工程测量--角度测量

第三章角度测量第三章角度测量•第一节角度测量原理•第二节经纬仪的构造•第三节经纬仪的使用•第四节水平角观测方法•第五节竖直角观测•第六节经纬仪的检验与校正•第七节水平角测量误差与注意事项•第八节电子经纬仪简介•角度测量包括水平角测量和竖直角测量。•水平角测量用于确定点的平面位置。•竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离。•常用仪器经纬仪、全站仪水平角：相交的两条直线在同一水平面上的投影所夹的角度;或者说二个相交竖直面的二面角。第一节角度测量原理一、水平角测量原理原理：CA投影在水平度盘上读数为a，CB投影在水平度盘上读数为b。则：ab角值范围：0˚~360˚ABCA1B1C1Oββab水平面二、竖直角测量原理竖直角：在同一竖直面内，仪器中心至目标的倾斜视线与水平视线所夹的锐角。角值范围：-90~+90°仰角：视线向上倾斜，为正值；俯角：视线向下倾斜，为负值。原理：=水平视线读数—竖直视线读数天顶距Z:地面点的天顶方向至目标方向的夹角。α1α2返回第二节经纬仪的构造经纬仪概述：按精度分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15等。D—大地测量J—经纬仪数字—测角精度（一测回方向观测中误差，单位为秒）按读数系统分为：游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪。按性能分为：方向经纬仪、复测经纬仪目前建筑测量中使用较多的是光学经纬仪，一般用DJ6，度要求较高时用DJ2。•一、光学经纬仪的构造DJ6光学经纬仪主要由基座、水平度盘、照准部三大部分组成。1、基座作用：用来支承照准部,并借助中心连接螺旋使经纬仪与脚架结合。由轴座、脚螺旋、连接板、轴座固定螺旋等组成。轴座螺旋扳手注意:经纬仪必须扭紧轴座连接螺旋一般应用不得松开。2、水平度盘注记：0˚~360˚；分划：20’、30’、1˚三种。注：①水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随望远镜转动；②水平度盘有度盘变换手轮，拨动手轮，可以把度盘读数变换到需要的读数上。•3、照准部•主要由望远镜、支架、竖直轴、水平轴、竖直制动微动螺旋、水平制动微动螺旋、读数设备、竖直度盘水准器和光学对点器等组成。•望远镜—用于瞄准目标•圆水准器—用于粗略整平仪器•管水准器—用于精确整平仪器•读数装置—用于读数•光学对点器—使水平度盘中心和测点•位于同一铅垂线上•竖直度盘——用于测量竖直角.•二、读数装置和读数方法读数装置：由反光镜1、进光窗2、照明棱镜5、14；转向棱镜3、9、11；透镜、读数显微镜组成用于读取度盘读数。（用于读取度盘读数。）读数显微镜放大水平度盘、竖直度盘及测微器的分划影像，能清晰地读取读数。•1、分微尺测微器及其读数方法（DJ6）在显微镜读数窗与场镜上设置一个带有分微尺的分划板，度盘上的分划线经放大后成像与分微尺全长等长。J6型光学经纬仪的度盘最小格值为1°读数窗上的分微尺：分微尺1°分划间长度=度盘1格(1°)分微尺1间隔分成60个小格，成像后度盘的最小隔值1正好与分微尺60格的全长相等。•水平度盘（H或－）读数：215°07.8′(215°07′48″)，•竖直度盘（V或⊥）读数：78°48.6′(78°48′36″)。•分微尺的最小读数为1，可估度到0.1格值为0.1=6。•度盘刻划线落在分微尺上为度读数，同时也是分值的读数指标线；•计算以上二数之和为读数窗的读数()。分微尺读数法2、对径分划线测微器及其读数方法（DJ2）读数显微镜中的影像，上部读数窗中数字为度数，突出小方框中所注数字为整10′数，左下方为测微尺读数窗，右下方为对径线重合窗，此时对径分划不重合，不能读数。J2光学经纬仪外形第三节经纬仪的使用•经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准和读数四项基本操作。