经管工程测量教案.doc

第一章 绪论1-1 测量学的任务一概述1测量学：是研究地球的形状、大小以及确定地面点位的科学。 2测量的主要工作：是测绘地形图和为工程建设服务而进行的施工测量。（1）测绘(测定)：指使用测绘仪器，按照一定的方法测定地面点的位置，将测区的地形缩绘成地形图，供国民经济建设使用。（2） 测设(放样)：主要针对施工放样而言，即按照设计图纸上工程建筑物的平面位置和高程，用一定的测量仪器和方法测设到实地上去的测量工作。3测量学的分科：大地测量学、地形测量学、摄影测量学、工程测量学。工程测量学：研究工程建设在勘察设计、施工和管理阶段所进行的各种测量工作.二建筑工程测量的任务与内容1大比例尺地形图测绘2施工测量3变形观测1-2 地面点位的确定一、地球的形状及大小（一）相关的概念1地形：地物和地貌统称为地形。（1）地物：人工或自然所形成的物体，如河流、房屋、铁路、公路等。（2）地貌：地球表面的各种起伏形态称为地貌，如山地、平原、丘陵等。（3）地物特征点：地物轮廓的转折点称为地物的特征点。2水准面：人们设想有一个静止的海水面，向陆地内部无限延伸而形成一个封闭的曲面，这个静止的海水面称为水准面，水准面有无数个。 3大地水准面：与平均海水面相吻合的水准面称为大地水准面。4大地体：大地水准面所包围的形体称为大地体。（二）地球的形状和大小1地球的形状地球的形状首先是大地体，近似成参考椭球体，再进一步近似成圆球体。2地球的大小地球的形状是参考椭球体时，地球的大小可用长半径a和扁率表示，其中，a=6378140m, =1:298.257; 当地球的形状是圆球体时，地球的大小可用半径R表示，R=6371km。二、大地坐标系和高程在测量工作中，为了确定地面点的空间位置，分别用点的坐标和高程来表示。1地面点的坐标：包括地理坐标、平面直角坐标、高斯平面直角坐标（1）地理（大地）坐标：用经度、纬度表示地面点的绝对位置。（2）高斯平面直角坐标：在大区域测图时，不能将地球的球面当作平面看待，测图可采用高斯平面直角坐标系，它是以中央子午线和赤道投影为互相垂直的直线，中央子午线的投影是X轴，赤道的投影是Y轴，其交点是坐标原点。（3）平面直角坐标：当测区范围较小时，可采用平面直角坐标，以X轴为纵轴，一般用它表示南北方向，以Y轴为横轴，表示东西方向。测量上平面直角坐标系与数学上的平面直角坐标系有区别，如下图，但数学公式仍可用。xy o y o x 测量学中的平面直角坐标系 数学中的平面直角坐标系 (4) 建筑坐标2地面点的高程：有绝对高程和相对高程之分。（1）绝对高程：地面点沿垂线方向至大地水准面的距离称为绝对高程。如图，地面点A和B的绝对高程分别为HA和HB（2）相对高程：地面点到任意水准面的铅直距离称为相对高程。如图，地面点A和B的绝对高程分别为HA 和HB。（3）高差：地面两点高程之差称高差。高差有正负之分。如图，地面点A和B的高差hAB=HA-HB= HA -HB（4）高程零点：目前我国大多采用“1985年国家高程基准”所定的平均海水面为高程零点，称为“1985国家高程基准” 根据新的高程基准面，得出青岛水准原点的高程为72.260m。三、基本测量工作1测量水平距离，如图中的DAB2测量水平角, 如图中的3测量高程, 如图A、B、C点的高程不同。1-3 以水平面代替水准面的限度 1对水平距离的影响当精度要求较高时，测区半径R10km的范围内时，可不考虑地球曲率的影响，即可把水准面当作水平面看待。在精度要求较低时，其半径可扩大到25km。2对水平角度的影响在面积P100 km2范围内进行水平角测量时，可不考虑地球曲率的影响。3对高程的影响在进行高程测量时，即使在很短的距离内也必须考虑地球曲率的影响。1-4 测量工作概述一、测量工作的基本程序 “先整体后局部“、”先控制后碎部“、“由高级到低级”二、测量工作的基本原则测量工作必须按照一定的原则进行，这就是在布局上“由整体到局部”；在工作步骤上“先控制后碎部”。即先进行控制测量，然后进行碎部测量；在精度上由高精度到低精度。其中，控制测量包括平面控制测量和高程控制测量，如下图所示，先在测区内部设A、B、C、D、E、F等控制点连成控制网（图中为闭合多边形），用较精密的方法测定这些点的平面位置和高程以控制整个测区，并依一定的比例尺将它们缩绘到图纸上，然后以控制点为依据进行碎部测量。 遥感：遥感是以航空摄影技术为基础，在20世纪60年代初发展起来的一门新兴技术。开始为航空遥感，自1972年美国发射了第一颗陆地卫星后，这就标志着航天遥感时代的开始。经过几十年的迅速发展，目前遥感技术已广泛应用于资源环境、水文、气象，地质地理等领域。遥感获取信息的手段多，信息量大。根据不同的任务，遥感技术可选用不同波段和遥感仪器来获取信息。例如可采用可见光探测物体，也可采用紫外线，红外线和微波探测物体。