第4章_角度测量.ppt

1、第四章 角度测量,第四章 角度测量,4.1 角度测量原理 4.2 经纬仪结构及其使用 4.3 角度测量方法 4.4 经纬仪检验与校正 4.5 角度测量误差分析,角度测量,水平角测量 竖直角测量（垂直角测量）,角度：确定地面点位置的一个主要元素,水平角测量原理,地面上两相交直线的夹角在水平面上的投影,n,m,= n m,水平角,水平面,水平角测量原理,1、定义：地面上一点至两目标的方向线间所夹的水平角或过这两方向线所做两竖直面间的二面角。,2、目的：确定地面点的平面位置。,3、原理：设A、B、O为地面上的任意三个点，通过OA、OB各做一个竖直面，其与水平面P的交线分别为oa和ob。则直线oa和o

2、b的交角，即为地面上O点至A、B两目标方向线在水平面P上投影形成的夹角( (0，360) 。,竖直角的概念,竖直角（垂直角）：在同一垂直面内，倾斜视线与水平视线的夹角。 仰角：视线在水平线之上，用“+”表示。 俯角：视线在水平线之下，用“-”表示。,水平视线,竖直测量原理,1、定义：同一垂直面内目标方向与水平方向或铅垂方向线之间的夹角。当目标方向与水平方向间的夹角称为高度角(-90，90)；当目标方向同天顶方向（或铅锤线方向）所构成的角称为天顶距(Z (0，180),2、目的：确定地面两点间的高差，或将地面斜距改化成水平距离。,3、原理：设A、B、O为地面上的任意三个点，通过OA、OB各做一个

3、竖直面，在铅垂面OA内A与ZA为OA的高度角和天顶距，在铅垂面OB内B与ZB 为OB的高度角和天顶距。,经纬仪应具备的条件：,1、有一个带刻度线能置于水平位置的水平度盘和能置于竖直位置的垂直度盘； 2、水平度盘中心必须处于角顶点的铅垂线上； 3、望远镜能在水平方向和竖直方向转动;便于瞄准不同方向不同高度的目标； 4、有一个读数设备。,第四章 角度测量,4.1 角度测量原理 4.2 经纬仪结构及其使用 4.3 角度测量方法 4.4 经纬仪检验与校正 4.5 角度测量误差分析,常用的光学经纬仪：DJ07 DJ1 DJ2 DJ6 DJ30,经纬仪：用于测定水平角和竖直角的仪器。 有光学经纬仪和电子经

4、纬仪之分。,经纬仪分类,一、DJ6级光学经纬仪,基本构造,经纬仪部件及其用途,经纬仪1,经纬仪2,1、望远镜,望远镜成像原理图,望远镜结构图,2、管水准器,1)、 圆水准器 作用：指示仪器竖轴是否竖直。 圆水准器轴：连接零点与球面球 心的直线,2)、管水准器 作用：指示水平度盘是否水平。 管水准器轴：过零点与圆弧 纵向相切的切线。,3、度盘,光学经纬仪的水平度盘和竖直度盘是用玻璃制成，在度盘平面的圆周边缘刻有等间隔的分划线，两相邻分划线间距所对应的圆心角称之为度盘格值，亦称度盘的最小分格值。一般情况下，J6、J2光学经纬仪的度盘格值分别为1和20。对于不足一个分格值的角值可采用光学测微器测定。

5、,4、读数设备及读数方法,J6级光学经纬仪的读数设备一般采用测微带尺。这种读数方法的主要设备有读数窗上的测微带尺及读数显微镜。光线可通过反光镜照亮度盘和读数窗，再经读数显微镜即可得到同时被放大了的水平度盘（H）、竖直度盘（V）及测微带尺的影像 。,水平度盘3503 30 竖直度盘870712,5、光学对中器,为了提高对中的精度，J6级以上精度的光学经纬仪都带有光学对中器。光学对中器实质就是一个小望远镜，其结构与望远镜相同。包括目镜、物镜、调焦透镜、分划板。,二、读数设备与读数方法,1125430,890442,读数练习,2342106,2730242,三、光学经纬仪的使用,调焦瞄准,1、安置经

