测量学第四章角度测量.ppt

第三章角度测量 1 角度测量原理2 光学经纬仪3 电子经纬仪4 水平角测量5竖直角测量6 6 级别光学经纬仪的检验与校正7 水平角测量中产生的误差的原因及消减方法 第一节角度测量原理 角度测量是确定地面点位置的基本测量工作之一 角度测量包括水平角和竖直角度测量 角度测量使用的仪器主要是经纬仪 第一节角度测量原理 水平角测量目的 用于求算地面点的平面位置竖直角测量目的 1 测定地面两点的高差2 将地面两点的倾斜距离改化成水平距离 第一节角度测量原理 一 水平角测量原理地面上两条直线之间的夹角在水平面上的投影称为水平角 如右图所示 或者说分别过两条直线所作的竖直面所夹的二面角 一般用 表示 其值范围 0 360 水平角值为两个方向值之差 a b 第一节角度测量原理 在同一竖直面内 倾斜视线与水平方向线之间的夹角 一般用 表示 其值范围 0 90 仰角时为正 俯角为负 竖直角值也为两个方向值之差 但其中水平方向是固定的 为常数 铅垂线 第一节角度测量原理 由此可知 观测水平角的仪器必须具备以下三个主要条件 仪器必须安置在所测角度的角顶上 其中心必须过角的铅垂线上 必须有能安置成水平刻度圆盘 来读取角度值 必需有能竖直和水平方向转动的瞄准设备及读数的设备 第二节光学经纬仪 经纬仪的种类1 按构造原理和读数系统分为 游标经纬仪 光学经纬仪 电子经纬仪2 按精度高低分为 DJ07 DJ1 DJ2 DJ6 DJ15 DJ603 一般工程测量最常用 DJ6级光学经纬仪 游标经纬仪一般为金属度盘 游标读数 锥形轴系 目前已很少使用 电子经纬仪尚未普及 而光学经纬仪具有读数精度高 体积小 重量轻 使用方便和密封性能好等优点被广泛使用 下面对光学经纬仪 电子经纬仪作简要介绍 电子经纬仪目前一般与测距仪 微顺一起构成全站式电子速测仪 它采用光电测角 以光电信号的形式表达角度测量结果 即采用新型的度盘刻划形式 以光电技术和电子测微技术确定与其相适应的光电测角原理 第二节光学经纬仪 DJ6光学经纬仪 第二节光学经纬仪 DJ2光学经纬仪 光学经纬仪系列技术参数 第二节光学经纬仪 DJ6光学经纬仪 它主要由照准部 包括望远镜 竖直度盘 水准器 读数设备 水平度盘 基座三部分组成 第二节光学经纬仪 1 望远镜望远镜的构造和水准仪望远镜构造基本相同 是用来照准远方目标 它和横轴固连在一起放在支架上 并要求望远镜视准轴垂直于横轴 当横轴水平时 望远镜绕横轴旋转的视准面是一个铅垂面 为了控制望远镜的俯仰程度 在照准部外壳上还设置有一套望远镜制动和微动螺旋 在照准部外壳上还设置有一套水平制动和微动螺旋 以控制水平方向的转动 当拧紧望远镜或照准部的制动螺旋后 转动微动螺旋 望远镜或照准部才能作微小的转动 2 水平度盘水平度盘是用光学玻璃制成圆盘 在盘上按顺时针方向从0 到360 刻有等角度的分划线 相邻两刻划线的格值有1 或30 两种 度盘固定在轴套上 轴套套在轴座上 水平度盘和照准部两者之间的转动关系 由离合器扳手或度盘变换手轮控制 第二节光学经纬仪 第二节光学经纬仪 3 读数设备我国制造的DJ6型光学经纬仪采用分微尺读数设备 它把度盘和分微尺的影像 通过一系列透镜的放大和棱镜的折射 反映到读数显微镜内进行读数 在读数显微镜内就能看到水平度盘和分微尺影像 如图3 4所示 度盘上两分划线所对的圆心角 称为度盘分划值 180 06 12 75 57 06 1 分微尺测微 