精密测角仪器和水平角观测第三章解析

1、第三章精密测角仪器和水平角观测,本 章 提 要,3.1 精密测角仪器经纬仪 3.2 经纬仪的误差 3.3 精密测角的误差影响 3.4 方向观测法 3.5 分组方向观测法 3.6 偏心观测与归心改正,重点 精密测角误差、方向观测法,本 章 提 要,知识点及学习要求 1经纬仪的误差 2精密测角的误差影响 3方向观测法,精密测角仪器经纬仪,经纬仪 光学经纬仪 电子经纬仪 全站仪 电子经纬仪 电子扫描度盘 测角装置 微处理机控制 自动化数字测角,精密测角仪器经纬仪,特点 角度标准设备 电子扫描度盘 粗读数 电子测微读数系统精读数 测角方式 绝对方式：编码度盘和编码测微器、计时测角测角度盘和光电动态扫描

2、 增量式：光栅度盘和莫尔干涉条纹测量技术,精密测角仪器经纬仪,特点 测角方式 技术关键 辨码 识向 角度细分,精密测角仪器经纬仪,特点 微处理机 竖轴倾斜自动测量和改正 望远镜为测角瞄准装置和测距的信号发收装置 自动化和多功能化,精密测角仪器经纬仪,测量机器人 伺服轴系驱动马达和数控器 仪器转动 CCD摄像机 照准目标 棱镜配合 品牌 Leica Trimble 索佳 拓普康,精密测角仪器经纬仪,测量机器人,Leica TS30,拓普康 GTS-901A,南方NTS342,Trimble S8,精密测角仪器经纬仪,光学经纬仪 角度标准设备 光学玻璃组成，包括水平读盘、垂直读盘、读数显微镜、观测

3、测微器 对径重合读数,精密测角仪器经纬仪,光学经纬仪 具有强制归心装置、精密光学对点器、快速安平机构 提高精度和效率 由优质可靠的有机材料和合金制成 减小外界环境的影响,精密测角仪器经纬仪,电子全站仪 电子经纬仪 电子测距仪 电子记录手簿组 地面测图系统或地面监测系统 工业测量三维定位系统,精密测角仪器经纬仪,电子全站仪 全站仪生产厂商 欧美：徕卡、天宝 日本：尼康、拓普康、索佳 国产：南方、苏光、科力达、中海达 超站仪 全站仪和GPS接收机的集成： 集成GPS接收机的高性能全站仪。无需控制点、长导线和后方交会操作，只需安装SmartStation，并使用GPS确定该点的准确位置，然后就可以使

4、用全站仪进行测量、放样。仅仅通过简单的安装调试，就可以简单、快速地测量作业,经纬仪的轴系误差,视准轴误差 仪器的视准轴不与水平轴正交所产生的误差 水平轴倾斜误差 仪器的水平轴不与垂直轴正交，所产生的误差 垂直轴倾斜误差 设视准轴与水平轴正交，水平轴垂直于垂直轴，仅由于仪器未严格整平，而使垂直轴偏离测站铅垂线一微小角度,经纬仪的轴系误差,主要轴线： 竖轴 VV1 水准管轴 LL1 横轴 HH1 视准轴 CC1 几何关系： LL1 VV1 CC1 HH1 HH1 VV1 望远镜十字丝竖丝垂直于横轴,经纬仪的轴系误差,视准轴误差 产生原因 望远镜的十字丝分划板安置不正确 望远镜调焦镜运行时晃动 气温

