《土木工程测量》3章教案

1、角度角度水平角与竖直角。水平角与竖直角。角度测量角度测量测量地面点连线的水平夹角测量地面点连线的水平夹角视线方向与水平面的竖直角视线方向与水平面的竖直角水平角测量水平角测量求算点的平面位置，求算点的平面位置，竖直角测量竖直角测量测定高差，测定高差，或将倾斜距离化算为水平距离。或将倾斜距离化算为水平距离。 第第3章章 角度测量角度测量3.1 角度测量原理角度测量原理(1) 水平角测量原理水平角测量原理 地面一点到两个目标点连线在地面一点到两个目标点连线在水平面投影的夹角水平面投影的夹角,过过B ，C两点铅垂面与过两点铅垂面与过B ，A两点两点铅垂面的两面角。铅垂面的两面角。在在B点水平安置刻度圆

2、盘，点水平安置刻度圆盘，(顺时针注记顺时针注记)测出测出 BA方向在度盘读数方向在度盘读数 a，BC方向在度盘读数方向在度盘读数 b，水平角水平角=ba(2) 竖直角测量原理竖直角测量原理 竖直面内视线与水平线的夹角。竖直面内视线与水平线的夹角。视线在水平线上方为仰角，角值视线在水平线上方为仰角，角值0；视线在水平线下方为俯角，角值视线在水平线下方为俯角，角值0 。铅垂面内安置一个刻度圆盘铅垂面内安置一个刻度圆盘 设视线水平时的竖盘读数为设视线水平时的竖盘读数为90，视线倾斜时的竖盘读数为视线倾斜时的竖盘读数为L，视线方向竖直角视线方向竖直角=90 L。3.2 光学经纬仪的结构及其度盘读光学经

3、纬仪的结构及其度盘读数数 国产光学经纬仪国产光学经纬仪型号型号(Da di ce liang Jing wei yi)DJ07，DJ1，DJ2，DJ6，DJ30，D，J代表代表 “大地测量大地测量”和和“经纬仪经纬仪” ，07，1，2，6，30分别为仪器一测回方向观测中误差的分别为仪器一测回方向观测中误差的秒数。工程测量常用秒数。工程测量常用DJ6 级。级。(1) DJ6级光学经纬仪的结构级光学经纬仪的结构结构结构基座基座,水平度盘水平度盘,照准部。照准部。1) 基座基座 三个脚螺旋三个脚螺旋,一个圆水准气泡一个圆水准气泡粗平仪器。粗平仪器。水平度盘旋转轴套在竖轴套外围，水平度盘旋转轴套在竖轴

4、套外围，仪器固定在基座上；仪器固定在基座上；2) 水平度盘水平度盘 圆环形的光学玻璃盘片，盘片边缘刻圆环形的光学玻璃盘片，盘片边缘刻划顺时针注记划顺时针注记0360角度数值角度数值。 3) 照准部照准部水平度盘之上，能绕竖轴旋转的全部水平度盘之上，能绕竖轴旋转的全部部件总称。部件总称。竖轴、竖轴、U形支架、望远镜、横轴、竖形支架、望远镜、横轴、竖盘指标管水准器、读数装置，盘指标管水准器、读数装置， 竖轴竖轴VV照准部旋转轴，照准部旋转轴，水平度盘变换螺旋。水平度盘变换螺旋。(2) DJ6级光学经纬仪的读数装置级光学经纬仪的读数装置度盘，光路系统，测微器。度盘，光路系统，测微器。水平度盘和竖盘上

5、的分划线，经棱镜和透镜成像，水平度盘和竖盘上的分划线，经棱镜和透镜成像，显示在望远镜旁的读数显微镜内。显示在望远镜旁的读数显微镜内。测微尺读数装置，单平板玻璃读数装置两种。测微尺读数装置，单平板玻璃读数装置两种。3.3水平角测量方法(1) 经纬仪的安置经纬仪的安置 内容内容对中，整平。对中，整平。使仪器竖轴位于过测站点的铅垂线上，使仪器竖轴位于过测站点的铅垂线上，水平度盘和横轴处于水平位置，竖盘位于铅垂平水平度盘和横轴处于水平位置，竖盘位于铅垂平面内。面内。2) 使用光学对中法安置经纬仪 光学对中器的结构。光学对中器的结构。粗对中粗对中手握三角架，眼睛观察光学对中器，手握三角架，眼睛观察光学对

