第五章-角度测量学习教案

1、会计学1第五章第五章-角度角度(jiod)测量测量第一页，共49页。一、水平角测量一、水平角测量(cling)原理原理ABOab1O1A1B ab 仪器安置的高低及瞄准目标(mbio)的高低对水平角的观测有无影响？027090180水平面5.1 角度测量角度测量(cling)原理原理水平角：相交的两直线之间的夹角在水平面上的投影 (0360) 。第1页/共49页第二页，共49页。二、竖直角测量二、竖直角测量(cling)原理原理竖直角竖直角(zhjio)：同一竖直面内，目标方向线与一特定方向线之间的：同一竖直面内，目标方向线与一特定方向线之间的夹角，称为竖直角夹角，称为竖直角(zhjio)。)

2、900()1800( z天顶天顶(tin dn)距：在同一竖距：在同一竖直面内，目标方向与天顶直面内，目标方向与天顶(tin dn)方向所构成的角方向所构成的角（0180） 。高度角：高度角：在同一竖直面内，在同一竖直面内，目标方向目标方向和和水平方向水平方向间的夹角间的夹角（090） 。竖角竖角与天顶距与天顶距 Z 的关系为的关系为 =90Z天顶距天顶距和和高度角高度角统称为统称为竖直角竖直角。高度角高度角,习惯上又称为习惯上又称为竖角竖角，也称为也称为垂直角垂直角。 水平方向AB +-z天顶方向o5.1 角度测量原理角度测量原理第2页/共49页第三页，共49页。一、经纬仪的基本构造一、经纬

3、仪的基本构造(guzo)及分类及分类第3页/共49页第四页，共49页。第4页/共49页第五页，共49页。竖轴：仪器竖轴：仪器(yq)的旋转轴；的旋转轴；横轴：望远镜的旋转轴；横轴：望远镜的旋转轴；视准轴：望远镜的十字丝中心与物镜视准轴：望远镜的十字丝中心与物镜中心的连线；中心的连线；水准轴：水准管水准轴与圆水准器的水准轴：水准管水准轴与圆水准器的水准轴。水准轴。 经纬仪的轴系关系经纬仪的轴系关系(gun x) 横轴横轴圆水准轴圆水准轴竖轴竖轴水准管轴水准管轴视准轴视准轴竖轴必须竖直（水准竖轴必须竖直（水准(shuzhn)管轴应垂直于竖轴）；管轴应垂直于竖轴）；水平度盘垂直于竖轴，其分划中心应在

4、竖轴上；水平度盘垂直于竖轴，其分划中心应在竖轴上；视准轴应垂直于横轴视准轴应垂直于横轴;竖丝应垂直于横轴。竖丝应垂直于横轴。第5页/共49页第六页，共49页。 我国大地测量仪器的总代号为汉语拼音字母“D”，经纬仪代号为“J”。经纬仪的类型很多，我国经纬仪系列是按野外“一测回水平方向中误差”这一精度指标划分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15五个等级。例如(lr)“DJ6”表示经纬仪野外“一测回水平方向中误差”不超过6，简写为“J6”。5.2 经纬仪经纬仪第6页/共49页第七页，共49页。 1、度盘、度盘 水平度盘水平度盘 水平角水平角 竖直度盘竖直度盘 竖直角竖直角 2、读数设备、读数

5、设备 读数显微镜读数显微镜 放大放大(fngd)度盘上度盘上的读数的读数 测微器测微器 精确量取小于度盘上的最精确量取小于度盘上的最小刻划（最小分格值）的读数小刻划（最小分格值）的读数光学经纬仪是采用光学度盘，借助光学经纬仪是采用光学度盘，借助(jizh)光学放大和光学测微器读光学放大和光学测微器读数的一种经纬仪。数的一种经纬仪。第7页/共49页第八页，共49页。3 3、分微尺读数、分微尺读数(dsh)(dsh)装置装置J6光学(gungxu)经纬仪水平(shupng)竖直HV水平度盘竖直度盘 6046.5（604630）01234566061光学度盘两相邻分划线间距所对的圆心角称为光学度盘两

