土木工程测量第3章

学习要点

◆角度测量原理

◆DJ6光学经纬仪及其操作

◆水平角观测

◆垂直角观测

第三章角度测量测量地面点连线的水平夹角及视线方向与水平面的竖直角，称角度测量(angularobservation)。角度测量是测量的基本工作之一。角度测量所使用的仪器是经纬仪(theodolite)和全站仪(totalstation)。水平角测量用于求算点的平面位置，竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化为水平距离。§3.1角度测量原理定义：水平角(horizontalangle)是指地面一点到两个目标点连线在水平面上投影的夹角，它也是过两条方向线的铅垂面所夹的两面角。

方法：为了测量水平角，应在过B点的上方水平地安置一个有刻度的圆盘，称为水平度盘(horizontalcircle)；要求：水平度盘的中心应位于过B点的铅垂线上；水平度盘水平；目标铅垂；一、水平角测量原理

=c-a一、水平角测量原理

顺时针刻划面向角右手减左手a-c=？0ca水平度盘0定义：竖直角(verticalangle)是指在同一竖直面内，视线与水平线的夹角。视线在水平线上方的称为仰角，角值为正；视线在水平线下方的称为俯角，角值为负。二、竖直角测量原理天顶铅垂线水平线ACB0°90°180°270°方法：为了测量竖直角，经纬仪必须在铅垂面内安置一个有圆盘，称为竖直度盘或竖盘(verticalcircle)。竖直角也是两个方向在度盘上的读数之差，与水平角不同的是，其中有一个是水平方向。水平方向的读数可以通过竖盘指标管水准器或竖盘指标自动补偿装置来确定；经纬仪设计时，一般使视线水平时的竖盘读数为0°或90°的倍数，这样，测量竖直角时，只要瞄准目标，读出竖盘读数并减去仪器视线水平时的竖盘读数就可以计算出视线方向的竖直角。二、竖直角测量原理规范给出的国产光学经纬仪(opticaltheodolite)按其精度划分的型号有：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ30，其中字母D、J分别为“大地测量”和“经纬仪”汉语拼音的第一个字母，07、1、2、6、30分别为该仪器一测回方向观测中误差的秒数。瑞士Leica公司的光学经纬仪按其精度划分的型号为：T4、T3、T2、T1、T16，其中字母T为单词“Theodolite”(经纬仪)的第一个字母，以秒为单位的一测回方向观测中误差分别为±0.5″、±1″、±2″、±6″、±16″。§3.2光学经纬仪及其操作一、DJ6级光学经纬仪的结构根据控制水平度盘转动方式的不同，DJ6级光学经纬仪又分为方向经纬仪和复测经纬仪。地表测量中，通常使用方向经纬仪，复测经纬仪主要应用于地下工程测量。一般将光学经纬仪分解为基座(tribrach)、水平度盘(horizontalcircle)和照准部(alidade)三部分。1-望远镜制动螺旋2-望远镜微动螺旋3-物镜4-物镜调焦螺旋5-目镜6-目镜调焦螺旋7-光学瞄准器8-度盘读数显微镜9-度盘读数显微镜调焦螺旋10-照准部管水准器11-光学对中器12-度盘照明反光镜13-竖盘指标管水准器14-竖盘指标管水准器观察反射镜15-竖盘指标管水准器微动螺旋16-水平方向制动螺旋17-水平方向微动螺旋18-水平度盘变换螺旋与保护卡19-基座圆水准器20-基座21-轴套固定螺旋22-脚螺旋北京光学仪器厂生产的DJ6级方向光学经纬仪基座：脚螺旋，圆水准气泡。(2)水平度盘(3)照准部竖轴、U形支架、望远镜、横轴、竖直度盘、管水准器、竖盘指标管水准器(verticalindexbubbletube)和读数装置等。DJ6级方向光学经纬仪结构1)水平度盘位置变换螺旋：方向经纬仪使用。2)复测装置：复测经纬仪(repetitiontheodolite)是用复测扳手代替水平度盘位置变换螺旋来控制控制水平度盘的转动。控制水平度盘转动的部件在一测回观测过程中，水平度盘是固定不动的包括：度盘光路系统测微器。DJ6级光学经纬仪的读数装置当度盘刻划影像不位于双指标线中央时，旋转测微螺旋2，带动齿轮3进而带动扇形齿4使平板玻璃5和测微尺7绕轴6旋转，度盘刻划影像移动偏距位于双指标线中央位置，所移偏距则在测微尺上记录下来。平板玻璃测微尺(parallelplatemicrometer)读数装置仪器制造时，使度盘刻划影像移动1格也即0.5°或30′时，对应于测微尺上移动90格，则测微尺上1格所代表的角度值为30×60÷90=20″，按估读到测微尺1格的十分之一，即为2″。1-望远镜制动螺旋，2-望远镜微动螺旋，3-物镜，4-物镜调焦螺旋，5-目镜，6-目镜调焦螺旋，7-光学瞄准器，8-度盘读数显微镜，9-度盘读数显微镜调焦螺旋，10-测微轮，11-水平度盘与竖直度盘换像手轮，12-照准部管水准器，13-光学对中器，14-水平度盘照明镜，15-垂直度盘照明镜，16-竖盘指标管水准器进光窗口，17-竖盘指标管水准器微动螺旋，18-竖盘指标管水准气泡观察窗，19-水平制动螺旋，20-水平微动螺旋，21-基座圆水准器，22-水平度盘位置变换手轮，23-水平度盘位置变换手轮护盖24-基座25-脚螺旋DJ2级光学经纬仪德国蔡司公司(Zeiss)生产的Theo010型经纬仪(属于2″级)读数镜度盘的数字注记为“度”数，测微分划尺左边注记为“分”数，右边注记为“十秒”数。为使读数方便和不易出错，现在生产的DJ2级光学经纬仪，一般采用图3-12所示的读数窗一、经纬仪的安置对中(centering)整平(leveling)：

