角度测量课件

第三章角度测量,角度测量测量的基本工作之一为确定地面点的位置角度测量:水平角测量竖直角测量,A,B,C,3-1水平角测量原理,水平角定义：地面上一点到两目标的方向线投影到水平面上的夹角。过这两方向线所作两竖直面间的二面角角度单位（）,水平角测量测量地面点连线的水平夹角。（1）确定地面点的平面位置（2）求算点的平面位置,竖直角定义(垂直角)在同一铅垂面内，目标方向倾斜视线与水平视线的夹角。竖直角测量（1）测定高差（2）将倾斜距离改化为水平距离角度测量仪器及配件：经纬仪、全站仪、花杆、测钎,一、水平角测量原理,设想：为了测量水平角，应在过A点的上方水平地安置一个有刻度的圆盘水平度盘水平度盘的中心应位于过A点的铅垂线上一个能够瞄准远方目标的望远镜,观测水平角时要满足: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望远镜能沿水平方向转动，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通过望远镜可瞄准高低不同的目标保证：同一竖直面内高低不同目标水平度盘读数相同,3-2经纬仪概述1按读数系统区分类：游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪2按标准分类：DJ0.7、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15等,3、光学经纬仪分为：基座、水平度盘、照准部三部分,北京光学仪器厂生产的DJ6光学经纬仪,（一）DJ6级光学经纬仪的构造1基座支承、整平仪器借助中心螺旋使经纬仪与脚架结合（1）三个脚螺旋（2）圆水准器（3）竖轴轴套（4）轴座连接螺旋使用仪器时，切勿松动该螺旋，以免照准部与基座分离而坠落。,2水平度盘水平度盘是玻璃制成的圆环上刻有分划，从0360、度盘分划度为1顺时针方向注记、用来测量水平角度盘轴套套在竖轴轴套的外面，可绕轴套旋转。,在水平度盘下方的度盘轴套上:复测盘拨盘手轮,水平制动水平微动,测水平角时，水平度盘不动！,3照准部望远镜横轴竖轴竖盘水准管水平制动进光镜水平微动竖直制动竖直微动读数装置水准管竖直微动,Off-on,（二）J6级光学经纬仪的读数,读数装置一套光学系统,顺时针注记003600,（1）读数装置上窗水平度盘的影象下窗竖盘的影象关键：读数窗的分微尺度盘1的分划间隔成象后与分微尺的全长相等分微尺1分成60等分格值为1可估读到测微尺上1格的十分之一0.1（6）,H,V,（2）读数（以分微尺上的零线为指标）度由落在分微尺上的度盘分划的注记读出分分微尺零线至度盘刻度线间的值，由分微尺上读出。秒估读（为6的倍数）,（三）DJ2级光学经纬仪构造,如图与J6相比增加：1、测微轮读数时，对径分划线影像符合2、换像手轮水平读数和竖直读数间的互换3、竖直读盘反光镜竖直读数时反光,测微轮,换像手轮,竖直读盘反光镜,DJ2与DJ6的区别：1）水平度盘与竖直度盘换像手轮2）进光窗口有两个3）测微轮,DJ2采用重合读数法取度盘对径(直径两端)相差180处的两个读数的平均值可消除度盘偏心误差，提高读数精度。读数前调整测微轮使对径上、下分划对齐在读数显微镜中只显示一种影像旋转换像手轮来转换度盘,采用对径重合读数法转动测微轮，使上下分划线精确重合后读数.,书上错误！,一、角度测量附件1、标杆木制或铝合金标杆长2-3m，直径34cm涂20cm间隔的红、白漆用于标定点位、直线2、测钎粗铁丝制成标定点位计算已量过的整尺段数测钎一组为6根或11根3）垂球铅垂线、投点,3-3经纬仪的使用,二、经纬仪的操作步骤2）对中1）安置仪器粗平3）整平精平4）瞄准5）读数,反复操作满足要求,仪器的安置对中、整平对中目的：使仪器水平度盘的中心与测站点位于同一铅线上。方法：垂球对中、光学对中两种,步骤：先目估三脚架头大致水平三脚架中心大致对准地面标志中心对中器的望远镜调焦（拉、推对中器物镜调焦，使地面点清晰为止）1、对点（1）踏紧一条架脚，双手分别握住另两条架腿稍离地面前后左右摆动，直至分划圈中心对准地面标志中心，放下两架腿并踏紧（2）小范围调整三个脚螺旋使圆水准泡居中,2、整平（粗平、精平）（1）粗平伸缩架腿使圆水准气泡基本居中（2）精平利用三个脚螺旋使照准部水准管气泡居中目的：使竖轴铅垂和水平度盘水平精平步骤：1）一对、一个2）检查对中是否偏离稍旋松连接螺旋，在架头上移动仪器调整上述步骤需反复进行照准部转至任意位置管水准气泡、对点器满足要求。