6、相邻分划线间距所对的圆心角称为度盘的格值度盘的格值，或，或度度盘最小分格值盘最小分格值。一般。一般J6J6光学经纬仪的格值为光学经纬仪的格值为1 1 ，J2J2的格值为的格值为2020，精密光学经纬的度盘格值更小，如威特，精密光学经纬的度盘格值更小，如威特T3T3的格值为的格值为4 4( (小于小于1 1个分格值的角度采用光学测微器测定）个分格值的角度采用光学测微器测定）第8页/共49页第九页，共49页。度盘最小分划度盘最小分划20，转动测微手轮，转动测微手轮(shu ln)使度盘对径分划影使度盘对径分划影像重合。在度盘上读取整像重合。在度盘上读取整10 。10对应对应(duyng)600小格

7、，最小分划小格，最小分划1，不足，不足10在秒在秒盘上读取。盘上读取。4、双平板玻璃光学、双平板玻璃光学(gungxu)测微器测微器 基本原理基本原理：转动测微手轮时，一对移动光楔或平板玻璃作等量相反方：转动测微手轮时，一对移动光楔或平板玻璃作等量相反方向运动可使度盘分划线影像作相向移动而彼此接合，这个移动量可向运动可使度盘分划线影像作相向移动而彼此接合，这个移动量可在在秒盘秒盘相应的转动量上显示出来。相应的转动量上显示出来。第9页/共49页第十页，共49页。 电子(dinz)经纬仪和光学经纬仪的主要不同点：在于电子(dinz)经纬仪采用了由微处理器控制的光电扫描度盘和自动显示系统。 仍具有照

8、准部、度盘、基座及相应仍具有照准部、度盘、基座及相应(xingyng)(xingyng)轴系的轴系的结构形式。望远镜、水准器、光学对中器及制、微动机构结构形式。望远镜、水准器、光学对中器及制、微动机构类似。无读数显微镜，增设电子显示窗和操作按键。类似。无读数显微镜，增设电子显示窗和操作按键。 根据光电扫描度盘取得电信号的方式不同，目前电子测角系统(xtng)有：编码度盘测角系统(xtng)、 光栅度盘测角系统(xtng)三、电子经纬仪三、电子经纬仪1、电子经纬仪与光学经纬仪相比较、电子经纬仪与光学经纬仪相比较5.2 经纬仪经纬仪第10页/共49页第十一页，共49页。2. 2. 编码编码(bin

9、 m)(bin m)度盘测角系统度盘测角系统采用(ciyng)编码度盘及编码测微器的测角系统。纯二进四码道编码纯二进四码道编码(bin m)度盘度盘1624 nsn区间：码道：四码道度盘（透光与不透光区）各区间由码道对应不同状态（编码输出），根据两区间的不同状态，便可测出该两区间的夹角。识别望远镜照准方向落在哪个区间是编码读盘测角的关键第11页/共49页第十二页，共49页。s360由于光电器件尺寸的限制，不可能(knng)达到较高的测角精度四码道度盘的角分辨率为22.5，提高角分辨率必须(bx)增加码道数。角分辨率第12页/共49页第十三页，共49页。第13页/共49页第十四页，共49页。在光

10、学玻璃度盘的径向在光学玻璃度盘的径向(jn xin)上均匀地刻制明暗相间上均匀地刻制明暗相间的等角距细线条构成光栅度盘。的等角距细线条构成光栅度盘。将密度相同的两块光栅重将密度相同的两块光栅重叠，并使它们的刻线相互叠，并使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度，这倾斜一个很小的角度，这时就会产生明暗相间的条时就会产生明暗相间的条纹纹(tio wn)（莫尔条纹（莫尔条纹(tio wn)）。夹角越小，）。夹角越小，条纹条纹(tio wn)越粗。相邻越粗。相邻明条纹明条纹(tio wn)或暗条纹或暗条纹(tio wn)之间的间隔越大。之间的间隔越大。条纹条纹(tio wn)的亮度按正的亮度按正弦周期性变化

