第五讲 精密角度测量.ppt

角度测量 内容水平角测量垂直角 竖直角 测量仪器光学经纬仪电子经纬仪电子全站仪 精密光学经纬仪 根据精度等级 光学经纬仪一般分为DJ1 DJ2 DJ6几个等级D 大地测量J 经纬仪下标 仪器实验室内检定时一个测回水平方向观测中误差DJ1 DJ2为精密经纬仪DJ6为普通经纬仪 经纬仪技术参数 望远镜 由物镜和调焦镜组成的物镜组 十字丝分划板和目镜3部分组成视准轴 等效物镜的光心与十字丝中心的连线视准轴误差 调焦镜在运行过程中偏离光轴所带来的水平或竖直方向的误差望远镜中十字丝分划板是观测时用以精确瞄准目标的 所以使用十字丝分划板时 应考虑目标的型式和种类 望远镜 在调焦时 要使目标的像恰好成在十字丝分化板平面上视差 如果目标象没有落在十字丝面上 则当观测员的眼睛上下左右移动时 会感到目标象与十字丝之间有相对错动 这种现象称为视差 视差影响瞄准的精度通过物镜调焦可以消除视差 望远镜 消除视差的步骤 目镜调焦 使十字丝最清晰物镜调焦 使目标像最清晰 且无视差 望远镜 观测开始前 首先要调节目镜位置 使十字丝分划影像清晰后 再去照准目标 对望远镜进行调焦为了减小视准轴误差的影响 水平方向观测时 通常规定一个测回内不得重新调焦 读数设备 度盘水平度盘竖直度盘光学测微器读数显微镜 度盘 格值 两相邻分化线间的角值度盘的分化线是由度盘刻度机刻制的 由于刻度机传动机构误差等影响 使得度盘分化线的间距并不严格相等 产生度盘分化误差度分分化误差大部分表现为系统性质的误差长周期误差短周期误差 度盘 度盘分化误差的减弱措施 各个测回间应变换度盘位置 读数设备 光学测微器双平板玻璃光学测微器双光楔光学测微器读数显微镜目的是为了增大最小格值相对于眼睛的视角 水准器 水准器的两种类型圆形水准器 粗平管状水准器 精平水准管的格值水准管的一个分格所对的圆心角用 表示 水准器 水准管的精度 主要决定于格值 的大小 其他还与水准气泡在管内移动的灵敏度有关当水准管一端受热时 气泡就会向热端移动 特别是格值较小 灵敏度高的水准管 对温度影响的反应尤其敏感在外业观测时 要防止太阳照射仪器 防止手指触摸水准管 要给仪器打伞 轴系 照准部 望远镜 读数设备 水准器以及垂直度盘等 是水平方向观测时的运转部分照准部旋转轴的轴心 度盘刻度中心 度盘轴套旋转的轴心 3个中心应一致照准部偏心差 照准部旋转轴产生的置中偏差度盘偏心差 度盘轴套旋转轴所产生的置中偏差定向误差 照准部相对于正确的旋转轴线位置产生的偏差 对径重合读数法 正像在左倒像在右 对径重合读数法 对径重合读数法 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 对径重合读数法 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 对径重合读数法 优点在读数窗中一次能读得度盘对径的两个读数的中值自行消除了由于照准部或度盘旋转中心偏离度盘刻度中心所产生的偏心差对方向观测值的影响 光学测微器 目前精密光学经纬仪中采用的主要有双平板玻璃光学测微器双光楔光学测微器 双平板玻璃光学测微器 隙动差旋进和旋出时测微轮使度盘对径分划重合时 测微器将出现不同的读数 该误差称为隙动差隙动差是由于凹槽宽度和球状头的直径不能完全吻合所引起的一种机械传动误差为了减小隙动差 规范 规定 在用测微轮读数时 最后旋转方向应为 旋进 双光楔光学测微器 由于测微尺和活动光楔固连在一起 从而消除了测微器本身的机械传动误差 所以在双光楔测微器中 不存在隙动差 常用的J1 J2级光学经纬仪 J1级光学经纬仪我国使用普遍的是瑞士威特厂生产的WildT3T3一般水平度盘的最小格值为4 采用双平板玻璃光学测微器的最小格值为0 2 常用的J1 J2级光学经纬仪 J2级光学经纬仪瑞士威特厂生产的WildT2德国蔡司厂生产的010以及国产的J2系列经纬仪 北京光学仪器厂 上海第三光学仪器厂 苏州一光等 