利用不同波段对物体不同的穿透性，还可获取地物内部信息。例如，地面深层、水的下层，冰层下的水体，沙漠下面的地物特性等，微波波段还可以全天候的工作。遥感技术所获取信息量极大，其处理手段是人力难以胜任的。第二章 水准测量2-1 水准测量原理一、水准测量原理水准测量的原理是借助水准仪提供的水平视线，配合水准尺测定地面上两点间的高差，然后根据已知点高程来推求未知点高程。如右图所示，已知A点高程为HA，要测出B点高程HB，在A、B两点间安置一架能提供水平视线的仪器水准仪，并在A、B两点各竖立水准尺，利用水平视线分别读出A点尺子上的读数及B点尺子上的读数b，则A、B两点间的高差为hAB=a-b (21)测量是由AB的方向前进，则A点称为后视点，B点称为前视点，a及b分别为后视读数和前视读数，两点间的高差就等于后视读数减去前视读数。如果B点高于A点，则高差为正，反之，高差为负。二、计算高程的方法（一）由高差计算高程HB=HA+hAB=HA+(a-b) (22)(二)由视线高程计算高程记视线高程为H： Hi=HA+a则 HB=Hi-b=(HA+a)-b (23)三、复合水准测量（转点、测站）若地面两点相距近时，安置一次仪器即可测定两点的高差。当地面上A、B两点相距较远或高差较大时，安置一站仪器难以测得两点的高差，必须依图所示，在A、B两点之间增设若干称转点的临时立尺点(加尺垫)。把A、B分成若干测段，逐段设站测高差，最后由各段高差求和，得出A、B两点间高差，叫做复合水准测量。首先安置仪器于A与转点1之间，于A与转点1上立尺，瞄准A点尺子，视线水平后读取后视读数a1并纪录，再瞄准转点1尺子，读取前视读数b1并纪录，然后转点1尺子不动，仪器搬到第1、2点间，在A点立尺的人，持尺前进至转点2立尺，继续上过程直至B点。每安置一次仪器称为一个测站，测得一个高差，则有h1=a1-b1h2=a2-b2hn=an-bnA、B点高差 hAB= B点高程HB HB=HA+hAB转点上应使用尺垫，以防止尺子下沉及转动时改变高度。2-2水准测量的仪器与工具一、水准仪（结合水准仪讲授）主要由望远镜、水准器及基座三个部分组成。水准仪通过基座与三脚架连接，支承在三脚架上。基座上装有一个圆水准器。下面有三个脚螺旋，用以粗略整平仪器。望远镜一侧装有管状水准器，其下端装有一个能使望远镜作微小上下仰俯动作的微倾螺旋，转动微倾螺旋，管水准器随望远镜上下仰俯，当气泡居中时，望远镜中的视线便呈水平位置。水准仪在水平方向转动，是由一个水平制动螺旋和水平微动螺旋来控制的。（一）望远镜构成：物镜、十字丝分划板、调焦镜、目镜等。 种类：外对光望远镜和内对光望远镜。目前测量仪器上的望远镜都是内对光式的成像：目标通过物镜及调焦凹透镜后，在十字丝面上形成一个倒立的实像，再经过目镜使目标的像和十字丝同时放大成虚像。对光螺旋的作用：调节物镜与目镜筒的相对位置，使物像清晰。目镜螺旋的作用：调节目镜位置，使能够看清十字丝。视准轴：十字丝交点和物镜光心的连线称为视准轴。视距丝：上、下丝，用于视距测量。水平制动及微动螺旋：在水平方向制动与微动望远镜。微倾螺旋：使望远镜上下微动。（二）水准器水准器用来指示视线是否水平或竖轴是否竖直的。分圆水准器和长水准器两种。1.圆水准器一般装在基座上，作粗略整平、使竖轴竖直。2.长水准管和望远镜连在一起，供精确调平视线之用。3.水准管分划值：水准管上一般自零点向两端每间隔2mm刻有分划线，用以观察气泡居中。每2mm弧长所对的圆心角称为水准管分划值。它是水准管性能的指标，工程上常用水准仪的水准管分划值有20、30和60三种。分划值越小，水准管越灵敏，用来整平仪器的精度越高。（三）基座基座由轴座、脚螺旋和连接板组成。二、水准尺与尺垫（一）、水准尺：水准尺按尺面分为单面尺和双面尺两种；按尺形分为直尺、折尺、塔尺等三种，尺长一般为35m。（难点是双面水准尺，要讲清讲透）1直尺：黑面尺：底端起始数为0 红面尺：底端起始数为4687mm或4787mm。 直尺必须成对使用。用以检核读数。2折尺：单面尺，一般长4m。3塔尺：双面尺，一般3m或5m，底端起始数均为0。（二）尺垫：尺垫一般制成三角形铸铁块，中央有一突起的半圆球体。立尺前先将尺垫用脚踩实，然后立水准尺于半圆球体顶上。2-3 水准仪的基本操作程序一、使用水准仪的方法（一）安置仪器A、B两点立尺，尽可能在距两水准尺等远处设置测站。张开三脚架，使高度适当，踩实后应架头大致水平。取出仪器牢固地螺旋连接在三脚架上。（二）、粗略整平粗平是通过旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中。粗平过程中，气泡移动的方向与左手大拇指转动脚螺旋的方向一致。（三）、瞄准水准尺1调节目镜：转动目镜调节螺旋，使十字丝看得十分清晰。