实用工测(3角度测量) 1

第第3 3章章 角度测量角度测量3.1 3.1 水平角测量的原理水平角测量的原理3.2 DJ63.2 DJ6经纬仪构造与读数经纬仪构造与读数3.3 3.3 DJ2经纬仪构造与读数经纬仪构造与读数3.4 3.4 经纬仪的使用经纬仪的使用3.5 3.5 水平角的观测水平角的观测3.6 3.6 竖直角测量原理与观测法竖直角测量原理与观测法3.7 3.7 经纬仪的检验与校正经纬仪的检验与校正3.8 3.8 如何将经纬仪作为水准仪使用如何将经纬仪作为水准仪使用3.9 3.9 水平角测量误差分析水平角测量误差分析 3.10 3.10 电子经纬仪简介电子经纬仪简介水平面水平面=b-a AOBab顺顺时时针针注注记记 水平角：两条相交直线在水平面上的投影之间的夹角。水平角：两条相交直线在水平面上的投影之间的夹角。水平角（水平角（horizontal angle)的概念的概念3.1 3.1 水平角测量的原理水平角测量的原理abo经纬仪必须具备三个条件：经纬仪必须具备三个条件：有一个能够置于水平位置带刻度的圆盘，圆盘必须安有一个能够置于水平位置带刻度的圆盘，圆盘必须安置在角顶点的铅垂线上。置在角顶点的铅垂线上。有一个能够在上、下、左、右旋转的望远镜，并且能有一个能够在上、下、左、右旋转的望远镜，并且能够指示读数。够指示读数。应有一个能指示读数的指标。应有一个能指示读数的指标。3.2 3.2 DJ6DJ6光学经纬仪构造与读数光学经纬仪构造与读数 1.1.经纬仪的分类经纬仪的分类 (1)(1)按精度分：按精度分：DJ07DJ07、DJ1DJ1、DJ2DJ2、DJ6DJ6和和DJ15DJ15等等5 5个级。个级。D D表示：大地表示：大地DadiDadi，J J表示：经纬仪表示：经纬仪JingweiyiJingweiyi 07 07表示：观测一个方向的中误差为表示：观测一个方向的中误差为0.70.7 6 6表示：观测一个方向的中误差为表示：观测一个方向的中误差为66 (2)(2)按构造分：按构造分：(a(a）光学经纬仪光学经纬仪光学经纬仪光学经纬仪 (b(b）电子经纬仪电子经纬仪电子经纬仪电子经纬仪北光TDJ6型苏光J2型光学经纬仪光学经纬仪电子经纬仪电子经纬仪 北光DJD2型照准部照准部水平度盘部分水平度盘部分基座部分基座部分DJ6DJ6型经纬仪的构造型经纬仪的构造 2.J62.J6级经纬仪的构造级经纬仪的构造 望远镜及其相连的横轴望远镜及其相连的横轴 竖盘竖盘 光学读数装置光学读数装置 水准管水准管 水平制、微动螺旋水平制、微动螺旋 望远镜制、微动螺旋望远镜制、微动螺旋 光学对中器光学对中器 竖轴竖轴 水平度盘用光学玻璃刻制而成，水平度盘用光学玻璃刻制而成，其上刻有其上刻有0 0360360分划。分划。(2)(2)(2)(2)水平度盘水平度盘水平度盘水平度盘指经纬仪上部可转动部分，指经纬仪上部可转动部分，主主要包括下列各部件要包括下列各部件:(1)(1)(1)(1)照准部照准部照准部照准部(3)(3)基座基座基座基座：支撑仪器，设有支撑仪器，设有3个脚螺个脚螺 旋，作为整平仪器用旋，作为整平仪器用望远镜望远镜制动螺旋制动螺旋望远镜望远镜微动螺旋微动螺旋转盘螺旋转盘螺旋拨盘螺旋杠杆拨盘螺旋杠杆望远镜望远镜水准管水准管水平制动螺旋水平制动螺旋水平微动螺旋水平微动螺旋脚螺旋脚螺旋TDJ6TDJ6型光学经纬仪型光学经纬仪型光学经纬仪型光学经纬仪65123406512340VH1271283.3.光学经纬仪的读数法光学经纬仪的读数法 (1)(1)分微尺测微器分微尺测微器（TDJ6型）型）257256水平度盘水平度盘竖直竖直度盘度盘水平度盘从水平度盘从00360360，每度，每度一注记，一注记，11分分成成2 2格每格为格每格为3030。