中南大学《土木工程测量》课件第03章角度测量

1、12021-12-1522021-12-15 第三章 角度测量 角度测量原理经纬仪构造水平角测量方法竖直角测量方法经纬仪检验和校正角度测量误差分析电子经纬仪32021-12-15角度是传统大地测量与工程测量中必不可少的元素 经纬仪（theodolite）是测量空间点位在水平面或垂直面内所构成的夹角的精密仪器（instrument）。角度测量(angle observation)包括： 水平角(horizontal angle)测量 竖直角(vertical angle)测量3.1 水平角和竖直角的测量原理 42021-12-15一、水平角一、水平角(horizontal angle) 定义定义

2、 从空间一点出发的两条空间直线在水平投影面上的夹角。 范围：顺时针0-3600 水水平平面面abc ABC0ca水平度盘水平度盘(horizontal circle)52021-12-15二二.竖直角竖直角(vertical angle)定义定义天顶天顶铅铅垂垂线线水平线ACAZCZACB090 180270在同一竖直面内，瞄准目标的视线与水平视线的夹角。其范围：=090 ，仰角为正，俯角为负。62021-12-153.2 光学经纬仪(optical theodolite)的构造 经纬仪是测角的仪器，按精度，有： DJ6、DJ2。72021-12-153.2 光学经纬仪(optical the

3、odolite)的构造 一、DJ6经纬仪的构造及作用1、照准部(alidade)2、水平度盘(horizontal circle)3、基座(tribrach)82021-12-1592021-12-15112021-12-151.照准部(alidade)l照准部(水平)制动、微动l望远镜(竖直)制动、微动l水准器l望远镜 目镜调焦，物镜调焦 粗瞄准器，十字丝读数显微镜竖直度盘光学对点器复测扳手或度盘变换器 望远镜十字丝望远镜十字丝122021-12-152.水平度盘(horizontal circle)水平度盘由光学玻璃制成 顺时针0360刻度； 水平度盘与照准部相互脱离； 改变度盘位置，要使

4、用度盘变换手轮或复测 扳手。0901802700901802703.基座(tribrach)脚螺旋用于整平仪器132021-12-15电子经纬仪142021-12-15152021-12-15光学经纬仪基本构造光学经纬仪基本构造l所有光学经纬仪在构造上相似l这些部件（components）可分为三部分对中、整平子系统（centring & levelling system）照准子系统（collimating system）读数子系统（Reading system）162021-12-15Centring system(Optical plummet)Alidade with teles

5、cope(the rotatable part)Horizontal circleVertical circleFootscrewTribrachBaseplate(trivet stage)172021-12-15二、经纬仪操作1、联结2、对中（1）打开脚架：（高度适中）挂上锤球（2）粗略对中：移脚架，目估架顶大致平，锤球对点2cm（3）联结：连上仪器，中心螺旋拧紧后松开半周（4）再在架顶移动仪器，使锤球准确对点，拧紧中心螺旋。182021-12-153、整平：（粗平和精平） l粗平是通过伸缩脚架腿或旋转脚螺旋使圆水准气泡居中，其规律是圆水准气泡向伸高脚架腿的一侧移动，或圆水准气泡移动方向与

6、用左手大拇指和右手食指旋转脚螺旋的方向一致； l精平是通过旋转脚螺旋使管水准气泡居中，要求分别转动照准部使管水准器轴旋至相互垂直的两个方向上使气泡居中，其中一个方向应与任意两个脚螺旋中心的连线方向平行。192021-12-15操作步骤操作步骤 先将照准部转动，使水准管轴平行于一对脚螺旋的连线，两手相对转动脚螺旋，使气泡居中，然后将照准部平转90度，转第三个脚螺旋，使气泡居中。（此过程需反复）注意：（1）两脚螺旋相对旋转。（2）气泡移动方向与左手大拇指移动一致。（3）脚螺旋顺时针升高。202021-12-15地面控制点地面控制点（ground control point, GCP）212021-

7、12-15光学对中、整平光学对中、整平222021-12-15垂球对中、整平垂球对中、整平232021-12-15242021-12-15(2) 光学对中器法 大致水平大致对中 眼睛看着对中器，拖动三脚架两个脚,使仪器大致对中,并保持“架头”大致水平。 伸缩脚架粗平 根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚或一个脚，使圆水准气泡居中。252021-12-15（3）脚螺旋精平左手大拇指法则转动仪器，使水准管与脚螺旋1、2连线平行。根据气泡位置运用法则，对向旋转脚螺旋1、2 。转动仪器900，运用法则，旋转脚螺旋3 。架头上移动仪器，精确对中脚螺旋精平 反复（4）、（5）两步。 气泡居中，气泡居中，1、2等

