第二章角度测量(光学经纬仪)课件

第二章 角 度 测 量n n角度测量原理n n光学经纬仪n n经纬仪的检验与校正n n水平角观测n n竖直角观测n n水平角观测的误差2-1 角度测量原理n n水平角观测原理水平角用于确定点的平面位置（计算坐标）。水平角用于确定点的平面位置（计算坐标）。n n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。竖直角用于两点间高差计算、斜距改正成平距。1.1.水平水平角观测角观测原理原理一一.水平角观测原理水平角观测原理水平角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。0360。水平面aobAOB也可理解成是包含OA、OB视线 的两个铅垂面之间的二面角。0ba水平度盘水平度盘=b-a=b-a2.2.2.2.垂直角观测原垂直角观测原垂直角观测原垂直角观测原理理理理2.竖直角观测原理竖直角观测原理天顶铅垂线水平线ACB090 180270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n n经纬仪概述n nDJ6经纬仪的构造一一一一.经纬仪的技术经纬仪的技术经纬仪的技术经纬仪的技术参数参数参数参数2.2.经纬仪的技术参数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DJ1 DJ2 DJ6 1 2 6二等平面控制测量及精密工程测量60mm 40mm 40mm30倍 28倍 26倍 6/2mm 20/2mm 30/2mm 10/2mm 20/2mm 30/2mm 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 二二.光学光学经纬仪的构造经纬仪的构造二二二二.DJ6DJ6经纬经纬经纬经纬仪的构造仪的构造仪的构造仪的构造基座、照准部、水平度盘、读数装置基座、照准部、水平度盘、读数装置基座基座照准部照准部基座基座水平度盘水平度盘照准部照准部1.1.基座基座基座基座1）脚螺旋用于整平仪器2）轴座连接螺旋（固定螺旋）1基座基座2.2.照准部照准部照准部照准部n n1 1）.望远镜望远镜 组成组成-见见 课本课本P18P18图图2.3 2.3 视准轴视准轴 在用望远镜进行目标在用望远镜进行目标照准时，要注意正确的照准时，要注意正确的操作程序：操作程序：.目镜调目镜调焦；焦；.目标照准；目标照准；.消除视差（视差定义、消除视差（视差定义、产生原因、消除方法）产生原因、消除方法）n n2 2）水准器）水准器n n3 3）光学对中器光学对中器2.2.照准部照准部望远镜十字丝水准器n n水准管（管水准器）水准管（管水准器）水准管零点水准管零点 水准管轴水准管轴 气泡居中气泡居中 水准管分划值水准管分划值n n圆水准器圆水准器 圆水准器零点圆水准器零点 圆水准器轴圆水准器轴 气泡居中气泡居中 圆水准器分划值圆水准器分划值光学对中器n n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。n nP20图2.9n n水平度盘水平度盘由光学玻璃制成；水平度盘由光学玻璃制成；顺时针顺时针0 0 360360 刻度；刻度；仪器整平，水平度盘水平；仪器整平，水平度盘水平；水平度盘与照准部相互脱离；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改变度盘位置，要使用复测扳手或度盘变换手轮。轮。n n读数显微镜n n竖直度盘（竖盘）3.3.度盘和读数系统度盘和读数系统 0901802700901802704.J64.J6经纬仪经纬仪经纬仪经纬仪的的的的 读数装置读数装置读数装置读数装置图3-5 J6经纬仪度盘读数光路水平度盘水平度盘垂直度盘垂直度盘读数光路J6J6光学经纬仪读数光学经纬仪读数光学经纬仪读数光学经纬仪读数n n度盘上度盘上1 1度分划的间隔度分划的间隔 经放大后，与分微尺经放大后，与分微尺全长相等。全长相等。n n分微尺全长分分微尺全长分6060格，格，因因 此其此其最小格值为最小格值为最小格值为最小格值为1 1 =6060。n n读数时，秒数必须估读数时，秒数必须估读。估读至读。估读至0.10.1格，因格，因此，估读的秒数都应此，估读的秒数都应是是66的倍数。的倍数。J6J6光学经纬仪读数光学经纬仪读数两种读数测微装置两种读数测微装置：分微尺测微和平行玻璃板测微水平度盘读数：730424017373b).b).平行玻璃板测微平行玻璃板测微平行玻璃板测微平行玻璃板测微n n平行玻璃板与测微尺由测微平行玻璃板与测微尺由测微手轮控制。转动测微手轮，手轮控制。转动测微手轮，使度盘像移动使度盘像移动，则移动量，则移动量 可在测微尺上读出。可在测微尺上读出。n n平行玻璃板平行玻璃板最大调节范围为最大调节范围为3030分，测微尺全长刻度也等分，测微尺全长刻度也等于于3030分。分。操作时，调节测微操作时，调节测微手轮，使度盘手轮，使度盘 某度某度(或某或某3030分分)的刻度线居中于双线的刻度线居中于双线读数指标，双指标线所夹刻读数指标，双指标线所夹刻度的度数度的度数(或或3030分分)加上测加上测微尺读数，即为该方向的读微尺读数，即为该方向的读数。数。b).b).