3 经纬仪测角.ppt

1、经纬仪测角,经纬仪是测量水平角和垂直角的测角仪器，而水平角和垂直角是计算地面点坐标和高程的重要参数。所以，经纬仪是野外测量工作的主要仪器之一。目前经纬仪的发展由原来的只有测角功能发展到今天的具有测角、测距离（包括平距、斜距、高差）、测坐标的全站仪，如果应用后处理软件还可以进行绘图。,光学经纬仪的构造,1-望远镜物镜；2-粗瞄器；3-对光螺旋；4-读数目镜；5-望远镜目镜；6-转盘手轮 7-基座；8-导向板；9-13堵盖；10-水准器；11-反光镜；12-自动归零旋钮 14-调指标差盖板；15-光学对点器；16-水平制动板钮；17-固定螺旋；18-脚螺旋 19-圆水准器；20-水平微动螺旋；21

2、-望远镜微动螺旋；22-望远镜制动板钮,二、仪器的应用,在使用仪器之前，先认识仪器的一些测角原理及它的功能构造。 1、望远镜 望远镜是经纬仪照准目标的重要装置。它主要由物镜、目镜、调焦透镜、调焦螺旋和十字丝分划板所组成，图1-21所示。十字丝分划板装在望远镜内部，它由平板光学玻璃制成。当调好目镜后，可以看到如图121所示的十字丝。 在实际观测中，一般不用十字丝中心照准目标，而是用纵丝照准目标测水平角，如图1-22 所示；用横丝照准目标测垂直角，如图1-23所示。以纵、横丝照准目标，不仅因为观测是上 下俯仰望远镜，其横丝始终水平、纵丝在同一铅垂面内，故用其照准与十字丝中心照准是一 致的，而且也有

3、利提高照准精度。 望远镜照准目标步骤是：应先概略照准目标，再精确照准目标。即先用望远镜上的觇孔 （粗瞄器）概略照准目标，这时目标一般即在望远镜的视场内，然后调焦（物镜、目镜调焦），再用十字丝精确照准目标即可。,2、轴系 如图1-20所示，经纬仪有三条轴。分别是：横轴（HH）、视准轴（SS）、垂直轴（V V）,只有在经纬仪三轴处于正确位置时，亦即：垂直轴铅直、水平轴与垂直轴正交、照准轴与 水平轴正交时，其观测成果才是正确的。 3、水准器 圆水准器 管水准器 指标水准器 。为了使经纬仪的某些轴线处于正确位置，并指示其 微妙的变化，经纬仪上装置有水准器。水准器一般分为管水准器和圆水准器两种。如图1-

4、19中， 10为管水准器，它是用来判断竖轴是否铅直或水平度盘是否水平而设置的；19为圆水准器，它 是用来判断安置三脚架时仪器是否大致水平而设置的，有些仪器没有这种水准器；另外在竖直 度盘一侧还有竖直度盘指标水准器，又叫指标水准器（也是圆水准器的一种），它是用来判断 竖盘指标是否处于正确位置而设置的，目前有些仪器已改用自动补偿装置。仪器工作时，其相 应的水准器的气泡必须居中。,4、光学对点器 如图1-19（b）中，15为光学对点器。角度测量时，使水平度盘中心与地面标志点位于同一铅垂线上操作过程称为对中，通过15可以看到仪器的中心（镜内一黑点）与地面上的测量标志中心是否重合在一起。否则，须移动仪器

5、使两中心重合在一起。,5、读数设备 读数设备是经纬仪读取水平角和垂直角读数的装置。图1-19（a）中，4为读数目镜。在测量过程中，当望远镜的十字丝对准观测的目标后，即可通过4读取观测的角度（水平角或垂直角）度数。读数时应注意：调节反光镜11，使读数窗中的亮度适宜；调节读数目镜的调焦螺旋，使度盘的分划线清晰，便于读数。不同型号的经纬仪其读数窗也不同，图1-24是带有尺显微镜的读书窗，其水平角和垂直角都设置在一个读数窗内，目前大部分的经纬仪都是采用这种读数方法。H代表水平角度盘（Horizontal Angle）；V代表垂直角度盘（Vertical Angle）。水平度盘和垂直度盘都按顺时针方向由

6、0度到360度刻注分划线，相邻两分划线间的间隔为1度，测微尺分水平测微尺和垂直测微尺，它们是为读取水平度盘和垂直度盘不足1度的角值而刻制的，尺上刻有60小格的分划线，每隔10格注有0到6的读数。测微尺上不足1分的读数，只能估算得出。,水平角和垂直角观测,安置经纬仪进行角度测量的地面点称为测站点。测站上的角度测量工作，首先应整置仪器，然后再观测水平角和垂直角。 一、整置经纬仪 将测量仪器正确地安置于测站点的工作称为整置仪器，它包括：对中、整平两项。 1、对中 对中一般分两步进行，既设置角架时先概略对中，将经纬仪装上角架后再精确对中。其步骤如下：先张开角架，使其高度与观测者相适应，目测角架顶部大致

