测量学第4章 角度测量（网院）.ppt

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1、2019年12月7日星期六,1,测量工作的基本内容 测量工作的主要目的：确定地面点的平面坐标和高程 地面点位的确定：一般采用间接测量的方法,投影平面,C,基本内容： 角度测量（、） 距离测量（D1、D2） 高差测量（h）,2019年12月7日星期六,2,角度测量是三大基本工作之一 角度测量包括水平角测量和竖直角测量。 水平角测量用于确定点的平面位置（计算坐标）。 竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离。 常用仪器经纬仪,2019年12月7日星期六,3,4.1 角度测量原理4.2 经纬仪及其使用4.3 角度观测4.4 电子经纬仪4.5 经纬仪的检验与校正4.6 角度测量误差分析及注意事

2、项,经纬仪的使用及水平角的观测,角度测量原理与经纬仪的结构,知 识 点 一,竖直角的观测与角度测量误差分析,2019年12月7日星期六,4,角度测量原理与经纬仪的结构,一、角度测量的原理水平角测量原理竖直角测量原理二、经纬仪的结构概述DJ6型光学经纬仪的组成DJ6经纬仪的主要轴线其他类型经纬仪简介,2019年12月7日星期六,5,一、水平角测量原理,1. 水平角：相交的两条直线在同一水平面上的投影所夹的角度。,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：,角值范围：0360,水平度盘,4.1 角度测量原理,A,B,O,A1,B1,O1,O2,a,b,水平面,0

3、,A2,B2,2019年12月7日星期六,6,仪器中心与角顶点在一条铅垂线上；度盘要水平，其中心与角顶点在一条铅垂线上；望远镜可全方位转动，便于照准目标；望远镜瞄准不同的方向，可在水平度盘上读取不同的读数，其差值即为这两个方向的水平角。,经纬仪测水平角要求,2019年12月7日星期六,7,角值范围：-90 +90仰角：俯角：,天顶,铅垂线,水平线,A,C,B,0,90 ,180,270,1. 定义 ：竖直角是同一竖直面内倾斜视线与水平线所夹的锐角。,2. 原理： =目标视线读数水平视线读数（常数）,视线水平：,通常为 90 或是其倍数,竖直度盘,竖直角测量原理,图中Z 天顶距,3. 经纬仪测角

4、要求与水平角一致，只是利用竖盘的指标读数，即可求得该方向与水平方向线的夹角。,2019年12月7日星期六,8,天顶,铅垂线,水平线,0,180,A,1）下图的目标线OA、OC的竖直角的符号怎样？,O,C,2）而OA与OD构成的水平角和OB与OD构成的水平角有何关系？,3）OA与OB构成的水平角是多少？,思考：,2019年12月7日星期六,9,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。,概述,二 经纬仪的结构,2019年12月7日星期六,10,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）,前建筑测量中使用

5、较多的是6光学经纬仪、电子经纬仪（6）或全站仪， 精度要求较高时用DJ2。,2019年12月7日星期六,11,1）基座 由轴座、脚螺旋、底板、三角压板、圆水准气泡等组成。作用：用于连接和整平。（有固定螺旋，不能动）圆水准气泡粗平仪器。,1. DJ6光学经纬仪的组成：,基座、水平度盘、照准部,DJ6型光学经纬仪的结构,2019年12月7日星期六,12,2）水平度盘 顺时针注记0360；分划：20 、30 、1 三种；与竖轴不固定，不随望远镜转动。仪器整平，水平度盘水平；,水平度盘,2019年12月7日星期六,13,主要由望远镜、支架、竖轴、横轴、竖盘制动微动螺旋、竖盘装置（竖盘、读数装置、竖盘指

6、标水准管及竖盘指标水准管微动螺旋）、照准部水准管、光学对点器等组成。,3）照准部,望远镜用于瞄准目标 管水准器用于精确整平仪器 光学对点器用于使度盘中心和测点在同一铅垂线上 读数装置用于读数,2019年12月7日星期六,14,2. DJ6光学经纬仪部件名称：,2019年12月7日星期六,15,DJ6型光学经纬仪各螺旋的作用,1)望远镜目镜螺旋：2)望远镜调焦螺旋：3)望远镜制动螺旋：4)望远镜微动螺旋：5)读数显微目镜螺旋：6)照准部制动螺旋：7)照准部微动螺旋：8)脚螺旋：9)竖盘指标水准管微动螺旋：10)光学对中器目镜螺旋：11)轴套固定螺旋：,旋转可使十字丝清晰；,旋转可使物像清晰；,用