2初步瞄准：松开制动螺旋，转动望远镜，瞄准水准尺并拧紧制动螺旋。3对光和瞄准：转动物镜对光螺旋使尺面的像清楚。转动望远镜微动螺旋，使十字丝对准尺面中央。4清除视差：瞄准目标时，如尺子的像与十字丝平面不重和，则当眼睛靠近目镜上下微微晃动时，十字丝横丝与水准尺成像有相对移动，称为十字丝视差。必须加以消除，方法是反复交替调节目镜和物镜对光螺旋，直至象面与十字丝面重合，读数不变为止。（四）、精平与读数望远镜瞄准水准尺后，读数前必须转动微倾螺旋，使水准管气泡居中达到视线水平，才能读数。读数后再检查气泡是否居中，否则应重新调整，再次读数。应注意，读完读数后，仪器转到前视方向，仍要利用微倾螺旋调整水准管气泡居中，再进行读数。二、注意事项 2-4 水准测量的方法一、水准点与水准路线二、水准测量的方法与纪录计算及注意事项三、水准测量的成果计算（一）、水准测量的精度要求不同等级的水准测量有不同的精度要求，对于普通水准测量的规定是：Fh允=40 mm或40mm式中L为水准路线的长度，以km计；n测站数。（二）、水准测量的测站校核对每一测站的高差进行校核，称测站校核，其方法有：（1）双仪高法：在每一测站上测出高差后，在原地改变仪器的高度，重新安置仪器，再测一次高差。限差规定为10mm，如两次测得的高差之差在限差之内，取其平均数作为这一测站的高差结果。（2）双面尺法：对双面尺的红、黑两面读数，同一尺读数差为常数（4.687或4.787），误差应小于4mm；红、黑面分别得到的高差之差不得超过6mm。（三）水准测量成果计算（水准路线校核）1高差闭合差及其允许值（1）附合水准路线 如图所示，选定水准路线由已知水准点BM1开始，顺序施测各点高差，最后测到另一已知水准点BM2形成附合水准路线。各测段得的高差总和h应与已知水准点高程之差相等。由于测量误差的存在，二者不相等，产生差值fh,称为高差闭合差。计算公式为 fh=h测-（H终-H始） （27）式中H终、H始起始和终了水准点的高程。普通水准测量高差闭合差的允许值为fh容=40 mm或40mm （28）两式中L为水准路线的长度，以km计；n测站数。前者用于平坦地区，后者用于山地。如果高差闭合差超过允许值，即fhfh允，必须重测。（2）闭合水准路线 从一个已知水准点BM1开始，测定1、2、3等点的高差，最后回到BM1点，形成一个闭合水准路线。闭合水准路线的高差闭合差fh为 fh=h测闭合水准路线的fh允与附合水准路线相同。（3）支水准路线 由已知水准点开始，沿同一路线进行往测和返测，高差闭合差为fh= H往+H返fh允与附合水准路线相同。而测站数n或路线长L以单程计。2、高差闭合差的调整和高程计算如果水准路线的高差闭合差在允许范围之内，即可进行闭合差的调整和高程计算。（1）高差闭合差的调整将闭合差以相反符号，按测站数（或距离）成正比例地分配到各测段的实测高差中，即某测段高差改正数= （2）计算改正后的高差（3）各点高程的计算闭合水准路线的高程计算与附合水准路线相同。支水准路线采用往返测，每一测段的高差取往返测的平均值,符号与往测符号相同即可。 算例2-5 水准仪的检验与校正水准仪各轴线之间应满足以下几何条件：主要条件：水准管轴(LL) 视准轴(CC)；次要条件：圆水准器轴(L0L0)竖轴(VV)；十字丝横丝竖轴(VV)；在每次使用前对仪器应进行检验和校正。一、圆水准器的检验与校正（一）检校目的使圆水准器轴(L0L0)竖轴(VV)。（二）检验方法将仪器安置于脚架上，转动脚螺旋使圆水准器气泡居中，然后将望远镜在水平方向旋转180，若气泡不居中而偏于一边，说明L0L0不平行于仪器竖轴VV，需要校正。（三）校正方法转动脚螺旋使气泡向中间移动偏离量的一半，然后，用校正针拨动圆水准器底下的三个校正螺旋，使气泡达到完全居中的位置。检验和校正应反复进行，直至仪器转至任何位置气泡始终居中为止。二、望远镜十字丝横丝的检验与校正（一）检验目的使十字丝横丝竖轴(VV)。（二）检验方法整平仪器后，用横丝的一端瞄准墙上一固定点，转动水平微动螺旋，如果点子离开横丝，表示横丝不水平，需要校正。（三）校正方法用螺丝刀松开十字丝环的校正螺丝，拨正十字丝环。或需要卸下目镜处的外罩，用螺丝刀松开四个十字丝的固定螺丝，拨正十字丝环，再旋紧校正螺丝，此项检校也须反复进行。三、长水准管的检验与校正（一）检验目的使水准管轴(LL) 视准轴(CC)。（二）检验方法选取相距约6080m的A、B两点，各打一木桩，竖立水准尺，先将水准仪安置在离两点等距离处，测得两点的正确高差。搬到离B点约35m处，先读取近尺读数b2，由于仪器距B点很近，可将b2近似地看作视线水平时的读数b2，由此计算出视线水平时远尺应读数a2=b2+ hAB。如果远尺的实际读数不是a2，依此转动微倾水准仪校正。