7、水平，角架顶部中心大致对准测站点地面标志；然后在角架中心螺旋的小钩上悬挂垂球，通过伸缩和移动角架腿，使垂球尖概略对准地面标志，再将角架尖稳固地踩入土中，并注意保持垂球尖概略对中，角架顶部大致水平；最后再将经纬仪放在角架顶部，并用中心螺旋基本固定后，使仪器在角架头的圆孔内徐徐移动，直至垂球尖精确对准地面标志，再拧紧中心螺旋即可。 如果没有垂球，也可直接用光学对点器的办法对中，其方法同上，不同的是：将光学对点器内的小圆圈的黑点对准地面上测量标志的中心，其仪器整置的方法同上。,2、整平 整平的目的是使水平度盘居于水平位置，或使垂直轴处于铅直位置。整平的操作也分两步进行，先用圆水准器概略整平，再用管水

8、准器精确整平。 概略整平是直接用三个基座螺旋，使圆水准器气泡居中即可。精确整平是根据两水平直线可以确定一水平面的原理，并反复用三个基座螺旋使管水准器气泡在两个方向上分别保持居中来进行整平的。精确整平的操作步骤是：先旋转照准部，使管水准器与任意两个基座螺旋的连线平行，并同时向内或向外旋转这两个基座螺旋，使气泡居中如下图（a）所示；然后将照准部旋转90度，使管水准器与前两个基座螺旋的连线垂直，再单独旋转第三个基座螺旋，使气泡居中，如图（b）所示；再重复图（a）图（b）操作，直至在任何方向上，气泡中点偏离零点（中心）不超过一格为止。 垂球对中和整平两项工作相互比较独立，易于操作。但必须指出，用垂球对

9、中时，若角架顶部倾斜，则会产生较大的对中误差，从而影响观测成果，这点须特别注意。,二、水平角观测,水平角的观测方法应根据仪器的等级和对角度的精度要求而定。观测的一般原则是：必须盘左（即垂直度盘位于目镜物镜方向的左侧）、盘右（即垂直度盘位于目镜物镜方向的右侧）观测；目前，水平角观测主要有：测回法和方向观测法两种。 （1），测回法 测回法常用于测量两个方向之间的单角，如下图126所示。观测步骤如下： 第一，在观测点O上安置经纬仪，对中、整 平，将经纬仪安置成盘左位置（也称正镜），转动 转动照准部，利用望远镜准星初步瞄准A目标，调节 目镜和望远镜调焦螺旋，使十字丝和目标成像清晰，消除视差。再用水平微

10、动螺旋和竖直微动螺旋，使十字丝交点照准目标。读数a左，并记入记录手簿，见表1-1。第二，松开水平制动板纽和望远镜制动板纽，顺时针转动照准部，同上操作，照准B目标，读数b左，记入手簿，盘左所测的水平角为左=b左-A左，这个过程称为上半测回。第三，松开水平制动扳纽和望远镜制动扳纽，倒转望远镜成盘右位置（也称为倒镜）。先瞄准B点，读数为b右，再瞄准A点，读数为a右，则右=b右-a右，称为下半测回。 上、半测回和称一测回。最后计算一测回角值为： =（左+右）/2 (121) 测回法用盘左、盘右（即正、倒镜），可以消除仪器的系统误差对测角的影响，以便提高精度。（我们知道旋转一周为180度）,（2）方向观

11、测法 当一个测站上测量的方向多于两个以上时，应采用方向观测法。当方向数多于三个时，每半个测回都从一个选定的起始方向（称为零方向）开始观测，在依次观测所需的各个目标之后，观测起始方向，称为归零。此法也称为全圆方向法。其步骤如下（如图）： O为测站点，A、B、C、D为观测目标点。 第一，在O设置仪器，使仪器居于盘左位置，旋转照准部，将度盘设置成略大于0度。 第二，旋转照准部，使望远镜纵丝精确照准第一个方向（也称为零方向）A，然后，读取水平角读数，记入手簿中，如表12。 第三，顺时针方向转动照准部，依次用望远镜纵丝精确照准目标B、C、D、A，并分别读取读数，记入表格中。上述全部观测过程称为上半测回观

12、测。半测回观测中，开始与结束两次对零方向进行的观测，称为归零。其两次照准的读数差，称为归零差。归零的目的，主要是检查仪器的稳定性和零方向照准读数的准确性。 第四，纵转望远镜使仪器居于盘右位置，按逆时针方向依次照准目标A、D、C、B、A，并分别读取读数，记入表格中。至此，便完成了下半测回的观测。上、下两个半测回，合称为一测回。一测回观测的目的，主要是为了消除仪器误差对水平角的影响，为了提高测角精度，须观测多个测回。各测回盘左零方向的度盘安置数角为；,二、垂直角观测,由于垂直角是指在竖直平面内，目标方向线与水平方向线所组成的角度，可见，任何竖直角都包含有水平方向。 为此，竖直度盘及其读数装置的构造

