第一节水平角测量原理.ppt

第一节,水平角测量原理,第三章 角度测量,用经纬仪测水平角的原理：经纬仪必须具备一个水平度盘及用于照准目标的望远镜测水平角时，要求水平度盘能放置水平，且水平度盘的中心位于水平角顶点的铅垂线上，望远镜不仅可以水平转动，而且能俯仰转动来瞄准不同方向和不同高低的目标，同时保证俯仰转动时望远镜视准轴扫过一个竖直面。经纬仪是测量角度的仪器。按其精度分，有,DJ6,、,DJ2,两种。表示一测回方向观测中误差分别为,6,、,2,。,一、水平角的概念,水平角是地面上一点到两目标的方向线垂直投影在水平面上的夹角，用,来表示，其角值范围为,0,360,。,二、水平角测角原理图,3-1,如,图,3-1,所示，,OA,和,OB,在水平度盘上总有相应读数,a,和,b,，则水平角为：,b,a,第二节,光学经纬仪,第三章 角度测量,2,、水平度盘：刻划为,0,360,按顺时针方向注记,3,、基座：用来支承仪器并与三脚架连接的部件。主要包括轴座、轴座固定螺旋、脚螺旋、连接板等,二、,DJ6,型光学经纬仪的读数装置和读数方法,DJ6,型光学经纬仪常用两种方式：分微尺、单平板玻璃测微器和度盘对径分划重合读数,（一）分微尺测微器的读数方法,1,、应先调节读数显微镜调焦螺旋与反光镜使读数清晰亮度合适,2,、然后根据在分微尺上重叠的度盘分划线上的注记读出整度数,3,、再根据该分划线与分微尺上,0,注记之间的刻划读出分和秒。（秒值为估读且为,6,的倍数）,（二）单平板玻璃测微器的读数方法,望远镜瞄准目标后，先转动测微轮，使度盘上某一分划精确移至双指标线的中央，读取该分划的度盘读数，再在测微尺上根据单指标线读取,30,以下的分、秒数，两数相加，即得完整的度盘读数,一、,DJ6,光学经纬仪的构造,如,图,3-2,：,1,、照准部：望远镜、支架、横轴、竖直度盘、读数设备、照准部水准管和竖轴等组成。,第二节,光学经纬仪,第三章 角度测量,1,望远镜物镜；,2,望远镜目镜；,3,望远镜调焦螺旋；,4,准星；,5,照门；,6,望远镜固定扳手；,7,望远镜微动螺旋；,8,竖直度盘；,9,竖盘指标水准管；,10,竖盘指标水准管反光镜；,11,读数显微镜目镜；,12,支架；,13,水平轴；,14,竖轴；,15,照准部制动扳手；,16,照准部微动螺旋；,17,水准管；,18,圆水准器；,19,水平度盘；,20,轴套固定螺旋；,21,脚螺旋；,22,基座；,23,三角形底版；,24,罗盘插座；,25,度盘轴套；,26,外轴；,27,度盘旋转轴套,28,竖盘指标水准管微动螺旋,;29,水平度盘变换器；,30,竖盘指标水准管；,31,反光镜,图,3,2,第二节,光学经纬仪,第三章 角度测量,三、,DJ2,型光学经纬仪简介,（一）特点（相对于,DJ6,）：,1,、在结构上除望远镜的放大倍数较大，照准部水准管的灵敏度较高,2,、读数设备及读数方法不同,3,、在,DJ2,型光学经纬仪读数显微镜中，只能看到水平度盘和竖直度盘中的一种影象，,（二）读数方法,1,、大窗为度盘的影象：先转动测微轮，使正、倒象的分划线精确重合，然后找出邻近的正、倒象相差,180,的分划线，并注意正象应在左侧，倒象在右侧，此时便可读出度盘的度数，；再数出正象的分划线与倒象的分划线之间的格数，乘以度盘分划值的一半；最后从左边小窗中的测微尺上读取不足,10,的分数和秒数，其中分数和,10,数根据单指标线的位置和注记数字直接读出，估读到,0.1,2,、采用了数字化读数：左下侧小窗为测微窗，读数方法完全同第一种；右下侧小窗为度盘对径分划线重合后的影象，没有注记，但在读数时必须转动测微轮使上下线精确重合才可以读数；上面的小窗左侧的数字为度盘读数，中间偏下的数字为整,10,的注记,四、电子经纬仪简介,第三节,经纬仪的使用,第三章 角度测量,主要特点：,1.,采用电子测角系统，实现了测角自动化、数字化，能将测量结果自动显示出来，减轻了劳动强度，提高了工作效率。