7、于竖直方向粗略瞄准目标；,用于精确瞄准目标；,旋转使读数窗口更清晰；,用于水平方向上粗略瞄准目标；,用于水平方向上精确瞄准目标；,用整平仪器；,可使竖盘指标水准管气泡居中；,调节可使光圈和地面清晰；,固定基座与照准部的部分连接起来。,2019年12月7日星期六,16,小结DJ6的结构：,两套止、微动螺旋：水平度盘、望远镜。,三个水准器：圆水准气泡、水平度盘的水准管、竖直度盘的指标水准管。,三个观察窗口：目镜、读数窗口、光学对中器窗口。,一个竖盘的指标水准管微动螺旋。,3. DJ6经纬仪光路图,2019年12月7日星期六,18,分微尺测微器： 分划为60格，格值1，可估读到0.1。读数时，以分微

8、尺上的零线为指标线。度数由落在分微尺上的度盘分划的注记读出，小于10的数值，由分微尺上读出。,顺时针刻划度盘,4.J6级光学经纬仪的读数方法,2019年12月7日星期六,19,1、调节读数显微镜调焦螺旋与反光镜使读数清晰亮度合适；2、读度盘上的读数，度盘分划线在分微尺间的读数即为度数。3、读分微尺上的读数，读出分、秒；根据该度盘分划线在分微尺上的位置读出分和秒，注意，秒的估读最好是先读出零点几分，再将其换算成秒，避免学生在读数时出错。4、度盘上的读数与分微尺上的读数加起来，即为最终的读数。,具体的读数方法：,2019年12月7日星期六,20,水平盘读数为：2115624,212,211,81,

9、竖直盘读数为：810900,逆时针刻划度盘,2019年12月7日星期六,21,如何区分水平盘、竖盘？,水平、一、横、H；垂直、竖、V,？如果没有标记，该如何区分。,2019年12月7日星期六,22,照准部竖轴(VV) 水准管轴（LL) 横轴（HH) 视准轴（CC),主要轴线的几何关系：,竖轴(VV)水准管轴（LL)；横轴（HH)竖轴(VV)；视准轴（CC)横轴（HH)；十字丝竖丝HH；水准管轴水平，竖轴铅垂、横轴水平。,经纬仪的主要轴线,2019年12月7日星期六,23,1. DJ2光学经纬仪主要用于三、四等三角测量和精密工程测量。,特点：（与J6相比）1）测角精度高:测微器可直接读到秒；2）

10、采用对径符合读数，目的是消除读盘偏心的影响；（测微轮）3）一次只能读取一个度盘读数。（换像手轮、竖直读盘反光镜）,其他类型经纬仪,2019年12月7日星期六,24,2019年12月7日星期六,25,2. 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。内装有自动补偿器，无竖盘指标微动螺旋，有些还有激光对中等。,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。,2019年12月7日星期六,26,特点：自动读数、记录、计算。,电子经纬仪显示屏及操作键盘,2019年12月7日星期六,27,3. 激光经纬仪,在经纬仪上安装激光装置，使

11、视准轴射出一条可见光。,主要用于各种施工工程中。,2019年12月7日星期六,28,激光器,激光束,弯管目镜,2019年12月7日星期六,29,小 结,阐述了角度测量的原理 介绍了DJ6型经纬仪的组成、部件名称及功能、主要轴线及关系、微分尺读数系统。简要介绍了其他类型经纬仪,2019年12月7日星期六,30,4.1 角度测量原理4.2 经纬仪及其使用4.3 角度观测4.4 电子经纬仪4.5 经纬仪的检验与校正4.6 角度测量误差分析及注意事项,经纬仪的使用及水平角的观测,角度测量原理与经纬仪的结构,知 识 点 二,竖直角的观测与角度测量误差分析,2019年12月7日星期六,31,经纬仪的使用及

