建筑工程测量之水准和角度测量.ppt

第一章绪论 教学目的 1 使学生了解本课程的任务 2 熟悉地面点位的确定方法 即平面位置 高程位置的确定方法 3 熟悉测量工作的原则和程序 4 重点掌握大地水准面 铅锤线的概念 测量的三项基本工作 教学重点 1 地水准面 铅锤线的作用 2 地面点位的确定 3 绝对高程 相对高程 高差的概念 教学难点 1 高斯平面直角坐标系 2 测量工作的基本原则 3 测量的三项工作基本 教学资料 测量学教材 教学课件教学方法 讲授法 讲解法 演示法 第一章绪论 第一节建筑工程测量的任务 二 建筑工程测量的任务建筑工程测量是测量学的一个重要组成部分 它是研究建筑工程在勘测设计 施工和运营管理阶段所进行的各种测量工作的理论 技术和方法的学科 第一章绪论 一 测量学的概念测量学是研究地球的形状和大小以及确定地面点位的科学 它的内容包括测定和测设两部分 它的主要任务是 1 测绘大比例尺地形图 2 建筑物的施工测量 3 建筑物的变形观测 第二节地面点位的确定 2 大地水准面 第一章绪论 水准面 处处与重力方向线垂直的连续曲面 如静止时的广阔水面 海洋或湖泊等 与水准面相切的平面 称为水平面 人们设想以一个静止不动的海水面延伸穿越陆地 形成一个闭合的曲面包围了整个地球称为大地水准面 即与平均海水面相吻合的水准面 它是测量工作的基准面 是绝对高程的起算面 大地水准面上的绝对高程均为零 由大地水准面所包围的形体 称为大地体 1 水准面和水平面 重力的方向线称为铅垂线 它是测量工作的基准线 高程的大小必须沿铅垂线方向来衡量 高斯平面坐标的投影方向也必须是铅垂线方向 在测量工作中 取得铅垂线的方法如图1 1所示 第二节地面点位的确定 第一章绪论 3 铅垂线 由于地球内部质量分布不均匀 致使大地水准面成为一个有微小起伏的复杂曲面 如图1 2a所示 参考椭球面 接近大地水准面 可用数学式表示的椭球面来作为测量计算工作基准面 选用参考椭球面来代替地球总的形状 参考椭球面是由椭圆NWSE绕其短轴NS旋转而成的 又称旋转椭球体 如图1 2b所示 由于地球椭球体的扁率 很小 当测量的区域不大时 可将地球看作半径为R 2a b 3 6371km的圆球 由于地球半径较大 在小范围内 以10KM为半径区域内 进行平面位置测量工作时 可以用水平面代替大地水准面 第二节地面点位的确定 第一章绪论 4 地球椭球体 综上所述 人们对地球的认识过程为 第二节地面点位的确定 第一章绪论 自然球体 大地体 地球椭球体 球体 局部平面 1 地理坐标是用经度 和纬度 表示地面点在大地水准面上的投影位置 2 高斯平面直角坐标利用高斯投影法建立的平面直角坐标系 称为高斯平面直角坐标系 在广大区域内确定点的平面位置 一般采用高斯平面直角坐标 高斯投影法是将地球划分成若干带 然后将每带投影到平面上 第二节地面点位的确定 第一章绪论 二 确定地面点位的方法 测量工作的实质是确定地面点的位置 而地面点的空间位置须由三个参数来确定 即该点在大地水准面上的投影位置 两个参数 或x y 和该点的高程H 一个参数 1 地面点在大地水准面上的投影位置 地面点在大地水准面上的投影位置 可用地理坐标 高斯平面直角坐标和独立平面直角坐标表示 重力的方向线称为铅垂线 它是测量工作的基准线 高程的大小必须沿铅垂线方向来衡量 高斯平面坐标的投影方向也必须是铅垂线方向 在测量工作中 取得铅垂线的方法如图1 1所示 第二节地面点位的确定 第一章绪论 3 铅垂线 如图1 3所示 投影带是从首子午线 通过英国格林威治天文台的子午线 起 每隔经度6 划分一带 称为6 带 将整个地球划分成60个带 带号从首子午线起自西向东编 0 6 为第1号带 6 12 为第2号带 位于各带中央的子午线 称为中央子午线 第1号带中央子午线的经度为3 任意号带中央子午线的经度 0 可按式 1 2 计算 0 6 N 3 1 2 式中N 6 带的带号 第二节地面点位的确定 第一章绪论 高斯平面直角坐标系 如图1 5所示 地面点的平面位置 可用高斯平面直角坐标x y来表示 由于我国位于北半球 x坐标均为正值 y坐标则有正有负 如图1 5a所示 yA 136780m yB 272440m为了避免y坐标出现负值 将每带的坐标原点向西移500km 如图1 5b所示 纵轴西移后 规定在横坐标值前冠以投影带带号 如A B两点均位于第20号带 则 yA 20636780m yB 20227560m 第二节地面点位的确定 第一章绪论 3 独立平面直角坐标在局部区域内确定点的平面位置 