第三章角度测量课件

1、第三章 角度测量第六节 角度测量误差及注意事项第一节 水平角测量原理第二节 光学经纬仪第三节 水平角测量第四节 竖直角测量第五节 经纬仪的检验与校正第七节 电子经纬仪简介- 一、水平角概念地面上两条直线之间的夹角在水平面上的投影称为水平角。二、水平角测量原理：若在O点的铅垂线上任一点O，设置一按顺时针方向增加从0360分划的水平刻度圆盘，使刻度盘圆心正好位于过O点的铅垂线上。设o点到A、B目标方向线在水平刻度盘上的投影读数分别为 a和 b ， 则水平角：=ba，其角值范围为 “0 360 ” 当0 时，加上360。第一节 水平角测量原理-一、经纬仪的分类l 按读数分：光学经纬仪和电子经纬仪。2

2、 按精度分：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ10、DJ30等几种型号，“D”和“J”分别为“大地测量”和“经纬仪”两词汉语拼音的首字母，“07”、“1”、“2”、“6”等数字表示该仪器所能达到的精度指标。如DJ6表示一测回方向值的中误差为6。第二节 光学经纬仪-DJ6光学经纬仪正面反面我国生产的DJ6光学经纬仪，它是一种中等精度的测角仪器。-二、 DJ6光学经纬仪的基本构件(一)、基本结构主要由照准部、水平度盘、基座三部分组成。-1照准部 (1) 望远镜 望远镜是用作精确瞄准目标的。它和水平轴连接在一起，可以绕水平轴在竖直面内上下任意转动。望远镜制动扳钮和望远镜微动螺旋。 (2) 竖直度

3、盘(竖盘) 竖盘由光学玻璃制成，用于观测竖直角。它和望远镜连成一体并随望远镜一起转动。 (3) 水准器 照准部上有一个水准管和一个圆水准器。圆水准器用作粗略整平，水准管用作精确整平仪器。 照准部的下部有一个能插在轴座内的竖轴，整个照准部可在轴座内任意地作水平方向的旋转。照准部下部装有水平制动扳钮和水平微动螺旋。 -2、基座 基座是仪器的底座，其上有脚螺旋和连接板。测量时必须将三脚架上的中心螺旋(连接螺旋)旋进连接板，这时仪器和三脚架就连接在一起了。中心螺旋下端挂上垂球，即指示水平度盘的中心位置。基座上还有一个轴座固定螺旋。经纬仪照准部的支承装置。经纬仪照准部装在基座轴套以后必须扭紧固定旋钮，一

4、般应用不得松开。-3、水平度盘为玻璃制成的圆环，在其圆周上刻有精密的分划由0360顺时针注记，简称度盘。测角时，度盘不随照准部转动。旋转度盘变换手轮，改变度盘位置。-(二)、读数装置主要包括显微镜放大装置和测微装置。显微镜放大装置是通过仪器外部的反光镜和内部一系列棱镜和透镜组成的显微物镜。将度盘分划线照亮、转向、放大、成像在读数显微镜里。测微装置是在读数窗承影面上测定不足度盘一格值的装置。DJ6经纬仪采用以下两种类型测微装置：1、分微尺测微器及其读数方法2 单平板玻璃测微器及其读数方法 -DJ6级光学经纬仪的读数窗示意图0 1 2 3 4 5 61、读数原理：分微尺为一固定不动的小尺，其上分为

5、若干格，通过光路将度盘影像放大并成像于分微尺所在的平面，且度盘最小分划间隔之长为分微尺的全长。可以读出小于度盘最小分划值的读数。1、分微尺读数装置注意:读数时，先调节读数显微镜目镜，使度盘分划线和分微尺分划线影像清晰，在读取度盘和分微尺上读数。-图3-6 730424 870618 -2、单平板玻璃测微器 1、读数原理：测微轮，测微器，平行玻璃板为一联动装置，转动测微轮时，带动平行玻璃板使之倾斜，借助其对光线的折射作用，使度盘影像相对于指标线产生移动，所移角值的大小反映在测微器上。测微器的全长等于度盘的最小分划。- 度盘的最小分划： 30 测微尺最小分划值：20 估读到： 2 读数窗内：上为测

