ch3角度测量.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,3,章 经纬仪及角度测量,3.1,角度测量原理,0,c,a,水平度盘,(horizontal circle),水平面,a,b,c,A,B,C,水平角,horizontal angle,从空间一点出发的两条空间直线在水平投影面上的夹角。范围：,0,0,360,0,天顶,铅垂线,水平线,A,C,B,0,90,180,270,a,A,a,c,垂直角,vertical angle,同一铅垂面内，某目标方向的视线与水平线间的夹角。,也称竖直角，角值为,0,90,天顶距,视线与天顶方向的水平夹角。角值范围为,0,180,。,测量角度的仪器在测量,水平角、竖直角,时必须具备两个基本条件,（,1,）能给出一个水平放置的，且其中心能与方向线交点置于同一铅垂线上的刻度园盘,水平度盘,；,（,2,）要有一个能瞄准远方目标的,望远镜,，且要能在水平面和竖直面内作全圆旋转，以便通过望远镜瞄准高低不同的目标。,（,3,）测角仪器经纬仪还必须装有一个能铅垂放置的度盘,垂直度盘，或称竖盘。,按测角精度分,DJ,07,用于一等三角,;,DJ,1,用于一、二等三角,;,DJ,2,用于三、四等三角,;,DJ,6,用于地形测图、一般工程,“,07,、,1,、,2,、,6”,一测回水平方向中误差,07,、,1,、,2,、,6,DJ,为“大地测量”、“经纬仪”的汉语拼音缩写。,3.2,光学经纬仪,(Theodolite transit),分类,按物理特性分,游标经纬仪、光学经纬仪和电子经纬仪,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,DJ,1,DJ,2,DJ,6,1 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 20/2mm 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,技术参数,经纬仪的精度系列及用途,游标经纬仪,光学经纬仪具有体积小、重量轻、密封性好、精度高等优点,DJ,6,光学经纬仪的构造,1,照准部,照准部是经纬仪的主要部件，有,水准管、光学对点器、支架、横轴、竖直度盘、望远镜、度盘读数系统,等。,光学对点器 望远镜 视准轴 视线 视差 水准器,照准部的下部有一个能插在轴座内的竖轴，整个照准部可在轴座内任意地作水平方向的旋转。照准部下部装有水平制动扳钮和水平微动螺旋,2,度盘,水平度盘,：,水平度盘也由光学玻璃制成。盘上有,0-360,顺时针注记的分划线。水平度盘的外壳上还有一个特殊装置，称为,复测扳钮,。按下该扳钮时，水平度盘和照准部可以一起转动；拨上该扳钮时，水平度盘就不能随照准部一起转动了。,0,90,o,180,o,270,o,竖直度盘,(,竖盘,),竖盘由光学玻璃制成，用于观测竖直角。它和望远镜连成一体并随望远镜一起转动。随望远镜而旋转,3,基座,三个脚螺旋用于整平仪器（粗平）,连接仪器与三脚架,4,度盘读数装置及读数方法,测微尺读数装置,（,2,）单平行玻璃测微器读数装置,（,3,）读数显微镜,将读数成像放大，以从度盘上读出。,B,C,A,1.,对中,将仪器中心安置在测,站点的铅垂线上。对中,误差,3mm,。,2.,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。,3.3,水平角观测,安置经纬仪，照准目标，读数，记录,一、经纬仪的安置,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。,2.,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,1-2,格,。,气泡居中，,1,、,2,等高,1,2,3,1,2,3,气泡居中，,3,与,1,、,2,等高,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。,3.,瞄准,-,用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。,4.,读数,DJ,6,光学经纬仪,读数方法,0,1,73,（,1,）分微尺的分划值为,1,，估读到,0.1,。,（,2,）“,H”,水平度盘读数，“,V”,竖直度盘读数。,三、水平角测量,J,K,B,第,1,方向,第,2,方向,测站,A,B,C,D,E,测回法：一个测站观测,2,个方向时用。,方向观测法：一个测站观测,3,个或,3,个以上方向时用,也称,“,全圆测回法,”,。,测回法,方向观测法,左,=,k,左,-j,左,右,=,k,右,-j,右,第,1,方向,测站,J,B,第,2,方向,K,1.,测回法,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,精度要求,：,左,-,右,40,取,:,=(,左,+,右,),/,2,各测回角值互差应小于,24,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。,测站,位置,目标,水平度盘,读 数,半测回角,一测回,平均角,B,左,J,0,0418,74,1924,74,1915,K,74,2342,右,J,1800500,74,1906,K,2542406,J,B,第,2,方向,测站,第,1,方向,K,水平角观测手簿（测回法）,分、秒数写足二位；,一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘 位置,盘左,盘右,A,B,C,D,E,方向观测法,2.,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,（,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。,（,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。,计算步骤：,（,1,）两倍照准差,2c,，有,2c=,盘左读数,-(,盘右读数,180,）,（,2,）各方向的平均读数有,平均读数,=1/2,盘左读数,+(,盘右读数,180),（,3,）归零后方向值有,归零方向值,=,方向平均读数,-,起始方向平均读数,（,4,）各测回归零后方向值的平均值,（,5,）将相邻两方向值相减，得到水平角值,3.4,垂直角观测,将倾斜距离化算为水平距离,在三角高程测量中进行三角高差的计算,180,270,0,90,盘左,竖直度盘与读数指标,270,90,0,180,盘右,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，竖盘读数为常数：,盘左时一般,L,0,=90,，,盘右时一般,R,0,=,270,。