第二章 角度测量(光学经纬仪)

第二章角度测量角度测量原理光学经纬仪经纬仪的检验与校正水平角观测竖直角观测水平角观测的误差2-1角度测量原理水平角观测原理•水平角用于确定点的平面位置（计算坐标）。竖直角观测原理•竖直角用于两点间高差计算、斜距改正成平距。1.水平角观测原理一.水平角观测原理水平角——过一点到两个目标的方向线垂直投影到水平面上所成的夹角。0°≦≦360°。aobAOB也可理解成是包含OA、OB视线的两个铅垂面之间的二面角。ba水平度盘=b-a2.垂直角观测原理2.竖直角观测原理天顶铅垂线水平线ACAZCZACB0°90°180°270°高度角——在同一竖直面内，目标方向与水平方向的夹角称为高度角。=0°90°，仰角为正，俯角为负；也叫垂直角。天顶距：目标方向与天顶方向（即铅垂线的反方向）的夹角称为天顶距。竖直角：高度角、天顶距都是竖直面内的角，通称竖直角。注：本书中的出现的术语“竖直角”若未作特殊说明，皆指高度角。2-2光学经纬仪经纬仪概述DJ6经纬仪的构造一.经纬仪的技术参数2.经纬仪的技术参数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表3-1一、经纬仪概述1.经纬仪分类二.光学经纬仪的构造二.DJ6经纬仪的构造基座、照准部、水平度盘、读数装置基座照准部基座水平度盘照准部1.基座1）脚螺旋用于整平仪器2）轴座连接螺旋（固定螺旋）1基座2.照准部1）.望远镜•①组成----见课本P18图2.3•②视准轴•③在用望远镜进行目标照准时，要注意正确的操作程序：Ⅰ.目镜调焦；Ⅱ.目标照准；Ⅲ.消除视差（视差定义、产生原因、消除方法）2）水准器3）光学对中器2.照准部望远镜十字丝水准器水准管（管水准器）•水准管零点•水准管轴•气泡居中•水准管分划值圆水准器•圆水准器零点•圆水准器轴•气泡居中•圆水准器分划值光学对中器当地面标志中心与光学对中器的靶心重合，则地面标志中心与经纬仪竖轴中心位于同一条铅垂线上。P20图2.9水平度盘•水平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；•水平度盘与照准部相互脱离；•改变度盘位置，要使用复测扳手或度盘变换手轮。读数显微镜竖直度盘（竖盘）3.度盘和读数系统0901802704.J6经纬仪的读数装置图3-5J6经纬仪度盘读数光路水平度盘垂直度盘读数光路J6光学经纬仪读数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。J6光学经纬仪读数两种读数测微装置：分微尺测微和平行玻璃板测微水平度盘读数：73°04′24″0173b).平行玻璃板测微平行玻璃板与测微尺由测微手轮控制。转动测微手轮，使度盘像移动，则移动量可在测微尺上读出。平行玻璃板最大调节范围为30分，测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(或某30分)的刻度线居中于双线读数指标，双指标线所夹刻度的度数(或30分)加上测微尺读数，即为该方向的读数。b).平行玻璃板测微——利用测微手轮，用指标线读数水平度盘读数：92°17′30″2-3经纬仪的检验与校正经纬仪的轴线及其应满足的条件经纬仪的检验和校正一、经纬仪的轴线及其应满足的条件1.经纬仪的主要轴线有：•1）仪器旋转轴（简称竖轴）VV1；•2）照准部水准管轴LL1；•3）圆水准器轴L´L1´；•4）望远镜的旋转轴（简称横轴）HH1；•5）视准轴CC1。2.经纬仪在水平角观测时应满足：1）竖轴必须竖直；2）水平度盘必须水平，其分划中心应与竖轴重合；3）望远镜上下转动时，视准轴形成的视准面必须是竖直平面。3.度盘偏心误差：度盘的分划中心O与照准部的旋转中心O′不重合引起的误差称为度盘偏心差。计算公式见课本P25综上所述，经纬仪必须满足下列几个条件：1．