建筑测量第3章角度测量.ppt

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1、第三章 角度测量,第七节 角度测量误差分析及注意事项,第一节 角度测量原理,第二节 DJ6光学经纬仪,第四节 水平角观测,第五节 竖直角观测,第六节 经纬仪的检验与校正,本章小结,exit,第八节 电子经纬仪简介,第三节 经纬仪的使用,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。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 全站仪,第一节 角度测量原理,一、水平角测量原理 地面上两条直线之间的夹角在水平面上的投影称为水平角。如右图所示。,二、竖直角测量原理 在同一竖直面内视线和水平线之间的夹角称为竖直角。如右图所示，视线在水平线之上称为仰角，符

2、号为正；视线在水平线之下称为俯角，符号为负。,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）按读数系统分为 光学经纬仪、电子经纬仪。按性能分为 方向经纬仪、复测经纬仪 目前建筑测量中使用较多的是光学经纬仪，一般用DJ6，精度要求较高时用DJ2。,第二节 DJ6光学经纬仪,正面,反面,1、DJ6光学经纬仪的构造 DJ6光学经纬仪包括基座、度盘、照准部三大部分。,垂直制动,水平微动,读数目镜,水平度盘转换轮,垂直微动,光学对点器,补偿器转换钮,望远镜,圆水准器,1、基座 由轴座、脚螺旋、底板、三角压板等组成。作用：用于连接和

3、整平。2、度盘 包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。注记：0 360 分划：20、30、1 三种注：水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随 望远镜转动；水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观测 方向的角度值；竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望远 镜固定，随望远镜一起转动。,3、照准部 主要由望远镜、支架、竖直轴、水平轴、竖直制动微动螺旋、水平制动微动螺旋、读数设备、水准器和光学对点器等组成。望远镜 用于瞄准目标 圆水准器 用于粗略整平仪器 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,二、读数装置及读数方法 读数装置由棱镜、透镜、读数显微

4、镜组成；用于读取度盘 读数。,读数方法分测微尺和测微器两种方法。,测微尺,测微器,水平读数：215 0648 竖直读数：78 5200,竖直读数：92 17 30水平读数：转动测微轮重合读数,DJ6级光学经纬仪的读数窗示意图,0 1 2 3 4 5 6,第二节 光学经纬仪,正面,反面,读数为 30-28-00,图3-10 DJ2光学经纬仪,图3-11 DJ2光学经纬仪读数窗,该读数窗读数为：744715.7,该读数窗读数为：253615.4,该读数窗读数513 24.0,三、测钎、标杆和觇牌 测钎、标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具。,测钎：适用与距测站较近的目标。标杆：适用与距测

5、站较远的目标 觇牌：固定在三脚架上使用，远近皆可适用；一般为红白或黑白相间且常与棱镜结 合，用于电子经纬仪或全站仪。有时也可悬挂垂球用垂球线作为瞄准标志。,经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准和读数四项基本操作。,一、对中、整平 目的：使测点中心与仪器竖轴中心在同一铅垂线上；使水平度盘处于水平位置。方法：有垂球对中和光学对点器对中两种，由于 垂球对中精度较低，且使用不便，工程测量中一般采用光学对点器对中。,第三节 经纬仪的使用,图3-12 水准管气泡调整,光学对点器对中及整平的步骤：安置仪器：高度适中，使测点在视场内；强制对中：调节脚螺旋，使光学对点器中心 与测点重合；粗略整平：调节三脚架，使圆水

6、准气泡居中；精确整平：调节脚螺旋，使长水准气泡居中；精确对中：移动基座，精确对中（只能前后、左右移动，不能旋转）；重复、两步，直到完全对中、整平。,二、调焦与瞄准 目的：视准轴对准观测目标的中心。方法：调节目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；利用粗瞄器，粗略瞄准目标，固定制动螺旋；调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰，注意消 除视差；调节制动、微动螺旋，精确瞄准。,测水平角用双丝夹粗目标,测竖直角用横丝切目标顶部,三、读数 方法：打开反光镜，使读数 窗光线均匀；调焦使读数窗分划清晰（注意消除视差）；按不同的测微器直接 读取水平、竖直度盘 读数（度、分、秒，秒为估读且为6的倍数）。水平角：21506 48 竖

