4章-角度测量.ppt

1、学 习 要 点 水平角与垂直角观测原理 光学经纬仪的构造及度盘读数 水平角观测 垂直角观测 经纬仪的检验与校正 水平角观测的误差分析,4章 角 度 测 量,4.1 水平角与垂直角观测原理,两种角度 1、水平角：用于确定点的平面位置（计算坐标） 2、竖直角：用于两点间高差计算、斜距改正成平距 测角仪器：经纬仪（电子全站仪）,经纬仪种类：光学经纬仪、光电经纬仪 标准级别：DJ07，DJ1，DJ2，DJ6，DJ10,1、水平角观测原理,水平角过一点到两个目标的方向线垂直投影到水平面上所成的夹角。,也可看成是包含BA、BC视线的两个铅垂面之间的两面角。,2、 垂直角观测原理,垂直角：在同一铅垂面内，瞄

2、准目标的倾斜视线与水平视线的夹角(也叫竖直角)。 =0 90 ，仰角为正，俯角为负。,经纬仪的技术参数 DJ6经纬仪的构造 DJ2经纬仪,4.2 经纬仪及角度观测,经纬仪的技术参数,1、DJ6经纬仪的构造,基座、照准部、水平度盘、读数装置,光学经纬仪DJ6 组成,光学经纬仪DJ2 组成,1、基座,三个脚螺旋用于整平仪器,2、照准部,照准部(水平)制动、微动 望远镜(竖直)制动、微动 圆水准器 8/2mm； 管水准器30/2mm 望远镜：倒像，2630倍， 目镜调焦，物镜调焦， 粗瞄准器，十字丝 读数显微镜 竖盘部分 光学对点器 复测扳手或度盘变换器,望远镜十字丝,3、水平度盘,水平度盘由光学玻

3、璃制成： 顺时针0360刻度； 仪器整平，水平度盘水平； 水平度盘与照准部相互脱离； 改变度盘位置，要使用复测 扳手或度盘变换手轮。,度盘变换钮是一个带有齿轮的转动装置，通过齿轮的连接带动度盘转动，度盘转动的角度值可在读数窗中看到。,4、J6经纬仪的 读数装置,读 数 光 路,J6光学经纬仪读数,度盘上1度分划的间隔经放大后，与分微尺全长相等。分微尺全长分60格，因此其最小格值为1=60。 读数时，秒数必须估读。估读至0.1格，因此，估读的秒数都应是6的倍数。,a)分微尺测微利用度盘刻度线，在分微尺上读数。,水平度盘读数： 730424,b)平行玻璃板测微 利用测微手轮，用指标线读数,平行玻璃

4、板最大调节范围为30分，分微尺全长刻度也等于30分。 操作时，调节测微手轮，使度盘某度(或某30分)的刻度线居中于双线读数指标，双指标线所夹刻度的度数 (或30分)加上分微尺读数，即为该方向的读数。,水平度盘读数： 921728,4.2.3 水平角测量,1、经纬仪的操作步骤： 对中 整平 瞄准 读数,掌握对中、整平的目的、方法与要求。 瞄准方法：用竖丝对准竖立于测点的标志中心。 操作：粗瞄，制动，然后用微动螺旋完成精确瞄准。,2、水平角观测： 掌握测回法观测水平角的仪器操作方法、观测程序和记录。 了解“方向观测法”的使用场合、作业程序与记录。,1、对中：,垂球对中步骤： 粗略对中：移动三脚架，

5、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。 注意：脚架头首先要放平，三个脚螺旋基本等高； 脚架适当踩实； 垂球尖尽量接近标志，便于判断。,将仪器中心安置在过测站点的铅垂线上。,光学对中步骤：对准、调平、整平、对中,打开三脚架，装上经纬仪； 固定三脚架一脚，双手持脚架另二脚并不断调整其位置，同时观测光学对点器十字分划，使其基本对准测站标志，踩实脚架；调节脚螺旋，使光学对点器精确对准测站标志； 伸缩三脚架(二脚)，调平仪器，使圆气泡居中； 调脚螺旋，精确整平仪器，并通过在脚架头上移动仪器，精确对中。 有

6、时必须反复上述三步的操作。,2、整平：使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，竖盘位于铅垂面内。整平误差1格。,用左手大拇指法则；一测回观测过程中，不得再调气泡。,3、瞄准：用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。,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、测回法观测水平角 观测程序： 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, 角是从起始方向(即第1方向)顺时针转到第2方向所 成的角度，观测时，必须首先确定起始方向，然后 按照“测回法”的次序观测。 水平角总是第2