照准部水准管轴应垂直于竖轴，即LL1⊥VV1；2．视准轴应垂直于横轴，即CC1⊥HH1；3．横轴应垂直于竖轴，即HH1⊥VV1；安置仪器时，为了快速地整平仪器，往往用圆水准气泡居中来粗平仪器，因此又要求：4．圆水准轴平行于纵轴，即L’L’1∥VV1；观测水平角时，若用十字丝交点去瞄准目标不很方便，通常是用竖丝去瞄准目标，这又要求：5．十字丝竖丝垂直于横轴；6．在进行垂直角观测时，竖盘指标差应较小，应保证竖盘指标处于铅直位置；7．为保证光学对中器能正确地使仪器对中，光学对中器视准轴位置应正确。二、经纬仪的检验和校正（一）水准管轴应垂直于竖轴的检验和校正(LL1⊥VV1)1．检验2．校正3．检校原理（二）圆水准器的检验和校正（L’L’1∥VV1）1．检验：在照准部水准管轴检校完成的基础上，整平经纬仪，若圆水准器气泡不居中，则需校正。2．校正：如图2-19，用改正针拨动圆水准器下面的校正螺钉，使圆水准器气泡居中即可。（三）十字丝竖丝应垂直于横轴的检验和校正P1234(b)(a)十字丝固定螺丝十字丝校正螺丝1．检验方法2．校正方法（四)视准轴应垂直于横轴的检验和校正(CC1⊥HH1)视准轴未能真正垂直于横轴而致其偏离正确位置的小角值称为视准误差c。(盘左)H1OHCαCBHHAAA(盘右)11221．检验原理：2c＝盘左读数－(盘右读数土180°)2．校正方法：当|2c|≥±20″时需要校正。1）不含度盘偏心差时校正方法：计算盘左盘右瞄准同一目标的水平盘读数的盘右（或盘左）正确读数a=［a右+（a左±180°）］/22）含度盘偏心差时校正方法---正倒镜法（见下一张）含度盘偏心差时校正方法---正倒镜法（五）横轴应垂直于竖轴的检验(HH1⊥VV1)引起横轴不水平有两方面的原因：一为竖轴虽已竖直而横轴不垂直于竖轴；一为横轴虽已垂直竖轴，但竖轴本身不竖直。前者称为横轴误差，后者称为竖轴倾斜误差。用盘左、盘右观测同一个目标时，Δi数值相等而符号相反，取盘左、盘右观测值的平均值可抵消横轴误差的影响。1.横轴误差计算公式见课本P302）校正：由于光学经纬仪的横轴是密封的，一般能保证横轴与竖轴的垂直关系，测量人员只需进行检验，而校正一般由专门的仪器检修人员完成。1）检验（见课本P31顶）2．竖轴倾斜误差产生竖轴倾斜误差的原因是：水准管轴不垂直于竖轴，或安置仪器时水准管气泡未完全居中。处理方法：由于经纬仪安置后竖轴的倾斜方向一般不会改变，盘左、盘右观测也不会改变，所以用盘左、盘右观测的方法不能抵消竖轴倾斜误差对某一方向值的影响。因此，在观测前，要仔细地进行照准部水准管的检验和校正，观测目标的垂直角较大时，应使水准管的气泡严格居中，以减弱竖轴倾斜误差对水平方向值的影响。（六）光学对中器的检验和校正1.检验：两步2.校正：专业人员2-4水平角观测经纬仪的安置水平角观测与计算经纬仪的安置安置三脚架和仪器使用光学对中器对中用水准管精确整平仪器水平角观测安置三脚架和仪器(1)选择坚固地面放置脚架之三脚，架设脚架头至适当高度，以方便观测操作。(2)将垂球挂在三脚架的挂钩上，使脚架头尽量水平地移动脚架位置并让垂球粗略对准地面测量中心，然后将脚尖插入地面使其稳固。(3)检查脚架各固定螺丝固紧后，将仪器置于脚架头上并用中心联接螺旋联结固定。使用光学对中器对中(1)调整仪器三个脚螺旋使圆水准器气泡居中。通过对中器目镜观察，调整目镜调焦旋钮，使对中分划标记清晰。(2)调整对中器的调焦旋钮，直至地面测量标志中心清晰并与对中分划标记在同一成像平面内。(3)松开脚架中心螺丝（松至仪器能移动即可），通过光学对中器观察地面标志，小心地平移仪器（勿旋转），直到对中十字丝（或圆点）中心与地面标志中心重合。(4)再调整脚螺旋，使圆水准器的气泡居中。(5)再通过光学对中器，观察测量标志中心是否与对中器中心重合，否则重复（3）和（4）操作，直至重合为止。