模块3 角度测量.ppt

第三章角度测量 主要内容 水平角和垂直角测量原理 DJ6型光学经纬仪的使用水平角和垂直角的观测 计算方法 经纬仪的检校与校正 主要目的 了解经纬仪测角原理 掌握测量水平角和垂直角的方法 了解经纬仪各轴线间应满足的几何条件 重点内容 测回法施测水平角 中丝法施测垂直角的观测方法 1 水平角测量原理水平角 从一点出发的两条方向线所构成的空间角水平面上的投影 b a 0 360 也可看成是包含OA OB视线的两个铅垂面之间的两面角 3 1经纬仪的认识与使用 3 1 1水平角和竖直角测量原理 2 竖直角测量原理垂直角 空间方向线与水平面或天顶方向的夹角 简称竖角 又称垂直角 0 90 仰角为正 俯角为负 空间方向线的竖角和天顶距Z之间的关系为 一 分类按其精度等级划分 DJ07 DJ1 DJ2 精密光学经纬仪 DJ6 普通光学经纬仪 下标数字该仪器一测回方向观测中误差的秒数 一般工程测量最常用 DJ6级光学经纬仪二 DJ6级光学经纬仪 3 1 2光学经纬仪的认识与使用 J2 J6 DJ6级光学经纬仪的结构 经纬仪一般由基座 水平度盘 照准部三部分组成 1 照准部照准部是基座上方能够转动的部分的总称 主要由望远镜 竖直度盘 水准器以及读数设备等组成 2 水平度盘水平度盘是由光学玻璃制成的精密刻度盘 分划从0 至360 按顺时针注记 每格1 或30 用以测量水平角 3 基座基座是支承整个仪器的底座 脚螺旋用于整平仪器 DJ6级经纬仪采用的测微装置1 分微尺测微器及其读数方法利用度盘刻度线 在分微尺上读数 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秒 读数估读至0 1格 因此 估读的秒数都应是6秒的倍数 例 水平度盘整个读数为 261 05 24 竖直度盘读数为 90 54 36 图3 3分微尽测微器读数装置 三 DJ2光学经纬仪 J2级光学经纬仪与J6级的区别主要是读数设备及读数方法 J2级光学经纬仪一般均采用对径分划线影像符合的读数装置 采用符合读数装置 可以消除照准部偏心的影响 提高读数精度 三 DJ2光学经纬仪读数规则 三 DJ2光学经纬仪J2经纬仪数字化读数窗 3 1 3电子经纬仪 电子经纬仪在结构及外观上和光学经纬仪相类似 主要不同点在于读数系统 它采用光电扫描和电子元件进行自动读数和液晶显示 光学经纬仪是通过光学元件 利用几何光学的放大和折射来进行水平和竖直刻度盘读数的 而全站仪则利用光电转换原理和微处理机 自动对度盘进行读数并显示出来使观测时操作简单 避免产生读数误差 目前 电子测角有三种度盘形式 即编码度盘 光栅度盘和格区式度盘 下面分述其测角原理 1 编码度盘如图所示编码度盘 整个度盘被均匀地划分为16个区间 每个区间的角值相应为360 16 22 30 以同心圆由里向外划分为4个环带 每个环带称为1条码道 黑色为透光区 白色为不透光区 透光表示二进制代码 1 不透光表示 0 这样通过各区间的4个码道的透光和 不透光 即可每区由里向外读出一组4位二进制数来 每组数代表度盘的一个位置 从而达到对度盘区间编码的目的 为了识别照准方向落在度盘的区间的编码 在度盘上方沿径向每个码道安装一个发光二极管组成光源系列 在度盘下方相应位置安装一组光电二极管 组成通过码道所编码的光信号转化为电信号输出的接收检测系列 从 而识别了度盘区间的编码 通过对两个方向的编码识别 即可求得测角值 编码度盘分化区间的角值大小 