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第三章角度测量 学习目标 在学习角度测量基本概念的基础上 明确经纬仪的结构原理 掌握经纬仪应用的基本方法 掌握水平角 竖直角测量基本技术 第三章第四章 第三章角度测量 3 1水平角与竖直角观测原理 水平角观测原理 竖直角观测原理 两种角度 水平角用于确定点的平面位置 计算坐标 竖直角用于两点间高差计算 斜距改正成平距测角仪器经纬仪 电子全站仪 一 水平角观测原理 水平角 过一点到两个目标的方向线垂直投影到水平面上所成的夹角 0 360 二 竖直角观测原理 竖直角 在同一铅垂面内 瞄准目标的倾斜视线与水平视线的夹角 也叫垂直角 0 90 仰角为正 俯角为负 提要二光学经纬仪的构造及度盘读数 经纬仪的等级和用途 DJ6经纬仪的构造 DJ2经纬仪 3 2经纬仪的构造及度盘读数 经纬仪系列技术参数和用途 二 光学经纬仪的基本构件照准部 度盘 基座等 DJ6经纬仪 光学经纬仪 T2经纬仪 光学经纬仪 电子经纬仪 基本结构与光学经纬仪相同 操作方法也基本相同 用微电子技术自动取得度盘的读数 从而可以经微电脑进一步加工计算 三 DJ6经纬仪的构造 二 DJ6经纬仪的构造 基座 照准部 水平度盘 读数装置 光学经纬仪DJ6 光学经纬仪DJ2 1 基座 一 基座 脚螺旋用于整平仪器 基座 轴套 脚螺旋 连接板 固定旋钮等 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固定旋钮 一般应用不得松开 2 照准部 二 照准部 照准部 水平 制动 微动望远镜 竖直 制动 微动圆水准器8 2mm 管水准器30 2mm望远镜 倒像 26 30倍 目镜调焦 物镜调焦 粗瞄准器 十字丝读数显微镜竖盘部分光学对点器复测扳手或度盘变换器 望远镜十字丝 3 水平度盘 三 水平度盘 水平度盘由光学玻璃制成 顺时针0 360 刻度 仪器整平 水平度盘水平 水平度盘与照准部相互脱离 改变度盘位置 要使用复测扳手或度盘变换手轮 4 J6经纬仪的读数装置 四 J6经纬仪的读数装置 图3 5J6经纬仪度盘读数光路 读数光路 J6光学经纬仪读数 J6光学经纬仪读数 两种读数测微装置 分微尺测微和平行玻璃板测微 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 1 分微尺测微 利用度盘刻度线 在分微尺上读数 光学经纬仪的读数 测微系统 测微尺的0分划线是 指标线 测微尺60格的长度 度盘相邻分划线象间隔的宽度 分微尺测微读数 1 读取分微尺内度分划的度数 2 读取分微尺0分划至该度分划所在分微尺上的分数 3 计算以上二数之和为读数窗的角度读数 水平度盘角度是215 06 5 即215 06 30 竖直度盘角度是78 52 4 即87 52 24 b 平行玻璃板测微 2 平行玻璃板测微 利用测微手轮 用指标线读数 平行玻璃板与分微尺由测微手轮控制 转动测微手轮 使度盘像移动 则移动量 可在分微尺上读出 平行玻璃板最大调节范围为30分 分微尺全长刻度也等于30分 操作时 调节测微手轮 使度盘某度 或某30分 的刻度线居中于双线读数指标 双指标线所夹刻度的度数 或30分 加上分微尺读数 即为该方向的读数 图3 8平行玻璃板测微器 水平度盘读数 92 17 28 水平角观测 3 3水平角观测 一 经纬仪的安置对中 整平 瞄准 读数 掌握对中 整平的目的 方法与要求 瞄准方法 用竖丝对准竖立于测点的标志中心 操作 粗瞄 制动 然后用微动螺旋完成精确瞄准 二 水平角观测掌握测回法观测水平角的仪器操作方法 观测程序和记录 了解 方向观测法 的使用场合 作业程序与记录 对中 一 经纬仪的安置 整平 二 整平 使仪器纵轴铅垂 水平度盘与横轴水平 竖盘位于铅垂面内 整平误差 1格 光学对中步骤 光学对中步骤 对准 调平 整平 对中 打开三脚架 装上经纬仪 固定三脚架一脚 双手持脚架另二脚并不断调整其位置 同时观测光学对点器十字分划 