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测量学第四章角度测量1你现在浏览的是第一页，共51页第4章 角度测量测量三项基本工作之一：角度测量角度测量的仪器：经纬仪角度测量分为：水平角测量和竖直角测量水平角测量目的：用于求算地面点的平面位置竖直角测量目的：1.测定地面两点的高差 2.将地面两点的倾斜距离改化成水平距离 10/20/20222你现在浏览的是第二页，共51页 4.1 角度测量原理 一、水平一、水平角测量原理水平角定义 1.1.为地面上O点至A和B 两目标方向线在水平面P上投影的夹角，称为水平角。2.2.地面上一点到两目标的方向线间所夹的水平角，就是过这两方向线所作两竖直面间的二面角。10/20/20223你现在浏览的是第三页，共51页二、竖直二、竖直角测量原理竖直角定义竖直角定义 竖竖直直角角是是同同一一竖竖直直面面内内倾倾斜斜视视线线与与水水平平线线之之间间的的夹夹角角，其角值其角值 仰角仰角俯角俯角视线水平时竖直角视线水平时竖直角视线水平时竖直度盘读数为视线水平时竖直度盘读数为一常数，通常为一常数，通常为 或是的或是的倍数倍数 10/20/20224你现在浏览的是第四页，共51页10/20/20225你现在浏览的是第五页，共51页 4.2 经纬仪及角度观测经纬仪的种类 1.按构造原理和读数系统分为:游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪 2.按精度高低分为：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ60 3.一般工程测量最常用:DJ6级光学经纬仪10/20/20226你现在浏览的是第六页，共51页经纬仪的精度系列及用途经纬仪的精度系列及用途技术项目一测回水平方向中误差望远镜有效孔径不小于望远镜放大倍数不小于水准管分划值水平度盘垂直度盘主要用途经纬仪等级DJ1 DJ2 DJ6 1 2 6二等平面控制测量及精密工程测量60mm 40mm 40mm30倍 28倍 26倍 6/2mm 20/2mm 30/2mm 10/2mm 20/2mm 30/2mm 三、四等平面控制测量及一般工程测量图根控制测量 及一般工程测量技术参数10/20/20227你现在浏览的是第七页，共51页10/20/20228你现在浏览的是第八页，共51页一、一、DJ6光学经纬仪的构造光学经纬仪的构造1.1.主要部件及作用主要部件及作用(1)基座 用于支承仪器,连接三脚架,悬挂垂球或光学对中,利用三个脚螺旋可整平仪器。(2)水平度盘 0360度顺时针刻划，最小分划值为1度(3)照准部10/20/20229你现在浏览的是第九页，共51页3.2.1 DJ6光学经纬仪 1.DJ6光学经纬仪外观图J6J6光学经纬仪外观图光学经纬仪外观图J6J6光学经纬仪光学经纬仪10/20/202210你现在浏览的是第十页，共51页2.主要轴线和几何条件主要轴线(1)望远镜视准轴CC(2)仪器横轴HH(3)照准部水准管轴LL(4)仪器竖轴VV几何条件(1)LL垂直于VV(2)VV垂直于HH(3)HH垂直于CC(4)十字丝竖丝垂直于HH10/20/202211你现在浏览的是第十一页，共51页3.DJ63.DJ6经纬仪光路图经纬仪光路图竖直度盘水平度盘10/20/202212你现在浏览的是第十二页，共51页二、二、经纬仪的安置经纬仪的安置1.对中 对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一个铅垂线上。有垂球对中和光学对中两种方法。对中精度：垂球对中3mm，光学对中1mm2.整平 整平的目的是使仪器竖轴处于铅直位置和水平度盘处于水平位置。3.瞄准（注意消除视差）4.