5、变化引起,经纬仪的轴系误差,视准轴误差 对方向观测的影响,除与c值有关外，还随垂直角a的增大而增大,经纬仪的轴系误差,视准轴误差 c对水平度盘观测值的影响 盘左 盘右 盘左、盘右读数的中数 盘左、盘右取平均值，可消除视准轴误差影响 为避免调焦引起视准轴位置变化，规定在一测回内不得重新调焦,经纬仪的轴系误差,视准轴误差 c值的计算 方向法观测时，须计算盘左、盘右读数的差数 当观测目标的垂直角a较小时 国家规范规定:一测回中各方向2c互差对于J1型仪器不得超过9 “ ；对于J2型仪器不得超过13”，否则应矫正十字丝分划板以调整视准轴的位置。,经纬仪的轴系误差,水平轴倾斜误差 产生原因 仪器左、右两

6、端支架不等高 水平轴两端轴径不相等,影响值与i角值有关，随a角增大而增大,经纬仪的轴系误差,水平轴倾斜误差 影响： 盘左 盘右 盘左、盘右读数的平均值 盘左、盘右取平均值可抵消水平轴倾斜误差影响,经纬仪的轴系误差,水平轴倾斜误差 影响 视准轴误差和水平轴倾斜误差同时存在,经纬仪的轴系误差,经纬仪的轴系误差,垂直轴倾斜误差 影响 引起水平度盘倾斜，对读数影响较小可不予顾及 引起水平轴倾斜对水平方向观测值的影响 水平轴随照准部转动，水平轴倾斜在不断变化,经纬仪的轴系误差,垂直轴倾斜误差 影响 当照准部旋转至某一任意位置时，水平轴倾斜角i的大小及其对水平方向观测值的影响 垂直轴倾斜误差对水平方向观测

7、值的影响，不仅与垂直轴倾斜角v有关，还随着照准目标的垂直角和照准目标的方位不同而不同,经纬仪的轴系误差,垂直轴倾斜误差 影响 盘左、盘右的平均值不能消除这种误差的影响 削减影响方法 尽量减小垂直轴的倾斜角v值 测回间重新整平仪器 对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数,经纬仪的轴系误差,垂直轴倾斜误差 改正计算 根据水准器气泡偏离中央的格数n来计算水平轴的倾斜角度 按公式计算垂直轴倾斜改正数,精密测角的误差影响,测角误差来源 外界环境 大气折光 气温 仪器误差 观测,精密测角的误差影响,大气层的影响 大气层密度变化对成像稳定性影响 目标成像稳定取决于近地大气层密度变化情况 大气密度均匀 成像稳定

8、 大气密度变化 成像跳动 大气密度变化程度主要取决于太阳造成地面热辐射的强烈程度以及地形、地物和地类等的分布特征,精密测角的误差影响,大气层的影响 大气层密度变化对成像稳定性影响 大气密度变化规律 早晨升起 轻微波动 日出1-3h 稳定 到中午 剧烈动荡 到下午 趋于稳定 日落前 稳定 夜间 轻微波动,精密测角的误差影响,大气层的影响 大气透明度对成像清晰度影响 目标成像是否清晰主要取决于大气的透明程度，也就是取决于大气中对光线散射作用的物质的多少 尘埃和水蒸气对大气透明度起决定性作用 大气透明度从本质上说也主要决定于太阳辐射的强烈程度,精密测角的误差影响,大气层的影响 大气透明度对成像清晰度

9、影响 上午接近中午 透明度较差 午后 透明度变好 一般在下午3h以后又有一段大气透明度良好的有利观测时间,精密测角的误差影响,大气层的影响 有利观测时段 晴天 日出1h后的1-2h 下午3-4h后到日落前1h 阴天 全天可观测,精密测角的误差影响,水平折光的影响 定义 光线通过密度不均匀空气介质，经过连续折射后形成一条曲线，并向密度大一方弯曲 微分折光 纵向折光 水平折光 影响 系统误差,精密测角的误差影响,水平折光的影响 水平折光的影响规律 水平折光的影响随着大气温度的变化而不同 白天和晚间的水平折光影响正好相反 取白天和晚间观测成果的平均值，可以有效地减弱水平折光的影响,精密测角的误差影响

