测量学课件(四)

1、测测 量量 学学第第4章章 角度测量角度测量第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：水平角测量水平角测量和和竖直角测量竖直角测量 水平角测量目的水平角测量目的：用于求算地面点的平面位置：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

2、两目标方向线在水平面标方向线在水平面P上投影上投影的夹角的夹角，称为水平角。，称为水平角。 2. 2. 地面上一点到两目标的方地面上一点到两目标的方向线间所夹的水平角，就是向线间所夹的水平角，就是过这两方向线所作两竖直面过这两方向线所作两竖直面间的二面角。间的二面角。ab二、竖直二、竖直角测量原理 竖直角定义竖直角定义 竖直角是同一竖直面内倾竖直角是同一竖直面内倾斜视线与水平线之间的夹斜视线与水平线之间的夹角，其角值角，其角值 仰角仰角 俯角俯角 视线水平时竖直角视线水平时竖直角 视线水平时竖直度盘读数视线水平时竖直度盘读数为一常数，通常为为一常数，通常为 或是或是的倍数的倍数 9090009

3、0 09090 4.2 经纬仪及角度观测 经纬仪的种类经纬仪的种类 1. 按构造原理和读数系统分为按构造原理和读数系统分为: 游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪 2. 按精度高低分为：按精度高低分为： DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ60 3. 一般工程测量最常用一般工程测量最常用: DJ6级光学经纬仪级光学经纬仪经纬仪的精度系列及用途经纬仪的精度系列及用途技术项目一测回水平方向中误差望远镜有效孔径不小于望远镜放大倍数不小于水准管分划值水平度盘垂直度盘主要用途经纬仪等级DJ1 DJ2 DJ6 1 2 6二等平面控制测量及精密工程测量60mm 4

4、0mm 40mm30倍 28倍 26倍 6/2mm 20/2mm 30/2mm 10/2mm 20/2mm 30/2mm 三、四等平面控制测量及一般工程测量图根控制测量 及一般工程测量技术参数一、一、DJ6光学经纬仪的构造光学经纬仪的构造1. 1. 主要部件及作用主要部件及作用(1)基座基座 用于支承仪器用于支承仪器,连接连接三脚架三脚架,悬挂垂球或悬挂垂球或光学对中光学对中, 利用三个利用三个脚螺旋可整平仪器。脚螺旋可整平仪器。(2)水平度盘水平度盘 0360度顺时针刻划，度顺时针刻划，最小分划值为最小分划值为1度度(3)照准部照准部3.2.1 DJ6光学经纬仪 1.DJ6光学经纬仪外观图J

5、6J6光学经纬仪外观图光学经纬仪外观图J6J6光学经纬仪光学经纬仪2. 主要轴线和几何条件 主要轴线主要轴线(1)望远镜视准轴望远镜视准轴CC(2)仪器横轴仪器横轴HH(3)照准部水准管轴照准部水准管轴LL(4)仪器竖轴仪器竖轴VV 几何条件几何条件(1)LL垂直于垂直于VV(2)VV垂直于垂直于HH(3)HH垂直于垂直于CC(4)十字丝竖丝垂直于十字丝竖丝垂直于HH3.DJ63.DJ6经纬仪光路图经纬仪光路图竖直度盘水平度盘二、二、经纬仪的安置经纬仪的安置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

6、两种方法。有垂球对中和光学对中两种方法。 对中精度对中精度：垂球对中：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.瞄准瞄准（注意消除（注意消除视差视差）4.读数读数BCA1.1.对中对中将仪器中心安置在过测 站点的铅垂线上。对中 误差3mm。垂球对中步骤： 粗略对中：粗略对中：移动三脚架，使垂球尖离测 站中心12cm内； 精确对中：精确对中：稍微松开中心螺丝，在脚架 头上移动(不能旋转)仪器，使垂球尖精 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

7、、 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

8、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123气泡居中，3与1、2等高2.2.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。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。气泡居中，1、2等高123操作步骤操作步骤：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。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。分微尺测微分微尺测微利用度盘刻度线，在分微尺上读数。4.4.读数读数DJ

9、6DJ6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度盘上1度分划的间隔 经放大后，与分微尺全 长相等。分微尺全长分60格，因 此其最小格值为1=60。读数时，秒数必须估读。 估读至0.1格，因此， 估读的秒数都应是6的 倍数。水平度盘读数： 7304180173二、二、经纬仪的安置经纬仪的安置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。 对中精度对中精度：垂球对中：垂球对中3mm，光学对中，光学对中1mm2.