6、微器，中为竖盘， 下为水平盘。59 22 10 106 31 10 -图3-7水平度盘读数为：149302230=1495230 -J2光学经纬仪 DJ2型光学经纬仪正面反面-读数方法DJ2型经纬仪采用双光楔或双平板玻璃测微器，现在读数大都采用数字化对径符合读数法（仅介绍这种方法）。 在读数显微镜上部窗口显示度和整10数；中间为符合窗，显示对径度盘刻划是否符合；下部为测微器，注记分数，可读取不足10数，其将10刻划成600格，每格为1 ，可估度出0.1，如图3-8所示。数字化对径符合读数法: 瞄准目标后，先转动测微轮使符合窗内的对径度盘刻划符合（上下对齐），再读取上、下窗口读数之和。见图3-8

7、。特点:可消除照准部偏心误差的影响,提高读数精度; 经纬仪读数显微镜中只能看到水平度盘或竖直度盘的一种影 像,可通过换盘手轮(换像手轮)使其分别出现。-图3-8 图3-8的读数为190 59 30.5 -第三节 经纬仪的使用一、经纬仪的技术操作经纬仪的技术操作包括： 瞄准读数对中整平 经纬仪安置- 伸开三角架于测站点上方，将仪器置于三角架头中央位置，左手握住仪器的横轴支座，右手将三角架中心连接螺旋旋入仪器基座中心螺孔中并固紧。 安置中注意三点： 1) 三角架架头尽可能水平、仪器中心尽可能地处于测站点正上方； 2) 将三角架腿的固定螺旋适度拧紧，以防架腿滑落； 3)较大坡度处时宜将三角架两条腿置

8、于下坡方向。 1仪器安置 -2对中对中的目的:使仪器中心与测站点位于同一铅垂线上.l垂球法（对中误差一般可小于3mm）把垂球挂在连接螺旋中心挂钩上，调整垂线长度，使垂尖离测站点约1-2mm，如果偏移较大，平移三脚架，使垂尖大致对准测站点，通过张开和缩拢两脚架，使架头大致水平，踩紧三架腿；若偏移不大，稍松开连接螺旋，在架头平移仪器，使垂尖对准测站点。-l光学对中器法（对中误差一般不大于1mm） 光学对中器圆心与测站点标志中心重合。 方法1 ：利用架腿 ，强制对中： 先放下三脚架的一条架腿；双手分别握住另两条架腿稍离地面前后左右摆动（注意架头要平），眼睛同时观察对中器的目镜，直至分划圈中心对准测站

9、点标志为止，放下两架腿踩紧三个架腿。 -方法2：利用脚螺旋强制对中： 此法适合于松软地面或仪器安置比较困难的测站。 先目估三脚架中心大致对准测站点，踩紧三条架腿；调节经纬仪的三个脚螺旋使对中器分划圈中心对准测站点标志。 注：光学对中器的使用: 旋转镜筒，目镜调焦，看清对中器分划线； 拉伸镜筒，物镜调焦，看清地面测站点标志； 要使对中器分划和测站标志周围同时清晰。-（1）粗平仪器： 分别升降两架腿使圆水准气泡居中。 （2）精平仪器：先平行，后垂直的方法。松开照准部水平制动螺旋，使水准管与两脚螺旋的连线平行，以相反的方向旋转两脚螺旋使管水准器气泡居中。（图3-9（a）先平行）将照准部旋转90，转动

10、第三个脚螺旋，使气泡居中。（图3-9（b）后垂直） 整平时气泡移动方向和左手大拇指转动方向一致。顺时针转动脚螺旋时，该脚螺旋升高，气泡往高处走。 3、整平整平的目的:使仪器竖轴铅直,水平度盘处于水平位置. 它包括粗平与精平.-图 3-9-4、精确对中，再次整平 1）精确对中：检查对中器，若分划圈中心偏离测站点标志，则稍松中心连接螺旋，再前后左右平行移动基座，使之精确对中。 2）再次精确整平 重复精确整平步骤，直至仪器既对中且管水准气泡在任何方向也居中为止。 对中、整平要相互兼顾，多次反复，方能完成。 注：测水平角时，要度盘变位手轮退出并做好防护，防止在测角过程中转动度盘变位手轮，造成测角错误。

