来的。 （2）由于水平轴倾斜，从而使视准轴也偏离正确位置 ，使观测方向产生了的误差影响。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 二、经纬仪的三轴误差 根据直角球面三角形公式可得 ： 因为V和iv是 小角。 水平轴倾斜iv对水平方向观 测值的影响计算公式。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 3）垂直轴偏斜误差对水平方向观测值影响的规律 4）削弱垂直轴偏斜误差对水平方向观测值影响的措施： （）尽量减小垂直轴的倾斜角。 （）测回间重新整平仪器。 （）对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数。 二、经纬仪的三轴误差 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 1、方向观测法 1）观测方法 A B C D E 方向观测法 零方向 盘 左 盘 右 方向观测法的测 回数，是根据测 角网的等级和所 用仪器的类型确 定的。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 2）测站限差的探讨 三、精密测角方法 （2）制定限差的基本步骤 观测结果的差值是表示在一定的外界条件下观测误 差的大小，其中包括偶然误差和系统误差两部份。制定 限差允许值的步骤为： 确定偶然误差部份 。观测结果的差值是每一个方 向观测值的函数，因此列出差值函数式，就可按误差传 播定律，由每一方向观测值中误差 ，计算出观测方向 值函数（即差值）的中误差。 （1）测站限差项目：两次重合读数差，半测回归零 差，一测回2c互差，测回互差。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 确定系统误差部份 。常常根据大量作业的观测资 料进行分析研究，从中找出在正常情况下各检验项可能 包括的系统误差的大小。 计算差值的综合影响 最后根据“极限误差等于两倍中误差”求出差值的限差。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 （2）一方向观测值（偶然）中误差 测定的两种方法： 第一种室内实验可得到近似结果。 可在室内求得，例如在度盘每隔5度的位置， 旋进测微轮，使上下分划线重合二次，分别读取读数， 然后由两次读数的差数求出重合一次的读数中误差 。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 第二种从大量三角点的测站平差中求出各点的 ， 然后取 各点 的带权带权 平均值值作为实际为实际 采用的 目前采用 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 （3）半测回归零差 三、精密测角方法 偶然误差部份 函数式 系统误差部份，主要仪器基座扭转等系统误差，一般为 2 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 （4）一测回内2C互差的限差 偶然误差部份 系统误差部份，主要包括视准轴误差，水平轴倾斜 误差，基座位移以及外界因素引起的。 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 视准轴部份 横轴部份 基座位移部份：2 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 （5）同一方向各测回间互差的限差 偶然误差部份 系统误差部份，主要包括水平度盘分划误差大约1 2秒；测微器分划误差很小；外界条件变化（旁折光） ，不好定。 规范规定： 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 3）测站平差 测站平差目的：求取各方向的测站平差值，计算一 测回方向观测值的中误差和测站平差值的中误差。 （1）各方向的测站平差值的求取 取各测回归零方向的平均值，即得各方向的测站 平差值。 （2）一测回方向观测值的中误差和测站平差值的中 误差的计算 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 2、分组方向观测法 当方向数多于6个时可考虑分为两组观测，两组都要联 测两个共同的方向，其中（最好）有一个共同的零（起始） 方向。 1）联测角的限差 设两组观测时两个共同方向以i,j表示 第一组联测角值 第二组联测角值 两组联测角的差为 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 如果 的测角中误差分别为 联测角差值的限差 三、精密测角方法 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 2）分组观测的测站平差 第一组联测方向的方向值为 相应的改正数为 第二组联测方向的方向值为 相应的改正数为 三、精密测角方法 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 三、精密测角方法 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 例1 三、精密测角方法 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 例2 三、精密测角方法 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 方 向 号 第一组组第二组组平差方向值值 观测值观测值 改正数v 观测值观测值 改正数v 归归零v 1 2 3 4 5 6 7 0 00 00 56 31 30.0 116 10 17.9 176 32 35.0 232 12 18.2 0 00 00 120 01 03.4 221 33 42.6 274 12 06.7 某测站上水平方向分组观测值如表所示,试在表中完成测站平差. 练习 +0.4 -0.4 -0.4 +0.4 0.0 +0.8 +0.4 +0.4 0 00 00 56 31 30.4 116 10 17.9 176 32 34.6 232 12 18.2 278 05 13.4 330 43 37.5 三、精密测角方法 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 四、偏心观测与归心改正 标石中心B，仪器中心Y，照准点中心T 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 1、测站点归心改正 1）几个名词 测站偏心：仪器中心Y偏离标 石中心B 测站归心改正：把测站偏心时 观测的方向值 归算为以标 石中心为准的方向值 测站归心改正数c: 测站偏心距： 测站偏心角：测站偏心元素 四、偏心观测与归心改正 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 2）、测站点归心改正数 的计算 四、偏心观测与归心改正 重庆交通大学土木建筑学院测绘系 2、照准点归心改正 1）几个名词 照准点