读数10/20/202213你现在浏览的是第十三页，共51页BCA1.1.对中对中将仪器中心安置在过测 站点的铅垂线上。对中 误差3mm。垂球对中步骤：粗略对中：粗略对中：移动三脚架，使垂球尖离测 站中心12cm内；精确对中：精确对中：稍微松开中心螺丝，在脚架 头上移动(不能旋转)仪器，使垂球尖精 确对中测站标志中心，旋紧中心螺丝。经纬仪安置经纬仪安置对中、整平、瞄准、读数10/20/202214你现在浏览的是第十四页，共51页 打开三脚架，装上经纬仪；打开三脚架，装上经纬仪；固定三脚架一脚，双手持脚架另固定三脚架一脚，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，使其基测光学对点器十字分划，使其基 本对准测站标志，踩实脚架；本对准测站标志，踩实脚架；调节脚螺旋，使光学对点器精确调节脚螺旋，使光学对点器精确 对准测站标志；对准测站标志；伸缩三脚架伸缩三脚架(二脚二脚)，调平仪器，调平仪器，使圆气泡居中；使圆气泡居中；调脚螺旋，精确整平仪器，并通调脚螺旋，精确整平仪器，并通 过在脚架头上移动仪器，精确对中。过在脚架头上移动仪器，精确对中。有时必须反复上述三步的操作。有时必须反复上述三步的操作。光学对中步骤：光学对中步骤：对准、调平、整平、对中10/20/202215你现在浏览的是第十五页，共51页123气泡居中，3与1、2等高2.2.整平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。用左手大拇指法则，转动脚螺旋，调节水准管气 泡居中(反复)。一测回观测过程中，不得再调气泡。气泡居中，1、2等高12310/20/202216你现在浏览的是第十六页，共51页操作步骤操作步骤：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。尽量瞄准目标下部，减少目标不垂直引起的方向误差。3.3.瞄准瞄准用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。10/20/202217你现在浏览的是第十七页，共51页分微尺测微分微尺测微利用度盘刻度线，在分微尺上读数。4.4.读数读数DJ6DJ6光学经纬仪读数方法光学经纬仪读数方法两种读数测微装置两种读数测微装置：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：730418017310/20/202218你现在浏览的是第十八页，共51页二、二、经纬仪的安置经纬仪的安置1.对中对中 对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一个对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一个铅垂线上。铅垂线上。有垂球对中和光学对中两种方法。有垂球对中和光学对中两种方法。对中精度对中精度：垂球对中：垂球对中3mm，光学对中，光学对中1mm2.整平整平 整平的目的是使仪器竖轴处于铅直位置和水平度整平的目的是使仪器竖轴处于铅直位置和水平度盘处于水平位置。盘处于水平位置。3.瞄准瞄准（注意消除（注意消除视差视差）4.读数读数10/20/202219你现在浏览的是第十九页，共51页测回法：测回法：一个测站观测一个测站观测2 2个方向时用。个方向时用。方向观测法：方向观测法：一个测站观测一个测站观测3 3个或个或3 3个以上方向时用个以上方向时用,也称也称“全圆测回法全圆测回法”。三、水平角测量三、水平角测量JKB测回法第1方向第2方向测站ABCDE方向观测法10/20/202220你现在浏览的是第二十页，共51页1.1.