测微盘测微盘1 1格格2020，可估读至，可估读至55129128127126测测微微手手轮轮 (2)(2)单平板玻璃测微器单平板玻璃测微器（DJ61型）型）89888786510155108988878615测微盘竖盘水平盘望远镜制动螺旋望远镜制动螺旋读数手轮读数手轮拨盘螺旋拨盘螺旋照准部水平微动螺旋照准部水平微动螺旋TDJ2型型水平制动螺旋水平制动螺旋读数窗显示变读数窗显示变换螺旋换螺旋3.3 DJ23.3 DJ2级级光学经纬仪的构造与读数光学经纬仪的构造与读数40414274753测测微微手手轮轮旋转测微手轮使下窗口的上旋转测微手轮使下窗口的上下度盘分划影象（下度盘分划影象（水平度盘对水平度盘对径分划影象）对齐后读：径分划影象）对齐后读：7434874348双光锲双光锲数字式读数法（数字式读数法（北光北光TDJ2TDJ2型型）秒数值秒数值分数值分数值3 代表代表 30旋转测微手轮使窗口旋转测微手轮使窗口上下度盘分划影象上下度盘分划影象（即度盘对径分划影象）即度盘对径分划影象）对齐后读：对齐后读：16334081633408。163164344343404142测测微微手手轮轮双光锲附合双光锲附合读数法（读数法（蔡司蔡司010）分数值秒数值 对径分划内有对径分划内有 3 格代表格代表 30 (1)对中：对中：目的：目的：使度盘的中心与测站点在同一条铅垂线上。对中的误差应小于使度盘的中心与测站点在同一条铅垂线上。对中的误差应小于3 mm3 mm。3.4 3.4 经纬仪的操作经纬仪的操作 1.经纬仪的测站安置工作：对中、整平经纬仪的测站安置工作：对中、整平 步骤：步骤：脚架安置在测站上，高度适中，架头大致平。在连接螺旋下方挂一垂球，脚架安置在测站上，高度适中，架头大致平。在连接螺旋下方挂一垂球，调节线长线长，以便于垂球，以便于垂球对准准测站点。站点。装装上上经经纬纬仪仪，旋旋上上连连接接螺螺旋旋，检检查查对对中中，若若相相差差不不大大(1-2cm)(1-2cm)，稍稍松松开开连接接螺螺旋旋，双双手手扶扶基基座座，在在架架头上上移移动仪器器，使使垂垂球球尖尖精精确确对准准测站站点点，使使对中中误差小于差小于3mm3mm。用用光光学学对对中中器器对对中中。在在用用垂垂球球大大致致对对中中后后，粗粗平平仪仪器器，然然后后用用光光学学对对中中器器对对中中，先先转转其其目目镜镜使使刻刻划划圆圆圈圈清清晰晰，再再推推拉拉目目镜镜管管使使地地面面点点成成象象清清晰晰，在在架架头移动仪器，使地面点位于刻划圈中心，头移动仪器，使地面点位于刻划圈中心，使使对中中误差达到差达到1mm1mm。正确使用垂球线调节板正确使用垂球线调节板用光学对中器对中的步骤：用光学对中器对中的步骤：3.3.操作光学对中器操作光学对中器操作光学对中器操作光学对中器：（1）旋旋转转光光学学对对中中器器的的目目镜镜使使分分划划板板的的刻刻划划圈圈清清晰晰，再再推推进进或或拉拉出对中器的目镜管，使地面点标志成象清晰。出对中器的目镜管，使地面点标志成象清晰。（2）稍稍微微松松开开中中心心连连接接螺螺旋旋，在在架架头头上上平平移移仪仪器器（尽尽量量做做到到不不转转动动仪仪器器），直直到到地地面面标标志志中中心心与与刻刻划划中中心心重重合合，最最后后旋旋紧紧连连接接螺螺旋旋。检检查查圆圆水水准准器器是是否否居居中中，检检查查对对中中情情况况，反反复复进进行行调调整整，从从而而保证对中误差不超过保证对中误差不超过mm。1.1.架面要基本平，悬挂垂球大致对中架面要基本平，悬挂垂球大致对中架面要基本平，悬挂垂球大致对中架面要基本平，悬挂垂球大致对中：安三角架时，架面要基本上平，并调节基座螺旋大致等高。悬安三角架时，架面要基本上平，并调节基座螺旋大致等高。悬挂垂球对中。挂垂球对中。2.2.粗平粗平粗平粗平：光学对中器对准地面测站点时，仪器的竖轴必须竖直，因此应光学对中器对准地面测站点时，仪器的竖轴必须竖直，因此应调脚螺旋使圆水准器气泡居中。调脚螺旋使圆水准器气泡居中。光学对中器对中原理图示光学对中器对中原理图示照准部旋转照准部旋转90 左手大拇指的运动的方向是左手大拇指的运动的方向是气泡运动的方向。气泡运动的方向。(2)(2)整平整平 整平的目的是使水平度盘处于水平位置整平的目的是使水平度盘处于水平位置。