6、中器，移动三脚架，对中标志基本对准测站点中心，脚尖踩入土中。移动三脚架，对中标志基本对准测站点中心，脚尖踩入土中。精对中精对中旋转脚螺旋对中，误差应小于旋转脚螺旋对中，误差应小于1mm。粗平粗平伸缩脚架腿，使圆水准气泡居中。伸缩脚架腿，使圆水准气泡居中。精平精平转动照准部，旋转脚螺旋，转动照准部，旋转脚螺旋，使管水准气泡在相互垂直的两个方向居中。使管水准气泡在相互垂直的两个方向居中。精平操作会略微破坏已完成的对中关系。精平操作会略微破坏已完成的对中关系。再次精对中再次精对中旋松连接螺旋，眼睛观察光学对中器，旋松连接螺旋，眼睛观察光学对中器，平移仪器基座平移仪器基座(注意，不要有旋转运动注意，不

7、要有旋转运动)，使对中标志准确对准测站点中心，拧紧连接螺旋。使对中标志准确对准测站点中心，拧紧连接螺旋。旋转照准部，在相互垂直两方向检查管水准气泡居中情况。旋转照准部，在相互垂直两方向检查管水准气泡居中情况。否则从否则从再次精对中再次精对中开始重复操作。开始重复操作。 (2) 瞄准和读数瞄准和读数测角照准标志测角照准标志竖立于测点的标杆、测钎、用三根竹杆悬吊垂球线或觇牌竖立于测点的标杆、测钎、用三根竹杆悬吊垂球线或觇牌。水平角测量，望远镜的十字丝竖丝瞄准照准标志。水平角测量，望远镜的十字丝竖丝瞄准照准标志。 目镜对光：望远镜对向明亮背景，转动目镜使十字丝清晰目镜对光：望远镜对向明亮背景，转动目

8、镜使十字丝清晰 粗瞄目标：望远镜上的粗瞄器瞄准目标粗瞄目标：望远镜上的粗瞄器瞄准目标 ，制动水平、垂直，制动水平、垂直 精瞄目标：从望远镜观察，旋转水平、垂直微动螺旋。精瞄目标：从望远镜观察，旋转水平、垂直微动螺旋。 读数：打开度盘照明反光镜，调整开度和方向，读数：打开度盘照明反光镜，调整开度和方向， 照亮读数窗口。照亮读数窗口。水平角测量方法水平角测量方法测回法，方向观测法。测回法，方向观测法。(1) 测回法测回法观测两个方向之间的单角，一测回操作步骤：观测两个方向之间的单角，一测回操作步骤：盘左：照准盘左：照准A点点配水平度盘配水平度盘读数读数顺时针转顺时针转C点点读数；读数；盘右：照准盘

9、右：照准C点点读数读数逆时针转逆时针转A点点读数。读数。(2) 方向观测法方向观测法观测三个及以上方向用，一测回操作步骤：观测三个及以上方向用，一测回操作步骤：选择标志十分清晰的点作零方向，如选择标志十分清晰的点作零方向，如A点。点。 盘左照准盘左照准A点点配水平度盘配水平度盘盘左盘左(顺时针顺时针)：瞄：瞄A读数读数瞄瞄B读数读数瞄瞄C读数读数瞄瞄D读数读数再瞄再瞄A读数读数(盘左归零盘左归零)。盘右盘右(逆时针逆时针)：瞄：瞄A读数读数瞄瞄D读数读数瞄瞄C读数读数瞄瞄B读数读数再瞄再瞄A读数读数(盘右归零盘右归零)。(3) 方向观测法的限差方向观测法的限差城市测量规范城市测量规范规定的限差

10、。规定的限差。照准点垂直角超过照准点垂直角超过3时，时，该方向的该方向的2C较差可按同一观测时段内的相邻测回进行比较。较差可按同一观测时段内的相邻测回进行比较。 (4) 水平角观测的注意事项水平角观测的注意事项 1) 仪器高度与观测者身高相适应；仪器高度与观测者身高相适应；三脚架踩实，仪器与脚架连接牢固，三脚架踩实，仪器与脚架连接牢固，操作仪器时，不用手扶三脚架；操作仪器时，不用手扶三脚架；转动照准部和望远镜前，先松开制动螺旋，转动照准部和望远镜前，先松开制动螺旋，使用各种螺旋时，用力要轻。使用各种螺旋时，用力要轻。2) 精确对中，尤其是短边测角。精确对中，尤其是短边测角。3) 观测目标间高低

