03角度测量课件

测量学Surveying,第三章角度测量AngleMeasurement,工程测量基本工作之二,12:43,2,目的与要求,了解光学经纬仪的基本构造及相应的技术指标；熟悉竖盘指标差的产生原因、消除方法及检校方法；掌握水平角及竖直角的测量原理、观测方法、操作程序、记录及计算；掌握角度测量误差来源和消除方法。,12:43,3,引言,角度水平角用于计算点的水平位置。竖直角用于计算点的高差或将倾斜距离换算成水平距离。,12:43,4,3.1水平角与竖直角的测量原理,水平角测量（horizontalangle）空间的两条方向线在水平面上投影所夹的角度。取值范围：003600；水平角测量用于求算点的平面位置。,12:43,5,3.1水平角与竖直角的测量原理,水平角的测量方法假设有一个带有003600的顺时针标记度数的圆盘，使圆盘中心过铅垂线Oo，并且让圆盘和水平面平行，然后把OA，OB两条方向线投影到圆盘上，对应的角度分别为a1，b1=b1-a1,12:43,6,3.1水平角与竖直角的测量原理,竖直角的定义在同一竖直面内，从一点瞄准目标的产生的视线与水平视线的夹角，分为仰角和俯角。取值范围：0o90o天顶距视线与铅垂线的夹角,12:43,7,3.1水平角与竖直角的测量原理,从前面的叙述可知，观测水平角的仪器必须满足下面条件：必须有一个带有003600标记的度盘；仪器可以使度盘中心通过水平角定点的铅垂线上，并能使度盘水平；仪器具有读出方向线所对应度盘上度数的装置；仪器具有能够瞄准地面目标点的装置望远镜，并且望远镜必须有二维自由度，即能够在水平和竖直方向自由旋转；测量角度用的经纬仪就是根据以上特点设计制造的。,12:43,8,3.2光学经纬仪,3.2.1光学经纬仪的基本结构经纬仪测量角度的仪器。按经纬仪的读数系统分类：光学经纬仪、游标经纬仪、电子经纬仪。,12:43,9,3.2.1光学经纬仪的基本结构,游标经纬仪,12:43,10,3.2.1光学经纬仪的基本结构,光学经纬仪,12:43,11,3.2.1光学经纬仪的基本结构,激光经纬仪,12:43,12,3.2.1光学经纬仪的基本结构,电子经纬仪,12:43,13,3.2.1光学经纬仪的基本结构,全站仪,12:43,14,3.2.1光学经纬仪的基本结构,我国经纬仪的型号用“DJ”表示，“D”表示“大地测量”，“J”是经纬仪拼音的首字母，后面的数字代表经纬仪所能达到的精度。经纬仪的精度是由水平方向的一个测回的中误差来表征的，误差单位“秒”。按经纬仪的测量精度分类精密经纬仪（DJ05，DJ01，DJ1，DJ2）普通经纬仪（DJ5，DJ6及以下精度）,12:43,15,望远镜物镜,光学瞄准器,读数显微镜管,望远镜制动手轮,望远镜调焦手轮,读数显微目镜,望远镜目镜,望远镜垂直微动手轮,光学对点器,正镜观测外观,望远镜水平微动手轮,12:43,16,12:43,17,3.2.1光学经纬仪的基本结构,DJ6级光学经纬仪构造基座、水平度盘、照准部,照准部,水平度盘,基座,12:43,18,3.2.1光学经纬仪的基本结构,光学经纬仪构造简图水平度盘水平圆盘拨盘手轮轴套基座基座脚螺旋连接板,3.2.1光学经纬仪的基本结构,12:43,19,3.2.1光学经纬仪的基本结构,基座基座用来支承整个仪器，并借助中心螺旋使经纬仪与脚架结合，其上有三个脚螺旋，用来整平仪器。竖轴轴套与基座连在一起。轴座连接螺旋拧紧后，可将照准部固定在基座上，使用仪器时，切勿松动该螺旋，以免照准部与基座分离而坠落。,12:43,20,3.2.1光学经纬仪的基本结构,水平度盘水平度盘是玻璃制成的圆环，在其上刻有分划，从0o360o，顺时针方向注记，用来测量水平角。度盘轴套套在竖轴轴套的外面，绕轴套旋转。水平度盘与照准部是分离的，当照准部转动时，水平度盘并不随之转动。如果需要改变水平度盘的位置，可通过照准部上的水平度盘拨盘手轮，将度盘变换到所需要的位置。