电子经纬仪简介 优点具有新型的动态测角系统微机处理 自动用数字显示角值基本消除度盘分化误差的影响 角度观测误差分析 外界条件引起的误差仪器误差观测误差 外界条件引起的误差 观测的理想条件 1 目标的构像清晰 稳定2 来自目标的光线是一条直线3 仪器方位和各部件结构在观测过程中不发生变化事实上 由于实测时地理条件复杂 气候情况也在变化 从而引起目标的构象 视线 仪器方位和结构不能达到上述要求 外界条件引起的误差 一 大气层密度变化和大气透明度对目标成像质量的影响1 大气层密度变化影响目标成像的稳定性如果大气层的密度均匀 平衡 目标成像稳定 如果大气层密度变化剧烈 目标影像就会上下左右跳动一般在下午和晚上气流比较稳定 目标成像也开始稳定 利于观测 外界条件引起的误差 2 大气透明度影响目标成像的清晰度目标成像是否清晰 主要决定于大气的透明度 也就是取决于大气中对光线起发散作用的物质的多少视线愈接近地面 成像质量愈差 而视线愈高 成像质量愈好下午三点以后常常是大气透明度良好的有利观测时间山区或者丘陵地区的观测条件 比平原地区要好 外界条件引起的误差 二 水平折光差的影响实际照准方向与理想的照准方向有一个微小的夹角 称为微分折光微分折光在铅垂面上的分量为大气垂直折光 影响垂直角的观测精度 在水平面的分量 称为大气水平折光 影响水平方向的观测精度微分折光的垂直分量比较大 是微分折光的主要部分 外界条件引起的误差 为了消弱水平折光差的影响 1 选点时注意使视线保持足够的高度2 使视线离开橹柱 横梁10厘米以上3 水平折光差大时 应缩短边长4 选择合理的时间进行观测 外界条件引起的误差 三 照准目标相位差的影响由于目标明暗程度的不同 照准目标时 往往不能正确的照准目标的真正中心轴线 由此带来的误差称为相位差为了减弱相位差的影响 应根据观测距离正确选取照准标志的直径根据背景情况将标志涂成红色或白色有条件的话 最好上午 下午各测半个测回 外界条件引起的误差 四 气温变化对仪器稳定性的影响实践表明 影响仪器稳定性的情况随时间逐渐变化且具有周期性减弱该项误差影响的措施 观测时使上 下半个测回的照准目标次序相反 并保持一个方向操作的均匀性使一个测回各方向的操作次序在时间上呈对称排列取上 下两个半测回的中数作为方向值观测时应该给仪器撑伞 气温骤变时不要观测 仪器误差 几何结构误差视准轴误差水平轴倾斜误差垂直轴倾斜误差机械结构误差制造误差校准误差传动误差 三轴误差 几何结构误差 仪器误差绝大部分是可以校正和消除的 这是和外界观测条件引起误差的不同之处测量规范中有关仪器操作的规定 就是为了消除或减弱仪器误差而制定的 几何结构误差 1 视准轴误差视准轴不垂直于水平轴而产生的误差 记为c视准轴误差c对方向观测值的影响规律 视准轴误差c对方向观测值的影响 盘左 盘右大小相等 符号相反 取中数可消除其影响 这个结论只有c值在同一测回视准轴误差c对观测方向值的影响随着目标垂直角的增大而增加 当竖直角接近零度时 即观测方向水平时 有 L R 2c 即同一测回中 同一目标盘左与盘右读数之差为2倍视准轴误差 几何结构误差 2 水平轴倾斜误差由于望远镜两侧支架不等高或水平轴两端直径不相等 使得水平轴不垂直于垂直轴而引起的误差称为水平轴倾斜误差对方向观测值的影响规律 水平轴倾斜误差i对方向观测值的影响 盘左 盘右大小相等 符号相反 取中数可消除其影响当竖直角接近零度时 即观测方向水平时 水平轴倾斜误差对方向观测值没有影响盘左盘右的读数差中 包含着2倍视准轴误差和2倍水平轴倾斜误差的共同影响 几何结构误差 3 垂直轴倾斜误差由于垂直轴本身不竖直而偏离铅垂位置而造成的误差称为垂直轴倾斜误差产生原因 仪器整置不正确或轴与轴套结构不良对方向观测值的影响规律 垂直轴倾斜误差的方向和大小v 不随照准部的转动而变化 因此盘左盘右观测值取中数不能消除垂直轴倾斜误差对方向观测值的影响 所以在观测中 应特别注意使垂直轴处于铅垂位置 水准管气泡中心偏移不应超过一格 