第二章角度观测的原理及方法-工程测量ppt课件.ppt

本章主要内容本章主要内容w第一节第一节 水平角和竖直角观测原理水平角和竖直角观测原理 w第二节第二节 DJ6、DJ2光学经纬仪的使用光学经纬仪的使用 w第三节第三节 水平角观测水平角观测 w第四节第四节 竖直角观测竖直角观测w第五节第五节 电子经纬仪和全站仪简介电子经纬仪和全站仪简介w第六节第六节 光学经纬仪和全站仪的检验与校正光学经纬仪和全站仪的检验与校正 w第七节第七节 角度观测误差分析与注意事项角度观测误差分析与注意事项w本章小节本章小节第一节第一节 水平角和竖直角观测原理水平角和竖直角观测原理一、水平角测量原理1、水平角：地面上一点至任意两个目标的方向线垂直投影到水平面上所成的角 。2、原理： OA投影在水平度盘上读数为a，OB投影在水平度盘上读数为b。则：ab角值范围：0360二、竖直角测量原理1、竖直角：在测量学中将测站点至目标点的视线与同一竖直面内的水平线之间的夹角称为竖直角 。视线向上倾斜，称仰角为正值；视线向下倾斜，称俯角为负值。2、原理： =目标视线读数水平视线读数 Z 天顶距第二节第二节 DJ6、DJ2光学经纬仪的使用光学经纬仪的使用w 按精度分为 DJ1、DJ2、DJ6、DJ15等。 D大地测量仪器 J经纬仪 数字测角精度（一测回方向观测中误差， 单位为秒）w 按读数系统分为光学经纬仪、电子经纬仪。 w 按性能分为方向经纬仪、复测经纬仪w 目前建筑测量中使用较多的是光学经纬仪，w 一般用DJ6，精度要求较高时用DJ2。一、DJ6光学经纬仪的构造DJ6光学经纬仪包括照准部、度盘、基座三大部分。1、照准部 主要由望远镜、支架、竖直轴、水平轴、竖直 制动微动螺旋、水平制动微动螺旋、读数设备、水 准器和光学对点器等组成。w望远镜 用于瞄准目标w圆水准器 用于粗略整平仪器w管水准器 用于精确整平仪器w光学对点器使度盘中心和测点在同一铅垂线上w 读数装置用于读数2、度盘 包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。 度盘注记：0 360， 分划：30 或1 两种w注：水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随 望远镜转动； 水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观 测方向的角度值； 竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望 远镜固定，随望远镜一起转动。3、基座 由轴座、脚螺旋、底板、三角压板等组成。 作用：用于连接和整平。二、DJ2光学经纬仪的构造DJ2光学经纬仪的主要构造同DJ6。w读数装置由棱镜、 透镜、读数显微镜组成；三、光学经纬仪的读数装置 与读数方法用于读取度盘读数。1. 分微尺测微器及其读数方法分微尺测微器的读数窗 图示的水平度盘的读数为2145442，竖直 度 盘 的 读 数 为790530。 2. 对径符合读数装置及其读数方法图示的读数分别为2810424.2 = 281424.2，12340812.3=1234812.3。 四、角度观测其它辅助工具 测钎、标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具。w 测钎：适用与距测站较近的目标。w 标杆：适用与距测站较远的目标。w 觇牌：固定在三脚架上使用，远近皆可适用； 一般为红白或黑白相间且常与棱镜结 合， 用于电子经纬仪或全站仪。w 有时也可悬挂垂球用垂球线作为瞄准标志。五、光学经纬仪的使用 经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准和读数四项基本操作。 1、对中、整平 目的： 使测点中心与仪器竖轴中心在同一铅垂线上； 使水平度盘处于水平位置。 方法：有垂球对中和光学对点器对中两种，由于 垂球对中精度较低，且使用不便，工程测量 中一般采用光学对点器对中。 