分辨率 取决于码道数n 按360 2n式计算 如需分辨率为10 则需要2048个区间 11个码道 即 编码接收检测系统 360 211 360 2048 10 显然 这对有限尺寸的度盘是难以解决的 因而在实际中 采用码道数和细分法加测微技术来提高分辨率 2 光栅度盘在光学玻璃圆盘上全圆360 均匀而密集地刻划出许多径向刻线 构成等间隔的明暗条纹 光栅 称做光栅度盘 如图所示 通常光栅的刻线宽度与缝隙宽度相同 二者之和称为光栅的栅距 栅距所对应的圆心角即为栅距的分划值 如在光栅度盘上 下对应位置安装照明器和光电接收管 光栅的刻线不 光栅度盘 透光 缝隙透光 即可把光信号转换成电信号 当照明器和接收管随照准部相对于光栅度盘转动 由计数器计出转动所累计的栅距数 就可得到转动的角度值 因为光栅度盘是累计计数的 所以通常这种系统为增量式读数系统 仪器在操作中会顺时针转动和逆时针转动 因此计数器在累计栅 距数时也有增有减 例如在瞄准目标时 如果转动过了目标 当反向回到目标时 计数器就会减去多转的栅距数 所以这种读数系统具有方向判别的能力 顺时针转动时就进行加法计数 而逆时针转动时就进行减法计数 最后结果为顺时针转动时相应的角值 在80mm直径的度盘上刻线密度已达到50线 mm 如此之密 而栅距的分划值仍很大 为1 43 为了 莫尔条纹度盘 提高测角精度 还必须用电子方法对栅距进行细分 分成几十至上千等份 由于栅距太小 细分和计数都不易准确 所以在光栅测角系统中都 3 格区式度盘格区式度盘如图所示 度盘刻有1024个分划 每个分划间隔包括一条刻线和一 个空隙 刻线不透光 空隙透光 其分划值为 0测角时度盘以一定的速度旋转 因此称为动态测角 度盘上装有两个指示光栏 LS为固定光栏 LR可随照准部转动 为可动光栏 两光栏分别安装在度盘的内外缘 测角时 可动光栏LR随照准部旋转 LS与LR之间构成角度 度盘在马达带动下以一定的速度旋转 其分划被光栏LS和LR扫描而计取两个光栏之间的分划数 从而求得角度值 由图可知 n 0 即 角等于n个整周期 0与不足整周期的 之和 n与 分别由粗测和精测求得 1 粗测在度盘同一径向的外边缘上设有两个标记a和b 度盘旋转时 从标记a通过LS时起 计数器开始计取整间隔 0的个数 当另一标记b通过LR时计数器停止计数 此时计数器所得到的数值即为 0的个数n 3 2角度测量 一 经纬仪的安置经纬仪的安置包括对中和整平两项工作 1 垂球对中和整平 1 对中 使仪器的中心 竖轴 与测站点位于同一铅垂线上 粗略对中 移动三脚架 使垂球尖离测站中心1 2cm内 精确对中 稍微松开中心螺丝 在脚架头上移动 不能旋转 仪器 使垂球尖精确对中测站标志中心 旋紧中心螺丝 2 整平 使仪器的竖轴竖直 水平度盘处于水平位置 3 2 1水平角的测量与记录 一 经纬仪的安置1 垂球对中和整平 1 对中 2 整平 2 光学对中器对中和整平 1 将仪器置于测站点上 三个脚螺旋调至中间位置 架头大致水平 光学对中器大致位于测站点的铅垂线上 将三脚架踩实 2 旋转光学对中器的目镜 看清分划板上圆圈 拉或推动目镜使测站点影像清晰 3 旋转脚螺旋使光学对中器对准测站点 4 利用三脚架的伸缩螺旋调整架腿的长度 使圆水准器气泡居中 5 用脚螺旋整平照准部水准管 2 光学对中器对中和整平 6 用光学对中器观察测站点是否偏离分划板圆圈中心 如果偏离中心 稍微松开三脚架连接螺旋 在架头上移动仪器 圆圈中心对准测站点后旋紧连接螺旋 