平行玻璃板测微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：9217302-3经纬仪的检验与校正n n经纬仪的轴线及其应满足的条件n n经纬仪的检验和校正一、经纬仪的轴线及其应满足的条件n n1.经纬仪的主要轴线有：1 1）仪器旋转轴（简称竖）仪器旋转轴（简称竖轴）轴）VV1VV1；2 2）照准部水准管轴）照准部水准管轴LL1LL1；3 3）圆水准器轴）圆水准器轴LL1LL1；4 4）望远镜的旋转轴（简）望远镜的旋转轴（简称横轴）称横轴）HH1HH1；5 5）视准轴）视准轴CC1 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LL1VV1；2视准轴应垂直于横轴，即CC1HH1；3横轴应垂直于竖轴，即HH1VV1；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LL1VV1；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(LL1VV1)1检验 2校正 3检校原理（二）圆水准器的检验和校正（LL1VV1）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(CC1HH1)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。1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含度盘偏心差时校正方法-正倒镜法正倒镜法（五）横轴应垂直于竖轴的检验(HH1VV1)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，i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（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n n经纬仪的安置n n水平角观测与计算经纬仪的安置经纬仪的安置n n安置三脚架和仪器安置三脚架和仪器n n使用光学对中器对中使用光学对中器对中n n用水准管精确整平仪器用水准管精确整平仪器水平角观测水平角观测安置三脚架和仪器安置三脚架和仪器n n(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。n n(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。n n(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使用光学对中器对中n n(1)(1)调整仪器三个脚螺旋使圆水准器气泡居中。通过对中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。器目镜观察，调整目镜调焦旋钮，使对中分划标记清晰。n n(2)(2)调整对中器的调焦旋钮，直至地面测量标志中心清晰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。并与对中分划标记在同一成像平面内。n n(3)(3)松开脚架中心螺丝（松至仪器能移动即可），通过光松开脚架中心螺丝（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。到对中十字丝（或圆点）中心与地面标志中心重合。n n(4)(4)再调整脚螺旋，使圆水准器的气泡居中。再调整脚螺旋，使圆水准器的气泡居中。n n(5)(5)再通过光学对中器，观察测量标志中心是否与对中器再通过光学对中器，观察测量标志中心是否与对中器中心重合，否则重复（中心重合，否则重复（3 3）和（）和（4 4）操作，直至重合为止。）操作，直至重合为止。n n(6)(6)确认仪器对中后，将中心螺丝旋紧固定好仪器。确认仪器对中后，将中心螺丝旋紧固定好仪器。n n(7)(7)对中完成后检查整平是否遭到破坏，否则应重复整个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。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)n n整平整平:使仪器纵轴铅垂，使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，水平度盘与横轴水平，竖盘位于铅垂面内。竖盘位于铅垂面内。n n(1)(1)旋转仪器照准部让旋转仪器照准部让水准管与任意两个脚水准管与任意两个脚螺旋连线平行，调整螺旋连线平行，调整这两个脚螺旋，使水这两个脚螺旋，使水准管气泡居中。调整准管气泡居中。调整两个脚螺旋时，旋转两个脚螺旋时，旋转方向应相反（如图）。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)n n(2)(2)将照准部转动将照准部转动 90 90，用另一脚螺旋使水准管气用另一脚螺旋使水准管气泡居中。泡居中。n n(3)(3)重复重复和和，使水准管，使水准管在该两个位置上气泡都居在该两个位置上气泡都居中。中。