（三）校正方法转动微倾螺旋，使远尺读数改变为a2。此时视准轴水平但气泡不居中了。拨动水准管一端的上下两个校正螺丝，先松后紧，使水准管气泡居中，此项工作要反复进行几次，直至检验远尺的读数与计算值之差不大于35mm为止。2-6 水准测量的误差来源及其影响（一）仪器工具误差1仪器误差 仪器误差主要是指水准管轴不平行于视准轴的误差。在水准测量时，只要将仪器安置在距前、后视距尺距离相等的位置，就可消除该项误差对高差测量所产生的影响。2水准尺误差 由于水准尺的长度不准、尺底零点和尺面刻划有误差及尺子弯曲变形等原因，都会给水准测量读数带来误差。因此，事先都必须对所用水准尺逐项进行检定。（1）零点误差：用偶数测站数可消除； (2) 倾斜误差：（二）操作误差1整平误差：2读数误差： 3视差误差：（三）外界条件的影响1仪器和尺垫下沉2水准尺倾斜3地球曲率和大气折光4温度的变化5风力作用2-7 自动安平水准仪与电子水准仪一自动安平水准仪自动安平水准仪是利用安装在望远镜内的自动补偿器，自动获得水平视线的一种水准仪。（一）补偿器（二）补偿原理（三）自动安平水准仪的使用自动安平水准仪的使用与微倾水准仪的基本操作大致相同。二、电子水准仪原理电子水准仪可被认为是自动安平水准仪、CCD相机、微处理器和条形码尺组合成的一个几何水准自动测量系统。另外，仪器光学系统的结构将视准光束的一部分按一般光路进行，因此，电子水准仪仍可进行与光学水准仪一样的读数。第三章 角度测量经纬仪是角度测量的主要仪器。3-1 角度测量的基本概念角度测量是测量工作的基本内容之一，分为水平角测量及竖直角测量。一、水平角测量原理水平角测量是确定地面点位的基本工作之一，空间相交的两条直线在水平面上的投影所夹的角度叫水平角。如图所示， O1 A1、与O1 B1的夹角，即为地面上OA与OB两直线间的水平角。b，则圆心角= b-a，就是A1O1B1的值。二、竖直角测量原理竖直角是在同一竖直面内，倾斜视线与水平线之间的夹角，简称竖角，竖直角也称倾斜角，用表示。竖直角是由水平线起算量到目标方向的角度。其角值从090。当视线方向在水平线之上时，称为仰角，符号为正（+）；视线方向在水平线之下时，称为俯角，符号为负（-），。如图所示。 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。天顶距的大小由0180。显然，同一方向线的天顶距和竖直角之和等于90。如图中的视线OA的天顶角为8219 。 从竖直角概念可知，它是竖直面内目标方向与水平方向的夹角。所以测定竖直角时，其角值可从竖直面内的刻度盘（竖盘）上两个方向读数之差求得。而该两个方向中的一个，必须是水平线方向。由于任何仪器当视线水平时，无论盘左还是盘右，其竖盘读数都是个固定数值。因此测竖直角时，实际上只要瞄准目标读出其竖盘读数，即可计算出竖直角。3-2 DJ6级光学经纬仪光学经纬仪的种类按精度系列可分为DJ07、DJ1、DJ6、DJ15和DJ60等六个级别，其中“D”、“J”分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉语拼音的第一个字母，下标数字表示仪器的精度，即一测回水平方向中误差的秒数。下面着重介绍适用于地形测量和一般工程测量中最为常用的DJ6级经纬仪。（一）DJ6级光学经纬仪的构造光学经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成，各部件的名称如图所示。1.照准部照准部为经纬仪上部可转动部分，由望远镜、竖直度盘、横轴、支架、竖轴、水平度盘水准器、读数显微镜及光学读数系统等组成。望远镜 望远镜用于精确瞄准目标。它在支架上可绕横轴在竖直面内作仰俯转动，并由望远镜制动扳钮和望远镜微动螺旋控制。竖直度盘 竖直度盘用于测量竖直角。是由光学玻璃制成的圆盘，安装在横轴的一端，并随望远镜一起转动。其竖直度盘同侧的支架上设有竖盘指标水准管，而在竖盘内部装有自动归零装置，只要将支架上的自动归零开关转到“ON”，竖盘指标即处于正确位置。不测竖直角时，将竖盘指标自动归零开关转到“OFF”，以保护其自动归零装置。水准器 照准部上有圆水准器和管水准器，用于粗平与精平仪器。竖轴 照准部的旋转轴即为仪器的竖轴，竖轴插入竖轴轴套中，该轴套下端与轴座固连，置于基座内，并用轴座固定螺旋固紧，使用仪器时切勿松动该螺旋，以防仪器分离坠落。照准部可绕竖轴在水平方向旋转，并由水平制动扳钮和水平微动螺旋控制。图示的经纬仪，其照准部上还装有光学对中器，用于仪器的精确对中。2.水平度盘水平度盘是由光学玻璃制成的圆盘，其边缘按顺时针方向刻有0360的分划，用于测量水平角。水平度盘与一金属的空心轴套结合，套在竖轴轴套的外面，并可自由转动。水平度盘的下方有一个固定在水平度盘旋转轴上的金属复测盘。