3第三章 角度测量.ppt

1、第三章 角度测量,3.1 角度测量原理 3.2 经纬仪的分类及构造 3.3 水平角测量的方法 3.4 竖直角测量的方法 3.5 经纬仪的检验和校正 3.6 角度测量的误差分析,3.1 角度测量原理,角度测量包括 水平角测量和竖直角测量。 水平角测量用于确定点的平面位置。 竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离。 常用仪器 经纬仪 全站仪,水平角：相交的两直线之间的夹角在水平面上的投影。,A,B,O,a,b,仪器安置的高低及瞄准目标的高低不同部位对水平角的观测有无影响？,角值范围：0360,A,B,竖直角：目标方向和水平方向在同一竖直面内所构成的角度。,3.2 经纬仪的分类及构造,1、

2、游标经纬仪：金属度盘 2、光学经纬仪：通过光学度盘（玻璃度盘）的放大来读数 3、电子经纬仪：用电子学的方法来读数的经纬仪。 4、电子全站仪：能同时测量角度和距离。,DJ07 DJ01 DJ2 DJ6 DJ15 一测回水平方向观测中误差,经纬仪分类,游标经纬仪,光学经纬仪,Wild第一台电子经纬仪(1978年生产)- TC1电子经纬仪,电子全站仪,经纬仪的基本结构,垂直制动,水平微动,读数目镜,水平度盘转换轮,垂直微动,光学对点器,补偿器转换钮,望远镜,圆水准器,DJ6光学经纬仪包括基座、度盘、照准部三大部分。,1、基座 由轴座、脚螺旋、底板、三角压板等组成。 作用：用于连接和整平。 2、度盘

3、包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。 注记：0 360 分划：20、30 、1 三种 注：水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随 望远镜转动； 水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观测 方向的角度值； 竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望远 镜固定，随望远镜一起转动。,3、照准部 主要由望远镜、支架、竖直轴、水平轴、竖直制动微动螺旋、水平制动微动螺旋、读数设备、水准器和光学对点器等组成。 望远镜 用于瞄准目标 圆水准器 用于粗略整平仪器 管水准器 用于精确整平仪器 光学对点器 用于使度盘中心和测点 在同一铅垂线上 读数装置用于读数,4、辅助工具 测钎、标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的照

4、准工具。,总结 经纬仪常用旋钮的作用 （1）望远镜物镜对光螺旋：调清物像，让目标成像在十字丝分划板上。 （2）望远镜目镜对光螺旋：调清十字丝，放大物像 （3）水平制动螺旋：限制照准部在水平方向上转动 （4）水平微动螺旋：精确控制水平方向对点，只有在水平制动旋钮锁定后才起作用 （5）水平度盘位置变换手轮：用于设定某一个方向的水平角为某一角度值,（6）望远镜制动旋钮：控制望远镜绕横轴转动 （7）望远镜微动螺旋：精确控制竖直方向对点，只在望远镜制动旋钮锁定后才起作用 （8）反光镜：调节读数窗口的亮度 （9）读数目镜对光螺旋：控制读数窗口的清晰度 （10）光学对中器：用于观察仪器中心是否与地面测站点对

5、准 （11）对中器对光螺旋：用于调节对中器目镜及物镜的清晰度，以便能看清地面上的测站点,带分划尺的显微镜,0,1,2,3,4,5,6,60,68,195,J6光学经纬仪,水平,竖直,H,V,水平度盘,竖直度盘,光学经纬仪度盘读数原理,水平读数：215 0648 竖直读数：78 5200,电子经纬仪,电子经纬仪是一种采用光电元件实现测角自动化、数字化的电子测角仪器。,特点： 1、采用电子测角系统， 自动显示测量结果； 2、可与测距仪组成全站仪； 3、测量数据处理自动化。,全站仪,1、同时测角（水平角和竖角）； 2、望远镜的视准轴和测距仪的视准轴是同轴的； 3、对水平角和竖角进行补偿（具有双轴补偿