11、-（二）目标设置及瞄准1设置目标 测角时，一般应在目标点上设置照准标志，进行瞄准。 距离较近时， 目标标志可为目标点（如钉子）、垂球线，也可竖立测钎； 距离较远时， 目标标志可为垂直竖立标杆或觇标。-2、瞄准瞄准的实质：安置在地面点上的经纬仪的望远镜视准轴对准另一地面点的中心位置。一般地，被瞄准的地面点上设有观测目标，目标中心在地面点的垂线上，目标是瞄准的主要对象。-（1）松开照准部和望远镜制动螺旋（或扳手）；（2）调节目镜将望远镜瞄准远处天空，转动目 镜，使十字丝刻划清晰；（3）粗略瞄准目标:转动照准部，用望远镜粗瞄器十字 线竖线瞄准目标，固定照准部和望远镜；（4）望远镜调焦(对光)：转动物

12、镜调焦筒使目标成像最清晰。（5）精确瞄准：用照准部和望远镜微动螺旋精确瞄准目标。 (要注意消除视差） 观测水平角时用竖丝：当目标较大时用单丝平分目标； 当目标较小时用目标平分双丝。 观测竖直角时用中丝（横丝）切目标的觇标顶部。 瞄准的步骤：-3、读数张开反光镜约45使读数窗上亮度适中。调节读数显微镜，使影像清晰。在经纬仪瞄准目标之后从读数窗中读水平方向值。（区分测微类型，根据前面介绍的读数方法读数）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”。最后的读数值应化为度、分、秒的单位。-4、水平度盘的配置度盘变换钮配置：1)转动照准部使望远镜瞄准起始方向目标;2)打开度盘变换钮的盖

13、子(或控制杆)，转动变换钮，同时观察读数窗的度盘读数使之满足规定的要求;3)关闭度盘变换钮的盖子(或控制杆)。-二、水平角观测方法1. 测回法(当一个测站上只须观测两个方向所夹的单角时使用该种方法。)一测回观测步骤如下：1以盘左位置瞄准目标A，读取度盘读数a左， 顺时针转动照准部瞄准目标B，读取度盘读数b左，计算上半测回角值左= b左a左；2以盘右位置瞄准目标B，读取度盘读数b右，逆时针转动照准部瞄准目标A，读取度盘读数a右，计算下半测回角值右= b右a右 3. 左右1.5格）,须重新整平,重新观测。- l 方向观测法选择零方向时，应考虑通视良好、距离适中、成像清晰、竖角较小的目标l方向观测法

14、中,若需多个测回,为消除度盘及测微器分划不均匀误差的影响，各测回在起始方向的盘左位置要配置度盘,其配置读数为(J2例): R=180/m(i1)10(i1)600/m(i1/2) m为测回总数，i为测回序数 l方向观测法中，测微螺旋及微动螺旋尽可能以 “旋进”（即其转动照准部的方向与照准部的转动方向一致）对齐或瞄准，以避免隙动误差。-第四节 竖直角测量竖直角测量原理 1、 在同一竖直面内视线和水平线之间的夹角称为竖直角。可分为仰角和俯角。2、天顶距（z)视线与上方铅垂线的夹角。 z+=90仰角：视线在水平线之上，为正，(B0)； 俯角：视线在水平线之下,为负，(C 0 )； 其角值范围为:“9

15、0 +90 ”竖直角的测量原理 在经纬仪的横轴上安置一竖直度盘，竖盘圆心位于横轴的轴线上，视线与水平线在竖盘上投影的差值即为该方向的竖直角。-l观测竖直角的用途 由A、B两点间的视线 斜距S化为水平距离 D=Scos； 三角高程测量 hab=Dtan+iv i-仪器高, v-目标高 图3-12 HB=HA+hab=HA +Dtan+iv- 竖直度盘垂直固定在望远镜旋转轴的一端，随望远镜的转动而转动。与水平度盘一样,竖盘也是全圆360分划,不同之处在于其注字方式有顺、逆时针之分。 在正常情况下,视线水平时竖盘读数应为90或270。 竖盘安装在望远镜横轴一端,随望远镜一起绕横轴转动,读数指标不动,

