哈工大测量学授课课件第3章角度测量.ppt

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1、第三章第三章 角度测量角度测量3.1水水角度测量原理角度测量原理3.2光学经纬仪光学经纬仪3.3水平角观测水平角观测3.4竖直角观测竖直角观测3.5经纬仪的检验与校正经纬仪的检验与校正3.6电子子经纬仪简介介3-1 3-1 水角度测量原理水角度测量原理1.1.水平角定水平角定义 从一点到两目从一点到两目标的方向的方向线垂直投影垂直投影在水平面上的在水平面上的夹角夹角称称水平角。如图中水平角。如图中。2.2.水平角水平角测量原理量原理 在在过测站点中心的站点中心的铅垂线铅垂线上任意高度水平地安置一个度上任意高度水平地安置一个度盘，则空间视线在其上的投影盘，则空间视线在其上的投影线分别截取读数线分

2、别截取读数a a、c c，则水平，则水平角角 c-a c-a仪器的必要条件：仪器的必要条件：1.仪器的中心必须位于角顶的铅垂线上。仪器的中心必须位于角顶的铅垂线上。2.照准部设备（望远镜）要能上下、左照准部设备（望远镜）要能上下、左右转动，上下转动时所形成的是右转动，上下转动时所形成的是竖直面竖直面。3.要具有一个有刻划的度盘，并能安置成要具有一个有刻划的度盘，并能安置成水平位置。水平位置。4.要有读数设备，读取要有读数设备，读取投影方向投影方向的读数。的读数。3-2 3-2 光学经纬仪光学经纬仪一、经纬仪的概述一、经纬仪的概述v 经纬仪的代号：的代号：DJDJ1 1、DJDJ2 2、DJDJ

3、6 6、DJDJ1010“D”“D”和和“J”“J”大地大地测量和量和经纬仪的的汉语拼音汉语拼音第一个字母第一个字母 “6”“6”和和“2”“2”仪器的精密度。器的精密度。一一测回方向回方向观测中中误差不超差不超过66和和2 2 在工程中常用在工程中常用DJDJ2 2、DJDJ6 6型经纬仪，一般简称型经纬仪，一般简称J J2 2、J J6 6经纬仪经纬仪v 经纬仪的的发展展:游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪 金属度金属度盘、光学度、光学度盘、编码度度盘、光、光栅度度盘经纬仪的技术参数 DJ6经纬仪的构造 光学经纬仪的构造及度盘读数光学经纬仪的构造及度盘读数

4、经纬仪的技术参数经纬仪的技术参数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 及一般工程测量二二.DJ6DJ6经纬仪的构造经纬仪的构造基座、照准部、水平度盘、读数装置基座、照准部、水平度盘、读数装置基座基座照准部照准部1.1.基座基座脚螺旋用于整平仪器基座基座水平度盘水平度盘照准部照准

5、部2.2.照准部照准部照准部(水平)制动、微动望远镜(竖直)制动、微动圆水准器 8/2mm；管水准器3030/2mm望远镜：正、倒像，2630倍，目镜调焦，物镜调焦，粗瞄准器，十字丝读数显微镜竖盘部分光学对点器复测扳手或度盘变换器 望远镜十字丝3.3.水平度盘水平度盘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0360刻度；仪器整平，水平度盘水平；水平度盘与照准部相互脱离；改变度盘位置，要使用复测 扳手或度盘变换手轮。0901802700901802704.J64.J6经纬仪的经纬仪的 读数装置读数装置图3-5 J6经纬仪度盘读数光路水平度盘垂直度盘读数光路J6J6光学经纬仪读数光学经

6、纬仪读数度盘上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 此其最小格值为最小格值为1 1=6060。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：730424分微尺测微器分微尺测微器利用度盘刻度线，在分微尺上读数。01733.3 水平角测量一一.经纬仪的操作步骤经纬仪的操作步骤 对中对中整平整平瞄准瞄准读数读数 掌握对中、整平的目的、方法与要求。瞄准方法：用竖丝对准竖立于测点的标志中心。操 作：粗瞄，制动，然后用微动螺旋完成 精确瞄准。二二.水平角观测水平角观测掌握测回法观测水平角的仪器操作方法、观测程序和记录。了解“方向观测法