6、纬仪,强制对中观测墩：,地面坐标点标志形式:,把仪器安置在测站上。打开三脚架并使高度适中，目估使架头大致水平且位于测站点的正上方，检查脚架腿是否安置稳固，脚架伸缩螺旋是否拧紧，然后打开仪器箱取出经纬仪，置于三脚架头上用连接螺旋将仪器牢固地固连在三脚架头上。,混凝土桩标志：,坐标标定位置,强制对中观测墩：,坐标标定位置,2、对中、整平,对中使度盘中心处于角顶点的铅垂线上 整平使水平度盘置于水平位置上,对中方法： 垂球对中； 光学对中器对中； 激光对点器对中。,1）对中 对中就是将仪器中心安置于通过测站点的铅锤线上，即仪器纵轴与过测站点的铅锤线保持一致，这是测量水平角的基本条件。对中方法又可分为用

7、垂球对中和用光学对中器对中。 （1）垂球对中 将连接螺旋置于架头中心并悬挂垂球，调整垂球线长度，平移并踩紧脚架腿使垂球大致对准地面点。然后松开连接经纬仪的螺旋，少许移动仪器，使垂球尖对准地面点位中心，再将连接螺旋拧紧即可。操作时由于垂球不易稳定，可根据垂球摆动中心度量，直至摆动中心偏移量小于规定限差为止（一般规定应小于3mm）。如果偏离过大，且仪器在架头上平移仍无法满足要求时，则应按上述方法重新整置三脚架，直至符合要求为止。,（1）垂球对中,整平,首先用圆水准器粗平仪器，然后用长水准管精平。,经过反复几次最终使长水准管气泡在任意位置处于居中,粗平方法：利用脚螺旋使圆水准器气泡居中，与水准仪粗平

8、方法相同。,精平方法：然后再用脚螺旋使照准部的管水准器在相互垂直的两个方向上气泡都居中。,（2） 光学对中器对中、整平,1、用三脚架或角螺旋使分划板上的圆心或十字丝交点对准测点； 2、用三脚架腿的伸缩部分调节三脚架腿的长度使仪器基本水平； 3、用脚螺旋使经纬仪精确整平； 4、观察对中情况，若偏离不大时，则可稍松连接螺旋，并将仪器在架头上平移，使圆圈套住测站点位，精确对中。若偏离过大，则应重新整置三脚架，直到满足对中要求为止（一般规定不大于1mm）； 5、重复第3、4步，达到精确对中和整平。,三、调焦照准 1、调焦 调焦即是调节望远镜使十字丝及物像清晰的过程。它包括目镜调焦和物镜调焦。其目的是消

9、除视差现象。经纬仪调焦方法与水准仪调焦方法基本相同 。 2、照准 照准就是用十字丝中心部位正对目标。因此，应松开水平制动螺旋和望远镜竖直制动螺旋，将望远镜对准明亮背景（或天空），调节目镜使十字丝清晰。再用望远镜制动、微动螺旋和水平制动、微动螺旋精确照准目标，并旋转调焦螺旋使目标清晰。测量水平角时，尽量用十字丝的纵丝对准目标底部，如图（a）所示。测量竖直角时，则应用横丝切准目标顶部，如图（b）所示。,四、读数 在读数时，首先应调节反光镜使读数窗明亮，并旋转显微镜调焦螺旋使刻划数字清晰。然后在认清度盘刻划形式和读数方法的基础上，读取度盘读数。若分微尺上最小分划值为1，则估读的读数应为0.1的整倍数

