土木工程测量-第三章-角度测量4.7

第三章角度测量土木工程测量教学课件工程测量学在确定地面点的位置时，常常要进行角度测量。角度测量最常用的仪器是经纬仪。•角度测量的基本原理•光学经纬仪的构造及测角方法•经纬仪的检验校正•经纬仪测角误差分析和经纬仪测角注意事项3.角度测量工程测量学§3.1角度测量原理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。3.1.1水平角测量原理在过O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O'A、O'Ｂ竖直面与水平度盘相交，在水平度盘上读数为a、b。则β为所测得的水平角。一般水平度盘是顺时针刻划，则：β＝a－b工程测量学§3.1角度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”。3.1.2竖直角测量原理若在竖直面内，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。工程测量学§3.1角度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。工程测量学1、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误差为±6。§3.2DJ6型光学经纬仪工程测量学项目经纬仪等级DJ2DJ6水平方向测量一测回方向中误差不大于（）±2±6物镜有效孔径不小于（mm）4035望远镜放大倍率不小于（倍）3025水准管分划值不大于水平度盘20/2mm30/2mm竖直度盘20/2mm30/2mm主要用途三、四等三角测量及精密工程测量一般工程测量、图根及地形测量；矿井导线测量经纬仪系列的技术参数工程测量学§3.2DJ6型光学经纬仪2、DJ6级光学经纬仪的构造各种型号的DJ6级光学经纬仪的构造大致相同。工程测量学3.2.1光学经纬仪的基本构件照准部、度盘、基座等。工程测量学1．照准部1)望远镜2)水准器3)基本轴系工程测量学1)望远镜•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、目镜调焦螺旋•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。工程测量学实现成象过程的对光操作•(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。工程测量学2)水准器•作用：测量仪器整平指示装置•种类：管水准器和圆水准器管水准器：结构，管水准轴，分划值。管水准器的整平灵敏度较高。)32(2Rmm工程测量学圆水准器结构，圆水准轴，分划值。圆水准器的整平灵敏度较低。)32(2Rmm工程测量学3)基本轴系•CC，望远镜视准轴;HH，横轴;VV，竖轴;LL，管水准轴。•必须满足:CC⊥HH；HH⊥VV；LL⊥VV。此外,十字丝板的竖丝平行于竖轴VV。工程测量学2．度盘及其读数机构•1)度盘的结构形式。水平度盘、竖直度盘，度盘全周刻度0～360°，按顺时针顺序注记。水平度盘套在竖轴中可以自由转动。竖直度盘固定在横轴的一端与望远镜一起转动。•2)度盘读数光学系统。把水平度盘和竖直度盘的刻划影像传送到一个读数窗中。注意A、B光路。工程测量学3)水平度盘配置机构。•度盘变换钮是一个带有齿轮的转动装置，通过齿轮的连接带动度盘转动，度盘转动的角度值可在读数窗中看到。•复测钮操作与控制作用复测钮操作与控制作用表2-1复测钮一般操作度盘与照准部的联系转动照准部度盘的动作读数窗情况下连接随之转动度数不变上脱离不随之转动度数变化工程测量学3．基座•轴套、脚螺旋、连接板、固定旋钮等。•经纬仪照准部的支承装置。•经纬仪照准部装在基座轴套以后必须扭紧固定旋钮，一般应用不得松开。工程测量学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3.2.2读数设备及方法工程测量学1．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：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。w上面：水平度盘及其分微尺的影像，故水平度盘读数：（H）应为7304.4w下面：竖直度盘及其分微尺的影像。竖直度盘读数：（V）为8706.3工程测量学7304.48706.3工程测量学2．单平板玻璃测微器及读数方法l多见于DJ6型光学经纬仪。l读数显微镜中图象见w下窗水平度盘，每半度一个刻划w中间竖直度盘每半度一个刻划。w上窗口测微尺，有30个大格表示30分，每一个大格划为三小格，每小格为20秒。l读数：转动测微轮，使度盘分划平分双指标线，双指标线所夹度盘分划为度盘读数；不足30的分、秒数从测微器窗口中读出（估读到0.1格值=2）。图中水平度盘读数为：14930＋2230=1495230工程测量学图3-7水平度盘读数为：14930＋2230=1495230工程测量学一、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。3.2.3经纬仪的使用工程测量学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。工程测量学方法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。工程测量学（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。（（a）先平行）l将照准部旋转90，转动第三个脚螺旋，使气泡居中。（（b）后垂直）※整平时气泡移动方向和左手大拇指转动方向一致。•顺时针转动脚螺旋时，该脚螺旋升高，气泡往高处走。3、整平：使水平度盘水平、竖轴竖直。工程测量学图3加工程测量学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。工程测量学（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。工程测量学（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.读数先符合后读数。2．瞄准目标工程测量学§3.4水平角和竖直角测量方法3.4.1水平角测量水平角测量有测回法和方向观测法两种正镜：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；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。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。工程测量学§3.4水平角和竖直角测量方法3.4.1水平角测量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=LB-LA、上半测回(A→B)(3-3)2RL②盘右(倒镜)、βR=RB-RA、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。工程测量学§3.4水平角和竖直角测量方法3.4.1水平角测量测回法用盘左、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。工程测量学表3–1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工程测量学§3.4水平角和竖直角测量方法3.4.1水平角测量⑵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。工程测量学§3.4水平角和竖直角测量方法3.4.1水平角测量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