工程测量--第三章经纬仪及角度测

第三章经纬仪及角度测量,第一节水平角测量原理,如图：观测BA、BC方向线间的夹角；将三点沿铅垂方向投影到水平面P上得到b、a、c三点；ba、bc的夹角就是BA、BC方向线之间的夹角；可以设想在点B处水平有一带刻度的圆盘（刻度顺时针标记），过方向线BA、BC的铅垂面在圆盘上的读数为a、c，则夹角=c-a。,水平角：地面上一点到其它两目标的方向线到同一水平面上的铅垂投影所形成的夹角。,要具有测量水平角的功能的仪器，必须满足以下条件：1、经纬仪能够安置水平刻度盘，并能够精确读取刻度盘上的读数；2、能够进行水平、竖直旋转，以瞄准空间上不同方向、不同高度、不同距离的目标；3、具有使仪器的度盘中心和测点位于同一条铅垂线上的设备。,第二节光学经纬仪,经纬仪分光学经纬仪和电子经纬仪两大类。按精度分:DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15五个等级。按技术分:光学经纬仪、电子经纬仪、全站仪。D：大地；J：经纬仪；下标数字：表示每测回方向观测值中误差（）。,一、DJ6型光学经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成。,1、照准部在角度测量过程中，作为一整体可围绕竖轴旋转的部分，由多个小部分构成，由水平制动螺旋和微动螺旋控制。1）望远镜用以瞄准目标，固定在横轴上，可围绕横轴仰俯转动；2）竖直度盘与横轴连在一起，用以测量竖直角；3）照准部水准管用以检查仪器是否水平；4）光学读数系统由一系列的棱镜和透镜组成，可将水平度盘和竖直度盘的刻度投影到读数显微镜内进行读数。5）读数显微镜用以读取水平度盘和竖直度盘的读数。6）内轴是仪器的竖轴，也是照准部的旋转轴。,2、水平度盘部分主要由水平度盘、度盘变换轮和外轴组成。1）水平度盘在度盘上按顺时针方向刻有0o360o的分划线，度盘上相邻两分划线所对的圆心角，称为度盘的分划值。2）度盘变换轮测量时，有时需要在特定的方向使得水平度盘的读数为某特定值，打开度盘变换轮的保险，转动手轮并推进，到达数据后，关上保险。3）外轴用以连接水平度盘部分和基座部分。,3、基座用以连接仪器和三脚架,4、光学经纬仪的读数方法DJ6光学经纬仪的读数采用分微尺读数装置和单平行玻璃测微器读数装置两种。1）分微尺测微器读数装置H标记为水平度盘读数窗V标记为竖直度盘读数窗刻划：度盘分划值为1；分划尺分成6大格（10），每大格又分为10小格，每小格为1，估读到0.1；先读分微尺上的度数；再读分划线在分微尺上的分数。,例：H：度数180o；分数6.4；读数180o+6.4=180o624V：读数645312。,例1:,例2:,例3:,例4:,2）单平行玻璃测微器读数单平行玻璃测微器主要由平板玻璃、测微尺、测微轮、连接机构组成。读数窗口显示的是由上、下两排影像组成，下排以o为单位，上排以为单位。读数前，转动测微轮，将双指标线移动到下排分划线的对称两侧。读数：下排读数：91o30；上排读数：1830；读数为：91o30+1830=91o4830,3）DJ2型光学经纬仪采用对径重合读数法。度盘分划值为20，测微窗为测微尺的影像，左侧注记为分值，右侧注记为整十倍秒值。1）读数前转动测微轮，使上下排分划线精确重合。2）找出上排一数据（在左侧）与下一排数据（在右侧）相差180o的正像读数163o；3）找出两相差180o的数据间的格数，四格，即30；4）在测微窗，读数：816.3；5）最后读数：163o+30+816.3=163o3816.3,第三节经纬仪的基本操作,经纬仪的操作步骤有对中、整平、照准、读数四大步。一、对中目的：使经纬仪的竖轴中心与测站点位于同一铅垂线上。1、垂球对中2、光学对点器对中在仪器的竖轴中安装一个小望远镜，并有一个反光棱镜，可在水平方向检查是否对中。垂球对中先使脚架头水平，再移动三脚架（粗略对中）在脚架头上移动仪器（精确对中）,光学对中大致水平、大致对中先将脚架大致对中、水平；眼睛观察光学对中器，两手抓住两个脚架进行拖动，使大致对中，垂直放下脚架，并保持脚架头大致水平，踩实，伸缩架腿，使仪器尽量水平。