控制测量第一章讲稿3

第三章精密光学经纬仪及水平角观测1《控制测量》

第三章/19117891012654321

在工程控制测量和精密工程测量中，角度测量主要使用精密光学经纬仪。我国光学经纬仪的精度系列分为J07，J1，J2，J6等规格。本章主要介绍J2级以上精密光学经纬仪和电子经纬仪的基本构造和仪器检验、一个测站上的水平角观测并获得正确观测值的方法及测站平差、水平角观测误差及注意事项、偏心观测及其改正。第一节精密光学经纬仪

光学经纬仪是用来测角的一种仪器，仪器的出产地和型号有很多。随着电子技术的发展，测角的仪器现在除了光学经纬仪之外，还相继产生了电子经纬仪和全站仪，在进行三、四等控制测量时，以前主要是用光学经纬仪来进行测角，现在大部分的生产单位用全站仪来测角。因为，控制网的布网方式除GPS网外，主要是用导线网的形式来布设，全站仪在观测时可同时进行测角、测边，还可直接测出坐标。我国光学经纬仪的精度系列分为J07，J1，J2，J6等规格。精密光学经纬仪是指J2级以上的仪器。在本节中，主要是介绍J2型光学经纬仪。测绘0932班2《控制测量》

第三章117891012654321

一、精密光学经纬仪的基本结构/19测绘0932班1、构成经纬仪的主要部件有望远镜——构成视准轴，在照准目标时形成视准线，以便精确照准目标。照准部水准器——用来指示垂直轴的垂直状态，以形成水平面和垂直面。垂直轴——作为仪器的旋转轴，测定角度时，应与测站铅垂线一致。水平轴——作为望远镜俯仰的转轴，以便照准不同高度的目标。水平度盘——用来在水平面上度量水平角，应与水平面平行。垂直度盘——用来量度垂直角。另外，为了精确读取度盘读数，在水平度盘和垂直度盘上均有测微器。3《控制测量》

第三章/19117891012654321测绘0932班2、经纬仪各主要部件应满足的关系

1．垂直轴与照准部水准器轴正交。即当照准部水准气泡居中时，垂直轴与测站铅垂线一致。

2．垂直轴与水平度盘正交且通过其中心。这样，当垂直轴与测站铅垂线一致时，水平度盘就与测站水平面平行，在其上面量取的角度，才是正确的水平角。

3．水平轴与垂直轴正交，视准轴与水平轴正交，当垂直轴与测站铅垂线一致，俯仰望远镜，视准轴所形成的面才是垂直照准面。

4．水平轴与垂直度盘正交，且通过其中心。满足此关系，当垂直轴与测站铅垂线一致，水平轴水平时，垂直度盘就平行于过测站的垂直照准面，在它上面量取的角度，才是正确的垂直角。总的来说，就是三轴(垂直轴，水平轴，视准轴)两盘(水平度盘和垂直度盘)之间的关系，一旦它们之间的关系被坏，就将给角度观测带来误差。4《控制测量》

第三章1178910126543213、苏州光学仪器厂生产的JGJ2光学经纬仪的外貌和部件如图/19测绘0932班1—望远镜物镜；2—光学瞄准器；4—测微轮；5—读数显微镜管；7—度盘影像变换螺旋；10—水平度盘变换螺旋护盖；12—望远镜调焦环；13—读数显微镜目镜；14—望远镜目镜；15—垂直度盘物镜组盖板；17—照准部水准器；18—水平制动螺旋；20—垂直度盘照明反光镜；21—垂直度盘指标水准器观察棱镜；22—垂直度盘指标水准器微动螺旋；24—光学对点器；25—水平度盘照明反光镜；26—照准部与基座的连接螺旋；27—固紧螺母；28—垂直制动螺旋；29—垂直微动螺旋；30—水平微动螺旋；31—三角基座；32—脚螺旋；

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第三章/194、北京TDJ2E光学经纬仪的读数北京光学仪器厂生产的TDJ2E光学经纬仪，读数设备采用光学数字化结构，以便迅速和正确地读取度盘上的大读数；测微器采用双光楔测微器，以消除光学测微器隙动差的影响；垂直度盘指标采用自动安平补偿器，以减小置平误差和提高垂直角观测速度。 该仪器水平度盘的格值为20′测微器的格值为1″。读数显微镜的视场如图3-12所示，中窗内是度盘正像分划像；上窗内是度和整10′的注记数，其中框标“∪”内的数字是分的十位数；下窗内是测微尺分划像和注记数，其中位于上方的数字是分数，下方数字是整10″数。 在图3-16的上窗中，一般会出现两个整度数，如89、090。正确的度数应该是三位数都出现，即090。读数采用重合读数法，图3-17的度盘完整读数为90°14′45″。117891012654321测绘0932班6控制测量》