10、，即6的整倍数。若在进行竖角测量时，则读数前必须注意调节竖盘指标水准管的微动螺旋，使指标水准管的气泡居中。,照准标志：大花杆、 小花杆和觇标,经纬仪的十字丝分划板,双丝,单丝,中丝,下丝,上丝,瞄准,瞄准,瞄准,瞄准, 4.3 电子经纬仪,电子经纬仪的轴系、望远镜及制动、微动构件与光学经纬仪基本相同，它与光学经纬仪的根本区别在于用微处理器控制的电子测角系统取代了光学读数系统，并能自动显示测量数据。,一、编码度盘测角系统 编码法是直接将度盘按二进制制成多道环码，采用光电的方法或电磁感应的方法读取其编码，并根据其编码直接换算成角度值 。,1、度盘编码 设度盘的整个圆周被均匀的分成16个区间，从里向

11、外共有四道环（称为码道），右图所示被称为四码道度盘。每个区间码道的白色部分为透光区（即导电区），黑色部分为不透光区（即非导电区），且各区间由码道构成的状态是不相同的。若假设透光（或导电）为0，不透光（或不导电）为1，则各区间的状态，见下表。依据两个区间的不同状态，即可测出该两区间的夹角。,2、电子测角 利用传感器来判别并获取望远镜照准方向所在度盘位置信息。度盘上面部分为发光二极管，并位于度盘半径方向的一条直线上，而度盘下面的相应位置上是光电二极管。若在码道的透光区，发光二极管的光信号可以通过，而使光电二极管接收到该信号，并输出0。若在码道的不透光区，光电二极管则接收不到这个信号，并输出1。采用

12、此类编码度盘得到的角度分辨率是与区间数s直接相关，而区间数s又取决于码道数n。它们之间的满足：,二、 光栅度盘测角系统 光栅度盘即在玻璃圆盘的径向方向上按一定密度均匀的刻划有交替透明和不透明的辐射状条纹，条纹与间隙的宽度均为a 的度盘。若将两块密度相同的光栅重叠，并使它们的刻划相互倾斜一个微小的角度，即可出现明暗相间的条纹，亦称莫尔条纹。两光栅之间的夹角越大，条纹越粗，即相邻明条纹（或暗条纹）之间的间隔越大。条纹亮度是按正弦周期性变化。,第四章 角度测量,4.1 角度测量原理 4.2 经纬仪结构及其使用 4.3 角度测量方法 4.4 经纬仪检验与校正 4.5 角度测量误差分析,水平角的观测方法

13、： 1、测回法 观测两个方向之间的单角 2、方向法（全圆测回法） 观测两个以上方向之间的夹角,一、水平角测量,基本概念,盘左和盘右 盘左/正镜:竖盘在望远镜的左边 盘右/倒镜:竖盘在望远镜的右边 测回 上半测回/下半测回 一个测回/多个测回 配盘,竖盘,盘左,盘右,测回法测量水平角,观测方法,经纬仪置于盘左位置，配盘,倒镜，置于盘右位置,测回法观测记录,O（1）,A,B,A,B,0 01 06,85 36 18,180 01 24,265 36 30,90 00 36,175 35 42,270 00 48,355 35 48,A,B,A,B,O（2）,85 35 12,85 35 06,85

14、 35 06,85 35 00,85 35 09,85 35 03,85 35 06,注意及说明,测回间要配盘 上/下两个半测回照准部的水平旋转方向，照准目标的顺序不同： 上半测回顺时针；下半测回逆时针 各测回的角度互差应小于24 记录时， 分、秒一般都要记两位 计算时，取平均值的原则是“奇进偶不进”,实验三：经纬仪认识与使用,目的：了解经纬仪构造，掌握其使用方法。 仪器：经纬仪、花杆、记录板。 内容： （1）了解经纬仪各部件的构造及其作用。 （2）进行经纬仪安置（对中、整平）、瞄准与读数。 （3）用盘左位置瞄准目标，练习测量水平角。,全圆测回法测量水平角,盘左：配盘，顺时针观测 盘右： 逆时