10、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.瞄准瞄准（注意消除（注意消除视差视差）4.读数读数测回法：测回法：一个测站观测一个测站观测2 2个方向时用。个方向时用。方向观测法：方向观测法：一个测站观测一个测站观测3 3个或个或3 3个以上方向时用个以上方向时用, , 也称也称“全圆测回法全圆测回法”。三、水平角测量三、水平角测量JKB测回法第1方向第2方向测站ABCDE方向观测法1.1.测回法测回法 观测程序： 盘左 瞄准J，读数j左 瞄准K，读数k左 盘右 瞄准K，读数k右 瞄准J，读数j右第1方向第2方

11、向测站JKB左=k左-j左右=k右-j右精度要求精度要求： 左-右40 取: =(左+右)/2各测回角值互差应小于24 角是从起始方向(即第1方向)顺时针转到第2方向 所成的角度，观测时，必须首先确定起始方向，然 后按照“测回法”的次序观测。水平角总是第2方向读数减去第1方向读数而得。JKB第1方向第2方向测站起始方向第一个读数应调成0 0或或180180/N(N/N(N为测回数为测回数) )；分、秒数写足二位；一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘 位置。水平角观测手簿（测回法）测站位置目标水平度盘读 数半测回角一测回平均角B左J00418741924741915K742342右K25

12、42406741906J1800500三、水平角测量三、水平角测量1.测回法测回法(1)上半测回上半测回(盘左又称正镜盘左又称正镜)(2)下半测回下半测回(盘右又称倒镜盘右又称倒镜)11ab 左22ab 右2,04右左右左 913303913315913309145 12零方向盘左盘右ABCDE方向观测法（1）安置仪器于C 点，首先用盘左，水平度盘设置在0度略大一点的位置，瞄准起始方向CA，读取水平度盘读数a，记入手簿（2）顺时针方向转动仪器，分别观测点B、D、E，并得到读数，记入手簿（3）再次瞄准点A，读取读数a，称为归零。a与a 之差叫做归零差。以上称为上半测回。三、水平角测量三、水平角测

13、量2.方向观测法方向观测法方向观测法步骤（4）盘右位置。仍从点A开始,逆时针转动仪器,依次观测A、E、D、B、A,读数并记入手簿。以上称为下半测回。计算步骤：（1）两倍照准差2c，有 2c = 盘左读数-( 盘右读数180）（2）各方向的平均读数有 平均读数=1/2盘左读数+(盘右读数180)（3）归零后方向值有 归零方向值=方向平均读数- 起始方向平均读数（4）各测回归零后方向值的平均值（5）将相邻两方向值相减，得到水平角值2.方向观测法1. .竖直角观测方法竖直角 (也称垂直角垂直角)在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视 线的夹角。= 090。仰角为正正，俯角为负负。天顶天顶铅铅垂垂

14、线线水平线水平线ACB090 180270ZAZCAC4.2.4 4.2.4 竖直角测量竖直角测量构造特点构造特点 竖盘随望远镜一起转动。 竖盘与读数指标相互脱离。 读数指标与竖盘水准管固定在一起，气泡居中，指标铅垂。 视线水平、指标铅垂时，竖盘读数为常数： 盘左时一般 L0=90 ，盘右时一般 R0=270 。270900180盘右（1）竖盘构造180270 090盘左竖直度盘与读数指标 竖直角观测竖直角观测 仪器对中整平后，仪器对中整平后，盘左位置，十字丝横丝精确切准目标顶部。盘左位置，十字丝横丝精确切准目标顶部。 转动转动竖盘水准管微动螺旋，竖盘水准管微动螺旋，使使竖盘水准管气泡居中竖盘

15、水准管气泡居中。 读取盘左读数读取盘左读数 L L，得上半测回竖角：，得上半测回竖角： 盘右位置：十字丝横丝精确切准同一目标，盘右读数为盘右位置：十字丝横丝精确切准同一目标，盘右读数为R， 得下半测回竖角：得下半测回竖角：270900180盘右（2）竖直角的观测与计算180270 090盘左LL90270RR 竖直角计算竖直角计算 上半测回竖角（盘左）：上半测回竖角（盘左）： 下半测回竖角（盘右）：下半测回竖角（盘右）： 一测回竖角：一测回竖角：LL90270RR)180(212LRRL2.竖盘指标差x 当视线水平时，盘左竖盘读数为当视线水平时，盘左竖盘读数为90，盘右为，盘右为270。但指标

16、不恰好指在但指标不恰好指在90或或270，而与正确位置相差一个角，而与正确位置相差一个角度度x，x称为竖盘指标差。称为竖盘指标差。4.2.4 4.2.4 竖直角测量竖直角测量 盘左: =(90+x)-L= L +x 盘右: =R-(270+x)= R -x 有： (90+x)-L = R-(270+x) 即指标差x:)360(212LRxLR452 x要求：3.竖盘指标的自动归零补偿装置 竖盘指标自动归零补偿器：在仪器竖盘光路中，竖盘指标自动归零补偿器：在仪器竖盘光路中，安装一个补偿器来代替竖盘指标管水准器，当安装一个补偿器来代替竖盘指标管水准器，当仪器竖轴偏离铅垂线的角度在一定范围内时，仪器

