经纬仪、水平角测量及三角高程测量.ppt

第三章 经纬仪、水平角测量及三角高程测量 4.1 经纬仪的种类及DJ6经纬仪的构造 4.2水平角测量的基本原理及方法 4.3 三角高程测量 4.4角度测量误差来源及注意事项 4.5经纬仪的检验与校正 4.1 经纬仪的种类及DJ6经纬仪的构造 第三章 角度测量 1、经纬仪的种类 常用光学经纬仪按精度分有DJ05、DJ1、DJ2、DJ6等几种。D，J分别为“ 大地测量”和“经纬仪”的汉语拼音的第一个字母，056为该仪器一测回方向 观测值的中误差，单位为秒。 2、DJ6光学经纬仪的构造 第三章 角度测量 正面 反面 基 座 水平度盘 支撑整个仪器 三个脚螺旋整平仪器 水平角度 照准部瞄准目标，读数 望远镜、竖盘、水准管 读数显微系统 Dj6经纬仪的读数光路图 水平角读数光路: 2-3-4-6-5-7-8-18 -9-10-11-12 竖直角读数光路: 1-13-15-17-18 -9-10-11-12 4.2水平角测量的基本原理及方法 一、水平角观测原理 水平角定义:水平角就是地面上某点到两目标的方向线铅 垂投影到水平面上所成的角度，其取值范围为0 360。 在O点放一水 平度盘，OB方 向读数为b， OA方向读数 为a, 即得: = a - b 二、水平角观测 1、经纬仪的对中、整平和瞄准 1）对中： 使仪器的中心与测站点位于同一铅垂线上 对中方法 垂球对中 光学对中 1. 将仪器置于测站点上，架头大致水平。粗略 对中测站点。 2. 旋转脚螺旋使光学对中器对准测站点。 3. 伸缩三脚架腿，使圆水准气泡居中。再用脚 螺旋精确整平经纬仪。 4. 如果光学对中器分划圈不在测站点上，应松 开连接螺旋，在架头上平移仪器，使分划圈对 准测站点。 5. 重新再整平仪器，依此反复进行直至仪器整 平后，光学对中器分划圈对准测站点为止。 光学对中的操作步骤： 2） 整平- 竖轴竖直和水平度盘水平 照准部转至 任意位置， 气泡的偏离 值，最大不 能超过一格 注意: 整平和对中是一对相互破坏的过程 建议操作步骤： 通过脚螺旋-对中 通过伸缩脚架-整平 3） 瞄准目标 调节目镜调焦螺旋-使十字丝清楚 瞄准器瞄准目标-是目标成像在视场中央 旋紧水平制动螺旋 转动物镜调焦螺旋，是目标成像清晰，消除视差 转动水平微动螺旋，精确瞄准目标 尽量瞄准目标底部，使用 纵丝的中间部分平分目标 或夹准目标 2、读数： 1.分微尺测微器及读数方法 度盘分划值为1，按顺时针方向注记。 读数窗的分划板上刻有分微尺。 度盘1的分划 间隔成像后与 分微尺的全长 相等 测微尺60等分，精 确到1 ，并可估读 到0.1 。 水平角读数： 度 数 ： 180 小于1 的读数： 0618 1800618 179、180为度数， 是度盘上刻画线在 测微尺上的影像 竖直角读数： 度 数 ： 75 小于1 的读数： 5706 755706 0 1 2 3 4 5 6 2. 单平板玻璃测微器装置及其读数方法 读数窗的分划板上双指标线 测微尺上单指标线。 度盘30的分划 间隔成像后与 测微尺的全长 向匹配 3、水平角观测方法 根据测量工作要求的精度、使用的仪器 、观测目标的多少 测回法-观测两个方向之间的单角 方向观测法-两个以上的方向 测回法- 用于两个目标方向之间的水平角的观测。如图，设O为测 站点，A、B为观测目标，用测回法观测OA与OB两方向 之间的水平角。 测回法操作步骤 上半测回 （盘左) 在O点安置经纬仪，对中、整平。 盘左瞄准起始目标A -水平制动和微动精确瞄准目标底部 对度盘读数 a左 顺时针旋转照准部瞄准目标B 读数b左 左=b左-a左 下半侧回 (盘右) 一 测 回 倒转望远镜、逆时旋转照准部 瞄准目标B，读取读数b右 再逆时针旋转照准部瞄准目标A 并读取读数a右 一测回角值 上半测回 （盘左) 下半侧回 (盘右) 一 测 回 = （左+右）/ 2 左=b左-a左 右=b右-a右 1. 