第三章 角度与距离测量(1).ppt

内容提要:3.1 3.1 角度测量角度测量 3.2 3.2 距离测量距离测量3.3 3.3 全站型电子速测仪全站型电子速测仪 第三章第三章 角度与距离测量角度与距离测量 3.1 3.1 角度测量角度测量 角度测量角度测量(angle observation)(angle observation)包括：包括：uu水平角水平角水平角水平角(horizontal angle)(horizontal angle)(horizontal angle)(horizontal angle)测量测量测量测量 用于确定点的平面位置（计算坐标）uu竖直角竖直角竖直角竖直角(vertical angle)(vertical angle)(vertical angle)(vertical angle)测量测量测量测量 用于两点间高差计算或将斜距换算成平距测角仪器：测角仪器：n n光学经纬仪：光学经纬仪：通过光学度盘（玻璃度盘）的放大来读数通过光学度盘（玻璃度盘）的放大来读数n n电子经纬仪：电子经纬仪：用电子学的方法来读数的经纬仪。用电子学的方法来读数的经纬仪。n n电子全站仪：电子全站仪：能同时测量角度和距离的电子经纬仪。能同时测量角度和距离的电子经纬仪。一、水平角测量原理一、水平角测量原理 水平角：水平角：水平角：水平角：空间一点到两目标的方向线在水平投影面上空间一点到两目标的方向线在水平投影面上空间一点到两目标的方向线在水平投影面上空间一点到两目标的方向线在水平投影面上的夹角。的夹角。的夹角。的夹角。范围：范围：范围：范围：0 00 03603600 0 水平面abcABC0ca水平度盘水平度盘=c-a=c-a也可看成是包含BA、BC视线 的两个铅垂面之间的两面角。仪器安置的高低及瞄准目标的高低不同部位对水平角的观测有无影响？二、竖直角测量原理二、竖直角测量原理天顶铅垂线水平线ACB090 180270 竖直角：竖直角：在同一铅垂面内，瞄准目标的视线与水平在同一铅垂面内，瞄准目标的视线与水平视线的夹角（也称垂直角）。视线的夹角（也称垂直角）。范围：范围：0 00 090900 0，仰角为正，俯角为负。，仰角为正，俯角为负。三、光学经纬仪三、光学经纬仪(optical(optical theodolitetheodolite)的使用的使用（一）、国产光学经纬仪型号：（一）、国产光学经纬仪型号：（一）、国产光学经纬仪型号：（一）、国产光学经纬仪型号：精密光学经纬仪：精密光学经纬仪：DJDJDJDJ07 07 07 07、DJDJDJDJ1 1 1 1、DJDJDJDJ2 2 2 2 普通光学经纬仪：普通光学经纬仪：DJDJDJDJ6 6 6 6、DJDJDJDJ15151515 注：下标数字该仪器一测回方向观测值中误差的秒数。注：下标数字该仪器一测回方向观测值中误差的秒数。（二）、（二）、（二）、（二）、DJ6DJ6DJ6DJ6经纬仪的构造经纬仪的构造经纬仪的构造经纬仪的构造 1 1 1 1、照准部、照准部、照准部、照准部(alidade)(alidade)(alidade)(alidade)2 2 2 2、水平度盘、水平度盘、水平度盘、水平度盘(horizontal circle)(horizontal circle)(horizontal circle)(horizontal circle)3 3 3 3、基座、基座、基座、基座(tribrachtribrachtribrachtribrach)DJ6DJ6经纬仪的构造经纬仪的构造基座基座照准部照准部水平度盘水平度盘1.1.照准部照准部(alidade)(alidade)望远镜望远镜目镜，物镜，目镜，物镜，目镜调焦，物镜目镜调焦，物镜调焦，粗瞄准器，调焦透镜，调焦，粗瞄准器，调焦透镜，十字丝分划板十字丝分划板读数显微镜读数显微镜 分微尺分微尺竖直度盘竖直度盘光学对中器光学对中器照准部照准部(水平水平)制动、微制动、微动动望远镜望远镜(竖直竖直)制动、微制动、微动动照准部水准管照准部水准管望远镜十字丝望远镜十字丝2.2.