,二、整平（仅仅限于已经由伸缩架腿，使仪器基本整平基础上）目的：是为了使经纬仪的竖轴处于铅垂状态。1、转动照准部，使水准管平行于两脚螺旋的连线；2、旋转该连线上的两脚螺旋，使气泡居中；3、旋转照准部90o；4、旋转另一脚螺旋使气泡居中；5、重复前面四步；6、若照准部旋转一周，气泡始终居中，则说明竖轴处于铅垂状态。7、总体检查对中、整平情况。,气泡居中，1、2等高,1,2,3,高,气泡居中，3与1、2等高,三、照准观测目标必须要有照准标志，测量上的照准标志有标杆、测钎、觇牌，都应立于测量点位上。测量时，以十字丝的交点瞄准照准目标中心。,照准步骤：1、镜对光；2、粗瞄目标；3、精确瞄准；4、消除视差。四、读数,瞄准方法(4点)目镜对光使十字丝清晰用准星粗瞄目标物镜对光，使目标像清晰用水平微动精确瞄准目标,TDJ2ETDJ2（北光）,第四节水平角观测,读数系统两次在读数刻盘上的读数之差，即为两方向的水平角。水平角的观测方法有测回法和全圆法。,一、测回法测回法一般用于观测两个方向间的夹角。如图，要测BC、BA两方向的水平角：,概念：盘左：当目镜对着观测者时竖盘在望远镜的左边,盘左位置,盘右位置,盘右：当目镜对着观测者时竖盘在望远镜的右边,测回法观测步骤,01212,720848,715636,A,B,O,在测站点安置仪器，目标点竖立目标；,上半测回,a：精确瞄准A目标配置水平度盘至0度稍大处，并读水平度盘读数a左，并记录;,b：顺时针转动照准部，精确瞄准B目标，读取b左，并记录；,c：计算左=b左a左,下半测回（盘右测回）,01212,720848,715636,2520830,1801200,715630,715633,715636,检查a：=左右40,A,B,O,a：倒转望远镜，逆时针转动照准部精确瞄准B目标，读取b右，并记录；,b：逆时针转动照准部重新瞄准A读取a右；,c：计算右=b右a右,b：计算=（左右）/2,计算水平角度时，总是用右边方向的读数减去左边方向的读数，若不够减，则右边方向的读数加上360o再减。若为提高测角精度而施测多个测回，则第一测回后各测回的起始读数应加上180o/n。各测回值差值不应超过规范要求。,二、全圆测回法当观测方向有3个或3个以上时，采用全圆测回法。1、观测步骤1）盘左位置先选择观测条件较好的目标作为起始方向A，置度盘读数为稍大于0o，精确瞄准读数后，顺时针瞄准其它目标（B、C、D、A）读数，为上半测回；2）盘右位置照准目标A，读数，逆时针瞄准其它目标（D、C、B、A）、读数，下半测回。上、下半测回总称为一测回。每半测回的最后方向为起始方向，这称为半测回归零。每半测回过程中，照准部旋转一周，故称为全圆测回法。,O,A,B,C,D,上半测回,O,A,B,C,D,下半测回,2、记录,3、计算1）计算2倍照准误差2C，2C=左-（右180o）；2）计算盘左盘右读数平均值，平均值=左+(右180o)/23）计算起始方向读数平均值；4）计算归零后方向值；5）计算各测回归零后方向值的平均值。4、限差规定1）归零差对J212，对J6182）测回差对J2不超过12，对J6不超过241）2C互差对J2不超过18，对J6不做要求。若要求测角的精度高，可以增加测回数。,水平角观测注意事项：,1.仪器高度要与观测者的身高相适应，三脚架要踩实，脚架螺旋要拧紧，中心连接螺旋要拧紧，操作时不要用手扶三脚架，使用各螺旋时用力要轻。2.要精确对中，边长越短，对中误差影响越大。3.照准标志要竖直，尽可能用十字丝交点附近去瞄准标志底部。4.应该边观测、边记录、边计算。发现错误，立即重测。5.水平角观测过程中，不得再调整照准部水准管。如气泡偏离中央超过一格时，须重新整平仪器，重新观测。,第五节竖直角测量,在同一竖直平面内，视线与水平方向的夹角称为竖直角。视线位于水平方向上方时，称为仰角，为，视线位于水平方向下方时，称为俯角，为。,一、竖直度盘与读数系统竖盘固定在横轴上，随望远镜一起绕横轴转动，竖直度盘的分划线与分微尺一起成像于读数显微镜内。当望远镜水平，竖盘指标水准管气泡居中时的读数称为起始读数。,二、竖直角观测由于竖直度盘的注记形式不同，为了确保竖直角的计算正确，必须首先确定竖直角的计算公式。