7、”的使用场合、作业程序与记录。BCA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。1.垂球对中步骤：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。注意注意脚架头首先要放平，三个脚螺旋 基本等高；脚架适当踩实；垂球尖尽量接近标志，便于判断。.光学对中步骤：光学对中步骤：对准、调平、整平、对中打开三脚架，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

8、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 本本对准对准对准对准测站标志，踩实脚架；调测站标志，踩实脚架；调 节脚螺旋，使光学对点器精确节脚螺旋，使光学对点器精确对对对对 准准准准测站标志；测站标志；伸缩三脚架伸缩三脚架(二脚二脚)，调平调平调平调平仪器，仪器，使圆气泡居中；使圆气泡居中；调脚螺旋，精确调脚螺旋，精确整平整平整平整平仪器，并通仪器，并通 过在脚架头上移动仪器，精确过在脚架头上移动仪器，精确对对对对 中中中中。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。123气泡居中，3与1、2等高整平整平使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，竖盘位

9、于铅垂面内。整平误差不超过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123瞄瞄准准瞄准瞄准用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。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，减少由于目标不垂直引起的方向误差。测回法观测水平角测回法观测水平角 观测程序：盘左盘左 瞄准J，读数j左 瞄准K，读数k左 盘右盘右 瞄准K，读数k右 瞄准J，读数j右第1方向第2方向测站测站JKB 左左=k k左左-j-j左左 右右=k k右右-j-j右右精度要求精度要求：左-右40 取:=(左

10、+右)/2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。盘左（正镜）盘左（正镜）:竖盘在望远镜的左边竖盘在望远镜的左边盘右（倒镜）盘右（倒镜）：竖盘在望远镜的左边竖盘在望远镜的左边起始方向第一个读数应调成0（或180/N，N为测回数）；分、秒数写足二位；改数时按有关规则。一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘 位置。水平角观测记录（测回法）第1方向第2方向测站测站JKB右JK18005002542406741906B左JK 00418742342741924741915

11、测站竖盘位置目标水平度盘 读 数半测回角一测回平均角第第2方向方向ACB第第1方向方向水平角观测记录（测回法）表中盘右C读数小于A读数，不够减时，应 加360后再减。B左AC 010302143342右AC214231221422542142303测站竖盘位置目标水平度盘 读 数半测回角一测回平均角3434121801118测站测回度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O左AB002541214706121441212144211214430右AB180021830146481214430左AB900106211454212144361214439右AB27000

12、483145301214442方向观测法方向观测法 一个测站观测4个或4个以上方向时，采用方向观测法，也称“全圆测回法”。ABCDE方向观测法零方向盘左盘右3-4 3-4 竖直角测量竖直角测量竖直角观测原理竖直角观测原理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 线与水平视线的夹角(也叫垂直角)。=090，仰角为正，俯角为负。竖直角的主要用途竖直角的主要用途D=Scos 将斜距化为平距将斜距化为平距 已知斜距S、竖直角，计算平距D：图3-20 斜距化为平距三角高程测量三角高程测量 已知平距D、竖直角，计算A、B高差h：图3-21 三角高程测量hA

13、B=Dtan+i-l1、竖盘构造特点、竖盘构造特点构造特点构造特点 竖盘随望远镜一起转动。竖盘与读数指标相互脱离。竖盘气泡居中，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。27027090900 0180180盘右盘右1801802702700 09090盘左盘左垂直度盘与读数指标1.竖直角计算公式：竖直角计算公式：例：例：L=81L=81 1818 4242 R=278 R=278 4141 5454 L L=8=8 4141 1818 R R=8=8 4141 5454 =8=8 4141 3636 三、竖直角的计算三、竖直角的计算 =

14、（L+R）/2/2 L L=90=90-L-L R R=R-270=R-270 测站目标竖盘位置竖盘读数半测回角值指标差一测回竖直角 OM 左734112161848-12 161836 右2861824161824N 左970518-70518+06-70512 右2625454-70506 望望远镜视线水平，水平，竖盘指指标水准管气泡居中水准管气泡居中时，竖盘指指标偏离了正确位置标偏离了正确位置x x角值称为角值称为竖盘指标差竖盘指标差。当偏离方向与竖盘。当偏离方向与竖盘注记方向一致时，记注记方向一致时，记“”号，反之记号，反之记“”号。号。2.竖盘指标差竖盘指标差 =（R-xR-x）-2