可以采用独立平面直角坐标 当测区范围较小时 可以用测区中心点a的水平面来代替大地水准面 如图1 7所示 在这个平面上建立的测区平面直角坐标系 称为独立平面直角坐标系 坐标原点O一般选在测区的西南角 使测区内各点的x y坐标均为正值 坐标象限按顺时针方向编号 如图1 8所示 第二节地面点位的确定 第一章绪论 2 地面点的高程 第二节地面点位的确定 第一章绪论 1 绝对高程地面点到大地水准面的铅垂距离 称为该点的绝对高程 简称高程 用H表示 如图1 9所示 地面点A B的高程分别为HA HB 目前 我国采用的是 1985年国家高程基准 在青岛建立了国家水准原点 其高程为72 260m 1985前我国采用的是 1956年黄海高程系 测得水准原点高程为72 289m 3 高差地面两点间的高程之差 称为高差 用h表示 在图1 9中 A B两点的高差也可理解为过A B两点各作同心圆后 其半径之差 高差有方向和正负 A B两点的高差为 hAB HB HA HB HA 1 4 当hAB为正时 B点高于A点 当hAB为负时 B点低于A点 当hAB为零时 B点和A点一样高 由公式 1 4 看出高差的大小与高程起算面无关 B A两点的高差为 hBA HA HB HA HB 1 5 A B两点的高差与B A两点的高差 绝对值相等 符号相反 即 hAB hBA 1 6 根据地面点的三个参数x y H 地面点的空间位置就可以确定了 第二节地面点位的确定 第一章绪论 2 相对高程地面点到假定水准面的铅垂距离 称为该点的相对高程或假定高程 如图1 9中 A B两点的相对高程为HA HB 在建筑施工测量中 常选用底层室内地坪面为该工程任何点相对高程起算的基准面 记为 0 建筑物某部位的标高 系指某部位的相对高程 即某部位距室内地坪的铅垂距离 在半径为10km的范围内 进行距离测量时 可以用水平面代替水准面 而不必考虑地球曲率对距离的影响 第三节用水平面代替水准面的限度 第一章绪论 二 对高程的影响 一 对距离的影响 用水平面代替水准面 对高程的影响是很大的 因此 在进行高程测量时 即使距离很短 也应顾及地球曲率对高程的影响 如图1 11所示 设A B为已知坐标点 P为待定点 首先测出了水平角 和水平距离DAP 再根据A B的坐标 即可推算出P点的坐标 因此 测定地面点平面直角坐标的主要测量工作是测量水平角和水平距离 图1 11平面直角坐标的测定 第四节测量工作概述 第一章绪论 一 测量的基本工作 1 平面直角坐标的测定 如图1 12所示 设A为已知高程点 P为待定点 根据式 1 4 得 HP HA hAP 1 10 只要测出A P之间的高差hAP 利用式 1 10 即可算出P点的高程 第四节测量工作概述 第一章绪论 因此 测定地面点高程的主要测量工作是测量高差 2 高程的测定A 综上所述 测量的基本工作是 高差测量 水平角测量 水平距离测量 第四节测量工作概述 第一章绪论 三 测量的计量单位 第四节测量工作概述 第一章绪论 二 测量工作的基本原则 在实际测量工作中 应遵守的原则原则之一是 从整体到局部 先控制后碎部 也就是在测区内选择一些有控制意义的点 称为控制点 把它们的平面位置和高程精准地测定出来 然后再这些控制点测定出附近部点位置 这种测量方法可以减少误差积累 而且可在几个控制点上进行测量 加快工作进度 此外 测量工作必须重视检核 防止发生错误 避免错误的结果对后续测量工作的影响 因此 边工作边检查 前一步工作未作检核不进行下一步工作 这是测量工作应遵守的又一个原则 测量上常用的角度单位有度分秒制和弧度制两种 第一节水准测量原理 第二章水准测量 按所使用的仪器和施测方法的不同 高程测量可以分为 水准测量三角高程测量气压高程测量和GPS高程测量水准测量是精确测定地面点高程的一种主要方法 是高程测量中最精密 最常用的方法 一 水准测量原理 水准测量是利用水准仪提供的水平视线 借助于带有分划的水准尺 直接测定地面上两点间的高差 然后根据已知点高程和测得的高差 推算出未知点高程 测定地面点高程的工作 称为高程测量 第一节水准测量原理 如上图所示 A B两点间高差hAB为hAB a b 2 1 设水准测量是由A向B进行的 则A点为后视点 A点尺上的读数a称为后视读数 B点为前视点 B点尺上的读数b称为前视读数 高差等于后视读数减去前视读数 在同一水平视线下 某点的读数越大则该点就越低 反之亦然 水准测量原理 hAB 第一节水准测量原理 第二章水准测量 二 计算未知点高程 2 视线高法 也称仪高法 如图2 1所示 