第3章,角度测量.doc

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第3章 角度测量
3 - 1 水平角和垂直角测量原理
n 水平角与垂直角观测原理：
水平角：用于确定点的平面位置（计算坐标）。
垂直角：用于两点间高差计算，斜距改平距。
一、 水平角观测原理：
u 水平角：过一点到两个目标的方向线垂直投影到水平面上的
所成的夹角。 00＜β＜3600 负角加3600
a) 也可看成包含BA、BC视线的铅垂面之间的两面角。

水平角 = 第二方向读数 - 第一方向读数 β= b -α
二、 垂直角观测原理
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
（也叫竖直角） a=00～±900
仰角为正
俯角为负

3 - 2 光学经纬仪和角度测量工具
一、 经纬仪的分类与编号
莱卡 TPS802 索佳 SET500 拓普康 TPS800
南方 NTS320 蔡司 Theo010 天宝
DJ2 DJ6 T1 T3
经纬仪的技术参数
技术项目
经 纬 仪 等 级
DJ1
DJ2
DJ6
一测站水平
方向中误差
≤±1″
≤±2″
≤±6″
望远镜有效
孔径不小于
60mm
40mm
40mm
望远镜放大
倍数不大于
30倍
28倍
26倍
水准管
水平度盘
6″/2mm
20″/2mm
30″/2mm
垂直度盘
10″/2mm
20″/2mm
30″/2mm
用途
二等平面控制测量及精密工程测量
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
二、光学经纬仪的构造
1、基座
脚螺旋用于整平仪器

2、照准部
△照准部（水平）制动、微动
△望远镜（竖直）制动、微动
△圆水准器8′/2m
△ 管水准器30″/2mm
△望远镜：倒象（正象）26—30倍
物镜调焦、目镜调焦、粗瞄准器、十字丝
b) 读数显微镜
c) 竖盘部分
d) 光学对点器
e) 复测扳手式读盘变换器
3、水平度盘
光学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
○水平度盘与照准部脱离
○改变度盘位置，要使用复测扳手式度盘变换手轮
4、JD6经纬仪的读数装置
读数光路 JD6光学经纬仪的读数装置。
两种读数测微装置：分微尺测微
平行玻璃测微
l 分微尺测微—利用度盘刻度线，在分微尺上读数

○ 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。
l 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a则移动量a可在分微尺上读数。
○平行玻璃板最大最大调节范围为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30分）的刻度线居中于双线读数指标，双指标线所夹克度或（30分）加上分微尺读数，即为该方向的读数。
DJ2光学经纬仪的读数
主要的特点：
（1）采用刻度盘对径重合读数法以消除刻度盘偏心误差影响。
（2）通过转动测微手轮，操作测微装置，使度盘上相差180°的刻度线一一对应重合，而对应刻度线相对移动过的量可在分划尺上读取。
（3）水平度盘和竖直度盘读数由换像手轮控制分别单独显示。

三、测纤、标杆和觇板
测纤、标杆和觇板均为经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具。
1、标杆
2、测纤
3、觇牌
4、棱镜
5、铅垂线
3 - 3 经纬仪的使用
当进行角度测量时，要将经纬仪正确的安置在测站点上，然后才能观测。
它包括： 对中——整平——瞄准——读数
一、用垂球对中及经纬仪整平的方法
将仪器中心安置在观测站点的铅垂线上，对中误差≤±3mm
△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，在脚架的头上移动（不能旋转）仪器，使垂球尖端精确对中测站标志中心，旋紧中心螺丝。
整平—使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，使竖盘位于铅垂
面内，整平误差≤1格。
二、用光学对中器对中及经纬仪整平的方法
对中—调平—整平—对中
u 打开三脚架，装上经纬仪。
u 固定三脚架一脚，双手持脚架另两脚，并不断调整其位置。同时观测光学对电器十字分划，使其基本对准测站标志，踩实脚架，调整脚螺旋使光学对点器精确对准测站标志。
u 伸缩三角架（二脚）调平仪器，使圆气泡居中。
u 调角螺旋，精确整平仪器，亦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。
三、调焦瞄准
1、目标调焦及初步瞄准目标
2、物镜调焦及精确瞄准目标
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
l 用水平微动瞄准
尽量瞄准目标下部，减少由于目标不垂直引起的方向误差。
四、读数
瞄准目标后，打开反光镜，使读数窗内进光均匀。然后进行显微镜调焦，使读数窗内分划清晰，并注意消除视差，最后读数。
3 - 4 水平角测量
水平角观测（一站程序）
对中—整平—瞄准—读数
一、 测回法
在观测水平角 竖盘在左侧时，称为盘左（正镜）（上半测回）
竖盘在右侧时，称为盘右（倒镜）（下半测回）
上、下各半个测回为一个测回。按技术要求需测N个测回。