7、直角：7852 00,第四节 水平角观测,采用光学对中器安置经纬仪的操作步骤如下：1.将仪器置于测站点上，架头大致水平。粗略对中测站点。2.旋转脚螺旋使光学对中器对准测站点。3.伸缩三脚架腿，使圆水准气泡居中。再用脚螺旋精确整平经纬仪。4.如果光学对中器分划圈不在测站点上，应松开连接螺旋，在架头上平移仪器，使分划圈对准测站点。5.重新再整平仪器，依此反复进行直至仪器整平后，光学对中器分划圈对准测站点为止。,特别提示望远镜位置设置经纬仪望远镜可纵转360，根据望远镜与竖直度盘的位置关系，望远镜位置可设置为正镜和倒镜两个位置上。正镜观测者正对望远镜目镜时，竖盘位于望远镜左边，也称盘左位置。倒镜观测

8、者正对望远镜目镜时，竖盘位于望远镜右边，也称盘右位置。即望远镜在正镜位置纵转180，再将照准部转180的位置。在水平角观测中，为了消除仪器误差影响，通常用正镜和倒镜两个位置观测。实际上正镜是处于度盘0180位置上，倒镜是处于度盘的180360位置上，用不同度盘位置观察同一结果，达到复核的作用。,一、测回法,测回法常用于测量两个方向之间的单角，如图3-14。将仪器安置于O点，地面两目标为A、B，欲测定AOB，则可采用测回法观测，一测回观测具体方法如下：1.上半测回：盘左位置观测（正镜），其观测值为上半测回值。1）在O点安置仪器，整平，对中；2）正镜瞄准左目标A，读取水平度盘读数为00230，随即

9、记入水平角观测手簿（表 3-1）中；3）顺时针方向旋转照准部，瞄准右目标B，读取水平度盘读数为952048，记入（表3-1）中。,以上便完成盘左半测回或称上半测回观测，盘左位置观测所得水平角为：左=b左a左=952048 00230=9518182.下半测回：盘右位置观测（倒镜），观测值为下半测回值。,1）纵转望远镜180，逆时针旋转照准部180成盘右位置；2）瞄准右目标B，读取水平度盘读数b右为2752112，记入表1-3中；3）逆时针方向旋转照准部，瞄准左目标A，读取水平度盘读数a右为1800242，记入表3-1中，完成盘右半测回或称下半测回观测。盘右位置观测所得水平角为：右=b右a右=2

10、752112 1800242=951830计算时，若右方向读数减左方向读数不够减时，则应将右方向读数先加360，然后再减左方向读数。3.计算一测回角值：当盘左、盘右两个半测回角值的差数不超过限差（40）时，则取平均值作为一测回的水平角值。即：=（左+右）/2=951824,水平角观测手簿 表 3-1,当测角精度要求较高时，可以观测多个测回，取其平均值作为水平角测量的最后结果。为了减少度盘刻划不均匀的误差，各测回间应根据测回数，按照180/n变换水平度盘位置。例如：观测两测回0；90观测三测回0；60；120观测四测回0；45；90；135观测六测回0；30；60；90；120；150上例为两测

11、回观测的成果。当各测回角值互差小于40时，则取测回角值平均值作为最终结果。若大于40时，需对角值较大的和较小的测回重测。,二、方向观测法（目标多于两个）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 C，顺时针依次照准目标 D、A、B、C（归零），读数；倒镜（盘右），瞄准 零方向C，逆时针依 次照准目标B、A、D、C（归零），读数；,D,C,A,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(观测记录见表3.2)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）：2c=盘左读数-（盘右

12、读数180）若2c超限，应及时重测。各方向平均读数的计算：,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。,24,角值,1 2 3 4 5 6 7 8 9,方向观测法观测手簿,O,O,第1测回,第2测回,C,D,B,A,C,C,A,B,D,C,0 00 54,79 27 48,142 31 18,288 46 30,0 00 42,180 00 24,259 27 30,322 31 00,108 46 06,180 00 18,-12,-6,+30+18+18+24+24,+18+18+30+12+24,0 00 39 79

13、 27 39142 31 09288 46 18 0 00 30,（0 00 34）,0 00 00 79 27 05142 30 35288 45 44,0 00 00 79 26 59142 30 29288 45 47,90 01 06 169 27 54 232 31 30 18 46 48 90 01 00,270 00 48 349 27 36 42 31 00 198 46 36 270 00 36,90 00 57 169 27 45 232 31 15 18 46 42 90 00 48,0 00 00 79 26 53142 30 23288 45 50,（90 00 52