第三章/19第三节方向观测法和测站平差根据水平角观测操作基本规则，可制定出不同的观测方法，不论哪种观测方法均应能有效地减弱各种误差影响，保证观测结果的必要精度；操作程序要尽可能的简单、有规律，以适应野外作业。不同等级的水平角观测的精度要求不同，其观测方法也不同。当前三、四等以下的水平角观测采用“方向观测法”。有时，二等三角观测也使用方向观测法。1178910126543一、方向观测法1测绘0932班若测站上有5个待测方向：A、B、C、D、E，选择其中的一个方向（如A）作为起始方向（亦称零方向），在盘左位置，从起始方向A开始，按顺时针方向依次照准A、B、C、D、E，并读取度盘读数，称为上半测回；然后纵转望远镜，在盘右位置按逆时针方向旋转照准部，从最后一个方向E开始，依次照准E、D、C、B、A并读数，称为下半测回。上下半测回合为一测回。这种观测方法就叫做方向观测法（又叫方向法）。

如果在上半测回照准最后一个方向E之后继续按顺时针方向旋转照准部，重新照准零方向A并读数；下半测回也从零方向A开始，依次照准A、E、D、C、B、A，并进行读数。这样，在每半测回中，都从零方向开始照准部旋转一整周，再闭合到零方向上的操作，就叫“归零”。

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第三章/197117891012654321测绘0932班图3-28方向观测法归零的作用及零方向的选择第一，边长适中。就是说，与本点其他方向比较，其边长既不是太长，又不是最短。第二，成像清晰，目标背景最好是天空。若本点所有目标的背景均不是天空时，可选择背景为远山的目标作为零方向。第三，视线超越或旁离障碍物较远，不易受水平折光影响，视线最好从觇标的两橹柱中间通过。有些方向虽能满足上述要求，但经常处在云雾中，也不宜选作零方向。8《控制测量》

第三章/198二、一测站上的观测程序在测站上做好观测的准备工作以后，按以下步骤进行观测。（1）照准零方向目标，按观测度盘表配置测微盘和度盘。（2）按顺时针方向旋转照准部1～2周后，精确照准零方向标的，读取水平度盘和测微盘读数（重合对径分划线两次，读取水平度盘读数一次，读取测微盘读数两次）。（3）顺时针方向旋转照准部，精确照准2方向标的，按（2）款方法进行读数，继续按顺时针方向旋转照准部，依次精确照准3，4，…，n方向标的并读数，最后闭合至零方向(当观测的方向数小于3时，可以不“归零”)。（4）纵转望远镜，按逆时针方向旋转照准部1~2周后，依次精确照准1，n，…3，2，1方向标的，并按（2）款读数方法进行读数。以上操作为一测回，方向观测测回数见表3-2。表3-2方向法观测的测回数117891012654321测绘0932班9《控制测量》

第三章/1991．观测度盘表为了减弱度盘和测微盘分划误差影响，应在开始观测前编出观测度盘表。零方向各测回度盘位置按下式计算：117891012654321测绘0932班型仪器

式中m——测回数；

j——测回序号（j=1，2，3，…，m）。三、观测手簿的记录与计算1、水平方向法记录与计算以下是使用J2经纬仪进行四等方向观测一测回的手簿记录、计算示例。10《控制测量》

第三章/1910117891012654321测绘0932班11/192、限差要求（J2仪器、四等要求）

光学测微器两次重合读数之差3秒；半测回归零差8秒；一测回内2C互差13秒；化归同一起始方向后，同一方向值各测回互差9秒。《控制测量》

第三章117891012654321测绘0932班四、观测成果的处理1、观测结果的取舍1）“测回互差”超限。出现明显的过大或过小之孤值例如用北光厂J07光学经纬仪进行三等水平角观测，某方向各测回的观测秒值如下（限差为5秒）：显然Ⅳ测回的31．3″过大，其他各测回秒值都很接近。因此认为Ⅳ测回的结果是不正常的，属于孤值，可仅重测此测回。12/19《控制测量》

第三章2）“测回互差”超限，出现“一大一小”例如用T2，经纬仪进行三等水平角观测，某一方向的观测结果如下：117891012654321

测绘0932班其中26.2″较小，36.1″较大，两者互差超限，仅舍去26.2″时，其他各测回合限，仅舍去36.1″时，其他各测回互差也合限。此时可认为36.1″与26.2″属于“一大一小”，应重测这两测回。3）“测回互差”超限，出现“两小一大”(或两大一小)

例如用010经纬仪进行三等三角观测，某方向的观测结果如下：其中13.3″与23.8″互差超限；14.0″矿与23.8″互差也超限。若舍去13.3″和14.0″，其他各测回互差合限；若舍去23．8″，其他各测回也合限。此时可认为13.3″、14.0″与23.8″属于‘两小一大”，这三个测回均应重测。13/19《控制测量》

第三章

2．重测、补测的有关规定

1）凡因对错度盘、测错方向、上半测回归零差超限、读记错误和中途发现观测条件不佳等原因放弃的非完整测回，再进行的观测通称为补测。补测可随时进行。因超出限差规定而重新观测的完整测回，称为重测。重测应在基本测回全部完成之后进行，以便对成果综合分析、比较，正确的判定原因之后再进行重测。