10、,水平折光的影响 水平折光的影响规律 视线在水平方向靠近某些实体会产生局部性水平折光影响，如岩石或在建筑物 在观测时，引起大气密度分布不均匀的地形地物愈靠近测站，水平折光就愈大,精密测角的误差影响,水平折光的影响 削减水平折光的影响的方法 在选点时，应避免使视线靠近山坡、大河或与湖泊的岸线平行，并应尽量避免视线通过高大建筑物、烟囱和电杆等实体的侧方 在造标时应使橹柱旁离视线至少10cm 一般在有微风的时候或在阴天进行观测，可以减弱部分水平折光的影响,精密测角的误差影响,水平折光的影响 削减水平折光的影响的方法 在精密工程测量中水平角观测还受到工程场地的一些局部因素的影响。 为了削减微气候条件构

11、成的水平折光影响，应根据测区微气候条件的实际情况，选择最有利于观测的时间，将整个观测工作分配在几个不同的时间段内进行,精密测角的误差影响,照准目标的相位差 照准实体目标时，往往不能正确地照准目标的真正中心轴线，从而给观测结果带来误差，这种误差叫相位差 相位差的影响随太阳的方位变化而不同，在上午和下午，当太阳在对称位置时，相位差影响的正负号相反 半数测回在上午观测，半数测回在下午观测,精密测角的误差影响,温度变化的影响,太阳光直接照射,仪器不均匀膨胀,破坏轴线间关系,影响观测的精度,观测时必须撑伞或用测橹覆挡住太阳光对仪器的直接照射,气温变化,破坏轴线间关系,精密测角的误差影响,温度变化的影响

12、采用按时间对称排列的观测程序 上半测回顺时针，下半测回逆时针 奇数测回顺时针，偶数测回逆时针,温度不断变化,精密测角的误差影响,温度变化对站标稳定性的影响 温度的变化会使木标(钢标)架或三脚架的木构件产生不均匀的胀缩而引起扭转 假定在一测回的观测过程中，觇标内架或三脚架的扭转是匀速发生 采用按时间对称排列的观测程序可以减弱这种误差对水平角的影响,精密测角的误差影响,仪器误差的影响 水平度盘位移的影响 轴面间存在摩擦力 开始转动照准部，仪器基座部分产生弹性扭曲 与基座固连的水平度盘随之发生微小方位变动 照准部开始转动后，只需克服较小轴面摩擦力 转动停止之后，没有任何力作用于仪器基座部分，企图恢复

13、原来的平衡状态,精密测角的误差影响,仪器误差的影响 水平度盘位移的影响 系统误差 顺时针 读数偏小 逆时针 读数偏大 半测回中照准目标时保持照准部向一个方向转动，可认为各方向所带误差的正负号相同，由方向组成角度时可以削减这种误差影响 即使各方向所受误差的大小不同，在组成角度中也只含有残余误差的影响,精密测角的误差影响,仪器误差的影响 照准部旋转不正确的影响 当照准部垂直轴与轴套间隙过大，照准部转动时垂直轴在轴套中会发生歪斜或平移,精密测角的误差影响,仪器误差的影响 照准部旋转不正确的影响 照准部旋转不正确会引起照准部的偏心和测微器行差的变化 采用重合法读数，可消除照准部偏心影响,精密测角的误差

14、影响,仪器误差的影响 照准部水平微动螺旋作用不正确的影响 旋进照准部水平微动螺旋，靠螺杆的压力推动照准部 旋出照准部微动螺旋，靠反作用弹簧的弹力推动照准部,精密测角的误差影响,仪器误差的影响 照准部水平微动螺旋作用不正确的影响 若弹簧弹力减弱，则微动螺旋旋出后，照准部不能及时转动，微动螺杆顶端出现微小空隙，读数中，弹簧才逐渐伸张而消除空隙，视准轴已偏离照准方向，从而引起观测误差 规定 观测时应旋进微动螺旋(与弹力作用相反的方向)去进行每个观测方向的最后照准，同时要使用水平微动螺旋的中间部分,精密测角的误差影响,仪器误差的影响 垂直微动螺旋作用不正确的影响 水平轴与其轴套之间有空隙，垂直微动螺旋