光学对点器对中及整平的步骤： 安置仪器：高度适中，使测点在视场内； 强制对中：调节脚螺旋，使光学对点器中心 与测点重合； 粗略整平：调节三脚架，使圆水准气泡居中； 精确整平：调节脚螺旋，使长水准气泡居中； 精确对中：移动基座，精确对中（只能前后、 左右移动，不能旋转）； 重复 、两步，直到完全对中、整平。 2、调焦与瞄准 目的：视准轴对准观测目标的中心。 方法： 调节目镜调焦螺旋，使十字丝清晰； 利用粗瞄器，粗略瞄准目标，固定制动螺旋； 调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰，注意消 除视差； 调节制动、微动螺旋，使十字丝分划板的竖丝对 准或夹住观测标志精确瞄准。测水平角用双丝夹粗目标测竖直角用横丝切目标顶部3、读数 方法： 打开反光镜，使读数 窗光线均匀； 调焦使读数窗分划清晰 （注意消除视差）； 按不同的测微器直接 读取水平、竖直度盘 读数（度、分、秒，秒为估读且为6的倍数）。 上图水平角：21506 48 竖直角： 7852 00 第三节第三节 水平角观测水平角观测 水平角的观测方法一般应根据照准目标的多少确定，常用的有测回法和方向观测法两种。一、测回法（只有两个方向）1、操作步骤安置仪器于O点，对中整平；正镜（盘左）瞄准A A点， 度盘归零；顺时针转动仪器，瞄准B点读数；倒镜（盘右），瞄准B点读数；逆时针转动仪器，瞄准A点读数。2、记录与计算（见表2.1) 盘左（正镜）观测 瞄A，记录 a左= 00218 瞄B，记录 b左= 792442 上半测回的角值： 左= a左- b左= 792224 盘右（倒镜）观测 瞄B， 记录 a右= 1800224 瞄A， 记录 b右= 2592436 下半测回角值： 右= a右- b右= 7922129024682 右左检核 对于DJ6经纬仪，上下半测回角度之差应满足： ，否则，应重测。04 右左最后角值为： 当测角精度要求较高时，需观测多个测回： 第一测回度盘归零； 其他各测回间按180/n（n为测回数）的差 值，变换度盘； 各测回角值之差不得超过40； 取各测回平均值作为最后结果。站站测回竖盘位置目标水平度盘读数 半测回角值 一测回角值 各测回平均角值 备住O1左A0 02 1879 22 2479 22 1879 22 22B79 24 42右A180 02 2479 22 12B259 24 36O2左A90 02 2479 22 3679 22 27B169 25 00右A270 02 3079 22 18B349 24 48表2.1 水平角观测手薄（测回法） 二、方向观测法（目标多于两个） 1、 操作步骤 安置仪器于测站点O， 对中、整平； 正镜（盘左），选择零方向 A，顺时针依次照准目标 B、C、D、A（归零）， 读数； 倒镜（盘右），瞄准 零方向A，逆时针依 次照准目标D、C、B、 A（归零），读数； 2180 ）（盘右读数盘左读数平均读数归零后方向值的计算： 各方向平均读数分别减起始方向平均读数。2、记录与计算(观测记录见表2.2) 归零差的计算: 分别计算盘左、盘右两次瞄准起始方向读数 之差；（若超限，应及时重测） 计算2c值（两倍视准误差）： 2c = 盘左读数-（盘右读数180） 若2c超限，应及时重测。 各方向平均读数的计算： 各测回归零后平均方向值的计算： 各测回归零后方向值的平均值。 水平角的计算： 相邻方向值之差，即为相邻方向所夹的水平角。等级仪器型号半测回归零差（）一测回2c变动范围（）同一方向值各测回较差（）一级及以 下DJ2121812DJ618-24水平角方向观测法的技术要求 测站测回目标水平度盘读数2c盘左、盘右平均读数一测回归零方向值各测回平均方向值角值盘左盘右12345678910O1A0 01 00180 01 12-12（0 01 14）0 01 060 00 000 00 0091 52 47B91 54 06271 54 00+0691 54 0391 52 4991 52 47C153 32 48333 32 480153 32 48153 31 34153 31 3461 38 47D214 06 1234 06 06+06214 06 09214 04 55214 04 5660 33 22A0 01 24180 01 