测回法测回法 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右第1方向第2方向测站JKB左=k左-j左右=k右-j右精度要求精度要求：左-右40 取:=(左+右)/2各测回角值互差应小于24 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。水平角总是第2方向读数减去第1方向读数而得。10/20/202221你现在浏览的是第二十一页，共51页JKB第1方向第2方向测站起始方向第一个读数应调成0 0或或180180/N(N/N(N为测回数为测回数)；分、秒数写足二位；一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘 位置。水平角观测手簿（测回法）测站位置目标水平度盘读 数半测回角一测回平均角B左J00418741924741915K742342右K2542406741906J180050010/20/202222你现在浏览的是第二十二页，共51页三、水平角测量三、水平角测量1.测回法测回法(1)上半测回上半测回(盘左又称正镜盘左又称正镜)(2)下半测回下半测回(盘右又称倒镜盘右又称倒镜)9133039133159133091451210/20/202223你现在浏览的是第二十三页，共51页零方向盘左盘右ABCDE方向观测法（1）安置仪器于C 点，首先用盘左，水平度盘设置在0度略大一点的位置，瞄准起始方向CA，读取水平度盘读数a，记入手簿（2）顺时针方向转动仪器，分别观测点B、D、E，并得到读数，记入手簿（3）再次瞄准点A，读取读数a，称为归零。a与a 之差叫做归零差。以上称为上半测回。三、水平角测量三、水平角测量2.方向观测法方向观测法10/20/202224你现在浏览的是第二十四页，共51页方向观测法步骤（4）盘右位置。仍从点A开始,逆时针转动仪器,依次观测A、E、D、B、A,读数并记入手簿。以上称为下半测回。计算步骤：（1）两倍照准差2c，有 2c=盘左读数-(盘右读数180）（2）各方向的平均读数有 平均读数=1/2盘左读数+(盘右读数180)（3）归零后方向值有 归零方向值=方向平均读数-起始方向平均读数（4）各测回归零后方向值的平均值（5）将相邻两方向值相减，得到水平角值10/20/202225你现在浏览的是第二十五页，共51页2.方向观测法10/20/202226你现在浏览的是第二十六页，共51页1.竖直角观测方法竖直角 (也称垂直角垂直角)在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视 线的夹角。=090。仰角为正正，俯角为负负。天顶天顶铅铅垂垂线线水平线水平线ACB090 180270ZAZCAC4.2.4 4.2.4 竖直角测量竖直角测量10/20/202227你现在浏览的是第二十七页，共51页10/20/202228你现在浏览的是第二十八页，共51页构造特点构造特点 竖盘随望远镜一起转动。竖盘与读数指标相互脱离。读数指标与竖盘水准管固定在一起，气泡居中，指标铅垂。视线水平、指标铅垂时，竖盘读数为常数：盘左时一般 L0=90，盘右时一般 R0=270。270900180盘右（1）竖盘构造180270 090盘左竖直度盘与读数指标10/20/202229你现在浏览的是第二十九页，共51页 竖直角观测竖直角观测 仪器对中整平后，仪器对中整平后，盘左位置，十字丝横丝精确切准目标顶部。盘左位置，十字丝横丝精确切准目标顶部。转动转动竖盘水准管微动螺旋，竖盘水准管微动螺旋，使使竖盘水准管气泡居中竖盘水准管气泡居中。