经纬仪测量方案.pptx

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1、4.1 4.1 水平角测量原理水平角测量原理 水平角，是指空间两直线的夹角在水平面上的垂直投影是指空间两直线的夹角在水平面上的垂直投影。水平角测角原理，在过C点的铅垂线上任意点放置一个有刻度的水平圆盘(称为水平度盘)，其中心位于过C点的铅垂线上。过CA和CB各作一个铅垂面，设两个铅垂面与水平圆盘交线的读数分别为a和b，由于水平圆盘是顺时针刻划，所求水平角为：=b-a。因因此此，经经纬纬仪仪必必须须有有一一刻刻度度盘盘和和在在刻刻度度盘盘上上读读数数的的指指标标。观观测测水水平平角角时时，水水平平度度盘盘中中心心安安放放在在过过测测站站点点的的铅铅垂垂线线上上；有有一一个个瞄瞄准准目目标标用用的

2、的望望远远镜镜，当当望望远远镜镜高高低低变变化化时时，其其视视准轴应能划出一个铅垂面准轴应能划出一个铅垂面。第1页/共44页4.2 4.2 DJ6DJ6级光学经纬仪级光学经纬仪 光学经纬仪优点：体积小、重量轻、密封性好、精度高等。精密度分三级：1级、2级和6级，前两种属精密仪器，后一种属中等精度仪器，是工程测量中常用的一种。国产经纬仪编制的标准：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15和DJ60等级别。其中D和J分别表示“大地测量”和“经纬仪”两个词汉语拼音的第一个字母，后面的数字表示该仪器所能达到的精度指标。DJ6级光学经纬仪属6级仪器。第2页/共44页4.2 4.2 DJ6DJ6级光学经

3、纬仪级光学经纬仪 第3页/共44页光学经纬仪的构造光学经纬仪的构造第4页/共44页光学经纬仪的构造光学经纬仪的构造主要部分的构造（DJ61型经纬仪为例）：照照准准部部、水水平度盘和基座三大部分平度盘和基座三大部分。(一)照准部由下列主要部件组成由下列主要部件组成：(1)望远镜 作用：精确瞄准目标的。它和水平轴连接在一起，而水平轴则放在支架上，所以经纬仪上的望远镜可以绕水平轴在竖直面内上下任意转动。为了控制望远镜上下移动，设置了望望远远镜镜制制动动扳扳钮钮和望远镜微动螺旋望远镜微动螺旋。第5页/共44页 (2)竖直度盘(竖盘)由光学玻璃制成。作用：观测竖直角。它和望远镜连成一体并随望远镜一起转动

4、。(3)水准器照准部上有一个水准管和一个圆水准器。作用：圆水准器用作粗略整平仪器，水准管用作精确整平仪器。照照准准部部的的下下部部有有一一个个能能插插在在轴轴座座内内的的竖轴，整整个个照照准准部部可可在在轴轴座座内内任任意意地地作作水水平平方方向向的的旋旋转转。为为了了控控制制照照准准部部的的转动，照准部下部也装有水平制动扳钮和水平微动螺旋转动，照准部下部也装有水平制动扳钮和水平微动螺旋。第6页/共44页 (二)水平度盘水平度盘由光学玻璃制成。盘上有0360顺时针注记的分划线。(三)基座基座基座是仪器的底座，其上有脚螺旋和连接板。测量时必须将三脚架上的中心螺旋(连接螺旋)旋进连接板，仪器和三脚

5、架就连接在一起。中心螺旋下端挂上垂球，即指示水平度盘的中心位置。基座上还有一个轴座固定螺旋，旋紧这个螺旋，可使照准部的竖轴和基座连接在一起；放松这个螺旋，可以将整个照准部和水平度盘从基座上取下来。在测量时应特别注意特别注意：要把轴座固定螺旋和中心螺旋适当地旋紧(并应随时检查)，以免发生摔坏仪器事故。第7页/共44页光学经纬仪的读数装置和读数方法光学经纬仪的读数装置和读数方法6级光学经纬仪的读数装置有两种，装置不同，读数方法也不一样。(一)单平板玻璃测微器及其读数方法（自学）DJ6-1型经纬仪型经纬仪图4-4装置图图4-5读数系统光路图第8页/共44页光学经纬仪的读数装置和读数方法光学经纬仪的读