15、的运动方向与其反作用弹簧弹力的作用方向不在一直线上，产生附加的力矩引起水平轴一端位移，致使视准轴变动，给水平方向的方向观测值带来误差 若垂直微动螺旋作用不正确，在水平角观测时，不得使用垂直微动螺旋，直接用手转动望远镜到所需的位置。,精密测角的误差影响,照准和读数误差的影响 照准误差受外界因素的影响较大 目标影像的跳动 目标的背景不好 除选择有利的观测时间外，作业员认真负责地进行观测，是提高精度的有效措施,精密测角的误差影响,精密测角的一般原则 观测应在目标成像清晰、稳定的有利于观测的时间进行，以提高照准精度和减小旁折光的影响 观测前调好焦距，消除视差。在一测回观测过程中不得重新调焦，以免引起视

16、准轴的变动 各测回的起始方向应均匀地分配在水平度盘和测微分划尺的不同位置上，以消除或减弱度盘分划线和测微分划尺的分划误差的影响,精密测角的误差影响,精密测角的一般原则 在上、下半测回之间倒转望远镜，消除和减弱视准轴误差、水平轴倾斜误差等影响，同时由盘左、盘右读数之差求得两倍视准误差2c，借以检核观测质量 上、下半测回照准目标的次序应相反，使观测每一目标的操作时间大致相同，即在一测回的观测过程中，按与时间对称排列的观测程序，消除或减弱与时间成比例均匀变化的误差影响,精密测角的误差影响,精密测角的一般原则 为了克服或减弱在操作仪器的过程中带动水平度盘位移的误差，要求每半测回开始观测前，照准部按规定

17、的转动方向先预转12周 使用照准部微动螺旋和测微螺旋时，其最后旋转方向均应为旋进 为了减弱垂直轴倾斜误差的影响，观测过程中应保持照准部水准器气泡居中,方向观测法,角度观测方法 测回法 两个方向，一个角度 方向观测法 两个以上方向，多个角度 在一测回中将测站上所有方向逐一照准，进行观测读数，得各方向的观测值。由两个方向观测值计算水平角值,方向观测法,方向观测法 零(起始)方向 上半测回 盘左 顺时针 零方向到零方向 下半测回 盘右 逆时针 零方向到零方向 闭合零方向 测方向数大于3 检核水平度盘是否转动,方向观测法,方向观测法 测回数 削减偶然误差影响 根据测角网的等级和所用仪器的类型确定,方向

18、观测法,方向观测法 重合读数 用光学经纬仪观测 进行两次重合读数 取平均值作为一方向观测值 归零差 每半测回观测结束时，计算归零差 零方向闭合照准和起始照准时的测微器读数差,方向观测法,方向观测法 2c互差 一测回结束后计算2c值 检核各方向间2c互差是否超过限差规定 符合限差规定，取盘左、盘右读数平均值,方向观测法,方向观测法 零方向 闭合照准和起始照准两个方向值 取其平均值 归零 将各方向方向观测值减去零方向的平均观测值，得归零后各方向观测值 零方向归零后的观测值为,方向观测法,方向观测法 测回差 方向观测值归零后，同方向在不同测回中的观测值互差应小于规定的限差,方向观测法,方向观测法 改

19、变观测程序 对一个目标调焦后接连进行正倒镜观测，然后对准下一个目标，重新调焦后立即进行正倒镜观测 为减弱随时间均匀变化的误差影响，相邻测回照准目标的次序应相反 全部测回观测完毕后，检查各方向在各测回的方向观测值互差是否超过限差的规定,方向观测法,方向观测法 改变观测程序,方向观测法,方向观测法 野外观测数据记录要求 记录认真、字迹清楚、书写端正、注记明确，格式统一 不能有任何涂改的现象 认真检核各项限差是否符合规定，如果超出规定，需要重测 重测的方向或测回需要慎重对待,方向观测法,54,56,000 00 00,-5,0,55,56,179 59,55,54,359 59,1,56,51,34