11、相差较大时，更应注意整平仪器。观测目标间高低相差较大时，更应注意整平仪器。4) 照准标志要竖直，用十字丝交点瞄准标杆或测钎底部。照准标志要竖直，用十字丝交点瞄准标杆或测钎底部。5) 记录要清楚，应当场计算，发现错误，立即重测。记录要清楚，应当场计算，发现错误，立即重测。6) 一测回水平角观测过程中，不得再调整照准部管水准气泡，一测回水平角观测过程中，不得再调整照准部管水准气泡，气泡偏离中央超过气泡偏离中央超过2格，应重新整平与对中仪器，重新观测格，应重新整平与对中仪器，重新观测3.4竖直角测量方法竖直角测量方法(1) 竖直角的用途竖直角的用途 将观测的倾斜距离化算为水平距离或计算三角高程。将观

12、测的倾斜距离化算为水平距离或计算三角高程。1) 倾斜距离化算为水平距离倾斜距离化算为水平距离 D=Scos2) 三角高程计算三角高程计算 hAB=Ssin+i-vHB=HA+hAB(2) 竖盘构造竖盘构造竖盘固定在望远镜横轴一端并与望远镜连接在一起，竖盘固定在望远镜横轴一端并与望远镜连接在一起，竖盘随望远镜一起绕横轴旋转，竖盘面垂直于横轴。竖盘随望远镜一起绕横轴旋转，竖盘面垂直于横轴。竖盘读数指标与竖盘指标管水准器连接在一起，竖盘读数指标与竖盘指标管水准器连接在一起，望远镜于盘左、竖盘指标管水准气泡居中时，望远镜于盘左、竖盘指标管水准气泡居中时，竖盘读数应为竖盘读数应为9090。 (3) 竖直

13、角的计算竖直角的计算 盘左竖直角：盘左竖直角：L=90L盘右竖直角：盘右竖直角：R=R 270(4) 竖盘指标差竖盘指标差 竖盘指标差竖盘指标差望远镜视准轴水平，望远镜视准轴水平，竖盘读数相对于正确值竖盘读数相对于正确值(90(90( (盘左盘左) )或或270270( (盘右盘右) ) 的角度偏差的角度偏差x x。盘左竖直角：盘左竖直角：= =9090 x xL= L= L L x x，左加。，左加。盘右竖直角：盘右竖直角：=R=R (270(270 x x)= )= R R x x ，右减。，右减。指标差：指标差： x =x =( (R R L L )/2)/2。盘左盘右取平均：盘左盘右取

14、平均：= =( (L L R R )/2)/2，抵消竖盘指标差。，抵消竖盘指标差。(5) 竖直角观测竖直角观测 经纬仪安置在点上，量取仪器高经纬仪安置在点上，量取仪器高i i。目标点应量取觇标高目标点应量取觇标高v v，用十字丝横丝瞄准目标特定位置，一般为标顶。用十字丝横丝瞄准目标特定位置，一般为标顶。h hABAB= =S Ssinsin+i-v+i-v竖直角观测手簿与计算竖直角观测手簿与计算盘左竖直角：盘左竖直角：L L= =9090L L盘右竖直角：盘右竖直角：R R=R=R 270270指标差：指标差： x =x =( (R R L L )/2)/2。盘左盘右取平均：盘左盘右取平均：=

15、 =( (L L R R )/2)/2。(6) 竖盘指标自动归零补偿器竖盘指标自动归零补偿器 仪器竖盘光路中安装补偿器，代替竖盘指标管水准器，仪器竖盘光路中安装补偿器，代替竖盘指标管水准器，仪器竖轴偏离铅垂线的角度在一定范围内时，仪器竖轴偏离铅垂线的角度在一定范围内时，通过补偿器能读到相当于竖盘指标管水准气泡居中时的读数通过补偿器能读到相当于竖盘指标管水准气泡居中时的读数。 3.5 经纬仪的检验和校正经纬仪的检验和校正(1) 经纬仪的轴线及其应满足的关系经纬仪的轴线及其应满足的关系视准轴视准轴CC、横轴、横轴HH、管水准器轴、管水准器轴LL、竖轴、竖轴VV。轴线应满足的关系轴线应满足的关系 L

