水利工程测量角度测量讲义图文丰富

水利工程测量

第4章角度测量主讲教师：高飞合肥工业大学土木与水利工程学院测量工程系3/14/20231第4章角度测量测量三项基本工作之一：角度测量角度测量的仪器：经纬仪角度测量分为：水平角测量和竖直角测量水平角测量目的：用于求算地面点的平面位置竖直角测量目的：1.测定地面两点的高差2.将地面两点的倾斜距离改化成水平距离

合肥工业大学22

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4.1角度测量原理

一、水平角测量原理水平角定义1.为地面上O点至A和B两目标方向线在水平面P上投影的夹角β，称为水平角。

2.地面上一点到两目标的方向线间所夹的水平角，就是过这两方向线所作两竖直面间的二面角。合肥工业大学33二、竖直角测量原理仰角俯角视线水平时竖直角视线水平时竖盘读数为一常数，通常为或是的倍数竖直角定义竖直角是同一竖直面内倾斜视线与水平线之间的夹角，其角值

合肥工业大学44合肥工业大学55§

4.2经纬仪及角度观测经纬仪的种类

1.按构造原理和读数系统分为:

游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪

2.按精度高低分为：

DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ603.一般工程测量最常用:DJ6级光学经纬仪合肥工业大学66经纬仪的精度系列及用途技术项目一测回水平方向中误差望远镜有效孔径不小于望远镜放大倍数不小于水准管分划值水平度盘垂直度盘主要用途经纬仪等级DJ1DJ2DJ6126二等平面控制测量及精密工程测量60mm40mm40mm30倍28倍26倍6/2mm20/2mm30/2mm10/2mm20/2mm30/2mm三、四等平面控制测量及一般工程测量图根控制测量及一般工程测量技术参数合肥工业大学77合肥工业大学88一、DJ6光学经纬仪的构造1.主要部件及作用(1)基座用于支承仪器,连接三脚架,悬挂垂球或光学对中,利用三个脚螺旋可整平仪器。(2)水平度盘0~360度顺时针刻划，最小分划值为1度(3)照准部合肥工业大学993.2.1DJ6光学经纬仪1.DJ6光学经纬仪外观图ＤJ6光学经纬仪外观图ＤJ6光学经纬仪合肥工业大学10102.主要轴线和几何条条件主要轴线(1)望远镜视准轴CC(2)仪器横轴HH(3)照准部水准管轴LL(4)仪器竖轴VV几何条件(1)LL垂直于VV(2)VV垂直于HH(3)HH垂直于CC(4)十字丝竖丝垂直于于HH合肥工工业大大学11113.DJ6经纬仪仪光路路图竖直度盘水平度盘合肥工工业大大学1212二、经纬仪仪的安安置1.对中对中的的目的的是使使仪器器的中中心与与测站站点位位于同同一个个铅垂垂线上上。有垂球球对中中和光光学对对中两两种方方法。。对中精精度：垂球球对中中3mm，光学对对中1mm2.整平整平的的目的的是使使仪器器竖轴轴处于于铅直直位置置和水水平度度盘处处于水水平位位置。。3.瞄准（注意意消除除视差）4.读数合肥工工业大大学1313BCA1.对中——将仪器中心安置在过测站点的铅垂线上。对中误差3mm。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，旋紧中心螺丝。