否则应在测回之间重新安置仪器 几何结构误差 垂直轴倾斜误差对方向观测值的影响 随观测目标的垂直角和方位的不同而变化 因而各方向的误差并不相等 在组成角度时不能相互消除 规范规定 当照准点的垂直角大于3度时 各测回间应重新安置仪器 使水准气泡处于居中位置了解垂直轴倾斜改正数的计算公式 机械传动误差 机械传动误差是在观测过程中操作仪器所产生的误差1 照准部转动时的弹性带动误差消除方法 在一个测回中 上半测回顺转照准部观测目标 下半测回逆转照准部观测目标 则在同一个方向的上 下半测回读数平均值会有效减弱这种误差的影响 机械传动误差 2 脚螺旋的空隙带动误差减弱方法 在开始观测前 先将照准部沿着将要旋转的方向转动1 2周 以后照准目标时 应保持同一旋转方向 不得作反向旋转3 照准部水平微动螺旋的隙动误差减弱方法 照准每个目标时 微动螺旋必须向 旋进 方向 同时要尽量使用微动螺旋的中间部分 观测误差 照准误差提高观测质量 严格照准目标读数误差两个来源 判断度盘对径分化线是否重合的误差 在测微尺上读取小数的误差减弱措施 多次观测取平均值 对同一目标连续照准两次等 精密测角的一般原则 1 观测时必须使用仪器的盘左和盘右两个位置进行 盘左观测上半测回 盘右观测下半测回 取上 下半测回的平均值作为最后观测值 这样可以消除仪器视准轴误差和水平轴倾斜误差的影响2 在一测回观测中 要求下半测回照准目标的先后次序和上半测回相反 这样可以削弱仪器脚架扭转 因气温引起视准轴变化和基座扭转引起的度盘带动等误差影响 精密测角的一般原则 3 每半测回开始观测前 照准部应向将要旋转的方向先转1 2周 在半测回观测过程中 照准部不得有相反方向转动 这样可以削弱照准部对度盘的带动误差和脚螺旋空隙带动误差的影响4 测微螺旋 水平微动螺旋的最后操作应为 旋进 这样可以削弱测微器 微动螺旋的隙动误差 精密测角的一般原则 5 各测回的起始方向应均匀分配在度盘和测微器的各个位置上 这样可以削弱水平度盘分划的长周期误差和短周期误差 以及测微尺的分划误差6 观测前要认真调焦 消除视差 在一测回中不得改变望远镜的焦距 以免由于视准轴的变动而引起视准轴误差的变化 精密测角的一般原则 7 整平仪器时 照准部气泡应严格居中 在一测回观测过程中气泡偏差过大时应停止观测 重新整置仪器 当目标垂直角较大时 应在测回之间从新整置仪器8 观测一定要在通视良好 成像稳定和清晰时进行 有条件时可在不同光段内完成 尽力减弱旁折光和相位差的影响 精密光学经纬仪的检验 检验的目的 测试 反映并正确处理仪器误差 掌握所用仪器的质量情况 对其适应野外观测作业的程度作出判断 测量学 中所讲的检验和校正方法 对于所有经纬仪都是适用的 本节所论述的内容是在满足前者基本要求的前提下 对精密经纬仪提出的特殊要求 即 只有调整好前者所涉及的各种几何轴之间的关系 才能正确地进行后者的检验 精密光学经纬仪的检验 一 照准部旋转是否正确的检验1 误差的影响和来源照准部旋转正确 中心轴始终位于铅垂位置 旋转中心始终通过水平度盘中心照准部旋转不正确 一方面使仪器垂直轴倾斜影响观测精度 另一方面使照准部产生偏心 偏心大小随照准部旋转呈不规则变化产生的原因 垂直轴与轴套之间结构不良 存在空隙 精密光学经纬仪的检验 2 检验方法检验之前 首先检校照准部的水准管 使水准管轴垂直于仪器的垂直轴 然后按下列程序检验 1 将仪器精确整平 使气泡居中 读气泡两端读数 如表2 1所示2 顺时针方向旋转照准部 每旋转45度读气泡两端读数一次 连续顺转3周3 逆时针方向旋转照准部 每旋转45度读气泡两端读数一次 连续逆转3周若照准部旋转正确 上述各位置气泡中心的变化 对J1仪器不应超过2格 对J2不应超过1格 否则应送交修理单位检修 精密光学经纬仪的检验 二 光学测微器行差的测定1 行差及其性质行差 由于测微器物镜组位置不正确 使度盘分格成像宽窄不适中 造成对径分划像相对移动半格时 测微尺不能恰好移动全长 由此引起的读数误差 即 