测量学第三章课件

第4章 角度测量测量三项基本工作之一：测量三项基本工作之一：角度测量角度测量角度测量的仪器：角度测量的仪器：经纬仪经纬仪角度测量分为：角度测量分为：水平角水平角测量和测量和竖直角竖直角测量测量水平角测量目的：用于求算地面点的平面位置水平角测量目的：用于求算地面点的平面位置竖直角测量目的：竖直角测量目的：1.测定地面两点的高差测定地面两点的高差 2.将地面两点的倾斜距离改化成水平距离将地面两点的倾斜距离改化成水平距离 4.1 角度测量原理 一、水平一、水平角测量原理水平角定义水平角定义 1.1.为地面上为地面上O点至点至A和和B 两目标方向线在水平面两目标方向线在水平面 P上投影的夹角上投影的夹角，称，称 为水平角。为水平角。(horizontal angle)2.2.地面上一点到两目标地面上一点到两目标 的方向线间所夹的水的方向线间所夹的水 平角，就是过这两方平角，就是过这两方 向线所作两竖直面间向线所作两竖直面间 的二面角。的二面角。第二节第二节 DJ6 DJ6级光学经纬仪级光学经纬仪 规范给出的国产光学经纬仪规范给出的国产光学经纬仪(optical theodolite)(optical theodolite)按其精度划分的型号有：按其精度划分的型号有：DJ07DJ07、DJ1DJ1、DJ2DJ2、DJ6DJ6、DJ30DJ30，其中字母，其中字母D D、J J分别为分别为“大地测量大地测量”和和“经纬仪经纬仪”汉汉语拼音的第一个字母，语拼音的第一个字母，0707、1 1、2 2、6 6、3030分别为该仪器分别为该仪器一测回方向观测中误差的秒数。瑞士一测回方向观测中误差的秒数。瑞士LeicaLeica公司的光学公司的光学经纬仪按其精度划分的型号为：经纬仪按其精度划分的型号为：T4T4、T3T3、T2T2、T1T1、T16T16，其中字母，其中字母T T为单词为单词“Theodolite”(“Theodolite”(经纬仪经纬仪)的第一的第一个母。个母。近几十年来近几十年来,经纬仪的发展经历了三个时代经纬仪的发展经历了三个时代,分别为分别为:1.1.游标经纬仪游标经纬仪 2.2.光学经纬仪光学经纬仪 3.3.电子经纬仪电子经纬仪第二节第二节 DJ6 DJ6级光学经纬仪级光学经纬仪一、一、DJ6级光学经纬仪的构造级光学经纬仪的构造1照准部(alidade)(包括望远镜、竖直度盘、水准器、读数设备)2水平度盘(horizontal circle)基座(tribrach)DJ6级光学经纬仪基本构造基本构造照准部照准部水平度盘水平度盘基座基座照准部照准部水平度盘水平度盘基座基座读数读数 显微镜显微镜经经纬纬仪仪望远镜望远镜 上下制动螺旋上下制动螺旋望远镜望远镜上下微动螺旋上下微动螺旋 竖直度盘竖直度盘竖直指标水准竖直指标水准管管微动螺旋微动螺旋水平制动、水平制动、微动螺旋微动螺旋光学对中器光学对中器第二节第二节 DJ6 DJ6级光学经纬仪级光学经纬仪J6光光学经学经纬仪纬仪正面反面DJ6级光学经纬仪的读数窗示意图级光学经纬仪的读数窗示意图0 1 2 3 4 5 6J2光学光学经纬仪经纬仪第三节第三节 DJ2 DJ2级光学经纬仪级光学经纬仪正面反面HV0123456012345611211389881125454890518分微尺分微尺指标线指标线对径分划对径分划二、读数设备与读数方法读数练习读数练习HV012345601234562342732722342106273024201234562013456 读数练习读数练习1157878792013456116115012345611526427817061155812790412VHHV平行玻璃板测微器及读数方法平行玻璃板测微器及读数方法5108687888912112212312451086878889121122123124双指标线双指标线第四节第四节 水平角观测水平角观测一、经纬仪的技术操作一、经纬仪的技术操作经纬仪的技术操作包括经纬仪的技术操作包括：瞄准瞄准读数读数 对中对中整平整平经纬仪安置经纬仪安置经纬仪技术操作（录像）第四节第四节 水平角观测水平角观测采用光学对中器安置经纬仪的操作步骤如下采用光学对中器安置经纬仪的操作步骤如下：1.