首先使圆水首先使圆水准管使仪器大致水平，然后用水准管使仪器精确整平。准管使仪器大致水平，然后用水准管使仪器精确整平。PP(3)瞄准瞄准瞄准目标是用十字丝的竖丝，单丝平分目标，瞄准目标是用十字丝的竖丝，单丝平分目标，双丝夹住目标。双丝夹住目标。1.旋转目镜螺旋使十字丝成象清晰；旋转目镜螺旋使十字丝成象清晰；2.转动照准部，用粗瞄准器瞄准目标；转动照准部，用粗瞄准器瞄准目标；3.旋转对光螺旋消除视差；旋转对光螺旋消除视差；4.用水平微动螺旋精确瞄准目标。用水平微动螺旋精确瞄准目标。将经纬仪安置在测站点将经纬仪安置在测站点 O O 上，进行对中和整平。上，进行对中和整平。盘盘左左位位置置，瞄瞄准准左左方方目目标标，用用拨拨盘盘螺螺旋旋转转水水平平度度盘盘对对准准00或比或比00大点，得读数为大点，得读数为a。顺时针转动照准部，瞄准右目标，得读数顺时针转动照准部，瞄准右目标，得读数 b。左左=b-a 完成上半测回观测。完成上半测回观测。盘右位置，先瞄右方目标，读数盘右位置，先瞄右方目标，读数 b。逆时针转动照准部，再瞄左目标，读数逆时针转动照准部，再瞄左目标，读数a。右右=b a 完成下半测回观测。完成下半测回观测。3.5 3.5 水平角的测量方法水平角的测量方法 1.1.测回法测回法0AB上半测回：盘左：上半测回：盘左：ABAB（顺时针顺时针）左左=b-a 下半测回：盘右：下半测回：盘右：BABA（逆时针）逆时针）右右=b a 上、下半测回角度之差应小于上、下半测回角度之差应小于 4040。一个测回一个测回此法适用于只有两个目标时的测角。此法适用于只有两个目标时的测角。为了减少度盘的刻划误差的影响，各个测回的起始方向读数为了减少度盘的刻划误差的影响，各个测回的起始方向读数应该改变应该改变 180/n 180/n（n n为测回数）为测回数）各测回角度之差，不大于各测回角度之差，不大于2424。测测站站目目标标竖盘竖盘位置位置水平度盘水平度盘读读 数数半测回角值半测回角值一测回角值一测回角值各测回角各测回角值值 O(1)A左左 B B右右AO(2)A左左 BB右右A各测回角度之差，不大于各测回角度之差，不大于各测回角度之差，不大于各测回角度之差，不大于24242424上、下半测回角度之上、下半测回角度之上、下半测回角度之上、下半测回角度之差应小于差应小于差应小于差应小于 404040400 02 0668 49 18248 49 30180 02 2468 47 1268 47 0668 47 0990 01 36158 48 4268 47 06338 48 48270 01 4868 47 0068 47 0368 47 06为了减少度盘的刻划误差，各个测回的起始读数应为了减少度盘的刻划误差，各个测回的起始读数应为了减少度盘的刻划误差，各个测回的起始读数应为了减少度盘的刻划误差，各个测回的起始读数应该改变该改变该改变该改变 180/n 180/n 180/n 180/n。测回法测角记录表测回法测角记录表ABo=11512 22 3238 42 =8233 40 =第第2个目标读数个目标读数b 第第1个目标读数个目标读数a018027090AB3238 42 11512 22 01802709033238 45 5512 25 =（5512 25 360）33238 45 =8233 40 当当ba时，时，b应加应加360后再减后再减水平角角值的计算应注意水平角角值的计算应注意(1)(2)AB 将经纬仪安置在测站点将经纬仪安置在测站点 O O 上，进行对中和整平。上，进行对中和整平。盘盘左左位位置置，瞄瞄准准起起始始目目标标 A A，用用拨拨盘盘螺螺旋旋转转水水平平度度盘盘对对准准00或或比比00大大点点，得得读读数数为为a。顺顺转转照照准准部部，依依次次瞄瞄准准目目标标B B、C C等，分别读数得等，分别读数得b，c等，最后又回到等，最后又回到 A A 点，读数点，读数 a。盘左从盘左从 瞄准目标瞄准目标A A 到又回到到又回到 A A 的的过程，称为归零过程，称为归零。两次瞄准目标。