读取盘左读数读取盘左读数 L L，得上半测回竖角：，得上半测回竖角：盘右位置：十字丝横丝精确切准同一目标，盘右读数为盘右位置：十字丝横丝精确切准同一目标，盘右读数为R，得下半测回竖角：得下半测回竖角：270900180盘右（2）竖直角的观测与计算180270 090盘左10/20/202230你现在浏览的是第三十页，共51页 竖直角计算竖直角计算 上半测回竖角（盘左）：上半测回竖角（盘左）：下半测回竖角（盘右）：下半测回竖角（盘右）：一测回竖角：一测回竖角：10/20/202231你现在浏览的是第三十一页，共51页2.竖盘指标差x 当视线水平时，盘左竖盘读数为当视线水平时，盘左竖盘读数为90，盘右为，盘右为270。但指标不恰好指在但指标不恰好指在90或或270，而与正确位置相差一个角度，而与正确位置相差一个角度x，x称为竖盘指标差。称为竖盘指标差。4.2.4 4.2.4 竖直角测量竖直角测量10/20/202232你现在浏览的是第三十二页，共51页竖盘指标差竖盘指标差竖盘指标差竖盘指标差x x的计算及竖直角的记录计算的计算及竖直角的记录计算的计算及竖直角的记录计算的计算及竖直角的记录计算盘左:=(90+x)-L=L+x盘右:=R-(270+x)=R-x有：(90+x)-L=R-(270+x)即指标差x:4要求：10/20/202233你现在浏览的是第三十三页，共51页3.竖盘指标的自动归零补偿装置 竖竖盘盘指指标标自自动动归归零零补补偿偿器器：在在仪仪器器竖竖盘盘光光路路中中，安安装装一一个个补补偿偿器器来来代代替替竖竖盘盘指指标标管管水水准准器器，当当仪仪器器竖竖轴轴偏偏离离铅铅垂垂线线的的角角度度在在一一定定范范围围内内时时，通通过过补补偿偿器器仍仍能能读读到到相相当当于于竖竖盘盘指指标标管管水水准准气气泡泡居居中中时的竖盘读数。时的竖盘读数。竖竖盘盘指指标标自自动动归归零零补补偿偿器器的的构构造造形形式式有有多多种种，下下图为其中的一种。图为其中的一种。10/20/202234你现在浏览的是第三十四页，共51页竖盘指标自动归零补偿器的构造形式竖盘指标自动归零补偿器的构造形式城市测量规范城市测量规范规定，对于规定，对于DJ6级光学经纬仪，竖盘指标自动级光学经纬仪，竖盘指标自动归零补偿器的补偿范围为归零补偿器的补偿范围为2，安平中误差为，安平中误差为1。10/20/202235你现在浏览的是第三十五页，共51页3.6 经纬仪的检验与校正一一.经纬仪的轴线及其应满足的条件经纬仪的轴线及其应满足的条件1.经纬仪的轴线经纬仪的轴线 横轴 HH 视准轴 CC 水准管轴 LL 竖轴 VV 圆水准轴 LL 2.应满足的条件应满足的条件 水准管轴垂直于竖轴 LLVV 视准轴垂直于横轴 CCHH 横轴垂直于竖轴 HHVV 十字竖丝垂直于横轴 竖丝HH 圆水准轴平行于竖轴 LLVV(次要条件)4.3 经纬仪的检验与校正10/20/202236你现在浏览的是第三十六页，共51页1.不良影响：不良影响：V V轴无无法法铅垂垂影响空影响空间角投影角投影为水平角和水平角和竖直角直角H轴随方向而随方向而变2.检验（发现误差）：差）：气泡居中后旋气泡居中后旋转180是否仍居中？是否仍居中？3.校正：用水准管校校正：用水准管校正螺旋使气泡返回正螺旋使气泡返回一半，用脚螺旋一半，用脚螺旋纠正一半。正一半。1.水准管轴垂直于竖轴的检验与校正10/20/202237你现在浏览的是第三十七页，共51页1.不良影响：不良影响：不能精确瞄准目标2.检验：用十字丝交点精确照准远处一清晰目标点A。旋紧水平制动螺旋与望远镜制动螺旋，慢慢转动望远镜微动螺旋，如点A不离开竖丝，则条件满足（图a），否则需要校正（图b）3.校正：校正：旋下目镜分划板护盖，松开4 4 个压环螺丝（图c），慢慢转动十字丝分划板座，然后再作检验，待条件满足后再拧紧压环螺丝，旋上护盖。2.十字丝竖丝的检校10/20/202238你现在浏览的是第三十八页，共51页1.