将将仪仪器器置置于于测测站站点点上上，架架头头大大致致水水平平。粗粗略略对对中中测测站站点。点。2.旋转脚螺旋使光学对中器对准测站点。旋转脚螺旋使光学对中器对准测站点。3.伸伸缩缩三三脚脚架架腿腿，使使圆圆水水准准气气泡泡居居中中。再再用用脚脚螺螺旋旋精精确确整平经纬仪。整平经纬仪。4.如如果果光光学学对对中中器器分分划划圈圈不不在在测测站站点点上上，应应松松开开连连接接螺螺旋，在架头上平移仪器，使分划圈对准测站点。旋，在架头上平移仪器，使分划圈对准测站点。5.重重新新再再整整平平仪仪器器，依依此此反反复复进进行行直直至至仪仪器器整整平平后后，光光学对中器分划圈对准测站点为止。学对中器分划圈对准测站点为止。二、经纬仪的安置二、经纬仪的安置1.对中对中 对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一个铅垂线上。个铅垂线上。有垂球对中和光学对中两种方法。有垂球对中和光学对中两种方法。对中精度：垂球对中对中精度：垂球对中3mm，光学对中，光学对中1mm2.整平整平 整平的目的是使仪器竖轴处于铅直位置和水平整平的目的是使仪器竖轴处于铅直位置和水平度盘处于水平位置。度盘处于水平位置。3.瞄准（注意消除视差）瞄准（注意消除视差）4.读数读数BCA1.1.对中对中将仪器中心安置在过测将仪器中心安置在过测 站点的铅垂线上。对中站点的铅垂线上。对中 误差误差3mm3mm。垂球对中步骤：粗略对中：移动三脚架，使垂球尖离测粗略对中：移动三脚架，使垂球尖离测 站中心站中心1 1 2cm2cm内；内；精确对中：稍微松开中心螺丝，在脚架精确对中：稍微松开中心螺丝，在脚架 头上移动头上移动(不能旋转不能旋转)仪器，使垂球尖精仪器，使垂球尖精 确对中测站标志中心，旋紧中心螺丝。确对中测站标志中心，旋紧中心螺丝。经纬仪安置经纬仪安置对中、整平、瞄准、读数 打开三脚架，装上经纬仪；打开三脚架，装上经纬仪；固定三脚架一脚，双手持脚架另固定三脚架一脚，双手持脚架另 二脚并不断调整其位置，同时观二脚并不断调整其位置，同时观 测光学对点器十字分划，使其基测光学对点器十字分划，使其基 本对准测站标志，踩实脚架；本对准测站标志，踩实脚架；调节脚螺旋，使光学对点器精确调节脚螺旋，使光学对点器精确 对准测站标志；对准测站标志；伸缩三脚架伸缩三脚架(二脚二脚)，调平仪器，调平仪器，使圆气泡居中；使圆气泡居中；调脚螺旋，精确整平仪器，并通调脚螺旋，精确整平仪器，并通 过在脚架头上移动仪器，精确对中。过在脚架头上移动仪器，精确对中。有时必须反复上述三步的操作。有时必须反复上述三步的操作。光学对中步骤光学对中步骤：对准、调平、整平、对中1232.2.整平整平使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，竖盘位于 铅垂面内。整平误差1格。123用左手大拇指法则，转动脚螺旋，调节水准管气 泡居中(反复)。一测回观测过程中，不得再调气泡。粗瞄、制动、调焦消除视差、水平微动精确瞄准。粗瞄、制动、调焦消除视差、水平微动精确瞄准。用水平微动完成瞄准。用水平微动完成瞄准。尽量瞄准目标下部，减少目标不垂直引起的方向误差。尽量瞄准目标下部，减少目标不垂直引起的方向误差。3.3.瞄准瞄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。大花杆、小花杆和觇标大花杆、小花杆和觇标经纬仪的十字丝分划板经纬仪的十字丝分划板瞄瞄准准瞄瞄准准瞄瞄准准4.4.读数读数DJ6DJ6光学经纬仪读数方法光学经纬仪读数方法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分微尺测微和平行玻璃板测微度盘上度盘上1 1度分划的间隔度分划的间隔 经放大后，与分微尺全经放大后，与分微尺全 长相等。长相等。分微尺全长分分微尺全长分6060格，因格，因 此其最小格值为此其最小格值为1 1=60”60”。读数时，秒数必须估读。读数时，秒数必须估读。