复测盘配合照准部外壳上的转盘手轮，可使水平度盘与照准部结合或分离。按下转盘手轮，复测装置的簧片便夹住复测盘，使水平度盘与照准部结合在一起，当照准部旋转时，水平度盘也随之转动，读数不变；弹出转盘手轮，其簧片便与复测盘分开，水平度盘也和照准部脱离，当照准部旋转时，水平度盘则静止不动，读数改变。有的经纬仪没有复测装置，而是设置一个水平度盘变位手轮，转动该手轮，水平度盘即随之转动。3.基座基座在仪器的最下部，是支承整个仪器的底座。基座上安有三个脚螺旋和连接板。转动脚螺旋可使水平度盘水平。通过架头上的中心螺旋与三脚架头固连在一起。（二）DJ6级光学经纬仪的读数方法DJ6级光学经纬仪的水平度盘和竖直度盘的分划线通过一系列的棱镜和透镜作用，成像于望远镜旁的读数显微镜内供观测者读数。DJ6级光学经纬仪的读数方法分为下列两种。1.分微尺测微器及其读数法如图所示。度盘最小分划值为1，分微尺上把度盘为1的弧长分为60格，所以分微尺上最小分划值为1，每10作一注记，可估读至0.1。读数时打开并转动反光镜使读数窗内亮度适中，调节读数显微镜目镜使度盘和分微尺分划线清晰。图示水平度盘的读数为1300130= 1300130 ；竖盘读数为872200= 8722。2.单平板玻璃测微器的读数方法图示单平板玻璃测微器的读数窗，可以清晰地看到测微盘（上）、竖直度盘（中）和水平度盘（下）的分划像。可估读到5。读数时，打开并转动反光镜，调节读数显微镜的目镜，然后转动测微轮，使一条度盘分划线精确地平分双线指标，则该分划线的读数即为读数的度数部分，不足30的部分再从测微盘上读出，并估读到5。每次水平度盘读数和竖直度盘读数都应调节测微轮，然后分别读取，两者共用测微盘，但互不影响。图中，水平度盘读数为 4930+ 2240= 495240；竖直度盘读数为 107+ 0140= 1070140 。3-3、经纬仪的使用经纬仪的基本操作为：对中、整平、瞄准和读数。一、安置经纬仪（一）锤球对中安置1对中：使仪器度盘中心与测站点标志中心位于同一铅垂线上。（1）张开并调节脚架腿使高度适宜，通过目估使架头水平、架头中心大致对准测站点。（2）经纬仪安置于架头上，旋紧连接螺旋，挂上锤球。如锤球尖偏离测站点较远，则需移动三脚架，使锤球尖大致对准测站点，然后将脚架尖踩实。（3）略微松开连接螺旋，在架头移动仪器至锤球尖对准测站点，最后再旋紧连接螺旋。2整平（1）旋转照准部使水准管平行于任一对脚螺旋。转动这对脚螺旋，使水准管气泡居中。（2）将照准部旋转90，转动第三个脚螺旋，使水准管气泡居中（3）重复以上步骤，直至水准管在这两个位置上气泡都居中为止。（二）光学对中器进行对中整平首先通过目估初步对中（也可利用锤球），旋转对中器目镜看清分划板上的刻划圆圈，再拉伸对中器的目镜筒，使地面标志点成像清晰。转动脚螺旋使标志点的影像移至刻划圆圈中心。然后通过伸缩三脚架腿，调节三脚架的长度，使经纬仪圆水准器气泡居中，再调节脚螺旋精确整平仪器。接着通过对中器观察地面标志点，如偏刻划圆圈中心，稍微松开连接螺旋，在架头移动仪器，使其精确对中。如水准管气泡偏移，则再整平仪器，如此反复。二、 照准目标照准目标的步骤如下：1目镜对光：将望远镜对向明亮背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。2粗略瞄准：松开照准部制动螺旋与望远镜制动螺旋，瞄准目标，再旋紧制动螺旋。3物镜对光：转动物镜对光螺旋，使目标成像清晰并检查消除视差存在。4精确瞄准：旋转微动螺旋，使十字丝准确对准目标。观测水平角时应尽量瞄准目标的基部，当目标宽于十字丝双丝距时，宜用单丝平分，如图A所示；目标窄于双丝距时，宜用双丝夹住，如图B所示；观测竖直角时，用十字丝横丝的中心部分对准目标位，如图C所示。一 读数 3-4 水平角观测二、水平角的测量方法常用的水平角观测有测回法和全圆测回法两种。（一）测回法竖盘在望远镜视准轴的左侧，称为盘左，也称正镜；竖盘在视准轴方向的右侧则称盘右，也叫倒镜。测回法适用于观测两个方向之间的单个水平角。如图所示，欲测出地面上OA、OB两方向间的水平角，可按下列步骤进行观测：1在角顶O点安置经纬仪，在A、B点上分别竖立花杆。2以盘左位置照准左边目标A，得水平度盘读数a左。3松开照准部和望远镜制动螺旋，顺时针转动瞄准右边目标B，得水平度盘读数b 。则盘左所测的角值为：左=b左-a左以上为上半个测回。为了消除仪器误差，应该以盘右位置再作下半个测回观测。4松开照准部和望远镜制动螺旋，纵转望远镜成盘右位置，先瞄准右边目标B，得水平度盘读数b；再逆时针转动照准部，瞄准左边目标A，得水平度盘读数a完成了下半测回，则：右=b右-a右计算时，均用右边目标读数b减去左边目标读数a，不够减时，应加上360。上、下两个半测回所测角值之差（测回差）应36。