6、数装置和读数方法6级光学经纬仪的读数装置有两种，装置不同，读数方法也不一样。(一)单平板玻璃测微器及其读数方法（自学）DJ6型经纬仪采用此装置型经纬仪采用此装置的仪器。的仪器。度盘分划像的位移度盘分划像的位移量可用测微盘的转动量测定量可用测微盘的转动量测定。如图a所示，上、中、下分别为测微盘、竖直度盘和水平度盘的分划像。竖直度盘的读数，转动测微轮，使竖直度盘分划线精确地平分双指标线，度数和整30数在竖直度盘上读出，分数和秒数在测微盘上读出。测微盘每小格为20，约能估读到五分之一格。水平度盘的读数方法与此相同，但在读数之前，先转动测微轮，使水平度盘分划线精确地平分双指标线，然后读数。第9页/共4

7、4页(二二)测微尺读数装置及其读数方法测微尺读数装置及其读数方法 西北光学仪器厂生产的经 型光学经纬仪，采用测微尺读 数装置。度盘上每一格为11。测微尺的总长度等于度盘每格 (1)(1)的宽度，这样测微尺的总 长代表11，而测微尺分成6060个 小格，故每一小格代表11。读数时，以测微尺的零分划 线为起始线，度数在度盘上读 出，不足1的读数，在测微尺上读出。图中的水平度盘读数(在符号“”下面)为21501.7，竖直度盘读数(在符号“”上面)为6555.3。第10页/共44页光学经纬仪应满足的几何条件 为了精确地测量角度，当经纬仪整平 后，望远镜视准轴绕水平轴上下转动时，其视线应能扫出一个竖直面

8、。为了达到 这一要求，一台完善的经纬仪，其各条 轴线之间应满足以下主要几何条件，即 三轴相互垂直条件三轴相互垂直条件：水平度盘的水准管轴(LL)应垂直 于竖轴(VV)；视准轴(CC)垂直于水平轴(HH)；水平轴(HH)应垂直于竖轴(VV)。如果经纬仪满足了上述三个条件，当仪器整平后，则竖轴垂直，水准管轴和水平轴水平。因视准轴垂直于水平轴，所以当视准轴绕水平轴上下转动时即能扫出一个竖直面。第11页/共44页4.3 4.3 水平角观测水平角观测 经纬仪的安置经纬仪的安置经纬仪的安置，包括对中和整平两个内容。1、对中目的：是把仪器中心安置在测站点O的铅垂线上。做法：先张开三脚架，挂上垂球(垂球线须打

9、活结)，将三脚架的一条腿插稳于O点附近的适当位置。再用两手握住三脚架的另外两条腿移动，使垂球尖大致对准O点木桩上的小钉，并使三脚架头大致放平，同时，将这两条腿也插稳。然后安上仪器，拧上中心螺旋(暂不完全拧紧)，适当移动基座使垂球尖精确对准O点。在一般的测量工作中，要求对中误差不应大于3mm。最最后后将将中中心心螺螺旋旋适适当当上上紧紧，以以防防仪仪器器从从三三脚脚架架上上摔摔下下来来。第12页/共44页 2、整平目的：使仪器竖轴竖直、水平度盘水平。方法：(1)转动脚螺旋使圆水准器气泡居中，进行仪器的初步整平。(2)转动照准部，使水平度盘上的水准管平行于任意两个脚螺旋的连线，按照左手拇指规则以相

10、反方向旋转两脚螺旋，使气泡居中。(3)再旋转照准部，使水准管转动90，再旋转另一脚螺旋，使水准管气泡居中。(4)反复几次，直到水准管在两个位置气泡都居中为止。一般要求气泡偏离中点不超过一格即可。第13页/共44页有的光学经纬仪还装有光学对中器，使对中比较精确。用它和用垂球相比，可使对中精度从3mm3mm提高到0.5mm0.5mm。光光学学对对中中的的方方法法：用上述方法将三脚架插紧后，装上仪器用脚螺旋进行对中，再通过升降三脚架使圆水准器气泡居中，这时，仪器可能又不对中了，稍微松动中心螺旋，在架头上平移仪器，使仪器对中。反复一、二次，直直到到在在光光学学对对中中器器目目镜镜中中见见到到地地面面上