,脚螺旋精平左手大拇指法则,气泡居中，1、2等高,气泡居中，3与1、2等高,1）转动仪器，使水准管与脚螺旋1、2连线平行。2）根据气泡位置运用法则，对向旋转脚螺旋1、2。3）转动仪器900，运用法则，旋转脚螺旋3。,3、瞄准、读数（1）瞄准目标步骤粗瞄目标精确瞄准目标（用纵丝的单线平分目标或用双线夹住目标）目镜对光物镜调焦,步骤：粗瞄制动调焦微动精瞄瞄准时，尽量瞄准目标下部,（2）读数先打开度盘照明反光镜（调整反光镜的开度和方向，使读数窗亮度适中）旋转读数显微镜的目镜使刻划线清晰在度盘读数显微镜中（读数窗）读数,1、水平角定义2、特点：顺时针003600,3-4水平角测量方法,c,=右(终)边c-左(始)边a当ca时=ca当ca时=c+3600a,常用水平角观测方法测回法方向观测法,两个基本概念,盘左（正镜）盘右（倒镜）,盘左观测,盘右观测,竖直度盘,竖直度盘,一、测回法,1、适用：2个方向的单角（AOB）2、操作步骤（1）盘左瞄准左边A、读取a1（2）顺时针旋转瞄准右边B读取b1上半测回角值:1=b1-a1,1,a1,b1,（3）倒镜成盘右、瞄准右边B、读取b2（4）逆时针旋转瞄准左边A，读取a2下半测回角值:2=b2-a2（5）计算角值若：1-2f容许（40）（图根级）则：=（1+2）/2,松开水平及竖直制动螺旋，转动望远镜。,上、下半测回合称一测回,比较各测回同方向的互差,注意数据处理=baba时，需b+360,城市测量规范没给出测回法半测回角差的容许值根据图根控制测量的测角中误差为20一般测回法半测回角差的容许值取中误差的两倍40,3、测回法记录格式,2542406,1800500,741906,000418,742342,741924,741915,4、数据计算处理（1）计算：上=b1-a1下=b2-a2（2）比较限差：=上下40（3）取平均值：=（上+下）2,多测回观测应注意例如：两测回起始A方向的水平度盘应调置为90左右（第一测回A方向应在大于0的位置）第二测回的两个半测回角差符合要求再取两测回角值的平均值作为最后结果,度盘配置方法:多测回观测，按180/n的差值配置拨盘手轮测角精度要求较高,P44,测回法测角记录,二、方向观测法全圆法适用于观测三个或三个以上的方向方向多于三个每测回都选定一个起始方向零方向开始观测依次观测所需的各个目标再次观测起始方向（称为归零）,观测步骤,（例：四个方向）O点测站点A、B、C、D观测目标,A,B,O,C,D,（1）上半测回观测选择一明显目标A作为起始方向（零方向）正镜：用盘左瞄准A，配置度盘，顺时针依次观测、读数A、B、C、D、A,（2）下半测回观测,倒镜成盘右逆时针依次观测A、D、C、B、A,（3）计算、记录数据记入记录手簿,多测回测量度盘按180/n的差值配置水平度盘。,例题：以A点方向为零方向开始测量，瞄准A方向，将水平度盘置于所需读数（如000242）进行两测回测量，数据记入表格。,（1）步骤盘左：顺时针分别瞄准A、B、C、D、A读数并记录盘右：逆时针分别瞄准A、D、C、B、A读数并记录,（2）归零差控制观测顺序：观测零方向观测零方向AA（4）（5）误差存在（4）上半测回归零差（5）下半测回归零差,半测回归零差:J212J618,1、半测回归零差的计算上半测回归零差=000212-000206=6下半测回归零差=18000200-18000206=6半测回归零差:J212J618,方向观测法记录计算过程,2、计算两倍照准误差2c值2c=盘左读数-（盘右读数180）,一测回内2C误差：J218J6不要求,J6的读数受度盘偏心差的影响2c的变动范围不作限制2c属于仪器误差，同一台仪器应是一常数2c的变动大小能反映观测质量控制范围DJ22c13DJ62c36,盘左、盘右2C（视准轴）误差计算OA方向2C值=000212-18000206=6OD方向2C值=18200224-200224=0一测回内2C误差J218J6不要求比较两个方向2C互差J62c36J22c13,180,3、计算各目标的方向值的平均值平均值=盘左读数+(盘右读数180）2,一测回平均值计算OD方向盘左、盘右读数的平均值：(18200224+(200224+1800)/2=18200224OA方向盘左、盘右读数