水平度盘水平度盘(horizontal circle)(horizontal circle)水平度盘由光学玻璃制成水平度盘由光学玻璃制成 顺时针顺时针0 00 0 3603600 0刻度；刻度；水平度盘与照准部相互脱离；水平度盘与照准部相互脱离；仪器整平，水平度盘水平；仪器整平，水平度盘水平；改变度盘位置，要使用度盘变换手轮或复测扳手。改变度盘位置，要使用度盘变换手轮或复测扳手。0901802700901802703.3.基座基座(tribrachtribrach)圆水准器：粗平圆水准器：粗平脚螺旋：精平脚螺旋：精平4.J6经纬仪的 读数装置图3-5 J6经纬仪度盘读数光路水平度盘垂直度盘（三）、读数设备（三）、读数设备及方法及方法光学经纬仪的读数光学经纬仪的读数设备包括：设备包括：度盘、光路系统及度盘、光路系统及分微尺。分微尺。J6J6经纬仪读数方法经纬仪读数方法水平度盘读数：水平度盘读数：73730 00404 2424017373分微尺的分划值为分微尺的分划值为11，估读到估读到 0.1(6)0.1(6)。0123456068195水平水平竖直竖直HV水平度盘竖直度盘J6J6经纬仪读数方法经纬仪读数方法67(四四)、经纬仪的安置、经纬仪的安置 步骤：步骤：步骤：步骤：对中对中整平整平瞄准瞄准读数读数 对中对中对中对中(centering)(centering)(centering)(centering)3mm3mm3mm3mm 目的：使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂线上。目的：使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂线上。目的：使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂线上。目的：使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂线上。整平整平整平整平(leveling)(leveling)(leveling)(leveling)1 1 1 1格格格格目的：目的：目的：目的：使仪器的竖轴竖直，即水平度盘水平。使仪器的竖轴竖直，即水平度盘水平。使仪器的竖轴竖直，即水平度盘水平。使仪器的竖轴竖直，即水平度盘水平。BBCA1 1、垂球对中步骤：、垂球对中步骤：粗略对中粗略对中粗略对中粗略对中：移动三脚架，使垂球尖离测移动三脚架，使垂球尖离测 站中心站中心1 1 2cm2cm内；内；精确对中精确对中精确对中精确对中：稍微松开中心螺丝，在脚架稍微松开中心螺丝，在脚架 头上移动头上移动(不能旋转不能旋转)仪器，使垂球尖精仪器，使垂球尖精 确对中测站标志中心，旋紧中心螺丝。确对中测站标志中心，旋紧中心螺丝。注意：注意：注意：注意：脚架头首先要放平，三个脚螺旋基本等高；脚架头首先要放平，三个脚螺旋基本等高；脚架适当踩实；脚架适当踩实；垂球尖尽量接近标志，便于判断。垂球尖尽量接近标志，便于判断。2 2、光学对中器法步骤光学对中器法步骤（1 1 1 1）粗对中）粗对中）粗对中）粗对中 眼睛看着对中器，眼睛看着对中器，眼睛看着对中器，眼睛看着对中器，拖动拖动拖动拖动三脚架两个脚，使仪器大致对中，并三脚架两个脚，使仪器大致对中，并三脚架两个脚，使仪器大致对中，并三脚架两个脚，使仪器大致对中，并保持保持保持保持“架头架头架头架头”大致水平。大致水平。大致水平。大致水平。（2 2 2 2）精对中）精对中）精对中）精对中 转动脚螺旋使地面标志影像准确位于对中器圆圈中心转动脚螺旋使地面标志影像准确位于对中器圆圈中心转动脚螺旋使地面标志影像准确位于对中器圆圈中心转动脚螺旋使地面标志影像准确位于对中器圆圈中心。（3 3 3 3）粗平）粗平）粗平）粗平 根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚，使圆水准气泡居中。