测微器行差就是度盘半格的名义值与测微器实际量测值之差行差的性质 属于系统误差 其大小随测微尺读数的增大而增大 精密光学经纬仪的检验 因为由度盘对径部分发出的光束光路不同 读数窗内度盘正 倒分划影像的行差值不同 常取中数作为仪器的行差值r r正 r倒 22 行差值的测定方法以倒像分划作指标线量测正像分划的半格值 使相对移动1格 测微尺移动的格数为n正 正像分划的行差值r正r正 i 2 n正 u 和u分别为度盘和测微尺的格值 精密光学经纬仪的检验 同理 用正像分划作指标线 可量测倒像分划的行差值r倒r倒 i 2 n倒 u在测定水平度盘光学测微器行差时 为了减少度盘分划系统误差的影响 应在度盘不同位置上进行 精密光学经纬仪的检验 行差测定程序 1 将测微器指标对正0分划线 用水平微动将A与A 180 重合 再用测微轮精密重合 见图1读数a2 转动测微轮 使A 180 分划线与A I重合 见图2读数b3 使A与A 180 i重合 读数c 显然b a n正c a n倒r正 i 2 b a ur倒 i 2 c a u规范规定 r与r正 r倒的绝对值 J2不应超过2 精密光学经纬仪的检验 行差改正数的计算测定的行差r是测微尺全长i 2的行差改正数 测微尺任意读数c时 其改正数dr 精密光学经纬仪的检验 三 水平轴不垂直于垂直轴之差的测定1 测定的意义2 测定的方法 高低点法 四 垂直微动螺旋使用正确性检验检验的方法及程序五 照准部旋转时仪器底座位移而产生的系统误差的检验六 光学对点器的检验1 检验的意义2 检验方法 水平角测量 方向观测法 方向观测法的程序和规则操作程序 方向观测法是在一测回内把测站上所有的观测方向 先盘左位置依次观测 再盘右位置依次观测 取盘左 盘右均值作为各方向的观测值 起始方向称为零方向 要求每半测回观测闭合到零方向的目的在于检查观测过程中度盘有无方位变动 上 下半测回观测构成一个闭合圆 这种观测法也称全圆观测法方向数不超过3个时 半测回持续时间短 可不归零 水平角测量 方向观测法 观测规则 1 选择距离适中 通视良好 成像清晰的方向为零方向 起始方向 2 认真调好焦距 消除视差 一个测回中不得重新调焦3 上 下测回照准目标的次序相反 每一个目标的观测操作时间大致相等4 每一个测站点均应进行多测回进行观测5 保持仪器垂直轴居于铅垂位置 当气泡偏离超过限差时 测回间应重新整平仪器 水平角测量 方向观测法 观测手薄的记载每个方向均记录2次读数 取中数作为其值盘左记录由上而下 盘右记录由下而上归零差 的计算两倍视准轴误差2c的计算各方向平均值的计算方向值的计算 水平角测量 方向观测法 观测限差限差 为保证观测成果的精度 根据误差理论和大量实验数据 对同类观测量之间的差异规定一个界限在限差以内的观测成果认为合格 超限成果不合格 应该舍去重新进行观测方向观测法各项限差见表4 2 水平角测量 方向观测法 观测成果的取舍和整理1 成果的取舍和重测重测 在基本测回完成以后 通过对成果的综合分析 发现其中超出限差规定而重新观测的完整测回对于测错方向 读记错误 对错度盘 碰动仪器 上半测回归零差超限 气泡偏离过大以及其它原因未测完的测回 均可随即重新观测 但不叫 重测 水平角测量 方向观测法 在一个测站上 n为方向数 m为测回数 则该站全部方向测回总数为 n 1 m统计因超限重测的方向数方法是 重测一个方向算作一个方向测回 因零方向超限重测的整个测回算作n 1个方向测回 水平角测量 方向观测法 重测的原则1 一个测回内2c互差或同一方向的测回互差超限时 应重测超限方向并联测零方向2 零方向的2c互差或下半测回的归零差超限 则该测回全部重测3 全部基本测回中 重测的方向测回数不应超过全部方向测回总数的 否则基本测回作废 全部重测4 基本测回成果和重测成果均应抄入记录薄 水平角测量 方向观测法 垂直角测量 垂直角照准目标时的视准线与相应的水平视线之间的夹角特点 与仪器高度紧密相关作用 三角高程测量 斜距化平距经纬仪设置1 垂