12、水平角的观测,一、经纬仪的使用二、水平角的观测测回法测水平角方向法测水平角,2019年12月7日星期六,32,安置仪器对中整平瞄准读数,经纬仪操作步骤：,安置仪器,根据身高调整三脚架的高度，安置在测站上；使架头中心对准测站点并大致水平，适当踩实脚架；将仪器安装在架头上，并旋紧中心螺旋；调节三个脚螺旋使其处于中间位置。,2019年12月7日星期六,33,对中目的使竖轴与地面标志点在同一铅垂线上。,粗略对中：移动三脚架，使垂球尖离测站中心12cm内；精确对中：稍松开中心螺丝，移动(不能旋转)仪器，使垂球尖对准测站标志中心，旋紧中心螺丝。注意脚架头首先大致水平，三个脚螺旋基本等高；脚架适当踩实；垂球

13、尖尽量接近标志，便于判断。,垂球对中,误差：3mm,2019年12月7日星期六,34,：1mm（普遍采用）,操作步骤：调整三角架的高度、张开、使架头中心对准测站点并大致水平。（关键）安置经纬仪于架头上，调节光学对点器使标志圈清晰。动脚架，使标志点大致对准中心。（定一脚，动二脚）然后调节脚螺旋使目标严格在光学对中器的中心。,注意：是仪器对目标，而不是目标对仪器,光学对中,2019年12月7日星期六,35,经纬仪光学对中器的目镜对光与物镜对光,旋转,推拉,2019年12月7日星期六,36,1. 伸缩脚架调节圆气泡或水准管气泡大致居中（粗平）,2. 再调节脚螺旋使水准管气泡严格居中（精平）,整平使竖

14、轴铅垂，水平度盘水平。,若有圆气泡则升降架腿使其居中。 若无圆气泡则按如下操作： 使水准管与任两个脚螺旋方向平行，升降一个架腿使水准管气泡大致居中； 旋转照准部90度，升降另一个架腿使水准管气泡大致居中 ； 这样反复操作一二次。,使水准管平行任两个脚螺旋，调节两个脚螺旋使气泡严格居中； 旋转90，调第三个脚螺旋使气泡居中。反复调节。,2019年12月7日星期六,37,左手大拇指法则：气泡的运动方向与左手大拇指的运动方向一致。,3. 检查对中情况 ： 检查是否对中，若相差不多，则平移仪器基座(注意，不要有旋转动作)，使其再次对中。旋转照准部，在相互垂直两方向检查管水准气泡居中情况。 否则重复上述

15、操作。,操作技巧,2019年12月7日星期六,38, 目镜对光 粗瞄 调焦：注意消除视差； 精瞄,方法：测水平角时使用竖丝尽量对准目标底部。 测竖直角时使用中丝切准目标顶部。,照准目标,2019年12月7日星期六,39,调节反光镜，使读数显微镜窗口亮度适中，旋转目镜使度盘及分微尺的成像清晰，读出正确读数。,竖直角读数之前，应调节竖盘指标水准管微动螺旋使指标水准管居中。,注意： 消除视差,读数,2019年12月7日星期六,41,盘左（又称正镜）：观测者面对望远镜的目镜时，竖盘在望远镜的左边。 盘右（又称倒镜）：观测者对着目镜时，竖盘在右边。,水平角测量,测回法（适合2个方向的夹角）,方向观测法（

16、适合3个及以上方向的夹角）,二、水平角观测,2019年12月7日星期六,42,3）顺时针转动照准部，瞄准目标B，读取水平度盘读数B左。（称上半测回）,上=B左-A左。,4）盘右瞄准目标B，读取水平度盘读数B右。,2）盘左瞄准目标A，调整水平度盘为略大于零度，读数A左。,1）在测站O安置经纬仪，对中整平,注意：盘左盘右瞄准同一目标同一部位。,测回法,5）逆时针转动仪器，再瞄准目标 A右（称下半测回），下= B右- A右。,2019年12月7日星期六,43,上、下半测回合称一测回。,6）记录与计算（见下表),当测角精度要求较高时，需观测多个测回： 为了减少度盘分划误差的影响，各测回间应按 （i-1

17、）（i=1、2n，n为测回数）变换水平度盘位置； 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。 一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。,测站, ,竖盘,目标,水平度盘读数,半测回角值,一测回角值,各测回角值,备注, , , ,第一测回O,第二测回O,左,左,右,右,AB,AB,AB,AB,0 01 36,68 43 48,68 42 12,68 42 12,180 01 24,248 43 36,68 42 12,68 42 17,90 10 18,158 52 36,270 10 12,338 52 36,68 42 18,68 42 24,68 42 21,测回法