15、针观测,ABCDA（归零）,ABCDA,A,B,C,D,O,零方向,观测方法,归零,O,A,B,C,D,A,0 01 06,71 52 06,145 30 48,210 12 12,0 01 24,180 01 18,30 12 06,325 30 48,251 52 00,180 01 12,O,A,B,C,D,A,90 01 24,161 52 06,235 30 54,300 12 24,90 01 36,270 01 24,120 12 18,55 30 48,341 52 00,270 01 18,0 01 09,71 52 03,145 30 48,210 12 09,0 01 2

16、1,90 01 21,161 52 03,235 30 51,300 12 21,90 01 30,(0 01 15),0 00 00,71 50 48,145 29 33,210 10 54,(90 01 26),0 00 00,71 50 37,145 29 25,210 10 55,0 00 00,71 50 43,145 29 29,210 10 55,71 50 43,73 38 46,64 41 26,全圆测回法观测记录,方向法的计算：,两倍照准误差2C（ C 视准轴误差） 2C=盘左读数-(盘右读数180 0) 各方向的平均读数 平均读数=盘左读数+(盘右读数1800) /2 归

17、零后的方向值 各方向的平均读数-零方向的读数 各测回归零后的方向平均值 同一方向各测回取平均值 各水平角值 两方向值之差（逆时针夹角）,方向观测和计算同步进行，以便及时发现问题。 区别方向值与水平角。,水平角方向法观测的技术要求,注意及说明,二、竖直角测量,竖直角（垂直角）：在同一垂直面内，倾斜视线与水平视线的夹角。 仰角：视线在水平线之上，用“+”表示。 俯角：视线在水平线之下，用“-”表示。,水平视线,1、竖直度盘基本构造,竖盘构造 竖直度盘、竖盘指标、 指标水准管及其微动螺旋 竖盘的特点 竖盘与望远镜同轴旋转； 指标与指标水准管联动； 垂直角测量是利用指标水准管建立的水平线，来确定竖盘指

18、标线的基准。因此，只要读出倾斜视线的竖盘读数，即可求算出竖直角值。,1、竖直度盘基本构造,2、竖盘注记形式,盘左,盘右,盘左,盘右,顺时针注记,逆时针注记,3、竖直角计算公式推导（理想）,理想情况：当望远镜视线水平且竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘读数为90的整倍数。,盘左位置,L,=90L,R,=R270,盘右位置,竖直角计算公式（理想）,或,竖盘的指标差,定义：竖盘指标水准管气泡居中时竖盘读数与理想读数的差。也就是当望远镜视线水平且竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘读数不是90的整倍数，而是大了或小了一个角值，指标偏离正确位置的角值就叫指标差。 产生原因：仪器制造不完善引起的。,4、竖直角计算公

19、式推导（非理想）,L,=90(L i),i,i,盘左位置,R,=（R-i）270,i,i,盘右位置,竖直角计算公式（非理想）,两式取均值得：,指标差计算公式,由上两式相减得：,可见: 该式与理想情况的计算式完全相同。 表明: 用盘左盘右均值求算竖角，不受指标差影响。,竖直角计算公式,上面推导竖直角的公式是以顺时针注记为例。,确定竖直角计算公式的通用法则（仰角为“+”原则）：,当物镜仰起时读数逐渐增加：,当物镜仰起时读数逐渐减小：,读数R,L 始读数望远镜水平时读数,5、竖直角观测方法,在测站安置经纬仪，对中、整平； 盘左用中丝精确瞄准目标，调节指标水准管使气泡居中，读数L（V）； 盘右用中丝精