6、器）； 4、数据电子显示，并存入内存储器，无须读数，无须记录。 5、数据记录量大 6、 数据输出提供RS232C串口和电子手簿、掌上电脑、计算机等外部设备连接；,3.3 水平角测量的方法,1、经纬仪的对中整平, 1、对中使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂线上。（垂球对中、光学对点器对中、强制对中） 2、整平使仪器的竖轴竖直。即水平度盘水平。,用光学对中器进行对中和整平步骤： 1、粗对中 固定三脚架一条腿，移动两条腿； 2、精对中 调脚螺旋； 3、粗平 升降三脚架使圆水准器气泡居中； 4、精平 调脚螺旋（首先，水准管平行两个脚螺旋方向，调该两个脚螺旋，使水准管气泡居中，旋转90度使水准管垂

7、直该两个脚螺旋方向，调第三个脚螺旋，使水准管气泡居中。检查任何方向气泡居中。） 5、检查对中； 6、反复进行上述操作，直到对中和整平都满足要求。,三脚架架设 要求：高度适当，架头概平，大致对中，稳固可靠。,仪器架设,对中整平,垂球对中,(1大致水平大致对中 眼睛看着对中器，拖动三脚架两个脚,使仪器大致对中,并保持“架头”大致水平。 (2)伸缩脚架粗平 根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚，使圆水准气泡居中。 (3)脚螺旋精平左手大拇指法则 (4)架头上移动仪器，精确对中(5)脚螺旋精平(6)反复（4）、（5）两步。 对中和整平，一般都需要经过几次“整平对中整平”的循环过程，直至整平和对中均符合要求。

8、,气泡居中，1、2等高,气泡居中，3与1、2等高,1）转动仪器，使水准管与脚螺旋1、2连线平行。 2）根据气泡位置运用法则，对向旋转脚螺旋1、2 。 3）转动仪器900，运用法则，旋转脚螺旋3 。,强制对中,在进行特种精密工程测量操作时，由于其精度要求特别高，采用垂球对中，光学对中或激光对中时对中误差在总体误差中会产生显著的影响，因此采用精密仪器观测时多采用强制对中的方法。,瞄准 瞄准的实质：安置在地面点上的经纬仪的望远镜视准轴对准另一地面点的中心位置。一般地，被瞄准的地面点上设有观测目标，目标中心在地面点的垂线上，目标是瞄准的主要对象。 瞄准的步骤：大致瞄准、对光、精确瞄准。,读数 在经纬仪

9、瞄准目标之后从读数窗中读水平方向值。 读数与记录有呼有应，有错即纠。 纠错的原则“只能划改，不能涂改”。 最后的读数值应化为度、分、秒的单位。,2、水平角的观测方法,1、测回法,盘左：先瞄准左边的目标A读数 再瞄准右边的目标B读数,盘右：先瞄准目标B读数 再瞄准目标A读数,盘右半测回 或下半测回,盘左半测回 或上半测回,一测回,在不同的测回间，为了减小度盘刻划的误差，须配度盘,限差：1、两个半测回方向值之差；2、各测回方向值之差,O,A,B,测水平角 用双丝夹粗目标,2、方向观测法,盘左：先瞄准零方向A读数，顺时针依次瞄准B、C、D读数，再瞄准零方向归零读数。,在不同的测回间，为了减小度盘刻划

10、的误差，须配度盘,限差：1、归零差；2、上、下半测回同一方向值之差； 3、各测回同一方向值之差,盘右：先瞄准零方向A读数，逆时针依次瞄准D、C、B读数，再瞄准零方向归零读数。,O,A,B,C,D,2C = L (R180),方向观测法的各项限差(单位：),归零差的计算: 分别计算盘左、盘右两次瞄准起始方向读数 之差；（若超限，应及时重测） 计算2c值（两倍视准误差）： 2c = 盘左读数-（盘右读数180） 若2c超限，应及时重测。 各方向平均读数的计算： 归零后方向值的计算： 各方向平均读数分别减起始方向平均读数。, 各测回归零后平均方向值的计算： 各测回归零后方向值的平均值。 水平角的计算