16、且竖盘平面与横轴相垂直，竖盘刻划中心位于横轴中心上。 一、竖直度盘的构造-l竖盘指标与竖盘指标水准管固连在一起，当竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘指标处于正确位置，竖盘读数正确。 当照准部水准管气泡居中时，竖盘为一竖直平面。 竖盘读数指标装置，主要有两种结构形式：带有竖盘指标水准管装置和竖盘指标自动补偿装置。图3-14-二. 竖盘指标水准管装置 竖盘指标与竖盘指标水准管固连在一起，可绕横轴微动，通过调整指标水准管调节螺旋，可使竖盘指标水准管气泡居中。 在读取竖盘读数前，应先转动竖盘指标水准管的调节螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中才能读取读数。否则，读数错误。 当望远镜视线水平，指标水准管气泡居中时

17、，竖盘指标指示的竖盘读数应该为90或270-三、竖直角观测方法 l竖直角观测与水平角一样,都是依据度盘上两个方向读数之差来实现,但其中一个方向读数不变。 l两方向中必有一个是水平线方向,视线水平时其竖盘读数是一固定值(如90或270)。 l竖直角观测只需照准目标,读取竖直度盘读数,即可根据相应公式计算出竖直角。-竖直角计算公式的确定方法 l竖直角的计算公式，因竖盘注记方式的不同而异, 首先看一下视线水平时的竖盘读数， 然后望远镜上仰看竖盘读数变化： （1）读数增大时, 竖直角=瞄准目标时读数视线水平时读数； （2）读数减小时, 竖直角=视线水平时读数瞄准目标时读数； 若盘左属第(1)种情况,则

18、盘右必属第(2)情况； 反之亦然。- 如图中： 左=90。L ； 右=R270。； 一测回角值 ：=（左右）/ 2 = （R L 180）/2 。-四、竖直角的观测方法l 在测站上安置仪器，对中，整平。 l 盘左位置： 1)瞄准目标，用望远镜微动螺旋使望远镜十字丝中丝的单丝精确切准目标； 2)使指标水准管气泡居中: 转动竖盘指标水准管微动螺旋，使.（若用自动补偿归零装置，则应把自动补偿器功能开关或旋钮置于“ON”位置）； 3)读取竖直度盘读数，并记入记录表格 -盘右位置：仍照准原目标，使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数值R，并记入记录表中。称为下半测回观测。上、下半测回合称一测回观测。在竖

19、直角观测记录表中进行竖直角和指标差的计算。右左MO备 注一测回竖直角指标差半测回竖直角竖盘读数盘位目标测站-五、竖直角指标差的计算竖盘指标水准管居中（或自动归零装置打开）且望远镜视线水平时，竖盘读数应为某一固定读数(如90或270). 当指标偏离正确位置时，这个指标线所指的读数就比始读数增大或减少一个角值，此值称为竖盘指标差，也就是竖盘指标位置不正确所引起的读数误差。 -l竖盘读数的正确值:(设指标偏向注字增加的方向)： L正=（Lx） R正= Rx 盘左、盘右取均值可消除指标差 正确的竖直角： =90（Lx）=左+x （a） 或 =（Rx）270=右x （b）一测回竖直角 由（b）- （a

20、）得:x = （ 右- 左）= （L + R）- 180()右左右左）（）（aaaaa+=-+=2121xx2121- l在多测回竖直角测量中,常用指标差来检验竖直角观测的质量: 在观测同一目标的不同测回中(或同测站的不同目标时), 各指标差较差不应超过一定限值, 如在一般竖直角测量中,J6指标差较差应小于25。-第五节 经纬仪的检验与校正一、经纬仪主要轴系应满足下述几何条件:1、照准部水准管轴应垂直于仪器竖轴(LLVV)；2、十字丝纵丝应垂直于横轴；3、视准轴应垂直于横轴(CCHH)；4、横轴应垂直于仪器竖轴(HHVV)；5、竖盘指标差应为零；6、光学对中器的视准轴应与仪器竖轴重合。-一、L

