第三章角度测量ppt课件.ppt

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1、,第三章,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、全站仪角度测量分为：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,在确定地面点的位置时，常常要进行角度测量；角度测量最常用的仪器是经纬仪。,掌握角度测量的基本原理；掌握光学经纬仪的构造及测角（水平角和竖直角）方法；自学经纬仪的检验校正；自学经纬仪测角误差分析和经纬仪测角注意事项；了解电子经纬仪的构造；,3.1 角度观测原理,水平角是指地面上一点到两个目标点的方向线垂直投影到水平面上的夹角，或者是过两条方向线的竖直面所夹

2、的两面角。如图3-1所示：,在过A点的铅垂线上，水平地安置一个有刻度的圆盘(称为水平度盘)，度盘中心在o点，过AB、AC竖直面与水平度盘交线为on、om，在水平度盘上读数为n、m。则nom为所测得的水平角。一般水平度盘是顺时针刻划，则：nom=m-n= (3-1),nom=m-n= (3-1),=c-b=右目标读数左目标读数,竖直角是指在同一竖直面内，某一方向线与水平线的夹角；测量上又称为倾斜角或竖角，用表示， ；竖角有仰角和俯角之分，夹角在水平线之上为“正”，称为仰角， ； 在水平线之下为“负”，称为“俯角”， 。,若在竖直面内，竖直方向与某一方向线的夹角，称为“天顶距”用Z表示。天顶距与竖

3、直角的关系为：=90-Z(3-2),=90-Z(3-2),3.2 DJ6型光学经纬仪的构造及度盘读数,根据水平角和竖直角测量原理，要制造一台既能够观测水平角又能观测竖直角的仪器，它必须要满足几个必要条件： 1、仪器的中心必须位于过测站点的铅垂线上。 2、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竖直面。 3、要具有能安置成水平位置和竖直位置并有刻划的圆盘。 4、要有能指示度盘上读数的指标。 经纬仪就是能同时满足这几个必要条件的用于角度测量的仪器。,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、D

4、J2、DJ6、DJ15、DJ60 “D”、“ J”分别表示“大地测量”、“经纬仪”汉语拼音的第一个字母，01、1、2、6、15、60分别表示该仪器一测回水平方向观测值中误差不超过的秒数。其中DJ07、DJ1、DJ2属于精密经纬仪，DJ6、DJ15和DJ60属于普通经纬仪。 3. 一般工程测量最常用: DJ6级光学经纬仪,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 40mm,30倍 28倍 26倍,6/2mm 20/2m

5、m 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,经纬仪系列技术参数和用途,各种型号的DJ6级光学经纬仪的构造大致相同。,物镜,粗瞄器,对光螺旋,读数目镜,望远镜目镜,转盘手轮,基座,导向板,堵盖,水准器,反光镜,自动归零钮,1、 DJ6级光学经纬仪的构造：,水平度盘：玻璃制成,0360 顺时针注记；,基座：支承整个仪器；,照准部：望远镜+竖盘+水平 度盘的指针=照准部,DJ6级光学经纬仪,照准部照准部位于仪器基座的上方，能够绕竖轴转动。(1)望远镜：用来照准目标，它固定在横轴上，绕横轴而俯仰，可以利用望远镜制动螺旋和

6、微动螺旋控制其俯仰转动。 （2）横轴：是望远镜俯仰转动的旋转轴，由左右支架所支承。 （3）竖直度盘：用光学玻璃制成，用来测量竖直角。 （4）光学读数设备：用来读取水平度盘和竖直度盘的读数。 （5）水准器：包括圆水准器和管水准器，用来置平仪器，使水平度盘处于水平位置。 （6）竖轴：竖直通过水平度盘的中心，可以使照准部在水平方向转动。,水平度盘（1）水平度盘：它是用光学玻璃制成的圆环，在度盘上按顺时钟方向刻有0360的分划，用来量测水平角；在度盘的外壳附有照准部制动螺旋和微动螺旋，用来控制照准部与水平度盘的相对运动。当拧紧制动螺旋时，照准部与水平度盘连接，这时如转动微动螺旋，则照准部相对于水平度盘

7、作微小的转动；若松开制动螺旋，则照准部绕水平度盘而旋转。水平度盘套在竖轴中可以自由转动。竖直度盘固定在横轴的一端与望远镜一起转动。（2）水平度盘转动的控制装置：测水平角时水平度盘是不动的，这样照准部转至不同的位置，可以在水平度盘上读数求得角值，但有时需要设定水平度盘一定的读数时，就要转动水平度盘。控制水平度盘转动的装置有位置变动手轮和复测装置两种。,轴套、脚螺旋、连接板、固定旋钮、圆水准器用等；经纬仪照准部的支承装置；经纬仪照准部装在基座轴套以后必须扭紧固定旋钮，一般应用不得松开。圆水准器用来粗平仪器。,基 座,2.DJ6经纬仪光路图:,竖直度盘：视线水平时，竖盘读数为固定值90或270；在竖

