测量学课件 第二章 角度测量.ppt

内容提要第三章第二章角度测量学习要点◆水平角与垂直角观测原理◆光学经纬仪的构造及度盘读数◆水平角观测◆垂直角观测◆经纬仪的检验与校正◆水平角观测的误差分析 提要一水平角与垂直角观测原理§2-1水平角与垂直角观测原理◆水平角观测原理◆垂直角观测原理两种角度水平角用于确定点的平面位置（计算坐标）竖直角用于两点间高差计算、斜距改正成平距测角仪器经纬仪、电子全站仪 1.水平角观测原理一.水平角观测原理水平角——过一点到两个目标的方向线垂直投影到水平面上所成的夹角。0360。水平面aobAOB也可看成是包含OA、OB视线的两个铅垂面之间的两面角。0ba水平度盘=b-a 2.垂直角观测原理2.竖直角观测原理天顶铅垂线水平线ACB0°90°180°270°高度角——在同一竖直面内，目标方向与水平方向的夹角称为高度角。=090，仰角为正，俯角为负。天顶距：目标方向与天顶方向（即铅垂线的反方向）的夹角称为天顶距。竖直角：高度角、天顶距都是竖直面内的角，通称竖直角。注：本书中的出现的术语“竖直角”若未作特殊说明，皆指高度角。 提要二光学经纬仪的构造及度盘读数●经纬仪的技术参数●DJ6经纬仪的构造●DJ2经纬仪2-2光学经纬仪 一.经纬仪的技术参数2.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DJ1DJ2DJ6126二等平面控制测量及精密工程测量60mm40mm40mm30倍28倍26倍6/2mm20/2mm30/2mm10/2mm20/2mm30/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技术参数表3-1一、经纬仪概述1.经纬仪分类 二.光学经纬仪的构造二.DJ6经纬仪的构造基座、照准部、水平度盘、读数装置基座照准部 1.基座1.基座基座水平度盘照准部1）.脚螺旋用于整平仪器2）.轴座连接螺旋 2.照准部2.照准部1）.望远镜：倒像，2630倍，①组成----见课本P18图2.3②两个概念：视准轴、视线③在用望远镜进行目标照准时，要注意正确的操作程序：Ⅰ.目镜调焦；Ⅱ.目标照准；Ⅲ.消除视差-----视差定义、产生原因、消除方法2）.圆水准器管水准器3）.光学对中器望远镜十字丝 3.水平度盘3.度盘度盘和读数系统水平度盘由光学玻璃制成顺时针0360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。090180270090180270读数显微镜竖盘部分 4.J6经纬仪的读数装置图3-5J6经纬仪度盘读数光路水平度盘垂直度盘读数光路 J6光学经纬仪读数J6光学经纬仪读数两种读数测微装置：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a).分微尺测微——利用度盘刻度线，在分微尺上读数。0173 b).平行玻璃板测微b).平行玻璃板测微——利用测微手轮，用指标线读数平行玻璃板与分微尺由测微手轮控制。转动测微手轮，使度盘像移动，则移动量可在分微尺上读出。平行玻璃板最大调节范围为30分，分微尺全长刻度也等于30分。操作时，调节测微手轮，使度盘某度(或某30分)的刻度线居中于双线读数指标，双指标线所夹刻度的度数(或30分)加上分微尺读数，即为该方向的读数。图3-8平行玻璃板测微器水平度盘读数：921728 DJ2光学经纬仪的读数三、DJ2光学经纬仪2、主要特点：（1）采用度盘对径重合读数法，以消除度盘偏心误差影响。度盘最小刻划值为20′，而J6经纬仪的度盘最小刻划值为1°1、组成（参见课本P22图2.12）（3）在读数显微镜中只能看到某一个度盘的影像，两度盘影像可用度盘换像轮来使之交替出现。（2）J2经纬仪一般都采用对径分划线影像符合的读数设备通过转动测微手轮，它将度盘上相对180°的分划线，经过一系列棱镜和透镜的反射与折射后，同时显现于读数显微镜内，采用对径符合和测微显微镜原理进行读数。 读数原则：由于度盘的最小格值为20′，度盘影像的上下分划线最大移动量为半格（10′），而测微分划尺的读数范围为10′，故不到10′的分值和秒值可由测微分划尺读出。图3-11水平度盘读数：1740202.0水平度盘读数：425202.0读数步骤：1.