21、LVV的检校 若气泡仍居中（或0.5格），则LLVV； 否则，说明两者不垂直，需校正。如图3-19。1.检验 粗平经纬仪:转动照准部使水准管平行于任意两个脚螺旋，调节脚螺旋使水准管气泡居中。 旋转照准部180，检查水准管气泡是否居中： 图3-19-2.校正 l目前状态下，调节与水准管平行的两脚螺旋，使气泡回移总偏移量之半；图3-19 l用校正针拨动水准管一端的校正螺丝，使气泡居中； l 反复检校几次，直至满足要求。 l 说明：若LL不垂直于VV，则气泡居中（LL水平）时，VV不铅垂，它与铅垂线有一夹角； 当绕倾斜的VV旋转180后，LL便与水平线形成2 的夹角，它反映为气泡的总偏移量。 当用脚

22、螺旋调回总偏移量之半时，VV已铅垂，另一半则是由水准管轴不水平所致，可调整水准管一端的校正螺丝使水准管水平。-二、“”HH的检校1检验 整平仪器，使竖丝清晰地照准远处点状目标，使其与竖丝上端相切； 旋转望远镜微动螺旋，将目标点向竖丝下端移动，若目标点与竖丝的位置不变，说明竖丝与横轴垂直；若明显偏离，则需校正。图3-20-2校正 l 拧开望远镜目镜端十字丝分划板的护盖，（如图3-20（C）松开十字丝分划板固定螺丝，微微转动十字丝分划板，使竖丝下端与点状目标相切，拧紧分划板固定螺丝。反复检验，反复校正，达到要求后上好护盖。 l 说明：若“”HH，则竖丝的移动轨迹在视准轴所扫过的平面内。-1检验 l

23、选择一平坦场地，安置仪器于A、B中点O，在B点与AB方向垂直地横放一刻有毫米分划的直尺M，并使目标A、直尺M与仪器同高。 （见图3-21） l整平仪器后,先以盘左位置照准远处目标A,保持照准部不动,纵转望远镜,于M尺上读得B； l以盘右位置仍照准目标A，同法在M尺上读取读数B； l 若B = B ，则CCHH；若B B ，则需校正。三、CCHH的检校-2校正 l在M尺上定出B1点， B1 B= B B/4。由图3-21可以看出，在盘右状态下，OB1HH； l 拧开十字丝分划板护盖，用校正针微微拨动十字丝分划板的左右校正螺丝，一松一紧,使十字丝中心对准目标B1即可。 图3-21-四、HHVV的检

24、校 1检验l选择距墙面约2050米处安置仪器，整平仪器后，盘左瞄准墙面高处目标点A（仰角30）；l 固定照准部，纵转望远镜，使视线水平在墙上定出B点，并标记；l盘右位置同法在墙上作点C。l如果B与C重合，则HHVV，否则，横轴不水平。 图3-22-2校正 l 横轴不水平是由于支承横轴的两侧支架不等高而引起。 l 由于横轴是密封的，因此横轴与支架之间的几何关系由制造装配时给予保证，测量人员只需进行此项检验； 如需校正，应送仪器维修部门。-五、竖盘指标正确性检校 1检验l用盘左、盘右观测同一目标，计算出仪器的指标差 x 。 X=(L+R-360)/2 2校正（带竖盘指标水准管经纬仪） l 保持盘右

25、位置瞄准原目标，转动竖盘指标水准管调节螺旋，使竖盘读数为Rx，这时竖直度盘指标水准管气泡不居中； l 用校正针拨动竖盘指标水准管上、下校正螺丝，使气泡居中； l 重复上述操作，直至满足要求为止。-六、光学对点器的视准轴与竖轴重合性检验 若关系不满足，仪器对中整平后，转动照准部时光学对点器的对中标志会偏离测站点标志。 1.检验 l 安置仪器于平坦之地，严格整平，在三脚架所在地面中央固定一张白纸； l光学对点器调焦，用对中标志在纸上标记出一点； l转动照准部180，若光学对点器的对中标志离开原来位置且偏离超限,则需进行校正(专业人员进行)。-第六节 水平角观测的误差分析水平角观测误差的来源：仪器误

