第三章---角度测量

角度测量,第三章,教师：尹红燕,一、牢记：水平角、竖直角、正镜、倒镜、竖盘指标差、水平角测量原理、竖直角测量原理、经纬仪的基本构造二、了解：经纬仪应满足的几何条件、光学经纬仪的检验与校正方法、角度测量的误差分析三、应用：经纬仪的基本操作、水平角测量的方法、竖直角测量的方法、电子经纬仪的基本构造与使用方法,本章学习指导,第三章角度测量3.1水平角和竖直角测量原理3.2DJ6、DJ2光学经纬仪和角度测量工具3.3其他经纬仪简介3.4经纬仪的使用3.5水平角测量3.6竖直角测量3.7经纬仪的检验与校正3.8角度测量误差与注意事项,角度测量包括水平角测量和竖直角测量。水平角测量用于确定点的平面位置。竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离。常用仪器经纬仪,3.1角度测量原理,1.角度种类：水平角、竖直角,2.相关名词：方向A、方向B：视线方向;目标A、目标B：观测对象;测站O：安置仪器的地方;,定义：地面上一点到两个目标点的方向线垂直投影到水平面上的夹角。水平角的角值范围为0360,2.主要设备望远镜水平度盘读数指标,3.1.1水平角测量原理,3.原理AB、AC投影在水平度盘上的读数为n、m，则mn【注意】若0,则加360。,3.1.2竖直角测量原理,1.定义：竖直角是指在同一竖直面内，某一方向线与水平线的夹角，用表示。角值范围：视线在水平线之上为“正”称仰角；视线在水平线之下为“负”，称俯角；角值为090,2.主要设备望远镜竖盘读数指标,3.原理视线和水平线投影在竖盘上的读数，其中水平线方向读数为一常数，由图可得90L其中，L竖盘读数,经纬仪的种类：,按精度分,按类型分,返回,其中:D-大地测量J-经纬仪6一测回方向中误差6,一、DJ6光学经纬仪的构造DJ6光学经纬仪包括基座、度盘、照准部三大部分。,垂直制动,水平微动,读数目镜,水平度盘转换轮,垂直微动,光学对点器,补偿器转换钮,望远镜,圆水准器,二、DJ6级光学经纬仪的构造,光学经纬仪,对中整平装置,照准装置,读数装置,水准器,光学对中器或垂球,基座,圆水准器,管水准器,望远镜,控制望远镜转动的装置,复测钮,读数显微窗、采光镜,竖直度盘管水准器微倾螺旋,度盘,1、基座由轴座、脚螺旋、底板、三角压板等组成。作用：用于连接和整平。2、度盘包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。注记：0360（水平度盘）分划：30、1三种注：水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随望远镜转动；水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观测方向的观测值；竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望远镜固定，随望远镜一起转动。,3、照准部主要由望远镜、支架、竖直轴、横轴、竖直制动微动螺旋、水平制动微动螺旋、读数设备、水准器和光学对点器等组成。望远镜用于瞄准目标圆水准器用于粗略整平仪器管水准器用于精确整平仪器光学对点器用于使度盘中心和测点在同一铅垂线上读数装置用于读数,二、读数装置及读数方法读数装置由棱镜、透镜、读数显微镜组成；用于读取度盘读数。,读数方法分分微尺和测微器两种方法。,分微尺测微器,水平读数：2150648竖直读数：785200,度盘最小分划值为1，分微尺总长也是1，分成6大格，每大格为10，每大格分成10小格，每小格为1。直读1，估读到0.16,DJ6级光学经纬仪的角度测微,分微尺测微读数方法：(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21506.5即2150630)，竖直度盘角度是7852.4即785224)。秒为估读且为6的倍数,水平度盘读数(H)L1345324竖盘读数(V)L875900,读数显微镜中看到的图像,三、DJ2光学经纬仪主要用于三、四等角度测量和精密工程测量。,特点：1、测角精度高；2、采用对径符合读数；3、测微器可直接读到秒。,DJ2光学经纬仪包括基座、度盘、照准部三大部分。,测微轮,水平、竖直度盘转换手轮,J2-1型光学经纬仪,J2-2型光学经纬仪,DJ2光学经纬仪的读数(双平板玻璃读数),对径分划读数测微器读数,四、测钎、标杆和觇牌测钎、标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具。,测钎：适用与距测站较近的目标。标杆：适用与距测站较远的目标。觇牌：固定在三脚架上使用，远近皆可适用；一般为红白或黑白相间且常与棱镜结合，用于电子经纬仪或全站仪。有时也可悬挂垂球用垂球线作为瞄准标志。