两次瞄准目标 A A 的读的读数差称为数差称为归零差归零差，=a-a。J6J6级经纬仪，归零差不得大于级经纬仪，归零差不得大于 1818。以上过程称为上半测回。以上过程称为上半测回。OABC2.2.方向观测法方向观测法(全圆测回法全圆测回法)此法适用于多于两个目标的测角。此法适用于多于两个目标的测角。盘右位置，先瞄盘右位置，先瞄 A A 目标，读数目标，读数 a。逆时针转动照准部，依次瞄准目标逆时针转动照准部，依次瞄准目标C C、B B等，分别读数得等，分别读数得c，b 等，最后又回到等，最后又回到A A点，读数点，读数 a。以上过程称为下半测回。以上过程称为下半测回。上半测回：盘左：上半测回：盘左：ABCAABCA 下半测回：盘右：下半测回：盘右：ACBAACBA 一个测回一个测回OABC注意检查下半测回归零差也注意检查下半测回归零差也不不得大于得大于 18全圆测回法记录表全圆测回法记录表 盘左、盘右平均值 A C B AO(2)AC B A O(1)盘右盘左水平角值各测回归零方向平均 值归零方向 值2C水平度盘读数目标测站0 01 0662 48 36151 20 240 01 12180 01 18331 20 24242 48 30180 01 12-6+60-60 01 0962 48 33151 20 240 01 15(00 01 12)0 00 0062 47 21151 19 1290 01 06152 48 30241 20 3090 01 18270 01 1261 20 18333 48 24270 01 060+6+12+690 01 06152 48 27241 20 2490 01 15(90 01 10)0 00 0062 47 17151 19 140 00 0062 47 19151 19 1362 47 1988 31 54208 40 47OABC 各各测测回回同同一一方方向向归归零零后后的的方方向向值值不不相相等等，其其差差不不大大于于2424。符符合合要要求求，则则取取平平均均值值作作为为各各测测回回归归零零方方向的最后结果。向的最后结果。若若一一个个测测站站上上观观测测的的方方向向不不多多于于三三个个，观观测测时时可可不不作作归归零零校校核核，即即照照准准部部依依次次瞄瞄各各方方向向后后，不不再再瞄瞄准准起始方向，这样的观测方法称为方向观测法。起始方向，这样的观测方法称为方向观测法。(1)(1)脚架高度要调合适，目估架面大致水平，调脚螺旋高度大致等脚架高度要调合适，目估架面大致水平，调脚螺旋高度大致等高，脚架踩实，中心螺旋拧紧，观测时手不要扶脚架，转动照准高，脚架踩实，中心螺旋拧紧，观测时手不要扶脚架，转动照准部及使用各种螺旋时，用力要轻。部及使用各种螺旋时，用力要轻。(2)(2)对中时，先用垂球对中，然后再用光学对中器精对中。测角精对中时，先用垂球对中，然后再用光学对中器精对中。测角精度要求越高，或边长越短，则要求对中要越准确。度要求越高，或边长越短，则要求对中要越准确。(3)(3)整平时，先粗平后精平。若观测目标的高度相差较大时，要特整平时，先粗平后精平。若观测目标的高度相差较大时，要特别注意仪器整平。别注意仪器整平。(4)(4)要消除视差，并用十字丝交点照准目标底部或桩上小钉。要消除视差，并用十字丝交点照准目标底部或桩上小钉。(5)(5)按观测顺序记录水平度盘读数，边测边检查，限差超限重测。按观测顺序记录水平度盘读数，边测边检查，限差超限重测。(6)(6)水准管气泡应在观测前调好，一测回过程中不允许再调，如气水准管气泡应在观测前调好，一测回过程中不允许再调，如气泡偏离中心超过一格时，应再次整平重测该测回。泡偏离中心超过一格时，应再次整平重测该测回。(7)(7)全圆测回法观测时，应注意选择清晰目标作为起始方向。全圆测回法观测时，应注意选择清晰目标作为起始方向。3.3.水平角观测注意事项水平角观测注意事项1.1.竖直角竖直角(vertical angle)(vertical angle)测量原理测量原理 竖直角定义竖直角定义：是在同一竖直面内倾斜视线与水平视线的夹角。