土木工程测量讲义3角度测量[详细]

1、第三章第四章,75,1,测量学 第三章 角 度 测 量,提要一水平角与垂直角观测原理,75,2,3-1 水平角与垂直角观测原理,一、水平角观测原理 二、垂直角观测原理,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,斜距改算成 平距。 测角仪器： 经纬仪、电子全站仪,1.水平角观测原理,75,3,一、水平角观测原理,水平角 从一点A到两个目标B,C的方向线, 垂直投影到水平面上所成的夹角,顺时针计算,b,铅 垂线,铅 垂线,A1,C1,B1,o,b,0 360,水平度盘,b = c - a,也是包含 BA、BC 视线的两个铅垂面之 间的两面角。,2.垂直角观测

2、原理,75,4,二、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(也称竖直角),水平线方向为0 = 0 90，仰角为正，俯角为负。,天顶距,视线与铅垂线 的夹角 Z，以 天顶方向为0,Z = 0 180,a, = 90- Z,垂直角与天顶距的关系：,b,c,A,C,A,（）,（）,垂直度盘,提要二光学经纬仪的构造及度盘读数,75,5,3-2 经纬仪的构造及度盘读数,一、经纬仪的等级和用途,DJ1级 高级控制和精密工程 测量 DJ2级 一般控制和工程测量 DJ6级 图根控制、工程测量 和地形测量,经纬仪系列的技术参数和用途,75,6,提要二光学经纬仪的构造及度盘读

3、数,75,7,DJ6经纬仪 （6级）,光学经纬仪,提要二光学经纬仪的构造及度盘读数,75,8,T2 经纬仪 （2级）,光学经纬仪,二、经纬仪的构造,9,75,经纬仪的构造分为三大部分（由下而上）：,1.基座 包括脚螺旋 和底板,2.水平度盘 包括玻璃度盘 和纵轴套,3.照准部 包括水准管,支架, 横轴，竖盘和望远镜,三、DJ6级光学经纬仪,二. DJ6经纬仪的构造,10,75,基座、照准部、望远镜、水平度盘 垂直度盘、读数装置,基座,水平度盘,垂直度盘,照准部,望远镜,1.基座,75,11,(一) 基座,水平度盘旋转轴(纵轴)插于基座轴套内，基座脚螺旋用于整平仪器； 基座底板上有 螺孔，用连接

4、 螺丝与三脚架 固连。,脚螺旋,平盘水准管,连接螺孔,底 板,基 座,基座轴套,75,12,(二) 照准部,左右支架，支承横轴 横轴与垂直度盘(竖盘)和 望远镜固连 照准部(水平)制微动螺旋 望远镜(竖直)制微动螺旋 望远镜：倒像或正像，放 大率2630倍，目镜调焦， 物镜调焦，十字丝 读数显微镜(望远镜旁) 水准管(分划值30/ 2mm) 纵轴(插入水平度盘轴套),望远镜内 十字丝像,12,脚螺旋,水准管,横轴,支架,照准部,望远镜,垂直度盘,纵轴,3.水平度盘,75,13,(三) 水平度盘和垂直度盘,度盘由光学玻璃高精度刻制分划而成 水平度盘 顺时针0 360刻度； 仪器整平，水平度盘水平

5、。 水平度盘套于纵轴套外围， 改变度盘位置，要使用复 测扳手或度盘变换手轮。,水平度盘,纵轴套,垂直度盘和水平度盘类似， 装于横轴一端，位置垂直于 水平度盘。,4.J6经纬仪的 读数装置,75,14,(四) 度盘读数装置和读数方法,读数光路：,由反光镜采光，经 过一系列棱镜反射， 穿越垂直度盘、水平 度盘和光学分微尺， 最终到达读数显微镜 成像，进行度盘读数。,J6经纬仪的读数装置,水平度盘读数,竖盘读数,水平度盘,垂直度盘,J6光学经纬仪读数,75,15,J6光学经纬仪读数,两种读数测微装置：分微尺与平行玻璃板测微,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