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 读数时 秒数必须估读 估读至0 1格 因此 估读的秒数都应是6 的倍数 水平度盘读数 73 04 24 第二节光学经纬仪 4 竖直度盘竖直度盘固定在横轴的一端 当望远镜转动时 竖盘也随之转动 用以观测竖直角 另外在竖直度盘的构造中还设有竖盘指标水准管 它由竖盘水准管的微动螺旋控制 每次读数前 都必须首先使竖盘水准管气泡居中 以使竖盘指标处于正确位置 目前光学经纬仪普遍采用竖盘自动归零装置来代替竖盘指标水准管 即提高了观测速度又提高了观测精度 5 水准器照准部上的管水准器用于精确整平仪器 圆水准器用于概略整平仪器 第二节光学经纬仪 6 基座部分基座是支撑仪器的底座 基座上有三个脚螺旋 转动脚螺旋可使照准部水准管气泡居中 从而使水平度盘水平 基座和三脚架头用中心螺旋连接 可将仪器固定在三脚架上 中心螺旋下有一小钩可挂垂球 测角时用于仪器对中 光学经纬仪还装有直角棱镜光学对中器 光学对中器比垂球对中具有精确度高和不受风吹摇动干扰的优点 第三节电子经纬仪 电子经纬仪是利用光电技术测角 带有角度数字显示和进行数据自动归算及存储装置的经纬仪 第三节电子经纬仪 第三节电子经纬仪 电子经纬仪的主要特点是 1 采用电子测角系统 实现了测角自动化 数字化 能将测量结果自动显示出来 减轻了劳动强度 提高了工作效率 2 采用积木式结构 可与光电测距仪组合成全站型电子速测仪 配合适当的接口 可将电子手簿记录的数据输入计算机 实现数据处理和绘图自动化 电子测角仪器仍然足采用度盘来进行测角的 与光学测角仪器不同的是 电子测角是从度盘上取得电信号 根据电信号再转换成角度 并自动以数字方式输出 显示在显示器上 并记入存贮器 电子测角度盘根据取得信号的方式不同 可分为光栅度盘测角 编码度盘测角和电栅度盘测角等 第四节水平角测量 为了测得地面两点间的水平角 首先应当把仪器安装在水平角顶 整平 然后采用一定的观测方法进行观测 第四节水平角测量 一 经纬仪的安置经纬仪的安置包括对中和整平两项工作 高精度的水平角观测用光学对中器对中 低精度的水平角观测用铅垂球对中 1 垂球对中时 经纬仪安置方法首先是对中 目的是使仪器的竖直轴中心线与测站点处于同一条直线上张开三脚架 调节架腿 使其高度要与观测者适应 目估水平 安装仪器 仪器的取出 安置到架头上 挂上垂球 使垂球垂直时候对准测站点 初步对中 稍许松开连接螺旋 使仪器在架头圆孔内缓慢移动 精确对中 第四节水平角测量 2 光学对中器时 经纬仪安置方法将仪器置于测站点上 架头大致水平 粗略对中测站点 安装仪器 大致对中 适当拧紧连接螺旋 旋转光学对中器目镜进行调教 使得测站标志点影像清晰 旋转脚螺旋使光学对中器对准测站点 伸缩三脚架腿 使圆水准气泡居中 再用脚螺旋精确整平经纬仪 如果光学对中器分划圈不在测站点上 应松开连接螺旋 在架头上平移仪器 使分划圈对准测站点 重新再整平仪器 依此反复进行直至仪器整平后 光学对中器分划圈对准测站点为止 对中精度 垂球对中3mm 光学对中1mm 第四节水平角测量 整平整平的目的是使仪器的竖轴铅垂 水平度盘水平 首先使水准管平行于两脚螺旋的连线 操作时 两手同时向内 或向外 旋转两个脚螺旋使气泡居中 气泡移动方向和左手大拇指转动的方向相同 然后将仪器绕竖轴旋 旋转另一个脚螺旋使气泡居中 按上述方法反复进行 直至仪器旋转到任何位置时 水准管气泡都居中为止 第四节水平角测量 二 