11、。弦周期性变化。dctgw 第14页/共49页第十五页，共49页。 在照准目标的过程中，仪器的接收元件可累计出条纹的移动量，从而测出光栅(gungshn)的移动量，经转换得到角度值。 若发光管、指示光栅、光电管的位置固定，当度盘随照准部转动时，发光管发出的光信号，通过莫尔条纹(tio wn)落到光电管上。度盘每转动一条光栅，莫尔条纹(tio wn)移动一周期。莫尔条纹(tio wn)的光信号强度变化一周期，光电管输出的电流也变化一周期。第15页/共49页第十六页，共49页。5.3 角度角度(jiod)观测方法观测方法1、对中、对中使仪器的中心和测站点的标志使仪器的中心和测站点的标志(biozh

12、)中心在中心在同一铅垂同一铅垂 线上。线上。 对中方法：垂球对中、光学对中、激光对中、强制对中对中方法：垂球对中、光学对中、激光对中、强制对中2、整平、整平使仪器竖轴竖直，使水平度盘居于水平位置。使仪器竖轴竖直，使水平度盘居于水平位置。光学对中器光路图光学对中器光路图 1.目镜；目镜； 2分划板；分划板；3物镜物镜4棱镜棱镜 5.水平度盘水平度盘 6.保护玻璃保护玻璃7光学垂线光学垂线 8竖轴中心竖轴中心 第16页/共49页第十七页，共49页。1、粗对中、粗对中 固定三脚架一条腿，移动两条腿固定三脚架一条腿，移动两条腿,从光学从光学(gungxu)对中器中观察，使对中器对准测站标志中心；对中器

13、中观察，使对中器对准测站标志中心；2、精对中、精对中 采用调脚螺旋（可以提高对中速度）；采用调脚螺旋（可以提高对中速度）；3、粗平、粗平 升降三脚架使圆水准器气泡居中；升降三脚架使圆水准器气泡居中；4、精平、精平 调脚螺旋（首先，水准管平行两个脚螺旋方向，调调脚螺旋（首先，水准管平行两个脚螺旋方向，调该两该两 个脚螺旋，使水准管气泡居中，旋转个脚螺旋，使水准管气泡居中，旋转90度使水准管垂度使水准管垂直该两个脚螺旋方向，调第三个脚螺旋，使水准管气泡居中。直该两个脚螺旋方向，调第三个脚螺旋，使水准管气泡居中。检查任何方向气泡居中。）检查任何方向气泡居中。）5、检查对中，若对中器十字丝偏离标志中心

14、，平移基座；、检查对中，若对中器十字丝偏离标志中心，平移基座；6、反复进行上述操作，直到对中和整平都满足要求。、反复进行上述操作，直到对中和整平都满足要求。用光学对中器进行对中和整平用光学对中器进行对中和整平(zhn pn)步骤：步骤：激光激光(jgung)对中（步骤同上）对中（步骤同上）5.3 角度观测方法角度观测方法第17页/共49页第十八页，共49页。第18页/共49页第十九页，共49页。第19页/共49页第二十页，共49页。OAB 盘左（正镜）：先瞄准左边的目标盘左（正镜）：先瞄准左边的目标A读数读数(dsh) ，再瞄准右边的目标读数，再瞄准右边的目标读数(dsh) 盘右（倒镜）：先瞄

15、准目标盘右（倒镜）：先瞄准目标(mbio)B读数读数 再瞄准目标再瞄准目标(mbio)A读数读数左a左b右a右b一一测测回回）（右左右右右左左左21 abab在不同的测回间，为了在不同的测回间，为了(wi le)减小度盘刻划的误差，须配度盘减小度盘刻划的误差，须配度盘n180限差：限差：1、两个半测回方向值之差；、两个半测回方向值之差；2、各测回方向值之差、各测回方向值之差二、水平角的观测方法二、水平角的观测方法1、测回法、测回法上上半半测测回回下下半半测测回回在角度观测中，为了消除仪器误差，采用盘左盘右观测在角度观测中，为了消除仪器误差，采用盘左盘右观测。5.3 角度观测方法角度观测方法第2