的平均值：(000206+(18000200-1800)/2=000203(000212+(18000206-1800)/2=000209零方向要再取平均得：(000209+000203)/2=000206,4、计算归零后的方向值归零方向值将起始目标的方向值定为000000其它目标值相应推算,计算归零后的方向值OA方向的归零方向值：000206-000206=0000000OB方向的归零方向值：5101536-000206=5101330OD方向的归零方向值：18200224-000206=18200018,5、计算各测回归零方向值的平均值当测回数两个以上时：不同测回的同一方向归零后方向值应相等（8）误差在允许范围取平均值作为该方向的最后方向值,各测回归零方向值的平均值同一方向值各测回间互差:J212J624,24,计算各测回归零后平均值OB方向各测回归零方向值的平均值：(5101330+5101325)/2=5101328应满足OB方向值各测回间互差:5101330-5101325=5“多测回比较归零后两个方向2C互差J62c36J22c13,6、计算水平角计算各目标间的水平夹角平均归零后后目标方向值-前目标方向值AB=511328BC=803834CD=500820DA=1775938,习题：用J6经纬仪，按全圆测回法观测水平角（测两个测回），仪器安置于O点。第一测回：盘左按顺时针方向瞄准目标A、B、C、D、A对应的水平盘读数分别为：00200603230、13503482105342、00218盘右按逆时针方向分别瞄准目标A、D、C、B、A对应水平盘读数分别为；1800224305354、31503362403224、1800218,第二测回：盘左按顺时针方向瞄准目标A、B、C、D、A对应的水平盘读数分别为：9017261504747、22518593010909、901738盘右按逆时针方向分别瞄准目标A、D、C、B、A对应水平盘读数分别为：27017301210921、4518473304757、2701734请绘表进行记录并计算两相邻目标点与0点所组成的水平角值,水平角观测的注意事项仪器高度应和观测者的身高相适应三脚架要踩实，仪器与脚架连接要牢固读数时注意不要用手扶三脚架转动照准部和望远镜之前，应先松开制动螺旋使用各种螺旋时用力要轻,精确对中，特别是对短边测角要求应更严格当观测目标间高低相差较大时更应注意仪器整平照准标志要竖直尽可能用十字丝交点瞄准标杆或测钎底部记录要清楚并当场计算，发现错误，立即重测一测回水平角观测过程中不得再调整照准部管水准气泡，如气泡偏离中央超过2格时，应重新整平与对中仪器，重新观测,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(也叫垂直角)。=090仰角为正、俯角为负,3-5竖直角观测方法,竖直角的应用（1）测定高差（坡度）（2）将倾斜距离改化为水平距离,倾斜距离换算为水平距离D=Scos三角高程测量的计算h=Ssin+i-v,视距测量,一、竖直度盘的构造,1、包括:竖盘、竖盘指标水准管、微动螺旋,竖盘指标自动归零补偿器替代,2、特点：读数指标线固定不动，竖盘随望远镜一起转动。,3、竖盘的注记形式：顺时针、逆时针两种,（1）顺时针注记,（2）逆时针注记,二、竖直角的计算公式,1、顺时针注记左=90-L右=R-270一测回竖直角=（左+右）/2,2、逆时针注记,问题：左=？右=？,有:左=L-90右=270-R一测回竖直角:=（左+右）/2,3、竖直角的大小两个方向在度盘上的读数之差与水平角不同：其中有一个是特殊的水平方向水平方向的读数为一定值测量竖直角时，只需瞄准目标方向读取一个竖盘读数、代公式计算即可,三、竖盘指标差,1、定义：由于指标线偏移，当视线水平时竖盘读数不是恰好等于90或270上，而是与90或270相差一个x角竖盘指标差当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时x为正反之为负,盘左判断,2、计算公式,（1）指标差:,正确的竖直角=(90+x)L=左+x=R-(270+x)=右-x,结论：取盘左盘右平均值，可消除指标差的影响。,X自带正负号,顺时针注记,左=90-L右=R-270,（2）竖盘指标差的控制X属仪器误差变化范围很小，可看作一定值.当X较大时，认为观测质量差.