(6)确认仪器对中后，将中心螺丝旋紧固定好仪器。(7)对中完成后检查整平是否遭到破坏，否则应重复整个过程；直到对中整平都满足要求为止。用水准管精确整平仪器(1)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。(1)旋转仪器照准部让水准管与任意两个脚螺旋连线平行，调整这两个脚螺旋，使水准管气泡居中。调整两个脚螺旋时，旋转方向应相反（如图）。气泡居中，1、2等高123用水准管精确整平仪器(2)(2)将照准部转动90°，用另一脚螺旋使水准管气泡居中。(3)重复⑴和⑵，使水准管在该两个位置上气泡都居中。(4)在⑴的位置将照准部转动180°，如果气泡居中并且照准部转动至任何方向气泡都居中，则水准管安置正确且仪器已整平。一测回观测过程中，不得再调气泡。123气泡居中，3与1、2等高盘左/盘右观测“盘左”是指观测者对着望远镜时，竖盘在望远镜的左边；“盘右”指的是观测者对着望远镜目镜时，竖盘在望远镜的右边。取盘左和盘右读数的平均数作为观测值，可以有效地消除仪器相应的系统误差对成果的影响。因此，在进行水平和竖直角观测时，要在完成盘左观测之后，中转望远镜180°再完成盘右观测。进行水平角观测时，先盘左照准起始方向，并读数。望远镜目镜调整和目标照准目镜调整•(1)取下望远镜镜盖。•(2)将望远镜对准天空，通过望远镜观察，调整目镜旋钮，使分划板十字丝最清晰。目标照准•用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。瞄准尽量瞄准目标底部，减少由于目标不竖直引起的方向误差。照准目标的步骤(1)用粗瞄准器的准星对准目标。(2)调整望远镜调焦旋钮，直至看清目标。(3)旋紧水平与垂直制动旋钮，微调两微动旋钮，将十字丝中心精确照准目标，这时眼睛左右上下轻微移动观察，若目标与十字丝两影像间有相对移位现象，则应该再微调望远镜调焦旋钮，直至两影像清晰且相对静止时止。测回法观测水平角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。第1方向第2方向测站JKB观测程序•盘左：瞄准J，水平角读数置零，读取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。左=k左-j左右=k右-j右水平角观测记录起始方向第一个读数应调成0°（或180°/N，N为测回数）；分、秒数写足二位；改数时按有关规则。一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。水平角观测记录（测回法）第1方向第2方向测站JKB右KJ25424061800500741906B左JK00418742342741924741915测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角水平角观测记录大角表中盘右C读数小于A读数，不够减时，应加360后再减。精度要求：左-右±40“，在满足精度要求的前提下，取:=(左+右)/2第2方向ACB第1方向水平角观测记录（测回法）B左AC010302143342右CA3434121801118214231221422542142303测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角方向观测法方向观测法一个测站观测4个或4个以上方向时，采用方向观测法，也称“全圆测回法”。ABOCD方向观测法零方向一测回：盘左：A-B-C-D-A盘右：A-D-C-B-A测站测回数目标水平度盘读数2C〃平均读数·＇〃归零方向值·＇〃各测回平均归零方向值·＇〃盘左·＇〃盘右·‘〃O1A0024218002420（00238）002420000000000B6018422401830+12601836601558