《角度测量gaijk》PPT课件.ppt

第三章 角度测量,1. 为什么要进行角度测量？ 2. 角度测量的仪器和工具有哪些？ 3. 如何进行角度测量以及数据处理？ 4. 测量过程中，怎样才能保证测量精度？,角度测量是三大基本工作之一； 角度测量包括水平角测量和竖直角测量。 水平角测量用于确定点的平面位置（计算坐标）； 竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离。,一、水平角测量原理 1、水平角定义：二条相交直线之间的夹角在水平面上的投影，或者说，二个相交竖直面的二面角。 2、如何理解地面点之间的水平角？ 水平度盘 设站 观测 投影 方向值 角度,第1节 角度测量原理,1、竖直角（高度角）：在同一竖直面内目标方向与水平线的夹角，称为竖直角。 仰角: 竖直面内目标方向在水平线之上的竖直角。 1 （+） 俯角: 竖直面内目标方向在水平线之下的竖直角。俯角为负值。2（-） 2、天顶距: 地面点的天顶方向至目标方向的夹角。 设在观测的NM 天顶距为Z，竖直角为的1 ，因为 Z + 1 =90，故 天顶距与竖直角的关系： =90- Z,1,2,二、 竖直角测量原理,天顶方向,铅垂线方向,竖直角角值范围：0 90 ； 天顶距Z角值范围：0 180 。,测角必须满足的几个条件：,1）仪器的中心必须位于过测站点的铅垂线上。 2）照准部设备（望远镜）要能上下、左右转动，上下转动时所形成的是竖直面。 3）要具有能安置成水平位置和竖直位置并有刻划的度盘。 4）要有能指示度盘上读数的指标。,第2节 DJ6、 DJ2型光学经纬仪,一. DJ6级光学经纬仪 1. 经纬仪概述 经纬仪分游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪。(按读数分),光学经纬仪的系列为DJ2、DJ06。D、J分别取大地测量仪器、经纬仪的汉语拼音字头；数字为一测回的方向观测中误差分别为2、6。,经纬仪的精度系列及用途,2、 DJ6级光学经纬仪的基本构造 望远镜、度盘、基座等。,采用光学度盘，借助光学放大和光学测 微器读数的仪器,DJ6光学经纬仪,1)望远镜,望远镜由目镜、物镜，十字丝分划板及调焦透镜组成。与HH固连在一起置于支架上，望远镜绕HH旋转。,构造,为玻璃制成的圆环，在其圆周边缘上刻有等间隔的分划线。,2）水平度盘与竖直度盘,作用：在照准某方向时读取水平度盘和竖直度盘的读数。 组成：包括水平度盘、水平度盘配盘装置、竖直度盘、光路系统、读数显微镜、测微器。,水平度盘: 在其圆周上刻有精密的分划由0360顺时针注记，简称度盘。 水平度盘套在竖轴中可以自由转动，度盘圆心与竖轴轴线重合，既可转动又可固定不动。,度盘格值（度盘的最小格值）：两相邻分划线所对的圆心角 。 DJ6型:光学经纬仪的度盘最小格值为1（30）；,不足一个度盘格值的角值采用光学测微器测定。,水平度盘配盘装置,w 水平度盘变换钮（手轮） 是一个带有齿轮的转动装置，通过齿轮的连接带动度盘转动，转动手轮即拨动了水平度盘，度盘转动的角度值可在读数窗中看到。 w 复测钮（复测扳手） 板上（关）：水平度盘与照准部分离，照准部转动度盘不动； 板下（开）：水平度盘与照准部合在一起，度盘随照准部一起转动。,竖直度盘: 一般有0360注记 ,有顺、逆时针之分，简称竖盘。 竖直度盘固定在横轴的一端与望远镜一起转动。 竖盘注记：全圆式、部分式； 顺时针、逆时针,3）基座,轴座、脚螺旋、连接板、轴座固定螺旋等。 经纬仪照准部的支承装置。 经纬仪照准部装在基座轴套以后必须扭紧轴座固定螺旋，一般应用不得松开。,4）其他辅助机构,光学对中器,使用： 旋转对中器目镜，看清分划板中心 拉伸对中器目镜镜管，看清地面点,竖盘指标水准管微动螺旋（右图3号螺旋）,调整竖盘指标水准管气泡居中，使读数指标线处于正确位置。,DJ6型经纬仪部件名称及作用,读数显微镜 放大水平度盘、竖直度盘及测微器的分划影像，能清晰地读取读数。,3、读数方法,右图是我国统一设计的J6光学经纬仪的读数系统光路图。,度盘读数光学系统： 把水平度盘和竖直度盘的度盘刻划影像传送到一个读数窗（读数显微镜）中。注意两路进光 。,1）分微尺读数装置（J6） 在显微镜读数窗与场镜上设置一个带有分微尺的分划板，度盘上的分划线经放大后成像与分微尺全长等长 J6型光学经纬仪的度盘最小格值为1 读数窗上的分微尺： 1分微尺分划间长度 = 度盘1格（1） 分微尺1间隔分成60个小格，成像后度盘的最小隔值1正好与分微尺60格的全长相等。,水平度盘读数：21507.8(2150748)， 竖直度盘读数：7848.6(784836)。,分微尺的最小读数为1，可估度到0.1格值为0.1=6。 度的刻划线落在分微尺上为度读数，同时也是分值的读数指标线； 计算以上二数之和为读数窗的 读数( ) 。,分微尺读数法,分划为60格，格值1分，可估读到0.1分。 读数时，以分微尺上的零线为指标线。度数由落在分微尺上的读盘分划的注记读出；小于1度的数值，由分微尺上读出。