,一、电子经纬仪电子经纬仪是一种采用光电元件实现测角自动化、数字化的电子测角仪器。,特点：1、采用电子测角系统，自动显示测量结果；2、可与测距仪组成全站仪；3、测量数据处理自动化。,电子经纬仪的支架、轴系、望远镜和制动系统与光学经纬仪类同，但度盘及其读数系统完全不一样，有两种：编码度盘和光栅度盘。,1、编码度盘及其读数系统,纯二进制编码度盘码道码区,电子经纬仪的测角系统,2、光栅度盘及其测角原理,如果两光栅的相对移动是沿x方向从一条格线移到相邻的另一条格线，则干涉条纹将在Y方向上移动一整周，即光强由暗到明，再由明到暗变化一个周期，于是干涉条纹移动的总周数将等于所通过的格线数。反之，如果数出和记录光感器所接收的光强曲线总周数，便可测得移动量，再经过电信号转换，最后得到角度值。,特点：自动读数、记录、计算。,电子经纬仪显示屏及操作键盘,二、激光经纬仪,在经纬仪上安装激光装置，使视准轴射出一条可见光。,主要用于各种施工测量。,激光器,激光束,弯管目镜,经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准和读数四项基本操作。,一、对中、整平目的：使测点中心与仪器竖轴中心在同一铅垂线上；使水平度盘处于水平位置。方法：有垂球对中和光学对点器对中两种，由于垂球对中精度较低，且使用不便，工程测量中一般采用光学对点器对中。,光学对点器对中及整平的步骤：安置仪器：高度适中，使测点在视场内；强制对中：调节脚螺旋，使光学对点器中心测点重合；粗略整平：调节三脚架，使圆水准气泡居中；精确整平：调节脚螺旋，使长水准气泡居中；精确对中：移动基座，精确对中（只能前后、左右移动，不能旋转）；重复、两步，直到完全对中、整平。,二、调焦与瞄准目的：视准轴对准观测目标的中心。方法：调节目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；利用粗瞄器，粗略瞄准目标，固定制动螺旋；调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰，注意消除视差；调节制动、微动螺旋，精确瞄准。,测水平角单丝重合,测水平角用双丝夹粗目标,测竖直角用横丝切目标顶部,三、读数方法：打开反光镜，使读数窗光线均匀；调焦使读数窗分划清晰（注意消除视差）；按不同的测微器直接读取水平、竖直度盘读数（度、分、秒，秒为估读且为6的倍数）。水平角：2150648竖直角：785200,一、测回法（只有两个方向）,1、操作步骤安置仪器于O点，对中整平；正镜（盘左）瞄准M点，度盘归零（复测装置或度盘变换手轮）；顺时针转动仪器，瞄准N点读数；倒镜（盘右），瞄准N点读数；逆时针转动仪器，瞄准M点读数。,2、记录与计算（见表3.1)盘左（正镜）观测瞄M，记录m左=00036瞄N，记录n左=684248上半测回的角值：左=n左-m左=684212盘右（倒镜）观测瞄N，记录n右=2484230瞄M，记录m右=1800024下半测回角值：右=n右-m右=684206,一测回角值,检核对于DJ6经纬仪，上下半测回角度之差应满足：，否则，应重测。,当测角精度要求较高时，需观测多个测回：第一测回度盘归零；其他各测回间按180/n（n为测回数）的差值，变换度盘；各测回角值之差不得超过40；取各测回平均值作为最后结果。,测站,第一测回O,第二测回O,左,左,右,右,MN,MN,MN,MN,00036,684248,684212,684209,1800024,2484230,684206,684215,901012,1585230,2701018,3385242,684218,684224,684221,测回法观测手簿,表3.1,二、方向观测法（目标多于两个）1、操作步骤安置仪器于测站点O，对中、整平；正镜（盘左），选择零方向C，顺时针依次照准目标D、A、B、C（归零），读数；倒镜（盘右），瞄准零方向C，逆时针依次照准目标B、A、D、C（归零），读数；,D,C,A,归零后方向值的计算：各方向平均读数分别减起始方向平均读数。,2、记录与计算(观测记录见表3.2)归零差的计算:分别计算盘左、盘右两次瞄准起始方向读数之差；（若超限，应及时重测）计算2c值（两倍视准误差）：2c=盘左读数-（盘右读数180）若2c超限，应及时重测。各方向平均读数的计算：,各测回归零后平均方向值的计算：各测回归零后方向值的平均值。水平角的计算：相邻方向值之差，即为相邻方向所夹的水平角。