根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚，使圆水准气泡居中。根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚，使圆水准气泡居中。根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚，使圆水准气泡居中。检查对中情况，检查对中情况，检查对中情况，检查对中情况，架头上移动架头上移动架头上移动架头上移动仪器，精确对中。仪器，精确对中。仪器，精确对中。仪器，精确对中。（4 4 4 4）精平）精平）精平）精平脚螺旋脚螺旋脚螺旋脚螺旋左手大拇指法则左手大拇指法则左手大拇指法则左手大拇指法则脚螺旋精平过程脚螺旋精平过程脚螺旋精平过程脚螺旋精平过程气泡居中，气泡居中，1、2等高等高123气泡居中，气泡居中，3与与1、2等高等高1231 1）转动仪器，使水准管与脚螺旋）转动仪器，使水准管与脚螺旋1 1、2 2连线连线平行平行。2 2）根据气泡位置运用法则，对向旋转脚螺旋）根据气泡位置运用法则，对向旋转脚螺旋1 1、2 2。3 3）转动仪器）转动仪器90900 0，运用法则，旋转脚螺旋，运用法则，旋转脚螺旋3 3。3 3、瞄准、瞄准步骤步骤：目镜调焦目镜调焦粗瞄粗瞄制动制动物镜调焦物镜调焦微动精瞄微动精瞄注意：瞄准时，尽量瞄准目标下部，消除视差。注意：瞄准时，尽量瞄准目标下部，消除视差。4 4、读数记录、读数记录注意：打开反光镜注意：打开反光镜四、水平角观测：四、水平角观测：测回法和方向观测法测回法和方向观测法测回法和方向观测法测回法和方向观测法同一目标盘左、盘右读数理论相差同一目标盘左、盘右读数理论相差同一目标盘左、盘右读数理论相差同一目标盘左、盘右读数理论相差180180盘左观测盘左观测盘右观测盘右观测竖直度盘竖直度盘竖直度盘竖直度盘（一）、测回法一）、测回法 适用：适用：适用：适用：2 2 2 2个方向的单角（个方向的单角（个方向的单角（个方向的单角（AOBAOBAOBAOB）1 1 1 1、步骤、步骤、步骤、步骤：（1 1 1 1）测站安置仪器，设置目标标志）测站安置仪器，设置目标标志）测站安置仪器，设置目标标志）测站安置仪器，设置目标标志（2 2 2 2）盘左瞄准左边）盘左瞄准左边）盘左瞄准左边）盘左瞄准左边A A A A，读取，读取，读取，读取a a a a1 1 1 1。（3 3 3 3）顺时针旋转瞄准右边）顺时针旋转瞄准右边）顺时针旋转瞄准右边）顺时针旋转瞄准右边B B B B，读取，读取，读取，读取b b b b1 1 1 1。则上半测回角值则上半测回角值则上半测回角值则上半测回角值:1 1 1 1=b b b b1 1 1 1-a a a a1 1 1 1 1测站测站ABOa1b1（4 4 4 4）倒转望远镜成盘右，顺时针旋转瞄准右边）倒转望远镜成盘右，顺时针旋转瞄准右边）倒转望远镜成盘右，顺时针旋转瞄准右边）倒转望远镜成盘右，顺时针旋转瞄准右边B B B B，读取，读取，读取，读取b b b b2 2 2 2。（5 5 5 5）顺时针旋转瞄准左边）顺时针旋转瞄准左边）顺时针旋转瞄准左边）顺时针旋转瞄准左边A A A A，读取，读取，读取，读取a a a a2 2 2 2。则下半测回角值则下半测回角值则下半测回角值则下半测回角值:2 2 2 2=b b b b2 2 2 2-a a a a2 2 2 2 2测站测站ABOa2b2（6 6）计算角值）计算角值 若：若：1 1-2 24040（图根级）（图根级）则有：则有：=（1 1+2 2）/2/2注：遇到不够减时，右目标读数加上3602 2、测回法记录格式、测回法记录格式254 24 06180 05 0074 19 06右右ABO左左AB00 04 1874 23 42 74 19 2474 19 15ABO 测站测站竖盘竖盘位置位置目标目标水平度盘水平度盘读数读数 半测回半测回角值角值 一测回一测回角值角值 示示 意意 图图u 测回法小结测回法小结:u 多测回观测，多测回观测，配置度盘：配置度盘：减少度盘分划不均匀误差影响。