16、LVV 十字丝竖丝十字丝竖丝HH CCHH HHVV 竖盘指标差竖盘指标差x=0光学对中器的视准轴与竖轴重合光学对中器的视准轴与竖轴重合 (2) 经纬仪的检验与校正经纬仪的检验与校正 LLVV的检验与校正的检验与校正检验：圆水准气泡居中，初平仪器。检验：圆水准气泡居中，初平仪器。管水准器轴平行于一对脚螺旋，居中气泡，照准部旋转管水准器轴平行于一对脚螺旋，居中气泡，照准部旋转180，气泡居中，则气泡居中，则 LLVV 。校正：校正：校正针拨动管水准器一端校正螺丝，校正针拨动管水准器一端校正螺丝，使气泡向中央移动偏距的一半使气泡向中央移动偏距的一半 ，余下一半通过旋转与管水准器轴平行的一对脚螺旋完

17、成余下一半通过旋转与管水准器轴平行的一对脚螺旋完成 。 十字丝竖丝十字丝竖丝HH的检验与校正的检验与校正检验：用十字丝交点精确瞄准远处一目标检验：用十字丝交点精确瞄准远处一目标P，旋转水平微动螺旋，旋转水平微动螺旋，点左、右移动轨迹偏离十字丝横丝时要校正。点左、右移动轨迹偏离十字丝横丝时要校正。校正：卸下十字丝分划板护罩，松开校正：卸下十字丝分划板护罩，松开4个压环螺丝个压环螺丝，缓慢转动十字丝组，直到照准部水平微动时缓慢转动十字丝组，直到照准部水平微动时P点始终在横丝上移动为止，最后旋紧四个压环螺丝。点始终在横丝上移动为止，最后旋紧四个压环螺丝。 CCHH的检验与校正的检验与校正检验：平坦场

18、地，选相距约检验：平坦场地，选相距约100m的的 A，B两点两点仪器安置于仪器安置于A，B连线的中点，连线的中点，A点设置与仪器等高的标志点设置与仪器等高的标志 ，B点设置与仪器等高的水平标尺点设置与仪器等高的水平标尺 ，垂直于视线垂直于视线 OB。盘左盘左瞄瞄A点点,固定照准部，固定照准部，纵转望远镜纵转望远镜,瞄瞄B尺读数尺读数B1，盘右盘右瞄瞄A点点,固定照准部，固定照准部，纵转望远镜纵转望远镜,瞄瞄B尺读数尺读数B2，B1 B2需要校正。需要校正。校正：由校正：由B2点向点向B1点量取点量取B1B2/4长度定出长度定出B3点，点，OB3HH，用校正针拨动十字丝环的左右一对校正螺丝用校正

19、针拨动十字丝环的左右一对校正螺丝，使十字丝交点与使十字丝交点与B3点重合。点重合。 C= B1 B2/4D完成校正后，应重复上述的检验操作，完成校正后，应重复上述的检验操作，对于对于J6经纬仪，经纬仪，C20时，必须校正。时，必须校正。 检验：高墙上固定清晰照准标志检验：高墙上固定清晰照准标志P，距墙面距墙面20m30m安置经纬仪，安置经纬仪，盘左瞄准盘左瞄准P点，固定照准部；望远镜视准轴水平点，固定照准部；望远镜视准轴水平墙面定出墙面定出P1点点纵转望远镜，盘右瞄准纵转望远镜，盘右瞄准P点点固定照准部，固定照准部，望远镜视准轴水平，望远镜视准轴水平，墙面上定出墙面上定出P2点，点，横轴误差为

20、横轴误差为 cot221DPPi校正：打开仪器的支架护盖，调整偏心轴承环，校正：打开仪器的支架护盖，调整偏心轴承环，抬高或降低横轴的一端使抬高或降低横轴的一端使i=0。需要在无尘的室内环境中，需要在无尘的室内环境中，使用专用的平行光管进行操作，使用专用的平行光管进行操作，用户不具备条件时，一般交专业维修人员校正。用户不具备条件时，一般交专业维修人员校正。 竖盘指标差竖盘指标差 x=0 的检验与校正的检验与校正检验：安置好仪器，盘左、盘右观测某清晰目标竖直角一测回，检验：安置好仪器，盘左、盘右观测某清晰目标竖直角一测回，计算指标差计算指标差x盘左竖直角：盘左竖直角：L=90L盘右竖直角：盘右竖直