8、高等高123气泡居中，气泡居中，3与与1、2等高等高123262021-12-154、瞄准 步骤：粗瞄步骤：粗瞄制动制动调焦调焦微动精瞄。微动精瞄。（1）准星粗瞄，制动（2）目镜对光：使十字丝清晰（3）物镜对光：使目标影像清晰（4）消除视差（5）旋两微动螺旋，使目标落在纵丝中心注意：瞄准时，尽量瞄准目标下部。 272021-12-155、读 数282021-12-15a) 分微尺法b) 单平板玻璃测微器法292021-12-15c) 对径符合读法302021-12-15（1）打开读数窗反光镜（读数目镜调焦）利用读数装置图讲解H（Horizontal）：水平；V(Vertical)：竖直、测微器

9、（分微尺）：将1度分为60格，格值1分，估读0.1 格（6“）（2）读数方法：从小往大读，0分划线代表指标线（图3-9）0至6之间的度盘分划线为实际的读数指标线先从与分微尺相截的度盘刻划线上读出整度数，再从相截位置读数分数，并估计秒。 312021-12-15J6经纬仪读数方法经纬仪读数方法水平度盘读数： 7304240173（1）分微尺的分划值为1，估读到 0.1(6)。（2）“H”水平度盘读数， “V”竖直度盘读数。 322021-12-15332021-12-15实习4:经纬仪操作与读数实习目的:使学生掌握J6光学经纬仪安置、读数的方法。仪器设备:每组J6光学经纬仪2台。实习任务:每组每

10、位同学完成经纬仪的整平、对中、瞄准、读数工作各一次。说明:气泡的移动方向与操作者左手旋转脚螺旋的方向一致。342021-12-15要求及注意事项要求及注意事项（1）对中3mm，气泡偏离1格（2）练习度盘对0，对某一目标读数为00000（3）不要碰了别人的仪器（4）仪器装箱；将所有的制动螺旋松开，按原样装箱（5）不准坐仪器箱（6）搬动过程中扣好箱盖 (7) 按要求填写实习报告352021-12-15三、J2光学经纬仪的构造 如图与J6相比，增加了：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3620

11、21-12-15四、DJ2的读数方法l一般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。 372021-12-15382021-12-15水平角测量水平角测量内容提要：水平角测量预备知识水平角测量测回法水平角测量方向观测法 392021-12-15复习:水平角测量(horizontal angle observation) 原理1、水平角定义2、特点：顺时针00-3600水水平平面面acABC0ca水平度盘水平度盘090180270090180270402021-12-153、计算公式=右(终)边c-左(始)边a当ca时 = c-a 当ca 时 = c+3600 -a 水水平平面面

12、acABC0ca水平度盘水平度盘412021-12-153-3 水平角测量常用的方法有：测回法(method of observation set)方向观测法(method of direction observation)422021-12-15一、两个基本概念：盘左盘左盘右盘右盘左观测盘左观测盘右观测盘右观测竖直度盘竖直度盘竖直度盘竖直度盘432021-12-15二、测回法1、适用：2个方向的单角（AOB）2、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。 则上半测回角值:1= b1-a1 1测站测站ABOa1b1442021-12-15（3 3）顺时针旋转望

13、远镜，倒镜成盘右，瞄准右边）顺时针旋转望远镜，倒镜成盘右，瞄准右边B B，读取，读取b b2 2。（4 4）顺时针旋转瞄准左边）顺时针旋转瞄准左边A A，读取，读取a a2 2。 则下半测回角值则下半测回角值: :2 2= b= b2 2-a-a2 2（5 5）计算角值）计算角值 若：若：容容= =1 1- -2 23030则有：则有： = = （1 1+ +2 2）/2/2 2测站测站ABOa2b2452021-12-153、测回法记录格式、测回法记录格式ABO 254 24 06180 05 0074 19 06右右ABO左左AB00 04 1874 23 42 74 19 2474 19

14、 15测站测站竖盘竖盘位置位置目标目标水平度水平度盘读数盘读数 半测回半测回角值角值 一测回一测回角值角值 示示 意意 图图462021-12-15u 测回法小结测回法小结: :u度盘配置方法: 若观测N个测回，各测回间按180/N的差值来配置度盘。ABBA左边盘右右边右边盘左左边顺时针倒镜顺时针 472021-12-15实习5: 水平角测回法实习目的:使学生掌握水平角的测回法观测。仪器设备:每组J6光学经纬仪2台。实习任务:每人完成1测回（包括观测、记录、计算），实验报告 上画角度示意图说明:注意水平角测量的限差及记录格式。要求：（1）读数：分秒必须记两位，0不能省，秒是6的整倍数。 （2）

