测量与地图学9

1、第六章 经纬仪与角度测量,6-1水平角与垂直角观测原理,水平角观测原理(horizontal angle) 垂直角观测原理(vertical angle),两种角度 水平角 用于确定点的平面位置（计算坐标） 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,一.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。0360。,二.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)。 =0 90 ，仰角为正，俯角为负。,经纬仪的等级和用途 我国经纬仪分为DJ07、 DJ1 DJ2、 DJ6。 经纬仪按其读数系统

2、可分为游标经纬仪、光学经纬仪和电子经纬仪等。,6-2经纬仪的构造及度盘读数,一、经纬仪系列技术参数和用途,二.经纬仪的基本构造,有照准器或望远镜 望远镜可以在竖直面内转动。望远镜+竖盘+水平度盘的指针=照准部 水平度盘静置在基座上 水准器+脚螺旋整平,游标经纬仪,早期的经纬仪 金属度盘 用游标+放大镜读数, DJ6经纬仪,光学经纬仪, T2经纬仪,电子经纬仪,基本结构与光学经纬仪相同；操作方法也基本相同。 用微电子技术自动取得度盘的读数， 从而可以经微电脑进一步加工计算,经纬仪构造 （1）基座 （2）水平度盘,垂直轴 水平轴 照准轴 垂直度盘 水准器,三轴,（3）照准部,三. J6经纬仪的构造

3、,基座、照准部、水平度盘、读数装置,基座,照准部,1.基座,脚螺旋用于整平仪器,基座,水平度盘,照准部,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,水平度盘由光学玻璃制成 顺时针0 360 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。,4. 经纬仪的 读数装置,图3-5 J6经纬仪度盘读数光路,读数光路,J6光学经

4、纬仪读数,两种读数测微装置：分微尺测微和平行玻璃板测微,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。,水平度盘读数： 73 04 24,1.分微尺测微利用度盘刻度线，在分微尺上读数。,2、单平板玻璃测微装置测微原理,主要特点 （1）采用度盘对径重合读数法，以消除度盘偏心 误差影响。 （2）通过转动测微手轮，操纵测微装置，使度盘上 相差180度的刻度线一一对应重合，而对应刻 度线相对移动过的量，可在分微尺上读取。 （3）水平度盘读数和竖直度盘读数由换像手轮控 制，

5、分别单独显示。,DJ2光学经纬仪的读数,6-3 水平角观测,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,(一)对中将仪器中心安置在测站点标志中心的铅垂线上。 垂球对中 光学对中器对中,一.经纬仪的安置,2、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，

6、精确对 中。 有时必须反复上述三步的操作。,(二)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。,(三).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。 -水平角观测时，用双竖丝中间夹准或单丝平分目标，并尽量照准目标的底部。 -竖直角观测时，应用中丝切目标的顶部,水平角观测方法 (一).测回法观测程序： 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

7、”的次序观测。水平 角总是第2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（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）,741906,741924,741915,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。,2142312,2142254,2142303,1801118,343412,(二).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”。,6-4 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

8、 竖盘指标差,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,三角高程测量 已知斜距S、竖直角 ， 计算A、B高差h：,一.垂直度盘构造,1. 1.铅垂线；2.竖盘；3.望远镜物镜；4. 横轴；5. 竖盘水准管微动螺旋；6.支架外壳；7.水准管观察镜；8.竖盘水准管；9. 望远镜目镜；10. 竖盘水准管支架；11.竖盘读数棱镜；12.竖盘读数透镜.,二.垂直度盘刻度,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

9、般 L0=90 ，盘右时一般 R0=270 。,三.垂直角的计算,图3-28 竖盘读数与垂直角计算,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。,270,90,0,180,270,90,180,0,竖直角观测计算,逆时针注记,顺时针注记,抬高望远镜时，读数增大,抬高望远镜时，读数减小,竖盘指标差,如果水准管气泡居中后指标线偏离标准位置x，则竖直度盘“盘左读数”+“盘右读数”360；其差数=2x。X称为竖直度盘的“指标差”,竖盘指标差,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,90,270,0,180,竖盘指标差计算,x,盘左盘右观测竖直角取平均，可消除指标

