角度与距离测量课件

1、内容提要:4.1 角度测量原理 4.2 J6光学经纬仪构造4.3 角度测量4.4 光学经纬仪检验与校正4.5 水平角观测误差分析4.6 距离测量4.7 全站型电子速测仪 第四章 角度与距离测量 4.1 角度测量原理 角度测量(Angle Observation)包括：水平角(Horizontal angle)测量 用于确定点的平面位置（计算坐标）竖直角(Vertical angle)测量 用于两点间高差计算或将斜距换算成平距测角仪器：光学经纬仪：通过光学度盘（玻璃度盘）的放大来读数电子经纬仪：用电子学的方法来读数的经纬仪。电子全站仪：能同时测量角度和距离的电子经纬仪。4.2 J6光学经纬仪构造

2、和使用一、水平角测量原理 水平角：地面上两直线之间夹角在水平面上的投影。 范 围：003600 水平面abcABC0ca水平度盘=c-a水平角也可看成是包含BA、BC视线的两个铅垂面之间的两面角。仪器安置的高低及瞄准目标的高低对水平角的观测有无影响？二、竖直角（垂直角）测量原理天顶铅垂线水平线ACB090 180270 竖直角：在同一铅垂面内，瞄准目标的视线与水平视线的夹角（也称垂直角）。 范 围：00900，仰角为正，俯角为负。4.2 J6光学经纬仪构造一、国产光学经纬仪 精密光学经纬仪：DJ07 、 DJ1 、 DJ2 普通光学经纬仪：DJ6、DJ15 注：下标数字该仪器一测回方向观测值中

3、误差的秒数。二、DJ6光学经纬仪的构造 1、照准部 2、水平度盘 3、基座视 频J6光学经纬仪的认识 J6光学经纬仪内部结构DJ6光学经纬仪的构造1、照准部望远镜（目镜，物镜，目镜调焦，物镜调焦，粗瞄准器，调焦透镜，十字丝分划板）读数显微镜（分微尺）竖直度盘光学对中器照准部(水平)制动、微动望远镜(竖直)制动、微动照准部水准管2、水平度盘 水平度盘由光学玻璃制成 顺时针003600刻度； 水平度盘与照准部相互脱离； 仪器整平，水平度盘水平； 改变度盘位置，要使用度盘变换手轮或复测扳手。0901802700901802703、基座 圆水准器 脚螺旋4.J6经纬仪的 读数装置水平度盘垂直度盘三、读

4、数设备及方法1、读数设备包括： 度盘 光路系统 测微器（分微尺）2、J6经纬仪读数方法水平度盘读数： 73004240173 分微尺的分划值为1 估读到 0.1(6“)0123456068195水平竖直HV水平度盘竖直度盘J6经纬仪读数方法6步骤：对中整平瞄准读数一、经纬仪的使用1、对中 目的：使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂线上。 精度： 3mm 方法：（1）垂球对中 （2）光学对中4.3 角度测量BBCA（1)垂球对中步骤： 粗略对中：移动三脚架，使垂球尖离测 站中心12cm内； 精确对中：稍微松开中心螺丝，在脚架 头上移动(不能旋转)仪器，使垂球尖精 确对中测站标志中心，旋紧中心

5、螺丝。 注意： 脚架头首先要放平，三个脚螺旋基本等高； 脚架适当踩实； 垂球尖尽量接近标志，便于判断。（2）光学对中器步骤（1）粗对中 眼睛看着对中器，拖动三脚架两个脚，使仪器大致对中。（2）精对中 转动脚螺旋使地面标志影像准确位于对中器圆圈中心。（3）粗平 根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚，使圆水准气泡居中。 检查对中情况，架头上移动仪器，精确对中。2、整平 1格 目的：使仪器的竖轴竖直，即水平度盘水平。 方法：1）转动仪器，使水准管与脚螺旋1、2连线平行。 2）根据气泡位置运用法则，对向旋转脚螺旋1、2 。 3）转动仪器900，运用法则，旋转脚螺旋3 。气泡居中，1、2等高123气泡居中，3