,构造特点,1,垂直度盘（竖盘）的构造,（,2,）竖直角的观测与计算,180,270,0,90,盘左,270,90,0,180,盘右,竖直角观测,仪器对中整平后，,盘左位置，十字丝横丝精确切准目标顶部。,转动,竖盘水准管微动螺旋，,使,竖盘水准管气泡居中,。,读取盘左读数,L,，,得上半测回竖角：,盘右位置：十字丝横丝精确切准同一目标，盘右读数为,R,，,得下半测回竖角：,90-L,R,R-270,1,竖直角计算,上半测回竖角（盘左）：,下半测回竖角（盘右）：,一测回竖角：,=(,R,）,/2,2.,竖盘指标差,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:,x=(,-,R,）,/2=(R+L-360)/2,3.5,经纬仪的检验与校正,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,应满足的条件,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，否则需要校正。,3.,校正：,旋下目镜分划板护盖，松开,4,个压环螺丝，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：,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,B,1,，,盘右，先照准,A,点，倒转望远镜得,B,2,，,若,B,1,，,B,2,不重合则有此误差。,3.,校正：,在,B,2,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,3.6,角度测量误差,一、仪器误差,2,度盘刻划误差,产生情况：,度盘制造时产生,消除与减弱措施：,变换度盘位置,(,180/n,),1,照准部偏心误差,产生情况：,照准部旋转中心与度盘分划中心不重合,规律：,随瞄准方向而异，照准方向垂直于偏心方向时对水平方向读数影响最大,消除与减弱措施：,盘左盘右取平均值可消除,3,视准误差,(c),产生情况：,视准轴不垂直于水平轴时产生的误差,规律：,随垂直角增大而增大,消除与减弱措施：,盘左盘右取均值可以消除,4,横轴误差,产生情况：,横轴不水平,规律：,随垂直角增大而增大，对两等高目标观测误差为,0,消除与减弱措施：,盘左盘右取均值可以消除,5,纵轴误差,产生情况：,纵轴不铅垂,规律：,随垂直角增大而增大，与横轴所处的方向有关,消除与减弱措施：,注意水准管的精度与精确整平,注意：,不能用盘左盘右取均值可以消除,1,仪器对中误差,产生情况：仪器中心与测站点不在同一铅垂线上,规律：偏心越大、边越大，误差越大,消除与减弱措施：,精确对中,2,目标偏心误差,产生情况：,觇标中心偏离目标标石中心,规律：,与偏心距与正比，与边长成反比，垂直于视线方向的目标偏心误差最大,消除与减弱措施：,觇标铅垂,二、观测误差,3,照准误差,产生原因：,未精确瞄准目标的几何中心,消除与减弱措施：,选择较好的观测环境,4,读数误差,产生原因：,估读导致,5,视差和十字丝不清晰的影响,视差：目标成象不在十字丝板上引起的误差,消除措施：,观测时认真调焦,气温变化,大气折光,阳光,风力,大气能见度,三、外界条件的影响,电子经纬仪是一种集光、机、电为一体的新型测角仪器，与光学经纬仪比较,:,(1),电子经纬仪将,光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生,。,(2),电子经纬仪的,自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度,。,3.7,电子经纬仪简介,电子经纬仪采用了光电扫描测角系统，即,编码盘测角系统、光栅盘测角系统及动态（光栅盘）测角系统,等三种,.,电子经纬仪与光学经纬仪区别在于,度盘读数及显示系统,，,电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘及其读数装置是分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘）和读数传感器进行角度测量的。,电子经纬仪的基本构造及性能基本相同但以因各仪器制造商的不同各有特点，主要表现在,计数系统、电子电路系统、显示及软件系统、数据接口方面的差异，及性能的差别。,电子经纬仪是人们在角度测量自动化的过程中应用而生的，目前电子经纬仪的物理存在形式有两种，一种是只具测角功能的,电子经纬仪,，另一种是将电子经纬仪与测距仪设计为一体，测角测距功能皆备的,整体式全站型电子速测仪（,electronic,theometer,total station,），,简称为全站仪。,根据测角精度可分为,0.5,，,1,，,2,，,3,，,5,，,10,等几个等级，各类电子经纬仪在各种测绘作业中起着巨大的作用。,全站仪,3.6,全站仪简介,全站仪又名电子速测仪，它几乎可以完成各种常规测量仪器所做的工作。全站仪的工作原理与传统的经纬仪类似，即利用望远镜瞄准目标，然后借助某种形式的度盘读取方向值，但它又具有以下特点：,(1),主要是小型光电测距装置与经纬仪相结合，构成了三维测量系统；,(2),用光电扫描度盘替代光学玻璃度盘；,(3),运用微处理机对测量过程和测量数据的现场处理实施控制,(4),利用倾斜传感器对竖角的剩余倾斜值进行自动改正；,(5),除了具有液晶数字显示测量值之外，还具有电子数据自动记录装置。,全站仪的,独立观测值是斜距、水平方向值和垂直角,，其他数据如平距、高差、坐标等可由全站仪内的微处理机计算而得，不必另行观测，这是在全站仪的使用过程中应当注意的。,电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、数据处理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等组成。,我国从,80,年代初期开始小批量引进外国制造的全站仪，到,90,年代已能自主研制并批量生产。目前，全站仪已在国民经济各个部门得到广泛应用。,