：是在同一竖直面内倾斜视线与水平视线的夹角。水平线水平线仰角仰角俯角俯角3.6 3.6 竖直角测量原理与观测法竖直角测量原理与观测法天顶距天顶距铅铅垂垂线线天顶距定义天顶距定义：从测站铅垂线的天顶至观测目标视线所组成的夹角。：从测站铅垂线的天顶至观测目标视线所组成的夹角。天顶距：天顶距：0 180竖直角：竖直角：0 90水平面水平面竖直角测量原理演示竖直角测量原理演示180027090180027090180027090 竖直度盘固定在望远镜横轴一端，随望远镜在竖直面内一起俯竖直度盘固定在望远镜横轴一端，随望远镜在竖直面内一起俯仰转动。读数指标与竖盘、望远镜不相连仰转动。读数指标与竖盘、望远镜不相连，而与水准管相连，可，而与水准管相连，可微动。微动。O NOFF018027090DJ6-1TDJ62.2.竖直度盘、读数指标和望远镜三者的关系演示竖直度盘、读数指标和望远镜三者的关系演示读数指标1800270903.3.竖盘指标差概念竖盘指标差概念 当望远镜视线水平时，如果竖盘指标归零开关巳打开，则指当望远镜视线水平时，如果竖盘指标归零开关巳打开，则指标线所指的读数理论上应为标线所指的读数理论上应为9O9O或或27O27O，但实际上并非严格理论但实际上并非严格理论值值，与理论值之差称为竖盘指标差与理论值之差称为竖盘指标差x。指标差指标差x有正负之分。有正负之分。指标线指标线顺着度数增加方向超过顺着度数增加方向超过90（或（或27O 27O）x为正，反之，为正，反之，x为负。为负。x270901800物镜目镜x为正为正物镜270901800 x目镜X为负为负 不论什么竖盘类型竖角不论什么竖盘类型竖角，指标差，指标差x的通用公式的通用公式 从上列公式可知：计算从上列公式可知：计算 及及x，关键在于求算关键在于求算 L及及 R。，。，方方法是：法是：（1 1）当望镜向上时，）当望镜向上时，竖盘读数减少的情况竖盘读数减少的情况，近似竖角，近似竖角 为为 =水平视线读数水平视线读数90-90-倾斜视线读数倾斜视线读数 L L对于对于TDJ6型，盘左型，盘左，当望镜向上时，竖盘读数减少的情况当望镜向上时，竖盘读数减少的情况 L L=90=90-L L（2 2）当望镜向上时，）当望镜向上时，竖盘读数增加的情况竖盘读数增加的情况，近似竖角，近似竖角 为为 =倾斜视线读数倾斜视线读数 R R 水平视线读数水平视线读数270270 对于对于TDJ6型，盘右型，盘右，当望镜向上时，竖盘读数增加的情况当望镜向上时，竖盘读数增加的情况 R R=R R-270-270盘左时，无论指标线偏向何方，起始读数均为盘左时，无论指标线偏向何方，起始读数均为（90+X90+X）盘左盘左盘左盘左盘右观测时，视线水平时的起盘右观测时，视线水平时的起始读数为始读数为（270+X270+X）x27090180090+x物镜目镜x为正为正物镜270901800 x90+x目镜x为负为负902700180 x目镜物镜270+x盘右盘右盘右盘右竖角及竖角及指标差通用公式的推导指标差通用公式的推导 根据竖角测角原理可知：根据竖角测角原理可知：竖角就是望远镜视线倾斜时读数和水平时的竖角就是望远镜视线倾斜时读数和水平时的竖角就是望远镜视线倾斜时读数和水平时的竖角就是望远镜视线倾斜时读数和水平时的读数的差数。读数的差数。读数的差数。读数的差数。水平视线读数理论值应为水平视线读数理论值应为9O9O或或27O27O，实际水平视线读实际水平视线读数为数为MOMO，视线倾斜时的读数设为视线倾斜时的读数设为L(或或R)。因此，竖角因此，竖角就等于就等于MO MO 与与L(或或R)两者之差。两者之差。（1 1）当望镜向上时，）当望镜向上时，竖盘读数增加的情况（例如竖盘读数增加的情况（例如Dj6-1Dj6-1盘左）盘左）望远镜向上时望远镜水平时270900180MO270900180LMO竖角竖角为为 =倾斜视线读数倾斜视线读数L L 水平视线读数水平视线读数MOMO