达到精度要求就可取平均值作为一测回的结果。= (左+右) （3-1）否则应重新观测。当测角精度要求较高时，须观测n 个测回。为了消除度盘刻划不均匀的误差，每个测回应按180/n的差值变换度盘起始位置。（二）全圆方向观测法当观测方向在三个以上时，一般采用全圆方向观测法，即从起始方向顺次观测各个方向后，最后要回测起始方向，即全圆的意思。最后一步称为“归零”，这种半测回归零的方法称为“全圆方向法”，如图OA为起始方向，也称零方向。1观测步骤置仪器于O点，盘左位置且使水平度盘读数略大于0时照准起始方向，如图中的A点，读取水平度盘读数a 。顺时针方向转动照准部，依次照准B、C、D各个方向，并分别读取水平度盘读数为b、c、d，继续转动再照准起始方向，得水平度盘读数为a。这步观测称为“归零”，a与a之差，称为“半测回归零差”。J6级经纬仪要求不超过24。以上观测过程为全圆方向法的上半个测回。以盘右位置按逆时针方向完成下半个测回。每次读数都应按规定格式记入表3-2中。上、下半测回合起来称为一测回。当精度要求较高时，可观测 n个测回，为了消除度盘刻划不均匀误差，每测回也要按180/n的差值变换度盘的起始位置。2全圆方向观测法的计算与限差计算两倍照准误差2c值：二倍照准误差是同一台仪器观测同一方向盘左、盘右读数之差，简称2c值。它是由于视准轴不垂直于横轴引起的观测误差，计算公式为2c=盘左读数-（盘右读数180）对于DJ6级经纬仪，2c值只作参考，不作限差规定。如果其变动范围不大，说明仪器是稳定的，不需要校正，取盘左、盘右读数的平均值即可消除视准轴误差的影响。一测回内各方向平均读数的计算：同一方向的平均读数= 1/2盘左读数+（盘右读数180）起始方向有两个平均读数，应再取其平均值，将算出的结果填入同一栏的括号内。一测回归零方向值的计算：将各个方向（包括起始方向）的平均读数减去起始方向的平均读数，即得各个方向的归零方向值。显然，起始方向归零后的值为00000各测回平均方向值的计算：当各测回同一方向的归零方向值之差不大于24，则可取其平均值作为该方向的最后结果。水平角值的计算：将右方向值减去左方向值即为该两方向的夹角。例：3-5 竖直角测量一、竖直角测量（一）竖直度盘的构造竖直度盘简称竖盘，如图所示 ，为J6级经纬仪竖盘构造示意图，主要包括竖盘、竖盘指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋。竖盘固定在横轴的一侧，随望远镜在竖直面内同时上、下转动；竖盘读数指标不随望远镜转动，它与竖盘指标水准管连接在一个微动架上，转动竖盘指标水准管微动螺旋，可使竖盘读数指标在竖直面内作微小移动。当竖盘指标水准管气泡居中时，指标应处于竖直位置，即在正确位置。一个校正好的竖盘，当望远镜视准轴水平、指标水准管气泡居中时，读数窗上指标所指读数应是90或270，此读数即为视线水平时的竖盘读数。一些新型的经纬仪安装了自动归零装置来代替水准管，测定竖直角时，放开阻尼器扭，待摆稳定后，直接进行读数，提高了观测速度和精度。竖盘的刻划注记形式很多，常见的光学经纬仪竖盘都为全圆式刻划，如图所示，可分为顺时针和逆时针两种注记，盘左位置视线水平时，竖盘读数均为90，盘右位置水平视线时竖盘读数均为270。多数J6级经纬仪采用的是顺时针注记的竖盘，如图A（二）竖直角的观测1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。竖直角的观测记录手薄如表2竖直角的计算计算竖直角的公式，是由两个方向读数（即倾斜视线方向读数与水平视线方向读数）之差来确定的。问题在于应由哪个读数减哪个读数以及其中视线水平时的读数是多少，这就应由竖盘注记形式而确定。其判定方法，只须对所用仪器以盘左位置先将望远镜大致放平，看一下读数；然后将望远镜逐渐向上仰，再观察读数是增加还是减少，就可以确定其计算公式。当望远镜上倾竖盘读数减小时，竖角=（视线水平时的读数）- （瞄准目标时的读数）；当望远镜上倾竖盘读数增加时，竖角=（瞄准目标时的读数）- （视线水平时的读数）。计算结果为“+”是仰角，结果为“-”是俯角。现以J6级经纬仪中最常见的竖盘注记形式（如图所示）来说明竖直角的计算方法。由图可知，在盘左位置、视线水平时的读数为90，当望远镜上倾时读数减小；在盘右位置、视线水平时的读数为270，当望远镜上倾时读数增加。如以“L”表示盘左时瞄准目标时的读数，“R”表示盘右时瞄准目标时的读数，则竖直角的计算公式为L= 90- L （3-2）R= R - 270 （3-3）最后，取盘左、盘右的竖直角平均值作为观测结果，即=（L+R）=（R-L）-90 （3-4）例如：求表3-4 中OA、OB的竖直角。