测回法 盘左位置：左=b左 a左 盘右位置： 右b右 a右 测回角值： （ 左+ 右） 测 回 法 测 角 记 录 表 水平角 测回角值半测回值 B A 右 B A 左 O 备注 水平度盘读数 目 标 盘 位 测 站 2. 则最终角值应为： 最终=（ ）/n 1. 盘左瞄准起始目标A 利用水平度盘变换轮将水平读盘对到相应位置并 读数，各测回间度盘配置变换常数以180/n计算 ，（n为测回数）。 多个测回观测： n=3，第一测回，配盘0度、几分、若干秒 ； 第二测回，配盘60度、几分、若干秒 第三测回，配盘120度、几分、若干秒 水平角观测手簿（测回法） 觇觇 点 读读数单测单测回方向 一测测回平 均方向 各测测回平均 方向 附 注 盘盘左盘盘右 1234567 第一 测测回 A0 02 12 180 02 24 0 00 000 00 000 00 00 B80 15 18260 15 3680 13 0680 13 0980 13 10 12 第二 测测回 A90 03 06270 03 120 00 000 0 00 B 170 16 18350 16 2480 13 12 80 13 12 12 2. 方向观测法-全圆测回法 用于两个以上目标方向的水平角观测。 方向法操作步骤 上半测回 （盘左) 在O点安置经纬仪，对中、整平。 选择起始方向,盘左瞄准起始目标A 顺时针旋转照准部瞄准目标B、C、D、A （归零） 下半测回 (盘右) 一 测 回 盘右逆时针观测各方向； A-D-C-B-A 方 向 观 测 法 记 录 表 等级级：图图根小三角 测测区：108工程 小组组： 仪仪器：DJ6 天气：阴 观测观测 ： 目期：1978.5.23 成像：稳稳定 记录记录 ： 测测 站 测测 回 数 目 标标 读读 数 左 （右 180） （2C） （左+右 180） /2 归归零方向值值 各测测回平均方向 值值 角值值 盘盘左盘盘右方向值值 O（0 02 15 ） 60 30 16 74 31 08 75 50 14A0 02 00180 02 18-180 02 090 00 000 00 00 B60 32 30240 32 24+660 32 1760 30 0260 30 16 C135 03 48315 03 36+12135 03 42135 01 27135 01 24 D210 53 4230 53 54-12210 53 48210 51 33210 51 38 A0 02 18180 02 24-60 02 21 1、仪器误差 仪器误差，一方面由于仪器在制造时受到制造工艺的限制，因此使仪器本身在 结构上就存在着一定的误差。如：度盘偏心误差、度盘刻划误差、水平度盘与 竖轴不垂直等；另一方面是由于仪器被校正的不够完善的残余误差，对水平角 测量也会产生一定的影响。 在这些误差中，如：度盘偏心误差，可采用测回法将其削弱；度盘刻划误差及 水平度盘不垂直竖轴的误差，就目前的制造工艺来讲一般很小，但前者还是可 以通过多个测回间配置度盘读数的方法将其削弱。对于校正后的残差，如视准 轴不垂直于横轴、横轴不垂直于竖轴的误差，也可以通过测回法将其消除或削 弱；而竖轴不垂直于管水准器水准轴的误差（使竖轴不处于铅垂位置）对水平 角测量的应响，一般通过测回法无法将其消除。因此在校正仪器时应注意此项 校正的质量，在安置仪器时也应注意仪器的整平程度。 4.3水平角观测的误差来源及其减弱措施 2、仪器对中误差与目标偏心误差 （1）仪器对中误差对水平角测量的影响 如图 4-16 所示，O为测站标志中心，O为仪器中心，为A点与标志中心O及B点所夹的水平角即 ：=AOB；/为A点与仪器中心O及B点所夹的水平角即： /=AOB ; e为仪器对中的偏心距；为观测的起始方向与仪器对中的偏离方向之间的夹角。