经纬仪仪安置置对中、、整平、、瞄准、、读数合肥工工业大大学1414打开三三脚架架，装装上经经纬仪仪；固定三三脚架架一脚脚，双双手持持脚架架另二脚并并不断断调整整其位位置，，同时时观测光学学对点点器十十字分分划，，使其其基本对准准测站站标志志，踩踩实脚脚架；；调节脚脚螺旋旋，使使光学学对点点器精精确对准测测站标标志；；伸缩三三脚架架(二脚)，调平平仪器器，使圆气气泡居居中；；调脚螺螺旋，，精确确整平平仪器器，并并通过在脚脚架头头上移移动仪仪器，，精确确对中中。有时必必须反反复上上述三三步的的操作作。光学对对中步步骤：：对准、、调平平、整整平、、对中中合肥工工业大大学1515123气泡居中，3与1、2等高2.整平——使仪器器纵轴轴铅垂垂，水水平度度盘与与横轴轴水平平，竖盘位位于铅铅垂面面内。。整平平误差差1格。用左手大拇指法则，转动脚螺旋，调节水准管气泡居中(反复)。一测回观测过程中，不得再调气泡。气泡居中，1、2等高123合肥工工业大大学1616操作步步骤：粗瞄、、制动动、调调焦消消除视视差、、水平平微动动精确确瞄准准。用水平平微动动完成成瞄准准。尽量瞄瞄准目目标下下部，，减少少目标标不垂垂直引引起的的方向向误差差。3.瞄准—用望远远镜竖竖丝精精确瞄瞄准目目标的的标志志中心心。合肥工工业大大学1717分微尺尺测微微——利用度度盘刻刻度线线，在在分微微尺上上读数数。4.读数——DJ6光学经经纬仪仪读数数方法法两种读读数测测微装装置：分微尺尺测微微和平平行玻玻璃板板测微微度盘上上1度分划划的间间隔经放大大后，，与分分微尺尺全长相等等。分微尺尺全长长分60格，因因此其最最小格格值为为1=60””。读数时时，秒秒数必必须估估读。。估读至至0.1格，因因此，，估读的的秒数数都应应是6”的倍数。。水平度度盘读读数：：73°°04′18″″0173合肥工工业大大学1818合肥工工业大大学1919二、经纬仪仪的安安置1.对中对中的的目的的是使使仪器器的中中心与与测站站点位位于同同一个个铅垂垂线上上。有垂球球对中中和光光学对对中两两种方方法。。对中精精度：垂球球对中中3mm，光学对对中1mm2.整平整平的的目的的是使使仪器器竖轴轴处于于铅直直位置置和水水平度度盘处处于水水平位位置。。3.瞄准（注意意消除除视差）4.读数合肥工业业大学2020测回法：：一个测站站观测2个方向时时用。方向观测测法：一个测站站观测3个或3个以上方方向时用用,也称“全圆测回回法”。三、水平平角测量量JKB测回法第1方向第2方向测站ABCDE方向观测测法合肥工业业大学21211.测回法观测程序序：盘左瞄瞄准准J，读数j左瞄准K，读数k左盘右瞄瞄准准K，读数k右瞄准J，读数j右第1方向第2方向测站JKB左=k左-j左右=k右-j右精度要求求：左-右±40"取:=(左+右)/2各测回角角值互差差应小于于24"角是从从起始方方向(即第1方向)顺时针转转到第2方向所成的角角度，观观测时，，必须首首先确定定起始方方向，然然后按照“测回法”的次序观观测。水平角总是第2方向读数数减去第第1方向读数数而得。。合肥工业业大学2222JKB第1方向第2方向测站起始方向向第一个个读数应应调成0或180/N(N为测回数数)；分、秒数数写足二二位；一测回过过程中，，不得再再调整水水准管气气泡或改改变度盘盘位置。水平角观观测手簿簿（测回回法）测站位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角B左J00418741924741915K742342右K2542406741906J1800500合肥工业业大学2323三、水平平角测量量1.测回法(1)上半测回回(盘左又称称正镜)