11、上的的测测站站点点在在对对中器的圆圈内为止中器的圆圈内为止。（5）用用仪仪器器上上的的水水准准管管及及光光学学对对中中器器，进进行行精精确确整整平平和和对对中中(这时因移动量已很小，可稍微转动脚螺旋，使水准管气泡居中)。第14页/共44页测回法测水平角测回法测水平角水水平平角角的的观观测测方方法法，根根据据观观测测条条件件、精精度度要要求求和和使使用用仪仪器器的的不不同同，分分为为测测回回法法、复复测测法法、全全圆圆测测回回法法和和方方向向观观测测法法。下面介绍常用而简便的测回法。(1)在A、B两目标点上立好标杆(测钎)，将经纬仪安置于O点。(2)盘左照准(即正镜位置：观测时竖盘在望远镜的左边

12、)，用望远镜大致瞄准A点上的标杆；然后，用微动螺旋使望远镜精确地瞄准A点，读取水平度盘读数a。(3)松开水平制动扳钮，按顺时针方向转动照准部，用上述方法精确瞄准B点，读取水平度盘读数b。望远镜视准轴从OA方向转到OB方向时，指标线在水平度盘上所走的角值，就是所要测量的水平角，得：左=ba 按上述程序测量水平角一次，称为半测回。测回法测角第15页/共44页为了校核测量成果，消除仪器误差，以便得到更精确的角值，要用盘右位置(又称倒镜位置，即在观测时，竖盘在望远镜的右边)再观测一次，即：(4)倒转望远镜，使竖盘位于盘右位置。这次，用望远镜先精确瞄准B点，读取水平度盘读数b。(5)松开水平制动扳钮，逆

13、时针方向转动照准部，用望远镜精确瞄准A点，读取水平度盘读数a，则：右=b2a2。以上按正镜先测的叫上半测回，按倒镜后测的叫下半测回，上、下两个半测回合在一起，称为一个测回。按城市测量规范(下称规范)规定，当用6级经纬仪观测时，如两个半测回所测水平角的角度差值不超过40时，可取其平均值作为角的观测结果，如不符合要求，应重测。第16页/共44页为了第17页/共44页4.4 4.4 竖直角观测竖直角观测 竖直角测量原理竖直角测量原理 竖直角：同一竖直面内视线与水平线间的夹角。其角值为0-90。视线在水平线之上，竖直角为“正”，称仰角；视线在水平线之下，竖直角为“负”，称俯角。竖竖直直角角测测量量的的

14、角角值值是是度度盘盘上上两两个个方方向向读读数数之之差差。与水平角不同的是竖直角的两个方向中，必有一个是水平方向。在观测竖直角时，只观测目标点一个方向并读数就可算得该目标点的竖直角。第18页/共44页竖盘装置的构造竖盘装置的作用：观测竖直角。构造：竖竖直直度度盘盘(竖竖盘盘)、指标水准管和指标水准管微动螺旋指标水准管和指标水准管微动螺旋三个部分。竖盘固定在望远镜旋转轴(横轴)的一端，随望远镜一起在竖直面内转动。作为竖盘读数用的指标装置，和和指指标标水水准准管管、指指标标水水准准管管微微动动螺螺旋旋连连在在一一起起的的，它它们们不不随随望望远远镜镜一一起起转转动动。指标水准管气泡居中后，指标即处

15、于正确位置，此时，如望远镜视准轴水平，竖盘读数则应为90的整数倍(即0、90、180、270中的一个)。观测时，必须用竖盘指标微动螺旋，使指标水准管气泡居中，然后才能读数。第19页/共44页竖盘刻划的注记有顺时针方向和逆时针方向两种，一般为全圆式注记。竖盘指标自动归零装置(即自动补偿装置)。它取消了指标水准管和指标水准管微动螺旋，而增加了一个补偿器。把仪器整平后就可以读得相当于指标处于正确位置的竖盘读数。第20页/共44页竖直角的观测和计算竖直角的观测和计算用盘左和盘右各观测一次，称为一个测回。这样可以减小误差、提高观测精度。竖直角的观测和计算方法如下：(1)安置经纬仪，用盘左瞄准目标点B，使

