第7章经纬仪及水平角观测.

2019年12月19日星期四测绘学概论第7章经纬仪及水平角观测2019年12月19日星期四§7.1角度观测的概念一、水平角ab水平角定义1.为地面上O点至A和B两目标方向线在水平面P上投影的夹角β，称为水平角。(两方向值逆时针相减)2.地面上一点到两目标的方向线间所夹的水平角，就是过这两方向线所作两竖直面间的二面角。bc2019年12月19日星期四二、竖直角测量原理竖直面内目标方向与水平方向的夹角称为竖直角。目标方向在水平方向之上称为仰角。目标方向与水平方向之下称为俯角。2019年12月19日星期四§7.2光学经纬仪概述经纬仪的种类1.按构造原理和读数系统分为:游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪2.按精度高低分为：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ603.一般工程测量最常用:DJ6级光学经纬仪2019年12月19日星期四经纬仪的精度系列及用途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2019年12月19日星期四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2019年12月19日星期四2019年12月19日星期四一、DJ6光学经纬仪的一般构造1.主要部件及作用(1)基座用于支承仪器,连接三脚架,悬挂垂球或光学对中,利用三个脚螺旋可整平仪器。(2)水平度盘0~360度顺时针刻划，最小分划值为1度(或0.5度)(3)照准部2019年12月19日星期四3.2.1DJ6光学经纬仪1.DJ6光学经纬仪外观图2.ＤJ6光学经纬仪外观图ＤJ6光学经纬仪2019年12月19日星期四3.DJ6经纬仪光路图竖直度盘水平度盘2019年12月19日星期四1.分微尺测微——利用度盘刻度线，在分微尺上读数。二、读数设备DJ6光学经纬仪读数方法两种读数测微装置：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1801732019年12月19日星期四2019年12月19日星期四2019年12月19日星期四平板玻璃测微器读数法。2019年12月19日星期四平板玻璃测微器读数法。竖直读数：92˚17＇30″水平读数：转动测微轮重合读数度盘刻划到0.5度，测微尺刻划到20秒，估读1/4格，秒位为5的倍数整个读数=度盘读数+测微尺读数2019年12月19日星期四2019年12月19日星期四1．几种常用电子经纬仪图5—15是日本索佳公司生产的DT5型电子经纬仪，图5—16是南方测绘仪器公司生产的ET-02型电子经纬仪。ET型DT5型2019年12月19日星期四•DT210/DT510/DT510A电子经纬仪精度：±2″/5″/5″,放大倍率：30×。可选配加载LSE1视准激光发射器，RS-232C串口补偿器：双轴补偿，工作范围±3′使用2节标配LR14/C碱性电池，可连续测量75小时。2019年12月19日星期四2019年12月19日星期四2019年12月19日星期四一、编码度盘测角系统如图所示为一个纯二进制编码度盘。•设度盘的整个圆周被均匀地分为16个区间（s）,从里到外有四道环(称为码道n)，•图示被称为四码道度盘。每个区间中的码道白色部分为透光区(或为导电区)，黑色部分为不透光区(或为非导电区);•设透光(或导电)为0，不透光(或不导电)为1，则各区间的状态见表5—1，依据两区间的不同状态，便可测出该两区间的夹角。2019年12月19日星期四识别望远镜照准方向落在哪个区间是编码度盘测角的关键电子测角是用光传感器来识别和获取度盘位置信息。（在图5-18中）度盘上部为发光二极管，它们位于度盘半径方向的一条直线上，度盘下面的相对位置上是光电二极管。对于码道的透光区，发光二极管的光信号能够通过，而使光电二极管接收到这个信号，使输出为0。对于码道的不透光区，光电二极管接收不到这个信号，则输出为1。下图中的输出状态为100l。5-182019年12月19日星期四这种编码度盘所得到的角度分辨率与区间数s(16)有关，而区间数s又取决于码道数n(4)，它们之间的关系为区间数:s=2n；角度分辨率:＝360/s(5—2)则图5—17这样的编码度盘的角分辨率为22.5。显然，为了提高编码度盘的角分辨率，必须增加码道数n。•因受光电器件尺寸的限制，靠增加码道数来提高度盘的角度分辨率是很困难的。•故直接利用编码度盘不容易达到较高的测角精度。2019年12月19日星期四3．光栅度盘测角系统•光栅度盘：在光学玻璃度盘的径向上均匀地刻制明暗相间的等角距细线条构成,条纹与间隙的宽度均为a。•莫尔条纹：将密度相同的两块光栅重叠，并使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度，这时便会出现如图5—19(a)所示的明暗相同的条纹，称为~。•两光栅之间的夹角越小，条纹越粗，相邻明条纹(或暗条纹)之间的间隔越大。条纹亮度按正弦周期性变化。2019年12月19日星期四•设d是光栅度盘相对于固定光栅的移动量，•两光栅间夹角为，•莫尔条纹在径向的移动量w为:w=dcot由上式可见，只要两光栅之间的夹角较小，很小的光栅移动量就会产生很大的条纹移动量。1)测角原理2019年12月19日星期四2、工作原理：在图5—19(a)中，•光栅度盘下面是一个发光（二极）管，上面是一个可与光栅度盘形成莫尔条纹的指示光栅，指示光栅上面为光电管（光敏二极管）。