03角度测量

第一节角度测量的原理第二节经纬仪的原理和构造第三节水平角观测方法第四节竖直角的观测方法第五节经纬仪的检验与校正第六节水平角观测的误差分析第七节电子经纬仪简介第三章角度测量本章要点1、水平角和竖直角的概念2、经纬仪的构造及使用3、水平角和竖直角的测量方法及有关计算（难点）4、经纬仪应满足的几何条件§3-1水平角的测量原理一、角度的概念测量中使用的角度分为水平角和竖直角。l水平角地面上某点到两目标方向在水平面上垂直投影的夹角。或由地面上一点发出的两方向线所在竖直平面间的二面角。其角值范围为“0°～360°”l竖直角同一铅垂面内，某方向线的视线与水平线的夹角。其角值范围为“0°～90°”。仰角为正，俯角为负。二、水平角的测量原理•水平角测量原理：由图3-1可见若在A点的铅垂线上任一点O，设置一按顺时针方向增加从0°～360°分划的水平刻度圆盘，使刻度盘圆心正好位于过A点的铅垂线上。设A点到B、C目标方向线在水平刻度盘上的投影读数分别为b和c，则水平角：β=c–b，即：水平角=右目标读数读数–左目标读数读数。当β0°时，加上360°图3-1§3-2经纬仪的原理与构造一、经纬仪的分类l按读数分：光学经纬仪和电子经纬仪。l按精度分：DJ1、DJ2、DJ6等几种型号，“D”和“J”分别为“大地测量”和“经纬仪”两词汉语拼音的首字母，“2”、“6”表示该仪器所能达到的精度指标。如DJ6表示一测回方向值的中误差为±6。DJ6级光学经纬仪二、光学经纬仪的基本构造DJ6级光学经纬仪构造三个功能部分（一）对中整平装置l作用：将度盘中心安置在所测角顶的铅垂线上，并使水平度盘水平，仪器各轴线处于正确位置。l主要包括：基座、垂球或光学对中器、脚螺旋、水准器。1.对中装置对中的目的：使仪器中心位于测站点的铅垂线上。用垂球或光学对中器使仪器竖轴轴线与测站点的铅垂线重合。垂球对中：垂球悬挂于中心连结螺旋上，当垂球尖对准测站点标志时说明两者重合。光学对中器l光学对中器有的装在照准部上，有的装在基座上。l它是一个小型外调焦望远镜（原理见图3-3）。图3-3l当照准部水准管气泡居中时，对中器的视线经棱镜折射后的一段成铅垂方向，且应与竖轴中心线重合，当地面标志中心与光学对中器分化板十字中心重合时，说明仪器中心（水平度盘中心）已位于测站点的铅垂线上。光学垂线图3-3光学对中原理2.整平装置——水准器l整平目的:使水平度盘水平，仪器竖轴竖直.l整平装置：w圆水准器:位于基座，用于粗平；通过升降两个三脚架腿使圆水准气泡居中。w管水准器:位于照准部，用于精平。用脚螺旋升降基座以使气泡居中。（二）照准装置包括望远镜、支架、转动控制装置见图3-2。l望远镜用以照准目标。与水准仪的区别在于：w经纬仪的调焦筒代替了水准仪的调焦螺旋；w十字丝分化板有单、双丝，以适应瞄准不同形式的地面目标，如图3-9所示；•望远镜的结构：物镜、凹透镜、十字丝板和目镜•操作部件：望远对光螺旋、目镜调焦轮•望远镜的成象过程：•(1)物镜前的物象A经物镜成为缩小的倒立实象，并经凹透镜的调焦作用落在十字丝板的焦面上。•(2)目镜将倒实象和十字丝象一起放大成虚象B。(1)转动目镜调焦轮，眼睛看清楚十字丝象；(2)转动望远对光螺旋，眼睛看清楚物象A。(3)消除视差。视差，即移动眼睛可发现十字丝象与虚象B的相对变动现象。视差的存在表明物象A可能没有落在十字丝板焦面上。操作人员正确重复(1)(2)对光动作可消除视差。•对光w为了照准不同高度的目标点，望远镜既可以随照准部在水平面内转动，也可以在竖直面内自由旋转。l经纬仪的四条主要轴线:仪器视准轴（或称视线）、竖轴、水准管轴、横轴(望远镜在竖直面内的旋转轴)l转动控制装置（用于瞄准）两套制微动螺旋①照准部水平转动的制动和微动螺旋；②望远镜竖直面内转动的制动和微动螺旋。图3-9（三）读数装置l作用：在照准某方向时读取水平度盘和竖直度盘的读数。l组成：包括水平度盘、水平度盘配盘装置、竖直度盘、光路系统、读数显微镜、测微器。