6、与1、2等高1233、瞄准步骤：目镜调焦粗瞄制动物镜调焦微动精瞄注意：瞄准时，尽量瞄准目标下部，消除视差。 4、读数记录（注意：打开反光镜）视 频 J6光学经纬仪的使用 1. 目的和要求 （1）了解J6光学经纬仪的基本构造和各部件的名称； （2）练习J6光学经纬仪的对中、整平、瞄准和读数。 2. 实验设备 （1）3人或4人一组， J6光学经纬仪1台。 3.方法和步骤 （1）J6经纬仪认识：认清J6光学经纬仪的构造和各部件名称 （2）J6经纬仪使用：对中整平瞄准读数 4.练习与成果 （1）每人轮流操作练习。 （2）记录并上交“水平度盘读数记录表”（详见样例）。课间实习五 J6光学经纬仪的认识与使

7、用二、水平角观测：（测回法和方向观测法）同一目标盘左、盘右读数理论相差180盘左观测盘右观测竖直度盘竖直度盘（一）测回法适用：2个方向的单角（AOB）（一）测回法步骤：（1个测回） 1、测站上安置仪器（对中、整平） 目标A、B上设置标志； 2、上半测回（盘左位置） （1）盘左瞄准左边A，读取a1。 （2）顺时针旋转瞄准右边B，读取b1。 （3）则上半测回角值:1= b1-a11测站ABOa1b12测站ABOa2b2注：遇到不够减时，右目标读数加上360再减3、下半测回（盘右位置） （1）倒转望远镜成盘右 盘右瞄准右边B，读取b2 （2）顺时针旋转瞄准左边A，读取a2 （3）则下半测回角值: 2

8、= b2-a24、一测回角值 若：1-240（图根级） 则： = （1+2）/2 反之返工重测。测回法记录格式：254 24 06180 05 0074 19 06右ABO左AB00 04 1874 23 42 74 19 2474 19 15ABO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 多测回观测： 为了提高测角精度，需要测几个测回； 为了减少度盘分划不均匀误差影响，测回间需配置度盘； 若观测N个测回，各测回间按1800/N的差值来配置度盘； 各测回角度互差 24“。视 频 水平角观测（测回法） 1. 目的和要求 （1）了解水平测角原理和测回法观测水平角的方法； （

9、2）练习测回法观测水平角。 2. 实验设备 （1）3人或4人一组， J6光学经纬仪1台。 3.方法和步骤 （1）在测站安置经纬仪（对中、整平） （2）练习测回法观测水平角（一测回观测） 4.练习与成果 （1）每人轮流操作练习。 （2）记录并上交“水平角观测手簿（测回法）”详见样例。课间实习六 水平角观测（测回法）（二）全圆方向观测法 适用：在一个测站上需要观测两个以上方向。 步骤：（如图有四个观测方向）ABOCD1、上半测回（盘左位置）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。盘左零方向2、下半测回（盘右位置） 倒镜成盘右，逆时针依次观测

10、A，D，C，B，A。3、各测回间按1800/N的差值，来配置水平度盘。 ABOCD盘右零方向计算和限差：1、半测回归零差: J2 8“ ；J6 18” 。2、2C值（两倍视准轴误差）: 2C=盘左读数（盘右读数180）。 一测回内2C互差：J213 ；J6不作要求。3、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）/24、归零方向值 各方向平均值减去零方向平均值，得各方向归零方向值。5、各测回归零方向值的平均值 同一方向值各测回间互差:J2 9” ；J6 24” 。 视 频 全圆方向观测法（三）水平角观测注意事项1、仪器高度要和观测者的身高相适应；三脚架要踩实，仪器与脚架

11、连接要牢固，操作仪器时不要用手扶三脚架；转动照准部和望远镜之前，应先松开制动螺旋，使用各种螺旋时用力要轻。2、精确对中，特别是对短边测角，对中要求应更严格。3、当观测目标间高低相差较大时，更应注意仪器整平。4、照准标志要竖直，尽可能用十字丝交点瞄准标杆或测钎底部。5、记录要清楚，应当场计算，发现错误，立即重测。6、一测回水平角观测过程中，不得再调整照准部管水准气泡，如气泡偏离中央超过2格时，应重新整平与对中仪器，重新观测。 三、竖直角(垂直角)测量天顶铅垂线水平线ACB090 180270竖直角在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视线 之间的夹角(也叫垂直角)。 =00900，仰角为正，俯