(2)下半测回回(盘右又称称倒镜)91º33´´03˝˝91º33´´15˝˝91º33´´09˝˝1º45´´12˝˝合肥工业业大学2424零方向盘左盘右ABCDE方向观测测法（1）安置仪仪器于C点，首先先用盘左左，水平平度盘设设置在0度略大一一点的位位置，瞄瞄准起始始方向CA，读取水平平度盘读读数a（2）顺时针针方向转转动仪器器，分别别观测点点B、D、E，并得到读读数（3）再次瞄瞄准点A，读取读数数a’，称为归零零。a与a’之差叫做做归零差差。以上上称为上上半测回回。三、水平平角测量量2.方向观测测法合肥工业业大学2525方向观测测法步骤骤（4）盘右位位置。仍仍从点A开始,逆时针转转动仪器器,依次观测测A、E、D、B、A,读数并记记入手簿簿。以上上称为下下半测回回。计算步骤骤：（1）两倍照照准差2c，有2c=盘左读数数-(盘右读数数±180°）（2）各方向向的平均均读数有有平均读数数=1/2［盘左读读数+(盘右读数数±180°)]（3）归零后后方向值值有归零方向向值=方向平均均读数-起始方向向平均读读数（4）各测回回归零后后方向值值的平均均值（5）将相邻邻两方向向值相减减，得到到水平角角值合肥工业业大学26262.方向观测测法合肥工业业大学27271.竖直角观观测方法法竖直角(也称垂直直角)——在同一铅铅垂面内内，瞄准准目标的的倾斜视视线与水水平视线的夹角角。α=0±90。仰角为正正，俯角角为负。。天顶铅垂线水平线ACB0°90°180°270°ZAZCAC4.2.4竖直角测量合肥工业大学学2828合肥工业大学学2929构造特点竖盘随望远镜镜一起转动。。竖盘与读数指指标相互脱离离。读数指标与竖竖盘水准管固固定在一起，，气泡居中，，指标铅垂。。视线水平、指指标铅垂时，，竖盘读数为为常数：盘左时一般L0=90，盘右时一般R0=270。270900180盘右（1）竖盘构造180270090盘左竖直度盘与读数指标合肥工业大学学3030竖直角观测仪器对中整平平后，盘左位置，十十字丝横丝精精确切准目标标顶部。转动竖盘水准管微微动螺旋，使竖盘水准管气气泡居中。读取盘左读数数L，得上半测回竖竖角：盘右位置：十十字丝横丝精精确切准同一一目标，盘右右读数为R，得下半测回竖角：：270900180盘右（2）竖直角的观观测与计算180270090盘左合肥工业大学学3131竖直角计算上半测回竖角角（盘左）：