瞄准目标与读数经纬仪安置好后 用望远镜瞄准目标 首先将望远镜照准远处 调节对光螺旋使十字丝清晰 然后旋松望远镜和照准部制动螺旋 用望远镜的光学瞄准器照准目标 转动物镜对光螺旋使目标影像清晰 而后旋紧望远镜和照准部的制动螺旋 通过旋转望远镜和照准部的微动螺旋 使十字丝交点对准目标 并观察有无视差 如有视差 应重新对光 予以消除 第四节水平角测量 第四节水平角测量 读数打开读数反光镜 调节视场亮度 转动读数显微镜对光螺旋 使读数窗影像清晰可见 读数时 除分微尺型直接读数外 凡在支架上装有测微轮的 均需先转动测微轮 使双指标线或对径分划线重合后方能读数 最后将度盘读数加分微尺读数或测微尺读数 才是整个读数值 第四节水平角测量 三 水平角观测方法1 测回法 盘左位置 左 b左 a左盘右位置 右 b右 a左测回角值 左 右 测回法测角记录表 水平角 测回角值 半测回值 B A 右 B A 左 O 备注 水平度盘读数 目标 盘位 测站 L R 36 3420506 B 1620524 B 715636 2700830 右 A 2520830 B 720848 B 715630 1801200 右 A 715639 715642 900842 左 A 2O 715636 715633 715636 01212 左 A 1O 备注 各测回平均角值 一测回角值 半测回角值 水平度盘读数 竖盘位置 目标 测站 24 水平角观测记录 测回法 第四节水平角测量 注意 盘左位置时 瞄准A时候读数应该略大于0上 下半测回合起来称为一测回 一般规定 用J6级光学经纬仪进行观测 上 下半测回角值之差不超过36 时 可取其平均值作为一测回的角值 为了提高精度 常需要观测几个测回 每个测回度盘增值1800 n 测回差 J6级学经纬仪小于24 如果符合精度 取平均值 秒值 奇进偶舍 半测回差 测回差 第四节水平角测量 2 方向观测法 1 选择起始方向 2 盘左顺时针观测各方向 3 盘右逆时针观测各方向 4 在符合限差要求后 计算各方向归零方向值 测回法是对两个方向的单角观测 如要观测三个以上的方向 则采用方向观测法 又称为全圆测回法 进行观测 第四节水平角测量 第四节水平角测量 注意 上 下半测回合起来称为一测回 当又多个测回时 不得改变零方向 但是必须改变读数 起始读数增值为1800 n 半测回归零差不得超过规定 见书表3 4 计算照准误差2C值 2C 盘左读数L 盘右读数R 1800 当观测方向数为3个时 不需要归零 方向法观测水平角观测限差 900115 10 2700120 900110 A 911925 1812045 10 12050 1812040 C 1384045 2284205 10 484210 2284200 D 523140 1423300 0 3223300 1423300 B 00206 12 1800212 00200 A 911922 911919 912125 10 2712130 912120 C 1384040 1384034 1384240 20 3184250 1384230 D 523137 523134 523340 0 2323340 523340 B 2700130 1800210 盘右 盘左 00000 900120 900125 10 900120 A 2O 00000 00000 00205 10 00200 A 1O 备注 各测回平均方向值 归零方向值 平均方向值 