7、方向读数减去第1方向读数而得。,起始方向第一个读数应调成0左右（或180/N，N为测回数）； 分、秒数写足二位； 改数时按有关规则。 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,水平度盘的配置,度盘变换钮配置： 1)转动照准部使望远镜瞄准起始方向目标; 2)打开度盘变换钮的盖子(或控制杆)，转动变换钮，同时观察读数窗的度盘读数使之满足规定的要求; 3)关闭度盘变换钮的盖子(或控制杆)。 复测钮配置： 1)关复测钮，打开水平制动旋钮转动照准部，同时在观察读数窗的度盘读数使之满足规定的要求; 2)开复测钮，转动照准部照准起始方向，并用水平

8、微动旋钮精确瞄准起始方向。 3)关复测钮，使水平度盘与照准部处于脱离状态。,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。,2、方向观测法 一个测站观测4个或4个以上方向时，采用方向观测法，也称“全圆测回法”。,3、计算与检核,1)归零差的计算与检核 半测回中起始方向观测值与归零观测值的差值。 2)二倍照准差2C的计算与检核 2C=L盘左-（L盘右180） 3)方向平均值Li的计算： 4)零方向平均值的计算： 5)归零方向值的计算： Li =Li -L0 6)测回差的计算与检核,4.2.4 垂直角观测,垂直角观测原理 竖盘构造特点 垂直角计算公式 竖盘指标差,

9、1、垂直角观测原理,垂直角：在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视线的夹角(也叫竖直角)。 =090 ，仰角为正，俯角为负。,垂直角的主要用途：,竖盘构造,构造特点： 竖盘随望远镜一起转动 竖盘与读数指标相互脱离 竖盘气泡居中，指标铅垂 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,确定垂直角的计算公式,根据度盘刻度形式，确定竖直角计算公式，保证仰角为正、俯角为负。,竖盘指标差竖盘水准管气泡居中时，读数指 标线与铅垂线的夹角,竖盘指标差：,盘左盘右观测竖直角取平均，可消除指标差的影响,指标差计算公式：,垂直角必须带“+/-”号,垂直角观测记录,

10、4.3 经纬仪的检验与校正,经纬仪的轴线及其应满足的条件 经纬仪的检验与校正,目的：使经纬仪各轴线间保持正确的几何关系,横轴 HH 视准轴 CC 水准管轴 LL 竖轴 VV 圆水准轴 LL,经纬仪的轴线,水准管轴垂直于竖轴 LLVV 视准轴垂直于横轴 CCHH 横轴垂直于竖轴 HHVV 十字竖丝垂直于横轴 竖丝HH 圆水准轴平行于竖轴 LLVV,轴线间应满足的条件,二、经纬仪的检验和校正,1、平盘水准管的检验和校正 目的：使水准管轴垂直于纵轴（LLVV）,2、圆水准器的检验和校正 目的：使圆水准轴平行于纵轴（LL/ VV）。 检验：根据校正后的平盘水准管，将经纬仪整平，此时，圆水准器气泡如不居

11、中，则需要校正。 校正：用校正针拨动圆水准器下面的校正螺丝，使圆水准器气泡居中。,3、十字丝的检验和校正 1十字丝位置的检验和校正 目的：仪器整平后，十字丝的纵丝在铅垂面内，横丝水平。,4、视准轴的检验和校正 目的: 视准轴垂直于横轴(CCHH),检验:在大致水平方向选择远处一目标P ,盘左,在十字丝交点附近用纵丝瞄准 ,水平度盘读数为L ;盘右,再瞄准P 点,水平度盘读数为R。如果L-(R180o)20” ,则认为视准轴垂直于横轴的条件没有得到满足,需要进行校正。 校正:计算盘左、盘右瞄准同一目标的水平度盘读数的盘右平均数 (因检验时最后瞄准目标为盘右位置) r 旋转水平微动螺旋,使盘右的水

12、平度盘读数为r,此时, 十字丝纵丝必定偏离目标,用校正针旋转左、右一对十字丝校正螺丝,使纵丝对准目标P。,5、横轴的检验和校正 目的：使横轴垂直于纵轴（HHVV）,6、竖盘指标差的检验和校正 目的：消除竖盘指标差x。 检验：仪器整平后，盘左、盘右分别用横丝瞄准高处一目标，各在竖盘水准管气泡居中时读取竖盘读数，算得垂直角左与右，如果左=右，说明指标差为零；如果左右,即有指标差存在。求出x值,如果x值超过30”，则需要校正。 校正时,盘右（或盘左）位置瞄准原目标，转动竖盘水准管微动螺旋，使竖盘读数为R（或L）;此时，竖盘水准气泡不再居中，拨动竖盘水准管校正螺丝，使气泡居中。此项检验和校正需反复进行