,2.,可与光电测距仪组合成全站型电子速测仪，配合适当的接口可将观测的数据输入计算机，实现数据处理和绘图自动化。,第三节,经纬仪的使用,第三章 角度测量,经纬仪的使用包括对中、整平、调焦和照准及读数四项基本操作,内容及要求：,对中,3mm,整平,1,格,一、对中、整平,对中的目的：是使仪器中心与测站点标志中心位于同一铅垂线上,整平的目的：使仪器竖轴竖直和水平度盘处于水平位置,具体操作方法,:,1,、,垂球对中整平法步骤,（,1,）移动或伸缩三脚架（粗略对中）,（,2,）脚架头上移动仪器（精确对中）,（,3,）旋转脚螺旋使水准管气泡居中（整平）,（,4,）反复（,2,）、（,3,）两步。,2,、光学对中整平法步骤,（,1,）大致水平大致对中,眼睛看着对中器，拖动三脚架,2,个脚,使仪器大致对中,并保持“架头”大致水平。,第三节,经纬仪的使用,第三章 角度测量,（,2,）伸缩脚架粗平,根据气泡位置，伸缩三脚架,2,个脚，使圆水准气泡居中。,（,3,）旋转三个脚螺旋精平,按“左手大拇指法则”旋转三个脚螺旋，使水准管气泡居中。,1,）转动仪器，使水准管与,1,、,2,脚螺旋连线平行。,2,）根据气泡位置运用法则，对向旋转,1,、,2,脚螺旋。,3,）转动仪器,900,，运用法则，旋转,3,脚螺旋。,（,4,）架头上移动仪器，精确对中,（,5,）脚螺旋精平。,（,6,）反复（,4,）、（,5,）两步。,二、调焦与照准,调焦包括目镜调焦和物镜调焦两部分，照准就是使望远镜十字丝交点精确照准目标。步骤如下：,1,、调节目镜对光螺旋，使十字丝清晰；,2,、然后利用望远镜上的照门和准星粗略照准目标，拧紧照准部及望远镜制动螺旋；,3,、调节物镜对光螺旋，使目标清晰，并消除视差；,第三节,经纬仪的使用,第三章 角度测量,4,、转动照准部和望远镜微动螺旋，精确照准目标。,测水平角时，要使十字丝纵丝精确照准目标，并尽量使十字丝交点照准目标底部，如图,3-13,（,b,）所示；测竖直角时，要使十字丝横丝精确照准目标，也尽量用十字丝交点照准目标顶部。,三、读数,调节反光镜，使读数系统亮度适中；调节读数显微镜目镜调焦螺旋，使度盘、测微尺及指标线的影象清晰；然后根据仪器的读数设备，按前述的读数方法读数。,第三章 角度测量,第四节 水平角测量,观测方法：测回法（两个方向所构成的角度）,方向观测法（三个方向以上所构成角度的观测）,一、测回法（如,图,3-14,）,具体施测步骤如下：,（一）、准备工作,1,、首先将经纬仪安置于所测角的顶点,O,上，进行对中和整平；,2,、在,A,、,B,两点树立标杆或测钎等标志，作为照准标志。,（二）、盘左位置,首先将仪器置于盘左位置（竖盘位于望远镜的左侧），完成以下工作：,1,、顺时针方向旋转照准部，首先调焦与照准起始目标（即角的左边目标）,A,，读取水平度盘读数,a,左，设为,00030,，记入表,3-1,中；,图,3-14,第三章 角度测量,第四节 水平角测量,2,、继续顺时针旋转照准部，调焦与照准右边目标,B,，读数,b,左，设为,921942,，记入表,3-1,中；,3,、计算盘左位置的水平角,左：,左,=b,左,a,左 ,92194200030=921912,以上完成了上半测回工作，,左 即上半测回角值。