注册结构专业基础角度测量讲义

第三节角度测量一、水平角和垂直角观测原理角度测量是确定地面点位的基本测量工作之一。测角的仪器为经纬仪，它既可以测水平角，又可以测垂直角。如图13-3-1所示，设A、B、C为地面任意的三个点，B点上架设经纬仪，A、C点上插上标杆。BA、BC方向依铅垂线方向投影到某一水平面H上得到A1、Bl、Cl三点，B1A1和BlC1，直线间的夹角β即为BA、BC方向之间的水平角。经纬仪上有一水平放置的刻度盘，称为水平度盘，其中心通过B点的铅垂线，其刻度为依顺时针方向0°~360°。经纬仪上有望远镜，瞄准A、C目标时可在水平度盘上读得读数a、c，水平角β即两个读数之差：β＝c-a 同一铅垂面内，瞄准某目标的视线与水平线的夹角称为垂直角“（又称竖直角），其角度范围为0°±90°，如图13-3-2所示。0°为水平线，瞄准目标的视线在水平线之上称为仰角，角值为正；视线在水平线之下称为俯角，角值为负。垂直角的另一种表示方法为天顶距z：铅垂线向上为0°，水平方向为90°，水平线以下方向为大于90°。其关系式为 二、经纬仪的构造和使用（一）经纬仪和照准标志经纬仪按其精度和用途分为DJ1、DJ2、DJ6等几种等级，其下标表示该仪器一测回方向观测中误差的秒数。DJ1、DJ2级属于精密经纬仪：DJ6级属于普通经纬仪，一般用于地形测量或工程测量。经纬仪又分为光学经纬仪和电子经纬仪两种。光学经纬仪的度盘为光学玻璃制成，利用几何光学的放大、反射、折射等原理进行读数。电子经纬仪则利用物理光学、电子学、光电转换等原理进行度盘读数，并有屏幕显示、自动记录、计算等功能。角度观测瞄准目标时，一般不可能直接看到地面点，因此要在地面点上竖立标杆、测钎或规牌，作为角度观测的照准标志。（二）经纬仪的构造图13-3-3为经纬仪的构造示意图。经纬仪从总体来说分为三部分：（l）基座；（2）水平度盘；（3）照准部。基座部分有脚螺旋，用于置平仪器。水平度盘部分有纵轴套及水平度盘。照准部有仪器的纵轴、平盘水准管，两侧有支架，支承着仪器的横轴、望远镜和垂直度盘。因此经纬仪的望远镜既可在水平方向转动，又可在竖直面内转动，这两种转动都有制动螺旋和微动螺旋来控制。图13-3-4所示为一种DJ6级光学经纬仪的外形及外部各构件的名称。（三）经纬仪的度盘读数装置及读数方法光学经纬仪的度盘读数装置包括光路系统和测微器。水平度盘和垂直度盘上的分划线（度盘刻度），经照明后通过一系列棱镜和透镜，最后成像在望远镜旁的读数显微镜内。光学经纬仪有下列几种读数装置及读数方法：1．测微尺读数测微尺读数装置是将水平和垂直度盘上每度1条的分划经过照明、反射、放大后，成像于读数显微镜的测微尺平面上。测微尺为一支具有60个分格的小尺，其全长相当于度盘上1°的分格。因此，测微尺的一个分格代表度盘上1′，根据度盘的分划线在一个测微尺分格中的位置，可以估读到0.1′（6〞）。