B点高程也可以通过水准仪的视线高程Hi来计算 即 1 高差法测得A B两点间高差hAB后 如果已知A点的高程HA 则B点的高程HB为 HB HA hAB 2 2 这种直接利用高差计算未知点B高程的方法 称为高差法 高差法与视线高法都是利用水准仪提供的水平视线测定地面点高程 施测过程中 水准仪安置的高度对测算地面点高程或高差并无影响 这种利用仪器视线高程Hi计算未知点B点高程的方法 称为视线高法 在施工测量中 有时安置一次仪器 需测定多个地面点的高程 采用视线高法就比较方便 2 3 第一节水准测量原理 第二章水准测量 第二节水准测量的仪器和工具 水准测量所使用的仪器为水准仪 工具有水准尺和尺垫 1 物镜 2 物镜对光螺旋 3 水平微动螺旋 4 水平制动螺旋 5 微倾螺旋 6 脚螺旋 7 符合气泡观察镜 8 水准管 9 圆水准器 10 圆水准器校正螺丝 11 目镜调焦螺旋 12 准星 13 缺口 14 轴座 国产水准仪按其精度分 有DS05 DS1 DS3及DS10等几种型号 工程测量一般使用DS3级水准仪 DS3微倾式水准仪的构造 第二节水准测量的仪器和工具 第二章水准测量 1 望远镜望远镜是用来精确瞄准远处目标并对水准尺进行读数的 它主要由物镜 目镜 对光透镜和十字丝分划板组成 1 物镜使瞄准的物体成像 望远镜的构造示意图 2 物镜对光螺旋和对光凹透镜转动物镜对光螺旋可以使对光透镜沿视线方向前后移动 从而使不同距离的目标均能清晰地成像在十字丝分划板平面上 3 目镜对光螺旋和目镜调节目镜对光螺旋可以使十字丝清晰并将成像在十字丝分划板的物像边同十十字丝一起放大成虚像 于是观测者在看清十字丝的同时又能清晰地照准目标 一 DS3微倾式水准仪的构造 DS3主要由望远镜 水准器及基座三部分组成 第二节水准测量的仪器和工具 第二章水准测量 4 十字丝分划板是用来准确照准目标和读数的 在中丝的上 下刻有两条对称的短丝 称为视距丝 用于测量仪器到目标的距离 5 视准轴十字丝交点与物镜光心的连线 视准轴的延长线就是我们通过望远镜瞄准远处目标的视线 因此 当视准轴水平时 通过十字丝交点看出去的视线就是水准测量原理中提到的水平视线 第二节水准测量的仪器和工具 第二章水准测量 1 管水准器 管水准器分划值 2 水准器 它是一个密封的玻璃管 水准管上一般刻有间隔为2mm的分划线 分划线的中点O称为水准管零点 通过零点与圆弧相切的纵向切线LL称为水准管轴 水准管轴应平行于视准轴 水准管上2mm圆弧所对的圆心角 称为水准管的分划值 水准管分划愈小 水准管灵敏度愈高 用其整平仪器的精度也愈高 用于精确整平仪器 第二节水准测量的仪器和工具 第二章水准测量 它是一个密封的玻璃圆盒 里面有一圆形气泡 圆水准器顶面的玻璃内表面研磨成球面 球面的正中刻有圆圈 其圆心称为圆水准器的零点 过零点的球面法线L L 称为圆水准器轴 圆水准器轴L L 平行于仪器竖轴VV 如图2 8所示 气泡中心偏离零点2mm时竖轴所倾斜的角值 称为圆水准器的分划值 一般为8 10 精度较低 3 基座基座的作用是支承仪器的上部 并通过连接螺旋与三脚架连接 它主要由轴座 脚螺旋 底板和三脚压板构成 转动脚螺旋 可使圆水准气泡居中 2 圆水准器 圆水准器装在水准仪基座上 用于粗略整平 第二节水准测量的仪器和工具 第二章水准测量 1 水准尺 2 双面水准尺如图b尺长为3m 两根尺为一对 尺的双面均有刻划 一面为黑面尺 另一面为红面尺 黑面尺尺底均从零开始 而红面尺尺底 一根从4 687m开始 另一根从4 787m开始 2 尺垫 尺垫是由生铁铸成 一般为三角形板座 其下方有三个脚 可以踏入土中 尺垫上方有一突起的半球体 水准尺立于半球顶面 尺垫仅在转点处竖立水准尺时使用 1 塔尺如图a 二 水准尺和尺垫 水准尺是进行水准测量时与水准仪配合使用的 常用的水准尺有塔尺和双面尺两种 第二节水准测量的仪器和工具 第二章水准测量 自动安平水准仪是利用自动补偿器代替水准管 观测时只用圆水准器进行粗平 照准后不需要精平 然后借助自动补偿器自动地把视准轴置平 即可读出视线水平时的读数 在建筑工程施工测量中 自动安平水准仪的应用也较为广泛 三 自动安平水准仪 其操作程序为 安置 粗平 照准 读数 使用自动安平水准仪不仅简化了操作 提高了速度 同时对由于水准仪整置不当 地面有微小的震动或脚架的不规则下沉等原因的影响 也可以由补偿器迅速调整而得到正确的读数 从而提高了观测的精度 应当注意的是 自动安平水准仪的补偿范围是有限的 当视线倾斜较大时 补偿器将会失灵 在使用前应对圆水准器进行检校 