6、此其最小格值为： 1=60 读数时，估读至0.1格 (6)，因此，估读的 秒数应是6的倍数。,如图所示 水平度盘读数： 7304 24,1.分微尺测微 利用度盘刻度线，在分微尺上读数。,读数镜视场,b).平行玻璃板测微,16,75,2.平行玻璃板测微 利用测微手轮，移动度盘分划像使与指标线重合， 在度盘窗口和测微窗口读数。,平行玻璃测微器： 平行玻璃板与 分微尺由测微 手轮控制。转 动测微手轮， 使度盘像移动， 而与指标线重 合, 移动量可 在测微器上读出。 读数方法为： 度盘窗口读数 测微窗口读数,水平度盘读数： 921735,分划与指标 线重合前,分划与指标 线重合后,四、DJ2光学经纬仪

7、及其读数,75,17,提要二光学经纬仪的构造及度盘读数,75,18,T2经纬仪 （2秒级）,DJ2级光学经纬仪,DJ2光学经纬仪的读数,75,19,主要特点： （1）采用度盘对径分划重合法读数，相当于取度盘直径两端相差180处两个读数的平均值，可以抵消照准部偏心误差的影响。 （2）设置双光楔测微器， 可使度盘对径的分划线像重 合；可以从测微分划尺上读 出分秒数。 （3）在读数显微镜中 只能看到水平度盘或垂直 度盘一种影像，但可以用 度盘变换轮使其交替出现。,四、DJ2光学经纬仪的读数,水平读盘度数： 1424715.7,度盘读取 度数,旋转测微器使度盘 对径分划线重合,测微器读 取分秒数,及十

8、分数,水平角观测,75,20,3-3 水平角观测,一、经纬仪的安置 对中 整平 瞄准 读数,掌握对中、整平、瞄准、读数的方法与要求。 对中整平经纬仪后，用纵丝和(或)横丝对准竖 立于地面点上方标志；粗瞄,制动,微动精确瞄 准，然后进行度盘读数。,二、水平角观测 要求掌握“测回法”和“方向观测法”观测水 平角的仪器操作方法、观测程序、记录和计算 方法。,一、经纬仪的安置,75,21,连接螺旋,垂球,地面标志,B,垂球对中,75,22,三脚架和垂球,2.用光学对中器对中,75,23,5.调焦透镜 6.调焦环 7.目镜 8.对中分划板,1.反射棱镜 2.水平度盘 3.仪器纵轴 4.物镜,光学对中器的

9、结构：,操作步骤： (1)安置三脚架，目估对中， 架头大致水平； (2)对中器目镜调焦， 使十字丝清晰;物镜调 焦,使地面标志清晰； (3)旋转脚螺旋使对 准地面标志,伸缩三脚 架腿,使圆水准泡居中； (4)按水准管气泡精 确置平仪器； (5)在三脚架头平移 仪器,使对中误差1mm。,对准地面标志,整平,75,24,(二) 整平 使仪器纵轴铅垂，水平度盘水平， 横轴水平，竖盘位于铅垂面内。,按左手大拇指法则，转动脚螺旋，使水准管 气泡居中。容许的居中偏差应小于一格。,瞄准,25,75,二、照准标志及瞄准方法 用望远镜的纵丝和(或)横丝精确瞄准目标 瞄准目标的标志中心,操作步骤： 粗瞄、制动、调

10、焦消除视差、水平和(或)垂直微动精确 瞄准。垂直竖立的标志尽量瞄准目标下部，减少由于目 标不铅垂而引起的方向误差。,（地面点之上安置各种不同形式的测量标志）,标杆,测钎,觇牌,挂垂球线,测回法观测水平角,75,26,三、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,水平角是从起始方向(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”的次序观测。 水平角总是右方向读数减去左方向读数而得。,水平角观测记录,75,27,第一个方向读数应设置在0、180附近；分数和 秒数的

