《土木工程测量》第3章教案1.ppt

1、第三章角度测量测量地面点连线之间的水平夹角和视线与水平面之间的垂直角度，称为角度观测。角度测量是测量的基本任务之一。用于角度测量的仪器有经纬仪和全站仪。水平角度测量用于计算计算点的平面位置，垂直角度测量用于确定高度差或将倾斜距离变为水平距离。3.1角度测量原理(1)水平角度测量原理水平角度是指连接地面上一点和投影在水平面上的两个目标点的直线之间的角度，也是通过两条方向线的垂直面所夹的二面角。为了测量水平角度，有刻度的圆盘，称为水平圆，应该水平放置在通过点的上方；水平刻度盘的中心应位于通过点B的铅垂线上；经纬仪还必须有一个能瞄准远处目标的望远镜；望远镜应能在水平面和垂直面内旋转，并通过望远镜瞄准

2、不同高度的目标A和C。(2)垂直角度测量原理垂直角度是指同一垂直面上视线与水平线之间的角度。水平线以上的视线称为仰角，角度值为正；水平线下方的视线称为俯角，角度值为负。为了测量垂直角度，经纬仪必须在垂直面上放置一个圆盘，称为垂直标尺或垂直圆。垂直角度也是两个方向读数的差值。与水平角度不同，其中一个是水平方向。水平方向的读数可由垂直板指示管的水平或垂直板指示器的自动补偿装置来确定；在经纬仪设计中，当视线水平时，垂直板的读数一般是0或90的倍数。因此，当测量垂直角度时，视线方向上的垂直角度可以通过瞄准目标、读取垂直板读数并在仪器水平时减去垂直板读数来计算。3.2光学经纬仪的结构及其刻度盘读数规格国

3、内光学经纬仪按精度的型号有：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ30，其中字母D和J分别是大地测量和经纬仪汉语拼音的首字母，07、1、2、6和30分别是仪器的首个测试结果。按精度的高低，瑞士徕卡公司的光学经纬仪分为T4、T3、T2、T1、T16。 其中字母T是单词“经纬仪”的第一个字母，一个测量方向在秒内的观测误差分别为0.5、1、2、6和16。 3 . 2 . 1 DJ6光学经纬仪的结构根据控制水平度盘转动的不同方式分为定向经纬仪和复测经纬仪。定向经纬仪通常用于地表测量，复测经纬仪主要用于地下工程测量。图3-3为北京光学仪器厂生产的DJ6定向光学经纬仪。光学经纬仪一般分为三部分：三轴、水平

4、圆和照准仪。1-望远镜制动螺钉2-望远镜微动螺钉3-物镜4-物镜聚焦螺钉5-目镜6-目镜聚焦螺钉7-光学瞄准器8-刻度盘阅读显微镜9-刻度盘阅读显微镜聚焦螺钉10-瞄准器管水平仪11-光学对中装置12-刻度盘照明镜13-垂直圆盘指示器管水平仪14-垂直圆盘指示器管水平仪观察镜15-移动螺钉16-水平制动螺钉17-水平微动螺钉18-水平刻度盘更换螺钉和保护卡19-底座圆形水平仪20-底座21-轴套固定(1)底座上有三个地脚螺钉和一个圆形水平仪泡，用于大致调平仪器。水平刻度盘的转轴套在垂直轴套的外围，拧紧轴套的固定螺钉将仪器固定在底座上；通过拧松螺钉，可以将经纬仪水平度盘和瞄准部分从基座中拉出。(

5、2)水平度盘水平度盘是一个环形光学玻璃盘，其边缘被划刻并标有顺时针方向的角度值0360。(3)瞄准部分是指水平标尺上能绕其旋转轴旋转的所有部件的总称，包括垂直轴、U形支架、望远镜、水平轴、垂直标尺、管水平、垂直分度泡管和读数装置等。瞄准部的转轴称为仪器立轴，立轴插入底座中的立轴套内转动；瞄准部分在水平方向的旋转由水平制动和水平微动螺钉控制。望远镜的纵向旋转由望远镜制动器和望远镜微动螺钉控制。竖盘指示管水平仪的微倾斜运动由竖盘指示管水平仪的微动螺钉控制；瞄准部件上的管水平仪用于调平仪器。水平角度测量需要转动瞄准器和望远镜，依次瞄准不同方向的目标，读取水平刻度盘的读数；在观测过程中，水平尺度是固定

6、的；为了便于角度计算，在开始观察之前，水平刻度盘在开始方向(称为零方向)的读数通常设置为大约0，这需要一个部件来控制水平刻度盘的旋转。控制水平度盘旋转有两种结构：1)水平度盘变位螺钉：使用定向经纬仪。2)复测装置：复测经纬仪用复测扳手代替水平度盘变位螺钉来控制水平度盘的转动。3 . 2 . 2 DJ6光学经纬仪的读数装置光学经纬仪的读数设备包括刻度盘、光路系统和千分尺。水平标尺和垂直标尺上的分隔线通过一系列棱镜和透镜成像并显示在望远镜旁边的阅读显微镜上。DJ6光学经纬仪的读数装置可分为千分尺读数和单板玻璃读数。(1)千分尺读数装置千分尺读数装置的光路如图3-6所示。将水平玻璃标尺和垂直玻璃标尺