减少度盘分划不均匀误差影响。方法方法:若观测若观测N N个测回，各测回间按个测回，各测回间按1801800 0/N/N的差值来配置度盘。的差值来配置度盘。各测回角度互差各测回角度互差 2424（二）、方向观测法（全圆测回法）（二）、方向观测法（全圆测回法）适用：适用：适用：适用：在一个测站上需要观测两个以上方向。在一个测站上需要观测两个以上方向。在一个测站上需要观测两个以上方向。在一个测站上需要观测两个以上方向。1 1 1 1步骤：步骤：步骤：步骤：（有四个观测方向）（有四个观测方向）（有四个观测方向）（有四个观测方向）ABOCD（1 1 1 1）上半测回）上半测回）上半测回）上半测回选择一明显目标选择一明显目标选择一明显目标选择一明显目标A A A A作为起始方作为起始方作为起始方作为起始方向（零方向），用盘左瞄准向（零方向），用盘左瞄准向（零方向），用盘左瞄准向（零方向），用盘左瞄准A A A A，配置度盘，顺时针依次观，配置度盘，顺时针依次观，配置度盘，顺时针依次观，配置度盘，顺时针依次观测测测测A A A A、B B B B，C C C C，D D D D，A A A A。盘盘左左零方向零方向（2 2 2 2）下半测回）下半测回）下半测回）下半测回倒镜成盘右，逆时针依次观测倒镜成盘右，逆时针依次观测倒镜成盘右，逆时针依次观测倒镜成盘右，逆时针依次观测A A A A，D D D D，C C C C，B B B B，A A A A。同理各测回间按同理各测回间按同理各测回间按同理各测回间按1801801801800 0 0 0/N/N/N/N的差值，来配置水平度盘。的差值，来配置水平度盘。的差值，来配置水平度盘。的差值，来配置水平度盘。ABOCD盘盘右右零方向零方向2 2方向观测法的计算和限差方向观测法的计算和限差（1 1 1 1）半测回归零差）半测回归零差）半测回归零差）半测回归零差:J2 J2 J2 J2 8 8 8 8 ；J6 J6 J6 J6 18181818 。（2 2 2 2）2C2C2C2C值（两倍视准轴误差）值（两倍视准轴误差）值（两倍视准轴误差）值（两倍视准轴误差）:2C=2C=2C=2C=盘左读数（盘右读数盘左读数（盘右读数盘左读数（盘右读数盘左读数（盘右读数180180180180）。）。）。）。一测回内一测回内一测回内一测回内2C2C2C2C互差：互差：互差：互差：J2J2J2J213131313 ；J6J6J6J6不作要求。不作要求。不作要求。不作要求。（3 3 3 3）各方向盘左、盘右读数的平均值：）各方向盘左、盘右读数的平均值：）各方向盘左、盘右读数的平均值：）各方向盘左、盘右读数的平均值：平均值平均值平均值平均值=盘左读数盘左读数盘左读数盘左读数+（盘右读数（盘右读数（盘右读数（盘右读数180180180180 ）/2/2/2/2 注意：零方向观测两次，应将平均值再取平均。注意：零方向观测两次，应将平均值再取平均。注意：零方向观测两次，应将平均值再取平均。注意：零方向观测两次，应将平均值再取平均。水平角观测为什么盘左盘右观测？水平角观测为什么盘左盘右观测？水平角观测为什么盘左盘右观测？水平角观测为什么盘左盘右观测？1 1 1 1：消除或减弱仪器视准轴误差和横轴不水平误差；：消除或减弱仪器视准轴误差和横轴不水平误差；：消除或减弱仪器视准轴误差和横轴不水平误差；：消除或减弱仪器视准轴误差和横轴不水平误差；2 2 2 2：作为检核，提高测角精度。：作为检核，提高测角精度。：作为检核，提高测角精度。：作为检核，提高测角精度。（4 4 4 4）归零方向值）归零方向值）归零方向值）归零方向值 将各方向平均值分别减去零方向平均值，得各方向归零方向值。将各方向平均值分别减去零方向平均值，得各方向归零方向值。将各方向平均值分别减去零方向平均值，得各方向归零方向值。将各方向平均值分别减去零方向平均值，得各方向归零方向值。