在使用 携带和运输的过程中 要严禁剧烈震动 防止补偿器失灵 第二节水准测量的仪器和工具 第二章水准测量 第三节水准仪的使用 微倾式水准仪的基本操作程序为 安置仪器 粗略整平 瞄准水准尺 精确整平和读数 一 安置仪器 1 如图所示 用两手按箭头所指的相对方向转动脚螺旋1和2 使气泡沿着1 2连线方向由a移至b 圆水准器整平 二 粗略整平 第三节水准仪的使用 2 用左手按箭头所指方向转动脚螺旋3 使气泡由b移至中心 整平时 气泡移动的方向与左手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向一致 与右手大拇指旋转脚螺旋时的移动方向相反 第二章水准测量 5 消除视差 精确瞄准与读数 眼睛在目镜端上下移动 有时可看见十字丝的中丝与水准尺影像之间相对移动 这种现象叫视差 产生视差的原因是水准尺的尺像与十字丝平面不重合 如右图a所示 视差的存在将影响读数的正确性 应予消除 消除视差的方法是仔细地转动物镜对光螺旋 直至尺像与十字丝平面重合 三 瞄准水准尺 1 目镜调焦 2 初步瞄准 3 物镜调焦 4 精确瞄准 第三节水准仪的使用 第二章水准测量 精确整平简称精平 眼睛观察水准气泡观察窗内的气泡影像 用右手缓慢地转动微倾螺旋 使气泡两端的影像严密吻合 此时视线即为水平视线 微倾螺旋的转动方向与左侧半气泡影像的移动方向一致 如图所示 符合水准器气泡居中后 应立即用十字丝中丝在水准尺上读数 读数时应从小数向大数读 如果从望远镜中看到的水准尺影像是倒像 在尺上应从上到下读取 直接读取米 分米和厘米 并估读出毫米 共四位数 读数后再检查符合水准器气泡是否居中 若不居中 应再次精平 重新读数 五 读数 四 精确整平 第三节水准仪的使用 第二章水准测量 第四节水准测量的方法 1 永久性水准点国家等级永久性水准点 如图a所示 有些永久性水准点的金属标志也可镶嵌在稳定的墙角上 称为墙上水准点 如图b所示 2 临时性水准点临时性的水准点可用地面上突出的坚硬岩石或用大木桩打入地下 桩顶钉以半球状铁钉 作为水准点的标志 如图c所示 图a国家等级水准点 图b墙上水准点 图c临时性水准点 第四节水准测量的方法 一 水准点 用水准测量的方法测定的高程控制点 称为水准点 记为BM BenchMark 水准点有永久性水准点和临时性水准点两种 第二章水准测量 从已知水准点到待定点之间的距离较近 小于200米 高差较小 小于水准尺长 由一个测站即可测出待定点的高程 其计算方法如第一节所讲的高差法或仪高法 由A点求B点的高程 二 简单水准测量 路线水准测量及成果检核 水准测量根据已知水准点与待定点之间的距离远近 高差大小 待定点个数多少可分为简单水准测量和路线水准测量 两者操作方法基本相同 差别仅在于前者一个测站即可求得待定点的高程 后者则要多站传递高程以求得各待定点的高程 一个测站的基本操作程序是 1 在两点之间安置水准仪 进行粗平 2 照准后视已知水准点上的水准尺 精确整平 按横丝读出后视读数 3 松开水平制动螺旋 照准前视待定点上的水准尺 再次精确整平 按横丝读出前视读数 4 按公式计算高差或视线高程 推算待定点的高程 一 简单水准测量 第四节水准测量的方法 第二章水准测量 各测段高差代数和与其理论值的差值 称为高差闭合差 即 在水准点间进行水准测量所经过的路线 称为水准路线 相邻两水准点间的路线称为测段 在一般的工程测量中 水准路线布设形式主要有以下三种形式 二 路线水准测量 从理论上讲 附合水准路线各测段高差代数和应等于两个已知高程的水准点之间的高差 即 附和水准路线 1 附合水准路线 第四节水准测量的方法 第二章水准测量 闭合水准路线的布设方法如图所示 从已知高程的水准点BM A出发 沿各待定高程的水准点1 2 3 4进行水准测量 最后又回到原出发点BM A的环形路线 称为闭合水准路线 从理论上讲 闭合水准路线各测段高差代数和应等于零 即 2 闭合水准路线 闭合水准路线 如果不等于零 则高差闭合差为 第四节水准测量的方法 第二章水准测量 支水准路线的布设方法如图所示 从已知高程的水准点BM A出发 沿待定高程的水准点1进行水准测量 这种既不闭合又不附合的水准路线 称为支水准路线 支水准路线要进行往返测量 以资检核 3 支水准路线 从理论上讲 支水准路线往测高差与返测高差的代数和应等于零 如果不等于零 则高差闭合差为 第四节水准测量的方法 第二章水准测量 三 路线水准测量的施测方法 2 计算与计算检核 1 计算每一测站都可测得前 后视两点的高差 即h1 a1 