7、划成360网格，每个网格的角度为1，并注意顺时针方向。照明光通过反射器1的反射进入光入射窗2，并且一束光穿过编号为12、13、15和16的光学部件，以将水平刻度盘14上的划痕和音符成像在平凸透镜8上。另一束光穿过编号为3、5、6和7的光学元件，以在平凸透镜8上的垂直标尺4上对划痕和音符进行成像；平凸面镜8上有两个千分尺，千分尺上刻有60个网格。当仪器被制造时，在平凸面镜8上成像的刻度盘上的网格的宽度正好等于微米尺度上的60个网格的宽度，因此微米尺度上的小网格代表1。通过棱镜9的折射，读数显微镜可以观察到两个刻度盘的分割线图像以及微米级的划痕和注释，其中10是读数显微镜的物镜，11是读数显微镜的

8、目镜。阅读装置将两个音阶的标记和音符放大约65倍。图3-7显示了阅读显微镜的视场。标有“水平”字样的窗口(有些仪器是“赫兹”或“赫兹”)就像是水平刻度线及其千分尺，标有“垂直”字样的窗口(有些仪器是“垂直”或“垂直”)就像是垂直刻度线及其千分尺。读数方法是：以千分尺上的“0”为读数指标，从千分尺的标注中读出“度”数，千分尺上的“0”与“度”的夹角小于1；最小读数可以估计为0.1或6，这是千分尺上一个网格的十分之一。图3-7中的水平刻度读数为21454.7，垂直刻度读数为7905.5。千分尺读数装置的读数误差是千分尺上一格的十分之一，即0.1或6。(2)平行板千分尺读数装置在图3-6中，平板玻璃

9、放置在水平刻度反射棱镜16和垂直刻度反射棱镜7的前面。阅读原则是：将玻璃刻度尺分为720格，每个格有一个30的角度，并注意顺时针方向。来自两个刻度盘的光线1，包括刻度盘标记和音符，穿过平板玻璃5，通过反射棱镜9转向，然后与千分尺7上的刻度一起在读数指示表面8上形成图像，然后进入区域当刻度尺刻划图像不位于双分度线的中心时，旋转千分尺螺钉2以驱动齿轮3，然后驱动扇形齿4以绕轴6旋转平板玻璃5和千分尺7。标尺划线图像的移动偏移量位于双索引线的中心，移动偏移量记录在千分尺上。当仪器被制造时，当标尺刻划图像移动一个网格时，即0.5或30，其对应于微米标尺上的90个网格，由微米标尺上的一个网格表示的角度值

10、是306090=20，其估计为微米标尺的十分之一，即2。它的读数误差比千分尺读数装置小。平板玻璃千分尺读数装置的读数窗口区域见图3-9。它有三个阅读窗口，其中下窗口是水平刻度图像窗口，中间窗口是垂直刻度图像窗口，上窗口是千分尺图像窗口。读数时，先旋转千分尺螺丝，使两个刻度盘分割线中的一个准确位于双分度线的中心，根据标记读取0.5整数倍的读数，从千分尺刻度读取小于0.5的读数，将两个读数相加得到刻度盘读数。DJ2光学经纬仪图3-10 3.2.3 DJ2光学经纬仪由苏州第一光学仪器厂生产，其部件名称如下：1望远镜制动螺钉、2望远镜点动螺钉、3物镜、4物镜聚焦螺钉、5目镜、6目镜聚焦螺钉、7光学瞄准

11、器和8刻度盘读数显微镜。11-水平刻度盘和垂直刻度盘图像改变手轮，12-照准管液位计，13-光学对中装置，14-水平刻度盘照明镜，15-垂直刻度盘照明镜，16-垂直刻度盘指示管液位灯入口窗口，17-垂直刻度盘指示管液位微动螺钉，18-垂直刻度盘指示管液位气泡观察窗口，19-19。22-水平刻度盘位置改变手轮，23-水平刻度盘位置改变手轮盖24-底座25英尺螺钉。DJ2光学经纬仪的结构与DJ6基本相同，但刻度盘读数有如下差异：(1) DJ2光学经纬仪采用重合读数法，相当于取刻度盘直径(直径两端)相差180的两个读数的平均值，消除了刻度盘偏心误差。(2)在刻度盘读数显微镜中，只能观察到水平刻度盘或