（5 5 5 5）各测回归零方向值的平均值）各测回归零方向值的平均值）各测回归零方向值的平均值）各测回归零方向值的平均值 同一方向值各测回间互差同一方向值各测回间互差同一方向值各测回间互差同一方向值各测回间互差:J2:J2:J2:J2 9 9 9 9”；J6 J6 J6 J6 24242424”。（三）、水平角观测注意事项（三）、水平角观测注意事项1)仪器高度要和观测者的身高相适应；三脚架要踩实，仪器与脚架连接要牢固，操作仪器时不要用手扶三脚架；转动照准部和望远镜之前，应先松开制动螺旋，使用各种螺旋时用力要轻。2)精确对中，特别是对短边测角，对中要求应更严格。3)当观测目标间高低相差较大时，更应注意仪器整平。4)照准标志要竖直，尽可能用十字丝交点瞄准标杆或测钎底部。5)记录要清楚，应当场计算，发现错误，立即重测。6)一测回水平角观测过程中，不得再调整照准部管水准气泡，如气泡偏离中央超过2格时，应重新整平与对中仪器，重新观测。五、竖直角五、竖直角(vertical angle)(vertical angle)测量测量天顶天顶铅垂线水平线ACB090 180270竖直角竖直角在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视 线与水平视线的夹角线与水平视线的夹角(也叫垂直角也叫垂直角)。=0=00 090900 0，仰角为正，俯角为负。，仰角为正，俯角为负。（一）、竖直度盘（一）、竖直度盘(vertical circle)的构造的构造1 1 1 1包括包括包括包括:竖盘竖盘竖盘竖盘(vertical circle)(vertical circle)(vertical circle)(vertical circle)、竖盘指标水准管竖盘指标水准管竖盘指标水准管竖盘指标水准管(vertical(vertical(vertical(vertical index bubble tube)index bubble tube)index bubble tube)index bubble tube)、及其微动螺旋。及其微动螺旋。及其微动螺旋。及其微动螺旋。后两部分，多采用竖盘指标自动归零补偿器后两部分，多采用竖盘指标自动归零补偿器后两部分，多采用竖盘指标自动归零补偿器后两部分，多采用竖盘指标自动归零补偿器(vertical(vertical(vertical(vertical index compensator)index compensator)index compensator)index compensator)来替代。来替代。来替代。来替代。2 2 2 2特点：特点：特点：特点：读数指标线固定不动，读数指标线固定不动，读数指标线固定不动，读数指标线固定不动，而整个竖盘随望远镜一起而整个竖盘随望远镜一起而整个竖盘随望远镜一起而整个竖盘随望远镜一起转动。转动。转动。转动。3 3、竖盘的注记形式：有顺时针与逆时针两种。、竖盘的注记形式：有顺时针与逆时针两种。（1 1 1 1）顺时针注记）顺时针注记）顺时针注记）顺时针注记1801800 02702700 0 0 0090900盘左盘左指标线指标线2702700909000 001801800盘右盘右指标线指标线（2 2）逆时针注记）逆时针注记 0 00 02702700 0 180 180090900盘左盘左指标线指标线27027009090018018000 00盘右盘右指标线指标线（二）、竖直角（二）、竖直角（二）、竖直角（二）、竖直角(vertical angle)(vertical angle)(vertical angle)(vertical angle)的计算公式的计算公式的计算公式的计算公式1 1、顺时针注记、顺时针注记左左=90-L=90-L 右右=R-270=R-270 故一测回竖直角故一测回竖直角 =（左左+右右）/2/2 2 2、逆时针注记、逆时针注记问题：问题：左左=？右右=？