16、十字丝横丝切于目标顶端，转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，进行读数。设盘左读数L记入竖直角观测记录手。(2)倒转望远镜，用盘右位置再瞄准B点，使竖盘指标水准管气泡居中后，进行盘右读数R。第21页/共44页(3)计算竖直角。竖直角是观测目标的读数与望远镜视准轴水平时的竖盘读数(即0、90、180、270)之差。但哪个是被减数，哪个是减数，则应按竖盘的注记形式来确定。在观测之前，将望远镜大致放平，读取竖盘读数。然后将望远镜上仰，若读数增大，则竖直角等于瞄准目标时的读数减去视线水平时的读数；若读数减小，则竖直角等于视线水平时的读数减去瞄准目标时的读数。经型经纬仪的竖盘为顺时针刻划

17、，计算公式为：盘左：90盘右：270 将盘左、盘右取中数，则一测回竖直角为将盘左、盘右取中数，则一测回竖直角为：（）/2如果在一个测站上观测多个方向的竖直角，则在盘左顺时针依次照准各目标，而在盘右时，逆时针依次照准各目标，读数、记录方法同上。第22页/共44页1第23页/共44页1第24页/共44页竖盘指标差竖盘指标差上述竖直角的计算，基于假设：当竖盘指标水准管气泡居中时，指标应处于正确位置，此时，竖盘读数应为90或270。但实际上当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向90或270，而与正确位置相差一个小角度x，x称为竖盘指标差。指标差产生的原因，是指标水准管未校正完善。第25页/共44

18、页现以顺时针注记的竖盘为例，说明指标差的计算方法。当视准轴水平、指标水准管气泡居中时，由于指标差x的存在，竖盘盘左读数为90+x，则正确的竖直角应为：（90 x)L=x同样，盘右时正确的竖直角应为同样，盘右时正确的竖直角应为：（270 x)=x将上两式相加并除以2 2，得：=(）/2。可见，用正倒镜观测取平均数可以消除竖盘指标差的影响。可以求出：x=(R+L360)/2=(）/2指标差x可用来衡量观测质量。在同一测站上观测不同目标时，指标差的变动范围，对于J级经纬仪不应超过25，否则成果不合格，需重测。对于逆时针注记的度盘，求指标差x的公式为：x=(L+R360)/2=(）/2第26页/共44

19、页4.5三角高程测量 三角高程测量是根据两点间的水平距离(或倾斜距离)和竖直角计算两点间的高差。如图，已知A点高程为H，欲测定B点高程H。可在A点安置经纬仪，在B点竖立标杆，用望远镜中丝瞄准标杆的顶点，测得竖直角，并量取经纬仪的水平轴到A点的高度，称为仪器高，用i表示；量取标杆顶部到B点的高度，称为觇杆高，用v表示。第27页/共44页再根据AB之间的水平距离l，即可求得高差h。h=ltan+iv不不论论竖竖直直角角是是仰仰角角还还是是俯俯角角，上上式式均均适适用用。如如为为俯俯角角，则用竖直角的负值代入则用竖直角的负值代入。B点的高程为：h=Hltaniv当当A A、B B两两点点间间的的距距

20、离离大大于于300m时时，应考虑地球曲率和大气折光对高差的影响。考虑球气差改正f，上式应改写为：h=ltan+ivf （其中 ）在煤矿井下测量时，往往直接测量A、B两点间的斜距L，则：h=Lsiniv三角高程测量一般应进行往返观测，既由A向B观测(称为直觇)，又由B向A观测(称为反觇)。这样的观测，称为对向观测。对向观测作用：消除地球曲率和大气折光的影响。第28页/共44页4.6视距测量 视距测量：利用望远镜内的视距丝和视距尺，同时测定两点间的水平距离和高差。优点：操作简便、速度快、不受地形起伏的限制等操作简便、速度快、不受地形起伏的限制等。缺点：精度低，一般仅能达到1/300的精度。应用范围