b1h2 a2 b2h3 a3 b3 将上述各式相加 得则B点高程为 2 计算检核为了保证记录表中数据的正确 应对后视读数总和减前视读数总和 高差总和 B点高程与A点高程之差进行检核 这三个数字应相等 1 观测与记录将测站 测点 前 后视读数及已知水准点A的高程填入下表中有关各栏内 第四节水准测量的方法 第二章水准测量 表2 1水准测量手簿 水准测量手簿 第四节水准测量的方法 第二章水准测量 3 水准测量的测站检核 1 变动仪器高法 2 双面尺法 是在同一个测站上用两次不同的仪器高度 测得两次高差进行检核 要求 改变仪器高度应大于10cm 两次所测高差之差不超过容许值 例如等外水准测量容许值为 6mm 取其平均值作为该测站最后结果 否则须要重测 分别对双面水准尺的黑面和红面进行观测 利用前 后视的黑面和红面读数 分别算出两个高差 如果不符值不超过规定的限差 例如四等水准测量容许值为 5mm 取其平均值作为该测站最后结果 否则须要重测 第四节水准测量的方法 第二章水准测量 第五节水准测量的成果计算 等外水准测量的高差闭合差容许值规定为 成果计算步骤 检查野外观测手薄 计算各点间高差 经检核无误 则根据野外观测高差计算高差闭合差 若闭合差符合规定的精度要求 则调整闭合差 最后计算各点的高程 以上工作 称为水准测量的内业 式中 L 水准路线长度 以公里计 n 测站数 如平均1千米测站数少于15站 用L式 如平均1千米测站数多于15站 用n式 平均每千米测站数可按下式求得 每千米测站数 n L 第五节水准测量的成果计算 第二章水准测量 例 如图是一附合水准路线等外水准测量示意图 A B为已知高程的水准点 1 2 3为待定高程的水准点 h1 h2 h3和h4为各测段观测高差 n1 n2 n3和n4为各测段测站数 L1 L2 L3和L4为各测段长度 现已知HA 65 376m HB 68 623m 各测段站数 长度及高差均注于图中 1 填写观测数据和已知数据 一 附合水准路线的计算 2 计算高差闭合差 3 调整高差闭合差 或 4 计算各测段改正后高差 5 计算待定点高程并检核 第五节水准测量的成果计算 第二章水准测量 水准测量成果计算表 第五节水准测量的成果计算 第二章水准测量 二 闭合水准路线成果计算 例 如图是一支线水准路线等外水准测量示意图 A为已知高程的水准点 其高程HA为45 276m 1点为待定高程的水准点 h往和h返为往返测量的观测高差 n往和n返为往 返测的测站数共16站 则1点的高程计算如下 1 计算高差闭合差 2 计算高差容许闭合差 3 计算改正后高差 4 计算待定点高程 三 支线水准路线的计算 第五节水准测量的成果计算 第二章水准测量 1 圆水准器轴L L 应平行于仪器的竖轴VV 2 十字丝的中丝应垂直于仪器的竖轴VV 3 水准管轴LL应平行于视准轴CC 水准仪的轴线 第六节微倾式水准仪的检验与校正 一 水准仪应满足的几何条件 第六节微倾式水准仪的检验与校正 根据水准测量的原理 水准仪必须能提供一条水平的视线 它才能正确地测出两点间的高差 为此 水准仪在结构上应满足如图所示的条件 水准仪应满足上述各项条件 在水准测量之前应对水准仪进行认真的检验与校正 第二章水准测量 1 圆水准器轴L L 平行于仪器的竖轴VV的检验与校正 圆水准器校正螺钉 二 水准仪的检验与校正 2 校正方法校正时 先调整脚螺旋 使气泡向零点方向移动偏离值的一半 此时竖轴处于铅垂位置 然后 稍旋松圆水准器底部的固定螺钉 用校正针拨动三个校正螺钉 使气泡居中 这时圆水准器轴平行于仪器竖轴且处于铅垂位置 圆水准器校正螺钉的结构如图所示 此项校正 需反复进行 直至仪器旋转到任何位置时 圆水准器气泡皆居中为止 最后旋紧固定螺钉 1 检验方法旋转脚螺旋使圆水准器气泡居中 然后将仪器绕竖轴旋转180 如果气泡仍居中 则表示该几何条件满足 如果气泡偏出分划圈外 则需要校正 第六节微倾式水准仪的检验与校正 第二章水准测量 1 检验方法安置水准仪 使圆水准器的气泡严格居中后 先用十字丝交点瞄准某一明显的点状目标M 如图a所示 然后旋紧制动螺旋 转动微动螺旋 如果目标点M不离开中丝 如图b所示 则表示中丝垂直于仪器的竖轴 如果目标点M离开中丝 如图c所示 则需要校正 2 校正方法松开十字丝分划板座的固定螺钉转动十字丝分划板座 使中丝一端对准目标点M 再将固定螺钉拧紧 此项校正也需反复进行 2 十字丝中丝垂直于仪器的竖轴的检验与校正 第六节微倾式水准仪的检验与校正 第二章水准测量 3 水准管轴平行于视准轴的检验与校正 1 