7 重新整平仪器 直至在整平仪器后 光学对中器对准测站点为止 三 水平角观测方法常用方法有测回法和方向观测法 1 测回法步骤 1 安置仪器于测站O点 对中 整平 2 上半测回 盘左 LA LB 3 下半测回 盘右 RB RA上半测回和下半测回构成一测回 4 若 左 右 40 认为观测合格 此时可取 1 测回法 测回法观测记录手薄 2 全圆测回法 观测方向数大于2个时 水平角的观测方法 全圆测回法示意图 盘左位置 3 一测回的观测步骤 盘左 零方向 A B C D O 瞄准零方向A 按顺时针旋转望远镜 依次照准B C D各方向 分别读取水平度盘读数 最后再观测零方向A 以上称为上半测回 瞄准零方向A 逆时针旋转望远镜 依次照准D C B各方向 读取水平度盘读数 最后再观测零方向A 以上称为下半测回 盘右 盘左 上半测回 盘左 和下半测回 盘右 合称为一测回 盘右位置 O 零方向 a1 d1 c1 b1 a1 上半测回 盘左半测回 下半测回 盘右半测回 a2 d2 c2 b2 a2 全圆测回法水平角观测手簿 a1 b1 c1 d1 a1 a2 d1 d2 a1 a2 c1 c2 d2 c2 b2 b1 b2 a2 a1 a2 a1 a2 2 b1 b2 2 c1 c2 2 d1 d2 2 a1 a2 2 2 全圆测回法水平角观测手簿 3 2 2竖直角的测量与记录 一 竖直度盘的构造竖直度盘部分包括竖盘 竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋 竖盘的注记形式有顺时针与逆时针两种 当望远镜视线水平 竖盘指标水准管气泡居中时 盘左竖盘读数应为90 盘右竖盘读数则为270 二 竖直角计算公式1 顺时针注记形式 盘左 盘右 三 竖直角计算公式 四 竖盘指标差竖盘指标差x 竖盘水准管气泡居中时 读数指标线与铅垂线的夹角 竖盘指标的便移方向与竖盘注记增加方向一致时 x为正值 反之为负 五 竖直角观测与计算观测步骤 1 在盘左位置用水平中丝照准目标 调整竖盘指标水准管气泡居中后 读取竖盘读数 记入记录手薄 2 在盘右位置用水平中丝照准目标 调整竖盘指标水准管气泡居中后 读取竖盘读数 记入记录手薄 测回观测结束 3 根据仪器竖盘注记形式确定竖直角计算公式 计算竖直角和指标差 3 2 4经纬仪的检验与校正经纬仪的轴线竖轴VV横轴HH望远镜视准轴CC照准部水准管轴LL 一 经纬仪轴线应满足的条件轴线间应满足的条件 l 水准管轴垂直于竖轴LL VV 2 十字竖丝垂直于横轴竖丝 HH 3 视准轴垂直于横轴CC HH 4 横轴垂直于竖轴HH VV 5 竖盘指标差应为零 6 光学对点器的视准轴应与竖轴重合 二 经纬仪的检验与校正1 十字丝竖丝的检验校正 1 不良影响 不能精确瞄准目标 2 检验 3 校正 2 视准轴的检验校正 1 不良影响 在绕横轴旋转时视准轴画出圆锥面 观测同一铅垂面内不同高度的目标时 将有不同的水平度盘读数 从而产生测角误差 2 检验 3 校正 B3B2 1 4B1B2平移十字丝使视准轴照准B3点 3 横轴的检验校正 1 不良影响 视准轴画出倾斜面 观测同一竖直面内不同高度的目标时 将有不同的水平度盘读数 从而产生测角误差 2 检验 3 校正 升降横轴 4 竖盘指标差的检验与校正 1 检验 用盘左 盘右两个镜位观测同一目标点 分别使竖盘指标水准管气泡居中 读取竖盘读数L和R 计算指标差X 如X超出 1 的范围 则需改正 2 校正 盘右照