2C 水平度盘读数 目标 测站 2C值 00206 第四节水平角测量 四 水平角观测注意事项仪器安置要合适 脚架要踩实 观测时不要手扶或碰动三脚架 转动照准部和使用各种螺旋时 用力要轻 如果观测目标高差较大注意整平仪器 对中要精确 观测角度要求越高或边长越短的 对中要求越严格 尽量要用十字丝中心部位瞄准花杆底部或桩上的测钎 一定要按照观测目标的顺序记录 记录数字要整洁清楚 发现错误立即重测或补测 如果记录错误 应该当场划去原始数据 在上方或下一格重写 不许就字改字 不许擦掉原数字或连环涂改 在水平角观测过程中 一测回内不得再次调整照准部水准管 如果气泡偏离中央超过两格时 需再次整平仪器 重新观测 选择零方向时 应该选择背景明亮 成像清晰 高差不大 距离适中 稳定的目标 在调节度盘变换手轮时 要调到比00000稍微大一点的位置 可避免3600叠加运算 使计算工作简便一些 对于方向数较多的全圆测回法 如需分组观测 零方向保持不变 当方向值互差超限的个数大于观测方向总数的1 3时 不允许补测 整个测回需要重测 第五节竖直角测量 由角度测量原理可知 竖直角是空间竖直面内的水平线所夹的角度 因此 与水平角观测一样 竖直角也是两个方向读数之差 但是 由于视线水平时候 在竖直度盘上的读数为一个常数 故只要在瞄准目标时候 读一次数 便可确定该目标的竖直角度 第五节竖直角测量 一 竖直度盘的构造竖直度盘垂直固定在望远镜旋转轴的一端 随望远镜的转动而转动 竖直度盘的刻划与水平度盘基本相同 但其注字随仪器构造的不同分为顺时针和逆时针两种形式 如图所示 第五节竖直角测量 在竖盘中心的铅垂方向装有光学读数指示线 为了判断读数前竖盘指标线位置是否正确 在竖盘指标线 一个棱镜或棱镜组 上设置了管水准器 用来控制指标位置 如图所示 当竖盘指标水准管气泡居中时 竖盘指标就处于正确位置 1 竖盘指标水准管轴 2 竖盘指标水准管校正螺丝 3 望远镜 4 光具组光轴 5 竖盘指标水准管微动螺旋 6 竖盘指标水准管反光镜 7 坚盘指标水准管 8 竖盘 9 目镜 10 光具组的透镜棱镜 11 竖盘指标 12 光具组光轴 第五节竖直角测量 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 读数指标与竖盘水准管固定在一起 气泡居中 指标铅垂 视线水平 指标铅垂时 竖盘读数为常数 盘左时一般L0 90 盘右时一般R0 270 第五节竖直角测量 二 竖直角的计算公式当经纬仪在测站上安置好后 首先应依据竖盘的注记形式 推导出测定竖直角的计算公式 其具体做法如下 1 盘左位置把望远镜大致置水平位置 这时竖盘读数值约为90 若置盘右位置约为270 这个读数称为始读数 2 慢慢仰起望远镜物镜 观测竖盘读数 盘左时记作L 盘右时记作R 并与始读数相比 是增加还是减少 L 90 L R R 270 第五节竖直角测量 3 以盘左为例 若L 90 则竖角计算公式为 左 L 90 右 270 R若 90 则竖角计算公式为 左 90 L 右 R 270 对于图3 14a 的竖盘注记形式 其竖直角计算公式为 左 90 L 右 R 270 平均竖直角 第五节竖直角测量 当视线水平 竖盘指标水准管气泡居中时 竖盘指标所指读数应为始读数 但当指标偏离正确位置时 这个指标线所指的读数就比始读数增大或减少一个角值 此值称为竖盘指标差 也就是竖盘指标位置不正确所引起的读数误差 0 270 180 90 第五节竖直角测量 