下半测回竖角（盘右）：

一测回竖角：合肥工业大大学32322.竖盘指标差差x当视线水平平时，盘左左竖盘读数数为90°，盘右为270°。

但指标标不恰好指指在90°或270°，而与正确确位置相差差一个角度度x，x称为竖盘指指标差。4.2.4竖直角测量量合肥工业大大学3333竖盘指标差差x的计算及竖竖直角的记记录计算盘左:α=(90°+x)-L=αL+x盘右:α=R-(270°+x)=ααR-x有：(90°+x)-L=R-(270°+x)即指标差x:4要求：合肥工业大大学34343.竖盘指标的的自动归零零补偿装置置竖盘指标自自动归零补补偿器：在在仪器竖盘盘光路中，，安装一个个补偿器来来代替竖盘盘指标管水水准器，当当仪器竖轴轴偏离铅垂垂线的角度度在一定范范围内时，，通过补偿偿器仍能读读到相当于于竖盘指标标管水准气气泡居中时时的竖盘读读数。竖盘指标自自动归零补补偿器的构构造形式有有多种，下下图为其中中的一种。。合肥工业大大学3535竖盘指标自自动归零补补偿器的构构造形式《城市测量规规范》规定，对于于DJ6级光学经纬纬仪，竖盘盘指标自动动归零补偿偿器的补偿偿范围为±2′，安平中误误差为±1″。合肥工业大大学36363.6经纬仪的检检验与校正正一.经纬仪的轴轴线及其应应满足的条条件1.经纬仪的轴轴线横轴HH视准轴CC水准管轴LL竖轴VV圆水准轴LL2.应满足的条条件水准管轴垂垂直于竖轴轴LL⊥VV视准轴垂直直于横轴CC⊥HH横轴垂直于于竖轴HH⊥VV十字竖丝垂垂直于横轴轴竖竖丝⊥HH圆水准轴平平行于竖轴轴LL∥VV§4.3经纬仪的检检验与校正正合肥工业大大学37371.不良影响：：VV轴无法铅垂垂影响空间角角投影为水水平角和竖竖直角H轴随方向而而变2.检验（发现现误差）：：气泡居中中后旋转180°是否仍居中中？3.校正：用水水准管校正正螺旋使气气泡返回一一半，用脚脚螺旋纠正正一半。1.水准管轴垂垂直于竖轴轴的检验与与校正合肥工业大大学38381.不良影响：：不能精确瞄瞄准目标2.检验：用十字丝交交点精确照照准远处一一清晰目标标点A。旋紧水平制制动螺旋与与望远镜制制动螺旋，，慢慢转动动望远镜微微动螺旋，，如点A不离开竖丝丝，则条件件满足（图图a），否则需要校校正（图b）3.校正：旋下目镜分分划板护盖盖，松开4个压环螺丝丝（图c），慢慢转动十十字丝分划划板座，然然后再作检检验，待条条件满足后后再拧紧压压环螺丝，，旋上护盖盖。2.十字丝竖丝丝的检校合肥工业大大学39391.不良影响：：在绕横轴旋旋转时视准准轴画出圆圆锥面,观测同一铅铅垂面内不不同高度的的目标时，，将有不同同的水平度度盘读数，，从而产生生测角误差差2.检验：盘左，先照照准A点，倒转望望远镜得B1盘右，先照准A点，倒转望远镜镜得B2若B1，B2不重合则有此误误差3.校正：在B2附近标出扣除c影响后的B点，平移十字丝丝使视准轴照准准B点3.视准轴的检校合肥工业大学40401.不良影响：视准轴画出倾斜面，观测同一竖直直面内不同高度度的目标时，将将有不同的水平平度盘读数，从从而产生测角误误差2.检验：盘左，先照准高高点P，再投影至仪器高高度得A点；盘右，先照准同同一点P，再投影至仪器高高度得B点；如果AB不重合，则有此此误差3.校正：—标明AB的中点M照准M点，抬高望远镜镜至P附近升降横轴的一端端使照准P点。4.横轴的检校合肥工业大学41411.检验：安置仪器，用盘盘左、盘右两个个镜位观测同一一目标点，分别别使竖盘指标水水准管气泡居中中，读取竖盘读读数L和R，计算指标差X。如X超出±1’的范围，则需改改正2.校正：盘右照准目标点点，不含指标差差的盘右读数应应为R-X。转动竖直度盘指指标水准管微动动螺旋，使竖盘盘读数为R-X，这时指标水准管管气泡必然不再再居中，可用拨拨针拨动指标水水准管校正螺旋旋使气泡居中。。5.竖盘指标差的检检校合肥工业大学4242基本结构与光学学经纬仪相同；；操作方法也基基本相同。用微微电子技术自动取得度盘的的读数，从而可以经微微电脑进一步加工计算算用电子水准器自自动传感竖轴的的倾斜，再由微电脑自动对读数加倾倾斜改正数。竖直度盘处的的电子水准器使使“指标线”自动处于标准位位置。可以自动动改正读数中的的c,i误差影响§4.4电子经纬仪合肥工业大学43431.精密电子经纬仪仪普通光学经纬仪仪难以满足测角角自动显示、自自动记录和自动动传输数据的要要求。世界上第一台电电子经纬仪(electronictheodolite)于1968年研制成功，80年代初生产出商商品化的电子经经纬仪。采用光电扫描度度盘，利用光电电转换原理和微微处理器将角度度方向值变为电电信号，从而完完成自动化测角角的全过程，实实现角度测量的的自动显示、自动动记录和自动传传输数据，这种经纬仪称为为电子经纬仪。合肥工业大学44442.精密电子经纬仪仪的测角原理电子经纬仪与光光学经纬仪外形形结构相似，但但其测角读数系系统采用的是光光电扫描度盘和和自动显示系统统。根据光电扫扫描度盘获取电电信号的原理不不同，电子经纬纬仪电子测角系系统也不同，主主要有以下三种种：1.编码度盘测角系系统——即采用编码度盘盘及编码测微器器的绝对式测角角系统；3.动态测角系统——即采用计时测角角度盘并实现光光电动态扫描的的绝对式测角系系统。2.光栅度盘测角系系统——即采用光栅度盘盘及莫尔干涉条条纹技术的增量量式测角系统；；合肥工业大学4545光栅电信号前置放大鉴幅采样保持A/D转换液晶显示键盘串口通讯电子手薄CPU和存储器判向可逆计数器电源电路水平角传感器竖直角传感器电子经纬仪工作原理框图合肥工业大学4646水平角H计数器采样计数、细分A/D转换标准通讯角度