使其基本对准测站标志 踩实脚架 调节脚螺旋 使光学对点器精确对准测站标志 伸缩三脚架 二脚 调平仪器 使圆气泡居中 调脚螺旋 精确整平仪器 并通过在脚架头上移动仪器 精确对中 有时必须反复上述三步的操作 瞄准 三 瞄准 用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心 操作步骤 粗瞄 制动 调焦消除视差 水平微动精确瞄准 用水平微动完成瞄准 尽量瞄准目标下部 减少由于目标不垂直引起的方向误差 测回法观测水平角 水平角观测方法 一 测回法观测程序 盘左瞄准J 读数j左瞄准K 读数k左盘右瞄准K 读数k右瞄准J 读数j右 角是从起始方向 即第1方向 顺时针转到第2方向所成的角度 观测时 必须首先确定起始方向 然后按照 测回法 的次序观测 水平角总是第2方向读数减去第1方向读数而得 水平角观测记录 起始方向第一个读数应调成0 或180 N N为测回数 分 秒数写足二位 改数时按有关规则 一测回过程中 不得再调整水准管气泡或改变度盘位置 水平角观测记录 测回法 74 19 06 74 19 24 74 19 15 水平角观测记录大角 水平角观测记录 测回法 表中盘右C读数小于A读数 不够减时 应加360 后再减 214 23 12 214 22 54 214 23 03 180 11 18 34 34 12 方向观测法 二 方向观测法一个测站观测4个或4个以上方向时 采用方向观测法 也称 全圆测回法 方向观测法 二 方向观测法 观测方向数超过4个 1 准备工作 1 安置经纬仪和树立目标 2 选定起始方向 或称零方向 做好对光工作 3 水平度盘配置 2 观测步骤 1 盘左观测 1 按顺时针转动照准部 依次瞄准目标A B C D A 2 在分别瞄准每一目标后立即读数和记录 2 盘右观测 1 纵转望远镜180 转动照准部使仪器处于盘右位置 2 按逆时针转动照准部 依次瞄准目标A D C B A 3 在分别瞄准每一目标后立即读数和记录 记录表格 盘左 从上到下 盘右 从下到上 3 计算与检核 1 归零差的计算与检核 半测回中起始方向观测值与归零观测值的差值 2 二倍照准差2C及2C互差 2C的计算与检核 2C L盘左 L盘右 180 2 6 3 方向平均值L i的计算 4 零方向平均值的计算 5 归零方向值的计算 Li L i L 0 2 10 6 测回差的计算与检核 3 4竖直角观测 竖直角观测原理 竖盘构造特点 竖直角计算公式 竖盘指标差 光学经纬仪DJ6 竖直角观测原理 竖直角观测原理 竖直角 在同一铅垂面内 瞄准目标的倾斜视线与水平视线的夹角 也叫竖直角 0 90 仰角为正 俯角为负 竖直角的主要用途 竖直角的主要用途 2 4 2 竖直角观测技术方法 1 准备工作1 做好经纬仪与目标安置工作 2 根据选定的方向做好对光 2 盘左观测1 瞄准目标 望远镜视场目标象的顶面与十字丝象靠近中间的中横丝相切 或目标象的顶面平分十字丝象靠近中间部分的双横丝 或十字丝的单横丝平分目标象的中间位置 2 精平 即转动微倾旋钮 使竖直度盘的水准器气泡居中 3 读数 3 盘右观测观测步骤同上述盘左观测 竖盘构造特点 一 垂直度盘构造 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 竖盘气泡居中 指标铅垂 1 1 铅垂线 2 竖盘 3 望远镜物镜 4 横轴 5 竖盘水准管微动螺旋 6 支架外壳 7 水准管观察镜 8 竖盘水准管 9 望远镜目镜 10 竖盘水准管支架 11 竖盘读数棱镜 12 竖盘读数透镜 竖盘构造特点 一 垂直度盘构造 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 确定竖直角的计算公式 二 竖直角的计算 图3 28竖盘读数与竖直角计算 根据度盘刻度形式 确定竖直角计算公式 保证仰角为正 俯角为负 确定竖直角的计算公式 确定竖直角的计算公式 图3 28竖盘读数与竖直角计算 根据度盘刻度形式 确定竖直角计算公式 保证仰角为正 