11、整数应写足二位，例如04、06等。 计算水平角，第二方向减第一方向，如果不够减则加360。 一测回中,不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。,测回法水平角观测记录,741906,741924,741915,水平角观测记录大角,75,28,测回法水平角观测记录,表中盘右C读数小于A读数，不够减，则C读数应加360后再减A读数，而得盘右角值。,2142312,2142254,2142303,1801118,343412,测站,盘左、盘右测得角值之差小于40，则取其平均值。,方向观测法,75,29,(二) 方向观测法 一个测站观测3个或3个以上方向时，采用方向观测法。观测从零方向开始，最后再回到零方向

12、(水平方向旋转一圆周)。 因此,方向法也称为： “全圆方向法”,例：观测A,B,D,E 四方 向的瞄准读数次序：,盘左(顺时针方向) A- B- D- E- A,盘右(逆时针方向) A- E- D- B- A,测站,75,30,全圆方向法水平角观测记录,表3-3,全圆方向法观测的计算和限差(R方向值),75,31,(1)半测回归零差 盘左或盘右半测回中,开始和结束两次瞄准起始方向 的读数之差,称为归零差。对于J2级应8,J6级应18,(2)两倍视准差（2C） 一测回中,同一方向盘左、盘右两次瞄准读数差与180 之差称为2C。 2C= R左（R右180）。2C属于仪器误差, 应为一个常数；其变化

13、对于J2级应13。,(4)归零方向值 一测回中,各方向的盘左、盘右平均值与零方向的方向值之差,称为归零方向值。同一方向各测回间归零方向值之差，对于J2级应9,对于J6级应24。,(3)盘左盘右平均值 R = ( R左+ ( R右180),垂直角观测,75,32,3-4 垂直角观测,一、垂直度盘构造 二、垂直角计算 三、竖盘指标差 四、垂直角观测方法,垂直角观测原理,75,33,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(也称竖直角)。 = 090o，仰角为正，俯角为负。,0,180,天顶距 视线 与铅垂线的夹角 Z = 0180,垂直度盘,垂直角的主要用途,7

14、5,34,垂直角的用途,斜距化为平距,三角高程测量,AB两点高差,斜距S,平距D,竖盘构造特点,75,35,一、垂直度盘构造,构造特点： 竖盘随望远镜一起转 动, 竖盘与读数指标 脱离，竖盘水准管与 指标相连，竖盘气泡 居中, 指标应铅垂。,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.,图中注记：,竖盘构造特点,75,36,垂直度盘读数,构造特点： 竖盘随望远镜的瞄准而一起转动； 读数指标和水准管则居于一定位置； 竖盘气泡居中，指标

15、应铅垂； 视线水平、指标铅垂时，竖盘读数为一常数，例如： 上图竖盘，盘左读数 L0= 90 ，盘右读数 R0= 270。,270,90,0,180,270,90,180,0,竖盘刻度注记及垂直角计算,竖盘逆时针注记,竖盘顺时针注记,抬高望远镜时，读数增大,抬高望远镜时，读数减小,37,75,盘左垂直角计算,盘右垂直角计算,75,38,垂直角观测计算,270,90,0,180,270,90,0,180,（以顺时针刻度、盘左为例）,视线水平,视线向上(仰角),抬高望远镜时,读数L减小, = 0 Z = 90,L= 90 = 0 Z = 90, = 90o L Z = L,L,L,Z,确定垂直角的计

16、算公式,39,75,二、垂直角的计算公式,根据竖盘刻度形式(顺时针或逆时针)，观测时的 竖盘位置(盘左或盘右)确定垂直角的计算公式汇总：,垂直角计算公式,竖盘顺时针刻度：,40,75,盘左,盘右,盘左,盘右,垂直角,天顶距,垂直角,天顶距,竖盘逆时针刻度：,三、竖盘指标差,水准管气泡居中后指标线偏离标准位置的角度 为 x，称为垂直度盘的“指标差”。,41,75, = 90- L- x, = R - 270+ x,L,R,Z = L + x,Z = 360- R - x,L,R,盘左：,盘右：,盘左盘右指标差x 对垂直角影响相反,竖盘指标差,75,42,竖盘指标差 竖盘水准管气泡居中时，读数指