12、角为负。（一）竖直度盘构造1竖盘 竖盘指标水准管 微动螺旋2竖盘固连在横轴上，随望远镜的转动而转动；3. 竖盘指标水准管居中，竖盘读数指标处于正确位置；4. 竖盘指标自动归零补偿器。1、顺时针注记18002700 00900盘左指标线2700900001800盘右指标线（二）竖盘的注记形式：有顺时针与逆时针两种。 2、逆时针注记 002700 1800900盘左指标线2700900180000盘右指标线（三）竖直角的计算公式1、顺时针注记 盘左： 左=90-L 盘右： 右=R-270 一测回竖直角： =（左+右）/2 2、逆时针注记问题：左= ？ 右=？盘左:左= L -90 盘右:右=270

13、- R一测回竖直角: =（左+右）/2 （四）竖盘指标差1、定义：当竖盘指标水准管居中时，读数指标不处于正确位置，而与正确位置相差一个X角，称为竖盘指标差。 即：当视线水平时，竖盘读数不是恰好等于90或270上，而是与90或270相差一个x角。当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时，x为正，反之为负。 18002700 00900盘左（2）结论：取盘左盘右平均值，可消除指标差的影响。（3）规范规定，指标差变动范围，J625、J215 。 2、计算公式（1）指标差:对于顺时针注记的：正确的竖直角=(90+x)-L=左+x =R-(270+x)=右-x（五）竖直角的观测及记录视 频竖直角观测4.4 光

14、学经纬仪检验与校正一、经纬仪的主要轴线: 1、竖轴VV 2、水准管轴LL 3、横轴HH 4、视准轴CC 5、圆水准器轴LLLLHHCCVVLL二、经纬仪轴线应满足的条件1、V VL L 2、H H十字丝竖丝3、H HC C 4、H HV V 5、LLV V 6、竖盘指标差应为零7、光学垂线与V V重合 LLHHCCVVLL三.水准管轴垂直于竖轴的检验与校正 1.检验原理（竖轴误差） 若水准管轴不与竖轴垂直而有一夹角 ，则仪器绕竖轴旋转180，水准管轴将偏离竖轴2 角度。 2.检验方法 （1）照准部水准管整平 （2）仪器旋转180 （3）气泡仍居中则正常，否则偏移一格需要校正。 3.校正方法（反

15、复多次） （1）脚螺旋校一半； （2）水准管校正螺钉校一半。视 频水准管轴垂直于竖轴的检校四.十字丝竖丝的检验与校正 1.检验原理 若竖丝垂直横轴，仪器整平，横轴水平，竖丝应铅垂。 若竖丝不垂直横轴，仪器整平，横轴水平，竖丝倾斜。 2.检验方法 （1）竖丝照准固定点P，转动垂直微动螺旋上下旋转。 （2）P点沿竖丝移动，则竖丝铅垂，否则需要校正。 3.校正方法（反复多次） （1）打开十字丝板护盖，旋转十字丝板使P点与竖丝重合。五.视准轴CC垂直于横轴HH的检验与校正 1.视准轴误差c 视准轴不垂直于横轴所偏离的角值c称为视准轴误差。具有视准轴误差的望远镜绕横轴旋转时，视准轴将扫过一个圆锥面，而不

16、是一个平面。 2.检验方法 （1）整平，盘左瞄准目标，读左。 （2）盘右瞄准目标（水平），读右。 （3）若2c=左-（右180）20秒不需要校正，否则需要校正。 3.校正方法（反复多次） （1）正确读数A右=左+（右180 ）/2 （2）打开十字丝板护盖，校正十字丝板使目标点与竖丝重合。视 频视准轴CC垂直于横轴HH的检校六.横轴HH垂直于竖轴VV的检验与校正 1.横轴误差i 若横轴不垂直于竖轴，则仪器整平后竖轴虽已竖直，横轴并不水平，因而视准轴绕倾斜的横轴旋转所形成的轨迹是一个倾斜面。 2.检验方法 （1）盘左瞄准高处目标P，在水平方向定A点； （2）盘右瞄准高处目标P，在水平方向定B点；