,二. DJ2级光学经纬仪,1、 DJ2级光学经纬仪的基本构造,与J6相比， J2增加了： 测微轮用于读数时，对径分划线影像符合。 换像手轮用于水平读数和竖直读数间的互换。 竖直读盘反光镜竖直读数时反光。,光学经纬仪的度盘最小格值为20 ；,A、双平板玻璃测微器（对径符合测微）,它将度盘上相对180的分划线成像于读数显微镜内， 采用对径符合与显微镜原理来读数。 基本原理：转动测微轮时，一对平板玻璃作等量相反方向转动，可使度盘分划线影像做相向移动而彼此接合，（上下线对齐）这个等量的相向移动量可在秒盘相应的转动量上显示出来。 现在读数大都采用半数字化对径符合读数法（图）。,2、读数方法,读数： 1）转动测微轮：使对径分划线符合，2）读数: （a图）读数 (1) 找出正像在左, 倒像在右, 相差180, 相距最近的一对度数分划线。 (2) 读取读数窗中左侧正象度数，如图中285。,(3) 读整十分。数正度数分划与倒象度数 (相差180)分划之间的格数n，得整10 的角值为n10，图中是510 =50 (4) 读取测微窗分、秒的角值，右图是155.0。 (5) 计算整个读数结果，得2855155.0。,(b图) 在读数显微镜中： 上部窗口：符合窗，显示对径度盘刻划 是否符合； 中间窗口：显示度和整10数， 下部为测微窗：注记分数，可读取不足10数，其将10刻划成600格，每小格为1 ，可估度出0.1，,b图读数：94 2244.0,B、移动光楔测微器,实际读数设备中应用了双移动光楔测微器，它采用对径符合读数，在度盘对径两端分划线的光路中各设置一个移动光楔，并使它们的楔角方向设置成相反位置，而且固定在同一个光楔架上作等量移动，以使度盘分划线影像作等距而方向相反的移动。这时，对径分划线影像接合，移动量可在测微分划尺上读出。 对径符合测微的主要装置包括有测微轮(设在照准部支架上)、一对光楔和测微窗。 下图中a及a +180是度盘对径读数值，反映在读数窗中是正像16320+a ，倒像343 20+b。图像中度盘刻划最小间隔为20，对径符合测微是通过光楔的折光作用移动光路实现的，其最终结果是 ：,二分之一读数原理： 此处的(a+b)2，在对径符合测微控制中称为。,(1) 当读数窗为左图时，转动测微轮控制二个光楔同时偏转，其折光作用使光线相对移动，度盘对径读数分划线对称重合，如右图。 (2)读取读数窗中左侧正象度数，如图中163。 (3)读整十分。数正度数分划与倒象度数(相差180)分划之间的格数n，n*10 ；如3*10 =30 ； (4)读取测微窗分、秒的角值，右图是816.3。 (5)计算整个读数结果，得1633816.3。 读数口诀：正像在左，倒像在右，相差180，相距最近。,对径符合测微的二分之一读数原理,注意: 水平、竖直度盘对径符合测微光路各自独立，测微前必须利用换像螺旋（换像手轮）选取相应的光路。,读数步骤： 1）转动测微轮：使对径分划线符合（上下线对齐）， 2）读数： （读数口诀：正像在左，倒像在右，相差180，相距最近。） （a图） ： 174 02 00.0 ； ( b图 ) ： 91 1716.0,第3节 水平角测量,一. 经纬仪的操作 架设仪器 对中 整平 瞄准与读数,1、架设仪器,1）垂球法（对中误差一般可小于3mm） 垂球尖对准测站点标志中心。,2对中：（垂球法、光学对中法） 使仪器中心位于测站点的铅垂线上。,移动或伸缩三脚架（粗略对中） 脚架头上移动仪器（精确对中）,光学对中器的使用: 旋转镜筒：目镜调焦，看清对中器分划线； 拉伸镜筒：物镜调焦，看清地面测站点标志； 要使对中器分划和测站标志周围同时清晰。,光学对中器： 为一小型外调焦望远镜，当照准部水平时，对中器的视线经棱镜折射后的一段成垂直方向，且与竖轴中心重合。,2）光学对中法（对中误差一般不大于1mm） 光学对中器圆心与测站点标志中心重合,光学对点器对中步骤： 先将三脚架踩紧后，装上仪器用脚螺旋进行对中， 然后通过升降三脚架使圆水准器气泡居中， 这时，仪器可能又不对中了，可稍微松动中心螺旋，在架头上平移仪器，使仪器对中。,方法1 ：利用三角架腿 ，强制对中： 先放下三脚架的一条架腿；双手分别握住另两条架腿稍离地面前后左右摆动（注意架头要平），眼睛同时观察对中器的目镜，直至分划圈中心对准测站点标志为止，放下两架腿踩紧三个架腿。 方法2 ：用脚螺旋，强制对中 （地势陡峭、松软地面或仪器安置比较困难的测站采用） ： (1)光学对中器对光，看清光学对中器的分划板和地面，辨明地面点的大致方位。 (2)二手转动脚螺旋。眼睛在光学对中器目镜中观察分划板标志与地面点相对移动并重合为止。,3. 整平：使水平度盘水平、竖轴竖直。,1)粗略整平：分别转动照准部使圆水准盒到两个架腿处，通过升降架腿使圆水准器气泡居中。若无圆水准盒，则使管水准器分别与三个脚腿方向一致，分别升降脚腿使管水准器气泡居中。,平行 垂直,2)精确整平：先平行，后垂直 转动照准部使管水准轴与两脚螺旋的连线方向平行， 以相反的方向转动两脚螺旋使管水准器气泡居中； 转动照准部90，使水准管与原来的方向垂直， 转动第三脚螺旋使管水准器气泡居中。 