15、70-270 =90=90-（L-L-x)x)由于由于x的影响，使读数中包含有指标差的影响，故正的影响，使读数中包含有指标差的影响，故正确的计算公式应为：确的计算公式应为：90-(L-x)=90-L+x=L+x(1)=(R-x)-270=R-270-x=R-x(2)结论：盘左盘右观测取平均值可以消除竖盘指标差的影响结论：盘左盘右观测取平均值可以消除竖盘指标差的影响w测站上安置仪器，量取仪高。测站上安置仪器，量取仪高。w盘左瞄准目标，转动竖盘水准管微动螺旋，使竖盘左瞄准目标，转动竖盘水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数L；w倒镜，盘右瞄准目标，

16、使气泡居中，读数倒镜，盘右瞄准目标，使气泡居中，读数R；w计算竖直角及竖盘指标差。计算竖直角及竖盘指标差。w若若n次观测，重复次观测，重复24步，取平均值。步，取平均值。w检核：指标差互差检核：指标差互差25 四、竖直角观测四、竖直角观测五、竖盘指标自动归零装置五、竖盘指标自动归零装置 1.1.利用自动安平补偿装置取代竖盘水准管，即使仪器稍有倾利用自动安平补偿装置取代竖盘水准管，即使仪器稍有倾斜斜(1010)也能也能读到指到指标在正确位置在正确位置时的的读数。数。2.2.注意检查补偿器是否失灵。注意检查补偿器是否失灵。DJ2光学经纬仪光学经纬仪一、用途一、用途:三、四等三角测量三、四等三角测量

17、、精密导线精密导线测量、工程测量等测量、工程测量等二、构造特点二、构造特点采用对径符合读数系统，一次读取对径采用对径符合读数系统，一次读取对径180o两个方向的平均值，可消除照准部偏两个方向的平均值，可消除照准部偏心差的影响心差的影响三、读数方法三、读数方法转动测微轮，使正、倒像分划线重合，找出满足转动测微轮，使正、倒像分划线重合，找出满足以下三个条件的一对正、倒像分划线：以下三个条件的一对正、倒像分划线：(1)相差相差180o(2)正像在左，倒像在右；正像在左，倒像在右；(3)相距最近。相距最近。读取该对分划线正像的度数；该对分划线所夹的读取该对分划线正像的度数；该对分划线所夹的格数格数10

18、为整十分数；在测微窗上读取分、为整十分数；在测微窗上读取分、秒，估读至秒，估读至0.1秒。例：秒。例：双平板玻璃测微器(J2)双光楔测微器（J2）3-5 3-5 经纬仪的检验与校正经纬仪的检验与校正一、经纬仪应满足的条件一、经纬仪应满足的条件（一）（一）LLVVLLVV（二）（二）CCHHCCHH（三）（三）HHVVHHVV LLLL水准管水准管轴 VV VV竖轴 HH HH横横轴二、经纬仪的检验校正二、经纬仪的检验校正1 1、照准部水准管的、照准部水准管的检校校2 2、十字、十字丝的的检校校整平仪器，用十字丝交点瞄准清晰目标点，将照准部、望远镜制动，微整平仪器，用十字丝交点瞄准清晰目标点，将

19、照准部、望远镜制动，微调望远镜上下移动，若目标始终在竖丝上移动，表明条件已满足，否则调望远镜上下移动，若目标始终在竖丝上移动，表明条件已满足，否则须检校须检校校正时，旋下目镜护校正时，旋下目镜护盖，松开压环螺丝，盖，松开压环螺丝，转动十字丝丝，直至转动十字丝丝，直至望远镜上下移动时，望远镜上下移动时，目标始终沿竖丝移动目标始终沿竖丝移动为止。最后拧紧压环为止。最后拧紧压环螺丝，盖上护盖。螺丝，盖上护盖。如如图，在一平坦，在一平坦场地上，地上，选择一直一直线ABAB，约100m100m。置。置仪于于O O，A A点点竖一一标志，标志，B B点横放一毫米分划的小尺，并使其垂直于点横放一毫米分划的小