17、（3）若A、B两点重合，说明横轴是水平的，横轴垂直于竖轴；否则，大于2 mm需要校正。 3.校正方法（反复多次） （1）瞄准M点，抬高望远镜， （2）校正横轴一端（升或降），使十字丝对准A点即可。视 频横轴HH垂直于竖轴VV的检校七.圆水准器轴LL平行竖轴VV的检验与校正视 频圆水准器轴LL平行竖轴VV 的检校八.竖盘指标差的检验与校正 1.检验方法 （1）盘左瞄准水平目标P，读竖直盘读数左； （2）盘右瞄准水平目标P，读竖直盘读数右； （3）计算指标差 x=(左-右)/2。 (4) 若x30秒，则需要校正。 2.校正方法（反复多次） （1）计算正确读数R右= 右-x， （2）校正竖盘指标水准

18、管校正螺钉气泡居中即可。九.光学对中器的检验与校正 1.检验方法 （1）整平仪器，地面上放置一张“十字”形标志的白纸，精确对中。 （2）旋转180度，若光学对中器偏离中心，则需要校正。校正：用校正针进行校正。 2.校正方法（反复多次） （1）取两点中心连线的中点； （2）校正对中器校正螺钉对中即可。 1. 目的和要求 （1）熟悉经纬仪各主要轴线间应满足的几何条件； （2）了解经纬仪检验和校正的基本原理； （3）掌握经纬仪检验和校正的程序和操作方法。 2. 实验设备 （1）3人或4人一组， J6光学经纬仪1台。 3.方法和步骤 选择较平坦的场地，按检验项目表格中内容，逐一进行检查，并将检查结果如

19、实填于表中相应栏内。 4.练习与成果 （1）每人轮流操作练习，上交检验成果详见样例。课间实习七 经纬仪检验与校正4.5 水平角观测误差分析一、仪器误差（仪器校正的残余误差） 1.水平度盘偏心误差：长期使用、缺乏保养或剧烈震动造成照准部轴与轴套间空隙加大以致于水平度盘中心与照准部旋转中心不重合。 对水平角测量影响：对不同的方向观测值影响不同，盘左盘右对水平方向读数大小相同，符号相反。 消除方法：盘左盘右取平均可以消除其对水平角观测的影响。 2.度盘刻划误差：在度盘制造时产生。 对水平角测量影响：一般很小。 消除或削弱方法：采用变换度盘位置的办法来减低度盘刻划误差的影响。 4.5 水平角观测误差分

20、析 3.三轴误差： 视准轴误差（CCHH） 盘左盘右观测取平均消除 横轴误差 （HHVV） 盘左盘右观测取平均消除 竖轴误差 （LLVV） 盘左盘右观测取平均不能抵消，仔细整平。4.5 水平角观测误差分析二、人的误差 1.仪器对中误差：仪器中心与测站点的中心不在同一铅垂线上。 对水平角测量影响：跟偏心距，边长和与目标方向有关。 消除或削弱措施：精确对中，特别是对短边测角时。 2.目标对中误差：照准目标中心与目标中心不在同一铅垂线上。 对水平角测量影响：跟偏心距，边长和与目标方向有关。 消除或削弱措施：觇标铅垂、尽量照准目标底部、三联脚架。 3.观测误差： （1）照准误差 （2）读数误差 （3）

21、视差 4.5 水平角观测误差分析三、外界条件影响 气象条件：温度、湿度、能见度、大气折光 削弱措施：选择有利观测时间，设法避开不利条件； 尽量缩短一测回的观测时间。4.6 距离测量距离测量是测量的三项基本工作之一距 离是指地面点之间的水平直线长度距离测量主要方法：常见量距法：目视量距（100米左右，精度： 1/10000 ）GPS量距法： （几十公里 中程 几公里几十公里 短程 3.5 公里 （4）按精度分为1（5mm)、2(5-10mm)、3(11-20mm)级测距仪的精度指标：如 md = 5mm + 5ppmD B用ppm表示 mm/km） （2）按载波分 微波测距仪、激光测距仪和红外光

22、测距仪（1）依据测定时间的方法： 变频法、相位法、干涉法、脉冲法3、相位式光电测距仪的原理 相位式光电测距是利用测相电路测定调制光在测线上往返传播所产生的相位差，间接测得传播时间，从而求得距离。 (1) 相位法测距仪的工作基本原理 （见图12-1） 调制器接收器相位计显示器高频信号发生器光强时间光强时间光源光强反射镜图12-1由光源发出的光通过调制器调制后，成为光强随高频信号变化的调制光，射向测线的另一端的反射镜，同时调制光另一部分送入相位计作为参考信号。射向反射镜的调制光被反射后，被接收器接收，然后由相位计将参考信号和接收信号进行比较，并由显示器显示出调制光在被测距离上往返传播所引起的相位移