图13-3-5为测微尺装置读数显微镜视场，水平度盘读数为73°04′.4（即73°04′24〞），垂直度盘读数为87°06′.3（即87°06′18〞）。笛2恨冈．平行玻彻璃板测微探读数乡在度盘读碗数光路中绳设置一块爆平行玻璃锣板，旋转毕测微轮，抛可带动平榆行玻璃板蹲转动，使械度盘分划耻像对准读辣数指标线雅。这样，炉度盘的读萌数为指标势线所对准故的度盘分萝划读数，扁再加测微执器的读数财。剩图船13纸-3滴-6拳棒为平行玻后璃板测微住的读数显喷微镜视场眼，上部为朽测微器读个数窗口，朱中部为垂静直度盘读臂数窗口，持下部为水诚平度盘读管数窗口。目图揉133撒6哗势（殿a代灶）的水平扯度盘读数侍为怠5°1低1'缎50'拜',尘驼图膊13蓝–她3-6怖锐（投b蹲智）的垂直趴度盘读数刃为哪92°云17'东35倒'双'锤。残3当岸．度盘对有径光楔测冷微读数粮将度盘直读径相对两有端（对径税）的分划引成像于读歌数显微镜将中，可以盏看到上、兼下两排分互划，但上羞、下并不圆对齐。旋匪转测微轮肌，带动光抵楔（楔形乎玻璃）测缴微器，可椅使上、下则分划像对薄齐。此时峡，将度盘尤上直接读穗数加测微误器读数即闯为完整的糠度盘读数醒。雄图搬13退-3熊-7琴凉为度盘对趟径测微的放读数显微喝镜视场，凡上窗口为既已对齐的灭度盘对径帖分划像，律中窗口为尾度盘直接发读数，下僵窗口为测两微器读数派，涝图中度盘萄的完整读展数晃为轿94°刚12'疼44织.纪4补〞。暗（四）经雅纬仪的使何用著经纬仪的齿使用包括宴对中、整悠平、，瞄锣准、读数渔，具体操从作方法分形述如下：筋1叫器．对中转经纬仪对漂中的目的逝是把仪器冻的纵轴安决置到通过劫地面点的百铅垂线上拥。可以用怕垂球对中委或用光学豪对中器对计中，垂球岛的对中误没差可小溜于撇3m刑m贝，光学对征中器的对芬中误差可虹小榨于班1m牢m抚。浊涉2饭糖．整平整猜平的目的宰是使经纬钱仪的纵轴栋铅垂、横当轴水平、诊水平度盘谜位于水平谜面内、垂罩直度盘位谁于铅垂平池面内。整贡平的方法吨是旋转脚堪螺旋，使晚平盘水准壁管在平行惯于一对脚骆螺旋的方尺向上及其影垂直方向钉上气泡都辟居中茫。赴齿3配飘．瞄准岂测角时的益瞄准标志倒是安置于氏地面点上搁的标杆、狼测钎或规华牌。特测水平角沫时，以望描远镜目镜条中十字丝庄的纵丝对裂准目标。滑测垂直角腹时，以横晴丝对准目况标。亲经纬仪望孤远镜的瞄态准目标之耍前和水准夸仪一样，收先进行目扫镜调焦使行十字丝清轮晰，再进宋行物镜调洲焦使目标枕像清晰，搏并且必须仿消除视差葵。瞄准时是利用水平斯制动螺旋水、微动螺捕旋和望远爱镜制动螺第旋、微动瘦螺旋。嘴4沿解．读数哀根据不同业经纬仪的摇度盘读数绝装置进行玩度盘读数现，如前所需述。度盘铸读数应当括场进行记套录。里三、水平骨角观测戏常用的水绣平角观测湿方法有测持回法和方治向观测法稳两种。评（一）测鞠回法懂如棉图氧13鸣–啦3-8遭巩所示，在像测站恩点衬B秘畏需要测庭出燕BA赢渴、貌BC草熄两方向间埋的水平擦角费β剑，母在换B悔侧点安置经猜纬仪后，挪按下列步响骤进行观盆测：洒在一测回迷中，用盘到左、盘右挑观测水平旋角而取其涨平均值，祖可以抵消东仪器误差瓣对测角的司影响。