8、直角测量时，只需读目标点一个方向值，便可算得竖直角。根据以上分析，经纬仪须有一刻度盘和在刻度盘上读数的指标。观测水平角时，刻度盘中心应安放在过测站点的铅垂线上，并能使之水平。为了瞄准不同方向，经纬仪的望远镜应能沿水平方向转动，也能高低俯仰。当望远镜高低俯仰时，其视准轴应划出一竖直面，这样才能使得在同一竖直面内高低不同的目标有相同的水平度盘读数。,1.分微尺测微利用度盘刻度线，在分微尺上读数。,3.读数DJ6光学经纬仪读数方法:,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

9、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：73 04 24,b.读数方法:,a. DJ6级光学经纬仪分微尺测微器光路图:,13453.1,8758.1,(1)读取分微尺内度分划的度数； (2)读取分微尺0分划至该度分划所在分微尺上的分数；(3)计算以上二数之和为读数窗的角度读数( ) 。水平度盘角度是21506.5 (即2150630)，竖直度盘角度是7852.4 (即875224)。,2.平板玻璃测微器读数法:,竖直读数：92 17 30 水平读数：转动测微轮重合读数,度盘刻划到0.5度，测微尺刻划到20秒，估读1/4格，秒位为5的倍数,整个读数=度盘读数+测

10、微尺读数,a. 原理:,b.读数方法:,量程30，分为90格，分划值20。,92+d,这种读数装置的水平度盘刻有0360工720格，每格30，测微器刻划为030共90格，每格20，可以估读到1/4格（即5）。最上的小框为测微器，中间为竖直度盘，最下面为水平度盘。读数时，转动测微手轮，使度盘分划线精确地平分双指标，按双指标线所夹的度盘分划线读取度数和30的整分数，不足30的读数从测微器中读出。图（左）的读数为竖直度盘的读数：8730+2630875630，图（右）的读数为水平度盘的读数：3300+1810331810。,图单平行玻璃测微器读数窗,练 习,3.3 DJ6型光学经纬仪的操作使用,对中

11、、整平、瞄准、读数,目的是使仪器的中心与测站点位于同一铅垂线上。1.锤球对中（精度一般在2mm之内）：要求：高度适当，架头概平，大致对中，稳固可靠。2.经纬仪光学对中器对中（1mm）：脚螺旋对中：精密光学对中的工作。 (1)光学对中器对光：看清光学对中器的分划板和地面，辨明地面点的大致方位。 (2)二手转动脚螺旋：眼睛在光学对中器目镜中观察分划板标志与地面点相对移动并重合为止。,（1）对中：,目的是使仪器竖轴在铅直位置，而水平度盘在水平位置； 方法：先粗平再精平 粗平： 判断标准： 圆水准气泡居中 方法：伸缩脚架进行粗平，即根据气泡位置，升高或降低脚架（注：气泡总位于高处) 而在用垂球对中时：

12、只能用脚螺旋粗平,（2）整平：,（2）精平(左手大拇指法则)：,左手大拇指法则： 汽泡移动的方向与左手大拇指转动的方向一致,气泡居中，1、2等高,1,2,3,气泡居中，3与1、2等高,方法： 用脚螺旋使水准管气泡在互相垂直的两个方向上都居中要点:转动仪器，使水准管与1、2脚螺旋连线平行。根据气泡位置运用法则，对向旋转1、2脚螺旋。转动仪器90，运用法则，旋转3脚螺旋。,高,看录象45.wmv,一测回观测过程中，不得再调气泡。,照准标志：标杆、测钎 瞄准方法(4点)： 目镜对光使十字丝清晰 用准星粗瞄目标 物镜对光，使目标像清晰 用水平微动精确瞄准目标,TDJ2E TDJ2 （北光）,看录象04

13、.wmv,（3）瞄准：,读数时要先调节反光镜，使读数窗明亮，旋转显微镜调焦螺旋，使刻划数字清晰，然后读数。测竖直角时注意调节竖盘水准气泡微动螺旋，使气泡居中后再读数。,（4）读数：,水平角测量有测回法和方向观测法两种；,常用于测量两个方向之间的单角，图3-14：,盘左(正镜)：L=bL-aL ，上半测回(AB)；,(3-3),盘右(倒镜)：R=bR-aR ，下半测回(BA)；上、下半测回合称一测回，计算一测回平均角值：, 测回法：,测回法用盘左、盘右观测，可以消除仪器某些系统误差对测角的影响，校核观测结果和提高观测成果精度。同一测回中，上、下半测回角值之差和各测回间角值之差均不应超过相应细则、