,顺时针注记,1、竖直角的计算原则：1）抬高物镜，如果读数逐渐增加，则：=读数始读数2）抬高物镜，如果读数逐渐减少，则：=始读数读数,2、观测竖直角的步骤在测站点安置仪器判断注记形式，确定计算公式观测：盘左：用横丝切住目标，使竖盘指标水准管气泡居中，读竖盘读数L，并计算L;盘右：用横丝切住目标原处，使竖盘指标水准管气泡居中，读竖盘读数R，并计算R。计算竖盘指标差及竖直角X（RL）2（RL）2,竖直角观测记录手簿,+21436,+21512,-83136,-83048,+18,+24,+21436,-83112,第六节经纬仪的检验,由于长期的使用及运输过程中的震动，可能破坏经纬仪的轴线间的几何关系。因此，进行重大工程前，应进行检验和校正。经纬仪的几何轴线应满足如下条件：1）照准部水准管轴应垂直于仪器竖轴（LLVV）；2）十字丝的竖丝应垂直于横轴；3）视准轴应垂直于横轴（CCHH）；4）横轴应垂直于竖轴（HHVV）；,5）望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，读数多为0o、90o、270o。,一、照准部水准管轴垂直于仪器竖轴的检验与校正1、检验1）安置好经纬仪，转动脚螺旋，使气泡居中；2）旋转照准部180o，检查气泡是否仍然居中。二、十字丝的竖丝垂直于横轴的检验和校正1、检验1）用十字丝瞄准墙壁，并将交点用明显标志标明；2）上、下缓慢转动望远镜，检查标志点是否偏离十字丝的竖丝。,三、视准轴应垂直于横轴的检验望远镜的视准轴不垂直于横轴所偏离的角度C称为视准误差，其是由十字丝的交点不正确而产生的。在望远镜绕横轴旋转的过程中，视线扫过的是一个圆锥面。这样如果测量同一竖直面上高低两点，水平度盘的读数将不同。1、检验1）安置经纬仪，先用盘左瞄准远处明显点P；2）假设十字丝的交点正确时读数为M，由于视准轴偏转了C角，瞄准目标时，望远镜必须左旋转C角，此时读数为M1，M=M1+C；3）盘右时，瞄准目标，望远镜必须右旋转C角，此时读数为M2，M180o=M2C；由可得,四、横轴应垂直于竖轴的检验横轴不垂直于竖轴的情况下，望远镜绕横轴旋转，视准轴扫过的平面是一个倾斜面。其测定同一铅垂面内的两点，测定的水平角不相同。1、检验1）距离墙壁安置仪器、整平；2）用盘左瞄准高处某点P；3）放平望远镜，标出十字丝交点P1；4）用盘右瞄准点P；5）放平望远镜，标出十字丝交点P2；6）检查P1和P2；,五、竖盘指标差的检验竖盘指标差是由指标线位置不正确造成的。设盘左时指标线读数比始读数大X，则盘左时观测的竖直角必然小X，盘右时观测的竖直角必然大X：得：盘左时=左X=90oLX盘右时=右X=R270oX=（左右）/2=（RL180o）/2X=（右左）/2=（RL360o）/2,检验1）安置经纬仪；2）盘左瞄准高处目标P，测定竖直角左；3）盘右瞄准目标P，测定竖直角右；4）检查左、右；,六、对点器的检验与校正1、检验1）安置经纬仪，将对点器的分划圈及地面标志调节成像调节清楚；2）在某方向上对整平、对中；3）旋转经纬仪180o，检查对中情况。上述六项检查项目的次序不能混，检查过程中不能随意拧动螺丝，否则会破坏已校正项目。,第七节角度测量中误差的来源及其消减办法,一、仪器误差1、仪器制造误差；2、仪器校正不完善误差。二、对中误差对测角的影响1、偏心距e越大，影响越大；2、测站到目标的距离越近，影响越大；3、与偏心方向、观测方向的夹角有关；4、向内偏心，使结果偏大；向外偏心，使结果偏小。,三、整平误差对测角的影响水平度盘不水平对观测高差较大的目标，测角影响较大。四、目标倾斜误差对测角的影响如果目标倾斜而照准时照准目标的顶部，就会引起测角误差，其与目标倾斜度、目标高度L和测站到目标的距离D有关。,由正弦定理得：,五、观测误差的影响1、照准误差的影响照准误差的受仪器的放大倍数、操作人员的技能的影响；2、读数误差的影响由于人眼的分辨率有限，在估读时产生误差。六、外界环境的影响1、安置仪器的质地影响；2、阳光照射的影响；3、大气折射的影响；4、水蒸汽的影响。,小结,1水平角：一点至两目标方向线在水平面上投影的夹角。=右目标读数左目标读数