18+060 01 21145 55 04246O2A90 01 12270 01 24-12（90 01 27）90 01 180 00 00B181 54 061 54 18-12181 54 1291 52 45C243 32 5463 33 06-12243 33 00153 31 33D304 06 26124 06 20+06304 06 23214 04 56A90 01 36270 01 36090 01 362412表2.2 水平角观测手簿（方向观测法）顺时针注记逆时针注记第四节第四节 竖直角观测竖直角观测一、竖直角观测与计算1、度盘的刻划分类：分为顺时针注记和逆时针注记两种。2、竖直角计算公式（1）顺时针注记 盘左位置：L=90L 盘右位置：R=R270 一测回的竖直角值：=1/2（L+R） （2）逆时针注记 盘左位置：L= L 90 盘右位置：R= 270R 一测回的竖直角值：=1/2（L+R） 竖直角观测 安置仪器，对中、整平； 盘左瞄准目标某一位置， 读取竖盘读数L； 盘右瞄准原目标位置， 读取竖盘读数R。 （以上盘左、盘右观测构成一个测回） 记录与计算(见表2.3) 分别计算盘左、盘右半测回竖直角， 计算盘左盘右的平均值作为一测回竖直角。3、观测、记录与计算测站目标测回竖盘位置竖盘读数半测回竖直角指标差一测回竖直角各测回竖直角备注OA1左81 38 12+8 21 48-12+8 21 36+8 21 45竖盘为顺时针注记右278 21 24+8 21 24A2左81 38 00+8 22 00-6+8 21 54右278 21 48+8 21 48B1左96 12 36-6 12 36-9-6 12 45-6 12 44右263 47 06-6 12 54B2左96 12 42-6 12 420-6 12 42右263 47 18-6 12 42表2.3 竖直角观测手薄三、竖盘读数指标差1、定义：读数指标与正确位置之间的小夹角x，称为竖盘指标差。2、计算 盘左位置：=（90+ x）L=L+x 盘右位置：=R（270+ x）=Rx 解上两式得：x =1/2 (L+R-360) 用盘左、盘右读数取平均可消除其影响。第五节第五节 电子经纬仪和全站仪简介电子经纬仪和全站仪简介一、电子经纬仪 电子经纬仪是一种采用光电元件实现测角自动化、数字化的电子测角仪器。特点：1、采用电子测角系统， 自动显示测量结果；2、可与测距仪组成全站仪；3、测量数据处理自动化。二、激光经纬仪 激光经纬仪是在普通经纬仪的基础上安装激光装置，将激光器发出的激光束导入经纬仪望远镜内，使之沿着视线方向射出一条可见的激光光束。 1.弯管显微镜2.弯管目镜 3. 半导体激光 发射装置三、全站仪 全站仪是全站型电子速测仪的简称，是由电子经纬仪、光电测距仪、微型计算机及其软件组合而成的智能型光电测量仪器， 几何关系： LL VV CC HH HH VV望远镜十字丝竖丝垂直于 横轴第六节第六节 光学经纬仪和全站仪的检验与校正光学经纬仪和全站仪的检验与校正一、光学经纬仪的检验与校正（一）光学经纬仪应满足的几何条件（二）检验与校正1. 照准部水准管轴应垂直于竖轴的检验与校正（1）、检验 仪器粗平：圆水准器 气泡居中。 水准管平行某两个脚 螺旋，使水准管气泡居 中。 照准部旋转180，若 气泡仍居中，则满足要 求，若气泡偏离，则需 校正。（2）、校正 用脚螺旋调一半； 用水准管校正螺旋调一半。 此项检校需反复进行，直至仪器旋转到任意方向气泡都居中。校正螺丝2. 十字丝竖丝垂直于横轴的检验与校正（1）、检验 仪器整平 竖丝瞄准大致水平方向的P点，竖直方向移动望 远镜，看P点是否在竖丝上移动。（2）、校正 用十字丝的 交点瞄准P点。 用十字丝的 校正螺旋调整。（1）、检验 平地选DAB=20m左右,安置仪器于中点O； A点设瞄准标志，B点横一毫米刻划标尺 （ 注意标志、标尺与仪器同高）。 盘左：瞄A，倒镜，读数为B1 盘右：瞄A，倒镜，读数为B2 若B1= B2，则满足要求 若B1 B2，则存在c角， 大小为 当c超过1时，需校正。3. 