估读至估读至0.10.1格，因此，格，因此，估读的秒数都应是估读的秒数都应是6”6”的的 倍数。倍数。水平度盘读数：水平度盘读数：7304187304181第四节第四节 水平角观测水平角观测二、水平角观测方法二、水平角观测方法1.测回法测回法盘左位置：盘左位置：左左=b左左 a左左盘右位置：盘右位置：右右b右右 a右右 测回角值：测回角值：（左左+右右）测测 回回 法法 测测 角角 记记 录录 表表水平角水平角测回角值测回角值半测回值半测回值BA右右BA左左O备注备注水平度盘读数水平度盘读数目目标标盘盘位位测测站站第四节第四节 水平角观测水平角观测二、水平角观测方法二、水平角观测方法2.方向观测法方向观测法1）选择起始方向；）选择起始方向；2）盘左顺时针观测各方）盘左顺时针观测各方向；向；3）盘右逆时针观测各方）盘右逆时针观测各方向；向；4）在符合限差要求后，）在符合限差要求后，计算各方向归零方向值。计算各方向归零方向值。方方 向向 观观 测测 法法 记记 录录 表表 等级：图根小三角等级：图根小三角 测区：测区：108工程工程 小组：小组：仪器：仪器：DJ6 天气：阴天气：阴 观测：观测：目期：目期：1978.5.23 成像：稳定成像：稳定 记录：记录：测测站站测测回回数数目目标标读读 数数左左（右（右 180）（2C）（左（左+右右 180）/2归零方向归零方向值值各测回平均各测回平均方向值方向值角值角值盘左盘左盘右盘右方向值方向值O（0 02 15）60 30 1674 31 0875 50 14A0 02 00180 02 18-180 02 090 00 000 00 00B60 32 30240 32 24+660 32 1760 30 0260 30 16C135 03 48315 03 36+12135 03 42135 01 27135 01 24D210 53 4230 53 54-12210 53 48210 51 33210 51 38A0 02 18180 02 24-60 02 21 第五节第五节 竖直角测量竖直角测量 一、竖直角测量原理一、竖直角测量原理 在同一竖直面内视线和在同一竖直面内视线和水平线之间的夹角称为竖直水平线之间的夹角称为竖直角。如右图所示，视线在水角。如右图所示，视线在水平线之上称为仰角，符号为平线之上称为仰角，符号为正；视线在水平线之下称为正；视线在水平线之下称为俯角，符号为负。俯角，符号为负。第五节第五节 竖直角观测竖直角观测 竖直度盘垂直固定在望远镜旋转轴的一端，竖直度盘垂直固定在望远镜旋转轴的一端，随望随望远镜的转动而转动远镜的转动而转动。竖直度盘的刻划与水平度盘基本。竖直度盘的刻划与水平度盘基本相同，但其注字随仪器构造的不同分为顺时针和逆时相同，但其注字随仪器构造的不同分为顺时针和逆时针两种形式。针两种形式。二、竖直度盘的构造二、竖直度盘的构造第五节第五节 竖直角观测竖直角观测 对对于于J6级级光光学学经经纬纬仪仪竖竖盘盘与与指指标标及及指指标标水水准准管管之之间间应应满满足足下下列列关关系系：当当视视准准轴轴水水平平，指指标标水水准准管管气气泡泡居居中中时时，指指标标所所指指的的竖竖盘盘读读数数值值盘盘左左为为90，盘盘右右为为270。目前光学经纬仪普遍采用竖盘自动归目前光学经纬仪普遍采用竖盘自动归零补偿装置来代替竖盘指标水准管。零补偿装置来代替竖盘指标水准管。第五节第五节 竖直角观测竖直角观测三、竖直角的计算公式三、竖直角的计算公式推导竖直角计算公式的具体做法如下：推导竖直角计算公式的具体做法如下：1.盘左位置把望远镜大致置水平位置，这时竖盘盘左位置把望远镜大致置水平位置，这时竖盘读数值约为读数值约为90（若置盘右位置约为（若置盘右位置约为270），这个读数），这个读数称为称为始读数始读数。2.慢慢仰起望远镜物镜，观测竖盘读数（盘左慢慢仰起望远镜物镜，观测竖盘读数（盘左时记作时记作L，盘右时记作，盘右时记作R），并），并与始读数相比，是增与始读数相比，是增加还是减少加还是减少。第五节第五节 竖直角观测竖直角观测3.