17、标线与铅垂线的夹角x ，( x 使度盘读数减小）,竖盘指标差（顺时针刻度）, = 90- ( L x）, = R +x - 270,垂直角及指标差 计算公式：,L,R,盘左盘右观测垂直角取 平均，可消除指标差的 影响。也可计算指标差。,竖盘指标差,75,43,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x ,（ x 使度盘读数增大),竖盘指标差（逆时针刻度）,盘左盘右观测垂直角取 平均，可消除指标差的 影响。也可计算指标差。, = L - x 90, = 270- ( Rx ),L,R,垂直角及指标差 计算公式：,垂直角观测记录,75,44,I,垂直角必须具有“+ -”号,垂直

18、角观测记录,经纬仪的检验与校正,75,45,3-5 经纬仪的检验和校正,目的：使经纬仪各轴线间应保持正确 的几何关系，才能准确地进行 角度观测。,内容：一、经纬仪的轴线及其应满足 的条件 二、经纬仪的检验和校正,经纬仪的轴线,75,46,横轴 H-H1 视准轴 C-C1 水准管轴 L-L1 纵轴(竖轴)V-V1 圆水准轴 L-L1,经纬仪的轴线：,一、经纬仪的轴线及其应满足的条件,轴线间应满足的条件,75,47,水准管轴垂直于纵轴 L L1 V V1 圆水准轴平行于纵轴 LL1 V V1 十字丝纵丝垂直于横轴 纵丝 H H1 视准轴垂直于横轴 C C1 H H1 横轴垂直于纵轴 H H1 V

19、V 1,经纬仪轴线间应满足的条件,经纬仪的检验与校正,75,48,二、经纬仪的检验和校正,校正项目： 校正目的： 1.平盘水准管的检验和校正 L L1V V1 2.圆水准器的检验和校正 LL1 V V1 3.视准轴的检验和校正 C C1H H1 4.横轴的检验和校正 H H1V V1 5.十字纵丝垂直于横轴 纵丝铅垂 6.竖盘指标差检验和校正 竖盘指标差近于零 7.光学对中器检验和校正 对中器光轴与纵轴重合,学习目的：掌握各项校正的原理与方法,经纬仪的检验与校正,75,49,二、经纬仪的检验和校正,（一）平盘水准管的检验和校正,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

20、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（LL1VV1）,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。,水准管轴垂直于纵轴,经纬仪的检验与校正,75,50,（一）平盘水准管的检验和校正(续),置平水准管气泡后，将照准部旋转180,如果气泡偏离中心，说明水准管轴不垂直于纵轴，应进行校正。 设纵轴的倾斜角为,则照准部旋转180后,气泡的偏移反映水准管轴有 2 的倾斜角度。,水准管轴不垂直于纵轴,照准部旋转180后,经纬仪的检验与校正,75,51,(一) 平盘水准管的检验和校正(续),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

21、；此时，纵轴已经铅垂，气泡偏歪为水准管轴倾斜角的反映。,用脚螺旋移动气泡偏歪的一半,转动校正螺旋置平气泡,校正：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。,75,52,水准管校正方法：用校正针拨转水准管一端的上下一对校正螺丝使水准管气泡居中。,经纬仪的检验与校正,75,53,经纬仪的检验和校正,（二）圆水准器的检验和校正,目的：使圆水准轴平行于纵轴。 L L 1 V V1,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：用校正针拨松圆水准器底下的固定螺丝(3