13、特点是，当视线水平时，竖盘读数为一特殊值，通常为90或270。用来读数的指标上装有一个水准器，判读指标位置是否正确，该水准管就叫做指标水准管。这样，当指标水准管气泡居中时，指标就处于正确的位置。因此。竖直角测量只需测得目标方向的竖盘竖盘读数，即可计算出垂直角。 （1） 垂直角测量步骤 A 在测站上安置好仪器（对中、整平）。 B 调节指标水准管微倾螺旋，使指标水准管气泡居中。 C 设置仪器在盘左位置，用望远镜照准目标，调节水平微动螺旋和垂直方向微 动螺 旋，使十字丝横丝切于观测目标的顶端。 D 检查指标水准管气泡是否还居中后，读取竖直度盘读数。记入表格中。 E 按垂直角计算公式，计算目标方向的垂

14、直角。,（1） 垂直角计算和指标差公式的推导 （A） 垂直角公式的推导计算 垂直角的计算公式以竖盘的注记类型有关。如下图所示。盘左位置、视线水平且指标水准管气泡居中时，竖盘读数为90度（如图1-27a）。抬高望远镜观测某目标，指标水准管气泡居中时，竖盘读数设为L（如图1-27c所示），则该目标方向的垂直角为： 左=90 - L (124) 0 270,盘右位置、视线水平且指标水准管气泡居中时，竖盘读数为270度。抬高望远镜仍观测原目标， 指标水准管气泡居中时，竖盘读数设为R，则该目标方向的垂直角为： 右=R - 270 (125) 计算出的垂直角值为正，表示为仰角；为负值时，表示俯角。 取盘左

15、、盘右两次观测的平均值为最后结果，即： 270 =（左+右）/2 = （R L - 180）/2 (126) 当仪器的竖盘注记与垂直角计算公式均不清楚时，可按下法对照仪器推导其计算公式。盘左位置；（1）将望远镜大致放置呈水平位置，从读数显微目镜中观察读数，其读数一定是接近（大于或小于）某一特殊值（如90度或270度）的数，这时，即可确定该特殊值即为视线水平时的竖盘读数。抬高望远镜物镜成仰角，这时，从读数显微目镜中观测竖盘读数是逐渐增加，还是逐渐减少？ 抬高望远镜物镜就意味着垂直角为仰角，是正值。因此，垂直角计算公式即可写成： 当读数增加时： 左=（竖盘读数）-（视线水平时的特殊值） 当读数减少

16、时： 左=（视线水平时的特殊值）-（竖盘读数） 当仪器在盘右位置时，其推导公式方法同上。,（B） 竖盘指标差及其检校 经纬仪由于长期使用及运输，会使望远镜视线水平、竖盘水准管气泡居中时，其指标不正好在90度或270度，而是与正确的位置差一个小角度，称为竖盘指标差，见下图。此时进行垂直角测量时，盘左的读数为90+。正确的垂直角应为： =（90+）- L （127） 盘右时，正确的垂直角读数为： =R -（270+ ） 化简得垂直角公式： =（左+右）/ 2 （129） 指标差公式为： =（右-左）/2=（R + L - 360） 指标差可用于检查观测成果的质量。理论上一个测站上同一台仪器同一条横

17、丝同一时间段内观测的各目标的指标差应为一常数，但由于还存在读数误差和照准误差，因此各方向计算出来的指标差会有一点变化，不过，其变化值应很小。测量规范规定：同一测站不同方向计算出来的指标差互差范围不得超过24。 当指标差超限时（超出24），说明可能存在较大的观测误差，对超限部分要进行重测。 当指标差超出1时，应对仪器进行校正。校正时，应用盘右位置照准原目标。转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘读数为正确值（右-），此时，气泡不在居中。再用校正针拔动竖盘水准管校正螺丝，使气泡居中。如此反复进行，直至指标差之值在规定的范围之内。一般情况下，校正工作应由专业人员进行。,电子经纬仪、全站仪,由于电子技术的发展，现在已经有了能自动显示、自动记录和自动传输数据的电子经纬仪。电子经纬仪和光学经纬仪相比，其外型相似，但测角和读数系统不同。电子经纬仪所测的角度通过数字的形式直接显示在显示屏上；而光学经纬仪所测的角度需要人工读取。电子经纬仪所测的角度能够自动记录在内部的储存器上，并且能够自动传输到外围设备上。 测量过程中，在一个已知点上进行角度观测时