,12:43,21,3.2.1光学经纬仪的基本结构,照准部基座以上能够转动的部分，包括：望远镜、横轴、支架、竖轴、水准管、水平制微动、竖直制微动及读数装置,12:43,22,3.2.1光学经纬仪的基本结构,望远镜结构与水准仪基本类似，不同的是经纬仪既可以水平转动也可以竖直转动，但经纬仪的望远镜只用于瞄准目标，不用于度数。望远镜的旋转轴称为横轴。通过调节望远镜制动螺旋和微动螺旋，可以控制望远镜的上下转动。望远镜的视准轴垂直于横轴，横轴垂直于仪器竖轴。因此，在仪器竖轴铅直时，望远镜绕横轴转动扫出一个铅垂面。,12:43,23,3.2.1光学经纬仪的基本结构,竖轴照准部的旋转轴称为仪器的竖轴。通过调节照准部制动螺旋和微动螺旋，可以控制照准部在水平方向上的转动。照准部水准管照准部水准管用于精确整平仪器。水准管轴垂直于仪器竖轴，当照准部水准管气泡居中时，经纬仪的竖轴铅直，水平度盘处于水平位置。,12:43,24,3.2.1光学经纬仪的基本结构,轴系四条轴线：水准管轴LL，竖轴VV、横轴HH、视准轴CC。四轴关系：（1）竖轴垂直于水准管轴；（2）横轴垂直于竖轴；（3）视准轴垂直于横轴,12:43,25,3.2.1光学经纬仪的基本结构,竖直度盘竖盘度盘与水平度盘的构造类似，竖直度盘的中心位于横轴一端，且与横轴垂直，随望远镜一起同时在竖直面内转动。竖直度盘与横轴同轴并垂直。,12:43,26,3.2.1光学经纬仪的基本结构,读数装置（分微尺）分微尺测微器的结构简单，读数方便，具有一定的读数精度，广泛应用于J6级光学经纬仪。读数的主要设备为读数窗上的分微尺，水平度盘与竖盘上1的分划间隔，成象后与分微尺的全长相等。分微尺分成60等分，格值1，可估读到0.1（60）。,12:43,27,3.2.1光学经纬仪的基本结构,读数窗口中上面的窗格里是水平度盘及其分微尺的影象，下面的窗格里是竖盘和其分微尺的影象。读数时，以分微尺上的零线为指标。度数由落在分微尺上的度盘分划的注记读出，小于1o的数值，即分微尺零线至该度盘刻度线间的角值，由分微尺上读出。,12:43,28,3.2.1光学经纬仪的基本结构,读数方法读取分微尺内度分划的度数；读取分微尺0分划至该度分划所在分微尺上的分数；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（2150630）竖直度盘角度是7852.4（875224）,读数时估读至0.1！,12:43,29,3.2.1光学经纬仪的基本结构,DJ6级经纬仪光路图,12:43,30,3.3水平角测量,经纬仪的基本操作对中整平瞄准读数对中目的使得仪器中心或水平度盘的中心与测站点的标志中心位于同一铅垂线上。方法垂球对中光学对中,12:43,31,3.3.1经纬仪的基本操作,垂球对中步骤粗略对中：移动三脚架使得垂球尖距离测站中心12cm范围内；精确对中：稍稍松动螺栓，在架头上移动仪器（注意不能转动），使垂球尖精确对准测站标志中心，旋紧固定螺栓。注意角架头首先要放平，三个脚螺旋要基本等高；角架要适当踩实；垂球尖尽量接近标志，便于判断。,12:43,32,3.3.1经纬仪的基本操作,光学对中步骤先目估三脚架头大致水平，且三脚架中心大致对准地面标志中心，踏紧一条架脚。双手分别握住另两条架腿稍离地面前后左右摆动，眼睛看对中器的望远镜，直至分划圈中心对准地面标志中心为止，放下两架腿并踏紧。调节架腿使气泡基本居中，然后用脚螺旋精确整平。检查地面标志是不位于对中器分划圈中心，若不居中，可稍旋松连接螺旋，在架头上移动仪器，使其精确对中。,12:43,33,3.3.1经纬仪的基本操作,整平特指管水准器整平，经纬仪测量只有精平目的使经纬仪的水平度盘和横轴水平，仪器的竖轴与竖直度盘铅垂。一测回中，调好之后不允许再次调节。