第03章 角度测量VIP

土建工程测量,第3章角度测量,3.1水平角测量的原理3.2DJ6经纬仪构造与读数3.3DJ2经纬仪构造与读数3.4经纬仪的使用3.5水平角的观测3.6竖直角测量原理与观测法3.7经纬仪的检验与校正3.8如何将经纬仪作为水准仪使用3.9水平角测量误差分析3.10电子经纬仪,土建工程测量,水平面,=b-a,A,O,B,水平角：两条相交直线在水平面上的投影之间的夹角。,水平角（horizontalangle)的概念,3.1水平角测量的原理,a,b,o,土建工程测量,经纬仪必须具备三个条件：有一个能够置于水平位置带刻度的圆盘，圆盘必须安置在角顶点的铅垂线上。有一个能够在上、下、左、右旋转的望远镜。应有一个能指示读数的指标。,土建工程测量,3.2DJ6光学经纬仪构造与读数,1.经纬仪的分类(1)按精度分：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6和DJ15等5个级。D表示：大地Dadi，J表示：经纬仪Jingweiyi下标07表示：观测一个方向的中误差为0.7下标6表示：观测一个方向的中误差为6(2)按构造分：(a）光学经纬仪(b）电子经纬仪,土建工程测量,北光TDJ6型,苏光J2型,光学经纬仪,电子经纬仪,北光DJD2型,DJ6型经纬仪的构造,2.J6级经纬仪的构造,望远镜及其相连的横轴竖盘光学读数装置水准管水平制、微动螺旋望远镜制、微动螺旋光学对中器竖轴,水平度盘用光学玻璃刻制而成，其上刻有0360分划。,(2)水平度盘,指经纬仪上部可转动照准目标部分，主要包括下列部件:,(1)照准部,(3)基座：支撑仪器，设有3个脚螺旋，作为整平仪器用,望远镜制动螺旋,望远镜微动螺旋,拨盘螺旋,拨盘螺旋杠杆,望远镜,水准管,水平制动螺旋,水平微动螺旋,脚螺旋,TDJ6型光学经纬仪,土建工程测量,V,H,3.光学经纬仪的读数法(1)分微尺测微器（TDJ6型）,水平度盘,竖直度盘,土建工程测量,水平度盘从0360，每度一注记，1分成2格每格为30。测微盘1格20，可估读至5,测微手轮,(2)单平板玻璃测微器（DJ61型）,测微盘,竖盘,水平盘,土建工程测量,单平板测微读数原理,土建工程测量,土建工程测量,测微手轮,旋转测微手轮使下窗口的上下度盘分划影象（水平度盘对径分划影象）对齐后读：74348,双光锲数字式读数法（北光TDJ2型）,秒数值,分数值,3代表30,旋转测微手轮使窗口上下度盘分划影象（即度盘对径分划影象）对齐后读：1633408。,分数值,秒数值10,对径分划内有3格代表30,双光锲附合读数法（蔡司010）,(1)对中：目的：使度盘的中心与测站点在同一条铅垂线上。,3.4经纬仪的操作1.经纬仪的测站安置工作：对中、整平,对中操作演示,对中步骤是先用垂球进行初步对中（或称粗对中），然后用光学对中器进行精确对中（精对中）。,土建工程测量,(1)粗对中：(a)将三脚架张开，拉出伸缩腿，把蝶形螺丝旋紧，架在测站上，使其高度适中，注意架头应大致水平，这不仅是仪器对中的需要，也是整平的基础。(b)打开仪器箱，手握住仪器支架，将仪器取出，置于架头上，并使基座中心对齐三脚架头中心，一手紧握支架，一手拧紧连接螺旋。在连接螺旋下方挂一垂球，两手握住脚架移动(保持架头大致水平)，使垂球尖基本对准测站，将三脚三腿踩紧，使其稳定。检查对中情况。若相差较大，则稍松开连接螺旋，双手扶基座，在架头上移动仪器，使垂球尖对准测站误差在1cm以内，由于粗对中后还做精对中，所以粗对中时误差1cm也没有关系。悬挂垂球的线长要调节合适。正确使用垂球线调节板，调节垂球线长以使垂球尽量接近测站点。,土建工程测量,正确使用垂球线调节板,图b为有垂球勾挂法。图c为无垂球勾挂法，手持调节板穿过V形件，按图示方法绕有垂球的一股线缠一圈并贴近调节板即可。