故有故有:左左=L=L -90 -90 右右=270-=270-R R一测回竖直角一测回竖直角:=（左左+右右）/2/2 （三）、竖盘指标差（三）、竖盘指标差(index error of vertical circle)(index error of vertical circle)1 1 1 1、定义、定义、定义、定义 由于指标线偏移，当视线水平时，竖盘读数不是恰好等于由于指标线偏移，当视线水平时，竖盘读数不是恰好等于由于指标线偏移，当视线水平时，竖盘读数不是恰好等于由于指标线偏移，当视线水平时，竖盘读数不是恰好等于90909090或或或或270270270270上，而是与上，而是与上，而是与上，而是与90909090或或或或270270270270相差一个相差一个相差一个相差一个x x x x角，称为竖盘指标差。角，称为竖盘指标差。角，称为竖盘指标差。角，称为竖盘指标差。当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时，当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时，当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时，当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时，x x x x为正，反之为负。为正，反之为负。为正，反之为负。为正，反之为负。18018002702700 0 0090900盘左盘左（2 2）结论：取盘左盘右平均值，可消除指标差的影响）结论：取盘左盘右平均值，可消除指标差的影响。一般规范规定，指标差变动范围，一般规范规定，指标差变动范围，J6J62525、J2J215 15 。2 2、计算公式、计算公式（1 1）指标差）指标差:对于顺时针注记的：对于顺时针注记的：正确的竖直角正确的竖直角=(90+x)-L=(90+x)-L=左左+x +x =R-(270+x)=R-(270+x)=右右-x-x（四）、竖直角的观测及记录（四）、竖直角的观测及记录六、经纬仪的检验与校正（一）、经纬仪的主要轴线（一）、经纬仪的主要轴线:1 1、竖轴、竖轴VVVV2 2、水准管轴、水准管轴LLLL3 3、横轴、横轴HHHH4 4、视准轴、视准轴CCCC5 5、圆水准器轴、圆水准器轴LLLLLLHHCCVVLL（二）、经纬仪轴线应满足的条件（二）、经纬仪轴线应满足的条件1 1、VVLL VVLL 2 2、HHHH十字丝竖丝十字丝竖丝3 3、HHCC HHCC 4 4、HHVVHHVV 5 5、竖盘指标差应为零、竖盘指标差应为零6 6、光学垂线与、光学垂线与VVVV重合重合 7 7、L LL LVVVVLLHHCCVVLL七、水平角观测的误差分析七、水平角观测的误差分析(一一)、仪器误差：仪器校正的残余误差、仪器误差：仪器校正的残余误差1.1.水平度盘偏心误差水平度盘偏心误差2.2.度盘刻划误差度盘刻划误差 配置度盘配置度盘3.3.三轴误差：三轴误差：视准轴误差（视准轴误差（CCCCHHHH）盘左盘右观测取平均消除盘左盘右观测取平均消除 横轴误差横轴误差 （HHHHVVVV）盘左盘右观测取平均消除盘左盘右观测取平均消除 竖轴误差竖轴误差 （LLLLVVVV）盘左盘右观测取平均不能盘左盘右观测取平均不能 抵消，仔细整平。抵消，仔细整平。(二二)、人的误差、人的误差1.1.仪器安置误差：仪器安置误差：u对中误差对中误差u整平误差整平误差 2.2.标杆倾斜误差标杆倾斜误差 竖直标杆，观测时尽量瞄准目标底部竖直标杆，观测时尽量瞄准目标底部3.3.观测误差：瞄准误差，估读数误差观测误差：瞄准误差，估读数误差(三三).).环境环境外界因素外界因素选择有利观测时间，设法避开不利条件；选择有利观测时间，设法避开不利条件；尽量缩短一测回的观测时间，采取观测方法减弱与尽量缩短一测回的观测时间，采取观测方法减弱与 时间成正比的误差。时间成正比的误差。气象条件：温度、湿度、能见度、大气折光气象条件：温度、湿度、能见度、大气折光