21、角：R=R 270指标差：指标差： x =(R L )/2。校正：消除了指标差的盘右竖盘正确读数为校正：消除了指标差的盘右竖盘正确读数为Rx，旋转竖盘指标管水准器微动螺旋，使竖盘读数为旋转竖盘指标管水准器微动螺旋，使竖盘读数为Rx ，此时，竖盘指标管水准气泡必然不再居中，此时，竖盘指标管水准气泡必然不再居中，用校正针拨动竖盘指标管水准器校正螺丝，使气泡居中。用校正针拨动竖盘指标管水准器校正螺丝，使气泡居中。该项校正需要反复进行。该项校正需要反复进行。 3.7水平角测量的误差分析水平角测量的误差分析仪器误差仪器误差,对中与目标偏心误差对中与目标偏心误差,观测误差观测误差,外界环境影响外界环境影响

22、。(1) 仪器误差仪器误差 1) 视准轴误差视准轴误差 视准轴误差视准轴误差视准轴视准轴CC不垂直于横轴不垂直于横轴HH的偏差的偏差C。CC绕绕HH旋转一周扫出两个圆锥面。旋转一周扫出两个圆锥面。双盘位方向观测取平均可消除视准轴误差影响双盘位方向观测取平均可消除视准轴误差影响 000180180)180(RLCRCLRLL2) 横轴误差横轴误差横轴误差横轴误差i对水平角的影响对水平角的影响(i)”与方向竖直角与方向竖直角有关。有关。盘左、盘右观测取平均可以消除横轴误差的影响盘左、盘右观测取平均可以消除横轴误差的影响 。tan)(ii 3) 竖轴误差竖轴误差 竖轴竖轴VV偏离铅垂线的偏差偏离铅垂

23、线的偏差竖轴误差，竖轴误差，造成水平度盘偏离水平面造成水平度盘偏离水平面角，角，无论盘左或盘右观测，倾斜方向都一样，无论盘左或盘右观测，倾斜方向都一样，竖轴误差不能用双盘位观测取平均值的方法消除。竖轴误差不能用双盘位观测取平均值的方法消除。观测前应严格检校仪器，观测时保持照准部管水准气泡居中，观测前应严格检校仪器，观测时保持照准部管水准气泡居中，观测过程中气泡偏离量不得超过一格，观测过程中气泡偏离量不得超过一格，否则应重新进行对中整平操作。否则应重新进行对中整平操作。4) 照准部偏心误差和分划不均匀误差照准部偏心误差和分划不均匀误差 照准部旋转中心与水平盘分划中心不重合产生的测角误差，照准部旋

24、转中心与水平盘分划中心不重合产生的测角误差，盘左盘右观测取平均可消除其影响。盘左盘右观测取平均可消除其影响。度盘最小分划间隔不相等而产生的测角误差，度盘最小分划间隔不相等而产生的测角误差，各测回零方向根据测回数各测回零方向根据测回数n，按照按照180/n变换水平度盘位置可以削弱该误差的影响。变换水平度盘位置可以削弱该误差的影响。 (2) 对中误差与目标偏心误差对中误差与目标偏心误差 1) 对中误差对中误差 对中点对中点B偏离测点标志偏离测点标志B距离距离e，对水平角观测的影响为对水平角观测的影响为=1+2。=180，=90，取得最大值取得最大值e =3mm，D=100m， =12.4)sin(sin(2121DDe )11(21maxDDe 2) 目标偏心误差目标偏心误差 照准点所竖目标与地面点标志中心不在同一铅垂线上，照准点所竖目标与地面点标志中心不在同一铅垂线上，偏差偏差e1对水平角观测的影响为对水平角观测的影响为。1=90时，时，取得最大值。取得最大值。与瞄准方向垂直的目标偏心与瞄准方向垂直的目标偏心e1对水平方向观测的影响最大。对水平方向观测的影响最大。 De11sin(3) 观测误差观测误差 1) 瞄准误差瞄准误差 人眼可分辨的两个点最小视角为人眼可分辨的两个点最小视角为60，使用放大倍数为使用放大倍数为V的望远镜观测时，的望远镜观测时，最小分辨视角可减小最小分辨视