l 观测方法
观测程序 盘左：瞄准J读数J左
瞄准K读取K左 β左=K左-J左
盘右：瞄准K读取K右
瞄准J读数J右 β右=K右-J右
精度要求：β左-β右≤±40″
β =（β左+β右）/2
水平角观测记录（测回法）
测站
竖盘位置
目标
水平度盘读数
半侧回角值
一测回角值
B
左
A
0°10′30″
214°23′12″
214°23′03″
C
214°33′42″
右
C
34°34′12″
214°22′54″
A
180°11′18″
○表中盘右C读数小于A读数，不够减时应加360°再减。
二、方向法观测水平角
一个测站观测方向4个或4个以上方向时，采用方向观测法，也称“全园观测法”。
3 - 5 垂直角观测
一、垂直度盘的结构
1、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°
二、垂直角观测与计算： 度盘顺时针刻划
1、竖直角的计算公式
用测回法观测，上半测回度盘读数为L
下半测回度盘读数为R
根据度盘构造特点则有：
盘左位置的竖直角为：αL = 90°- L （上半测回）
盘右位置的竖直角为: αR = R - 270° （下半测回）
一测回竖直角的结果为: α=1/2(α左+α右)
或 α=1/2（R-L-180°）
2、观测、记录与计算
三、竖盘指标差
当竖盘指标水准管气泡居中且视线水平时，读数指标处于正确位置，正好指向90°或270°，由于仪器误差，读数指标往往偏离正确位置，与正确位置相差一个小角度x，这就是竖盘指标差。
指标差x=1/2(R+L-360°）
l 竖盘指标差—竖盘水准管气泡居中时，读数指标与铅垂线的夹角
l 指标计算公式
X = 1/2（L+R-360）
或 X = 1/2（a左- a右）
△ 盘左、盘右观测竖直角取平均，可消除指标差的影响。
l 一般在同一测站，同一台仪器在同一时间内的指标差，应该相等。
l J6仪器规范规定：
同一测站上不同目标的指标差互差；或同方向各测回指标差互差，不得超过25″。
直角观测记录

竖盘读数
°′″
半测回垂直角
°′″
X
″
一测回垂直角
°′″
备注
I
J
左
112 15 00
+22 15 00
-11
+22 15 11

右
247 44 38
+22 15 22
K
左
118 37 36
+28 37 36
-11
+28 37 47
右
241 22 02
+28 37 58
□ 竖直角必须带“正负”号。

3-6 纬仪与校正：
目的：使经纬仪个轴线间保持正确的几何关系。
◇ 经纬仪的轴线及其应满足的条件
◇ 经纬仪的检验与校正
u 经纬仪的轴线：
横轴HH
视准轴CC
水准管轴LL
竖轴VV
圆水准管轴L/L/
u 轴线间应满足的的条件
1、水准管轴垂直于竖轴 LL⊥VV
2、视准轴垂直于横轴 CC⊥HH
3、横轴垂直于竖轴 HH⊥VV
4、十字丝垂直于横轴 竖轴⊥HH
5、圆水准管轴平行于竖轴L/L/⊥VV
经纬仪的检验与校正：
校正项目 校正的目的
1、 平盘水准管轴的检验与校正 LL⊥VV
2、 圆水准器的检验与校正 L/L/⊥VV
3、 视准轴的检验与校正 CC⊥HH
4、 横轴的检验与校正 HH⊥VV
5、 竖轴指标差的检验与校正
l 水平角观测的误差分析：
l 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值消除；
横轴误差 （HH⊥VV）盘左盘右观测取平均值消除；
竖轴误差 （LL⊥VV）盘左盘右观测取平均值不能消除，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，垂直较大时应特别注意。
3、 标杆倾斜误差：
数值标杆，观测时尽量瞄准目标底部；
4、 观测误差：
瞄准误差，估读误差；
5、 外界因素：温度引起引起轴线变化，热辐射引起视线跳动，土壤 松软使仪器安置不稳定。
u 选择有利观测时间，设法避开不利条件；
u 尽量缩短一次的观测时间，采用观测方法减弱与时间成正比的误差。

3-7角度测量误差与注意事项
一、仪器误差
1、视准轴不垂直于横轴的误差（视准差）
l 对水平角方向观测值的影响为2C。
l 通过盘左、盘右观测取平均可以消除。
2、 横轴不垂直竖轴的误差（支架差）
通过盘左、盘右观测取平均可以消除。
3、 竖轴倾斜误差
不能消除，只是应严格检校仪器，观测时仔细整平。
4、 度盘偏心误差
也可通过盘左、盘右观测取平均可以消除。
5、 度盘刻划误差
它的误差较小，高精度测量时，多个测回之间一定要变换度盘起始位置，消弱误差影响。
二、 观测误差
1、仪器对中误差
在观测目标较近或水平角接近180°时，应特别注意仪器对中。
2、目标偏心误差
时由于标杆倾斜引起的。 望远镜尽量瞄准目标的底部。
3、仪器整平误差
在观测过程中不得调整气泡，如气泡超过两格时，重新整置仪器重新观测本测回。
4、照准误差
他与望远镜的放大倍数，人的分辨能力，目标的形状、大小、颜色和清晰度等因素有关。
三、 外界条件影响带来的误差
1、 它的影响比较复杂，一般由人力来控制。
l 大风、烈日暴晒、松软土质可影响仪器和标杆的稳定性；
l 雾气会使目标成像模糊；
l 温度引起视准轴位置变化；
l 大气折光变化使视线产生偏折等，因此，选择有利的观测条件，尽可能避免不利因素对角度测量的影响。
3 - 8 其他经纬仪简介
一、DJ2经纬仪
结构上：放大倍数大，照准水准管灵敏度高，度盘格值较小外，读数窗采用了数字化读数。增加了分化线重合窗。可以读到秒后一位。

二、电子经纬仪
n 电子经纬仪主要是采用了电子度盘，可以同时显示水平度盘和竖直度盘的读数值，通过按钮自动记录和数据传输。
n 全站仪的结构
全站仪也称全站型电子经纬仪。

在电子经纬仪的基础上，配反光棱镜，进行距离测量，能够便捷的完成角度、距离、高差的测量以及坐标的计算、输出和储存等工作。
其精度高，速度快、功能全，得到广泛的应用。
NTS-600全站仪能够完成悬高测量、偏心测量、对边测量、距离放样、面积计算等特殊测量，适应各种工程测量。
三、激光经纬仪
激光经纬仪主要用于各种施工测量中，在经纬仪上安装激光器，可以射出一条可见红色激光束。

作业：
P59 1、2、4、6、7、