14、规范所规定之容许值(40)。否则应重测，如各较差合乎要求，则分别取平均值。,当测角精度要求较高时，往往要观测几个测回，为也减少度盘分划误差的影响，各测回间应根据测回数n，按180/n变换水平度盘位置。,当一个测站上需要测量的方向数多于两个时，应采用方向观测法。当方向数多于三个时，每半个测回都从一个选定的起始方向(称为零方向)开始观测，在依次观测所需的各个目标之后，再观测起始方向，称为归零。此法也称为全圆方向法或全圆测回法。,上半测回、下半测回、几个测回。 如要提高观测精度，须观测多个测回。各测回仍按180/n的角度间隔变换水平度盘的起始位置。半测回归零差，对于DJ6经纬仪，归零差不应超过18，

15、否则应重新观测。, 方向观测法,零方向,盘左,盘右,A,B,C,D,E,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;,a.方向观测法步骤：,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;,（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;,b.方向观测法成果计算：计算两倍照准差(2c)值：2c=盘左读数-(盘右读数180) (3

16、-4)对于DJ2经纬仪，当竖直角小于3时，2c不应超过18，DJ6没有限差要求。,计算各方向的平均读数：平均读数=1/2盘左读数+(盘右读数180) (3-5)计算的结果称为方向值。起始方向有两个平均值，应将此两数再次平均，作为起始方向的方向值，并括以括号。,平均读数=1/2盘左读数+(盘右读数180) (3-5),2c=盘左读数-(盘右读数180) (3-4),计算归零后的方向值：将各方向的平均读数减去起始方向的平均读数(括号内)，即得各方向的归零方向值。同一方向值各测回互差不超过24。起始方向的归零值为零。,计算各测回归零后方向值的平均值：取各测回同一方向归零后的方向值的平均值作该方向的最

17、后结果。在取平均值之前，应计算同一方向归零后的方向值各测回之间的差数有无超限，如果超限，则应重测。,计算各目标间水平角值：将相邻两方向值减即可求得。,各方向平均读数-括号内数,2c=盘左读数-(盘右读数180),平均读数=1/2盘左读数+(盘右读数180),仪器安置的高度应合适，脚架应踩实，中心螺旋拧紧，观测时手不扶脚架，转动照准部及使用各种螺旋时，用力要轻。,若观测目标的高度相差较大，特别要注意仪器整平。,对中要准确。测角精度要求越高，或边长越短，则对中要求越严格。,观测时要消除视差，尽量用十字丝交点照准目标底部或桩上小钉。,按观测顺序记录水平度盘读数，注意检查限差。发现错误，立即重测。,水

18、准管气泡应在观测前调好，一测回过程中不允许再调，如气泡偏离中心超过两格时，应再次整平重测该测回。,(1)竖直角测量原理:,竖直角 (也称垂直角)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，俯角为负。,天顶,铅垂线,水平线,A,C,B,0,90 ,180,270,ZA,ZC,A,C,经纬仪竖盘包括竖直度盘、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋。,竖盘固定在横轴的一端，随望远镜一起在竖直面内转动。测微尺的零分划线是竖盘读数的指标，可以把它看成是与竖盘指标水准管连成一体的。指标水准管气泡居中，指标即处于正确位置，此时，如望远镜视准轴水平，竖盘读数则应为90的整数倍(

19、即0、90、180、270中的一个)，这个读数称始读数。当望远镜转动瞄准不同高度目标时，竖盘随之转动而指标不动，因而可读得望远镜不同位置的竖盘读数，以计算竖直角。,(2) 竖盘结构：,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90的倍数，如天顶距式注记：盘左时 L0=90 ，盘右时 R0=270 。,竖盘是由光学玻璃制成，刻划的注记有顺时针方向与逆时针方向两种。见图3-17。不同刻划的经纬仪其竖直角公式不同。当望远镜抬高，竖盘读数增加时，竖直角为：=读数-起始读数=L-90 (3-6)反之