20、确瞄准目标，调节指标水准管使气泡居中，读数R（V）；,瞄准,瞄准,竖直角观测记录,A,B,盘左,87 52 18,2 07 42,盘右,272 07 30,2 07 30,2 07 36,A,C,盘左,93 16 54,3 16 54,盘右,266 43 24,3 16 36,3 16 45,实验四：测回法水平角观测,目的：掌握用测回法观测水平角的方法。 仪器：经纬仪、花杆、记录板。 内容：用测回法观测一个水平角，每人观测一个测回。,实验六：竖直角观测及指标差测定,目的：掌握竖直角观测及指标差的测点。 仪器：经纬仪、记录板。 内容：每人观测一个目标，一个测回。,作业： 习题及实验指导（P60）

21、 第四章 第1、2、3题,第四章 角度测量,4.1 角度测量原理 4.2 经纬仪结构及其使用 4.3 角度测量方法 4.4 经纬仪检验与校正 4.5 角度测量误差分析,一、经纬仪的几何轴系,1：照准部水准管轴（LL） 2：望远镜视准轴（CC ） 3：仪器竖轴（ VV） 4：仪器横轴（ HH ） 5：竖盘指标水准管水准轴（L L ）,二、轴系应满足的几何条件,1：照准部水准管轴垂直于竖轴 （LLVV） 2：十字丝竖丝垂直于横轴（竖丝 HH ） 3：视准轴垂直于横轴（CC HH） 4：横轴垂直于竖轴（ HH VV） 5：竖盘指标水准管水准轴垂直于指标线 （L L 指标线）,三、经纬仪检校,1 、照

22、准部水准管的检校 照准部水准管轴LLVV竖轴 ？,2、十字丝垂直于横轴的检校 竖丝 HH ？,检验方法： 方法一: 精平仪器，在仪器前方10m处悬挂一垂球线，望远镜照准该线，若十字丝竖丝和垂球线完全重合，则满足条件；否则，应校正。,2、十字丝垂直于横轴的检校 竖丝 HH ？,检验方法： 方法二: 精平仪器，望远镜瞄准一清晰小点，垂直微动望远镜,若小点始终沿着竖丝移动, 则满足条件；否则，应校正。,3、视准轴垂直于横轴的检校 CC HH ？,M左 = M左 + C,M右 = M右 - C,盘左,盘右,盘左时： M左 = M左 + C,可见：盘左盘右取平均值可消除视准误差的影响,校正方法:盘左盘右

23、测量一清晰的小点，求出c值后,求出盘左或盘右的正确读数,旋转照准部使水平度盘读数为正确值,此时目标偏离竖丝,这时调节十字丝左右两个校正螺丝,使竖丝对准目标。,盘右时： M右 = M右 - C,理论上： M左 = M右 180, 2C = M左 - M右 180 C,4 、 横轴垂直于竖轴的检校 HH VV ？,（一般由专业人员进行校正）,5 、竖盘指标水准管检校 L L 指标线 ？,一般指标差的绝对值超过1时，应予以校正。,计算出盘右（或左）位置的正确读数，盘右（或左）照准目标，转动竖盘指标水准管微动螺丝，使读数为正确读数，此时竖盘指标水准管气泡不居中，调节其校正螺丝使气泡居中。,校正方法：照

24、准高处一目标，观测竖直角一个测回，计算出指标差：,第四章 角度测量,4.1 角度测量原理 4.2 经纬仪结构及其使用 4.3 角度测量方法 4.4 经纬仪检验与校正 4.5 角度测量误差分析,仪器误差 观测误差 外界条件的影响,角度测量的误差来源,照准部偏心误差 产生情况：照准部旋转中心与度盘分划中心不重合 影响规律：随瞄准方向而异，照准方向垂直于偏心方向时对水平方向读数影响最大 消除与减弱措施：盘左盘右取平均值可消除,仪器误差,仪器虽经过检验与校正，但仍有残余的误差存在。仪器误差的影响，一般都是系统性的，在测量中可以通过一定的方法予以消除或减小。,2. 度盘刻划误差 产生原因：度盘制造时产生的。 消除与减弱措施：变换度盘位置（配盘）。,3. 视