n n(4)(4)在在的位置将照准部转的位置将照准部转动动 180 180，如果气泡居中，如果气泡居中并且照准部转动至任何方并且照准部转动至任何方向气泡都居中，则水准管向气泡都居中，则水准管安置正确且仪器已整平。安置正确且仪器已整平。n n一测回观测过程中，不得一测回观测过程中，不得再调气泡。再调气泡。123气泡居中，3与1、2等高盘左盘左/盘右观测盘右观测 n n“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。n n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n n目镜调整(1)(1)取下望远镜镜盖。取下望远镜镜盖。(2)(2)将望远镜对准天空，通过望远镜观察，调整将望远镜对准天空，通过望远镜观察，调整目镜旋钮，使分划板十字丝最清晰。目镜旋钮，使分划板十字丝最清晰。n n目标照准用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。瞄准瞄准瞄准瞄准n n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n n(1)用粗瞄准器的准星对准目标。n n(2)调整望远镜调焦旋钮，直至看清目标。n n(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n n 角是从起始方向角是从起始方向(即即第第1 1方向方向)顺时针转到顺时针转到第第2 2 方向所成的角度，方向所成的角度，观测时，必须首先确观测时，必须首先确定起始方向，然后按定起始方向，然后按照照“测回法测回法”的次序的次序观测。观测。第1方向第2方向测站测站JKBn n观测程序观测程序 盘左：瞄准盘左：瞄准J J，水平角读数置零，读取，水平角读数置零，读取j j左；瞄准左；瞄准K K，读，读数数k k左；左；盘右：瞄准盘右：瞄准K K，读数，读数k k右；瞄准右；瞄准J J，读数，读数j j右。右。左左=k k左左-j-j左左 右右=k k右右-j-j右右水平角观测记录水平角观测记录水平角观测记录水平角观测记录n n起始方向第一个读数应调成起始方向第一个读数应调成0 0 （或（或180 180 /N/N，N N为测回为测回数）；数）；n n分、秒数写足二位；分、秒数写足二位；n n改数时按有关规则。改数时按有关规则。n n一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。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方向测站测站JKB右KJ25424061800500741906B左JK 00418742342741924741915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水平角观测记录大角水平角观测记录大角水平角观测记录大角n n表中盘右表中盘右C C读数小于读数小于A A读数，不够减时，应加读数，不够减时，应加360360 后再减。后再减。n n精度要求精度要求精度要求精度要求：左左-右右 40“40“，在满足精度要求的，在满足精度要求的前提下，前提下，取取:=(=(左左+右右)/2 2第第2方向方向ACB第第1方向方向水平角观测记录（测回法）B左AC 010302143342右CA3434121801118214231221422542142303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方向观测法方向观测法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方向观测法零方向盘左盘右一测回：盘左：A-B-C-D-A盘右：A-D-C-B-A测测站站测测回回数数目目标标水平度水平度盘读盘读数数2C2C平均平均读读数数 归归零方向零方向值值 各各测测回平均回平均归归零方向零方向值值 盘盘左左 盘盘右右 O O1 1A A 0 02 42 0 02 42 180 02 42 180 02 42 0 0 （0 02 380 02 38）0 02 42 0 02 42 0 00 00 0 00 00 0 00 00 0 00 00B B 60 18 42 60 18 42 240 18 30 240 18 30+12+12 60 18 36 60 18 36 60 15 58 60 15 58 60 15 56 60 15 56C C116 40 18116 40 18 296 40 12 296 40 12 +6 +6 116 40 15 116 40 15 116 37 37 116 37 37 116 37 28 116 37 28D D185 17 30 185 17 30 5 17 36 5 17 36 -6 -6 185 17 33 185 17 33 185 14 55 185 14 55 185 14 47 185 14 47A A 0 02 30 0 02 30 180 02 36 180 02 36 -6 -6 0 02 33 0 02 332 2A A 90 01 00 90 01 00 270 01 06 270 01 06 -6 -6 （90 