以盘左为例，若以盘左为例，若L90，则竖角计算公式为：，则竖角计算公式为：三、竖直角的计算公式三、竖直角的计算公式右右=270 R左左=L 90竖直角第五节第五节 竖直角观测竖直角观测 如如右右图图的的竖竖盘盘注注记记形形式式，其其竖直角计算公式为：竖直角计算公式为：左左=90 L 右右=R 270 竖直角竖直角 =（左左+右右）=（R L 180）三、竖直角的计算公式三、竖直角的计算公式第五节第五节 竖直角观测竖直角观测四、竖直角指标差的计算四、竖直角指标差的计算 当当指指标标偏偏离离正正确确位位置置时时，这这个个指指标标线线所所指指的的读读数数就就比比始始读读数数增增大大或或减减少少一一个个角角值值，此此值值称称为为竖竖盘盘指指标标差差，也也就就是是竖竖盘盘指指标标位位置置不不正正确确所所引引起起的的读数误差。读数误差。指标差计算公式：指标差计算公式：X=（左左 右右）=（R+L-360）第五节第五节 竖直角观测竖直角观测五、竖直角的观测方法五、竖直角的观测方法 1.盘盘左左位位置置：瞄瞄准准目目标标后后，使使竖竖盘盘指指标标水水准准管管气气泡泡居居中中，读读取取竖竖盘盘读读数数L，并记入竖直角观测记录表中。称为上半测回观测。，并记入竖直角观测记录表中。称为上半测回观测。2.盘盘右右位位置置：仍仍照照准准原原目目标标，使使竖竖盘盘指指标标水水准准管管气气泡泡居居中中，读读取取竖竖盘盘读读数值数值R，并记入记录表中。称为下半测回观测。，并记入记录表中。称为下半测回观测。3.上、下半测回合称上、下半测回合称一测回观测一测回观测。4.在在竖直角观测记录表竖直角观测记录表中进行竖直角和指标差的计算。中进行竖直角和指标差的计算。右右左左MO备备 注注一测回竖直一测回竖直角角指标差指标差半测回竖直半测回竖直角角竖盘读数竖盘读数盘盘位位目目标标测测站站第六节第六节 水平角测量的误差水平角测量的误差一、仪器误差一、仪器误差1视准轴误差（圆锥面）视准轴误差（圆锥面）=C/cos (用测回法消除用测回法消除)2横轴误差（倾斜面）横轴误差（倾斜面）(用测回法消除用测回法消除)3竖轴误差竖轴误差 （观测时要求精确整平仪器）（观测时要求精确整平仪器）4照准部偏心误差照准部偏心误差 (用测回法消除用测回法消除)5水平度盘刻划不均匀的误差水平度盘刻划不均匀的误差 （各测回变换起始读数）（各测回变换起始读数）第六节第六节 水平角测量的误差水平角测量的误差二、观测误差二、观测误差1.1.对中误差对中误差=1+2=-=第六节第六节 水平角测量的误差水平角测量的误差二、观测误差二、观测误差2.目标偏心误差目标偏心误差=3.瞄准误差瞄准误差 mv=4.读数误差读数误差 m=0.1t 三、外界条件的影响三、外界条件的影响(略略)第七节第七节 经纬仪的检验和校正经纬仪的检验和校正 经经纬纬仪仪主主要要部部件件及及轴轴系系应应满满足足下下述述几几何何条条件件，即即：照照准准部部水水准准管管轴轴应应垂垂直直于于仪仪器器竖竖轴轴(LLVV)；十十字字丝丝纵纵丝丝应应垂垂直直于于横横轴轴；视视准准轴轴应应垂垂直直于于横横轴轴(CCHH)；横横轴轴应应垂垂直直于于仪仪器器竖竖轴轴(HHVV)；竖竖盘盘指指标标差差应应为为零零；光光学学对对中中器器的的视视准准轴轴应应与与仪仪器器竖竖轴轴重重合合。如右图所示。如右图所示。经纬仪的检验与校正（录像）经纬仪的检验与校正（录像）由于仪器经过长期外业使用或长由于仪器经过长期外业使用或长途运输及外界影响等，会使各轴线的途运输及外界影响等，会使各轴线的几何关系发生变化，因此在使用前必几何关系发生变化，因此在使用前必须对仪器进行检验和校正。须对仪器进行检验和校正。第八节第八节 电子经纬仪简介电子经纬仪简介一、电子经纬仪的构造一、电子经纬仪的构造第八节第八节 电子经纬仪简介电子经纬仪简介二、电子经纬仪的测角原理二、电子经纬仪的测角原理 1.编码度盘编码度盘 2.光栅度盘光栅度盘 第八节第八节 电子经纬仪简介电子经纬仪简介二、电子经纬仪的测角原理二、电子经纬仪的测角原理 3.格区式度盘格区式度盘 电子经纬仪简介电子经纬仪简介（录（录 像）像）第八节第八节 电子经纬仪简介电子经纬仪简介三、三、ET-02电子经纬仪的使用电子经纬仪的使用