如无挂垂球线调节板，可按图d的打结方法。,土建工程测量,(b)操作光学对中器：旋转光学对中器的目镜使分划板的刻划圈清晰，再推进或拉出对中器的目镜管，使地面点标志成象清晰。稍微松开中心连接螺旋，在架头上平移仪器（尽量做到不转动仪器），直到地面标志中心与刻划中心重合，最后旋紧连接螺旋。检查圆水准器是否居中，检查对中情况，反复进行调整，从而保证对中误差不超过mm。,(2)精对中：使用光学对中器精确对中，可使对中误差达到1mm，具体步骤如下：,(a)粗平：光学对中器对准地面测站点时，仪器的竖轴必须竖直，因此应调脚螺旋使圆水准器气泡居中。,土建工程测量,光学对中器对中原理图示,土建工程测量,(2)整平,一,左手大拇指的运动的方向与气泡运动的方向一致。,整平操作演示,粗平：调脚螺旋使圆水准器气泡居中,精平：调脚螺旋使水准管气泡居中,土建工程测量,(3)瞄准,目标类型有：,土建工程测量,瞄准操作演示,1.旋转目镜螺旋使十字丝成象清晰。2.转动照准部，用粗瞄准器瞄准目标，瞄准后，固定制动螺旋。3.用望远镜十字丝瞄准，转对光螺旋消除视差。4.用水平微动螺旋精确瞄准目标。,将经纬仪安置在测站点O上，进行对中和整平。盘左位置，瞄准左方目标，用拨盘螺旋转水平度盘对准0或比0大点，得读数为a。顺时针转动照准部，瞄准右目标，得读数b。左=b-a完成上半测回观测。盘右位置，先瞄右方目标，读数b。逆时针转动照准部，再瞄左目标，读数a。右=ba完成下半测回观测。,3.5水平角的测量方法1.测回法,上半测回：盘左：AB（顺时针）左=b-a,下半测回：盘右：BA（逆时针）右=ba,上、下半测回角度之差应小于40。,此法适用于只有两个目标时的测角。,为了减少度盘的刻划误差的影响，各个测回的起始方向读数应该改变180/n（n为测回数）,各测回角度之差，不大于24。,土建工程测量,望远镜精确瞄准起始目标,先用瞄准器粗瞄准后，固定制动螺旋，转微动螺旋精确瞄准。拨盘螺旋的杠杆按下并同时推进拨盘螺旋，旋转拨盘螺旋（水平度盘随之转动），使度盘的0刻划线与分微尺的0分划线对齐。,起始方向安置某一度数的方法，依不同类型仪器而异。例如北光TDJ6，起始方向对00000的步骤是：,再按一下杠杆，此时拨盘螺旋弹出，以便使拨盘螺旋与度盘脱离齿合关系。,00206,684918,2484930,1800224,684712,684706,684709,900136,1584842,684706,3384848,2700148,684700,684703,684706,测回法测角记录表,A,B,o,各测回角度之差，不大于24,上、下半测回角度之差应小于40,为了减少度盘的刻划误差，各个测回的起始读数应该改变180/n。,=1151222323842=823340,=第2个目标读数b第1个目标读数a,=（551225360）3323845=823340,当b30时必须校正。,在盘右位置，保持B尺不动，在B尺上定出B3点，使,OB3便与横轴垂直。用校正针拨十字丝校正螺旋（左、右），一松一紧，平移十字丝分划板，直到十字丝交点与B3点重合，最后旋紧螺丝。,土建工程测量,（2）校正（针对正倒镜取中法）：,盘右位置，旋转照准部使水平度盘对准盘左盘右读数的平均值(注意：R应180后平均)。此时由望远镜纵丝偏离目标，调整十字丝环左右螺丝，首先要先松上下校正螺丝中一个，再一松一紧左右校正螺丝，使十字丝分划板左右移动。,土建工程测量,检验时，在距墙30m处安置经纬仪，在盘左位置瞄准墙上一个明显高点P，见右图。要求仰角应大于30。固定照准部，将望远镜基本放平，在墙上标出十字丝中点所对位置P1。,对于DJ6型经纬仪，当i20时必须校正。,再用盘右瞄准P点，同法在墙上标出P2点。若P1与P2重合，表示横轴垂直于竖轴。若两点不重合，表示条件不满足，两轴不垂直的误差为i角，可用下式计算：,式中:D为仪器到墙的距离为P点的竖角,5.