同轻时也可作皮为观测中叠有无错误鞋的检核。忍（二）方蔽向观测法焦在一个测戴站上如果禽需要观诸测贝2恶偏个胆或坝2醋枯个以上的圆水平角，结可采用方置向观测法仗观测水平捧方向值脉。两个相掉邻方向的晚方向值之谦差，即为唉该两方向哪间的水平冒角值。慧方向观测翁法也用盘熄左、盘右闻进行观测睁。盘左按代顺时针方览向依次瞄春准各个目苏标，进行质水平度盘绍读数；盘净右按逆时返针方向依你次瞄准各寨个目标，与进行水平跳度盘读数杜。对于每造个方向，远度数取盘畅左的观测北值，分、扔秒则爷取盘左、族盘右读数献的平均值承，作为该摔方向的方愉向值。吩四、垂直便角观测袜（一）垂看直度盘构哪造来垂直度盘抚简称竖盘剪，固定在共横轴的一墨端，竖盘蒙平面垂直西于横轴，垮并随望远杏镜一起转走动。竖盘乓的读数指枝标同竖盘拴水准管连炊在一起，哥转动竖盘贿水准管微胁动螺旋，役使水准管堤气泡居中押，竖盘指辜标也就处侵于正确位枕置。现代售经纬仪的屡竖盘指标底利用重摆欢补偿原理幅（同自动井安平水准狭仪），设煮计成竖盘循指标自动冶归零，可疑以使操作堪简化。岩竖盘刻度帅通常矮有甩0°~缴360脖°般隙顺时针注经记和逆时并针注记两缴种形式，呆望远镜水右平放置时村，姑0°~国180蜘°拿的对径线垫位于水平辨方向个。播（二）垂钞直角计算衰竖盘刻度腰的注记不敢同，则根斯据竖盘读料数计算垂节直角的公棒式也不同切，如闻图路13厌-3勤-9屯器所示百为剑0°~套36跌0牙逆时针注旨记的一种仙。盘左，委视线水平创时的竖盘延读吩数耐L疼0拘＝丧90搜°位。盘右，朴视线水平磨时的竖盘悠读型数雨R展0晋=2状70°盈请。这瞄准目标炊时的竖盘星读数与视焦线水平时捕的竖盘读宫数之差，忍即为所求吵的垂直角肺。设盘左壤垂直角吉为控α砖左戒，瞄准目向标时的竖辫盘读数虾为叛L看；盘右垂塘直角对为许酷α皱右胳，瞄准目奋标时的竖炊盘读数汪为卡R肌忆，则垂直与角的计算送公式为：爹根据竖盘默读数计算合垂直角的耗一般公式鹿为：坟（三）竖哀盘指标差西由于竖盘窗水准管与雪竖盘读数植指标的关煎系不正确汪（或由于湖补偿器与虾竖盘读数慧指标的关是系不正确魂），使视既线水平时顶的竖盘读穷数与应有所读数有一嘉个小的角饼度伍差税x联献，称为竖雕盘指标差就，如棚图巴13-辞3-1愉0危掩所示。存夏在指标差惑时，垂直杀角的计算冠公宏式色河（掏13扯-3声-2郑胳）应改为猫：绞取盘左、党盘右测得税垂直角的基平均值可烟以抵消竖扎盘指标差吹的影响：戚根据巧（配13塌–雷3-4盯基）式，可窗以得到竖榜盘指标差灶的计算公悉式：支（四）垂搅直角观测隙垂直角观藏测时，用兄十字丝横言丝瞄准目蹈标的特定院位置，例或如标杆的欢顶部、规粉牌的中心环，或标尺规上的某一蹲位置。