18、观测手簿,表4.1,对同一目标，盘左 盘右的读数有何关系？,2019年12月7日星期六,45,1. 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；,O,A,零方向,盘左,盘右,方向观测法,（目标多于两个）,2019年12月7日星期六,46, 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（观测记录见下表） 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

19、）： 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：,2019年12月7日星期六,47, 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。,方向观测法限差的要求,角值,1 2 3 4 5 6 7 8 9, ,方向观测法观测手簿,测站,觇点,水平度盘读数,盘左,盘右,2c,平均读数,一测回归零方向值,各测回平均方向值, , , , , ,O,O,第1测回,第2测回,A,B,D,C,A,A,C,D,B,A,0 00 54,80 27 48,140 31 18,289 46 30,0 0

20、0 42,180 00 24,260 27 30,320 31 00,109 46 06,180 00 18,-12,-6,+30+18+18+24+24,+18+18+30+12+24,0 00 3980 27 39140 31 09289 46 18 0 00 30,（0 00 34）,0 00 00 80 27 05140 30 35289 45 44,0 00 00 80 26 59140 30 29289 45 47,90 01 06 170 27 54 230 31 30 19 46 48 90 01 00,270 00 48 350 27 36 40 31 00 199 46 3

21、6 270 00 36,90 00 57 170 27 45 230 31 15 19 46 42 90 00 48,0 00 00 80 26 53140 30 23289 45 50,（90 00 52）,80 26 59,60 03 30,149 15 18,71 14 13,-6,-12,表3.2,注意：观测角度时，盘左顺时针方向照准目标，盘右逆时针依次瞄准方向。记录时，盘左位置从上到下，盘右则从下到上记录。当表中两方向读数之差为负数时，应加360后再减。如：,右,1,2,1801118,343418,2142312,2142300,2142306,分、秒数写足二位，不足填零。,201

22、9年12月7日星期六,50,小结,经纬仪的操作步骤测回法：适合2个方向的夹角先左位，顺时针转照准部盘右位，逆时针转照准部对同一点的盘左盘右读数差180度每观测完一个盘位，应现场计算角值方向法：适合3个或以上方向的夹角注意记录顺序学会每个参数项如2C的计算,安置仪器对中整平瞄准读数,2019年12月7日星期六,51,4.1 角度测量原理4.2 经纬仪及其使用4.3 角度观测4.4 电子经纬仪4.5 经纬仪的检验与校正4.6 角度测量误差分析及注意事项,经纬仪的使用及水平角的观测,角度测量原理与经纬仪的结构,知 识 点 三,竖直角的观测与角度测量误差分析,2019年12月7日星期六,52,竖直角的

23、观测与角度测量误差分析,一、竖直角的观测竖直角的作用竖盘构造特点竖直角的观测与计算公式竖盘指标差竖直角观测记录与计算竖盘指标的自动归零补偿原理二、角度测量误差分析仪器误差观测误差外界条件的影响,2019年12月7日星期六,53,垂直角的主要用途,竖直角的主要用途,D=Scos,将斜距化为平距 已知斜距S、竖直角， 计算平距D：,斜距化为平距,三角高程测量 已知平距D、竖直角 ， 计算A、B高差h：,三角高程测量,2019年12月7日星期六,54,竖盘随望远镜一起转动；竖盘与读数指标相互脱离； 竖盘指标水准管微动螺旋调节竖盘指标水准管； 读数指标与竖盘指标水准管连在一起，当视线水平、气泡居中时，

24、竖盘读数为90的倍数。,竖盘构造特点,根据度盘的刻划顺序不同，分为顺时针注记和逆时针注记两种。,顺时针注记,逆时针注记,注意：切准同一目标同一部位,竖直角观测（以顺时针注记为例） 安置仪器，对中、整平； 盘左瞄准目标某一位置； 转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘水准管气泡居中; 读取竖盘读数L； 同样操作盘右瞄准原目标位置，读取竖盘读数R; 盘左盘右取平均得一测回竖直角。,竖直角的观测与计算公式,竖直角计算,一测回竖角：,下半测回竖角（盘右）:,上半测回竖角（盘左）：,逆时针注记竖直角的计算,盘左,盘右,竖直角计算的通用公式： =（左+右）/2（1）当望远镜视线上仰，竖盘读数减小时： =视线水