14、）,79 26 59,63 03 30,146 15 18,71 14 13,-6,-12,表3.2,方 向 观 测 法 记 录 表,第五节 竖直角测量,竖直度盘垂直固定在望远镜旋转轴的一端，随望远镜的转动而转动。竖直度盘的刻划与水平度盘基本相同，但其注字随仪器构造的不同分为顺时针和逆时针两种形式。,一、竖直度盘的构造,对于J6级光学经纬仪竖盘与指标及指标水准管之间应满足下列关系：当视准轴水平，指标水准管气泡居中时，指标所指的竖盘读数值盘左为90，盘右为270。,目前光学经纬仪普遍采用竖盘自动归零补偿装置来代替竖盘指标水准管。,二、竖直角的计算公式,推导竖直角计算公式的具体做法如下：,1.盘左

15、位置把望远镜大致置水平位置，这时竖盘读数值约为90（若置盘右位置约为270），这个读数称为始读数。,2.慢慢仰起望远镜物镜，观测竖盘读数（盘左时记作L，盘右时记作R），并与始读数相比，是增加还是减少。,3.以盘左为例，若L90，则竖角计算公式为：,竖直角=（左+右）=（L R+180）,右=270 R,左=L 90,三、竖直角指标差的计算,当指标偏离正确位置时，这个指标线所指的读数就比始读数增大或减少一个角值，此值称为竖盘指标差，也就是竖盘指标位置不正确所引起的读数误差。,指标差计算公式：X=（左 右）=（R+L-360）,四、竖直角的观测方法,1.盘左位置：瞄准目标后，使竖盘指标水准管气泡居

16、中，读取竖盘读数L，并记入竖直角观测记录表中。称为上半测回观测。2.盘右位置：仍照准原目标，使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数值R，并记入记录表中。称为下半测回观测。3.上、下半测回合称一测回观测。4.在竖直角观测记录表中进行竖直角和指标差的计算。,竖直角应用举例将斜距化为水平距离如图3-20所示，测得AB两点间的斜距D及竖直角，可将斜距D化为水平距离D，其计算公式为：2用三角高程测量法测高程、测高大建(构)筑物、大树等的高度。如图3-21所示，欲求某铁塔的高度，可在距离大于铁塔高度的C点安置经纬仪，用十字丝横丝切准铁塔顶端B点，测得竖直角1，再用十字丝横丝切准铁塔底部A点，测得竖直角2，

17、然后用钢尺量取AC两点间距离D，即可计算出铁塔的高度H：,图 3-20,图3-21,第六节 经纬仪的检验与校正,经纬仪主要部件及轴系应满足下述几何条件，即：照准部水准管轴应垂直于仪器竖轴(LLVV)；十字丝纵丝应垂直于横轴；视准轴应垂直于横轴(CCHH)；横轴应垂直于仪器竖轴(HHVV)；竖盘指标差应为零；光学对中器的视准轴应与仪器竖轴重合。如右图所示。,由于仪器经过长期外业使用或长途运输及外界影响等，会使各轴线的几何关系发生变化，因此在使用前必须对仪器进行检验和校正。,图3-23 经纬仪轴系关系,一、经纬仪应满足的几何条件,主要轴线：竖轴 VV 水准管轴 LL 横轴 HH 视准轴 CC几何关

18、系：LL VV CC HH HH VV 望远镜十字丝竖丝垂直于横轴,二、检验与校正（一）水准管轴垂直于竖轴的检验与校正 1、检验 仪器粗平：圆水准器 气泡居中。水准管平行某两个脚螺 旋，使水准管气泡居中。照准部旋转180，若气泡仍居中，则 满足要求，若气泡 偏离，则需校正。,2、校正 用脚螺旋调一半；用水准管校正螺旋调一半。,此项检校需反复进行，直至仪器旋转到任意方向气泡都居中。,校正螺丝,1、检验 仪器整平 竖丝瞄准大致水平方向的P点，竖直方向移动望 远镜，看P点是否在竖丝上移动 2、校正 用十字丝的交 点瞄准P点。用十字丝的校 正螺旋调整。,（二）十字丝竖丝的检验校正,（三）视准轴垂直于横