一、经纬仪的安置对中、整平的目的：•①使测点中心与仪器竖轴中心在同一铅垂线上——对中；•②使水平度盘处于水平位置——整平。•方法：分垂球对中和光学对点器对中两种，由于垂球对中(3mm)精度较低，且使用不便，•工程测量中:一般采用光学对点器对中(1mm)。光学对中器的使用:旋转镜筒：目镜调焦，看清对中器分划线；拉伸镜筒：物镜调焦，看清地面测站点标志；地面点光学对中器光学对中器：为一小型外调焦望远镜，当照准部水平时，对中器的视线经棱镜折射后的一段成垂直方向，且与竖轴中心重合。光学对中:（对中误差一般不大于1mm）光学对中器分划板圆心与测站点标志中心重合整平：使水平度盘水平、竖轴竖直。粗略整平：升降三脚架架腿使圆水准器气泡居中。平行垂直精确整平：先平行，后垂直•转动照准部使管水准轴与两脚螺旋的连线方向平行，以相反的方向转动两脚螺旋使管水准器气泡居中；•转动照准部90°，使水准管与原来的方向垂直，转动第三脚螺旋使管水准器气泡居中。•注∶水准器气泡移动的方向与左手大拇指转动的切线方向一致。步骤：•①安置仪器：高度适中，基座大致水平，使测点在视场内；•②粗略对中：移动三脚架其中两条腿，使光学对点器中心与测点重合；•③粗略整平：伸缩三脚架腿，使圆水准气泡居中；•④精确整平：调节脚螺旋，使长水准气泡居中，先平行后垂直；•⑤精确对中：移动基座，精确对中（只能前后、左右移动，不能旋转）；•⑥重复④、⑤两步，直到完全对中、整平。目的：视准轴对准观测目标的中心。方法：①调节目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；②利用粗瞄器，粗略瞄准目标，固定制动螺旋；③调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰，注意消除视差；④调节制动、微动螺旋，精确瞄准目标。二、瞄准测水平角用竖丝双丝夹粗目标或竖丝单丝平分目标测竖直角用横单丝切目标顶部•三、读数①打开反光镜，使读数窗光线均匀；②调焦使读数窗分划清晰（注意消除视差）；③按不同的测微器直接读取水平、竖直度盘读数（度、分、秒，秒为估读且为6的倍数）。•水平角：215˚06＇48•竖直角：78˚52＇00第四节水平角观测方法•主要有测回法与方向观测法•一、测回法（只有两个方向）1、操作步骤①安置仪器于O点，对中整平；②盘左（正镜）瞄准A点，度盘归零；③顺时针转动仪器，瞄准B点读数；④盘右（倒镜），瞄准B点读数；⑤逆时针转动仪器，瞄准A点读数。盘右盘左OAB2、记录与计算（见表3-1)①盘左（正镜）观测瞄A，记录A左=01200″瞄B，记录B左=914500″上半测回的角值：β左=B左-A左=913300″②盘右（倒镜）观测瞄B，记录B右=2714500″瞄A，记录A右=1801130″下半测回角值：β右=B右-A右=913330OAB测站目标竖盘位置水平度盘读数半测回角值一测回角值平均角值备注°′″°′″°′″°′″OA左01200（1左）913315（β）多测回B914500（3左）右1801130（1右）913330（β右）B2714500（3右）OAB913300（β左）表3–1测回法观测记录表测站目标水平度盘读数半测回角值一测回角值平均角值备注°′″°′″°′″°′″A竖盘位置测站˚＇第一测回O第二测回O左左右右ABABABAB0003668424868421268420918000242484230684206684215901012158523027010183385242684218684224684221测回法观测手簿表3-J1OAB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˚＇˚＇˚＇④一测回角值：5133912右左对于DJ6经纬仪，上下半测回角度之差应满足：否则，应重测。当测角精度要求较高时，需观测多个测回：例表3-J1①第一测回瞄准第一个方向,度盘盘左归零（00036）;②其他各测回间瞄准第一个方向,盘左按180˚/n(n为测回数)变换度盘;(表3-J1,第2测回:180˚/n=180˚/2=90˚（90˚1012）)③各测回角值之差不得超过40；④取各测回平均值作为最后结果。