26、差、观测误差、外界条件的影响。一、仪器误差 仪器经校正后残余误差总会存在. 主要仪器误差有以下几项：w 视准轴误差w 横轴误差w 竖轴误差w 度盘偏心误差w 光学对中器视准轴与竖轴不重合误差-1视准轴误差 l 由视准轴不垂直于横轴引起，仪器整平后望远镜绕横轴转动，视准轴扫出的是一锥面，而非竖直平面。 l一个测回中，盘左、盘右观测取平均值，消除视准轴误差的影响。2横轴误差 l横轴不垂直于竖轴引起.此时仪器整平后竖轴处于铅垂，而横轴必然倾斜，视线绕横轴旋转时形成一垂直于横轴的倾斜面，而非铅垂面。 l一个测回中，盘左、盘右观测取平均值，也可消除横轴误差的影响。-3竖轴误差 l 水准管轴与竖轴不垂直引

27、起, 则即使CCHH，HHVV，当水准气泡居中(LL水平)时，VV并不垂直，HH也不水平。 l它与横轴误差的区别在于：因VV不垂直,盘左、盘右观测水平角时，HH总是向一个方向倾斜， 盘左、盘右观测取平均值并不能消除其误差。 l消减措施：关键是保证竖轴铅垂。在某方向上使水准管气泡居中，然后使照准部旋转180,记录偏移量。用经纬仪整平的方法，使照准部在任何位置气泡偏移量总是总偏移量的1/2，这时VV即处于铅垂状态。-4度盘偏心误差度盘偏心是指水平度盘中心与照准部旋转中心不重合。 照准部偏心对读数影响的大小及符号随偏心方向与视线间的位置不同而变化。若两者方向重合，则影响为零；若两者互相垂直，则影响最

28、大。 盘左、盘右取平均值可消除度盘的偏心误差。 对径符合法读数的仪器可自行消除此误差。图3-24-5光学对中器视线与竖轴不重合误差l 该误差导致测站偏心，其影响在观测误差中详述。-二、观测误差产生原因: 由于操作仪器不够细心以及眼睛分辨率及仪器性能的客观限制，不可避免地在观测中会带有误差。 主要观测误差： 测站偏心误差 目标偏心误差 照准及读数误差 -1测站偏心误差测水平角时，对中不准确使得仪器中心O与测站点的标志中心O不在同一铅垂线上，造成测站偏心。 由此可知：目标点较近时，应尤其注意仔细对中。 AoB=AoB+1+2 1=e /d12=e /d21+2=e /(d1+d2)rrr-2目标偏

29、心误差 l原因:是观测标志与地面点未在同一铅垂线上，致使视线偏移。其影响类似于测站偏心。 l 目标偏心距 e 愈大，误差也愈大。 l在目标点较近时: 观测标志应尽可能使用垂球线，并仔细瞄准，尽量瞄准目标底部。 3照准及读数误差 l 用十字丝竖丝瞄准目标时应仔细操作 w目标成像较粗时，用单丝平分目标； w目标成像较细时，用目标成像平分双丝。 l 读数时应认真测微，仔细估读。-三、外界条件的影响l 松软的地面会使仪器下沉l 曝晒会使水准管气泡变形l 大风会使仪器抖动l 旁折光会使视线变弯等等。 观测时尽量选择较好的条件.（阴天无风）。-四、注意事项1. 仪器要稳定 2. 对中要准确 3. 整平要仔

30、细4. 目标要照准5. 操作要规范 6. 估读要准确7. 观测要校核-第七节 电子经纬仪简介l电子经纬仪特点：问世于20世纪60年代末，它为测量工作自动化创造了有利条件，大大降低了测量外业的劳动强度， 提高了观测精度，方便、快捷、精确。如图3-26是电子经纬仪的一种。l电子经纬仪在结构及外观：与光学经纬仪类似，主要区别在于其读数系统，前者是利用光电扫描和电子元器件进行自动读数并液晶显示。根据光电读数原理的不同，电子经纬仪又分为度盘编码法、增量法和动态法三种测角系统。-图3-26-电子经纬仪与光学经纬仪相比有如下特点：仅需对准目标，若仪器内置有驱动马达及CCD系统，还可自动搜寻目标。 水平度盘和竖直度盘读数同时显示，省却了估读过程；通过接口可直接将数据输入计算机，不需手工记入手簿。消除了读数、记录时的误差或人为错误。 采用双轴倾斜传感器来检测仪器倾斜状态，由仪器倾斜所造成的水平角和竖直角误差，可通过电子系统进行自动补偿。带有输入键盘，且有若干功能键。