具额体观测方锯法如下：箩史（粪1梳磨）测站上氧安置好经常纬仪，用椅钢卷尺量勺出仪器逢高午i盏堡（从地面驴点量至经堂纬仪横轴临中心的高份度惨）造;忍（岸2豪责）盘左瞄戒准目标，威转动竖盘壤水准管微柴动螺旋使姑气泡居中闪，读取竖每盘读变数匙L屠唐，并量取诊目标杂高志l夜后（从地面凭点量至横茄丝所瞄准匹部位的高序度吵）筝;童（假3苦晒）盘右瞄爷准目标，伍转动竖盘设水准管微传动螺旋使塘气泡居中咏，读取竖烈盘读翠数洪R;含（跪4虎纱）按公式旦计算垂直帐角覆α盖及竖盘指店标顾差榜x浑用。耐五、经纬生仪的检验李和校正厅（一）经课纬仪的轴斩线及其应膏满足的条钱件发经纬仪的环轴线如吧图喘13火-3燃-11袍统所示萍：穴VV蜡l速哪为纵轴旱，饿LL茧1火为平盘水和准管轴农，需L'秘L冠1柱'鬼晒，为圆水所准轴僚，最HH测1党按为横轴至，青CC禁l喉壳为视准瞄谢。眨经纬仪的绝轴线应满杂足下列一司些条件怎：咳咽（鄙1爷思）平盘水肺准管轴应换垂直于纵情轴欢（金L贤具⊥院V悉墓）羡;逮猴（浴2盐援）圆水准胃轴应平行讲于纵轴遭（穗L'傲//动v群刻）猾;烈寒（锤3参吐）视准轴呜应垂直于遇横轴幸（撒C朽慰⊥群H枣扮）脚;欣给（栗4狗颠）横丝应译垂直于纵伟轴么；蹦弊（翁5凑谈）横轴应便垂直于纵承轴蚀（祖H浴语⊥晒V叶减）。混（二）平临盘水准管骨的检验和捉校正语按圆水准德器初步整锋平经纬仪利，转动照例准部使平私盘水准管闲平行一对位脚螺旋，咱转动这对要脚螺旋使序气泡居中翻；然后将患照准部旋父转集180松°痒，如果气取泡仍居中涛，则水准臭管轴垂直扰于纵轴，骨否则应进首行校正。跪校正方法诞为旋转这忽对脚螺，毅使气泡向赶中央移动扛偏歪格数哑的一半，放然后用校百正针拨转赖平盘水准不管校正螺短丝，使气鱼泡居中。冲（三）圆笔水准器的构检验和校旺正抹按校正后绸的平盘水埋准管将经泊纬仪整平鹿，此时圆传水准器气颗泡如果不缘居中，则叔需要校正掠。校正的框方法为：秘用校正针末拨转圆水付准器下面群的校正螺眠丝，使圆固水准气泡截居中。漫（四）十摄字丝的检睛验和校正习1唯泛．十字丝摊位置的检鞭验和校正聚经纬仪整寸平后，十毁字丝的纵素丝应在铅秒垂面内、淹横丝应水习平。检验神时以十字滥丝的交点本瞄准一个尽明显的点纹子尸，旋鬼转望远镜愿微动螺旋励，如果十绸字丝上、残下移动时午，棒P狗育点离开纵疫丝，则需贡要校正。枝校正的方织法为：卸誓下目镜处喇的十字丝蛾环外罩，袍松开十字膜丝环固定俯螺丝，转迈动十字丝抢环，直至衡望远镜上舒、下微动年时贝P判点不离开勤纵丝为止蜜，最后转统紧十字丝去环固定螺伪丝。翠2梳息．视准轴旺的检验和线校正工检验的方百法为：在戚大致水平手方向选择唇一目标算点辫P美，盘左用尘纵丝瞄她准击P聚点，水平曲度盘读数继为按L题丸；盘右再禾瞄称准渗P展点，水平档度盘读数隙为遣R秃希。如惩果栋|L勇鸽一庆（挨R±阁180卧°休）手|>额20'贼'扰某，则认为碍视准轴垂询直于横轴六的条件不墓满足，称寺为视准轴历误差。，昼应进行校缩正。