注水准器气泡移动的方向与左手大拇指转动的切线方向一致。,1格,4、精确对中，再次整平,1）精确对中： 检查光学对中器，若分划圈中心偏离测站点标志，则稍松中心连接螺旋， 前后左右平行移动基座，使之精确对中。（不可旋转） 2）再次精确整平 重复精确整平步骤，直至仪器既对中且管水准气泡在任何方向也居中为止。 注意：对中、整平要相互兼顾，多次反复，方能完成。,一测回观测过程中，不得再调气泡,瞄准的实质：安置在地面点上的经纬仪望远镜的视准轴对准另一地面点的中心位置。 1）设置观测目标：测角时，一般应在被瞄准的地面点上设置照准标志，标志中心在地面点的垂线上。 l 距离较近时： 目标标志可为目标点 （如钉子）、垂球线，也可竖 立测钎； l 距离较远时： 目标标志可为垂直竖立的 标杆或觇标。,5、水平角的目标设置及瞄准,2）瞄准目标 （1）松开照准部和望远镜制动螺旋（或扳手）； （2）调节目镜将望远镜瞄准远处天空，转动目镜，使十字丝刻划清晰； （3）粗略瞄准目标:转动照准部，用望远镜粗瞄器十字线竖线瞄准目标，固定照准部和望远镜； （4）望远镜调焦(对光)：转动物镜调焦筒使目标成像最清晰.(要注意消除视差） （5）精确瞄准：用照准部和望远镜微动螺旋精确用十字线竖线瞄准目标。 观测水平角时用竖丝：当目标较大时用单丝平分目标；当目标较小时用目标平分双丝。,6、读数,调整照明反光镜，使读数窗亮度适中，旋转读数显微镜的目镜使刻划线清晰，然后读数。 在经纬仪瞄准目标之后从读数窗中读水平方向值（先符合后读数）。 最后的读数值应化为度、分、秒的单位。,二、水平度盘的配置,度盘变换钮配置： 1)转动照准部使望远镜瞄准起始方向目标; 2)打开度盘变换钮的盖子(或控制杆)，转动变换钮，同时观察读数窗的度盘读数使之满足规定的要求; 3)关闭度盘变换钮的盖子(或控制杆)。 复测钮（扳手）配置： 1)关复测钮（扳手板上），打开水平制动旋钮转动照准部，同时在观察读数窗的度盘读数使之满足规定的要求; 2)开复测钮（扳手板下） ，转动照准部照准起始方向，并用水平微动旋钮精确瞄准起始方向。 3)关复测钮（扳手板上） ，使水平度盘与 照准部处于脱离状态。,观测方法：测回法、方向观测法。 正镜 ：指观测者正对目镜时，竖盘位于望远镜的左侧，也称盘左位置； 倒镜：指观测者正对目镜时，竖盘位于望远镜的右侧，也称盘右位置。 一测回观测正、倒镜两个盘位观测。,三、水平角观测,理论上，正、倒镜瞄准同一目标时水平度盘读数相差180 。 正、倒镜观测取平均值，可削弱仪器误差影响, 还可检核测角精度。,因为平盘刻划按顺时针方向增加，所以欲观测水平角的角值=读数右读数左；（不够减，“+”360）,盘左,盘右,准备工作： 1)选定起始方向。 2)在地面点安置经纬仪和树立目标。 3) 做好望远镜的对光。 4)根据需要进行水平度盘配置。,1、测回法,测回法适用于观测两个方向的单角。 一测回观测步骤如下： 1）以盘左位置瞄准目标A，读取度盘读数a左 ， 顺时针转动照准部瞄准目标B，读取度盘读数b左， 计算上半测回角值：左= b左a左 ；,= ba,2）以盘右位置瞄准目标B，读取度盘读数b右， 逆时针转动照准部瞄准目标A，读取度盘读数a右，计算下半测回角值：右= b右a右 3）检核与计算： 左右限值时， 一测回角值：=（左右）2,O,A,B,（左 ）,（）,测回法观测说明,（1）盘左、盘右观测可作为观测中有无错误的检核，亦可抵消一部分仪器误差的影响。 （2）上、下半测回角值较差的限差应满足有关测量规范的限差规定(DJ6经纬仪，一般为30或40),当较差小于限差 ,可取平均值作为一测回的角值,否则应重测。 （3）若精度要求较高时,可按规范要求测多个测回,当各测回间的角值较差满足限差规定（如DJ6经纬仪，一般为20或24）时,方可取各测回的平均值作为最后结果，否则应重测。 （4）测多个测回，各测回间在起始方向的盘左镜位改变度盘位置,其变化量为180/n (n 测回数)。 （5）计算角值时始终为“右目标读数 左目标读数”(由于水平度盘为顺时针刻划).所谓“左”、“右”是指站在测站点面向所要测的角度方向,左手侧目标为左目标,右手侧目标为右目标。若“右左”其差值0时,则结果应加360。,2、方向观测法（全圆方向观测法）,适用范围：在一个测站上，观测三个及以上方向构成数个水平角时，用方向观测法观测。(三个方向可不归零) 方向观测法观测步骤为： 1 ）上半测回(盘左) （1）选择距离适中的A目标为起始方向（称为零方向），瞄准A目标，配置度盘，读取水平度盘读数；,（2）由零方向A起始,按顺时针依次精确瞄准各点读数 ABCDA(即所谓“全圆”),并记入方向观测法记录表中。,再次瞄准点A，称为归零。两次读数之差叫做归零差。以上称为上半测回。,（1） 纵转望远镜180 ,使仪器为盘右位置； （2） 按逆时针顺序依次精确瞄准各点读数。 ADCBA ,见图 将读数记入方向观测法记录表中 ,(1-5列)。 当用J2经纬仪进行等级测量时，每个方向需符合两次读数。 注： 上半测回应从上向下记录 。 下半测回应从下向上记录 。