水平度盘配盘装置w水平度盘变换手轮转动手轮即拨动了水平度盘w复测扳手板上：水平度盘与照准部分离，照准部转动度盘不动；板下：水平度盘与照准部合在一起，度盘随照准部一起转动。经纬仪度盘水平度盘和竖直度盘。它们分别装在仪器纵、横旋转轴上。水平度盘:为玻璃制成的圆环，在其圆周上刻有精密的分划由0°～360°顺时针注记，简称度盘。竖直度盘:一般有0°～360°注记,有顺、逆时针之分，简称竖盘。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。测微器w分微尺测微器w单平板玻璃测微器w双平板玻璃测微器（对径符合测微器）分微尺测微器及读数方法lDJ6型光学经纬仪的度盘分划值为1°l读数窗上的分微尺：见图3-5将度盘1间隔分成60个小格，成像后度盘的最小间隔1正好与分微尺60格的全长相等。分微尺的最小读数为1，可估度到0.1格值=0.1=6。(1)读取分微尺内度分划的度数；(2)读取分微尺0分划至该度分划所在分微尺上的分数；(3)计算以上二数之和为读数窗的角度读数()。图3-57304.48706.3w上面：水平度盘及其分微尺的影像，故水平度盘读数：w下面：竖直度盘及其分微尺的影像。竖直度盘读数：0123456§3-3水平角观测方法一、基本操作包括经纬仪的安置、目标设置、瞄准及读数。（一）安置经纬仪1．仪器安置伸开三角架于测站点上方，将仪器置于三角架头中央位置，左手握住仪器的横轴支座，右手将三角架中心连接螺旋旋入仪器基座中心螺孔中并固紧。安置中注意三点：l三角架架头尽可能水平、仪器中心尽可能地处于测站点正上方；l将三角架腿的固定螺旋适度拧紧，以防架腿滑落；l较大坡度处置镜时宜将三角架两条腿置于下坡方向。2．对中：使仪器中心位于测站点的铅垂线上。l垂球法（对中误差一般可小于3mm）垂球尖对准测站点标志中心。l光学对中器法（对中误差一般不大于1mm）光学对中器圆心与测站点标志中心重合。方法1：利用架腿，强制对中：先放下三脚架的一条架腿；双手分别握住另两条架腿稍离地面前后左右摆动（注意架头要平），眼睛同时观察对中器的目镜，直至分划圈中心对准测站点标志为止，放下两架腿踩紧三个架腿。方法2：利用脚螺旋强制对中：此法适合于松软地面或仪器安置比较困难的测站。先目估三脚架中心大致对准测站点，踩紧三条架腿；调节经纬仪的三个脚螺旋使对中器分划圈中心对准测站点标志。注：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；要使对中器分划和测站标志周围同时清晰。（1）粗平仪器：分别升降两架腿使圆水准气泡居中。（2）精平仪器：先平行，后垂直的方法。l松开照准部水平制动螺旋，使水准管与两脚螺旋的连线平行，以相反的方向旋转两脚螺旋使管水准器气泡居中。l将照准部旋转90，转动第三个脚螺旋，使气泡居中。3、整平：使水平度盘水平、竖轴竖直。4、精确对中，再次整平1）精确对中：检查对中器，若分划圈中心偏离测站点标志，则稍松中心连接螺旋，再前后左右平行移动基座，使之精确对中。2）再次精确整平重复精确整平步骤，直至仪器既对中且管水准气泡在任何方向也居中为止。对中、整平要相互兼顾，多次反复，方能完成。注：测水平角时，要将复测扳手拨上或度盘变位手轮退出并做好防护，防止在测角过程中转动度盘变位手轮，造成测角错误。（二）目标设置及瞄准1．设置目标测角时，一般应在目标点上设置照准标志。l距离较近时，目标标志可为目标点（如钉子）、垂球线，也可竖立测钎；l距离较远时，目标标志可为垂直竖立标杆或觇标。（1）松开照准部和望远镜制动螺旋（或扳手）；（2）调节目镜——将望远镜瞄准远处天空，转动目镜，使十字丝刻划清晰；（3）粗略瞄准目标:转动照准部，用望远镜粗瞄器十字线竖线瞄准目标，固定照准部和望远镜；（4）望远镜调焦(对光)：转动物镜调焦筒使目标成像最清晰.(要注意消除视差）（5）精确瞄准：用照准部和望远镜微动螺旋精确瞄准目标。