实际读数时是转动测微手轮，使上下分划线接合；2.这是取度盘正像的一个整度分划线；3.由此分划线按角度值增加方向，在度盘倒像上可找到与它相差180°的整度分划线以两条整度分划线间（42°和222°之间）的度盘分划格数为10′的倍数，即几格就是几十分；4.再由测微分划尺读出10′以下的分、秒值。 近年来生产的J2经纬仪读数窗（见右图）左图右图 2－3经纬仪的检验与校正一、经纬仪的轴线及其应满足的条件1.经纬仪的主要轴线有：1）仪器旋转轴（简称竖轴）VV1、2）照准部水准管轴LL1、3）圆水准器轴L´L1´4）望远镜的旋转轴（简称横轴）HH1、5）视准轴CC1 2.经纬仪在水平角观测时应满足：1）竖轴必须竖直；2）水平度盘必须水平，其分划中心应与竖轴重合；3）望远镜上下转动时，视准轴形成的视准面必须是竖直平面。3.度盘偏心误差：度盘的分划中心O与照准部的旋转中心O′不重合引起的误差称为度盘偏心差。计算公式见课本P25注：对于本身读数方式就采用对径重合J2经纬仪，一次读数就可消除度盘偏心的影响。 综上所述，经纬仪必须满足下列几个条件：1．照准部水准管轴应垂直于竖轴，即LL1⊥VV1；2．视准轴应垂直于横轴，即CC1⊥HH1；3．横轴应垂直于竖轴，即HH1⊥VV1；安置仪器时，为了快速地整平仪器，往往用圆水准气泡居中来粗平仪器，因此又要求：4．圆水准轴平行于纵轴，即L’L’1∥VV1；观测水平角时，若用十字丝交点去瞄准目标不很方便，通常是用竖丝去瞄准目标，这又要求：5．十字丝竖丝垂直于横轴；6．在进行垂直角观测时，竖盘指标差应较小，应保证竖盘指标处于铅直位置；7．为保证光学对中器能正确地使仪器对中，光学对中器视准轴位置应正确。 二、经纬仪的检验和校正（一）水准管轴应垂直于竖轴的检验和校正(LL1⊥VV1)1．检验2．校正3．检校原理 （二）圆水准器的检验和校正（L’L’1∥VV1）1．检验：在照准部水准管轴检校完成的基础上，整平经纬仪，若圆水准器气泡不居中，则需校正。2．校正：如图2-19，用改正针拨动圆水准器下面的校正螺钉，使圆水准器气泡居中即可。 （三）十字丝竖丝应垂直于横轴的检验和校正1．检验方法2．校正方法 （四)视准轴应垂直于横轴的检验和校正(CC1⊥HH1)视准轴未能真正垂直于横轴而致其偏离正确位置的小角值称为视准误差c。1．检验原理：2c＝盘左读数－(盘右读数土180°)2．校正方法：当|2c|≥±20″时需要校正。1）不含度盘偏心差时校正方法：计算盘左盘右瞄准同一目标的水平盘读数的盘右（或盘左）正确读数a=［a右+（a左±180°）］/22）含度盘偏心差时校正方法---正倒镜法（见下一张） 含度盘偏心差时校正方法---正倒镜法 （五）横轴应垂直于竖轴的检验(HH1⊥VV1)引起横轴不水平有两方面的原因：一为竖轴虽已竖直而横轴不垂直于竖轴；一为横轴虽已垂直竖轴，但竖轴本身不竖直。前者称为横轴误差，后者称为竖轴倾斜误差。用盘左、盘右观测同一个目标时，Δi数值相等而符号相反，取盘左、盘右观测值的平均值可抵消横轴误差的影响。1.横轴误差计算公式见课本P302）校正：由于光学经纬仪的横轴是密封的，一般能保证横轴与竖轴的垂直关系，测量人员只需进行检验，而校正一般由专门的仪器检修人员完成。1）检验（见课本P31顶） 2．竖轴倾斜误差产生竖轴倾斜误差的原因是：水准管轴不垂直于竖轴，或安置仪器时水准管气泡未完全居中。处理方法：由于经纬仪安置后竖轴的倾斜方向一般不会改变，盘左、盘右观测也不会改变，所以用盘左、盘右观测的方法不能抵消竖轴倾斜误差对某一方向值的影响。因此，在观测前，要仔细地进行照准部水准管的检验和校正，观测目标的垂直角较大时，应使水准管的气泡严格居中，以减弱竖轴倾斜误差对水平方向值的影响。 （六）光学对中器的检验和校正1.检验：两步2.校正：专业人员 水平角观测2-4水平角观测一.经纬仪的操作步骤对中——整平——瞄准——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.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”的使用场合、作业程序与记录。 对中BCA对中——将仪器中心安置在过测站点的铅垂线上。对中误差3mm。