工程测量ppt第三章角度测量

3.1角度测量的概念•角度测量是测量的三项基本工作之一，常用的测角仪器是经纬仪，用它可以测量水平角和竖直角。水平角测量用于确定地面点的平面位置，竖直角测量用于确定两点间的高差或将倾斜距离转换成水平距离。水平角是指地面上一点到两个目标点的方向线垂直投影到水平面上的夹角，或者是过两条方向线的竖直面所夹的两面角。如图3-1所示。在过A点的铅垂线上，水平地安置一个有刻度的圆盘(称为水平度盘)，度盘中心在o点，过AB、AC竖直面与水平度盘交线为on、om，在水平度盘上读数为n、m。则∠nom为所测得的水平角。一般水平度盘是顺时针刻划，则：∠nom=m-n=β水平角和竖直角的测量原理竖直角是指在同一竖直面内，某一方向线与水平线的夹角。测量上又称为倾斜角或竖角，用α表示。竖角有仰角和俯角之分。夹角在水平线之上为“正”，称为仰角；在水平线之下为“负”，称为“俯角”。若在竖直面内，竖直方向与某一方向线的夹角，称为“天顶距”用Z表示。天顶距与竖直角的关系为：α=90°-Z(3-2)竖直度盘视线水平时，竖盘读数为固定值90°或270°。在竖直角测量时，只需读目标点一个方向值，便可算得竖直角。水平角和竖直角的测量原理根据以上分析，经纬仪须有一刻度盘和在刻度盘上读数的指标。观测水平角时，刻度盘中心应安放在过测站点的铅垂线上，并能使之水平。为了瞄准不同方向，经纬仪的望远镜应能沿水平方向转动，也能高低俯仰。当望远镜高低俯仰时，其视准轴应划出一竖直面，这样才能使得在同一竖直面内高低不同的目标有相同的水平度盘读数。水平角和竖直角的测量原理经纬仪的类型经纬仪的种类繁多，如按读数系统区分，可以分成光学、游标和电子经纬仪等。现在使用的大多是光学经纬仪，它较之游标经纬仪有精度高、体积小、重量轻、密封性能良好等优点。电子经纬仪将在本章最后一节作简要介绍。我国对经纬仪编制了系列标准，分别为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15及DJ60等级别。其中07、1、2、6、15等数字，表示该仪器所能达到的精度指标。如DJ07和DJ6分别表示水平方向测量一测回的方向中误差不超过±0.7″和±6″的大地测量经纬仪。DJ6光学经纬仪3.2.1DJ6光学经纬仪的构造经纬仪一般由基座、水平度盘、照准部三部组成。从测角原理可知，经纬仪有以下四个轴线(见图3-20)，即水准管轴(LL)，竖轴(VV)，望远镜视准轴(CC)，横轴(HH)。此外望远镜还有十字丝。这些轴系应满足以下条件：⑴LLVV⑵CCHH⑶HHVV⑷十字丝垂直于横丝光学经纬仪的读数方法1.DJ6光学经纬仪的读数方法图3.5水平垂直021363178021364562177645分微尺测微器的读数方法134°53′.187°58′.1经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准、读数四个步骤⑴对中——对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一铅垂线上。对中可用垂球或光学对点器对中。垂球对中精度一般在3mm之内，光学对点器对中可达1mm。⑵整平——整平的目的是使仪器竖轴在铅直位置，而水平度盘在水平位置。图3-12。经纬仪的使用⑶瞄准——瞄准方法同水准仪操作，只是测量水平角时应使十字丝纵丝平分或夹准目标，并尽量对准目标底部。图3-13。⑷读数——读数时要先调节反光镜，使读数窗明亮，旋转显微镜调焦螺旋，使刻划数字清晰，然后读数。测竖直角时注意调节竖盘水准气泡微动螺旋，使气泡居中后再读数。经纬仪的使用水平角测量有测回法和方向观测法两种⑴测回法——常用于测量两个方向之间的单角。图3-14。①盘左(正镜)、βL=bL-aL、上半测回(A→B)②盘右(倒镜)、βR=bR-aR、下半测回(B→A)③上、下半测回合称一测回，计算一测回平均角值。水平角测量2RL水平角测量有测回法和方向观测法两种⑴测回法——常用于测量两个方向之间的单角。图3-14。