01 0990 01 09）90 01 03 90 01 03 0 00 00 0 00 00B B150 17 06150 17 06 330 17 00 330 17 00+6+6 150 17 03 150 17 03 60 15 54 60 15 54C C206 38 30206 38 30 26 38 24 26 38 24+6+6 206 38 27 206 38 27 116 37 18 116 37 18D D275 15 48275 15 48 95 15 48 95 15 48 0 0 275 15 48 275 15 48 185 14 39 185 14 39A A90 01 1290 01 12 270 01 18 270 01 18 -6 -6 90 01 15 90 01 15方向法观测水平角记录计算表格 2-5 竖直角观测n n竖直角观测原理n n竖盘构造特点n n竖直角计算公式n n竖盘指标差垂直角观测原理垂直角观测原理垂直角观测原理垂直角观测原理竖直角观测原理竖直角观测原理天顶天顶铅垂线水平线ACB090 180270竖直角竖直角在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视 线与水平视线的夹角。=090，仰角为正，俯角为负。垂直角的主垂直角的主垂直角的主垂直角的主要用途要用途要用途要用途竖直角的主要用途竖直角的主要用途D=Scos将斜距化为平距将斜距化为平距 已知斜距S、竖直角，计算平距D：三角高程测量三角高程测量 已知平距D、竖直角，计算A、B高差h：1801802702700 09090盘左盘左竖直度盘与读数指标n n构造特点构造特点构造特点构造特点 竖盘随望远镜一起转动。竖盘随望远镜一起转动。竖盘与读数指标相互脱离。竖盘与读数指标相互脱离。竖盘气泡居中，指标铅垂。竖盘气泡居中，指标铅垂。视线水平、指标铅垂时，竖盘读数为常数：视线水平、指标铅垂时，竖盘读数为常数：n n盘左时一般盘左时一般 L L0 0=90=90 ，盘右时一般，盘右时一般 R R0 0=270270 。n n自动归零装置自动归零装置自动归零装置自动归零装置一、竖盘装置一、竖盘装置27027090900 0180180盘右盘右二、竖直角的观测与计算二、竖直角的观测与计算根据度盘刻度形式，确定竖直角计算公式，保证仰角为保证仰角为 正、俯角为负。正、俯角为负。盘左盘右竖盘读数与竖直角计算L=90-LR=R-270竖盘指标差竖盘指标差竖盘水准管气泡居中时，读数指 标线与铅垂线的夹角三、竖盘指标差三、竖盘指标差盘左盘右观测竖直角取平均，可消除指标差的影响。指标差计算公式：指标差计算公式：P94-19目目 标标竖盘竖盘位位置置指指 标标 差差一一 测测 回回 角角 值值MM左左8 41 188 41 18+3+38 41 158 41 15右右8 41 128 41 12N N左左-3 43 42-3 43 42+9+9-3 43 51-3 43 51右右-3 44 00-3 44 00竖 盘 读 数半测回角值水平角观测的误差分析水平角观测的误差分析水平角观测的误差分析水平角观测的误差分析n n1.仪器误差：仪器误差：仪器校正的残余误差盘左盘右观测取平均能消除：盘左盘右观测取平均能消除：度盘偏心误差、视度盘偏心误差、视准轴误差（准轴误差（CCCCHHHH）横轴误差横轴误差 （HHHHVVVV）；不能消除不能消除竖轴误差（竖轴误差（LLLLVVVV），注意仔细整平。，注意仔细整平。n n2.仪器安置误差：仪器安置误差：对中误差，整平误差对中误差：对中误差：边长较短时采用光学对中。边长较短时采用光学对中。整平误差：整平误差：水准器气泡偏离中心应小于水准器气泡偏离中心应小于1 1格。观测格。观测目标垂直角较大时，应特别注意。目标垂直角较大时，应特别注意。2-7 水平角测量的误差误差来源与处理方法误差来源与处理方法误差来源与处理方法误差来源与处理方法误差来源与处理方法3.3.标杆倾斜误差标杆倾斜误差 竖直标杆，观测时尽量瞄准目标底部4.4.观测误差：观测误差：瞄准误差，估读数误差5.5.外界因素：外界因素：温度引起仪器轴线变化，热辐射引起 视线跳动，土壤松软使仪器安置不稳定选择有利观测时间，设法避开不利条件；尽量缩短一测回的观测时间，采取观测方法减弱与 时间成正比的误差。思考题（思考题（1）n n名词解释：水平角、视准轴、视差、经纬名词解释：水平角、视准轴、视差、经纬仪对中、盘左仪对中、盘左测回法、方向观测法、测回、测回法、方向观测法、测回、半测回归零差、两倍照准误差、竖直角、半测回归零差、两倍照准误差、竖直角、竖盘指标差竖盘指标差n n经纬仪主要由哪三部分构成？经纬仪主要由哪三部分构成？n n经纬仪有哪四条主要轴线，在测水平角时经纬仪有哪四条主要轴线，在测水平角时它们应满足什么条件？它们应满足什么条件？n n用经纬仪测角怎样减弱各种误差的影响？用经纬仪测角怎样减弱各种误差的影响？思考题（思考题（2）n n如何得出不同注记形式竖盘的竖角计如何得出不同注记形式竖盘的竖角计算公式？算公式？n n通过对盘左盘右所测的角度取平均值通过对盘左盘右所测的角度取平均值的做法能消除哪些仪器误差？的做法能消除哪些仪器误差？p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日