23、。 (2)相位式测距仪的基本测距公式 如果将调制波的往程和返程摊平，则有下图的波形。往程返程DD 由图可见，调制光全程的相位变化为： 而调制光在测线上往返传播的时间为： 则用相位表示的测距公式为：（1）（2）（3）将（1）式代入（3）式，可得：从图可以看出：比较（4）式和（5）式得： 在相位式测距中的相位计只能测定全程相位移尾数 ，而无法测定整周期数 N，（4）式有多值解。（4）（5）（3）确定N值的方法 当N = 0时，D有唯一解。 可见，要 N = 0，则必须选用较长的测尺长度即较低的测尺频率。取 ，可求出测尺长度相应的测尺频率。 仪器的测相系统存在测相误差，其值一般达 它对测距精度的影响

24、将随测尺长度的增大而增大。令则称为测尺长度 如何解决扩大测程和提高精度的矛盾呢？ 采用一组测尺来组合测距，以短测尺（频率高的调制波，又称精测尺）保证精度 ，以长测尺（频率低的调制波，又称粗测尺）保证测程。这样就解决了多值解的问题。 表12-1测尺频率f测尺长度u精 度 1cm10cm1m10m100m10m1km10km100km100m15MHz1.5MHz15kHz1.5kHz150kHz精度：例：欲使某相位测距仪的测程达到10km,测距精度达到1mm，问需多少个光尺？它们的频率分别为多少？解： 则 由 可准确测得“公里”、“百米”的数值，而“十米”的值存在误差。 选 则 由 可准确测得“

25、十米”、“米”的数值，而“分米”存在误差。 选 则 由 可准确测得“分米”、“厘米”的数值，而“毫米”的值存在误差。4、光电测距的误差来源 对于相位式光电测距仪，其测距误差可分为两部分。 （1）比例误差：由调制频率的误差、真空中光速值的误差、大气折射率的误差引起的，它与被测距离成正比； （2）固定误差：由测相误差、仪器加常数的校准误差引起的，它与距离无关。 （3）其他误差：仪器与反射镜的对中误差，以及由于固定的电子信号串扰和测相单元移相器电路失调引起的周期误差。 在评定测距仪的测距精度时，通常用下列公式表示：A：固定误差B：比例误差系数D：被测距离例如：某仪器的精度为5mm+5ppmD4.7

26、全站型电子速测仪全站仪:是由红外测距仪，电子经纬仪和微处理器组合成的一个智能性测量仪器。基本功能:能自动地完成测距、水平方向、竖直方向读数和观测数据的显示、存贮。精度： （用于数字化成图） 测距精度：5mm+5ppm， 测角精度：2-5秒。 视 频 全站仪的认识与使用视 频 测绘机器人的认识与使用 1. 目的和要求 （1）了解全站仪的基本构造和各部件的名称； （2）练习全站仪的对中、整平、瞄准和读数。 2. 实验设备 （1）3人或4人一组，全站仪1台。 3.方法和步骤 （1）全站仪认识：认清全站仪的构造和各部件名称 （2）全站仪使用：对中整平瞄准读数 4.练习与成果 （1）每人轮流操作练习。

27、（2）记录并上交“水平度盘读数记录表”（详见样例）。课间实习八 全站仪的认识与使用 1. 目的和要求 （1）了解全站仪的基本构造和角度测量原理； （2）练习全站仪全圆方向观测法观测水平角。 2. 实验设备 （1）3人或4人一组，全站仪1台。 3.方法和步骤 （1）全站仪全圆方向观测法观测水平角4.练习与成果 （1）每人轮流操作练习。 （2）记录并上交“全站仪全圆方向观测记录表”（详见样例）。课间实习九 全站仪全圆方向观测法全站仪棱镜常数的测定（1）棱镜构造：主要构件是一块玻璃体，这块玻璃体前面（测距时朝仪器那一面）是一个平面，后面则是几个斜面。(2)反射棱镜的作用 在利用反射棱镜(或者反射片)作为反