从 图4-16可以看出观测角值/与正确角值之间存在着下列关系： =/ -（1+2） 在AOO和B OO中，1 和2角很小，故可用其弧度值代替其正弦值，因此有： 由上式可以看出： 当和一定时，与e成正比 当e和一定时，与所测角的边长，成反比。 当e和S一定时，且当=1800，=900 时，取得最大值。 综上所述，由于（根据实际情况确定）、和e都是无法控制的，且当仪器对中后，其对水平角测 量的影响也不再发生变化，因此无论观测多少个测回都不能削弱其对水平角测量的影响，这项误 差在各侧回间均保持相同。因此在测角时，尤其是在观测边较短的情况下，应特别注意仪器的对 中精度。 （2）目标偏心对水平角测量的影响 如图4-17 所示：A，B为标志中心、A/ ,B/为标杆中心，如果标杆没有立在标志点的 中心点上或标杆没有竖直地立在标志点的中心点上而又无法瞄准标杆底部、另外标杆 本身不直同样都会造成目标偏心，从而给水平角测量带来误差。由于目标偏心给水平 角测量带来的影响为： 的，是 无法控制的，且当标杆立好后，两者即成固定值，其对水平角的影响也不再发生变化 ，因此无论观测多少个测回也不能削弱其对水平角测量的影响，这项误差在各侧回间 均保持相同。从上式可以看出，目标偏心对水平角测量的影响随偏心距的增大而增大 且当1=2=90时，取得极大值。但随边长S1,S2的增大而减小。因此在观测边长 较短的情况下应注意目标对中的精度。测量时应尽可能地瞄准标杆的底部以减小目标 偏心、标杆没有竖直和标杆本身不直对水平角测量的影响。 4.4 三角高程测量 1、竖直角定义:地面某点至目标的方向线与水平面之间 的夹角，取值范围为 9090。 仰角（在水平面的上方）为正，0 90； 俯角（在水平面的下方）为负，-90 0。 竖直度盘垂直固定在望远镜旋转轴的一端，随望远镜的转动而转 动。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 分为顺时针和逆时针两种形式。对于J6级光学经纬仪竖盘与指标及指标 水准管之间应满足下列关系：当视准轴水平，指标水准管气泡居中时， 指标所指的竖盘读数值盘左为90，盘右为270。 1）竖直度盘的构造 2、竖直角观测 2）竖直角的计算公式 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 盘读数值约为90（若置盘右位置约为270），这个读 数称为始读数。 2：慢慢仰起望远镜物镜，观测竖盘读数（盘左 时记作L，盘右时记作R），并与始读数相比，是增 加还是减少。 如右图的竖盘注记形式， 其竖直角计算公式为： 左 =90 L 右=R 270 竖直角 = 1/2（ 左+ 右） = 1/2（R L 180） 3）竖直角指标差的计算 当指标偏离正确位置时，这 个指标线所指的读数就比始读数增 大或减少一个角值，此值称为竖 盘指标差，也就是竖盘指标位置不 正确所引起的读数误差。 指标差计算公式： X= 1/2（ 左 右） = 1/2（R+L-360） 4）竖直角测角原理 在O点放一竖直度盘，分别测得OA方向读数a，及水平方向读数b=90度，竖 直角即为a和b之差 ： =90-a。 5）竖直角的观测方法 1.盘左位置：瞄准目标后，使竖盘指标水准管气泡居中，读取 竖盘读数L，并记入竖直角观测记录表中。称为上半测回观测。 2.盘右位置：仍照准原目标，使竖盘指标水准管气泡居中，读取 竖盘读数值R，并记入记录表中。称为下半测回观测。 3.上、下半测回合称一测回观测。 4.在竖直角观测记录表中进行竖直角和指标差的计算。 