检验方法 水准管轴平行于视准轴的检验 1 在中点C处安置水准仪 由于前后视距相等 视准轴与水准管轴不平行所产生的前 后视读数误差x1相等 故高差hAB不受视准轴误差的影响 2 在靠近B点的D点处安置水准仪 精平后读得B点尺上的读数为b2 因水准仪离B点很近 两轴不平行引起的读数误差x2可忽略不计 根据b2和高差hAB算出A点尺上视线水平时的应读读数为 a2 b2 hAB然后 瞄准A点水准尺 读出中丝的读数a2 如果a2 与a2相等 表示两轴平行 否则存在 角 第六节微倾式水准仪的检验与校正 第二章水准测量 2 校正方法转动微倾螺旋 使十字丝的中丝对准A点尺上应读读数a2 用校正针先拨松水准管一端左 右校正螺钉 如图所示 再拨动上 下两个校正螺钉 使偏离的气泡重新居中 最后要将校正螺钉旋紧 此项校正工作需反复进行 直至达到要求为止 第六节微倾式水准仪的检验与校正 第二章水准测量 第七节水准测量误差与注意事项 1 水准管轴与视准轴不平行误差 一 仪器误差 1 水准管气泡的居中误差 二 观测误差 第七节水准测量误差与注意事项 2 水准尺误差 由于水准尺刻划不准确 尺长变化 弯曲等原因 会影响水准测量的精度 因此 水准尺要经过检核才能使用 2 估读水准尺的误差 3 地球曲率及大气折光的影响 4 温度的影响误差 第二章水准测量 第一节水平角测量原理 第三章角度测量 用经纬仪测水平角的原理 经纬仪必须具备一个水平度盘及用于照准目标的望远镜测水平角时 要求水平度盘能放置水平 且水平度盘的中心位于水平角顶点的铅垂线上 望远镜不仅可以水平转动 而且能俯仰转动来瞄准不同方向和不同高低的目标 同时保证俯仰转动时望远镜视准轴扫过一个竖直面 经纬仪是测量角度的仪器 按其精度分 有DJ6 DJ2两种 表示一测回方向观测中误差分别为6 2 一 水平角的概念 水平角是地面上一点到两目标的方向线垂直投影在水平面上的夹角 用 来表示 其角值范围为0 360 二 水平角测角原理图3 1 如图3 1所示 O A 和O B 在水平度盘上总有相应读数a和b 则水平角为 b a 第二节光学经纬仪 第三章角度测量 2 水平度盘 刻划为0 360 按顺时针方向注记 3 基座 用来支承仪器并与三脚架连接的部件 主要包括轴座 轴座固定螺旋 脚螺旋 连接板等 二 DJ6型光学经纬仪的读数装置和读数方法 DJ6型光学经纬仪常用两种方式 分微尺 单平板玻璃测微器和度盘对径分划重合读数 一 分微尺测微器的读数方法 1 应先调节读数显微镜调焦螺旋与反光镜使读数清晰亮度合适 2 然后根据在分微尺上重叠的度盘分划线上的注记读出整度数 3 再根据该分划线与分微尺上0注记之间的刻划读出分和秒 秒值为估读且为6的倍数 二 单平板玻璃测微器的读数方法 望远镜瞄准目标后 先转动测微轮 使度盘上某一分划精确移至双指标线的中央 读取该分划的度盘读数 再在测微尺上根据单指标线读取30 以下的分 秒数 两数相加 即得完整的度盘读数 一 DJ6光学经纬仪的构造 如图3 2 1 照准部 望远镜 支架 横轴 竖直度盘 读数设备 照准部水准管和竖轴等组成 第二节光学经纬仪 第三章角度测量 1 望远镜物镜 2 望远镜目镜 3 望远镜调焦螺旋 4 准星 5 照门 6 望远镜固定扳手 7 望远镜微动螺旋 8 竖直度盘 9 竖盘指标水准管 10 竖盘指标水准管反光镜 11 读数显微镜目镜 12 支架 13 水平轴 14 竖轴 15 照准部制动扳手 16 照准部微动螺旋 17 水准管 18 圆水准器 19 水平度盘 20 轴套固定螺旋 21 脚螺旋 22 基座 23 三角形底版 24 罗盘插座 25 度盘轴套 26 外轴 27 度盘旋转轴套28 竖盘指标水准管微动螺旋 29 水平度盘变换器 30 竖盘指标水准管 31 反光镜 图3 2 第二节光学经纬仪 第三章角度测量 三 DJ2型光学经纬仪简介 一 特点 相对于DJ6 1 在结构上除望远镜的放大倍数较大 照准部水准管的灵敏度较高 2 读数设备及读数方法不同 3 在DJ2型光学经纬仪读数显微镜中 只能看到水平度盘和竖直度盘中的一种影象 二 读数方法 1 大窗为度盘的影象 先转动测微轮 使正 倒象的分划线精确重合 然后找出邻近的正 倒象相差180 的分划线 并注意正象应在左侧 倒象在右侧 此时便可读出度盘的度数 再数出正象的分划线与倒象的分划线之间的格数 乘以度盘分划值的一半 最后从左边小窗中的测微尺上读取不足10 的分数和秒数 其中分数和10 数根据单指标线的位置和注记数字直接读出 估读到0 1 2 采用了数字化读数 左下侧小窗为测微窗 