根据公式（3-4）可得O A=（R - L）- 90= （2793954- 802036） - 90= +93939O B=（2635448- 960524） - 90= -60518（三）竖盘指标差当望远镜的视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘指标所指的读数应为90或270，否则，其差值即称为竖盘指标差，以x表示，如图3-16所示。它是由于竖盘指标水准管与竖盘读数指标的关系不正确等因素而引起的。竖盘指标差有正、负之分，当指标偏移方向与竖盘注记方向一致时，会使竖盘读数中增大一个x值，即x为正；反之，当指标偏移方向与竖盘注记方向相反时，则使竖盘读数中减小了一个x值，故x为负。图3-16中，指标偏移方向和竖盘注记方向一致，x为正值，那么在盘左和盘右读数中都将增大一个x值。因此，若用盘左读数计算正确的竖直角，则= （90+x ）- L=L+ x （a）若用盘右读数计算竖直角时，应为= R- （270+x ）=R x （b）由（a ）+（b）得 = （L +R ）= （R- L）-90上式与公式（3-4）完全相同，说明利用盘左、盘右两次读数求算竖角，可以消除竖盘指标差对竖直角的影响。由（b）- （a ）得x =1/2（R - L）=1/2（L + R）- 180 （3-5）由表3-4中的观测数据和公式（3-5），可求出OA、OB方向的竖盘指标差分别为+15和+6。在测量竖直角时，虽然利用盘左、盘右两次观测能消除指标差的影响，但求出指标差的大小可以检查观测成果的质量。同一仪器在同一测站上观测不同的目标时，在某段时间内其指标差应为固定值，但由于观测误差、仪器误差和外界条件的影响，使实际测定的指标差数值总是在不断变化，对于DJ6级经纬仪该变化不应超过25。3-6 经纬仪的检验与校正为了使经纬仪在测角时能测出符合精度要求的测量成果，测量前对所使用的仪器要进行检验校正。由于仪器在搬运、装箱、使用的各个过程中，使仪器各部分轴线之间应该保证的几何条件可能改变，因此，在使用仪器之前，进行检验校正，来调整轴线之间的几何关系。如图所示，经纬仪的几何轴线有 ：望远镜的视准轴CC、横轴（望远镜俯仰转动的轴）HH、照准部水准管轴LL和仪器的竖轴VV。测量角度时，经纬仪应满足下列几何条件：1 照准部水准管轴应垂直于竖轴（LLVV）；2 十字丝竖丝应垂直于横轴；3 视准轴应垂直于横轴（CCVV）；4 横轴应垂直于竖轴（HHVV）； 5 竖盘指标差应等于零。 一、照准部水准管轴应垂直于竖轴的检验与校正（LLVV）二、十字丝纵丝垂直于横轴的检验与校正（一）检验方法整平仪器，以十字丝的交点精确瞄准任一清晰的小点P，如图所示。拧紧照准部和望远镜制动螺旋，转动望远镜微动螺旋，使望远镜作上、下微动，如果所瞄准的小点始终不偏离纵丝，则说明条件满足；若十字丝交点移动的轨迹明显偏离了P点，如图中的虚线所示，则需进行校正。（二）校正方法卸下目镜处的外罩，即可见到十字丝分划板校正设备，如图所示。松开四个十字丝分划板套筒压环固定螺钉，转动十字丝套筒，直至十字丝纵丝始终在P点上移动，然后再将压环固定螺钉旋紧。三、视准轴垂直于横轴的检验与校正视准轴不垂直于横轴所偏离的角度叫照准误差，一般用c表示。它是由于十字丝交点位置不正确所引起的。因照准误差的存在，当望远镜绕横轴旋转时，视准轴运行的轨迹不是一个竖直面而是一个圆锥面。所以当望远镜照准同一竖直面内不同高度的目标时，其水平度盘的读数是不相同的，从而产生测角误差。因此，视准轴必须垂直于横轴。1 检验方法整平仪器后，以盘左位置瞄准远处与仪器大致同高的一点P，读取水平度盘读数a1；纵转望远镜，以盘右位置仍瞄准P点，并读取水平盘读数a2；如果a1与 a2相差180，即a1= a2180，则条件满足，否则应进行校正。2 校正方法3 转动照准部微动螺旋，使盘右时水平度盘读数对准正确读数a=a2+（a1180），这时十字丝交点已偏离P点。用校正拨针拨动十字丝环的左右两个校正螺丝，见图3-20，一松一紧使十字丝环水平移动，直至十字丝交点对准P点为止。由此检校可知，盘左、盘右瞄准同一目标并取读数的平均值，可抵消视准轴误差的影响。四、横轴垂直于竖轴的检验与校正若横轴不垂直于竖轴，视准轴绕横轴旋转时，视准轴移动的轨迹将是一个倾斜面，而不是一个竖直面。这对于观测同一竖直面内不同高度的目标时，将得到不同的水平度盘读数，从而产生测角误差。因此，横轴必须垂直于竖轴。由于光学经纬仪的横轴是密封的，一般能够满足横轴与竖轴相垂直的条件，测量人员只要进行此项检验即可，若需校正，应由专业检修人员进行。五、 竖盘指标差的检验与校正观测竖直角时，采用盘左、盘右观测并取其平均值，可消除竖盘指标差对竖直角的影响，但在地形测量时，往往只用盘左位置观测碎部点，如果仪器的竖盘指标差较大，就会影响测量成果的质量。