20、， =起始读数-读数=90-L (3-7),仪器安置在测站点上，对中、整平。盘左位置瞄准目标点，使十字丝中横丝精确切准目标顶端，见图3-18。调节竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读数为L。用盘右位置再瞄准目标点，调节竖盘指标水准管，使气泡居中，读数为R。计算竖直角时，首先判断竖直角计算公式，如图3-19所示：盘左位置 L=90-L(3-8)盘右位置 R=R-270(3-9)一测回角值为：=1/2(L+R)=1/2(R-L-180) (3-10),L=90-L(3-8),R=R-270 (3-9),=1/2(L+R)=1/2(R-L-180) (3-10),将各观测数据填入竖直

21、角观测手簿(表3-3)，利用上列各式逐项计算，得出一测回竖直角。 低处目标的观测、计算方法与此相同。, 竖直角观测与计算：,=1/2(R+L-360),(3)竖盘读数指标差x 当视线水平时，盘左竖盘读数为90，盘右为270;但指标不恰好指在90或270，而与正确位置相差一个角度x，x称为竖盘指标差。,竖盘指标差x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:,要求：,竖盘指标的自动归零补偿装置,竖盘指标自动归零补偿器：在仪器竖盘光路中，安装一个补偿器来代替竖盘指标管水准器，当仪器

22、竖轴偏离铅垂线的角度在一定范围内时，通过补偿器仍能读到相当于竖盘指标管水准气泡居中时的竖盘读数。竖盘指标自动归零补偿器的构造形式有多种，下图为其中的一种。,竖盘指标自动归零补偿器的构造形式,城市测量规范规定，对于DJ6级光学经纬仪，竖盘指标自动归零补偿器的补偿范围为2，安平中误差为1。,经纬仪的轴线及其应满足的条件:,1.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: 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),3-4 经纬仪

23、的检验与校正,1.不良影响：VV轴无法铅垂影响空间角投影为水平角和竖直角；H轴随方向而变；2.检验（发现误差）：气泡居中后旋转180是否仍居中？3.校正：用水准管校正螺旋使气泡返回一半，用脚螺旋纠正一半。,水准管轴垂直于竖轴的检验与校正,1.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：旋下目镜分划板护盖，松开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。,十字丝竖丝的检校,1.不良影响

24、：在绕横轴旋转时视准轴画出圆锥面,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A点，倒转望远镜得B1盘右，先照准A点，倒转望远镜得B2若B1，B2不重合则有此误差3.校正：在B2附近标出扣除c影响后的B点，平移十字丝使视准轴照准B点,视准轴的检校,1.不良影响：视准轴画出倾斜面，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P，再投影至仪器高度得A点；盘右，先照准同一点P，再投影至仪器高度得B点；如果AB不重合，则有此误差；3.校正：标明AB的中点M；照准M点，抬高望远镜至P附近；升降横轴

25、的一端使照准P点。,横轴的检校,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和R，计算指标差X。如X 超出1的范围，则需改正 2.校正： 盘右照准目标点，不含指标差的盘右读数应为R-X。转动竖直度盘指标水准管微动螺旋，使竖盘读数为R-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。,竖盘指标差的检校,光学对点器的检验与校正,光学垂线与仪器竖轴的关系：重合、平行、交叉,一.仪器误差：主要包括仪器检校后的残余误差和仪器制造、 加工不完善所引起的误差。 1、视准轴误差（2c值，盘左、盘右取平均可消除） 2、横轴倾

26、斜误差（i角，盘左、盘右取平均可消除） 3、度盘偏心差（照准部旋转中心与水平度盘分划中 心不重合，盘左、盘右取平均可消除） 4、度盘刻划误差（度盘刻划不均匀，测回间变换 度盘可减弱） 5、竖轴倾斜误差（盘左、盘右取平均不可消除， 精确整平可减弱）,3-5 水平角测量的误差与注意事项,二、观测误差,1、仪器对中误差： 1）与偏心距成正比； 2）与视线边长成反比； 3）当水平角接近180时影响最大。 当目标近或水平角接近180 要精确对中,e=3mm,=90 =180 ，S1=S2=100m= 12.4,2、目标偏心差： 1）与偏心距成正比； 2）与视线边长成反比。当目标近时要尽量瞄准目标底部可减弱,e=10mm,=90 S=50m= 41.3,3、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 ）。4、照准误差：与望远镜的放大倍率，人眼的分辨能力，目标的形状、大小、颜色、亮度和清晰度有关（消除视差，精确瞄准）5、读数误差（消除视差，认真读数）： J6仪器最大估读误差不超过6,三、外界条件影响带来的误差： 外界条件的影响比较复杂，应选择有利的观 测条件，尽量避免不利因素对测量的影响（温度; 气压; 大气折光; 风力; 阳光照射; 建筑物旁折光影响等）。 1、温度的影响（打伞遮阳） 2、大气折光的影响（选择良好的天气观测）,本章结束,