在有指标差时所示 以盘左位置瞄准目标 转动竖盘指标水准管微动螺旋使水准管气泡居中 测得竖盘读数为L 它与正确的竖直角 的关系是 90 L x L X以盘右位置按同法测得竖盘读数为R 它与正确的竖角 的关系是 R x 270 R X 由此可知 在测量竖角时 用盘左 盘右两个位置观测取其平均值作为最后结果 可以消除竖盘指标差的影响 第五节竖直角测量 一般指标差变动范围不得超过 30 如果超限 须对仪器进行检校 此公式适用于竖盘顺时针刻划的注记形式 若竖盘为逆时针刻划的注记形式 按上式求得指标差应改变符号 第五节竖直角测量 三 竖直角观测方法在测站上安置仪器 用下述方法测定竖直角 1 盘左位置 瞄准目标后 用十字丝横丝卡准目标的固定位置 旋转竖盘指标水准管微动螺旋 使水准管气泡居中或使气泡影像符合 读取竖盘读数L 并记入竖直角观测记录表中 用所推导妤的竖角计算公式 计算出盘左时的竖直角 上述观测称为上半测回观测 2 盘右位置 仍照准原目标 调节竖盘指标水准管微动螺旋 使水准管气泡居中 读取竖盘读数值R 并记入记录表中 用所推导好的竖角计算公式 计算出盘右时的竖角 称为下半测回观测 上 下半测回合称一测回 第五节竖直角测量 第五节竖直角测量 四 竖直角观测注意事项水平横丝切准目标的特定部位 必须在手簿上注记说明或者绘图表示 同一目标必须切准同一部位盘坐盘右切准目标时 尽量使目标位于纵丝附近两侧对称位置上 这样可以消除水平横丝不水平的误差读竖直角时候尽量使指标水准管气泡居中尽量要用十字丝中心部位瞄准花杆底部或桩上的测钎 如果观测竖直角是为了计算两点间的高差 应注意量取仪器高和目标高 第六节6 级别光学经纬仪的检验与校正 为了保证测角的精度 经纬仪主要部件及轴系应满足下述几何条件 照准部水准管轴应垂直于仪器竖轴 LL VV 十字丝纵丝应垂直于横轴视准轴应垂直于横轴 CC HH 横轴应垂直于仪器竖轴 HH VV 竖盘指标差应为零光学对中器的视准轴应与仪器竖轴重合 第六节6 级别光学经纬仪的检验与校正 一 照准部水准管的检验与校正目的 当照准部水准管气泡居中时 应使水平度盘水平 竖轴铅垂 检验方法 将仪器安置好后 使照准部水准管平行于一对脚螺旋的连线 转动这对脚螺旋使气泡居中 再将照准部旋转180 若气泡仍居中 说明条件满足 即水准管轴垂直于仪器竖轴 否则应进行校正 校正方法 转动平行于水准管的两个脚螺旋使气泡退回偏离零点的格数的一半 再用拨针拨动水准管校正螺丝 使气泡居中 第六节6 级别光学经纬仪的检验与校正 二 十字丝竖丝的检验与校正目的 使十字丝竖丝垂直横轴 当横轴居于水平位置时 竖丝处于铅垂位置 检验方法 用十字丝竖丝的一端精确瞄准远处某点 固定水平制动螺旋和望远镜制动螺旋 慢慢转动望远镜微动螺旋 如果目标不离开竖丝 说明此项条件满足 即十字丝竖丝垂直于横轴 否则需要校正 第六节6 级别光学经纬仪的检验与校正 三 视准轴的检验与校正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 盘左 先照准A点 倒转望远镜得B1盘右 先照准A点 倒转望远镜得B2若B1 B2不重合则有此误差3 校正 在B2附近标出扣除c影响后的B点 平移十字丝使视准轴照准B点 第六节6 级别光学经纬仪的检验与校正 四 横轴的检验与校正目的 使横轴垂直于仪器竖轴 检验方法 将仪器安置在一个清晰的高目标附近 其仰角为30 左右 盘左位置照准高目标M点 固定水平制动螺旋 