测回法用盘左、盘右观测，可以消除仪器某些系统误差对测角的影响，校核观测结果和提高观测成果精度。同一测回中，上、下半测回角值之差和各测回间角值之差均不应超过相应细则、规范所规定之容许值(±40″)。否则应重测，如各较差合乎要求，则分别取平均值。当测角精度要求较高时，往往要观测几个测回，为也减少度盘分划误差的影响，各测回间应根据测回数n，按180°/n变换水平度盘位置。水平角测量水平角测量（测回法）测站目标竖盘位置水平度盘读数半测回角值一测回角值备注OA左BA右B0024881342481313618002302613354813124813130⑵方向观测法——当一个测站上需要测量的方向数多于两个时，应采用方向观测法。当方向数多于三个时，每半个测回都从一个选定的起始方向(称为零方向)开始观测，在依次观测所需的各个目标之后，再观测起始方向，称为归零。此法也称为全圆方向法或全圆测回法。上半测回、下半测回、几个测回。如要提高观测精度，须观测多个测回。各测回仍按180°/n的角度间隔变换水平度盘的起始位置。半测回归零差，对于DJ6经纬仪，归零差不应超过±18″，否则应重新观测。⑵方向观测法方向观测法成果计算①计算两倍照准差(2c)值2c=盘左读数-(盘右读数±180°)(3-4)对于DJ2经纬仪，当竖直角小于3°时，2c不应超过±18″，DJ6没有限差要求。②计算各方向的平均读数平均读数=1/2{盘左读数+(盘右读数±180°)}(3-5)计算的结果称为方向值。起始方向有两个平均值，应将此两数再次平均，作为起始方向的方向值，并括以括号。⑵方向观测法③计算归零后的方向值将各方向的平均读数减去起始方向的平均读数(括号内)，即得各方向的归零方向值。同一方向值各测回互差不超过±24″。起始方向的归零值为零。④计算各测回归零后方向值的平均值取各测回同一方向归零后的方向值的平均值作该方向的最后结果。在取平均值之前，应计算同一方向归零后的方向值各测回之间的差数有无超限，如果超限，则应重测。⑤计算各目标间水平角值将相邻两方向值减即可求得。全圆方向观测法测水平角读数测站测回目标盘左盘右2C=左-右(平均)方向值归零方向值各测回平均方向值水平角值A0°02′00″180°02′10″-10″(0°02′06″)0°02′05″0°00′00″B52°33′40″232°33′40″052°33′40″52°31′34″C91°21′20″271°21′30″-10″91°21′25″91°19′19″D138°42′30″318°42′50″-20″138°42′40″138°42′40″31A0°02′00″180°02′12″-12″0°02′06″180°02′12″A90°01′20″270°01′30″-10″(90°1′15″)90°01′15″0°00′00″0°00′00″B142°33′00″322°33′00″0142°33′00″52°31′45″52°31′40″C181°20′40″01°20′50″-10″181°20′45″91°19′30″91°19′24″D228°42′00″48°42′10″-10″228°42′05″138°40′50″138°40′42″32A90°01′10″270°01′20″-10″90°01′20″0°00′00″52°31′40″38°48′44″47°21′18″各方向平均读数-括号内数2c=盘左读数-(盘右读数±180°)平均读数=1/2{盘左读数+(盘右读数±180°)}竖直角的观测1.竖盘的构造2.竖直角的计算3.竖直角的观测经纬仪竖盘包括竖直度盘、竖盘指标水准管、竖盘指标水准管微动螺旋和竖盘读数指标。竖盘竖盘指标水准管1竖直度盘的构造竖盘指标水准管微动螺旋竖盘读数指标竖直度盘固定安装在横轴的一端，其中心与横轴中心一致，望远镜在竖直面内转动时，竖盘跟随望远镜一起转动，而读数指标则是不动的。竖盘读数指标与竖盘水准管连接在一起，当指标水准管气泡居中时，指标便处于正确的位置。