04右左③检核表3-1返回第五节竖直角观测•一、竖直度盘的构造分类：据竖盘读数指标装置不同1）带有竖盘指标水准管装置；2）带有竖盘指标自动补偿装置。•组成：主要由竖直度盘、竖盘读数指标、竖盘指标水准管、竖盘读数指标水准管微动螺旋组成，•使用：照准部水准管气泡居中,竖盘指标水准管气泡居中，竖盘指标读数正确。•目前很多仪器用自动补偿器代替了水准管。•使用：照准部水准管气泡居中,打开自动补偿器，竖盘指标读数正确。•竖盘注记：根据度盘的刻划顺序不同，分为顺时针注记和逆时针注记两种。顺时针注记逆时针注记当望远镜视线水平，照准部水准管气泡居中,竖盘指标水准管气泡居中，读数指标是固定值（一般为:90°、270°）•2、竖直角计算公式α左=90°－L；α右=R－270°；竖直角的计算公式，因竖盘注记方式的不同而异,首先看一下视线水平时的竖盘读数，然后望远镜上仰看竖盘读数变化：（1）读数增大时,竖直角=瞄准目标时读数－视线水平时读数；（2）读数减小时,竖直角=视线水平时读数－瞄准目标时读数；若盘左属第(1)种情况,则盘右必属第(2)情况；反之亦然。顺时针注记竖盘视线水平时竖盘读数为90°，望远镜上仰时读数减少。LααR一测回竖直角：α=（αL+αR）/2=（R－L－180°）/2盘左:αL=90°－L盘右:αR=R－270°（L、R分别为盘左、盘右竖盘读数）一测回竖直角：α=（αL+αR）/2=（L－R+180°）/2（L、R分别为盘左、盘右竖盘读数）逆时针注记竖盘视线水平时竖盘读数为90°，望远镜上仰时读数增大。盘左:αL=L－90°盘右:αR=270°－R•三、竖盘指标差竖盘指标差：竖盘指标水准管气泡居中，望远镜视线水平时，竖盘读数与理论读数的差值x，（或自动归零装置存在误差）称为～。盘左位置如图：望远镜上仰，读数减小，竖盘读数为L。则正确的竖直角为：盘左：α＝90－L+x＝αL＋x（3-7）（无指标差：盘左：αL=90°－L（3-2））指标差的计算公式：盘右位置如图：望远镜上仰，读数增大，竖盘读数为R。则正确的竖直角为：盘右：α＝R－270－x=αR－x（3-7）无指标差：盘右：αR=R－270°（3-3）三、竖盘指标差两式联立得：）（）（1802121LRRL）（）（3602121LRLR通过盘左、盘右竖直角取平均值，可以消除指标差的影响对于DJ6经纬仪，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，不应超过25”（按现行规范）。α＝R－270－x=αR－xα＝90－L+x＝αL＋x三、竖盘指标差•四、竖直角观测方法在测站上安置仪器，对中整平。盘左位置：1)瞄准目标：用望远镜微动螺旋使望远镜十字丝中丝的单丝精确切准目标；2)使指标水准管气泡居中：转动竖盘指标水准管微动螺旋，使~.3)读取竖直度盘盘左读数，并记入记录表格3-2。盘右位置：纵转望远镜，以盘右位置1)瞄准目标：同样精确切准目标同一位置2)使指标水准管气泡居中；3)读取竖直度盘盘右读数；并记入记录表格3-2。盘左、盘右构成一测回竖直角观测。测站目标竖盘位置竖盘读数半测回竖直角指标差一测回竖直角˚＇备注OAN左右左右˚＇˚＇811842278413012403302355654+6+12+84124-340318+84118+84130-340330-340306竖直角观测手簿盘左：αL=90°－L盘右：αR=R－270°一测回：α=（αL+αR）/2）（）（3602121LRLR指标差：返回表3-2第六节经纬仪的检验与校正主要轴线：竖轴VV、水准管轴LL、横轴HH、视准轴CC应满足的几何关系：LLVVCCHHHHVV望远镜十字丝竖丝垂直于横轴光学对点器的视准轴与竖轴重合一、经纬仪应满足的几何条件第七节水平角测量误差与注意事项水平角观测误差的来源：仪器误差、观测误差、外界条件的影响。一、仪器误差仪器经校正后残余误差总会存在.主要仪器误差有以下几项：•视准轴误差：由视准轴不垂直于横轴引起，仪器整平后望远镜绕横轴转动，视准轴扫出的是一锥面，而非竖直平面。消除影响：一测回，盘左、盘右观测取平均值。