11、： 相邻方向值之差，即为相邻方向所夹的水平角。,记录表格:盘左：从上到下；盘右：从下到上。,角值,1 2 3 4 5 6 7 8 9, ,方向观测法观测手簿,O,O,第1 测回,第2 测回,C,D,B,A,C,C,A,B,D,C,0 00 54,79 27 48,142 31 18,288 46 30,0 00 42,180 00 24,259 27 30,322 31 00,108 46 06,180 00 18,-12,-6,+30 +18 +18 +24 +24,+18 +18 +30 +12 +24,0 00 39 79 27 39 142 31 09 288 46 18 0 00 3

12、0,（0 00 34）,0 00 00 79 27 05 142 30 35 288 45 44,0 00 00 79 26 59 142 30 29 288 45 47,90 01 06 169 27 54 232 31 30 18 46 48 90 01 00,270 00 48 349 27 36 42 31 00 198 46 36 270 00 36,90 00 57 169 27 45 232 31 15 18 46 42 90 00 48,0 00 00 79 26 53 142 30 23 288 45 50,（90 00 52）,79 26 59,63 03 30,146 1

13、5 18,71 14 13,-6,-12,3.4 竖角测量的方法,竖盘是和望远镜固连在一起的。 一般情况下，注记的形式多为盘左顺时针。,0,0,90,180,270,盘左,盘右,0,90,270,180,竖盘指标水准管 竖盘指标自动归零,1、在测站上安置好仪器，对中、整平、量取仪器高。,2、盘左位置瞄准目标，使十字丝切于目标某一位置，读出或量取目标高。,3、转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘水准管气泡居中，读取竖盘盘左读数。,4、盘右的位置照准原目标位置，读取盘右竖盘读数。（竖盘指标水准管气泡居中）,竖角观测方法,竖角的计算公式：,0,0,90,180,270,盘左,盘右,0,90,270,1

14、80,竖直角计算的通用公式： （1）当望远镜视线往上仰，竖盘读数增加时： =瞄准目标时的读数 视线水平时的常数 （）当望远镜视线往上仰，竖盘读数减小时： =视线水平时的常数瞄准目标时的读数 对不同注记形式的度盘 ，首先应正确判读 视线水平时的常数，且同一仪器盘左、盘右 的常数差为180。,读数指标与正确位置之间的小夹角x，称为竖盘指标差。,竖盘指标差的计算公式：,0,0,90,180,270,盘左,盘右,0,90,270,180,的符号：所偏的方向和注记的方向一致，则为正。反之为负。,如图：盘左位置，望远镜上仰，读数减小，竖盘读数为L。则正确的竖直角为：, 90LxLx （1）,指标差计算,如

15、图：盘右位置，望远镜上仰，读数增大，竖盘读数为R。则正确的竖直角为：, R 270 x=Rx（2）,通过盘左、盘右竖直角取平均值，可以消除 指标差； 对于DJ6经纬仪，同一测站上不同目标的指 标差互差或同方向各测回指标差互差，不应 超过25。,指标差限差,3.5 经纬仪的检验与校正,主要轴线： 竖轴 VV 水准管轴 LL 横轴 HH 视准轴 CC 几何关系： LL VV CC HH HH VV 望远镜十字丝竖丝垂直于横轴,经纬仪测角应满足的条件,水准管轴应垂直于竖轴 (LLVV) 视准轴应垂直于横轴 (CCHH) 横轴应垂直于竖轴 (HHVV) 十字丝竖丝应垂直于横轴 (竖丝HH) 竖盘指标差

16、应为零。 ( x=0 ) 光学对中器的视准轴应与竖轴重合,（一）水准管轴垂直于竖轴的检验与校正 1、检验 仪器粗平：圆水准器 气泡居中。 水准管平行某两个脚螺 旋，使水准管气泡居中。 照准部旋转180， 若气泡仍居中，则 满足要求，若气泡 偏离，则需校正。,2、校正 用脚螺旋调一半； 用水准管校正螺旋调一半。,此项检校需反复进行，直至仪器旋转到任意方向气泡都居中。,校正螺丝,（二）十字丝竖丝的检验校正 1、检验 仪器整平 竖丝瞄准大致水平方向的P点，竖直方向移动望 远镜，看P点是否在竖丝上移动 2、校正 用十字丝的交 点瞄准P点。 用十字丝的校 正螺旋调整。,（三）视准轴垂直于横轴（2c）的检