,（三）、盘右位置,倒转望远镜成盘右位置，完成以下工作：,1,、逆时针旋转照准部，首先调焦与照准右边目标,B,，读数,b,右，设为,2722012,，记入表,3-1,中；,2,、继续逆时针旋转照准部，调焦与照准左边目标,A,，读数,a,右，设为,1800042,，记入表,3-1,中；,3,、计算盘右位置的水平角,右：,右,=b,右,a,右,=27220121800042=921930,以上便完成了下半测回工作，,右 即下半测回角值。,（四）、计算一测回角值,上下两个半测回称为一测回。对于,DJ6,型光学经纬仪来说，当上、下半测回角值之差：,=,左,右,=921912921930=1840,第三章 角度测量,第四节 水平角测量,取其平均值作为一测回角值，即,=1/2,（,左,+,右）,=921921,为了提高测角精度，对角度需要观测多个测回，此时各测回应根据测回数,n,，按,180/n,的原则改变起始水平度盘位置，即配度盘。各测回值互差若不超过,40,（对于,J6,级），取各测回角值的平均值作为最后角值,二、方向观测法,（一）观测方法,1,、如图,3-15,，安置仪器于测站,O,点（包括对中和整平）树立标志于所有目标点，如,A,、,B,、,C,、,D,四点，选定起始方向（又称零方向）如,A,点；,第三章 角度测量,第四节 水平角测量,2,、盘左位置，顺时针方向旋转照准部依次照准目标,A,、,B,、,C,、,D,、,A,，分别读取水平度盘读数，并依次记入表,33,。其中两次照准,A,目标是为了检查水平度盘位置在观测过程中是否发生变动，称为归零，其两次读数之差，称为半测回归零差，其限差要求为：,J6,级经纬仪不得超过,18,，,J2,级经纬仪不得超过,8,。计算中注意检核。,以上称为上半测回。,3,、盘右位置，倒转望远镜成盘右位置，逆时针方向旋转照准部依次照准目标,A,、,D,、,C,、,B,和,A,，分别读取水平度盘读数，并依次记入表,3-2,，称为下半测回。同样注意检核归零差。,以上即为一测回。为了提高精度需要测,n,个测回时，需要配度盘，即每个测回的起始目标读数按,180/n,的原则进行配置,（二）计算内容,1,、计算二倍视准轴误差,2c,值：同一方向，盘左和盘右读数之差，即,2c=,盘左读数,（盘右读数,180,）,同一测回各方向,2c,互差：对于,J2,型经纬仪不应超过,13,；,J6,经纬仪一般没有,2c,互差的规定。,第三章 角度测量,第四节 水平角测量,2,、计算各方向的平均值,3,、计算归零后的方向值,4,、计算各测回归零后方向值的平均值,第五节 竖直角测量,第三章 角度测量,一、竖直角测量原理（如图,3-16,）,定义：竖直角是在同一竖直面内，一点到目标的方向线与水平线之间的夹角，又称倾角，用,表示。如图,3-16,所示,分类：仰角，在其角值前加“,”,。,竖直角的角值范围：,-90,90,。,竖直角的角值：望远镜照准目标的方向线与水平线分别在竖直度盘上有对应两读数之差,二、竖直度盘的构造,1,、构造：竖直度盘、竖盘读数指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋。,2,、指标线固定不动，而整个竖盘随望远镜一起转动。