将望远镜大致放平 在墙上或横放的尺上标出m1点 如图3 20所示 纵转望远镜 盘右位置仍然照准M点 放平望远镜 在墙上标出m2点 如果m1和m2相重合 则说明此条件满足 即横轴垂直于仪器竖轴 否则需要进行校正 第六节6 级别光学经纬仪的检验与校正 五 光学对中器的检验与校正目的 使光学对中器视准轴与仪器竖轴重合 检验方法 六 竖盘指标差的检校 1 检验 安置仪器 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 盘右照准目标点 不含指标差的盘右读数应为R X 转动竖直度盘指标水准管微动螺旋 使竖盘读数为R X 这时指标水准管气泡必然不再居中 可用拨针拨动指标水准管校正螺旋使气泡居中 第七节水平角测量中产生的误差的原因及消减方法 1 仪器误差 水平角测量时有照准部偏心误差 视准误差 横轴误差 它们可盘左盘右观测取平均值消除 度盘刻划不均匀误差 可采用配置度盘读数的方法减弱其影响 竖轴倾斜误差无法采用观测方法减弱或消除 应严格检校水准管和仔细整平 竖直角测量时有竖盘指标差 盘左盘右观测取平均值可消除 第七节水平角测量中产生的误差的原因及消减方法 2 观测误差 对中误差 其可采取强制归心或加改正数的方法消除 整平误差 管水准器气泡偏离中心应小于1格 观目标垂直角较大时 应特别注意 目标偏心误差 尽量瞄准目标底部 计算改正数 照准误差 是偶然误差 读数误差 取决于仪器读数设备 第七节水平角测量中产生的误差的原因及消减方法 3 外界条件的影响温度引起仪器轴线变化 热辐射引起视线跳动 土壤松软使仪器安置不稳定选择有利观测时间 设法避开不利条件 尽量缩短一测回的观测时间 采取观测方法减弱与时间成正比的误差 第七节水平角测量中产生的误差的原因及消减方法 一 水平度偏心影响水平度盘刻画线中心O与照准部旋转中心O 不重合 OO 称为偏心距 当读数在OO 垂直方向时候误差最大 当在OO 延长线上误差为0 第七节水平角测量中产生的误差的原因及消减方法 二 度盘刻画不均的误差水平度盘刻画不均所产生的误差称之为水平度盘刻画误差 通过变化各个测回零方向读数取平均值来消弱其影响 第七节水平角测量中产生的误差的原因及消减方法 三 仪器对中误差的影响仪器对中误差是指当仪器安置好后 其数直轴与过测站点的中心的垂线不严格重合与观测边长成反比 边长越短 误差越大与对中偏差大小有关 偏差大的误差较大 第七节水平角测量中产生的误差的原因及消减方法 四 目标偏心误差目标偏心是指照准点上树立的花杆不垂直或者没有立在点位中心而使观测方向偏离点位中心产生的误差 角度测量注意事项 一 影响角度测量成果的主要因素1 视准轴和横轴的误差 2 水准管的整平误差 3 操作不规范引起的误差 4 自然条件影响的误差 5 读数误差对测角的影响 二 注意事项1 仪器要稳定 防止仪器的不均匀下沉 测站应选在土质坚实的地方 要踏实三脚架使其稳定 观测时不要碰动三脚架 2 对中要准确 安置仪器时应仔细对中 当视线短时 对中误差不应超过3mm 当水平角接近180 时 在与短边垂直方向上 对中尤其要严格 3 整平要仔细 一般规定在观测过程中水准管气泡偏离中央不应大于半格 若偏离超过一格 应重新整平 当观测目标的竖直角很大时 更要注意仪器的整平 4 目标要照准 观测时应尽量照准标志中心或目标的底部 后视要选在长边上 对光要仔细 注意消除视差 5 操作要规范 用测微轮时要用同一方向进行符合 强光时要给仪器打伞