视准轴垂直于横轴的检验与校正 DBBC421（2）、校正 在标尺上定出B1、B2两点连线的中点B； 定出B 、B2两点连线的中点B3 ； 调节十字丝校正螺丝，使十字丝交点对准B3 ；4. 横轴垂直于竖轴的检验与校正 （1）、检验 距墙壁D=30m安置仪 器，墙壁上选一明显目标 P，30；如图 盘左：瞄P，望远镜水平，读数P1，标出P1 ； 盘右：瞄P，望远镜水平，读数P2 ，标出P2 ； 若P1=P2,则满足要求，若P1P2,则存在i角， 大小为 需校正。 DctgPPi221（2）校正：由于光学经纬仪的横轴是密封的，一般能够满足横轴与竖轴相垂直的条件，测量人员只要进行此项检验即可，若需校正，应由专业检修人员进行。5、竖盘指标差的检验与矫正 （1）、检验 仪器整平，用盘左、盘右分别瞄准大致水平方 向的 P点，读数为L，R。 计算指标差： X=(LR360)/2 DJ6:若 X 1，需要校正。 （ 2）、校正 盘右瞄准P点； 调节指标水准管微动螺旋，使竖盘读数 为：Rx270 调节指标水准管校正螺丝，使气泡居中。 6、光学对点器的检验与校正 （1）、检验 安置仪器精确整平，在仪器正下方放一白色纸板； 将对点器中心投影到纸板上，并做标志P1 ； 旋转照准部180，将对点器中心投影到纸板上，并 做标志P2；若 P1 、P2重合，满足要求，否则需校正。 （2）、校正 取P1 、 P2的中点 P ； 调节对点器校正螺丝， 使对点器中心投影 与P重合。P1P2P二、全站仪的检验与校正二、全站仪的检验与校正序号检验项目检定类别新购置及经过维修后使用中1发射、接收、照准三轴关系正确性2内部符合精度3精测频率4周期误差5仪器常数6检定综合精度7调制光相位均匀性8分辨精度9电压距离特性10幅相误差11测程12整机高低温性能13反射棱镜常数一致性14光学对中器、对中杆第七节第七节 角度观测误差分析与注意事项角度观测误差分析与注意事项一.仪器误差 主要包括仪器检校后的残余误差和仪器制造、 加工不完善所引起的误差。 1、视准轴误差（2c值，盘左、盘右取平均可消除） 2、横轴倾斜误差（i角，盘左、盘右取平均可消除） 3、度盘偏心差（照准部旋转中心与水平度盘分划中 心不重合，盘左、盘右取平均可消除） 4、度盘刻划误差（度盘刻划不均匀，测回间变换 度盘可减弱） 5、竖轴倾斜误差（盘左、盘右取平均不可消除， 精确整平可减弱）二、观测误差1、仪器对中误差（与偏心距成正比，与视线边长 成 反比，当水平角接近180时 影响最大；精确对中 减弱）仪器对中误差对水平角的影响 2、目标偏心差（与偏心距成正比，与视线边长成反 比瞄准目标底部可减弱）目标偏心误差示意 3、仪器整平误差（精确整平，一测回内气泡偏离不 能超过2格，否则，测回间重新整平 ） 4、照准误差（消除视差，精确瞄准） 5、读数误差（消除视差，认真读数）三、外界条件的影响 外界条件的影响比较复杂，应选择有利的观 测条件，尽量避免不利因素对测量的影响。 1、温度的影响（打伞遮阳） 2、大气折光的影响（选择良好的天气观测）w 1仪器安置的高度要合适，三脚架要踩牢，仪器与脚架连接要牢固；观测时不要手扶或碰动三脚架，转动照准部和使用各种螺旋时，用力要轻。w 2对中、整平要准确，测角精度要求越高或边长越短的，对中要求越严格；如观测的目标之间高低相差较大时，更应注意仪器整平。w 3在水平角观测过程中，如同一测回内发现照准部水准管气泡偏离居中位置，不允许重新调整水准管使气泡居中；若气泡偏离中央超过一格时，则需重新整平仪器，重新观测。w 4观测竖直角时，每次读数之前，必须使竖盘指标水准管气泡居中或自动归零开关设置“ON”位置。四、角度测量的注意事项w 5标杆要立直于测点上，尽可能用十字丝交点瞄准标杆或测钎的基部；竖角 观测时，宜用十字丝中丝切于目标的指定部位。w 6不要把水平度盘和竖直度盘读数弄混淆；记录要清楚，并当场计算校核，若误差超限应查明原因并重新观测。w 7观测水平角时，同一个测回里不能转动度盘变换手轮或按水平度盘复测扳钮。 基本内容：w1.水平角及竖直角测量原理。w2.经纬仪的基本构造及使用。w3.水平角及竖直角的观测方法。w4.影响角度测量精度的误差及注意事项。重点掌握：w1、利用DJ6光学经纬仪用测回法进行水平角及竖值角的观测。w2、竖值角的计算公式。本章小结本章小结