,2）下半测回（盘右）,图2-23,盘左 ABCDA 盘右ADCBA,2C=LR180,2c值互差：2C =+5-（+3）=+2,3）计算与检验,各项限差 （1）半测回归零差:即半测回中零方向两次读数之差. (J6：小于18)。 （2）半测回方向（归零方向值）：将起始方向的方向值化为0,并把其它各方向的平均方向值减去起始方向的平均方向值，即得各方向的归零方向值。 （3）一测回平均方向值：同一方向盘左水平度盘读数和（盘右水平度盘读数 180）的平均值：,（4）同一方向值各测回互差小于限差 (J6：小于24)时取平均值； 各测回平均方向 （多个测回时的限差检验）。 （5）若需多个测回, A、一般测角：盘左位置要其变换角值为: 180 /n B、电子经纬仪：不做度盘和测微器的位置分配。 （6）J 2 测角：一测回内2c值互差： 2c 值（二倍照准差） ： 同一方向盘左水平度盘读数、（盘右水平度盘读数 180）之差。 2C=LR180； 2c值互差（例2C =+5-（+3）=+2）： （2C13 ）(J2)，对J6不作要求。,观测竖直角的用途 1）由斜距S化为水平距离D D=Scos； 2）三角高程测量 hAB=Dtan+iv,第4节 竖直角测量,一、 竖盘构造特点,竖盘读数指标装置： 主要有两种结构形式： 1）带有竖盘指标水准管装置； 2）带有竖盘指标自动补偿装置。,竖盘指标水准管装置,w 竖盘安装在望远镜横轴一端,随望远镜一起绕横轴转动； w 竖盘指标与竖盘指标水准管固连在一起，可绕横轴微动，通过调整指标水准管调节螺旋，可使竖盘读数指标水准管气泡居中。指标线固定不动。 w当竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘指标处于正确位置，竖盘读数正确。 故在读取竖盘读数前，应先转动竖盘指标水准管的调节螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中才能读取读数。否则，读数错误。 w当望远镜视线水平，指标水准管气泡居中时，竖盘指标指示的竖盘读数应该为90或270（ 0或180 ） w 当照准部水准管气泡居中时，竖盘为一竖直平面。,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； 竖盘指标水准管微动螺旋调节竖盘指标水准管；读数指标与竖盘指标水准管连在一起，当视线水平、气泡居中时，竖盘读数为90度的倍数,与水平度盘一样,竖盘也是全圆360分划, 不同之处在于其注字方式有顺、逆时针之分。 在正常情况下,视线水平、竖盘指标水准管气泡居中时： 竖盘读数应为0 （盘左）或180 （盘右） ， 竖盘读数应为90 （盘左）或270 （盘右） 。,竖盘注记形式：,竖直角观测与水平角一样,都是依据度盘上两个方向读数之差来实现,但其中一个方向读数不变； 视线水平时其竖盘读数是一固定值(如盘左90或盘右270)。 竖直角观测只需照准一个目标,读取竖直度盘读数,即可根据相应公式计算出竖直角 。,二竖直角（高度角）的计算,顺时针,1、竖直角的计算公式的确定： 因竖盘注记方式的不同而异, 以仰角为例来说明： 首先看一下视线大致水平时的竖盘读数， 然后望远镜上仰看竖盘读数变化： （1）读数增大时, 竖直角 =瞄准目标时读数视线水平时读数； （2）读数减小时, 竖直角 =视线水平时读数瞄准目标时读数； 若盘左属第(1)种情况,则盘右必属第(2)情况；反之亦然。,顺时针,逆时针,盘左属于读数减小情况： 左= 90L ； 盘右属于读数增大情况： 右= R270； 一测回竖角角值： =（ 左+ 右）/2 计算出之为正仰角 计算出之为负俯角,例：J6光学经纬仪注记（顺时针）,2、推证： 逆时针注记的竖盘计算公式：,左=L 90 右= 270 R,三、竖盘指标差,l 竖盘指标水准管气泡居中（或自动归零装置打开）且望远镜视线水平时，竖盘读数应为某一固定读数(90的整倍数). l 竖盘指标差：竖盘指标水准管气泡居中，望远镜视线水平时，竖盘读数与理论读数的差值 x，（或自动归零装置存在误差）称为。当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时，x为正，反之为负。 l 指标差的计算公式 （顺时针注记）：,一测回测竖直角可抵消竖盘指标差的影响（顺时针注记） =（ 左+ 右）/2 =（R L）180 /2, L正=（Lx） 左= 90L正 左=90L+x = 正 （5-10）, R正= Rx 右= R正270 右=Rx 270= 正 （5-11）,推证：（顺时针注记） 设指标偏向注字增加的方向，x 为+,一测回竖直角角值： =（ 左+ 右）/2 =（90L+x）+（ Rx 270 ）/2 = （R L）180 /2 =（R L） 180 /2 即盘左、盘右取均值可消除指标差。 竖盘指标差计算公式： 左 右= 90L+x （Rx 270 ）= 360 LR+2x= 0 x =（L+R 360）/2,竖盘指标差： 在多测回竖直角测量中,常用指标差来检验竖直角观测的质量。 