垂球对中步骤：粗略对中：移动三脚架，使垂球尖离测站中心12cm内；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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。 光学对中步骤图3-14光学对中步骤：对准、调平、整平、对中打开三脚架，装上经纬仪；固定三脚架一脚，双手持脚架另二脚并不断调整其位置，同时观测光学对点器十字分划，使其基本对准测站标志，踩实脚架；调节脚螺旋，使光学对点器精确对准测站标志；伸缩三脚架(二脚)，调平仪器，使圆气泡居中；调脚螺旋，精确整平仪器，并通过在脚架头上移动仪器，精确对中。有时必须反复上述三步的操作。 整平123气泡居中，3与1、2等高整平——使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，竖盘位于铅垂面内。整平误差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 瞄准瞄准—用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。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。 测回法观测水平角二、测回法观测水平角观测程序：盘左瞄准J，读数j左瞄准K，读数k左盘右瞄准K，读数k右瞄准J，读数j右第1方向第2方向测站JKB左=k左-j左右=k右-j右精度要求：左-右±40"取:=(左+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。一测回 水平角观测记录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JKB右KJ25424061800500741906B左JK00418742342741924741915测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角 水平角观测记录大角第2方向ACB第1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AC010302143342右CA3434121801118214231221422542142303测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角 方向观测法三、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”。ABOCD方向观测法零方向盘左盘右一测回：盘左：A-B-C-D-A盘右：A-D-C-B-A 方向法观测水平角记录计算表格 垂直角观测§2-4垂直角观测◆垂直角观测原理◆竖盘构造特点◆垂直角计算公式◆竖盘指标差 垂直角观测原理竖直角观测原理天顶铅垂线水平线ACB0°90°180°270°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。=090，仰角为正，俯角为负。 垂直角的主要用途垂直角的主要用途D=Scos(2-4-1)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(2-4-2)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 竖盘构造特点一、竖盘装置构造特点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。自动归零装置270900180盘右180270090盘左垂直度盘与读数指标 确定垂直角的计算公式二、竖直角的观测与计算根据度盘刻度形式，确定竖直角计算公式，保证仰角为正、俯角为负。