19、轴（2c）的检验与校正 1、检验 平地选DAB=20m左右,安置仪器于中点O；A点设瞄准标志，B点横一毫米刻划标尺（注意标志、标尺与仪器同高）。盘左：瞄A，倒镜，读数为B1 盘右：瞄A，倒镜，读数为B2 若B1=B2，则满足要求 若B1 B2，则存在c角，当c超过1时，需校正。,2、校正 在标尺上定出B1、B2两点连线的中点B；定出B、B2两点连线的中点B3；调节十字丝校正螺丝，使十字丝交点对准B3；,（四）横轴垂直于竖轴的检验与校正 1、检验 距墙壁D=30m安置仪器，墙壁上选一明显 目标P，30；盘左：瞄P，望远镜水平，读数P1，标出P1；盘右：瞄P，望远镜水平，读数P2，标出P2；若P1

20、=P2,则满足要求，若P1P2,则存在i角，需校正。,图328 横轴垂直于竖轴的检验,2、校正 墙上定出P1、P2的中点PM；调节水平微动，瞄准P M，将望远镜上仰（十字丝交 点必偏离P点，至P点；校正横轴一端支架上的偏心环，使横轴一端升高或降低，移动十字丝，精确瞄准P；反复检校，直至i角小于1；,（五）竖盘指标差的检验与矫正 1、检验 仪器整平，用盘左、盘右分别瞄准大致水 平方向的 P点，读数为L，R。计算竖直角和指标差=（RL180）/2 X=(LR360)/2DJ6:若 X60，满足要求，若 X60，需要校正。2、校正 盘右瞄准P点；调节指标水准管微动螺旋，使竖盘读数 为：Rx270 调

21、节指标水准管校正螺丝，使气泡居中。,（六）光学对点器的检验与校正 1、检验 安置仪器精确整平，在仪器正下方放一白色纸板；将对点器中心投影到纸板上，并做标志P1；旋转照准部180，将对点器中心投影到纸板上，并 做标志P2；若 P1、P2重合，满足要求，否则需校正。2、校正 取P1、P2的中点 P；调节对点器校正螺丝，使对点器中心投影 与P重合。,P1,P2,P,第七节 角度测量误差分析及注意事项,仪器误差、观测误差以及外界因素都会对角度测量的精度带来影响，为了得到符合规定要求的角度测量成果，必须分析这些误差的影响，采取相应有效的措施，将其消除或控制在容许的范围以内。,一、角度测量误差源角度测量误

22、差来源有仪器误差、观测误差和外界环境造成的误差。研究这些误差是为了找出消除和减少这些误差的方法。,1.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）,2、观测误差,1）仪器对中误差（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）2)目标偏

23、心差（与偏心距成正比，与视线边长 成反比；瞄准目标底部可减弱）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（消除视差，精确瞄准）5)读数误差（消除视差，认真读数）,3、外界条件的影响 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。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）,通过上述分析，为了保证测角的精度，观测时必须注意下列事项：（1）观测前应先检验仪器，如不符合要求应进行校正。（2）安置仪器要稳定，脚架应踩实，应仔细对中和整平。尤其对短边时应特别注意仪器对中，在地形起伏较大地区观测时，应

24、严格整平。一测回内不得再对中、整平。（3）目标应竖直，仔细对准地上标志中心，根据远近选择不同粗细的标杆，尽可能瞄准标杆底部，最好直接瞄准地面上标志中心。（4）严格遵守各项操作规定和限差要求。采用盘左、盘右位置观测取平均的观测方法：照准时应消除视差，一测回内观测避免碰动度盘。竖直角观测时，应先使竖盘指标水准管气泡居中后，才能读取竖盘读数。,二、角度测量的注意事项,（5）当对一水平角进行m个测回（次）观测，各测回间应变换度盘起始位置，每测回观测度盘起始读数变动值为（m为测回数）。（6）水平角观测时，应以十字丝交点附近的竖丝仔细瞄准目标底部；竖直角观测时，应以十字丝交点附近的中丝照准目标的顶部（或某

25、一标志）。（7）读数应果断、准确，特别注意估读数。观测结果应及时记录在正规的记录手簿上，当场计算。当各项限差满足规定要求后，方能搬站。如有超限或错误，应立即重测。（8）选择有利的观测时间和避开不利的外界因素。（9）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。,一、DJ2光学经纬仪 主要用于三、四等角度测量和精密工程测量。,特点：1、测角精度高；2、采用对径符合读数；3、测微器可直接读到秒。,DJ2光学经纬仪,测微轮,水平、竖直度盘转换手轮,世界上第一台电子经纬仪（electronic theodolite）于1968年研制成功，但直到