25、平时的常数瞄准目标时的读数（2）当望远镜视线上仰，竖盘读数增加时： =瞄准目标时的读数 视线水平时的常数 对不同注记形式的度盘 ，首先应正确判读视线水平时的常数， 0 180， 90 270。,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（以顺时针注记为例） x,x,盘左,竖盘指标差,两式相加即盘左盘右观测竖直角取平均，可消除指标差的影响。,指标差计算公式（两式相减）：,-x,盘右,2019年12月7日星期六,62,同理，可推出逆时针注记的竖盘，其指标差计算公式：,垂直角观测记录,测站,目标,竖盘位置,竖盘读数 ,半 测 回竖 直 角 ,一 测 回竖 直 角 ,x,备 注,I,左

26、,右,J,110 15 00,249 44 38,-11,左,右,K,115 37 36,244 22 02,-11,左,右,H,85 06 10,274 53 30,-10,竖直角观测记录与计算,-20 15 00,-20 15 22,-25 37 36,-25 37 58,+4 53 50,+ 4 53 30,+ 4 53 40,-25 37 47,-20 15 11,L=90 L R=R270 x =（ R L ）/2 =（L+R）/2,一测回内，盘左盘右的读数有何关系？,2019年12月7日星期六,64,竖盘指标的自动归零补偿原理,自动安平经纬仪、电子经纬仪、全站仪等仪器有竖盘指标自动

27、归零补偿器。,补偿范围一般小于2自动归零误差2,2019年12月7日星期六,65,要注意竖直度盘刻划的注记方式。,DJ6经纬仪： |X|60，且同一测站上不同目标的指标差互差不应超过25。,注意：,盘左盘右观测竖直角取平均，可消除竖盘指标差的影响。,竖直角必须带“”号。,读竖盘读数前，一定要使竖盘指标水准管气泡居中（光学经纬仪），若为自动安平或电子经纬仪等则省略。,2019年12月7日星期六,66,仪器误差：仪器校正的残余误差,视准轴误差：（CCHH）。对水平方向观测值的影响值为2c，可用盘左、盘右观测取平均消除其影响。,横轴误差：（HHVV）。可用盘左、盘右观测取平均消除。,竖轴误差（LLV

28、V）。 使得水准管气泡不居中，竖轴倾斜误差无法采用观测方法减弱或消除，应严格检校水准管和仔细整平，气泡偏离不超过一格。,二、角度测量的误差及消除办法,2019年12月7日星期六,67,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，精确对中可减弱。所以对于钝角、短边要特别注意对中，通常采用光学对中。,度盘偏心差 照准部旋转中心与水平度盘分划中心不重合，可用盘左、盘右观测取平均来消除其影响。,度盘刻划误差 度盘刻划不均匀，在各测回间配置度盘来减少其影响。,竖盘指标差 可用盘左、盘右观测取平均来消除其影响。,观测误差,2019年12月7日星期六,68,照准误差：由视差而产

29、生的误差。消除视差，精确瞄准。,读数误差： 与工作经验、技术的娴熟程度、读数窗的清晰度等有关。消除视差，认真读数。,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。,目标偏心差： 当照准目标与测站点不在一条铅垂线上时而引起的。与偏心距成正比，与视线边长成反比；瞄准目标底部可减弱。,2019年12月7日星期六,69,选择有利观测时间，设法避开不利条件； 选择良好的天气观测，可以减弱大气折光和风力等的影响； 高温天气，打伞遮阳减弱温度的影响。 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。,外界条件的影响,温度；气压；大气折光；风力；阳光照射；建筑物旁折光影响等。,2019年12月7日星期六,70,角度观测的注意事项 1）仪器高度与观测者身高相适应；三脚架踩实，仪器与脚架连接牢固，操作仪器时，不要用手扶三脚架；转动照准部和望远镜前，应先松开制动螺旋，使用各种螺旋时，用力应轻。2）精确对中，尤其对短边测角。3）观测目标间高低相差较大时，更应注意整平仪器。4）照准标志应竖直，用十字丝交点尽量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）一测回内不得再对中整平。若气泡偏离中央2格，应重新整平与对中仪器，重新观测。,总结,