俯角为负 确定竖直角的计算公式 确定竖直角的计算公式 图3 28竖盘读数与竖直角计算 根据度盘刻度形式 确定竖直角计算公式 保证仰角为正 俯角为负 270 90 0 180 270 90 180 0 竖直角观测计算 逆时针注记 顺时针注记 抬高望远镜时 读数增大 抬高望远镜时 读数减小 竖盘指标差 竖盘指标差 竖盘水准管气泡居中时 读数指标线与铅垂线的夹角 三竖盘指标差 三竖盘指标差 如果水准管气泡居中后指标线偏离标准位置x 则竖直度盘 盘左读数 盘右读数 360 其差数 2x X称为竖直度盘的 指标差 270 90 180 0 三 竖盘指标差 x 竖盘指标差 竖盘水准管气泡居中时 读数指标线与铅垂线的夹角 90 270 0 180 竖盘指标差计算 x 竖盘指标差 竖盘指标差 竖盘水准管气泡居中时 读数指标线与铅垂线的夹角 竖盘指标差 盘左盘右观测竖直角取平均 可消除指标差的影响 指标差计算公式 竖直角观测记录 I 竖直角必须带 号 竖直角观测记录 经纬仪的检验与校正 3 5经纬仪的检验与校正 一 经纬仪的轴线及其应满足的条件 目的 使经纬仪各轴线间保持正确的几何关系 经纬仪的轴线 横轴HH视准轴CC水准管轴LL竖轴VV圆水准轴L L 经纬仪的轴线 图3 30经纬仪的轴线 水准管轴为通过照准部水准管内壁圆弧中点的切线 轴线间应满足的条件 水准管轴垂直于竖轴LL VV 圆水准轴平行于竖轴L L VV 十字竖丝垂直于横轴竖丝 HH 视准轴垂直于横轴CC HH 横轴垂直于竖轴HH VV 轴线间应满足的条件 经纬仪的检验与校正 二 经纬仪的检验与校正 校正项目校正目的1 平盘水准管的检验与校正LL VV2 圆水准器的检验与校正L L VV 次要 3 视准轴的检验与校正CC HH4 横轴的检验与校正HH VV5 十字竖丝垂直于横轴6 竖盘指标差的检验与校正7 光学对中器的检验与校正 掌握各项目的校正原理与方法 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 1 平盘水准管的检验与校正 检验 初步整平仪器 转动照准部使水准管平行于一对脚螺旋 相对转动这对脚螺旋 使水准管气泡居中 目的 使平盘水准管轴垂直于纵轴 LL VV 然后将照准部旋转180 如果气泡仍居中 说明水准管轴垂直于纵轴 如果气泡偏离中心 应进行校正 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 1 平盘水准管的检验与校正 检验 初步整平仪器 转动照准部使水准管平行于一对脚螺旋 相对转动这对脚螺旋 使水准管气泡居中 目的 使平盘水准管轴垂直于纵轴 LL VV 然后将照准部旋转180 如果气泡仍居中 说明水准管轴垂直于纵轴 如果气泡偏离中心 应进行校正 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 1 平盘水准管的检验与校正 校正 相对地转动平行于水准管的一对脚螺旋 使气泡向中央移动偏歪格数的一半 目的 使平盘水准管轴垂直于纵轴 LL VV 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 1 平盘水准管的检验与校正 校正 然后用校正针拨动水准管一端的校正螺丝 使气泡完全居中 这项检验校正需反复进行几次 直到照准部旋转180 后水准管气泡的偏歪在一格以内 目的 使平盘水准管轴垂直于纵轴 LL VV 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 2 圆水准器的检验与校正 目的 使圆水准管轴平行于纵轴 L L VV 检验 根据校正后的平盘水准管整平仪器 使纵轴铅垂 此时圆水准器的气泡如果不居中 则需要校正 校正 用校正针拨动圆水准器底下的校正螺丝 使气泡居中 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 3十字丝纵丝垂直于横轴的检验和校正 目的 仪器整平后 