20、尺，并使其垂直于ABAB。盘左瞄准。盘左瞄准A A，倒镜于，倒镜于B B尺上尺上读数数B B1 1；盘右再瞄准；盘右再瞄准A A，倒镜于，倒镜于B B尺上读数尺上读数B B2 2，如果，如果B B2 2与与B B1 1重合，表明重合，表明视准轴垂直于横轴，否则要检校视准轴垂直于横轴，否则要检校 3 3、视准准轴的的检校校 为了消除了消除视准准轴误差差C C，只需在，只需在尺上定出一点尺上定出一点B B3 3，该点与盘右读数，该点与盘右读数B B2 2的距离为四分之一的距离为四分之一B B1 1B B2 2的长度。用校的长度。用校正针拨动十字丝左右两个校正螺丝，正针拨动十字丝左右两个校正螺丝，先

21、松开一个，再紧一个，使读数由先松开一个，再紧一个，使读数由B B2 2移至移至B B3 3，然后固紧两个螺丝。，然后固紧两个螺丝。此校正需反复此校正需反复进行，直至行，直至C C值不不大于大于1010为止。为止。4 4、横、横轴的的检校校 如图，在距一较高墙如图，在距一较高墙202030m30m处置仪，处置仪，在墙上选择一仰角大于在墙上选择一仰角大于3030度的目标点度的目标点P P，盘左瞄准盘左瞄准P P，将望远镜放平，在墙上定一，将望远镜放平，在墙上定一 点点P1P1。倒镜盘右瞄准。倒镜盘右瞄准P P点，再将望远镜放平，点，再将望远镜放平，在墙上定出另一点在墙上定出另一点P2P2。如果。如

22、果P1P2P1P2重合，重合，表明仪器横轴垂直于竖轴，否则应校正表明仪器横轴垂直于竖轴，否则应校正。由于仪器横轴不垂直于竖轴，仪器整平由于仪器横轴不垂直于竖轴，仪器整平 后，竖轴牌铅垂位置，横轴就不水平，倾斜一个后，竖轴牌铅垂位置，横轴就不水平，倾斜一个i i角。角。当以盘左、盘右瞄准当以盘左、盘右瞄准P P点而将望远镜放平时，其视准面不是竖直面，而是分别点而将望远镜放平时，其视准面不是竖直面，而是分别向两侧各倾斜一个向两侧各倾斜一个i i角的斜平面。因此，在同一水平线上的角的斜平面。因此，在同一水平线上的P P1 1、P P2 2偏离竖直面的偏离竖直面的距离相等而方向相反，直线距离相等而方向

23、相反，直线P P1 1P P2 2的中点的中点M M必然与必然与P P点位于同一铅垂线上。点位于同一铅垂线上。校正时，用水平微动螺旋使十字丝交点瞄准校正时，用水平微动螺旋使十字丝交点瞄准M M点，然后抬高望远镜，点，然后抬高望远镜，此时十字丝交点必然偏离此时十字丝交点必然偏离P P点。打开支架处横轴一端的护盖，调整支承点。打开支架处横轴一端的护盖，调整支承横轴的偏心轴，抬高或降低横轴一端，直至十字丝交点瞄准横轴的偏心轴，抬高或降低横轴一端，直至十字丝交点瞄准P P点。点。5 5、竖盘指指标差的差的检校校 仪器整平后，以器整平后，以盘左、左、盘右先后瞄准同一明右先后瞄准同一明显目目标，在，在竖竖

24、盘指标水准管气泡居中的情况下读取竖盘读数盘指标水准管气泡居中的情况下读取竖盘读数L L和和R R，并计算，并计算指标差。指标差。校正校正时先先计算算盘右的正确右的正确读数数R R0 0R-xR-x，保持望远镜在盘右，保持望远镜在盘右位置瞄准原目标不变，旋转竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘位置瞄准原目标不变，旋转竖盘指标水准管微动螺旋使竖盘读数为读数为R R0 0，这时竖盘指标水准管气泡不再居中，用校正针拨，这时竖盘指标水准管气泡不再居中，用校正针拨动竖盘指标水准管的校正螺丝使气泡居中。此项检校需反复动竖盘指标水准管的校正螺丝使气泡居中。此项检校需反复进行，直至指标差进行，直至指标差x x不超过限差