读数方法完全同第一种 右下侧小窗为度盘对径分划线重合后的影象 没有注记 但在读数时必须转动测微轮使上下线精确重合才可以读数 上面的小窗左侧的数字为度盘读数 中间偏下的数字为整10 的注记 四 电子经纬仪简介 第三节经纬仪的使用 第三章角度测量 主要特点 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 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观测的数据输入计算机 实现数据处理和绘图自动化 第三节经纬仪的使用 第三章角度测量 经纬仪的使用包括对中 整平 调焦和照准及读数四项基本操作 内容及要求 对中 3mm整平 1格 一 对中 整平 对中的目的 是使仪器中心与测站点标志中心位于同一铅垂线上整平的目的 使仪器竖轴竖直和水平度盘处于水平位置 具体操作方法 1 垂球对中整平法步骤 1 移动或伸缩三脚架 粗略对中 2 脚架头上移动仪器 精确对中 3 旋转脚螺旋使水准管气泡居中 整平 4 反复 2 3 两步 2 光学对中整平法步骤 1 大致水平大致对中眼睛看着对中器 拖动三脚架2个脚 使仪器大致对中 并保持 架头 大致水平 第三节经纬仪的使用 第三章角度测量 2 伸缩脚架粗平根据气泡位置 伸缩三脚架2个脚 使圆水准气泡居中 3 旋转三个脚螺旋精平按 左手大拇指法则 旋转三个脚螺旋 使水准管气泡居中 1 转动仪器 使水准管与1 2脚螺旋连线平行 2 根据气泡位置运用法则 对向旋转1 2脚螺旋 3 转动仪器900 运用法则 旋转3脚螺旋 4 架头上移动仪器 精确对中 5 脚螺旋精平 6 反复 4 5 两步 二 调焦与照准 调焦包括目镜调焦和物镜调焦两部分 照准就是使望远镜十字丝交点精确照准目标 步骤如下 1 调节目镜对光螺旋 使十字丝清晰 2 然后利用望远镜上的照门和准星粗略照准目标 拧紧照准部及望远镜制动螺旋 3 调节物镜对光螺旋 使目标清晰 并消除视差 第三节经纬仪的使用 第三章角度测量 4 转动照准部和望远镜微动螺旋 精确照准目标 测水平角时 要使十字丝纵丝精确照准目标 并尽量使十字丝交点照准目标底部 如图3 13 b 所示 测竖直角时 要使十字丝横丝精确照准目标 也尽量用十字丝交点照准目标顶部 三 读数 调节反光镜 使读数系统亮度适中 调节读数显微镜目镜调焦螺旋 使度盘 测微尺及指标线的影象清晰 然后根据仪器的读数设备 按前述的读数方法读数 第三章角度测量 第四节水平角测量 观测方法 测回法 两个方向所构成的角度 方向观测法 三个方向以上所构成角度的观测 一 测回法 如图3 14 具体施测步骤如下 一 准备工作 1 首先将经纬仪安置于所测角的顶点O上 进行对中和整平 2 在A B两点树立标杆或测钎等标志 作为照准标志 二 盘左位置 首先将仪器置于盘左位置 竖盘位于望远镜的左侧 完成以下工作 1 顺时针方向旋转照准部 首先调焦与照准起始目标 即角的左边目标 A 读取水平度盘读数a左 设为0 00 30 记入表3 1中 图3 14 第三章角度测量 第四节水平角测量 2 继续顺时针旋转照准部 调焦与照准右边目标B 读数b左 设为92 19 42 记入表3 1中 3 计算盘左位置的水平角 左 左 b左 a左 92 19 42 0 00 30 92 19 12 以上完成了上半测回工作 左即上半测回角值 三 盘右位置 倒转望远镜成盘右位置 完成以下工作 1 逆时针旋转照准部 首先调焦与照准右边目标B 读数b右 设为272 20 12 记入表3 1中 2 继续逆时针旋转照准部 调焦与照准左边目标A 读数a右 设为180 00 42 记入表3 1中 3 计算盘右位置的水平角 右 右 b右 a右 272 20 12 180 00 42 92 19 30 以上便完成了下半测回工作 右即下半测回角值 四 计算一测回角值 上下两个半测回称为一测回 对于DJ6型光学经纬仪来说 当上 下半测回角值之差 左 右 92 19 12 92 19 30 18 40 第三章角度测量 第四节水平角测量 取其平均值作为一测回角值 即 1 2 左 右 92 19 21 为了提高测角精度 对角度需要观测多个测回 此时各测回应根据测回数n 按180 n的原则改变起始水平度盘位置 即配度盘 各测回值互差若不超过40 对于J6级 取各测回角值的平均值作为最后角值 二 方向观测法 一 观测方法 1 如图3 15 安置仪器于测站O点 包括对中和整平 树立标志于所有目标点 如A B C D四点 选定起始方向 又称零方向 