,3,、竖盘的注记形式：天顶式或全圆式，顺时针或逆时针,图,3-17,图,3-18,第五节 竖直角测量,第三章 角度测量,第五节 竖直角测量,第三章 角度测量,三、竖直角计算公式（全圆顺时针注记）,设盘左时瞄准目标的读数为,L,，盘右时瞄准目标的读数为,R,，盘左和盘右位置所测竖直角分别用,L,和,R,，则其公式为：,L,=90L,R,=R270,通用公式：,若读数增加，则竖直角的计算公式为：,=,（瞄准目标时的读数）,（视线水平时的读数）,若读数减少，则,=,（视线水平时的读数）,（瞄准目标时的读数）,四、竖直角的观测,如图,3-16,所示，竖直角的观测、记录和计算步骤如下：,1,、准备工作：在目标点树立标志；安置仪器于测站,O,点（包括对中和整平）,2,、盘左位置，调焦与照准目标,A,，使十字丝横丝精确瞄准目标。转动竖盘指标水准管微动螺旋，使水准管气泡严格居中，然后读取竖盘读数,L,，设为,932206,，记入表,3-3,。,第五节 竖直角测量,第三章 角度测量,3,、盘右位置，重复步骤,2,，设其读数,R,为,2663712,，记入表,3-3,。,4,、根据竖直角计算公式计算，得,L,=90,L=90,932206=,32206,R,R,270=2663712,270,32248,那么一测回竖直角为：,=1/2,（,32206,32248,）,32227,将计算结果分别记入手簿，其角值为负，显然是俯角。,同理观测目标,B,，其结果是正值，说明是仰角。,在竖角观测中应注意，每次读数前必须使竖盘指标水准管气泡居中，才能正确读数。,第五节 竖直角测量,第三章 角度测量,五、竖盘指标差,竖盘指标差：竖盘指标常常偏离正确位置，这个偏离的差值,x,角即为竖盘指标差,图,3-20,如图,3-20,所示由于存在指标差，其正确的竖直角计算公式为：,=(90+x),L=,L,+x,或,=90,（,L,x,）,=,L,+x,同理，如图,3-20,所示盘右位置，其正确的竖直角计算公式为：,=,（,Rx,）,270,=,R,x,或,=R,（,270+x,）,R,x,上式相加，并除以,2,，得,=1/2,（,RL180,）,=1/2,（,L+R,）,第五节 竖直角测量,第三章 角度测量,由此可见，在竖角测量时，用盘左、盘右法测竖直角可以消除竖盘指标差的影响。,将上两式相减，得,2x=,（,R+L,）,360,x=1/2,（,R+L,）,360,指标差互差的限差：,DJ2,型仪器不得超过,15,；,DJ6,型仪器不得超过,25,。,第六节 经纬仪的检验,第三章 角度测量,经纬仪的主要轴线：竖轴（,VV,）、横轴（,HH,）、视准轴（,CC,）和水准管轴（,LL,）。,各轴线之间应满足的几何条件有：,1,、水准管轴应垂直于竖轴（,LLVV,）；,2,、十字丝纵丝应垂直于水平轴；,3,、视准轴应垂直于水平轴（,CCHH,）；,4,、水平轴应垂直于竖轴（,HHVV,）；,5,、望远镜视准轴水平、竖盘指标水准管气泡居中时，即竖盘指标差为零。,6,、光学对点器光学垂线与仪器竖轴重合,一、水准管轴的检验,检验方法：,1,、先粗略整平仪器，然后转动照准部使水准管平行于任意两个脚螺旋的连线方向，调节这两个脚螺旋使水准管气泡居中,2,、再将仪器旋转,180,，如水准管气泡仍居中或偏离中心不超过,1,格，说明水准管轴与竖轴垂直；若气泡不再居中，则说明水准管轴与竖轴不垂直，需要校正。,二、十字丝纵丝的检验,第六节 经纬仪的检验,第三章 角度测量,检验方法：首先整平仪器，用十字丝纵丝的的上端或下端精确照准远处一明显的目标点，然后制动照准部和望远镜，转动望远镜微动螺旋使望远镜绕横轴作微小俯仰，如果目标点始终在纵丝上移动，说明条件满足，否则需要校正。