25、为止。不超过限差为止。J J6 6级仪器限差为级仪器限差为3030。角度测量误差及注意事项角度测量误差及注意事项一、仪器误差一、仪器误差1.视准轴误差的影响视准轴误差的影响盘盘左左盘盘右右观观测测同同一一目目标标，其其视视准准轴轴误误差差的的影影响响大大小小相相等等，方方向相反。即向相反。即LL-c;RR+c。结论：盘左盘右观测取平均值可以消除视准轴误差的影响结论：盘左盘右观测取平均值可以消除视准轴误差的影响。盘盘左左盘盘右右观观测测同同一一目目标标，其其横横轴轴误误差差的的影影响响，大大小小相相等等，方方向相反。向相反。结论：取盘左盘右观测的平均值可以消除横轴误差的影响。结论：取盘左盘右观测

26、的平均值可以消除横轴误差的影响。2.横轴误差的影响横轴误差的影响3.竖轴误差的影响竖轴误差的影响盘左盘右观测同一目标，竖轴倾斜的方向一致。盘左盘右观测同一目标，竖轴倾斜的方向一致。结结论论：竖轴误差差的的影影响响不不能能靠靠盘左左盘右右观测取取平平均均值的的观测方方法法予予以以消消除除。一一般般规定定，在在观测过程程中中照照准准部部水水准准管管气气泡泡偏偏离离中央不大于中央不大于1/21/2格，在山区格，在山区观测时尤要注意整平精度。尤要注意整平精度。4.4.照准部偏心差的影响照准部偏心差的影响如图，如图，o o为度盘分划中心，为度盘分划中心，o o 为为照照准准部部旋旋转转中中心心，则则正正

27、确确的的读数应为读数应为 LL L-x L-x R R R+x R+x结论：取盘左盘右读数的平均值可以消除照准部偏心差的影响。结论：取盘左盘右读数的平均值可以消除照准部偏心差的影响。度盘分划不均误差度盘分划不均误差措施：各测回按措施：各测回按改变度盘位置。改变度盘位置。二、观测误差：二、观测误差：测站偏心差、测站偏心差、目标偏心差、瞄准误差、读数误差目标偏心差、瞄准误差、读数误差测站偏心差测站偏心差目标偏心差目标偏心差三、外界条件的影响三、外界条件的影响:风、温度、大气折光、大气密度、地面坚实度风、温度、大气折光、大气密度、地面坚实度3-6 3-6 电子经纬仪简介电子经纬仪简介一、特点：一、特

28、点：1、采用电子测角系统，能自动显示、存储测量结果，、采用电子测角系统，能自动显示、存储测量结果，从而实现读数自动化和数字化。从而实现读数自动化和数字化。方向观测的度盘读数方向观测的度盘读数电讯号电讯号存储器存储器电讯号电讯号角度值角度值显示显示优点：不用记录且消除了读数误差优点：不用记录且消除了读数误差2、可与测距仪构成全站仪，再与计算机、绘图系统联机，、可与测距仪构成全站仪，再与计算机、绘图系统联机，构成电子速测仪，实现数据采集，成果处理、制图一体构成电子速测仪，实现数据采集，成果处理、制图一体化。化。电子经纬仪的外型与光学经纬仪相似，因此使用方法也电子经纬仪的外型与光学经纬仪相似，因此使用方法也相似。相似。电子经纬仪电子经纬仪一、目前，电子经纬仪的测角系一、目前，电子经纬仪的测角系统大致有以下三种：统大致有以下三种：编码度盘测角系统编码度盘测角系统光栅度盘测角系统光栅度盘测角系统光栅动态测角系统光栅动态测角系统二、编码度盘测角原理二、编码度盘测角原理编码度盘为绝对式度盘。编码度盘为绝对式度盘。光栅增量式测角光栅增量式测角1光电识别系统光电识别系统旋旋转转轴轴001发光二极管发光二极管光电二极管光电二极管