粗平：是通过伸缩脚架腿或旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，精平：是通过旋转脚螺旋使管水准气泡居中，§3.3经纬仪的安置与水平角观测使用光学对中法安置经纬仪粗对中：双手握紧三角架，眼睛观察光学对中器，移动三脚架使对中标志基本对准测站点的中心(应注意保持三角架头基本水平)，将三脚架的脚尖踩入土中。精对中：旋转脚螺旋使对中标志准确对准测站点的中心，光学对中的误差应小于1mm。粗平：伸缩脚架腿，使圆水准气泡居中。精平：转动照准部，旋转脚螺旋，使管水准气泡在相互垂直的两个方向上居中。精平操作会略微破坏前已完成的对中关系。再次精对中：旋松连接螺旋，眼睛观察光学对中器，平移仪器基座(注意，不要有旋转运动)，使对中标志准确对准测站点的中心，拧紧连接螺旋。瞄准操作步骤：

粗瞄、制动、调焦消除视差、水平微动精确瞄准。

用水平微动完成瞄准；尽量瞄准目标下部，减少由于目标不垂直引起的方向误差。1、测回法测回法(methodofobservationset)用于观测两个方向之间的单角。二、水平角测量方法第1方向第2方向测站JKB

盘左瞄准J，读数j左瞄准K，读数k左

盘右瞄准K，读数k右瞄准J，读数j右

左=k左-j左

右=k右-j右精度要求：

左-

右

±40"

取:=(左+

右)/2观测时，必须首先确定起始方向，然后按第2方向读数减去第1方向读数而得。观测程序：盘左盘右起始方向第一个读数应调成0

或180

/N，（N为测回数）；分、秒数写足二位；读数须估读到0′.1一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。水平角观测记录（测回法）第1方向第2方向测站JKB

右KJ25424061800500741906B左JK00418742342741924741915测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角第2方向ACB第1方向

水平角观测记录（测回法）表中盘右C读数小于A读数，不够减时，应加360

后再减。B左AC010302143342右CA3434121801118214231221422542142303测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角测站目标竖盘位置水平度盘读数半测回角值一测回角值（°′）（°′）（°′″）BALCARC011.05021.25010.223020.918011.05009.9501003水平角观测记录（测回法）测站目标竖盘位置水平度盘读数半测回角值一测回角值（°′）（°′）（°′″）BALCARC010.45021.25010.823020.918011.05009.9∵|βL－βR|=0.9′>40″已超限。∴应该重测！水平角观测记录（测回法）测回间的度盘配置当测角精度要求较高需要对一个角度观测若干个测回时，为了减弱度盘分划不均匀误差的影响，测回间通常须进行度盘的配置。如观测n个测回，则各测回间起始方向（零方向）水平度盘读数应变换180°/n。例：对某角度观测4个测回，则每测回瞄准起始方向（零方向）后，利用度盘配置手轮将水平度盘读数分别变换为：

0°；45°；90°；135°当测站上的方向观测数在3个或3个以上时，一般采用方向观测法(methodofdirectionobservation)2、方向观测法ABCDO以A点方向为零方向的记录计算表格注意：归零，2C，平均读数，归零后方向值《城市测量规范》规定，方向观测法的限差：方向观测法的限差经纬仪型号半测回归零差一测回内2C互差同一方向值各测回较差DJ212"18"9"DJ618"——24"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。

水平角观测的注意事项§3.4竖直角观测一、竖直角的用途2、竖盘构造特点构造特点

a竖盘随望远镜一起转动。

b竖盘与读数指标相互脱离。

c竖盘气泡居中，指标铅垂。

d视线水平、指标铅垂时，竖盘读数为常数：

盘左时一般L0=90

，盘右时一般R0=270

。270

90

180

0

盘右0

270

180

90

盘左二、竖直角的计算

竖盘刻度为0°~360°，有顺时针和逆时针注记两种形式。我们通常所见的为顺时针注记。对于顺时针注记形式：盘左：α左=90°－L盘右：α右=R－270°最后结果：α

=(α左+

α右)/2=[(R－L)－180°]/2为什么？盘左：抬高望远镜时，竖盘读数减少，则竖直角为：

α=视线水平时竖盘读数－瞄准目标时竖盘读数对于竖盘顺时针刻划，竖直角计算公式有：α左=90°－L，α右

=R－270°确定竖直角计算公式的注意：

1）视线水平时的读数；

2）根据抬高望远镜时的读变化情况，确定计算公式；保证仰角为正、俯角为负。逆时针刻划度盘：三、竖盘指标差

定义：

由于竖盘水准管与竖盘读数指标的关系难以完全正确，当视线水平且竖盘水准管气泡居中时的竖盘读数与应有的竖盘指标正确读数（即90°的整数倍）有一个小的角度差x，称为竖盘指标差，即竖盘指标偏离正确位置引起的差值。0°270

180°90°

盘左：视线水平时视线向上时当望远镜照准目标时，读数大了一个x值，正确读数应为：L-x，视线水平时的正确读数为90°，正确的竖直角为:α=90°－(L－

x)=90°－L+x=α左+xα

=R－（270°+x）=R－270°－

x=α右

－

x三、竖盘指标差

指标差的计