13、，直至左与右的差数小于1为止。,7、光学对中器的检验和校正 光学对中器是由目镜、分划板、物镜和直角棱镜组成，分划板刻划圈中点与物镜光心的连线是对中器的视准轴。光学对中器的视准轴应与仪器的纵轴重合，否则，会产生对中误差，影响测角精度。,检验：仪器架于一般工作高度，严格整平仪器，在脚架的中央地面放置一张白纸，在白纸上画一十字形的标志A。移动白纸，使对中器视场中的小圆圈中心对准标志，将照准部在水平方向旋转180o，如果小圆圈中心偏离标志A，而得到另一点A,则说明对中器的视准轴没有和仪器的纵轴相重合。 校正：定出A,A两点的中点0，转动对中器的校正螺丝使对准0点。光学对中器上的校正螺丝随仪器类型而异，

14、有些校正使视线转向的直角棱镜，有些校正分划板。,总结：经纬仪的检验与校正,校正项目 校正目的 1.平盘水准管的检验与校正 LLVV 2.圆水准器的检验与校正 LLVV(次要) 3.视准轴的检验与校正 CCHH 4.横轴的检验与校正 HHVV 5.竖盘指标差的检验与校正,1）仪器误差仪器误差包括仪器校正之后的残余误差及仪器加工不完善引起的误差。,视准轴误差：望远镜视准轴不垂直于横轴时，其偏离垂直位置的角值C称为视准误差或照准差。由于盘左、盘右观测时符号相反，故水平角测量时，可采用盘左、盘右取平均的方法加以消除,横轴误差(支架差)是由于支承横轴的支架有误差，造成横轴与竖轴不垂直。盘左、盘右观测时对

15、水平角影响为i角误差，并且方向相反，也可采用盘左、盘右取平均的方法加以消除。,4.5 角度测量误差分析及注意事项,竖轴倾斜误差 是由于水准管轴不垂直于竖轴，以及竖轴水准管不居中引起的误差。这时，竖轴偏离竖直方向一个小角度，从而引起横轴倾斜及度盘倾斜，造成测角误差。此误差与正、倒镜观测无关，并且随望远镜瞄准不同方向而变化，不能用正、倒镜取平均的方法消除。因此，测量前应严格检校仪器，观测时仔细整平，并始终保持照准部水准管气泡居中，气泡不可偏离一格。,度盘偏心差是由于度盘加工及安装不完善引起的。使照准部旋转中心C1与水平度盘圆心C不重合引起读数误差。可用盘左、盘右读数取平均的方法予以减小。,度盘刻划

16、不均匀误差 是由于仪器加工不完善引起的。这项误差很小。高精度测量时，为了提高测角精度，可利用度盘位置变换手轮在各测回间变换度盘位置，减小这项误差的影响。,竖盘指标差 可以用盘左、盘右取平均的方法消除。,2）观测误差,对中误差在测角时，若经纬仪对中有误差，将使仪器中心与测站点不在同一铅垂线上，造成测角误差。,对中引起测角误差为： =+(1+2),可见，这项误差与偏心距成正比，与边长成反比，不能通过观测方法消除，所以测水平角时要仔细对中，在短边测量时更要严格对中。,目标偏心误差 是由于标杆倾斜引起的。如标杆倾斜，又没有瞄准底部，则产生目标偏心误差。,O为测站，A为地面目标点，AA为标杆，杆长d，杆

17、倾角。目标偏心差为： e=dsin,目标偏斜对观测方向影响为：,从上式可见，目标偏心误差对水平方向影响与e成正比，与边长成反比。为减少这项误差，测角时标杆应竖直，并尽可能瞄准底部。,对于DJ6型经纬仪，v=28，mv=2.2,照准误差 测角时由人眼通过望远镜瞄准 目标产生的误差称为照准误差。影响照准误差的因素很多，如望远镜放大倍数、人眼分辨率、十字丝的粗细、标志形状和大小、目标影像亮度、颜色等。人眼分辨两个点的最小视角约为60，通常以此作为眼睛的鉴别角。当使用放大倍率为V的望远镜瞄准目标时，鉴别能力可提高V倍，这时该仪器的瞄准误差为 mv=60/V 照准误差无法消除，只有从目标的形状、大小、颜色、亮度,读数误差读数误差主要取决于仪器读数设备。对于采用分微尺测微器读数系统的经纬仪，读数中误差为测微器最小分划值的1/10，即0.1=6。,3）外界条件的影响,观测在一定的外界条件下进行，外界条件对观测质量有直接影响，如松软的土壤和大风影响仪器的稳定；日晒和温度变化影响水准管气泡的运动；大气层受地面热辐射的影响会引起目标影象的跳动等。这些才会给观测水平角带