规范规定指标差变动范围：J624J215,四、竖直角的观测与计算1、外业观测1）仪器安置于测站点0上2）盘左瞄准目标点M（中丝切于目标顶部）调节竖盘指标水准管气泡居中，读数L3）盘右再瞄准目标点M点调节竖盘指标水准管气泡居中，读数R4）代入公式，计算竖直角,0,M,水平视线,N,2、竖直盘注记的判断仪器处于盘左状态，抬高望远镜的物镜（仰角）0根据竖盘读数L判断公式：左=90-L右=R-270左=L-90右=270-R,顺盘减小逆盘增大,盘左:左=90-L盘右:右=R-270竖直角:=(左+右)2注意：L、R、的不同,竖直角观测记录表,书P47例题错误,五、竖盘指标差自动归零的补偿装置安装一个补偿器代替竖盘指标管水准器仪器竖轴铅垂视准轴水平读数指标处于铅垂位置通过补偿器，当仪器竖盘稍有倾斜，调整后视准轴仍可水平读数显著地提高竖盘读数的速度补偿范围为2,六、水平角测量的误差分析,（一）物的误差仪器误差、仪器校正的残余误差视准轴误差（CCHH）盘左盘右观测取平均消除横轴误差（HHVV）盘左盘右观测取平均消除竖轴误差（LLVV）盘左盘右观测取平均不能抵消，仔细整平。,（二）人的误差1、仪器安置误差对中误差、整平误差对中误差仪器中心与测站点的标志中心不在同一铅垂线上测站偏心边长越短，偏心距越大，影响也越大,2、标杆倾斜误差竖直标杆，观测时尽量瞄准目标底部目标偏心照准点偏心照准的目标与其地面标志中心不在一条铅垂线上3、观测误差：瞄准误差，估读数误差读数误差用分微尺、测微器读数、眼睛的差别等,（三）外界条件的影响外界条件对观测质量有直接影响松软的土壤大风影响仪器的稳定性日晒和温度变化影响水准管气泡的运动大气层受地面热辐射影响会引起目标影像的跳动注意：要选择目标成象清晰稳定的有利时间观测克服或避开不利条件的影响提高观测成果的质量,3-6经纬仪的检验与校正,一、经纬仪的主要轴线:1、竖轴VV2、水准管轴LL3、横轴HH4、视准轴5、圆水准器轴LL,二、经纬仪轴线应满足的条件1、管水准轴垂直竖轴VVLL（照准部水准管轴的检校）2、十字丝竖丝垂直横轴HH十字丝竖丝（十字丝竖丝的检校）3、视准轴垂直横轴HHCC（视准轴的检校）,4、横轴垂直竖轴HHVV（横轴的检校）5、竖盘指标差应为零（指标差的检校）6、光学对中器的视准轴与竖轴重合光学垂线与VV重合（光学对中器的检校）7、LLVV（圆水准器的检验与校正）(次要),三、经纬仪的检验和校正（一）照准部水准轴应垂直于仪器竖轴的检验和校正检验：整平仪器照准部水准管平行于任意一对脚螺旋转动该对角螺旋使气泡居中再将照准部旋转180若气泡仍居中，说明此条件满足，否则需要校正。,校正：用校正针拨动水准管一端的校正螺丝使气泡退回偏离格数的一半再转动脚螺旋使气泡居中重复检验校正直到水准管在任何位置时气泡偏离量都在一格以内,（二）竖丝应垂直于仪器横轴的检验校正检验：用十字丝竖丝一端瞄准细小点状目标转动望远镜微动螺旋，使其移至竖丝另一端若目标点始终在竖丝上移动，说明条件满足,校正：旋下十字丝分划板护罩用小改锥松开十字丝分划板的固定螺微微转动十字丝分划板使竖丝端点至点状目标的间隔减小一半再返转到起始端点重复上述检验过程，直到无显著误差为止最后将固定螺丝拧紧,（三）视准轴垂直于横轴的检验和校正目的：视准轴垂直与横轴CCHH,1）视准轴仪器的物镜光心是固定的十字丝交点是可变动CCHH取决于十字丝交点是否处于正确位置有偏转时产生视准轴误差2）视准轴误差视准轴与横轴的交角与90的差值（c表示）,检验：（方法一）利用同一点度盘读数间的关系盘左瞄准远处与仪器同高点A读取水平度盘读数左盘右倒转望远镜盘右再瞄准A点读取水平度盘读数右若左=右180，说明条件已满足若差值超过20，则需要校正,校正：计算正确读数=右+(左180)/2转动水平微动螺旋，使水平度盘读数为（180）此时目标偏离十字丝交点用校正针拨动十字板左、右校正螺旋使十字丝交点对准A点如此重复检验校正，直到差值在20内为止最后旋上十字丝分划板护罩,（方法二）检验：在平坦场地选择相距100m的A、B两点仪器安置在两点中间的O点在A点或在墙上设置和经纬仪同高的点标志B点设一根水平尺，该尺与仪器同高且与OB垂直用盘左瞄准A点标志，固定照准部倒镜望远镜，在B点尺上定出B1点的读数盘右同样方法定出B2点读数若B1与B2重合，说明此条件满足，否则需要校正。,校正：在B1、B2点间，距B2点1/4处定出B3读数B3=B2