右 左 MO 备 注 一测回竖直 角 指标差 半测回竖直 角 竖盘读数 盘 位 目 标 测 站 3、三角高程测量原理 如图将仪器安置在A点，并进行对中和整平，量取仪器高i；瞄 准B点花杆某点观测竖直角 ，同时量取觇标高v ，如果知道 A、B两点间的水平距离D则A、B两点间的高差： D D 一、 经纬仪主要部件及轴系应满足下述几何 条件： 照准部水准管轴应垂直于仪器竖轴(LLVV)； 十字丝纵丝应垂直于横轴；视准轴应垂直于横 轴(CCHH)；横轴应垂直于仪器竖轴 (HHVV)；竖盘指标差应为零；光学对中器 的视准轴应与仪器竖轴重合。如右图所示。 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 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。 4.5经纬仪的检验和校正 二、经纬仪的检验与校正 1、管水准器的水准轴应垂直于竖轴的检验与校正 经纬仪管水准器水准轴垂直于竖轴的检验与校正过程，可参照水准仪圆水准器的 水准轴平行于竖轴的检验与校正过程。 2、视准轴应垂直于横轴的检验与校正 （1）检验方法 如图4-13所示，如果视准轴不垂直于横轴，设两者间的夹角为 90-C。检验时，找一建筑物的墙面作为观测标志，距墙面50 M和100M分别找到两点O、A，使OA的连线近似垂直于墙面， 在O点安置仪器，盘左瞄准A点，制动照准部，倒转望远镜， 使视准轴近似水平。在墙面上选一B点（B点为OA延长线与墙 面的交点且与仪器近似同高，即视准轴近似水平），并在B点 处贴一具有毫米刻划的板尺，用经纬仪竖丝卡在板尺刻划处， 同时读取读数B1，盘右重复以上过程， 读取读数B2，若B1= B2，说明视准轴垂直于横轴，否则就需对视准轴进行校正。 （2）校正方法 如图4-13所示，视准轴不垂直于横轴，两者间夹角为90-C。因此盘左时 AOB1=180-2C，所以B1OB=2C。盘右时B2OB=2C，如将视准轴从B2点 调至B3点，即调整四分一B1B2，则视准轴就垂直于横轴。 校正时，如图4-14所示，旋下护罩，用校正针拨松上下两个校正螺丝，再用校正针 调整左右校正螺丝，使十字丝交点与B3点重合，即完成一次校正过程。以上校正过 程需反复进行，以确保两轴相互垂直。另一方面，从检验过程可以看出，此项误差 对水平角测量的影响，可用测回法测角将其消除。 3、十字丝竖丝应垂直于横轴的检验与校正 此项检验与校正过程可参照水准仪十字丝横丝垂直于竖 轴的检验与校正过程。 检验时，在某点整置好仪器，并在远处找一明显点A， 让十字丝交点与其重合。将照准部及望远镜制动，用望 远镜竖直微动螺旋使望远镜上下绕横轴转动，若A点始 终位于竖丝上，说明竖丝垂直于横轴。如果A点偏离竖 丝，说明竖丝不垂直于横轴，需要校正。 如图4-14所示，校正时，首先旋下护罩，松开十字丝分 划板座的四个固定螺丝，然后旋转十字丝分划扳座，使 十字丝的竖丝与A点重合。校正后应重新旋紧十字丝分 划扳座的固定螺丝。以上过程也需反复进行。 4、横轴应垂直于竖轴的检验与校正（HV） （1）检验方法 如图4-15所示，找一建筑物的墙面，距墙面30m左右处安置经纬仪，盘左瞄 准墙面高处一明显点N，倾角在30左右，制动照准部，转动望远镜于水平位 置，标出十字丝交点在墙面上的位置A，盘右重复以上过程标出B点。若A点 与B点重合，说明横轴垂直于竖轴，否则需要校正。 （2）校正方法 校正时，首先标出AB两点的中点M，再用望远镜十字丝交点瞄准M点，抬高 望远镜，使望远镜十字丝交点与墙面交点N与N点同高，N、N一定不重合 ，抬高或降低横轴的一端，即可使十字丝交点与N点重合，此时横轴处于水 平位置。即完成校正过程，以上过程也需反复进行。 5、竖直度盘指标差（x）的检验与校正 （1）检验方法 于某点安置好经纬仪，用盘左、盘右分别观测同一目标 点，读取盘左读数L与盘右读数R求出指标差x。若x超 过1范围时，则需校正。 （2）校正方