26、20世纪80年代初才生产出商品化的电子经纬仪。随着电子技术的飞速发展，电子经纬仪的制造成本急速下降，现在，国产电子经纬仪的售价已经逼近同精度的光学经纬仪的价格。电子经纬仪是利用光电转换原理和微处理器自动测量度盘的读数并将测量结果显示在仪器显示窗上，如将其与电子手簿连接，可以自动储存测量结果。,第八节 电子经纬仪简介,电子经纬仪的特点 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。,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。,1、电子经纬仪的测角原理电子经纬仪的测角系统有三种：编码度盘测角系统、光栅度盘测角系统和动态测角系统。本

27、节主要介绍光栅度盘测角系统的测角原理。2、ET-02电子经纬仪的使用图3-34所示为我国南方测绘仪器公司生产的ET-02电子经纬仪，各部件的名称见图中的注记。它一测回方向观测中误差为2，角度最小显示到1，竖盘指标自动归零补偿采用液体电子传感补偿器。它可以与南方测绘公司生产的光电测距仪和电子手簿连接，组成速测全站仪，完成野外数据的自动采集。,3.仪器的设置ET-02电子经纬仪可以设置如下内容：（1）角度测量单位 360，400gon，640mil；（2）竖直角零方向的位置 天顶为零方向或水平为零方向；（3）自动关机时间 30分钟或10分钟；（4）角度最小显示单位 1或5；（5）竖盘指标零点补偿

28、自动补偿或不补偿；（6）水平度盘读数经过0，90，180，270时蜂鸣或不蜂鸣；（7）选择与不同类型的测距仪连接。,如果用户要修改上述仪器设置内容，可以在关机状态，按住CONS键不放，再按住PWR键2秒打开电源开关，至三声蜂鸣后松开CONS键，仪器进入初始模式状态。按MEAS键或TRK键可使闪烁的光标向左或向右移动到要更改的数字位，按键或键可使闪烁的数字在0与1间变化，根据需要完成设置后，按CONS键确认后，即可退出设置状态，返回正常测角状态。4.角度测量由于ET-02是采用光栅度盘测角系统，当转动仪器照准部时，即自动开始测角，所以，观测员精确照准目标后，显示窗将自动显示当前视线方向的水平度盘

29、和竖直度盘读数，不需要再按任何键。仪器操作简单方便。,图3-33 光栅度盘测角原理,1.手柄；2.手柄固定螺丝；3.电池盒；4.电池盒按钮；5.物镜；6.物镜调焦螺旋；7.目镜调焦螺旋；8.光学瞄准器；9.望远镜制动螺旋；10.望远镜微动螺旋；11.光电测距仪数据接口；12.管水准器；13.管水准器校正螺丝；14.水平制动螺旋；15.水平微动螺旋；16.光学对中器物镜调焦螺旋；17.光学对中器目镜调焦螺旋；18.显示窗；19.电源开关键；20.显示窗照明开关键；21.圆水准器；22.轴套锁定钮；23.脚螺旋,图3-34 ET-02电子经纬仪,图3-35 ET-02电子经纬仪操作面板,特点：自动

30、读数、记录、计算。,电子经纬仪显示屏及操作键盘,三、激光经纬仪,在经纬仪上安装激光装置，使视准轴射出一条可见光。,主要用于各种施工量。,激光器,激光束,弯管目镜,本 章 小 结,照准部水准管的检验；十字丝竖丝的检验；视准轴的检验；横轴的检验；竖盘指标水准管的检验；光学对中器的检验。,一、经纬仪及使用：,光学经纬仪几何轴线之间的关系,视准轴垂直横轴（CCHH）；横轴垂直仪器竖轴（HHVV）；水准管轴垂直仪器竖轴（LLVV）；竖盘指标差为零（X=0）；光学对中器视准轴与仪器竖轴重合；十字丝竖丝垂直横轴。,2光学经纬仪的技术操作方法:对中整平瞄准读数。其中：经纬仪的安置包括整平和对中。,3光学经纬仪的检验项目,用测回法观测竖直角。,二、水平角测量,1水平角地面上两条直线之间的夹角在水平面上的投影。,2用测回法观测水平角。,3用方向观测法观测水平角。,三、竖直角测量,1竖直角视线与水平线之间的夹角。,2竖直角计算公式的确定。,3竖直角观测方法。,