16、0页/共49页第二十一页，共49页。竖直度竖直度盘盘盘盘左左状状态态盘盘右右状状态态竖直度竖直度盘盘第21页/共49页第二十二页，共49页。OAB = LB - LA 第22页/共49页第二十三页，共49页。第23页/共49页第二十四页，共49页。盘左测回：先瞄准零方向(fngxing)A读数，顺时针依次瞄准B、C、D读数，再瞄准零方向(fngxing)归零读数。 在不同的测回间，为了(wi le)减小度盘刻划的误差，须配度盘n180限差：1、归零差；2、上、下半测回同一方向值之差； 3、各测回同一方向值之差OABCD盘右测回：先瞄准零方向A读数，逆时针依次瞄准D、C、B读数，再瞄准零方向归零

17、读数。 一一测测回回如何选择零方向？通视好，成像清晰，边长适中。如何选择零方向？通视好，成像清晰，边长适中。第24页/共49页第二十五页，共49页。2C = L (R180) 方向(fngxing)观测法的各项限差经纬仪型号光学测微器两次重合读数差半测回归零差一测回内2C较差同一方向值各测回较差DJ1DJ2136891369DJ6-18-24第25页/共49页第二十六页，共49页。站点 读 数半测回方向一测回平均方向各测回平均方向附注附注盘左 盘右1 2 3 4 5 6 7 8 9第一测回 12 18 A0 0106180 01180 00 000 00 000 00 00 B91 54062

18、71 540091 52 5491 52 4891 52 45 42C153 3248333 3248153 31 36153 31 33153 31 33 30D214 061234 0606214 05 00214 04 54214 05 00 04 48A0 0118180 0118方向方向(fngxing)法记录表格法记录表格第26页/共49页第二十七页，共49页。在三角(snjio)高程测量与斜距化为平距的计算中，都要用到竖直角。竖直角观测通过竖盘的读数得到。竖盘是和望远镜固连在一起的。注记的形式多为盘左顺时针。0090180270盘左盘左盘右盘右090270180三、竖直角三、竖直

19、角(zhjio)观测观测第27页/共49页第二十八页，共49页。1、竖角的计算公式：、竖角的计算公式：0090180270盘左盘右09027018027090 RL右左 18021 LR 第28页/共49页第二十九页，共49页。2、竖盘指标(zhbio)差0090180270盘左盘右090270180 xx的符号：所偏的方向(fngxing)和注记的方向(fngxing)一致，则为正。反之为负。 什么是竖盘指标差？当视线水平且竖直指标水准管气泡集中时，其读数(dsh)指标线是90的整数倍，但竖直指标线往往偏离正确位置，视线水平时竖盘读数(dsh)大了或小了一个数值x,其偏离值为竖盘指标差。第2

20、9页/共49页第三十页，共49页。 18021(21270)90 LRxRxL）（右左右左 36021 RLx竖盘指标差对竖盘读数竖盘指标差对竖盘读数(dsh)的影响的影响竖角与竖盘指标竖角与竖盘指标(zhbio)差差的计算的计算第30页/共49页第三十一页，共49页。1 1、在测站上安置、在测站上安置(nzh)(nzh)好仪器，对中、整平。好仪器，对中、整平。2、盘左位置瞄准、盘左位置瞄准(mio zhn)目标，使十字丝切于目标某一位置，目标，使十字丝切于目标某一位置，读出或量取目标高（如为标尺，读取中丝在标尺的读数，若照准目读出或量取目标高（如为标尺，读取中丝在标尺的读数，若照准目标某一位

21、置，则取中丝所截位置至地面点的高度）。标某一位置，则取中丝所截位置至地面点的高度）。3、转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘水准管气泡居、转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘水准管气泡居中中(jzhng)，读取竖盘盘左读数。，读取竖盘盘左读数。4 4、盘右的位置照准原目标位置，读取盘右竖盘读数。、盘右的位置照准原目标位置，读取盘右竖盘读数。（竖盘指标水准管气泡居中）（竖盘指标水准管气泡居中）3 3、竖角观测方法、竖角观测方法第31页/共49页第三十二页，共49页。0 0 0 测站点仪器高(m)觇点觇标高(m)竖盘位置竖盘读数指标差半测回竖角一测回竖角照准觇标位置图 No41.43九峰山4.10左5