,角值,123456789,方向观测法观测手簿,O,O,第1测回,第2测回,C,D,B,A,C,C,A,B,D,C,00054,792748,1423118,2884630,00042,1800024,2592730,3223100,1084606,1800018,-12,-6,+30+18+18+24+24,+18+18+30+12+24,000397927391423109288461800030,（00034）,0000079270514230352884544,0000079265914230292884547,90010616927542323130184648900100,2700048349273642310019846362700036,90005716927452323115184642900048,0000079265314230232884550,（900052）,792659,630330,1461518,711413,-6,-12,表3.2,一、竖直度盘构造竖直度盘固定在望远镜的旋转轴（横轴）上。主要由竖直度盘、竖盘指标、（竖盘指标水准管、竖盘指标水准管微动螺旋），目前很多仪器用自动补偿器代替了水准管。,根据度盘的刻划顺序不同，分为顺时针注记和逆时针注记两种。,顺时针注记,逆时针注记,、竖直角计算公式顺时针注记竖盘刻划：目镜0，物镜180盘左:L=90L（上半测回）盘右:R=R270（下半测回）一测回竖直角：=（L+R）/2=（RL180）/2,二、竖直角观测与计算,逆时针注记竖盘刻划：目镜180，物镜0盘左:L=L90（上半测回）盘右:R=270R（下半测回）一测回竖直角：=（L+R）/2=（LR+180）/2（L、R分别为盘左、盘右竖盘读数）,竖直角计算的通用公式：（1）当望远镜视线往上仰，竖盘读数增加时：=瞄准目标时的读数视线水平时的常数（）当望远镜视线往上仰，竖盘读数减小时：=视线水平时的常数瞄准目标时的读数对不同注记形式的度盘，首先应正确判读视线水平时的常数，且同一仪器盘左、盘右的常数差为180。,2、观测、记录与计算竖直角观测安置仪器，对中、整平；盘左瞄准目标某一位置，读取竖盘读数L；盘右瞄准原目标位置，读取竖盘读数R。（以上盘左、盘右观测构成一个测回）记录与计算(见表3.3)分别计算盘左、盘右半测回竖直角，计算盘左盘右的平均值作为一测回竖直角。,测站,目标,竖盘位置,竖盘读数,半测回竖直角,指标差,一测回竖直角,备注,O,P,P,左右,左右,711236,2884700,961842,2634100,-12,-9,+184712,-61851,+184724,+184700,-61842,-61900,竖直角观测手簿,表3.3,L=90LR=R270x=（RL）/2=（L+R）/2,三、竖盘读数指标差,读数指标与正确位置之间的小夹角x，称为竖盘指标差。,X,X,如图：盘左位置，望远镜上仰，读数减小，竖盘读数为L。则正确的竖直角为：,90LxLx（1）,指标差计算,如图：盘右位置，望远镜上仰，读数增大，竖盘读数为R。则正确的竖直角为：,R270x=Rx（2）,（1）、（2）两式联立得：,通过盘左、盘右竖直角取平均值，可以消除指标差；对于DJ6经纬仪，同一测站上不同目标的指标差互差或同方向各测回指标差互差，不应超过25。,一、经纬仪应满足的几何条件,主要轴线：竖轴VV水准管轴LL横轴HH视准轴CC几何关系：LLVVCCHHHHVV望远镜十字丝竖丝垂直于横轴,二、检验与校正（一）水准管轴垂直于竖轴的检验与校正1、检验仪器粗平：圆水准器气泡居中。水准管平行某两个脚螺旋，使水准管气泡居中。照准部旋转180，若气泡仍居中，则满足要求，若气泡偏离，则需校正。,2、校正用脚螺旋调一半；用水准管校正螺旋调一半。,此项检校需反复进行，直至仪器旋转到任意方向气泡都居中。,校正螺丝,（二）十字丝竖丝的检验校正1、检验仪器整平竖丝瞄准大致水平方向的P点，竖直方向移动望远镜，看P点是否在竖丝上移动2、校正用十字丝的交点瞄准P点。用十字丝的校正螺旋调整。,（三）视准轴垂直于横轴（2c）的检验与校正1、检验平地选DAB=20m左右,安置仪器于中点O；A点设瞄准标志，B点横一毫米刻划标尺（注意标志、标尺与仪器同高）。盘左：瞄A，倒镜，读数为B1盘右：瞄A，倒镜，读数为B2若B1=B2，则满足要求若B1B2，则存在c角，当c超过1时，需校正。,2、校正在标尺上定出B1、B2两点连线的中点B；定出B、B2两点连线的中点B3；调节十字丝校正螺丝，使十字丝交点对准B3；,（四）横轴垂直于竖轴的检验与校正1、检验距墙壁D=30m安置仪器，墙壁上选一明显目标P，30；盘左:瞄P，望远镜水平，读数P1，标出P1；盘右:瞄P，望远镜水平，读数P2，标出P2；若P1=P2,则满足要求，若P1P2,则存在i角，需校正。,2、校正墙上定出P1、P2的中点PM；调节水平微动，瞄准PM，将望远镜上仰（十字丝交点必偏离P点，至P点；校正横轴一端支架上的偏心环，使横轴一端升高或降低，移动十字丝，精确瞄准P；反复检校，直至i角小于1；,（五）竖盘指标差的检验与矫正1、检验仪器整平，用盘左、盘右分别瞄准大致水平方向的P点，读数为L，R。计算竖直角和指标差=（RL180）/2X=(LR360)/2DJ6:若X60，满足要求，若