1、竖直度盘的构造2、竖直角的计算（掌握）竖盘是由光学玻璃制成，刻划的注记有顺时针方向与逆时针方向两种。不同刻划的经纬仪其竖直角公式不同。始读数：望远镜视线水平时的读数读数：望远镜视线倾斜时的读数αL=始读数-读数αR=读数-始读数度盘顺时针方向盘左位置盘右位置018001800180180018001800度盘逆时针方向αL=读数-始读数αR=始读数-读数盘左位置盘右位置2、竖直角的计算（掌握）•当望远镜抬高，竖盘读数增加时，竖直角为：•α=读数-始读数•当望远镜抬高，竖盘读数减小时，竖直角为：•反之，α=始读数-读数•α的值为正，竖直角为仰角；•值为负，竖直角为俯角(1)仪器安置在测站点上，对中、整平。盘左位置瞄准目标点，使十字丝中横丝精确瞄准目标顶端。竖直角的观测（掌握）在竖直角观测之前，将望远镜由水平方向逐渐向上仰起，观察读数的增减，据此确定竖盘的起始读数及竖直角的计算公式，然后按下面步骤观测。对中的目的是什么？•(2)调节竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读数为L。•(3)用盘右位置再瞄准目标点，调节竖盘指标水准管，使气泡居中，读数为R。αL=90°-LαR=R-270°(4)完成一测回，由读数计算出盘左竖直角αL和盘右竖直角αR，取其平均值作为最后结果。一测回角值为：α=1/2(αL+αR)如果精度要求较高，可测若干测回取平均值作为观测成果竖直角观测测站目标竖盘位置竖盘读数°′″半测回角值°′″一测回角值°′″备注OM左右ON左右854324＋416362741606＋41606＋416212653836－42124942112－42112－42118竖直角观测手簿MNO水平线思考题•1、何谓竖直角？在同一竖直面内瞄准不同高度的点在竖直度盘上的读数是否一样？为什么?•2、设已测得从经纬仪到铁塔中心的水平距离为42.45m，对塔顶的仰角为+22°51′，对塔底中心的俯角为-1°49′，试计算铁塔的高度H。经纬仪有以下几何轴线:水准管轴(LL)竖轴(VV)望远镜视准轴(CC)横轴(HH)经纬仪的检验和校正经纬仪的检验和校正几何轴线必须满足下列条件：（1）LL⊥VV（2）竖丝⊥HH（3）CC⊥HH（4）HH⊥VV其它：（5）竖盘指标差必须处于正确位置（6）光学对中器应与仪器竖轴重合检验目的是使仪器满足照准部水准管垂直仪器竖轴的几何条件。使仪器整平后，保证竖轴铅直，水平度盘保持水平（1）水准管轴垂直于竖轴（LL⊥VV）（重点）（1）水准管轴垂直于竖轴（LL⊥VV）（重点）检验方法：A使水准管平行于任一对脚螺旋,并使其气泡居中B将照准部旋转180°，若气泡仍然居中，则说明满足条件。若气泡偏离量超过一格，应进行校正。校正:可用校正针调整水准管校正螺丝，使气泡退回偏移量的一半，再调整脚螺旋使水准管气泡居中（1）水准管轴垂直于竖轴（LL⊥VV）（重点）检验目的:是使竖丝铅直，保证精确瞄准目标。校正:其校正方法如同水准仪校正。（2）十字丝竖丝垂直于横轴（竖丝⊥HH）水准仪十字丝如何检验？如何校正？检验方法:用十字丝中点瞄准一个目标点P，锁紧望远镜制动螺旋。慢慢转动望远镜微动螺旋，使望远镜上、下移动。如P点沿竖丝移动，则满足条件，否则需校正。检验目的:当横轴水平时，望远镜绕横轴旋转，其视准面应是与横轴正交的铅垂面。若视准轴与横轴不垂直，用该仪器测量同一铅垂面内不同高度目标时，所测水平度盘读数不一样，产生测角误差。（3）视准轴垂直于横轴（CC⊥HH）两式相加两式相减))180((21右左aaa)180((21右右）aaccaa左caa右180视准差盘左正确读数盘左盘右检验方法:整平仪器后，选一与仪器大致同高的目标,先用盘左瞄准该点，读得一个读数a左，再用盘右瞄准该点，得到一个读数a右，如果两次读数相差180度则条件满足，否则需要校正。（3）视准轴垂直于横轴（CC⊥HH）校正方法:计算正确的读数a（如在盘右位置，则为a+180）。转动照准部微动螺旋，使水平度盘读数为a，此时，取下十字丝护板盖，用改动针拨动十字丝环的左右两校正螺丝，移动十字丝环，