21、：能满足测定碎部点位置的精度要求，广泛应用于地形测量及其他低精度距离测量中。主要仪器和工具：经纬仪和视距尺(或水准尺)。视距尺的刻划与水准尺基本相同。第29页/共44页视距测量原理 1、视线水平时的视距公式视线水平时的视距公式如图，测定A、B两点间的水平距离l和高差h。在A点安置经纬仪，在B点立视距尺。使望远镜视线水平，瞄准B点视距尺，视线与视距尺垂直。：仪器中心到物镜的距离；f：物镜焦距；l：焦点F至视距尺距离；S：上下两视距丝m、n(即望远镜纵十字丝上的上下两根短横刻划线)在视距尺上的尺间隔。第30页/共44页则A点到B点的水平距离l为：l=l+f因mFn与MFN相似，得到即 式中 P为两

22、视距丝之间的距离，P=mn=mn。则A、B两点间的水平距离为：令则：（1）式中K视距乘常数，设计仪器时，使K=100；C视距加常数，对内对光望远镜使其为0。则（1）式变为若设望远镜中丝在视距尺上的读数为v,仪器高为i，则由图4-18可以看出A、B间的高差为：h=iv第31页/共44页若设望远镜中丝在视距尺上的读数为v,仪器高为i，则由图4-18可以看出A、B间的高差为：h=iv第32页/共44页2 2、视线倾斜时的视距公式、视线倾斜时的视距公式 若两点间的高差较大，必须使视线倾斜时才能照准视距尺，此时，视线与视距尺不垂直，不能用前式计算两点间水平距离。可设想将竖直的尺子R绕O点旋转一个角(倾斜

23、视线竖直角)，使其与视线垂直，得尺间隔为S。第33页/共44页按前式可求得倾斜距离L为：L=KS于是A、B两点间的水平距离为：l=Lcos=KScos但是，S不是实际的尺间隔，实际测得的尺间隔是R尺上的MN(即S)，因此需要找出S与S间的关系。第34页/共44页图 中，NON=MOM=，NNO=90+/2，O=90-/2,因/2很小(约为17)，可将NNO和MMO近似视为直角。于是和OMM均为直角三角形。在两直角三角形中，NO=NOcos，MO=MOcos，则NM=NO+MO=(NO+MO)cos=NMcos=Scos，即：=Scos可得：l=Kcos上式就是视线倾斜时求水平距离的公式。第35

24、页/共44页可得：l=Kcos上式就是视线倾斜时求水平距离的公式。将上式代入三角高差公式，则得用视距表示的三角高差计算公式：h=ltan+iv=(KScos)tan+iv=（KSsin2）/2iv在工作中，使i=v，以简化高差h的计算。第36页/共44页视距测量方法视距测量方法测A、B两点间的水平距离和高差，测量步骤如下：(1)在A点安置经纬仪，进行对中、整平，并量取仪器高i;(2)用望远镜瞄准B点上的视距尺，读取上丝、中丝(即v)和下丝读数，然后用微动螺旋使指标水准管气泡居中，再读取竖盘读数。(3)计算尺间隔S及竖直角，按公式视线倾斜时求水平距离的公式和用视距表示的三角高差计算公式计算水平距

25、离l和高差h。第37页/共44页1第38页/共44页1第39页/共44页1第40页/共44页4-7 全站仪简介全站仪又名电子速测仪。工作原理：利用望远镜瞄准目标，然后借助某种形式的度盘读取方向值。具有新特点：小型光电测距装置与经纬仪相结合，构成了三维测量系统；用光电扫描度盘替代光学玻璃度盘；运用微处理机对测量过程和测量数据的现场处理实施控制；利用倾斜传感器对竖直角的剩余倾斜值进行自动改正；具有液晶数字显示测量值；电子数据自动记录装置。全站仪集测角、测距于一体，由微处理机控制能自动进行测距、测角，能自动归算水平距离、高差和坐标等，还能进行施工放样，能自动记录观测数据。独立观测值：斜距、水平方向值和垂直角。其他数据如平距、高差、坐标等可由全站仪内的微处理机计算而得。第41页/共44页4-7 全站仪简介第42页/共44页4-7 全站仪简介第43页/共44页感谢您的观看！第44页/共44页