22、9 20 301530 39 3030 39 45觇标顶右300 40 0030 40 00葛岭4.40左71 44 121218 15 4818 16 00觇标顶右288 16 1218 16 12王家湾3.82左124 03 4218-34 03 42-34 03 24觇标顶右235 56 54-34 03 06竖角观测竖角观测(gunc)(gunc)记记录表录表第32页/共49页第三十三页，共49页。 由于仪器整平不够完善，仪器的竖轴有残余的倾斜。为了克服由此产生的竖盘读数误差，必须使竖盘指标水准管气泡(qpo)居中。当水准管气泡(qpo)居中时，指标就处于正确位置。然而每次读数时都必须

23、使数盘指标水准管气泡(qpo)严格居中是十分费时的，因此有的光学经纬仪其数盘指标采用了自动归零装置。 所谓自动归零装置，即当经纬仪有微量的倾斜时，这种装置会自动的调整光路使读数微水准管气泡(qpo)居中时的正确读数。4、竖盘指标自动、竖盘指标自动(zdng)归零装置归零装置第33页/共49页第三十四页，共49页。1、仪器误差、仪器误差2、对中误差、对中误差3、目标偏心误差、目标偏心误差4、照准误差与读数、照准误差与读数(dsh)误差误差5、外界条件的影响、外界条件的影响 在水平角观测中存在各种各样的误差来源，它们对水平角在水平角观测中存在各种各样的误差来源，它们对水平角观测有着不同的影响。观测

24、有着不同的影响。第34页/共49页第三十五页，共49页。1. 仪器仪器(yq)误差误差 0sin()sin(180)MM )sin(MRe1) 水平度盘偏心误差水平度盘偏心误差2) 指水平度盘分划中心指水平度盘分划中心(zhngxn)与照准部旋转中心与照准部旋转中心(zhngxn)不重合，称为水平度盘偏心。不重合，称为水平度盘偏心。 3) 水平度盘偏心对水平度盘读数的影响可采用盘左盘右观测水平度盘偏心对水平度盘读数的影响可采用盘左盘右观测取平均值的方法来消除或减弱其影响。取平均值的方法来消除或减弱其影响。 对径分划对径分划(fn hu)的的影响：影响：第35页/共49页第三十六页，共49页。c

25、oscxc一般规定盘左时视准轴物镜一般规定盘左时视准轴物镜向左偏斜的向左偏斜的c值为正，向右偏值为正，向右偏斜为负，则对于同一目标斜为负，则对于同一目标(mbio)，若盘左观测时为正，若盘左观测时为正（负），则盘右观测时即为（负），则盘右观测时即为负（正），而负（正），而值不变，故盘值不变，故盘左、盘右的左、盘右的xc值的绝对值相值的绝对值相等而符号相反。等而符号相反。取盘左、盘右读数的中数，可消除取盘左、盘右读数的中数，可消除(xioch)视准轴误差的视准轴误差的影响。影响。cRL218002）视准轴误差）视准轴误差(wch)：视准轴不垂直于横轴：视准轴不垂直于横轴)(21RLAcxc ,

26、0cxRRcxLL第36页/共49页第三十七页，共49页。3）横轴倾斜）横轴倾斜(qngxi)误差：横轴不垂直于竖轴所产生的误差：横轴不垂直于竖轴所产生的误差误差tan ixi规定规定(gudng)盘左时横轴左端低盘左时横轴左端低于另一端时的于另一端时的i角为正，高于另一角为正，高于另一端时为负，则在竖轴是竖直的情端时为负，则在竖轴是竖直的情况下，因横轴不垂直于竖轴所引况下，因横轴不垂直于竖轴所引起的横轴倾斜，盘左观测时为正起的横轴倾斜，盘左观测时为正（负），则盘右观测时即为负（负），则盘右观测时即为负（正），而（正），而值不变，故盘左、值不变，故盘左、盘右的盘右的xi值的绝对值相等而符号值的