盘左盘右图3-24竖盘读数与垂直角计算αL=90-LαR=R-270 竖盘指标差027018090◆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三、竖盘指标差◆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： 2－6电子经纬仪简介 经纬仪的检验与校正§2-5经纬仪的检验与校正◆经纬仪的轴线及其应满足的条件◆经纬仪的检验与校正目的：使经纬仪各轴线间保持正确的几何关系 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LLLLHHCCVVL’L’经纬仪的轴线 轴线间应满足的条件◆水准管轴垂直于竖轴LL⊥VV◆视准轴垂直于横轴CC⊥HH◆横轴垂直于竖轴HH⊥VV◆十字竖丝垂直于横轴竖丝⊥HH◆圆水准轴平行于竖轴LL∥VV轴线间应满足的条件LLHHCCVVL’L’ 二、经纬仪的检验和校正（－）平盘水准管的检验和校正目的：使水准管轴垂直于纵轴（L⊥V） （二）圆水准器的检验和校正目的：使圆水准轴平行于纵轴（L′//V）。检验：根据校正后的平盘水准管，将经纬仪整平，此时，圆水准器气泡如不居中，则需要校正。校正：用校正针拨动圆水准器下面的校正螺丝，使圆水准器气泡居中。 （三）十字丝的检验和校正1．十字丝位置的检验和校正目的：仪器整平后，十字丝的纵丝在铅垂面内，横丝水平。 2．视准轴的检验和校正目的:视准轴垂直于横轴(C⊥H)检验:在大致水平方向选择远处一目标P,盘左,在十字丝交点附近用纵丝瞄准,水平度盘读数为L;盘右,再瞄准P点,水平度盘读数为R。如果│L-(R±180o)│>20”,则认为视准轴垂直于横轴的条件没有得到满足,需要进行校正。校正:计算盘左、盘右瞄准同一目标的水平度盘读数的盘右平均数(因检验时最后瞄准目标为盘右位置)r旋转水平微动螺旋,使盘右的水平度盘读数为r,此时,十字丝纵丝必定偏离目标,用校正针旋转左、右一对十字丝校正螺丝,使纵丝对准目标P。 （四）横轴的检验和校正目的：使横轴垂直于纵轴（H⊥V） （五）竖盘指标差的检验和校正目的：消除竖盘指标差x。检验：仪器整平后，盘左、盘右分别用横丝瞄准高处一目标，各在竖盘水准管气泡居中时读取竖盘读数，算得垂直角α左与α右，如果α左=α右，说明指标差为零；如果α左≠α右,即有指标差存在。求出x值,如果x值超过±30”，则需要校正。校正时,盘右（或盘左）位置瞄准原目标，转动竖盘水准管微动螺旋，使竖盘读数为R’（或L’）;此时，竖盘水准气泡不再居中，拨动竖盘水准管校正螺丝，使气泡居中。此项检验和校正需反复进行，直至α左与α右的差数小于±1’为止。 （六）光学对中器的检验和校正光学对中器是由目镜、分划板、物镜和直角棱镜组成，分划板刻划圈中点与物镜光心的连线是对中器的视准轴。光学对中器的视准轴应与仪器的纵轴重合，否则，会产生对中误差，影响测角精度。 检验：仪器架于一般工作高度，严格整平仪器，在脚架的中央地面放置一张白纸，在白纸上画一十字形的标志A。移动白纸，使对中器视场中的小圆圈中心对准标志，将照准部在水平方向旋转180o，如果小圆圈中心偏离标志A，而得到另一点A’,则说明对中器的视准轴没有和仪器的纵轴相重合。校正：定出A,A’两点的中点0，转动对中器的校正螺丝使对准0点。光学对中器上的校正螺丝随仪器类型而异，有些校正使视线转向的直角棱镜，有些校正分划板。 经纬仪的检验与校正经纬仪的检验与校正校正项目校正目的1.平盘水准管的检验与校正LL⊥VV2.圆水准器的检验与校正LL∥VV(次要)3.视准轴的检验与校正CC⊥HH4.横轴的检验与校正HH⊥VV5.竖盘指标差的检验与校正◆掌握各项目的校正原理与方法 水平角观测的误差分析§2-6水平角观测的误差分析误差来源与处理方法1.仪器误差：仪器校正的残余误差视准轴误差（CC⊥HH）盘左盘右观测取平均消除横轴误差（HH⊥VV）盘左盘右观测取平均消除竖轴误差（LL⊥VV）盘左盘右观测取平均不能抵消，仔细整平。2.仪器安置误差：对中误差，整平误差对中误差：边长较短时采用光学对中。整平误差：管水准器气泡偏离中心应小于1格。观测目标垂直角较大时，应特别注意。 误差来源与处理方法3.标杆倾斜误差竖直标杆，观测时尽量瞄准目标底部4.观测误差：瞄准误差，估读数误差5.外界因素：温度引起仪器轴线变化，热辐射引起视线跳动，土壤松软使仪器安置不稳定◆选择有利观测时间，设法避开不利条件；◆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。