观测水平角时用竖丝：当目标较大时用单丝平分目标；当目标较小时用目标平分双丝。观测竖直角时用中丝（横丝）切目标的觇标顶部。3.读数2．瞄准目标二、水平角观测方法观测方法：测回法、方向观测法。l正镜：是指观测者正对望远镜目镜时，竖直度盘位于望远镜的左侧叫正镜，也称作盘左位置；l倒镜：是指观测者正对望远镜目镜时，竖直度盘位于望远镜的右侧叫倒镜，也称作盘右位置。l一测回中观测——正、倒镜两个盘位观测。理论上，正、倒镜瞄准同一目标时水平度盘读数相差180，正、倒镜观测可削弱仪器误差影响,还可检核测角精度。（一）测回法l测回法适用于观测两个方向的单角。l一测回观测步骤如下：1．以盘左位置瞄准目标A，读取度盘读数a左，顺时针转动照准部瞄准目标B，读取度盘读数b左，计算上半测回角值β左=b左－a左；2．以盘右位置瞄准目标B，读取度盘读数b右，逆时针转动照准部瞄准目标A，读取度盘读数a右，计算下半测回角值β右=b右－a右3.β左－β右限值时，一测回角值β=（β左＋β右）÷2图3-10表3–2测回法观测记录表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02048125141212514151251419（多测回）B1253500A右18021241251418B3053542OAB说明：（1）盘左、盘右观测可作为观测中有无错误的检核，亦可抵消一部分仪器误差的影响。（2）上、下半测回角值较差的限差应满足有关测量规范的限差规定(DJ6经纬仪，一般为30或40),当较差小于限差,可取平均值作为一测回的角值,否则应重测。（3）若精度要求较高时,可按规范要求测多个测回,当各测回间的角值较差满足限差规定（如DJ6经纬仪，一般为20或24）时,方可取各测回的平均值作为最后结果，否则应重测。并要求各测回间在起始方向的盘左镜位改变度盘位置,其变化量为180°/n(n测回数)。（4）计算角值时始终为“右目标读数–左目标读数”(由于水平度盘为顺时针刻划).所谓“左”、“右”是指站在测站点面向所要测的角度方向,左手侧目标为左目标,右手侧目标为右目标。若“右–左”其差值＜0时,则结果应加360。（二）方向观测法（全圆测回法）适用范围：在一个测站上，观测三个及以上方向构成数个水平角时，用方向观测法观测。(三个方向不归零)方向观测法观测步骤为：1、上半测回(盘左)（1）选择距离适中的A目标为起始方向（称为零方向），瞄准A目标，读取水平度盘读数；图3-11（2）由零方向A起始,按顺时针依次精确瞄准各点读数A→B→C→D→A(即所谓“全圆”),并记入方向观测法记录表3-3中。（1）纵转望远镜180°,使仪器为盘右位置；（2）按逆时针顺序依次精确瞄准各点读数。A→D→C→B→A,见图3-11；将读数记入方向观测法记录表3-3中,(1-5列)。当用J2经纬仪进行等级测量时，每个方向需符合两次读数。注：上半测回应从上向下记录。下半测回应从下向上记录。2．下半测回（盘右）表3–3方向观测法观测记录表测回序数测站目标水平度盘读数2c平均方向值归零方向值各测回归零方向值之平均值盘左盘右°′″°′″″°′″°′″°′″1OA002061800200+6(00206)0020300000B5115422311530+12511536511330C13154123115400+1213154061315200D182022420224018202241820018A002121800206+6002092A9003302700324+6（900332)9003270000000000B14117003211654+61411657511325511328C2215542415530+12221553613152041315202D2720400920354+6272035718200251820022A900336270033609003363．计算与检验方向观测法中计算工作较多，在观测及计算过程中尚需检查