校正辟的方法为昨：首先计滚算盘左、暮盘右瞄准狂同一目标焦的水平度循盘读数的件盘右平均朵值谁R旅’帽（因为检侨验时最后携瞄准目标缩为盘右位尽置以）州:那旋转水平思微动螺旋唇，使盘右尸的水平度殊盘读数圾为滑R'幼渗，此时十临字丝纵丝丸必定偏离时目标，用援校正针拨闲转左、右扫一对十字甚丝校正螺遭丝，使纵冰丝仍瞄准商目械标启P虽。贸（五）横氧轴的检验肌检验的方复法为：在揉离运墙喉10监~20秃m碧处安置经厦纬仪，盘黄左瞄准墙皆面高处一苹点锹P原膨（其仰角隐宜裁在慕30朗°盈左右），像不动水平词制、微动刊螺旋，使娃望远镜大贼致水平，苏在墙面按糖十字丝中签心定出一轿点绩A充教；在盘右汪位置仍瞄阀准高穿处推P拴点，放平殃望远镜在白墙面定出督一联点弱B守释，如贞果槐A姨魔、水B湾齿两点不重愿合，说明荣横轴不垂军直于纵轴晋，称为横梨轴误齐差抢i预痰。横轴误背差一般应切交仪器修框理部门校赞正。隐经纬仪的速视准轴误私差和横轴拘误差对角女度观测的岂影响，可坚以在盘左唇、盘右观望测而取其提平均值时群得到抵消引。均（三）十棍字丝的校腹验和校正置十字丝检龙验和校正晃的目的是都使水准仪蛮整平后，迹十字丝的妄横丝应水壮平、纵丝粮应铅垂，涝即横丝应粪垂直于纵共轴。检验捞的方法是葡：整平仪府器后，用姓十字丝中采心瞄准一脂个明显教点颠P怎，紧制动折螺旋，转题动微动螺紧旋，如果槽视点离开悬横丝，则教说明横丝械不水平，冰需要校正巡。意校正的方桨法是：旋帝下靠近目怒镜处的十倚字丝环外邮罩，用螺眉丝刀松开槽十字丝环栏的坟4裂代个固定螺将丝，转动舱十字丝环忽，使横丝见水平，最扬后转紧十煎字丝环固馒定螺丝。霉（四）水斑准管轴平讲行于视准智轴的检验蒙和校正鹊检验和校治正的目的寺是使水准辩管轴平行仔于视准轴部（膊L/壤/C室据）。设水扯准管轴不本平行于视研准轴，两谢轴的交角摧为蝇i寸徐。检验的甲方法是：点在平坦地肌面选择相压距粗约本60找~80悬m漏妙的篇A耗貌、厕B雪委两点，各辟打一木桩董或放尺垫基，并定错出帽A鞭原、绒B卡结的中枪点罩C嚼依，如蛾图行13狠-2于-5纵匪所示。披先将水准蔬仪安置杏于秧C诉点货，摩A天旱、臣B脏两点竖立缝水准尺，书精平后分碎别读数款为路“刘a撇l巩、肥b骡l奥希，虽然祥有牢i珍捉角的存在红，因为前撞、后视距左离相等，摩仍能得到碎正确高差档：唱然后将水得准仪安置陈于膨B逝拿点附近（嗓相距俘约查2m浩亿）歉毕，精平后飞对纳A弃泛、精B弟锋尺分别读箩数依为胸a潮2适坐、尘b响2臣,假亩由于前、购后视距离摔相差很大虹，受棋到较i过袭角影响，耗因此载（昂a孟2版–羊b芹2旋流）逆≠从h艇航。如果喇（亲a蛙2剥–牲b抹2绍验）划与孙h辰舞的差值大尊于滋5m丽m娱时，则需喷要校正。祖此时认为果：半B摔减尺离仪器锁很近，铁受虑i碌撑角的影响炊可忽略不伞计，泪受枕i偷订角影响的除读数皮为蚊a速2条。嫂校正的方治法是：先翁按下式计灶算视准轴昼水平保时耀A娃估尺上应有呀的读股数肤a'绞2菌塞疮，再按下迁列两种方毁法之一来讽校正。篮1枪琴．校正水弟准管士旋转微倾咸螺旋，使务十字丝的惕横丝对萌准寄A逢液尺上的正辱确读采数房a'过