在观测同测站的不同目标时，(或同一目标的不同测回),各指标差较差不应超过一定限值。 对同一台仪器，竖盘指标差在同一段时间内的变化应该很少，故可视为定值。 当用仪器向各个方向以盘左盘右位置观测竖角后，则同一测回观测结果的指标差应该相等。 但由于仪器误差、观测误差和外界条件的影响，使计算出的指标差发生变化。 规范规定了指标差变化的容许范围：如J6经纬仪指标差变化容许值为25 ，J2 15 ，如果超限，则应重测。,四、竖角观测方法,中丝法： （用十字丝中丝精确切准目标） 在测站安置仪器，对中、整平，量仪器高和觇标高 。 觇标高 =目标地面点距十字丝横丝所切的目标部位的垂直高度 。 盘左位置： 1)瞄准目标，用望远镜微动螺旋使十字丝中丝的单丝 精确切准目标顶部，（或切准目标某一部位，标尺则读中丝读数）； 2)使指标水准管气泡居中：转动指标水准管微动螺旋，使.（若用自动补偿归零装置，则应把自动补偿器功能开关或旋钮置于“ON”位置）； 3)读取竖直度盘读数L，并记入记录表格。 盘右位置：以盘右位置切准目标同一位置，步骤同 2）、3），读取竖直度盘读数R，记入表格。 盘左、盘右构成一测回竖直角观测。,第一种记录格式：左=90L ；右=R270 ； =（R L）180 /2,第二种记录格式： （图59顺时针注记）,五. 竖盘指标自动归零装置：,竖盘指标水准管气泡居中的原因：仪器整平不够完善，使仪器的竖轴有残余的倾斜，为克服由此而产生的竖盘读数误差，必须使竖盘指标水准管气泡居中。当水准管气泡居中时，指标就处于正确位置。 自动归零装置: 当经纬仪有微量的倾斜时，这种装置会自动地调整光路使读数为水准管气泡居中时的正确读数。正常情况下，这时的指标差为零。 我国在J2型光学经纬仪的统一设计中，取消了 竖盘指标水准器，代之以光学补偿器，使 得在竖轴有残余倾斜的情况下，竖盘的读数 得到自动补偿。,竖盘指标自动归零旋钮,光学补偿器的种类：可以采用不同的光学元件. 现介绍一种在竖盘读数系统的像方光路中设置平板玻璃的光学补偿器。 如图525(a)所示，在读数系统的像方光路中设置平板玻璃。 现将读数光路展直，示意如图525(b)。 当仪器竖轴没有残余倾斜时，O为十字丝分划板中心位置，此时物方光轴在竖盘分划面上的A点； 当仪器竖轴有残余倾斜时，则分划板中心移 至0，则物方光轴移至A 点。 如果平板玻璃依竖轴相同的方向倾斜角，则使 来自度盘A点的光线经倾斜后的平板玻璃的折射并 成像在O处，即仪器竖轴有残余倾斜时，平板玻 璃倾斜 ，则在0处可以得到度盘A点的正确读数。 注意：竖盘指标自动归零装置使用日久亦会有所 变动，也须检验有无指标差存在。 若指标差超过规范规定则必须加以校正。,5-25,竖盘指标自动归零补偿器的构造形式,城市测量规范规定，对于DJ6级光学经纬仪，竖盘指标自动归零补偿器的补偿范围为2，安平中误差为1。,一、经纬仪上主要轴线应满足的条件： 主要轴线： 水准管轴（LL）：通过水准管零点的内壁纵向弧线的切线； 竖轴（VV）：经纬仪在水平面内的旋转轴； 视准轴（CC）：望远镜十字丝交点与物镜光心的连线； 横轴（HH）：望远镜的旋转轴（又称水平轴）。 十字丝竖丝“”。 经纬仪在水平角观测时应满足： (1)竖轴必须竖直；,(2)水平度盘必须水平，其分划中心应在竖轴上； (3)望远镜上下转动时，视准轴形成的视准面必须是竖直平面。,第5节 经纬仪的检验与校正,检验和校正应按一定的顺序进行，确定这些顺序的原则是： 1. 如果某一项不校正好，会影响其他项目的检验时，则这一项先做。 2. 如果不同项目要校正同一部位，则会互相影响，在这种情况下，应将重要项目在后边检验，以保证其条件不被破坏。 3. 有的项目与其他条件无关，则先后均可。,二、经纬仪的常规检验和校正 使用经纬仪测角之前需要进行的工作： 检验查明仪器的各轴系是否满足前述的几个条件； 校正如不满足这些条件则应使其满足。,、照准部水准管轴应垂直于竖轴的检验和校正（LLVV）,1）检验 粗平经纬仪，转动照准部使水准管平行于任意两个脚螺旋，调节脚螺旋使水准管气泡居中。 旋转照准部180，检查水准管气泡是否居中：,若气泡仍居中，则 LLVV； 否则，说明两者不垂直，需校正。如图右。,）校正 用水准管校正螺丝使气泡返回一半， 用脚螺旋纠正一半。,3）检校原理：如图所示。 若水准管轴不竖轴，倾斜了角，当气泡居中时水平，却倾斜了角。见图533(a)。 照准部旋转180之后，仪器竖轴方向不变，得图533(b)。 可见，水准管轴和水平线相差2角， 气泡偏离0点的格数是2角的反映。,校正的目的是使水准管轴垂直于竖轴。由图 (b)可见， 校正时： ）将LL向水平线方向转动一个角，LL水平度盘，LLVV； 用校正针拨动水准管一端的校正螺钉，使气泡向正中间位置退回一半，如图 (c)所示。 ）为使竖轴竖直，再用脚螺旋使气泡居中即可，如图 (d) 所示。 ） 反复检校几次，直至满足要求为止,.十字丝竖丝应垂直于横轴的检验和校正 （“”HH）,1）检验 整平仪器，使竖丝清晰地照准远处点状目标，使其与竖丝上端相切； 旋转望远镜微动螺旋，将目标点向竖丝下端移动，若目标点与竖丝的位置不变，说明竖丝与横轴垂直；若明显偏离，则需校正。