工程测量--第三章角度测量VIP

第3章角度测量,3.1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：具有圆周上带有均匀刻度的圆盘并能够精确读取圆盘读数的读数装置；具有保证圆盘水平的整平装置；仪器具有能够在水平方向和竖直方向转动的瞄准设备；具有保证圆盘中心和所测角度的顶点位于同一条铅垂线的设备。,3.2角度测量仪器,按技术分:光学经纬仪、电子经纬仪、全站仪。光学经纬仪按精度分:DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15等级。D：大地；J：经纬仪；下标数字：表示每测回方向观测值中误差（）。,3.2.1DJ6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0360o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7.1；读数180o+7.1=180o0706V：读数645312。,例1:,例2:,例3:,例4:,3.2.2全站仪全站型电子速测仪又称电子全站仪，简称“全站仪”，是一种兼具自动测距、测角、计算和数据自动记录及传输功能的自动化、数字化的三维坐标测量与定位系统，它由光电测距单元、电子测角及微处理器单位以及电子记录单元组成，在一个测站点能快速进行三维坐标测量、定位和自动数据采集、处理、存储等工作，较完善地实现了测量和数据处理过程的电子化和一体化，是目前广泛应用于控制测量、地形测量、地籍与房产测量、工业测量、施工放样及近海定位等用途的电子测量仪器。,全站仪测角精度用表示，如NIKONDTM452C全站仪的标称测角精度为2。国家计量检定规程全站型电子速测仪检定规程（JJG1002003）将全站仪的准确度等级划分为四个等级。,3.3角度测量仪器的基本操作,全站仪的操作步骤有对中、整平、照准、读数四大步。对中目的：使仪器竖轴中心与测站点位于同一铅垂线上。整平目的：使仪器水平度盘水平。,3.3.1粗略对中（1）松开架腿，使其与肩同高，架立好。将仪器从箱子里拿出，放置在三脚架头上，将连接螺杆对准仪器基座底孔并拧紧，在连接螺杆拧紧之前，手不得松开仪器。（2）将光学对点器转到操作者侧，操作者双手轻轻提起身边一侧的两根架腿并小幅度的前后左后缓慢移动，同时查看光学对点器里光学对点器中心与地面测站点的重合情况，尽可能将光学对点器中心与地面测站点相重合，然后轻踩三根架腿腿尖入土中。,3.3.2粗略整平依据圆水准器，伸缩架腿，将圆水准器的气泡居中。（1）可以利用三根架腿，将仪器周围划分为三个剖面。（2）伸缩一根架腿，使得圆水准器气泡位于一个剖面上（3）伸缩气泡所在剖面那根架腿，使圆水准器气泡居中这过程可能要反复进行多次，直到圆水准器气泡居中。,3.3.3精确整平松开水平制动螺旋，转动照准部，使水准管轴平行于任意两个脚螺旋的连线，两手同时转动脚螺旋使气泡居中。将照准部旋转90，使水准管垂直于前述部分的两脚螺旋，并旋转另一个脚螺旋使气泡居中。将照准部旋转回所述位置，检查气泡是否偏移。若偏移，重复前述步骤，直至将照准部转到任意位置，水准管气泡总是居中(偏差小于1格)。,气泡居中，1、2等高,1,2,3,高,气泡居中，3与1、2等高,3.3.4精确对中检查仪器的对中情况。若光学对点器中心与地面测点标志中心没有精确重合，则拧松脚架与仪器基座的连接螺杆（注意不得拧掉连接螺杆，要保证基座通过连接螺杆和脚架处于连接状态），然后观测光学对点器的对中情况，同时水平方向推移仪器基座，使得光学对点器中心与地面测点标志中心精确重合，然后拧紧脚架头的连接螺杆。在这个过程中，不得旋转基座。然后检查水准管的气泡居中情况，若发生气泡偏移，可以重复精确整平和精确对中过程，直至满足要求为止。,3.3.5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：镜对光粗瞄目标精确瞄准消除视差。3.3.6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,全站仪的正确使用,地理中国2013CCTV10地理中国20131124辟龙疑云http:/www.d8.cm/playlist/50171/482577.html,节目中所谓的梁教授,3.4水平角测量方法,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。,概念：盘左：观测时竖盘在观测者的左边,盘左位置,盘右位置,盘右：观测时竖盘在观测者的右边,3.4.1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：,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,曾经的考试题,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，最终结果取各测回的平均值。各测回值差值不应超过规范要求。,3.4.2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，为下半测回。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。,3.4.3全站仪水平角度测量的操作全站仪进行角度测量，不估读、效率高，以NIKONDTM452C全站仪为例，简要介绍如何进行角度测量。仪器的使用，可以在网站下载全站仪模拟器进行练习使用。,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.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。,3.5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。,3.5.1竖直度盘竖盘固定在横轴上，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。,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,竖直角的计算原则：1）抬高物镜，如果读数逐渐增加：=读数始读数2）抬高物镜，如果读数逐渐减少：=始读数读数,3.5.2竖直角观测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,+21454,-83112,3.5.3全站仪竖直角度测量的操作以NIKONDTM452C全站仪为例，简要介绍如何进行竖直角角度测量：,3.6测角仪器的检验,3.6.1应满足的条件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：竖轴必须竖直；照准部水准管轴必须与竖轴垂直；望远镜绕横轴转动时，视准轴形成的面应的是一铅垂面。望远镜视线水平，竖盘读数多为0、90、270。,3.6.2照准部水准管轴垂直于仪器竖轴的检验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。3.6.3十字丝的竖丝垂直于横轴的检验1、检验1）远处用细绳吊一重物、静止，望远镜竖丝瞄准，若竖丝与细绳能全部重合，则条件满足。,3.6.4视准轴应垂直于横轴的检验、望远镜视准轴不垂直于横轴所偏离角度C称为视准误差，其对盘左、盘右的影响大小相同而符号相反。检验方法：选择远处一清晰目标，分别盘左、盘右观测，取两读数差（顾及常数180）即为C值的两倍。,由此可见采取盘左、盘右观测水平角，取平均值作最终结果，可消除视准轴不垂直于横轴所带来的误差。,3.6.5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）在高楼下垂一细绳，挂一重物，静止。2）在细绳近处安设仪器，先盘左瞄准高处的细绳；3）将望远镜放平，如果细绳仍旧位于竖丝上，则说明条件满足，否则需要校正。,3.6.6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=LX=90oLX盘右时=RX=R270oX=（LR）/2=（RL180o）/2X=（RL）/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L；3）盘右瞄准目标P，测定竖直角R；4）检查L、R；,3.6.7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。,3.7角度测量中误差的来源及其消减办法,3.7.1仪器误差1、仪器制造误差；2、仪器校正不完善误差。3.7.2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。,如图示，影响角度为：,当水平角接近180、垂直于观测方向偏心时,3.7.3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。3.7.4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：,3.7.5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。3.7.6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