27、绝对值相等而符号相反。相反。取盘左、盘右读数取盘左、盘右读数(dsh)的中数，可消除横轴倾斜误差的影响。的中数，可消除横轴倾斜误差的影响。第37页/共49页第三十八页，共49页。4）竖轴倾斜误差：若视准轴与横轴垂直，横轴垂直于竖轴，而竖轴）竖轴倾斜误差：若视准轴与横轴垂直，横轴垂直于竖轴，而竖轴与照准部水准管轴已垂直，仅由于仪器未严格整平而使竖轴不在竖与照准部水准管轴已垂直，仅由于仪器未严格整平而使竖轴不在竖直位置，竖轴偏离直位置，竖轴偏离(pinl)铅垂线一微小角度，这就是竖轴倾斜误差铅垂线一微小角度，这就是竖轴倾斜误差 。tancos Vxvcos Viv无论盘左盘右照准同一目无论盘左盘右

28、照准同一目标，标，均相同，即均相同，即Xv的符号的符号不变，故盘左盘右的平均不变，故盘左盘右的平均值不能消除竖轴倾斜误差值不能消除竖轴倾斜误差(wch)对水平方向的影响。对水平方向的影响。第38页/共49页第三十九页，共49页。212SSSemAB中仪器仪器(yq)对中误差对水平角的影响：对中误差对水平角的影响：与与A、B之间的距离之间的距离SAB 成正比，与测站至目标的距离成正比，与测站至目标的距离s1和和s2的乘积成反比；距离愈短，影响愈大，对于短边的角度要特的乘积成反比；距离愈短，影响愈大，对于短边的角度要特别注意对中。别注意对中。 。第39页/共49页第四十页，共49页。A、B为标志实

29、际中心A、B为照准的中心为正确(zhngqu)的角度为观测的角度2222212122A21sesemmmB偏偏偏目标偏心目标偏心(pinxn)误差对水平角的影响与测站至目标的距误差对水平角的影响与测站至目标的距离离s1和和s2有关，距离越短，影响越大。有关，距离越短，影响越大。3.目标目标(mbio)偏偏心误差：心误差： 目标偏心目标偏心是指目标点上竖立的标志中心（如测钎、花杆、标是指目标点上竖立的标志中心（如测钎、花杆、标牌等）与地面点标志中心不在同一铅垂线上。牌等）与地面点标志中心不在同一铅垂线上。第40页/共49页第四十一页，共49页。观测时，应注意观测时，应注意(zh y)消除视差，正

30、确完成照准操作。消除视差，正确完成照准操作。 读数误差与读数设备、照明情况和观测者的技术熟练程度都读数误差与读数设备、照明情况和观测者的技术熟练程度都有关。一般来讲读数误差主要取决于仪器的读数设备。有关。一般来讲读数误差主要取决于仪器的读数设备。 对于用分微尺读数装置的对于用分微尺读数装置的J6光学经纬仪，一般认为估读的极限光学经纬仪，一般认为估读的极限误差为分微尺格值的十分之一，即可以不超过误差为分微尺格值的十分之一，即可以不超过6。第41页/共49页第四十二页，共49页。外界条件影响的因素很外界条件影响的因素很多多,主要有：主要有：（1）大风会影响仪器和）大风会影响仪器和成象模糊。成象模糊

31、。（5）地面坚实与否会影）地面坚实与否会影响仪器的稳定。响仪器的稳定。5.5.外界条件外界条件(tiojin)(tiojin)的影的影响响第42页/共49页第四十三页，共49页。 J6光学(gungxu)经纬仪 ： 61 方m一测回角值的中误差一测回角值的中误差(wch)：5 .826211 方角mm半测回方向值的中误差：半测回方向值的中误差：5 . 82621 方半方mm归零差的中误差：归零差的中误差：422212262 mmm限半方归零同一方向各测回较差：同一方向各测回较差：112628.5dmm方方17限第43页/共49页第四十四页，共49页。1.经纬仪上的主要轴线有：经纬仪上的主要轴线有：（1）仪器的旋转轴）仪器的旋转轴VV(简称竖轴简称竖轴)（2）望远镜的旋转轴）望远镜的旋转轴H