,12:43,34,3.3.1经纬仪的基本操作,气泡居中，1、2等高,气泡居中，3与1、2等高,12:43,35,3.3.1经纬仪的基本操作,瞄准用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。步骤粗瞄、制动、调焦消除视差、精确瞄准；用水平微动螺旋精确瞄准。精确瞄准应瞄准目标的下端，减少由于目标不垂直引起的方向误差。,12:43,36,3.3.1经纬仪的基本操作,读数打开采光镜，观察读数显微镜，同时调节采光镜角度，直至镜筒内明亮清晰。读数与记录有呼有应，有错即纠。纠错的原则“只能划改，不能涂改”。读数时读“XX度XX.X分”，记录的读数值应化为度、分、秒（）的单位。,12:43,37,3.3.2测量水平角方法一：测回法,两个概念盘左盘右,盘左观测,盘右观测,竖直度盘,竖直度盘,12:43,38,3.3.2测量水平角方法一：测回法,盘左（正镜）瞄准j，读数j左瞄准k，读数k左盘右（倒镜）瞄准k，读数k右瞄准j，读数j右,第一方向,上半测回,下半测回,一测回,J,K,第二方向,12:43,39,3.3.2测量水平角方法一：测回法,角是从起始方向（第一方向）顺时针转到第二方向所成的角度，观测时必须首先确定起始方向，然后按照“测回法”的步骤观测。水平角总是用第二方向读数减去第一方向读数得到。,12:43,40,3.3.2测量水平角方法一：测回法,精度要求盘左、盘右两次测定水平角需满足：通常取水平角值为：,12:43,41,3.3.2测量水平角方法一：测回法,测回法的记录格式,2542406,1800500,741906,右,A,B,O,左,A,B,000418,742342,741924,741915,测站,竖盘位置,目标,水平度盘读数,半测回角值,一测回角值,示意图,12:43,42,-1462254,3.3.2测量水平角方法一：测回法,1801118,343412,001030,2143342,2142312,测站,竖盘位置,目标,水平度盘读数,半测回角值,一测回角值,示意图,B,A,C,12:43,43,3.3.2测量水平角方法一：测回法,当表盘中C读数小于A的读数时，说明转动已超过一周，此时读数应加360o。,12:43,44,-1462254,3.3.2测量水平角方法一：测回法,1801118,343412,2142254,001030,2143342,2142312,2142303,测站,竖盘位置,目标,水平度盘读数,半测回角值,一测回角值,示意图,3943412,12:43,45,3.3.2测量水平角方法一：测回法,度盘起始位置配置方法（起始角度设置原则）若观测N个测回，各测回按180o/N的差值来配置度盘的起始位置。例如：某一测站观测3个测回，则起始角度应分别从0o，60o，120o附近开始。目的：消除度盘刻划不均匀产生的误差。测回法小结,0o,90o,180o,270o,12:43,46,3.3.2测量水平角方法二：方向观测法,也称“全圆观测法”适用条件在一个测站上需要观测两个以上方向。步骤（以四个观测方向为例）上半测回选择一明显目标A作为起始方向（零方向），用盘左瞄准A，配置度盘，顺时针依次观测A、B，C，D，A。,A,B,O,C,D,零方向,12:43,47,3.3.2测量水平角方法二：方向观测法,下半测回倒镜成盘右，逆时针依次观测A，D，C，B，A。同理各测回间按180o/N的差值，来配置水平度盘。,A,B,O,C,D,零方向,12:43,48,3.3.2测量水平角方法二：方向观测法,方向观测法计算、记录半测回归零差方向观测法首先瞄准起始方向读取水平度盘读数a，转动一周后重新瞄准起始方向的读数a称为归零，a与a之差称为归零差。归零差限值：J212；J618。2c值（两倍照准误差）:2c值为同一方向盘左和盘右的读数差即2c盘左读数（盘右读数180o）一测回内2c互差：J218；J6不作要求。