•若发光管、指示光栅和光电管的位置固定，当光栅度盘随照准部转动时，由发光管发出的光信号通过莫尔条纹落到光电管上。•度盘每转动一条光栅，莫尔条纹就移动一周期。通过莫尔条纹的光信号强度也变化一周期，所以光电管输出的电流变化一周期。•在照准目标的过程中，仪器接收元件可累计出条纹的移动量，从而测出光栅的移动量经转换最后得到角度值。•因为光栅度盘上没有绝对度数，只是累计移动光栅的条数计数，故称为增量式光栅度盘。2019年12月19日星期四7-5经纬仪的安置包括对中、整平两项工作1.对中对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一个铅垂线上。有垂球对中和光学对中两种方法。对中精度：垂球对中3mm，光学对中1mm2.整平整平的目的是使仪器竖轴处于铅直位置和水平度盘处于水平位置。2019年12月19日星期四BCA1.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。经纬仪安置对中、整平、2019年12月19日星期四（视频）1．对中注意事项1）垂球尖距点位标志3mm左右；2）要从相互垂直的两方向去检查是否对中。2．整平注意事项要求架头要大致水平，否则会产生较大对中误差。设垂球线挂钩到基座底板的距离为100mm，若架头倾斜6°，则中心螺旋也倾斜6°，这时垂球线与通过仪器旋转中心的垂线偏差为：Δ=100*6°/ρ°=10mm2019年12月19日星期四1）打开三脚架，使脚架架头大致水平并在地面点上方装上经纬仪；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。光学对中步骤：对准、粗平、整平、对中2019年12月19日星期四123气泡居中，3与1、2等高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(视频)2019年12月19日星期四为什么伸缩三脚架腿，对中偏离会很小呢？d=DO-DF’=DO(1-cosδ)=0.4（1-cos10°）=6㎜d2019年12月19日星期四操作步骤：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，减少目标不垂直引起的方向误差。瞄准—用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。2019年12月19日星期四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”。7-6水平角观测方法JKB测回法第1方向第2方向测站ABCDE方向观测法2019年12月19日星期四1．测回法的观测方法设O为测站点，A、B为观测目标，用测回法观测OA与OB两方向之间的水平角β。ABO（1）在测站点O安置经纬仪，在A、B两点竖立测杆或测钎等，作为目标标志。2019年12月19日星期四ABO（2）盘左位置瞄准左目标A，读取水平度盘读数aL。瞄准右目标B，读取水平度盘读数bL。盘左位置的水平角角值（也称上半测回角值）βL为：上半测回LLLab24030300279　061779　24030300279。。。2019年12月19日星期四ABO*（3）盘右位置瞄准右目标B，读取水平度盘读数bR。4820259瞄准左目标A，读取水平度盘读数aR。3603180下半测回盘右位置的水平角角值（也称下半测回角值）βR为：RRRab36031804820259121779**2019年12月19日星期四一、测回法1、适用：2个方向的单角（∠AOB）2、步骤（1）盘左瞄准左目标A，配度盘至00左右略大于00，读取a1。（2）顺时针旋转瞄准右目标B，读取b1。则上半测回角值:β1=b1-a11测站ABOa1b12019年12月19日星期四（3）倒镜成盘右，瞄准右目标B，读取b2。（4）逆时针旋转瞄准左目标A，读取a2。则下半测回角值:β2=b2-a22测站ABOa2b2（5）计算角值β=（β1+β2）/23。配置度盘为了检核和提高精度，有时要测几个测回。第一测回盘左时把度盘配置在0°附近且略大于0°，后面各测回是将度盘配置为180°/n(n为测回数)，这一工作称为配置度盘。2019年12月19日星期四4．限差规定1）半测回间角值（方向值）之差（≤35″）；2）各测回间角值（方向值）之差（≤25″）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。(视频)2019年12月19日星期四5、测回法记录格式25920481800336791712右ABO左AB000324792030791706791709ABO测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角值一测回角值示意图两个测回的两种记录、计算格式2019年12月19日星期四测站˚＇竖盘目标水平度盘读数半测回角值一测回角值各测回角值备注˚＇˚＇˚＇第一测回O第二测回O左左右右ABABABAB0032479203079170679170918003362592048791712791712900218169193627002123491924791718791712791715测回法观测手簿表7.22019年12月19日星期四觇点读数半测回方向一测回平均方向各测回平均方向附注盘左盘右123456789第一测回°′″°′″°′″°′″°′″A003241800336000000000000000B792030259204879170679170979171212第二测回A90021827002120000000000B169193634919247