,）结构： (图534) 将装有十字丝环的目镜筒用压环和四个压环螺钉与望远镜筒相连接。（常用的结构） ）校正： 拧开望远镜目镜端十字丝分划板的护盖，松开十字丝分划板四个压环螺钉； 转动目镜筒使目标点始终在十字丝竖丝上移动，校好后将压环螺钉旋紧； 反复检验，反复校正，达到要求后上好护盖。,5-34,视准轴不垂直于横轴的误差c 对水平位置目标的影响 xcc（ =0），且盘左、盘右的xc 绝对值相等而符号相反。 此时横轴不水平的影响 xc =0。 检验（设视准轴盘左时左偏） 1）选择一水平位置的目标A，用盘左、盘右观测之，得 M左=M左正-C M右=M右正+C= M左正180+C M左正=（ M左+ M右180）/2 C=(M右-M左 180)/2,.视准轴应垂直于横轴的检验和校正（CCHH）,）若c绝对值，对于J2经纬仪不超过18”，对于J6经纬仪不超过30” ，则认为视准轴垂直于横轴的条件得到满足，否则需进行校正。,检验（设视准轴盘左时右偏） 1）选择一水平位置的目标A，用盘左、盘右观测之，得 M左=M左正+C M右=M右正-C= M左正180-C M左正=（ M左+ M右180）/2 C=(M左-M右 180)/2,校正：,）首先计算水平度盘盘右位置时的正确读数M右正,）转动照准部微动螺旋，使水平度盘读数为M右正值。此时视准轴必定偏离目标点;如上图。 ）将十字丝环的左、右两校正螺钉一松一紧(先松上、下校正螺钉，使十字丝环能够移动)，移动十字丝环，使十字丝交点对准点。 ）校正结束后应将上、下校正螺钉旋紧。,M右正= M左正180,4. 横轴应垂直于竖轴的检验和校正 (HHVV),1) 检验: 如图所示，选择较高墙壁近处安置仪器(约2030米处) 。 盘左位置瞄准墙壁高处一点 (仰角30左右)，放平望远镜在墙上定出一点m1(a图 ) 。 盘右再瞄准点，又放平望远镜在墙上定出另一点m2(b图) 。 如果m1与m2重合，则条件满足，否则，表明HH不VV 。,对J2级以上仪器，须按规范规定用高低点法测定横轴倾斜误差,5-33,2）校正原理,由于进行了前两项的检验和校正，仪器整平后竖轴竖直，并且视准轴已垂直于横轴。 因此，若横轴不垂直于竖轴，竖轴竖直, 横轴必将倾斜一个i角。 此时如果上下转动望远镜， 视准面将是一个倾斜平面， 它与竖直面的倾斜角亦为i。 因为盘左观测与盘右观测时， 视准轴面向着相反方向偏斜 同样大小的i角，所以， m1和m2的中点m与P点的 连线必为一铅垂线， 过Pm的视准面必为一竖直面。,5-33,在rt Pmm2中：,横轴的倾斜角i 的推导：,分析： 由 xi= i tan 式知： 横轴倾斜对水平位置的目标将不产生影响， 目标愈高，影响愈大，即视准面偏离竖直面的距离愈大。,i 对高点的影响：P处的偏差距离PP,J2经纬仪： i 15 可不校正； J6经纬仪： i 20可不校正；,i角的限差要求：,横轴不水平是支承横轴的两侧支架不等高、横轴两端轴径不相等而引起。 校正： 瞄准m1m2的中点m，固定照准部，向上转动望远镜，此时十字丝交点将不对准P 点到了P点。 抬高或降低横轴的一端，使十字丝的 交点对准P点。,3） 校正,此项检验校正也要反复进行，直至条件满足为止。 由于横轴是密封的，因此横轴与支架之间的几何关系由制造装配时给予保证，测量人员只需进行此项检验； 如需校正，应送仪器维修部门。,、竖盘指标正确性检校,1）检验（仪器整平后） l 用盘左、盘右观测同一目标，读竖盘读数，读数时竖盘水准管气泡务必居中或竖盘自动补偿旋钮打开。 计算仪器指标差 l 一般要观测另一水平的明显目标再检验一次所算x值是否正确。若变化甚微或完全相同，证明观测读数无误，然后进行校正。,在实际工作中，如果指标差的绝对值太大，对于计算工作很不方便，因此在工作开始之前应对竖盘进行检验。若指标差超过限差则必须进行校正。具体检验方法如下：,2）校正（带竖盘指标水准管经纬仪） l 不动望远镜，保持盘右位置瞄准原目标，转动竖盘指标水准管调节螺旋，使竖盘读数为Rx,（正确盘右读数:R=R-x）这时竖直度盘指标水准管气泡不居中； l 用校正针拨动竖盘指标水准管上、下校正螺丝, 使气泡居中； l 重复上述操作，直至满足要求为止。,l 再照准另一水平的明显目标进行观测，重新计算指标差x ，若x已接近为零，可不再校正；若x值还很大，则继续校正，直至x小于限差为止。 l 具有竖盘指标自动归零装置的仪器，竖盘指标差的检验方法同上，若须校正，应送仪器检修部门进行。,J6： x 1；J2： x 30，要进行校正。,6、光学对点器的检验和校正,目的: 使对点器的光学垂线与仪器竖轴重合。 条件不满足的情形: 图536所示 。如果把光学对中器绕竖轴旋转，光学垂线的轨迹将出现如图537所示的情形， 图537 (a) 为光学垂线与竖轴交叉的情形， 图537(b) 为两者平行但不重合的情形。