,12:43,49,3.3.2测量水平角方法二：方向观测法,各方向盘左、盘右读数的平均值平均值=盘左读数+(盘右读数180)/2注意：零方向观测两次，应将平均值再取平均。归零方向值将各方向平均值分别减去零方向平均值，即得各方向归零方向值。各测回归零方向值的平均值同一方向上、下两个测回的结果取平均值同一方向值各测回间互差：J212;J624。计算各方向之间的水平角,12:43,50,方向观测法记录手簿,51,52,(00103),00106,1312006,411809,1242733,1602509,00100,00000,411706,1242630,1602406,00000,411702,1242634,1602406,(900309),900315,00000,411657,2142948,1242639,2502715,1602406,900303,12:43,53,3.3.3水平角的测量误差,仪器误差仪器制造不完善产生种类水平度盘的刻划误差；偏心误差；水平度盘不垂直于竖轴等。处理方法刻划不均：变化度盘位置减小其影响；度盘偏心：采用度盘的对径读数来减弱。,12:43,54,3.3.3水平角的测量误差,仪器检校不完善产生的误差种类视准轴不垂直于横轴；横轴不垂直于竖轴；竖轴不垂直于照准部水准管轴等。处理方法视准轴不垂直于横轴和横轴不垂直于竖轴可采用盘左、盘右观测取平均值的方法来消除。,12:43,55,3.3.3水平角的测量误差,整平误差水平度盘没有严格水平。对中误差对所测水平角的影响值与对中误差成正比，与测站点到目标的距离D成反比。采用垂球对中的误差约为3mm，采用光学对中器对中的误差约为1mm。,12:43,56,3.3.3水平角的测量误差,瞄准误差影响瞄准的因素望远镜的放大倍率，人眼的判断能力，目标的形状、大小、亮度及背景均影响瞄准。瞄准误差公式p为正常人眼的最小分辨角，一般约为60；v为望远镜放大倍率。,12:43,57,3.3.3水平角的测量误差,读数误差读数时的估读误差，主要取决于仪器读数系统的精度以及操作人员熟练程度。例如使用分微尺读数设备的经纬仪，可估读到分微尺最小格值的1/10。外界条件的影响种类风力和地面不坚实影响仪器的稳定，气温变化影响仪器的使用性能，地面热辐射引起影响跳动或折光等。,12:43,58,3.4竖直角测量,竖直角同一竖直面内倾斜视线与水平线之间的夹角取值范围-90o90o。仰角为正，俯角为负。,12:43,59,3.4竖直角测量,竖直角观测的用途将斜距转化为平距；已知斜距S，竖直角，计算平距D：,A,B,S,D,12:43,60,3.4竖直角测量,三角高程测量已知平距D，竖直角，计算AB两点之间高差hAB,12:43,61,3.4竖直角测量,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,12:43,62,3.4竖直角测量,竖直度盘经纬仪的竖直度盘垂直于横轴，中心位于横轴上，位于望远镜的一侧，随望远镜一起在竖直面内绕横轴转动。,竖直度盘,12:43,63,3.4竖直角测量,读数指标,盘左,盘右,读数指标线,12:43,64,3.4竖直角测量,读数指标的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，指标线铅垂；视线水平、指标铅锤时，竖盘读数为常数：盘左时一般L0=900，盘右时一般R0=2700。,12:43,65,3.2.2竖直角的观测与计算,竖直角观测安置仪器于测站点，盘左位置，粗瞄目标A点，制动，微动精确瞄准目标；,12:43,66,3.2.2竖直角的观测与计算,转动竖盘微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数L，记入竖直角观测手簿注意：带竖盘补偿的经纬仪不需调整水准管，瞄准后，直接读取竖直角读数。将仪器置于盘右位置，再重复上述瞄准过程，同样使竖盘指标水准管气泡居中，读取盘右读数R，记