横轴垂直于竖轴的检校,土建工程测量,用望远镜瞄准P1、P2直线的中点Pm，固定照准部。然后抬高望远镜使十字丝交点处于P点。由于i角的影响，P与P不重合。校正时应打开支架护盖，调整支架内的偏心轮，使横轴一端升高或降低，直到十字丝交点对准P点。由于经纬仪横轴密封在支架内，该项校正应由专业维修人员进行。,横轴校正步骤：,土建工程测量,6.竖盘指标差及其检校,1.检验用正倒镜观测远处大约水平一清晰目标3个测回，或对3个清晰目标各测1测回。然后，按下列公式算出指标差x：,3测回取平均，如果x大于1，则需校正,土建工程测量,先计算盘右瞄准目标的正确的竖盘读数(R-x)，旋转竖盘指标水准管的微动螺旋对准竖盘读数的正确值，此时，水准管气泡必偏歪，打开护盖，用校正针拨动水准管的校正螺丝使气泡居中。校正后再复查。对于有竖盘指标自动归零的经纬仪（如TDJ6），仍会有指标差存在，检验方法同上。校正方法不同，首先用改锥拧下螺钉，取下长形指标差盖板，可见到仪器内部有两个校正螺钉，松其中一螺钉紧另一个螺钉，使垂直光路中一块平板玻璃转动，从而改变竖盘读数对准正确值便可。,2、校正：,土建工程测量,7.光学对中器的检校,(3)再转照准部使对中器目镜位于另一个脚螺旋方向，将对中器刻划中心投绘在白纸板上，得b点。(4)再转照准部使对中器目镜位于第三个脚螺旋方向，将对中器刻划中心投绘在白纸板上，得c点。如果a、b、c三点重合，说明条件满足。否则需校正。2.校正如图3所示，找出a、b、c三角形的重心O。用校正针调节对中器四个校正螺丝(一松一紧)，使对中器刻划圆圈对准O点。反复检验与校正，直至条件满足要求。,1.检验检验时目的检查光学对中器的视准轴与仪器竖轴是否重合。检验的方法是：(1)经纬仪粗略整平，将一张白纸板放在仪器的正下方地面上，使白纸板在对中器的视场中心，压上重物，使其固定。(2)转照准部使对中器目镜位于一个脚螺旋方向，将对中器刻划中心投绘在白纸板上，得a点，如图所示。,土建工程测量,经纬仪检校项目总结,1.照准部水准管轴垂直于竖轴的检校2.圆水准器轴平行于竖轴的检校3.十字丝竖丝垂直于横轴的检校4.视准轴垂直于横轴的检校5.横轴垂直于竖轴的检校6.竖盘指标差的检校7.光学对中器的检校,土建工程测量,3.8如何将经纬仪作为水准仪使用,1.预先精确测定竖盘指标差：选3个清晰目标正倒镜观测求得3个指标差x取平均。每测一个目标均按下式计算指标差：,三个x互差不超过20，取平均。,2.作水准仪使用时，首先应将经纬仪竖盘指标归零开关打开。3.盘左位置，望远镜大约安置水平位置，转望远镜微动螺旋使竖盘读数精确对准90+x，此时望远镜视准轴cc即为水平视线。,在使用过程中绝对不要碰动望远镜的制动螺旋与微动螺旋。以经纬仪望远镜的视准轴作水平视线用，瞄准目标一般不宜太远。,土建工程测量,3.9角度测量误差分析,角度测量误差来源有仪器误差、观测误差、外界环境造成的误差。1.仪器误差包括仪器校正之后的残余误差及仪器加工不完善引起的误差。(1)视准轴误差：由视准轴不垂直于横轴引起的，对水平方向观测值的影响为：,由于盘左、盘右观测时，(c)符号相反，故水平角观测时，可采用盘左、盘右取平均值的方法加以消除。,土建工程测量,(2)横轴误差：横轴应垂直于竖轴，经校正其残余的横轴误差i。盘左、盘右观测时对水平角影响为(i)其值为：盘左、盘右符号相反，所以也可以采用正倒镜观测取平均值的方法消除。,(3)竖轴倾斜误差：竖轴应处于铅垂位置，但是由于水准管整平不够精确，造成竖轴倾斜，从而引起横轴不水平，给角度测量带来误差，其误差大小随瞄准不同方向、横轴处于不同位置而变化，根据推导得知竖轴倾斜角v，对水平度盘读数的影响(v)，其关系如下：,式中为竖轴倾斜最大时的视准轴方向与瞄准目标方向的夹角，为目标的竖角。,土建工程测量,(4)度盘偏心差：主要是度盘加工及安装不完善引起的。