,1)检验与校正原理 第一步 l 安置仪器于平坦之地，距光学对中器一定距离(例如通常架设仪器的高度1.3m)，严格整平，在三脚架所在地面中央平板上固定一张白纸； l光学对点器调焦，使光学对中器分划板中心在纸上标记出一点A； l 转动照准部180，若分划板中心仍与A点重合,则可进行第二步检验； l若分划板中心与另一点B重合，则应做 第一步校正: 使分划板中心与AB之中点重合。,第二步 l改变A点距光学对中器的距离(例如将平板向上移动，由1.3m缩短为1.0m)，如图251中A位置，进行与第一步相同的检验。 l若光学对中器旋转180之后，分划板中心仍与A重合，则表明条件已经满足； l若分划板中心并不与A重合而与B重合，则 第二步校正: 使分划板中心与A B 之中点重合。,图5-37,2) 校正:,如转向直角棱镜上的有效转向点K (图537)不在竖轴上，则上述 第二步的校正必然破坏第一步的校正工作。 因此，检验和校正工作的两步必须反复进行，直到都满足要求为止。 光学对中器上可校正的部件随仪器类型而异,工作时可视具体构造进行 有的校正转向直角棱镜， 有的校正分划板， 有的则两者均可校正.,图5-37,检校说明：,l 上述各项校正，一般都需反复进行几次，直至在允许范围之内。其中视准轴的检校是主要一项； l 校正时，拧螺丝，应遵循先松后紧的原则； l 一般地，若前一项未校正会影响到下一项的检验时,校正次序不宜颠倒； l 同是校正一个部位的两项,宜将重要的置于后面;,一、 仪器误差 属于制造方面： 水平度盘偏心、水平度盘平面与竖轴不垂直（小） 度盘刻划误差（小，当多测回数时，可采用变换 度盘位置的办法来减低影响） 属于校正不完善的： 竖轴与照准部水准管轴不垂直；视准轴与横轴不垂 直的残余误差。,第6节 角度测量误差分析及其消减方法,主要来源：仪器误差、观测误差、外界条件的影响。,1、水平度盘偏心差 水平度盘偏心：是度盘分划线的中心O与照准部旋转中心O不重合所致 若不存在度盘偏心：O与O重合，当照准目标时，正确的读数为M。 若存在着度盘偏心：实际的度盘读数为M，比正确读数小了。 做：OCOM，通常 MM 较小，故 MM OC。由图可见， OC=OOsinOOC ； 因为 OC MM= R 故：,令：偏心距OO 为e，两中心连线0 0顺时针转至0分划的角度为 ，又 00 C 恰为正确读数M加 ，故：,5-26,水平度盘偏心差 e 带来的读数误差 （ M 的改正数 ）：,式中： e偏心距OO ； 两中心连线0 0 顺时针转至0 分划的角度. M+ 00 C ； R水平度盘分划的半径 ； 因很小，在实际计算中可用实际读数M代替M。 由图知： 正确读数 ： MM+ 注意：式(514) ： 为M 的改正数 在度盘不同位置读数将有不同的读数改正数。,因为sin(M+ ) sin (180+M )+ 可知， 在度盘相差180的两处(即对径分划)读数中的，其绝对值相同而符号相反，故取它们的平均值(顾及常数180 )将消除度盘偏心的影响。 1）对于双指标读数的经纬仪，如DJ2级经纬仪， 在度盘对径分划上读数取其平均值可以消除 水平度盘偏心对水平度盘读数的影响。 2） 对于单指标读数的DJ6级经纬仪， 取同一目标方向盘左、盘右读数的平均值， 可以基本消除或大部分消除水平度盘偏心差的影响。,消除与削弱水平度盘偏心差的影响的方法：,定义：仪器的视准轴不与横轴正交所产生 的误差称为视准轴误差。 视准轴误差的产生原因： 望远镜的十字丝分划板安置不正确、 望远镜调焦透镜运行时晃动、 气温变化引起仪器部件的胀缩，仪器受热不均匀使视准轴位置变化。 视准轴不垂直于横轴对水平方向的影响：见图527 AO为垂直于横轴的视准轴，由于存在视准轴误差c，视准轴实际瞄准了A ，此时A、A 两点同高，竖角为。 a、a 为A、A 点在水平位置上的投影。 c角引起的目标A的读数误差： aOa xc 。,2、 视准轴误差,C 角引起的目标A的读数误差： aoa xc 。 由直角三角形Oaa得：,由直角三角形OAA得： AA OA sinc (b) 由直角三角形A a O得: Oa OA cos (c) 将(a)、(b)、(c) 代入 (515)式并顾及 xc和 c为小角得,C 角引起的目标A的读数误差公式,sinc = c / Sinxc = xc /,规定: 盘左时视准轴物镜端向左偏斜的c值为正,向右偏斜为负, 则对于同一目标若盘左观测时: c为正(负), 盘右观测: c为负(正)， 而 值不变，故盘左、盘右的 xc 值的绝对值相 等而符号相反。,结论: C 角引起的目标的读数误差xc ： xc 的大小与竖角有关， 愈大， xc 愈大 “+”与“ ”的影响相同。 =0时， xc= c。,C 角引起的目标A的读数误差 xc,令：盘左时视准轴误差对水平方向读数的影响为xc ， 盘左观测时，正确的水平度盘读数为L，有视准轴误差影响时的实际读数为L， 则 L=L- xc （5-17） 盘右观测时，正确的水平度盘读数为R， 有视准轴误差影响时的实际读数为R ， 则：RR + xc (5-18) 取盘左、盘右读数顾及180后的的平均数，得 A= (L + R 180 ) /2,结论： 视准轴误差c对水平角的影响为两个方向的xc值之差；对盘左、盘右水平方向观测值的影响xc大小相等，正负号相反，因此，取盘左、盘右实际读数的中数，就可以消除视准轴误差的影响。