22、),然后拨转校正螺丝(4)，使气泡居中，再拨紧固定螺丝。,经纬仪的检验与校正,75,54,经纬仪的检验和校正,（三）十字丝的检验和校正之一,目的：仪器整平后，十字丝的纵丝应在铅垂平面内， 而横丝应水平。,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点上下移动的轨迹离开纵丝，则需要校正。,校正：略松十字松环 固定螺丝，旋转十字 丝环，使纵丝铅垂， 横丝水平，再转紧固 定螺丝。,经纬仪的检验与校正,75,55,目的：使视准轴垂直于横轴 （ C C1H H1 ）,检验：盘左照瞄准某点P,水平度盘读数为L；盘右再瞄准 P,读数为R；如果L-(R180)20,则需要校正。,（三）十字丝的检

23、验和校正之二,校正：盘右，水平度盘应有读数：,转动水平微 动螺旋使读 数为R,转 动十字丝左 右一对校正 螺丝，对准 P点。,75,56,卸去目镜处的十字丝环 外罩，可以看到十字丝 校正螺丝。,用校正针拨转左右一 对校正螺丝，使纵丝 对准目标 P，使 C C1H H1,十字丝 校正螺丝,经纬仪的检验与校正,75,57,经纬仪的检验和校正,（四）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，制动照准部;,H H1V V1,盘左,盘右,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

24、与B点重合，则横轴垂直于纵轴；若A,B不重合，则需要进行校正横轴位置。,经纬仪的检验与校正,75,58,（四）横轴的检验和校正(续),校正：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。,横轴的角：,如果 i 角大于1520应进行校正。,盘左,盘右,75,59,横轴校正方法：卸去经纬仪支架一侧的密封板，可以看到横轴一端、轴承和横轴校正偏心轮(黄铜)。,横轴一端,横承,横轴校正偏心轮,转动偏心轮可以 使横轴一端升降， 以达到横轴垂直纵轴的目的。由于需要拆开仪器， 此项校正一般由专业维修人员进行。,经纬仪的检验与校正,75,60,经纬仪的检验和校正,（五）竖盘指标差的检验和校正

25、,目的：消除竖盘指标差,检验：对同一目标盘左、盘右观测竖直角,计算竖 盘指标差x,如果 x 的绝对值大于30,则需校正指 标差。,校正：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。,对于有垂直补偿器的经纬仪，则需要校正竖盘补偿器(由仪器维修专业人员进行)。,75,61,旋开竖盘水准管一端的护盖,可看到 竖盘水准管校正螺丝,75,62,转动竖盘水准管微动螺旋，对准竖盘应有读数，用校正针拨转水准管校正螺丝，使水准管气泡居 中。,经纬仪的检验与校正,75,63,经纬仪的检验和校正,（六）光学对中器的检验

26、和校正,目的：使光学对中器的视准轴 与纵轴重合,4. 对中器物镜 5. 调焦透镜 6. 调焦环 7. 对中器目镜 8. 对中器分划板,检验：地面放一画 十字标志A的白纸， 用光学对中器十字 丝对准A,将照准部 旋转180o 如果得到 另一点A,则需要 校正。,校正：定出 AA的中点 M， 用对中器校正螺丝使对准 M。,经纬仪纵轴,对中器 视准轴,3-6水平角观测的误差分析,度盘刻度中心C与照准部旋转中心C不重合称为照准 部偏心差。照准部在度盘不同的方向时， 此误差对读数的影响也不相同： A方向读数影响xa,B方向为xb,64,75,一、经纬仪照准部偏心差的影响,取度盘对径读数的平均数，或用盘左和盘右测量水平角或垂直角，取其平均数，均可以抵消此误差的影响。简而言之:,度盘对径读数 盘左盘右观测,刻度中心 C,C1 旋转中心,二、经纬仪轴系误差的影响,经纬仪的视准轴,横轴,纵轴之间的几何关系 不正确对水平角观测的影响。,65,75,(一)视准轴误差的影响 (二)横轴误差的影响