,三、望远镜视准轴的检验,产生原因：由于十字丝交点在望远镜筒内的位置不正确而产生的,检验方法：,1,、在平坦地面上选择一条长约,100m,的直线,AB,，将经纬仪安置在,A,、,B,两点的中点,O,处，如图,3-24,所示，并在,A,点设置一瞄准标志，在,B,点横放一根刻有毫米分划的尺子，使尺子与,OB,尽量垂直，标志、尺子应大致与仪器同高；,2,、用盘左瞄准,A,点，制动照准部，倒转望远镜在,B,点尺上读数,B1,，如图,3-24,（,a,）；,3,、用盘右再瞄准,A,点，制动照准部，倒转望远镜再在,B,点尺上读数,B2,，如图,3-24,（,b,）；,若,B1,与,B2,两读数相同，则说明条件满足。如不相同，由图可知，,B1OB2=4c,，由此算得,c=B1B2/4D,式中,D,为,O,点到小尺的水平距离，若,c60,，则必须校正,第六节 经纬仪的检验,第三章 角度测量,四、水平轴的检验,影响：水平轴不垂直于竖轴，视准轴绕倾斜的水平轴旋转所形成的轨迹是一个倾斜面当照准同一铅垂面内高度不同的目标点时，水平度盘的读数并不相同，从而产生测角误差,检验方法：,1,、在距一垂直墙面,2030m,处，安置经纬仪，整平仪器，如图,3-25,所示；,图,3-25,2,、盘左位置，照准墙上部某一明显目标,P,，仰角稍大于,30,为宜；,3,、然后制动照准部，放平望远镜在墙上标定,A,点；,4,、倒转望远镜成盘右位置，仍照准,P,点，再将望远镜放平，标定,B,点；,若,A,、,B,两点重合，说明水平轴是水平的，水平轴垂直于竖轴；否则，说明水平轴倾斜，水平轴不垂直于竖轴，需要校正。,五、竖盘水准管的检验,第六节 经纬仪的检验,第三章 角度测量,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,，计算竖盘指标差,x,，若,x,值超过,1,时，应进行校正。,第三章 角度测量,第七节 角度测量误差及注意事项,水平角测量的误差的来源主要有：仪器误差、安置仪器误差、目标偏心误差、观测误差和外界条件的影响等,一、仪器误差,组成：,1,、由于仪器制造和加工不完善而引起的误差（只能用适当的观测方法予以消除或减弱）,2,、由于仪器检校不完善而引起的误差（可以采用适当的观测方法来消除或减弱其影响）,消除或减弱上述误差的具体方法：,1,、采用盘左、盘右两个位置取平均值的方法：消除视准轴不垂直于水平轴、水平轴不垂直于竖轴和水平度盘偏心等误差的影响；,2,、采用变换度盘位置观测取平均值的方法：减弱由于水平度盘分划不均匀给测角带来的误差影响；,3,、其他：在经纬仪使用之前应严格检校，确保水准垂直于竖轴；同时，要特别注意仪器的严格整平。,二、安置仪器误差,1,、对中误差,边长愈短，偏心距愈大，目标偏心误差对水平角观测的影响愈大；照准标志愈长、倾角愈大，偏心距愈大。观测的角值,=180,偏心方向的夹角,=90,时，,最大,第三章 角度测量,第七节 角度测量误差及注意事项,2,、整平误差,倾角越大，影响也越大，一般规定在观测过程中，水准管偏离零点不得超过一格,三、目标偏心误差,边长愈短，偏心距愈大，目标偏心误差对水平角观测的影响愈大；同时，照准标志愈长、倾角愈大，偏心距愈大。因此，在水平角观测中，除注意把标杆立直外，还应尽量照准目标的底部。边长愈短，更应注意。,四、观测误差,1,、照准误差,影响望远镜照准精度的因素主要有人眼的分辨能力，照准误差一般为,2.02.4,，在观测中我们应尽量消除视差,2,、读数误差,读数误差主要取决于仪器的读数设备，读数时必须仔细调节读数显微镜，使度盘与测微尺分划影像清晰，也要仔细调整反光镜，使影像亮度适中，然后再仔细读数,五、外界条件的影响,要选择有利的观测时间和避开不利的观测条件，使这些外界条件的影响降低到较小的程度,