10、差的影响。,指标差计算公式：,垂直角观测记录,6-5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,经纬仪的轴线,水准管轴垂直于竖轴 LLVV 圆水准轴平行于竖轴 LLVV 十字竖丝垂直于横轴 竖丝HH 视准轴垂直于横轴 CCHH 横轴垂直于竖轴 HHVV,轴线间应满足的条件,二.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 5.十字竖丝垂直于横轴 6.竖

11、盘指标差的检验与校正,掌握各项目的校正原理与方法,经纬仪的检验与校正,1.平盘水准管的检验与校正,检验：初步整平仪器，转动照准部使水准管平行于一对脚螺旋，相对转动这对脚螺旋，使水准管气泡居中。,目的：使平盘水准管轴垂直于纵轴。LLVV,然后将照准部旋转180，如果气泡仍居中，说明水准管轴垂直于纵轴。如果气泡偏离中心，应进行校正。,校正：相对地转动平行于水准管的一对脚螺旋，使气泡向中央移动偏歪格数的一半；,校正：然后用校正针拨动水准管一端的校正螺丝，使气泡完全居中。这项检验校正需反复进行几次，直到照准部旋转180后水准管气泡的偏歪在一格以内。,2.圆水准器的检验与校正,目的：使圆水准管轴平行于纵

12、轴。 LL VV,检验：根据校正后的平盘水准管整平仪器，使纵轴铅垂；此时圆水准器的气泡如果不居中，则需要校正。,校正：用校正针拨动圆水准器底下的校正螺丝，使气泡居中。,3 十字丝纵丝垂直于横轴的检验和校正,目的：仪器整平后，十字丝的纵丝在铅垂平面内，横丝水平。,检验：以十字丝的交点瞄准目标点P，旋转垂直微动螺旋，如果P点相对于十字丝上下移动的轨迹离开纵丝，则需要校正。,3-1十字丝纵丝垂直于横轴的检验和校正,校正：旋下目镜处的十字丝环外罩，松开十字丝环固定螺丝，转动十字丝环，直至旋转垂直微动螺旋时P点始终在纵丝上移动为止。最后转紧十字丝环固定螺丝。,3-2视准轴垂直于横轴的检验和校正,目的：视

13、准轴垂直于横轴。,选择一个大致与仪器高度相同的清晰目标A，盘左读数为L、盘右读数为R，得到：2c=(L-R 180o) 对于J6经纬仪，当2C大于2时需要进行校正。 计算正确读数： 盘右： 盘左： 校正：将度盘配置到正确读数，此时视准轴将偏离目标点A，先稍松十字丝上下校正螺钉、调节十字丝左右校正螺钉使十字丝竖丝精确对准目标点A。,4 横轴的检验和校正,目的：使横轴垂直于纵轴,检验在离墙面1020m处安置经纬仪，整平仪器后，瞄准墙面高处一点P（其仰角宜在30左右），制动照准部，然后大致放平望远镜，在墙面定出一点A，再以盘右瞄准P点，放平望远镜，在墙面定出一点B，如果A点与B点重合，则横轴垂直于纵

14、轴；若A，B相距大于5mm，则需要进行校正。,4.横轴的检验和校正,校正:先瞄准中点M，固定照准部，纵转望远镜，此时十字丝竖丝将偏离P点，抬高或者降低横轴一端，使十字丝竖丝对准P点即可。,由于横轴校正设备密封在仪器内部，该项校正应由仪器维修人员进行。,5.指标差的检验与校正,目的：消除指标差,检验：盘左、盘右观测竖直角，计算竖盘指标差，如果x的绝对值大于60，则需要进行指标差的校正。,指标差的校正方法如下：以盘右瞄准原目标，转动竖盘水准管微动螺旋，将原垂直度盘读数调整到指标差校正后的读数（原读数加或减指标差），拨动竖盘水准管校正螺丝，使气泡居中；反复检校，直至指标差小于规定的数值为止。,6-6

15、 测角误差,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。,竖轴倾斜误差 是由于水准管轴不垂直于竖轴的误差。这时，这是仪器加工和检验不完善造成的仪器缺陷，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

16、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。,仪器误差,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，见图3-28。可用盘左、盘右读数取平均的方法予以减小。,度盘刻划不均匀误差 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。,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。如图3-29,对中引起测角误差

17、为,=+(1+2),从上式可见，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。,观测误差,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，见图3-30。,O为测站，A为地面目标点，AA为标杆，杆长d，杆倾角。目标偏心差为： e=dsin,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。,观测误差,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,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。,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