20、5 55 53.8,50,0,50,54,165 55,50,49,345 55,4,45,50,320 24 51.3,47.5,5,45,45,140 24,50,50,320 24,3,40,31,309 57 38.8,35,-10,40,40,129 57,30,29,309 57,2,-2.5,56,0,000 00 00,-3.75,5,55,54,179 59,0,0,000 00,1,( ),(),(),(),(),() (),(),(),() (),林 学 楼,盘 右,盘 左,方向值,(L+R)/2,(2C),读 数,目标,测站,-5,0,方向观测法,方向观测法 重测和取舍

21、观测成果的原则 重测应在基本测回完成以后，对全部成果进行综合分析，作出正确的取舍，并尽可能分析出影响质量的原因 因对错度盘、测错方向、读错记错、碰动仪器、气泡偏离过大、上半测回归零差超限以及其他原因未测完的测回都可以立即重测，并不计重测数,方向观测法,方向观测法 重测和取舍观测成果的原则 一测回中2c互差超限或化归同一起始方向后，同一方向值各测回互差超限时，应重测超限方向并联测零方向 因测回互差超限重测时，除明显值外，原则上应重测观测结果中最大值和最小值的测回,方向观测法,方向观测法 重测和取舍观测成果的原则 一测回中超限方向数大于测站上方向总数的1/3时,应重测整个测回 若零方向2c互差超限

22、或下半测回的归零差超限，应重测整个测回 在一个测站上重测的方向测回数超过测站上方向测回总数的1/3时，需要重测全部测回,方向观测法,方向观测法 重测方向测回数的计算 测站上方向测回总数=(n-1)m,式中m为基本测回数, n为测站上的观测方向总数 计算方法 重测一方向，算作一个重测方向测回 一个测回中有2个方向重测，算作2个重测方向测回,方向观测法,方向观测法 测站限差 测站限差根据不同的仪器类型规定,方向观测法,测站限差 限差 观测值中存在某些残余系统误差和各种偶然误差的影响，无法满足特定的理论关系 为保证观测结果精度，根据误差理论和大量实验验证，对其差异规定一个界限 限差用来检核观测质量，

23、决定观测成果的取舍和重测。利用误差传播定律计算观测值函数中误差，一般以2倍的中误差作为限差,方向观测法,测站平差 目的 根据测站上各测回的观测成果求取各方向的测站平差值，同时计算一测回方向观测值的中误差和测站平差值的中误差，评定测站上的观测质量 平差结论 各方向测站平差值为测回归零方向值的平均值,方向观测法,测站平差 测站观测精度 一测回方向观测中误差 测站平差值中误差 m：测回数，n：观测方向数,v： 平差值与观测值之差,分组方向观测法,分组观测方法 分组观测的原因 各方向目标不一定能同时成像稳定和清晰，要花费较长时间来等待各方向成像同时稳定清晰 所有方向一起观测，有损于观测精度 观测时间过长，受外界因素影响将显著增大 国家规范规定 测站观测方向数多于6个时，分为两组观测,分组方向观测法,分组观测方法 分组方法 成像情况大致相同的方向分在一组，每组内所包含的方向数大致相等 两组都要联测两个共同的方向，其中最好有一个是共同零方向，以便加强两组的联系 两组的观测方法、测站检核项目、作业限差和测站平差等与前面所述一般方向观测法相同,分组方向观测法,偏心观测与归心改正,测站偏心和照准偏心 “三心”一致 仪器中心、照准圆筒中心与标石中心位于同一垂线上 测站偏心 仪器偏离标石中心进行观测 照准偏心 照准的目