17、验与校正 1、检验 平地选DAB=20m左右,安置仪器于中点O； A点设瞄准标志，B点横一毫米刻划标尺 （ 注意标志、标尺与仪器同高）。 盘左：瞄A，倒镜，读数为B1 盘右：瞄A，倒镜，读数为B2 若B1= B2，则满足要求 若B1 B2，则存在c角， 当c超过1时，需校正。,2、校正 在标尺上定出B1、B2两点连线的中点B； 定出B 、B2两点连线的中点B3 ； 调节十字丝校正螺丝，使十字丝交点对准B3 ；,（四） 横轴垂直于竖轴的检验与校正 1、检验 距墙壁D=30m安置仪器，墙壁上选一明显 目标P，30； 盘左：瞄P，望远镜水平，读数P1，标出P1 ； 盘右：瞄P，望远镜水平，读数P2

18、，标出P2 ； 若P1=P2,则满足要求， 若P1P2,则存在i角， 需校正。,2、校正 墙上定出P1、P2的中点PM ； 调节水平微动，瞄准P M ， 将望远镜上仰（十字丝交 点必偏离P点，至P点； 校正横轴一端支架上的 偏心环，使横轴一端升高 或降低，移动十字丝， 精确瞄准P ； 反复检校，直至i角小于1；,（五）竖盘指标差的检验与矫正 1、检验 仪器整平，用盘左、盘右分别瞄准大致水 平方向的 P点，读数为L，R。 计算竖直角和指标差 =（RL180）/2 X=(LR360)/2 DJ6: 若 X60，满足要求， 若 X60 ，需要校正。 2、校正 盘右瞄准P点； 调节指标水准管微动螺旋，

19、使竖盘读数 为：Rx270 调节指标水准管校正螺丝，使气泡居中。,（六）光学对点器的检验与校正 1、检验 安置仪器精确整平，在仪器正下方放一白色纸板； 将对点器中心投影到纸板上，并做标志P1 ； 旋转照准部180，将对点器中心投影到纸板上，并 做标志P2；若 P1 、P2重合，满足要求，否则需校正。 2、校正 取P1 、 P2的中点 P ； 调节对点器校正螺丝， 使对点器中心投影 与P重合。,P1,P2,P,3.6 角度测量误差分析,一.仪器误差 主要包括仪器检校后的残余误差和仪器制造、 加工不完善所引起的误差。 1、视准轴误差（视准轴不垂直于横轴,2c值，盘左、盘右取平均消除） 2、横轴倾斜

20、误差（横轴垂直于竖轴,i角，盘左、盘右取平均可消除） 3、度盘偏心差（照准部旋转中心与水平度盘分划中 心不重合，盘 左、盘右取平均可消除） 4、度盘刻划误差（度盘刻划不均匀，测回间变换度盘可减弱） 5、竖轴倾斜误差（盘左、盘右取平均不可消除，精确整平减弱）,三轴误差(1.视准轴误差、2.横轴误差、3.竖轴误差),仪器的视准轴不与横轴垂直所产生的误差称为视准轴误差。,视准轴误差 产生视准轴误差的主要原因有： 十字丝分划板安置不正确； 调焦透镜运行时晃动； 气温变化引起仪器部件的 胀缩，特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化。 规定： 盘左时视准轴物镜端向左偏斜时， c 为正， 向右偏斜时， c 为负。,横轴倾斜误差 仪器的横轴与竖轴不垂直，所产生的误差称为横轴倾斜误差,横轴倾斜误差 产生原因： 仪器支架两端不等高, 横轴两端轴径不相等。 规 定： 盘左时横轴左端低于另一端时， i 为正， 高于另一端时， i 为负。,视准轴误差和横轴倾斜误差是同时存在时 盘左时视准轴误差和横轴倾斜误差对水平方向读数的影响为xc 和 xi ，盘左和盘右观测时，正确的水平度盘读数为L和 R ， 而有视准轴误差和横轴倾斜误差时的实际读数为L和R,则：,即：取盘左、盘右读数 的平均值 可消除视准 轴、横轴倾斜误差对水 平方向读数的影响。,竖轴倾斜误差 若视准轴与横轴正交，横轴垂直于竖轴，竖轴