不良影响：不良影响：在在绕横横轴旋旋转时视准准轴画出画出圆锥面面,观测同一铅垂面内不同高度的目标时，将有不同的水平度盘读数，从而产生测角误差2.检验：盘左，先照准左，先照准A点，倒点，倒转望望远镜得得B1盘右，先照准右，先照准A点，倒点，倒转望望远镜得得B2若若B1，B2不重合不重合则有此有此误差差3.校正：校正：在在B2附近附近标出扣除出扣除c影响后的影响后的B点，点，平移十字平移十字丝使使视准准轴照准照准B点点3.视准轴的检校10/20/202239你现在浏览的是第三十九页，共51页1.不良影响：不良影响：视准准轴画出画出倾斜面面，观测同一竖直面内不同高度的目标时，将有不同的水平度盘读数，从而产生测角误差2.检验：盘左，先照准高点左，先照准高点P，再投影至，再投影至仪器高度得器高度得A点；点；盘右，先照准同一点右，先照准同一点P，再投影至，再投影至仪器高度得器高度得B点；点；如果如果AB不重合，不重合，则有此有此误差差3.校正：校正：标明明AB的中点的中点M照准照准M点，抬高望点，抬高望远镜至至P附近附近升降横升降横轴的一端使照准的一端使照准P点。点。4.横轴的检校10/20/202240你现在浏览的是第四十页，共51页1.检验：安置仪器，用盘左、盘右两个镜位观测同一目标点，分别使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数L L和R R，计算指标差X X。如X X 超出11的范围，则需改正 2.校正：校正：盘右照准目标点，不含指标差的盘右读数应为R-XR-X。转动竖直度盘指标水准管微动螺旋，使竖盘读数为R-XR-X，这时指标水准管气泡必然不再居中，可用拨针拨动指标水准管校正螺旋使气泡居中。5.竖盘指标差的检校10/20/202241你现在浏览的是第四十一页，共51页 基本基本结构与光学构与光学经纬仪相同；操作方法也基本相同；操作方法也基本相同。用微相同。用微电子技子技术自自动取得度取得度盘的的读数数，从，从而可以而可以经微微电脑进一步一步加工加工计算算用用电子水准器子水准器自自动传感感竖轴的的倾斜，斜，再再由微微电脑自自动对读数数加加倾斜改正数斜改正数。竖直度直度盘处的的电子水准器使子水准器使“指指标线”自自动处于于标准位置。准位置。可以自可以自动改正改正读数中的数中的c,i 误差影响差影响4.4 电子经纬仪10/20/202242你现在浏览的是第四十二页，共51页1.精密电子经纬仪精密电子经纬仪 普普通通光光学学经经纬纬仪仪难难以以满满足足测测角角自自动动显显示示、自自动动记记录录和和自自动传输数据的要求。动传输数据的要求。世世界界上上第第一一台台电电子子经经纬纬仪仪(electronic theodolite)于于1968年年研制成功，研制成功，80年代初生产出商品化的电子经纬仪。年代初生产出商品化的电子经纬仪。采采用用光光电电扫扫描描度度盘盘，利利用用光光电电转转换换原原理理和和微微处处理理器器将将角角度度方方向向值值变变为为电电信信号号，从从而而完完成成自自动动化化测测角角的的全全过过程程，实实现现角角度度测测量量的的自自动动显显示示、自自动动记记录录和和自自动动传传输输数数据据，这这种经纬仪称为种经纬仪称为电子经纬仪电子经纬仪。10/20/202243你现在浏览的是第四十三页，共51页2.精密电子经纬仪的测角原理精密电子经纬仪的测角原理 电电子子经经纬纬仪仪与与光光学学经经纬纬仪仪外外形形结结构构相相似似，但但其其测测角角读读数数系系统统采采用用的的是是光光电电扫扫描描度度盘盘和和自自动动显显示示系系统统。根根据据光光电电扫扫描描度度盘盘获获取取电电信信号号的的原原理理不不同同，电电子子经经纬纬仪仪电子测角系统也不同，主要有以下三种：电子测角系统也不同，主要有以下三种：1.1.