可以用盘左、盘右读数取平均值的方法予以减少。,(5)度盘刻划不均匀误差：由于仪器加工不完善引起的。可用不同度盘位置观测，削弱此误差的影响。,(6)竖盘指标差：可用盘左、盘右取平均值的方法消除。,正倒镜瞄准同一目标，竖轴倾斜角v与角都是相同的，即(v)符号不变。因此，正倒镜的平均值不能消除竖轴倾斜对水平方向的影响。测量前应严格检校仪器，观测时仔细整平，并始终保持照准部水准管气泡居中，气泡不可偏离一格。,土建工程测量,(1)对中误差：在观测时，若经纬仪对中有误差，将使仪器中心与测站点不在用一铅垂线上，造成测角误差。,2.观测误差,如下图，O点为测站点，A、B为目标点，O为仪器中心在地面上的投影。OO为偏心距，用e表示。则对中引起的测角误差为,土建工程测量,从上式可见，对中误差的影响与偏心距e成正比，与边长D成反比。当=180，=90时，角值最大。当e=3mm,D1=D2=60m时，对中误差为,这种误差不能通过观测方法消除，所以在测水平角时要仔细对中，在短边测量时更要严格对中。,土建工程测量,(2)目标偏心差：由于标杆倾斜引起的。如标杆倾斜，又没有瞄准底部，则产生目标偏心误差，见下图，O为测站，A为地面目标，AA为标杆，杆长d，杆倾角。目标偏心差为,从上式可见，目标偏心误差对水平方向影响与e成正比，与边长成反比。,目标偏斜对观测方向影响为：,为了减少这项误差，测角时标杆应竖直，并尽可能瞄准底部。,土建工程测量,(3)照准误差：测角时由人眼通过望远镜瞄准目标产生的误差称为照准误差。影响照准误差的因素很多，如望远镜放大倍数、人眼分辨率、十字丝的粗细、标志形状和大小、目标影像亮度、颜色等，通常以人眼最小分辨视角（60）和望远镜放大率v来衡量仪器的照准精度，为：,对于DJ6级经纬仪，v=28，,土建工程测量,(3)读数误差读数误差与观测者技术熟练程度、读数窗的清晰度和读数系统构造本身有关。对于采用分微尺读数系统而言，分微尺最小格值为t，则读数误差m0为m0=0.1t对于Dj6级经纬仪，t=1则读数误差m0=0.1=6,土建工程测量,外界环境对测角精度有直接影响，如大风、日晒、土质情况对仪器稳定性的影响及对气泡居中的影响，大气热辐射、大气折光对瞄准目标影响等。所以应选择微风多云、空气清晰度好，大气流不严重的条件下进行。,3.外界条件的影响,土建工程测量,1.电子经纬仪结构及其特点电子经纬仪是由精密光学器件、机械器件、电子扫描度盘、电子传感器和微处理机组成的，在微处理器的控制下，按度盘位置信息，自动以数字显示角值（水平角、竖直角）。测角精度有：6、5、2、1等多种。,3.10电子经纬仪,土建工程测量,土建工程测量,ET-02/05电经键盘与显示屏,土建工程测量,(1)电经测回法测量水平角步骤：例如，测量AOB水平角，测量内角：在HR状态下，盘左位置，瞄准A目标，按2次【0SET】键，A方向水平度盘读数置0，顺时针旋转照准部瞄准B方向读数，即为半测回内角值。纵转望远镜后成盘右位置，瞄B读数，逆时针转瞄A读数即完成下半测回的内角测量。,(2)电经测量竖角步骤：竖角观测前应进行初始化设置，即设置水平方向为0还是90，后一种设置观测结果为天顶距。普通测量一般采用观测竖角。当显示屏显示“V0SET”时，即提示竖盘指标应归零。操作法是，在盘左位置将望远镜在竖直方向上转动12次，当望远镜通过水平视线时，仪器自动将竖盘指标归零，并显示出当时望远镜视线方向的竖角值。竖角具体观测步骤与光学经纬仪相同。,土建工程测量,2.电子测角原理,编码度盘是类似于普通光学度盘的玻璃码盘，有许多同心圆环，每一同心圆环称为码道，每圆环又刻成若干等长的透光与不透光的区，以透光表示二进制代码“1”，不透光表示“0”，因此，当照准某一方向时，通过光电扫描而获得方向代码，所以一般又称为绝对式读数系统。,(1)编码度盘测角原理：,土建工