,消除视准轴误差的影响的方法：,用方向法进行水平方向观测时，除计算盘左、盘右读数的中数以取得一测回的方向观测值外，还必须计算盘左、盘右读数的差数: 2xc 2C。 由于 R = L 180 代入（L=L- xc (5-17); RR + xc (5-18) ）式可得： R + xc = L- xc 180 整理得： 盘左、盘右读数的差数: L - R 180 = 2xc (520) 由式 当观测目标的竖角较小时，cos 1, xc c， 盘左、盘右读数的差数 L - R 180 = 2c (521）,( 注意：=5，c =10 xc- c=2.3“ ; =3，c =10 xc- c=0.8“ ; ),假如测站上各观测方向的竖角相等或相差很小，外界因素的影响又较稳定，则由各方向所得的2c值应相等或互差很小，实际在一测回中由各方向所得的2c值并不相等。 影响一测回中各方向2c值不等的主要原因有： 受到照准和读数等偶然误差的影响， 在温度变化等因素的影响下仪器的视准轴位置的变化使各方向的2c值不等而产生互差。 因此，在一测回中各方向2c互差的大小，在一定程度上反映了观测成果的质量。 故，规范规定：一测回中各方向2c互差对于J2级仪器不得超过13“。 2c绝对值的大小 2c值如果太大，则不便于计算。 故， 规范规定： c绝对值 对于J2级仪器应不超过18“； 对于J6级仪器应不超过30“，否则应进行校正。,3、横轴倾斜误差,定义：仪器的横轴与竖轴不垂直，所产生的误差称为。 产生原因：仪器支架两端不等高、横轴两端轴径不相等。 竖轴垂直，横轴不与其正交而倾斜了一个i角，这个i角就是横轴倾斜误差。,横轴倾斜误差对水平方向的影响：见图245。 H为横轴水平(H1H1位置)时视准轴照准的目标，h为H点的水平投影， 此时平面HOh为一竖面。若横轴H1H1 倾斜一个i角至AlA1位置， 竖面HOh将随之倾斜一个i角为倾斜面AOh，此时水平位置Oh不发生变动。 A点即为横轴倾斜时视准轴照准的目标，a为A点的水平位置投影。 hOaxi；即为因横轴倾斜i角而产生的水平方向读数影响。,由rtAah得： ah=Aa tan i （b）,由rtahO得：,又由rtAaO得：,横轴倾斜误差 i 对水平方向的影响xi ：见图528。,将将(b)、(c)两式代人(a)式，并顾及xi及i 均为小角，（用xi /代sin xi ； i /代tan i ）得 xi= i tan (522),xi= i tan (522) 分析： 设盘左时横轴左端低于另一端时的 i 为正，高于另一端时为负， 则对于同一目标，在竖轴是竖直的情况下，因HH不垂直于VV所引起的横轴倾斜，盘左观测时i 为正(负)， 盘右观测时i 为负(正)， 故盘左、盘右xi 的绝对值相等而符号相反。 xi的大小与竖角有关， 愈大 , xi愈大； = 0时， xi 0， 即对水平位置的目标，横轴不水平 对水平方向没有影响。,当用方向法进行水平方向观测时，,盘右观测时，正确的水平度盘读数为R，有横轴倾斜误差影响时的实际读数为R ，则 R= R + xi,令：盘左横轴倾斜误差对水平方向读数的影响为xi ， 在盘左观测时，正确的水平度盘读数为L，有横轴倾斜误差时的实际读数为L ， 则 L= L - xi,盘左、盘右读数顾及180后的平均值，得 即盘左、盘右读数顾及180后的平均值消除了横轴倾斜误差对水平方向读数的影响。,结论： 横轴倾斜误差 i对水平角的影响为两个方向的xi值之差；对盘左、盘右水平方向观测值的影响xi大小相等，正负号相反，因此，取盘左、盘右实际读数的中数，就可以消除视准轴误差的影响。,仪器的视准轴误差和横轴倾斜误差同时存在：（实际） 正确读数应是: L= L - xi xc ； R= R + xi + xc 由于 R = L 180,所以 R + xi + xc= L - xi xc 180 L - R 180 = 2（ xc + xi ）,仪器的视准轴误差和横轴倾斜误差是同时存在，其大小：,4、竖轴倾斜误差 定义：由于仪器未严格整平而使竖轴不在竖直位置，竖轴偏离 铅垂线一微小角度v，这就是竖轴倾斜误差。 （假设：视准轴横轴，横轴竖轴，竖轴照准部水准管轴） 分析：如图529， OT处于竖直位置的竖轴；此时横轴必在水平面 P上； OT倾斜了V角的竖轴位置，此时横轴必在倾斜平面P上。 P、P两平面的交线为0102； 交线0102与平面TOT垂直， 若横轴位于交线0102 ，则无论V 有多大，横轴也始终保持水平。 除此以外，横轴在平面P上的任 何位置均将产生不同大小的倾斜， 其中以HH垂直于0102的ON位置的 倾角最大，并等于竖轴的倾斜角V。,任取一横轴位置OR，其倾斜角为iV ，作RNON， 将N、R 两点投影在平面P上得N、R，令NOR = 。 由rtRRO 得,NNONsinV （c）,由rtNNO 得,由rtRNO 得,将(b)、(c)、(d)三式代人式(a)，并顾及v和iV 均为小角，得