因此，应对其进行检校消除。1 检验方法用盘左、盘右瞄准高处某一固定目标，在竖盘指标水准管气泡居中后，各自读取竖盘读数L和R。指标差 x值，若x=0，则条件满足；如x值超出2时，应进行校正。2 校正方法检验结束时，保持盘右位置和照准目标点不动，先转动竖盘指标水准管微动螺旋，使盘右竖盘读数对准正确读数R-x,此时竖盘指标水准管气泡偏离居中位置，然后用校正拨针拨动竖盘指标水准管校正螺钉，使气泡居中。反复进行几次，直至竖盘指标差小于1为止。3-7 角度测量的误差分析及注意事项角度测量的误差主要来源于仪器误差、人为操作误差以及外界条件的影响等几个方面。在测量竖直角时，只要严格按照操作规程作业，采用测回法消除竖盘指标差对竖角的影响，测得的竖直角值即能满足对高程和水平距离的求算。因此，下面只分析水平角的测量误差。（一）仪器误差1 仪器制造加工不完善所引起的误差（1） 照准部偏心差，在水平角测量中，此项误差影响可通过盘左、盘右观测取平均值的方法加以消除。（2） 水平度盘分划误差的影响一般较小，当测量精度要求较高时，可采用各测回间变换水平度盘位置的方法进行观测，以减弱这一项误差影响。2 仪器校正不完善所引起的误差（二）观测误差1对中误差仪器的对中误差不应超出相应规范规定的范围，特别对于短边的角度更应该注意。2目标偏心误差观测时，标杆要准确而竖直地立在测点上，且尽量瞄准标杆的底部。3整平误差4.照准误差与望远镜放大率的关系最大。，观测时应注意消除视差，调清十字丝。5.读数误差（三）外界条件的影响:3-8电子经纬仪第四章 距离测量与直线定向4-1 距离丈量一、距离丈量：指工具在地面上量测两点之间的水平距离。丈量工作可包括点的标志、直线定线和丈量等内容。有普通测量学中，地面上两点的距离一般指两点之间的水平距离。当点位在地面上标定以后，用一定的丈量工具，沿着两点间的直线方向进行丈量。丈量方法按精度要求的不同而异。地面点的标志。点的标志有临时性标志和永久性标志两种。二、丈量工具：距离丈量所使用的丈量工具，由量距所要求的精度确定。常用的丈量工具有钢尺、皮尺、绳尺等。1、钢尺：钢尺是钢制的带尺，用于较高精度的量距工作。 端点尺： 刻线尺：2、皮尺：皮尺是麻线与细金属丝织成的带状尺。3、绳尺：又称测绳，是内含金属丝的绳子，外用棉线包裹。4、标杆：又称花杆。用以标定点位或直线的方向，由坚实不易弯曲的木杆制成，也有用铝合金制成的金属标杆。5、测钎：在测量距离过程中，用以标志所量尺段的起止点，计算整尺段数。6、垂球：垂球用金属制成，上大下尖呈圆锥形。三、直线定线。直线定线即在两点的直线方向上竖立一系列标杆，把中间若干点确定在已知直线的方向上。直线定线按精度要求可用目测定线，也可用经纬仪或其他定线仪器进行定线。（一）目测定线1两点间定线2两点延长线上定线（二）仪器定线四、距离丈量的一般方法。距离丈量可分为平坦地面的距离丈量和倾斜地面的距离丈量。丈量工作要求平、直、准。（一）平坦地面的距离丈量法：1观测与计算：观测： 计算：AB两点间的距离公式D=nl+q式中：n整尺段数l整尺长q不足一整尺的余长2检核：应往返进行丈量3精度：距离丈量的精度用相对误差来衡量。K= 相对误差：在平坦地区要达到1/3000，在地形起伏较大地区应达到1/2000，在困难地区应达到1/1000。（二）、倾斜地面的距离丈量法：1、 平量法：由高向低丈量两次。2、 斜量法：按高差计算：D=按倾斜角计算：D=L*cos（三）、注意事项： 4-2 视距测量1视距测量原理。视距测量利用望远镜十字丝平面上的上、下两根视距丝a与b，配合视距尺和测得的竖直角a，用视距公式算得水平距离及高差的一种方法。（一）、视距水平时的视距公式： D=kl+q (外对光式望远镜) D=kl (内对光式望远镜) h=I-v式中：视距乘常数k=100 视距间隔（上下丝读数差）l 视距加常数q ：内对光式望远镜为零（二）、视线倾斜时的视距公式： D=klcos2 H=1/2klsin2+I-v=Dtg+I-v二、视距测量的观测与计算。1、观测步骤。2、水平距离、高差、高程的计算。三、视距测量的误差与消减4-3直线定向直线定向：确定直线与标准方向之间的角度关系。一、标准方向的种类（一）、真子午线方向：地理子午线就称真子午线（二）、磁子午线方向：能过地球表面某点的磁子午线的切线 方向，该点的磁子午线方向 （三）、坐标纵轴方向：是指高斯投影带中的中央午线方向。在工程中常用坐标纵轴方向为标准方向。（四）、“三北”方向的关系：1、 真、磁子午线的关系：磁偏角：真、磁子午线之间的夹角，叫磁偏角。东偏：磁子午线偏真子午线以东为东偏；（正）西偏：磁子午线偏真子午线以西为西偏；（负）2、子午线收敛角：二、直线方向的表示方法1、 方位角。从标准方向北端起，顺时针方向量到某 直线的夹角。角值范围：0360