编码度盘测角系统编码度盘测角系统即采用编码度盘及编码测微器的即采用编码度盘及编码测微器的绝对式测角系统；绝对式测角系统；3.3.动态测角系统动态测角系统即采用计时测角度盘并实现光电动态即采用计时测角度盘并实现光电动态扫描的绝对式测角系统。扫描的绝对式测角系统。2.2.光栅度盘测角系统光栅度盘测角系统即采用光栅度盘及莫尔干涉条即采用光栅度盘及莫尔干涉条纹技术的增量式测角系统；纹技术的增量式测角系统；10/20/202244你现在浏览的是第四十四页，共51页 光栅电信号光栅电信号 前置放大前置放大 鉴鉴 幅幅 采样保持采样保持 A/D A/D转换转换 液晶显示液晶显示 键键 盘盘 串口通讯串口通讯 电子手薄电子手薄 CPU和存储器判判 向向 可逆计数器可逆计数器 电源电路电源电路 水平角传感器水平角传感器竖直角传感器竖直角传感器电子经纬仪电子经纬仪工作原理框图工作原理框图 10/20/202245你现在浏览的是第四十五页，共51页水平角水平角H H 计数器采样计数器采样 计数、细分计数、细分 A/D A/D转换转换 标准通讯标准通讯 角度单位变换（角度单位变换（DGMDGM变换）变换）LED LED液晶显示液晶显示 可进行的各项改正可进行的各项改正 粗、精读数组合粗、精读数组合 竖直角竖直角V V电子经纬仪电子经纬仪数据流程图数据流程图 开始判别结 束10/20/202246你现在浏览的是第四十六页，共51页光栅度盘测角系统测角原理10/20/202247你现在浏览的是第四十七页，共51页ET-02电子经纬仪的使用电子经纬仪的使用如如图图为为南南方方测测绘绘仪仪器器公公司司生生产产的的ET-02电电子经纬仪。子经纬仪。一一测测回回方方向向观观测测中中误误差差为为2，角角度度最最小小显显示示到到1，竖竖盘盘指指标标自自动动归归零零补补偿偿采采用用液液体体电电子传感补偿器。子传感补偿器。可可以以与与南南方方测测绘绘公公司司生生产产的的光光电电测测距距仪仪和和电电子子手手簿簿连连接接，组组成成速速测测全全站站仪仪，完完成野外数据的自动采集。成野外数据的自动采集。仪仪器器设设有有双双操操作作面面板板，每每个个操操作作面面板板都都有有完完全全相相同同的的一一个个显显示示窗窗和和7个个功功能能键键，便便于于正正倒倒镜镜观观测测；望望远远镜镜的的十十字字丝丝分分划划板板和和显显示示窗窗均有照明光源，以便于在黑暗环境中观测。均有照明光源，以便于在黑暗环境中观测。10/20/202248你现在浏览的是第四十八页，共51页电子经纬仪10/20/202249你现在浏览的是第四十九页，共51页(1)开机仪器面板右上角的PWR键为电源开关键。当仪器处于关机状态时，按下该键2秒后可打开仪器电源；当仪器处于开机状态时，按下该键2秒可关闭仪器电源。仪器在测站上安置好后，打开仪器电源时，在显示窗中字符“HR”的右边显示的是当前视线方向的水平度盘读数；在显示窗中字符“V”的右边将显示“OSET”字符，它提示用户应指示竖盘指标归零。将望远镜置于盘左位置，向上或向下转动望远镜，当其视准轴通过水平视线位置时，显示窗中字符“V”右边的字符“OSET”将变成当前视准轴方向的竖直度盘读数值，即可进行角度测量。10/20/202250你现在浏览的是第五十页，共51页4.5 角度测量误差分析及注意事项角度测量误差分析及注意事项 一、仪器误差1.视准轴误差;2.横轴误差;3.竖轴误差;4.竖盘指标差;5.水平度盘偏心误差;6.度盘刻划不均匀误差二、观测误差二、观测误差1.对中误差对中误差;2.目标偏心误差目标偏心误差;3.照准误差照准误差;4.读数误差读数误差三、外界条件的影响三、外界条件的影响温度温度;气压气压;大气折光大气折光;风力风力;阳光照射阳光照射;建筑物旁折光建筑物旁折光影响等影响等10/20/202251你现在浏览的是第五十一页，共51页