如A点 第三章角度测量 第四节水平角测量 2 盘左位置 顺时针方向旋转照准部依次照准目标A B C D A 分别读取水平度盘读数 并依次记入表3 3 其中两次照准A目标是为了检查水平度盘位置在观测过程中是否发生变动 称为归零 其两次读数之差 称为半测回归零差 其限差要求为 J6级经纬仪不得超过18 J2级经纬仪不得超过8 计算中注意检核 以上称为上半测回 3 盘右位置 倒转望远镜成盘右位置 逆时针方向旋转照准部依次照准目标A D C B和A 分别读取水平度盘读数 并依次记入表3 2 称为下半测回 同样注意检核归零差 以上即为一测回 为了提高精度需要测n个测回时 需要配度盘 即每个测回的起始目标读数按180 n的原则进行配置 二 计算内容 1 计算二倍视准轴误差2c值 同一方向 盘左和盘右读数之差 即2c 盘左读数 盘右读数 180 同一测回各方向2c互差 对于J2型经纬仪不应超过 13 J6经纬仪一般没有2c互差的规定 第三章角度测量 第四节水平角测量 2 计算各方向的平均值 3 计算归零后的方向值 4 计算各测回归零后方向值的平均值 第五节竖直角测量 第三章角度测量 一 竖直角测量原理 如图3 16 定义 竖直角是在同一竖直面内 一点到目标的方向线与水平线之间的夹角 又称倾角 用 表示 如图3 16所示分类 仰角 在其角值前加 竖直角的角值范围 90 90 竖直角的角值 望远镜照准目标的方向线与水平线分别在竖直度盘上有对应两读数之差 二 竖直度盘的构造 1 构造 竖直度盘 竖盘读数指标 竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋 2 指标线固定不动 而整个竖盘随望远镜一起转动 3 竖盘的注记形式 天顶式或全圆式 顺时针或逆时针 图3 17 图3 18 第五节竖直角测量 第三章角度测量 第五节竖直角测量 第三章角度测量 三 竖直角计算公式 全圆顺时针注记 设盘左时瞄准目标的读数为L 盘右时瞄准目标的读数为R 盘左和盘右位置所测竖直角分别用 L和 R 则其公式为 L 90 L R R 270 通用公式 若读数增加 则竖直角的计算公式为 瞄准目标时的读数 视线水平时的读数 若读数减少 则 视线水平时的读数 瞄准目标时的读数 四 竖直角的观测 如图3 16所示 竖直角的观测 记录和计算步骤如下 1 准备工作 在目标点树立标志 安置仪器于测站O点 包括对中和整平 2 盘左位置 调焦与照准目标A 使十字丝横丝精确瞄准目标 转动竖盘指标水准管微动螺旋 使水准管气泡严格居中 然后读取竖盘读数L 设为93 22 06 记入表3 3 第五节竖直角测量 第三章角度测量 3 盘右位置 重复步骤2 设其读数R为266 37 12 记入表3 3 4 根据竖直角计算公式计算 得 L 90 L 90 93 22 06 3 22 06 R R 270 266 37 12 270 3 22 48 那么一测回竖直角为 1 2 3 22 06 3 22 48 3 22 27 将计算结果分别记入手簿 其角值为负 显然是俯角 同理观测目标B 其结果是正值 说明是仰角 在竖角观测中应注意 每次读数前必须使竖盘指标水准管气泡居中 才能正确读数 第五节竖直角测量 第三章角度测量 五 竖盘指标差 竖盘指标差 竖盘指标常常偏离正确位置 这个偏离的差值x角即为竖盘指标差 图3 20 如图3 20所示由于存在指标差 其正确的竖直角计算公式为 90 x L L x或 90 L x L x 同理 如图3 20所示盘右位置 其正确的竖直角计算公式为 R x 270 R x或 R 270 x R x 上式相加 并除以2 得 1 2 R L 180 1 2 L R 第五节竖直角测量 第三章角度测量 由此可见 在竖角测量时 用盘左 盘右法测竖直角可以消除竖盘指标差的影响 将上两式相减 得2x R L 360 x 1 2 R L 360 指标差互差的限差 DJ2型仪器不得超过 15 DJ6型仪器不得超过 25 第六节经纬仪的检验 第三章角度测量 经纬仪的主要轴线 竖轴 VV 横轴 HH 视准轴 CC 和水准管轴 LL 各轴线之间应满足的几何条件有 1 水准管轴应垂直于竖轴 LL VV 2 十字丝纵丝应垂直于水平轴 3 视准轴应垂直于水平轴 CC HH 4 水平轴应垂直于竖轴 HH VV 5 望远镜视准轴水平 竖盘指标水准管气泡居中时 即竖盘指标差为零 6 光学对点器光学垂线与仪器竖轴重合 一 水准管轴的检验 检验方法 1 先粗略整平仪器 然后转动照准部使水准管平行于任意两个脚