15、对中误差3mm （3）气泡偏离1x1；J2J2： x30 x30时，要进行校正。时，要进行校正。(2)(2)校正：校正：用指标水准管微动螺旋，使中丝对准（R- x）位置，再有拨针使指标气泡居中。812021-12-15 3-6 角度测量的误差分析角度测量的误差分析一、仪器误差一、仪器误差 仪器虽经过检验及校正，但总会有残余的误差存在。仪器误差的影响，一般都是系统性的，可以在工作中通过一定的方法予以消除或减小。822021-12-15(一一) 视线不垂直横轴视线不垂直横轴由于一个角度是由两个方向构成的，则它对角度的影响为：ABBBc111,cosOOBBAOABseccoscos1ccAOOOc

16、1212secseccccc832021-12-15842021-12-15(二二) 横轴不垂直竖轴横轴不垂直竖轴1212tgtgi1tantan1PPPPiAPPPiAPPPtantantantan 852021-12-15(三三) 水准管轴不垂直竖轴水准管轴不垂直竖轴862021-12-15(四四) 照准部偏心照准部偏心 所谓照准部偏心，即照准部的旋转中心与水平盘的刻划中心不相重合。这项误差只有在直径一端有读数的仪器才有影响，而采用对径符合读法的仪器，可将这项误差自动消除。872021-12-15(五) 光学对中器视线不与竖轴旋转中心线重合这项误差是影响测站偏心，如果对中器是附在基座上，在

17、观测测回数的一半时，可将基座平转180再进行对中，以减少其影响。(六) 竖盘指标差这项误差是影响竖直角的观测精度。如果工作时预先测出，在用半测回测角的计算时予以考虑，或者用盘左、盘右观测取其平均值，则可得到抵消。882021-12-15二、观测误差二、观测误差1、仪器的整置误差（1）测站偏心误差）测站偏心误差892021-12-15（2）整平误差）整平误差 仪器的整平误差包括两方面，一是水准管轴与竖轴本身不垂直，这是因为仪器制造加工和检校不完善；二是仪器整平时气泡没有严格居中。这种误差是不能通过所采用的观测方法予以消除的，而且随着观测目标的竖直角变大而变大，所以应特别注意仪器的整平。 9020

18、21-12-152、目标偏心、目标偏心与测站偏心类似，偏心距越大，边长越短，则目标偏心对测角的影响越大。所以在短边测角时，尽可能用垂球作为观测标志。影响及消减办法： （1）杆扶正 （2）尽量瞄底部 （3）注意正侧方垂直度 （4）距离短用锤球对点912021-12-153、 照准误差和读数误差照准误差和读数误差（1）照准误差 照准误差的大小，决定于人眼的分辨能力、望远镜的放大率、目标的形状及大小和操作的仔细程度。人眼分辨率1秒，望远镜放大倍数2530倍，一般照准误差消减：（1）目标清晰程度，背景反差，消除视差， （2）目标形状，大目标单丝 小目标用双丝夹4 . 2260V922021-12-15

19、(2) (2) 读数误差读数误差构造，操作的仔细程度，光线明亮，度盘刻划与指标影像是否位于同一平面 J6最大误差为12”，偶然性，有抵偿作用 4、竖盘指标水准器的整平误差竖盘指标水准器的整平误差在读取竖盘读数以前，须先将指标水准器整平。J6级仪器的指标水准器分划值一般为30，J2级仪器一般为20。这项误差是影响竖直角的主要因素。操作时宜分外注意。932021-12-15三、外界条件的影响三、外界条件的影响影响：对中，整平太阳照射，土质松软，风大照准目标阴暗，空气跳动，视线逆光读数光线不足减弱：打伞遮阳，踩紧脚架，选择有利的观测时间。942021-12-151、大气折光的影响、大气折光的影响大气折光可以分解成水平和垂直两个分量，通常称为旁折光和垂直折光，也分别对水平角和垂直角的观测产生影响。要减弱旁折光对水平角观测的影响，选择点位时应使其视线离开障碍物1m以外，同时选择较有利的观测时间。要减弱垂直折光对垂直角观测的影响，应使视线高于地面1m以上，同时选择较有利的观测时间，并尽可能避免长边。 952021-12-152、大气密度和大气透明度对目标成像的影响、大气密度和大气透明度对目标成像的影响选择有利的观测时间。 962021-12-15本 章 小 结