12、垂直刻度盘上的一种图像，这是通过旋转“水平刻度盘和垂直刻度盘图像改变手轮”来实现的。(3)设置双楔千分尺，分为两组楔形玻璃，即固定楔和活动楔，活动楔与差动测量标线连接。入射光通过一系列棱镜和透镜后，刻度盘一定直径两端的刻度同时成像到读数显微镜中，并通过水平线分成正像和反像。图3-11显示了德国蔡司公司生产的Theo 010经纬仪的读数镜中盘径分割图(右)和千分尺分割图(左)。刻度盘的数字标为“度”，差速刻度的左侧标为“分”，右侧标为“十秒”。为了使读数方便且不易出错，现在生产的DJ2光学经纬仪一般采用图3-12所示的读数窗口。刻度盘到直径的分割图像和度数与10的图像分别出现在两个窗口中，另一个

13、窗口是千分尺读数。旋转千分尺轮以对齐直径的上下刻度后，从刻度盘读数窗口读取度数和10个数字，并从千分尺窗口读取分数和秒数。3.3经纬仪的放置和水平角的观测(1)经纬仪的放置经纬仪的放置包括对中和调平。其目的是使仪器的垂直轴位于过测站的铅垂线上，使水平标尺和水平轴处于水平位置，垂直标尺处于铅垂平面内。有两种对中方法，即铅锤对中和光学对中，水准测量大致平坦和精细平坦。粗加工是通过拉伸腿部或旋转腿部螺旋来使圆形水平气泡居中，其规则是圆形水平气泡移动到腿部延伸的一侧，或者圆形水平气泡的移动方向与用左手拇指和右手食指旋转腿部螺旋的方向相同。精密调平是通过旋转地脚螺钉将气泡置于管道水平面的中心，需要旋转瞄

14、准部件将管道水平面的轴线旋转到两个相互垂直的方向，以将气泡置于中心，其中一个方向应平行于任意两个地脚螺钉中心的连线方向。经纬仪放置的操作步骤是：打开三脚架腿，调整其长度，使三脚架的高度与观测者的高度相适应；打开三脚架，将其放在测量台上，使三脚架的头部大致水平；从仪器箱中取出经纬仪放在云台上，使仪器底座的中心与云台的中心基本对准。拧紧连接螺钉后，可以进行定心和调平操作。经纬仪放置操作可通过使用垂直球对中或光学对中来进行。1)用垂直球对准法放置经纬仪，将垂直球挂在连接螺旋中心的吊钩上，调整垂直球线的长度，使垂直球尖略高于测量站。粗略定心和粗略调平：平移三脚架(注意保持三脚架正面基本水平)，使垂直球

15、点与测量站的中心大致对齐，将三脚架的脚趾踩入土壤中。微调：轻轻松开连接螺钉，用双手握住仪器底座，将仪器移至架头上，然后拧紧连接螺钉。垂直球对准误差应小于3毫米。微调：旋转地脚螺丝，使圆形水平仪气泡居中，旋转瞄准部件，旋转地脚螺丝，使管状水平仪气泡在两个相互垂直的方向居中。请注意，当旋转脚螺旋校平仪时，它不会破坏先前完成的垂直球对中关系。2)经纬仪的光学对中装置也是一个小型望远镜；它由防护玻璃1、反射棱镜2、物镜3、物镜聚焦镜4、定心标志分隔板5和目镜6组成。使用光学扶正器前，应先转动目镜的调焦螺丝，使定心标记标线清晰，然后转动物镜的调焦螺丝(有些仪器是拉伸光学扶正器)，以看到地面上的测点标记。

16、粗对中：双手握住三脚架，用眼睛观察光学对中装置，移动三脚架，使对中标记与测量站的中心基本对准(注意保持三脚架头基本水平)，将三脚架的脚趾头踩入土壤中。精确对准：旋转地脚螺丝，使对准标记与测量站中心精确对准，光学对准误差应小于1毫米。粗略调平：伸展三脚架的腿，使圆形水平仪的气泡居中。微调：旋转瞄准部分和底部螺丝，使管水平气泡在两个互相垂直的方向上居中。精加工操作会轻微损坏先前完成的对中关系。再次微调对中：拧松连接螺钉，用眼睛观察光学对中装置，平移仪器底座(注意，不要旋转)，使对中标记与测量站中心准确对准，拧紧连接螺钉。(2)瞄准和读数测角时的瞄准标志一般是架设在测点上的基准点，测量铜焊棒、线或用三根竹竿挂垂直球的目标。测量水平角度时，用望远镜的十字准线对准瞄准标记。望远镜瞄准目标的操作步骤如下：目镜瞄准光线：松开望远镜刹车螺钉和水平刹车螺钉，将望远镜对准明亮的背景(如白墙、天空等)。)，然后转动目镜使十字准线清晰可见。粗瞄准：用望远镜上的粗瞄准器瞄准目标，拧紧刹车螺钉，旋转物镜的聚焦螺钉使目标清晰，旋转水平微动螺钉和