2）采用方向观测法时，在1份成果中，基本测回重测的“方向测回数’’超过“方向测回总数”的三分之一时，应重测整份成果。重测数的计算：在基本测回观测结果中，重测1个方向算作1个“方向测回”；一测回中有2个方向重测，算作2个“方向测回”。1份成果的“方向测回总数’’(按基本测回计算)等于方向数减1乘以测回数，即(n-1)m。

3）一测回中，若重测的方向数超过本测回全部方向数的三分之一，该测回全部重测。观测3个方向时，即使有1个方向超限，也应将该测回重测。计算重测数时，仍按超限方向数计算。117891012654321测绘0932班14《控制测量》

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4）当某一方向的观测结果因测回互差超限，经重测仍不合限时，要在分析原因后再重测，以避免不合理的多余重测。

5）进行重测时，只联测零方向。

6）基本测回的结果与其重测结果，一律上记簿。每一测回只采用一个合限结果。

7）零方向超限，全测回重测。

8）中途放弃的方向，最后补测。放弃方向数不超过全部方向数的三分之一。

9）因三角形闭合差、极条件、基线条件和方位角条件闭合差超限而重测时，应重测整份成果。

五、测站平差这里所介绍的测站平差，是用算术中数的方法，求出各个方向的平差方向值。即：某一方向的平均方向值=

117891012654321测绘0932班15/19《控制测量》

第三章在实际作业中，测站平差计算是在固定表格——“水平方向观测记簿”上进行例如117891012654321测绘0932班16/19《控制测量》

第三章117891012654321测绘0932班17《控制测量》

第三章/19117891012654321测绘0932班注：①括弧中的成果为划去不采用。②一测回方向值的中误差

m=9k=0.147③m个测回方向值中数中误差

n为方向数，m为测回数。18/19《控制测量》

第三章第四节精密水平角观测的误差影响和操作的基本规则

观测工作是在野外复杂条件下进行的，由于观测人员和仪器的局限性以及外界因素的影响，观测中会有误差。为使观测结果达到一定的精度，需要找出误差的规律，研究和采取消除或减弱误差影响的措施，制定出观测操作中应遵守的基本规则，以保证观测成果的精度。一、

水平角观测操作的基本规则水平角观测操作的基本规则，是根据各种误差对测角的影响规律制定出来的，实践证明，它对消除或减弱各种误差影响是行之有效的，应当自觉遵守。1、一测回中不得变动望远镜焦距。观测前要认真调整望远镜焦距，消除视差，一测回中不得变动焦距。转动望远镜时，不要握住调焦环，以免碰动焦距。

2、在各测回中，应将起始方向的读数均匀分配在度盘和测微盘上。这是为了消除或减弱度盘、测微盘分划误差的影响。117891012654321测绘0932班19/19《控制测量》

第三章3、上、下半测回间纵转望远镜，使一测回的观测在盘左和盘右进行。一般上半测回在盘左位置进行，下半测回在盘右位置进行，作用在于消除视准轴误差及水平轴倾斜误差的影响。4、下半测回与上半测回照准目标的顺序相反，并保持对每一观测目标的操作时间大致相等。5、半测回中照准部的旋转方向应保持不变。这样可以减弱度盘带动和空隙带动的误差影响。若照准部已转过所照准的目标，就应按转动方向再转一周，重新照准，不得反向转动照准部。因此，在上、下半测回观测之前，照准部要按将要转动的方向先转1～2周。

6、测微螺旋、微动螺旋的最后操作应一律“旋进”，并使用其中间部位，以消除或减弱螺旋的隙动差影响。7、观测中，照准部水准器的气泡偏离中央不得超过《规范》规定的格数（规范规定不超过1格）。其作用在于减弱垂直轴倾斜误差的影响。在测回与测回之间应查看气泡的位置是否超出规定，若超出，应立即重新整平仪器。若一测回中发现气泡偏离超出规定，应将该测回作废，待整平后，再重新观测该测回。117891012654321测绘0932班20/19《控制测量》

第三章第五节偏心观测与归心改正三角点的点位以标石的标志中心（一般习惯称标石中心）为准，也就是说，三角点的坐标与三角点之间的方向和边长都是以三角点的标石中心为依据的，因此，在观测时要求仪器中心、照准圆筒中心与标石中心位于同一垂线上，即所谓“三心”一致。测站偏心：在实际测量中若遇到测站上不能安置仪器，即仪器中心与测站标石中心不在同一铅垂线上，称测站偏心。照准点偏心：若照准点上不能立反光镜，即照准点中心与照准点标石中心不在同一铅垂线上，称照准点偏心。归心改正：将偏心观测获得的观测值化归字至以标石中心为准的观测值。117891012654321测绘0932班21/19《控制测量》

第三章

一、测站点偏心及测站点归心改正数计算117891012654321测绘0932班如图：为三角点的标石中心；

为仪器中心；测站上应有正确观测方向为

；由于测站点的偏心

，即仪器中心偏离了标石中心。因此，实际的观测方向为

实际观测方向值和应有的正确方向值

之间差一个小角

称为归心改正。由图可知图中：为偏心距；为偏心角。统称为归心元素。由图可得：