十字丝的纵丝在铅垂平面内 横丝水平 检验 以十字丝的交点瞄准目标点P 旋转垂直微动螺旋 如果P点相对于十字丝上下移动的轨迹离开纵丝 则需要校正 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 3 1十字丝纵丝垂直于横轴的检验和校正 校正 旋下目镜处的十字丝环外罩 松开十字丝环固定螺丝 转动十字丝环 直至旋转垂直微动螺旋时P点始终在纵丝上移动为止 最后转紧十字丝环固定螺丝 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 3 2视准轴垂直于横轴的检验和校正 目的 视准轴垂直于横轴 检验 选择AB两点盘左 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B3点 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 4横轴的检验和校正 目的 使横轴垂直于纵轴 检验在离墙面10 20m处安置经纬仪 整平仪器后 瞄准墙面高处一点P 其仰角宜在30 左右 制动照准部 然后大致放平望远镜 在墙面定出一点A 再以盘右瞄准P点 放平望远镜 在墙面定出一点B 如果A点与B点重合 则横轴垂直于纵轴 若A B相距大于5mm 则需要进行校正 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 4 横轴的检验和校正 目的 使横轴垂直于纵轴 需要进行校正 由于横轴校正设备密封在仪器内部 该项校正应由仪器维修人员进行 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 5 指标差的检验与校正 目的 消除指标差 检验 盘左 盘右观测竖直角 计算竖盘指标差 如果x的绝对值大于60 则需要进行指标差的校正 指标差的校正方法如下 以盘右瞄准原目标 转动竖盘水准管微动螺旋 将原垂直度盘读数调整到指标差校正后的读数 原读数加或减指标差 拨动竖盘水准管校正螺丝 使气泡居中 反复检校 直至指标差小于规定的数值为止 经纬仪的检验与校正 经纬仪的检验与校正 6 光学对中器的检验与校正 目的 光学对中器的视准轴与竖轴重合 3 6测角误差分析 经纬仪的轴系误差经纬仪的照准部上有三条轴 视准轴C横轴H水准管轴L另有旋转中心o1基座上有竖轴V度盘有分划线中心o和旋转中心o 它们相互之间应满足的关系 L V C H H V o o1 o 三点重合 一 照准部偏心差o1与o不重合 不良影响 照准部转向不同的方向时 此误差对读数的影响也不同 检验 无法自己校正 在360 范围内均匀布置目标 盘左 盘右照准目标并取读数 若读数差不等则存在此误差 用盘左和盘右测量水平角取平均数时可以抵消此误差的影响 度盘偏心差 o 与o不重合 经纬仪的水平度盘靠摩擦力静止在基座上 可以让它绕基座竖轴套的外侧转动 由于加工误差的影响 其转动中心可能与度盘的分划线中心不重合 J6经纬仪水平度盘只有一个指标线 所以读数受 度盘偏心差 和 照准部偏心差 影响 J2的读数方式相当于在度盘直径的两端各有指标线 每照准一次目标 两端指标线都参与读数 相当于取其平均数为最终读数 这样就可以避免上述两个偏心差的影响 盘左和盘右测量水平角时偏心差对平均数也将没有影响 不良影响 在绕横轴旋转时视准轴画出圆锥面 从而给方向带来误差为 二 经纬仪轴系误差的影响 一 视准轴误差C不 H 视准轴误差C不 H 用盘左和盘右测量水平角时C不 H的误差对平均数将没有影响 在绕横轴旋转时视准轴画出圆锥面 从而给方向带来误差为给水平角带来误差为 二 横轴误差 H不 V 不良影响 视准轴画出斜面 从而对方向的影响为 i i tg 对水平角的影响为 i tg 1 tg 2 用盘左和盘右测量水平角时H不 V的误差对平均数也将没有影响 设盘左时横轴高于标准位置 则盘右时它将低于标准位置 三 竖轴误差 L不 V 不良影响 V轴无法铅垂 轴V倾斜 则它将使水平度盘随方向而变化其倾斜度 这种