17、竖轴偏离铅垂线的角度在一定范围内时，通过补偿器仍能读到相当于竖盘指标管水准气通过补偿器仍能读到相当于竖盘指标管水准气泡居中时的竖盘读数。泡居中时的竖盘读数。竖盘指标自动归零补偿器的构造形式有多种，竖盘指标自动归零补偿器的构造形式有多种，下图为其中的一种。下图为其中的一种。城市测量规范城市测量规范规定，对于规定，对于DJ6级光学经纬仪，竖盘指标级光学经纬仪，竖盘指标自动归零补偿器的补偿范围为自动归零补偿器的补偿范围为2，安平中误差为，安平中误差为1。3.6 经纬仪的检验与校正一一. .经纬仪的轴线及其应满足的条件经纬仪的轴线及其应满足的条件1.经纬仪的轴线经纬仪的轴线 横轴 HH 视准轴 CC

18、水准管轴 LL 竖轴 VV 圆水准轴 LL 2.应满足的条件应满足的条件 水准管轴垂直于竖轴 LLVV 视准轴垂直于横轴 CCHH 横轴垂直于竖轴 HHVV 十字竖丝垂直于横轴 竖丝HH 圆水准轴平行于竖轴 LLVV(次要条件) 4.3 经纬仪的检验与校正1.不良影响：不良影响：V V轴轴无法铅垂无法铅垂影响空间角投影为影响空间角投影为水平角和竖直角水平角和竖直角H轴随方向而变轴随方向而变2.检验（发现误差）：检验（发现误差）：气泡居中后旋转气泡居中后旋转180是否仍居中？是否仍居中？3.校正：用水准管校校正：用水准管校正螺旋使气泡返回正螺旋使气泡返回一半，用脚螺旋纠一半，用脚螺旋纠正一半。正

19、一半。1.水准管轴垂直于竖轴的检验与校正1.不良影响：不良影响：不能精确瞄准目标不能精确瞄准目标2.检验：检验： 用十字丝交点精确照准远用十字丝交点精确照准远处一清晰目标点处一清晰目标点A。旋紧水。旋紧水平制动螺旋与望远镜制动螺平制动螺旋与望远镜制动螺旋，慢慢转动望远镜微动螺旋，慢慢转动望远镜微动螺旋，如点旋，如点A不离开竖丝，则不离开竖丝，则条件满足（图条件满足（图a），否则需），否则需要校正（图要校正（图b）3.校正：校正： 旋下目镜分划板护盖，松开旋下目镜分划板护盖，松开4 4 个压环螺丝（图个压环螺丝（图c），慢慢转），慢慢转动十字丝分划板座，然后再作动十字丝分划板座，然后再作检验，待

20、条件满足后再拧紧压检验，待条件满足后再拧紧压环螺丝，旋上护盖。环螺丝，旋上护盖。2.十字丝竖丝的检校十字丝竖丝的检校1.不良影响：不良影响： 在绕横轴旋转时视准轴画出圆在绕横轴旋转时视准轴画出圆锥面锥面,观测同一铅垂面内不同高度观测同一铅垂面内不同高度的目标时，将有不同的水平度盘的目标时，将有不同的水平度盘读数，从而产生测角误差读数，从而产生测角误差2.检验：检验： 盘左，先照准盘左，先照准A点，倒转望远点，倒转望远镜得镜得B1 盘右，先照准盘右，先照准A点，倒转望远点，倒转望远镜得镜得B2 若若B1，B2不重合则有此误差不重合则有此误差3.校正：校正： 在在B2附近标出扣除附近标出扣除c影响

21、后的影响后的B点，平移十字丝使视准轴照准点，平移十字丝使视准轴照准B点点3.视准轴的检校1.不良影响：不良影响：视准轴画出视准轴画出倾斜倾斜面面，观测同一竖直面内不同高度的目观测同一竖直面内不同高度的目标时，将有不同的水平度盘读数，标时，将有不同的水平度盘读数，从而产生测角误差从而产生测角误差2.检验：检验：盘左，先照准高点盘左，先照准高点P，再投影至，再投影至仪器高度得仪器高度得A点；点；盘右，先照准同一点盘右，先照准同一点P，再投影，再投影至仪器高度得至仪器高度得B点；点；如果如果AB不重合，则有此误差不重合，则有此误差3.校正：校正：标明标明AB的中点的中点M 照准照准M点，抬高望远镜至

22、点，抬高望远镜至P附附近近 升降横轴的一端使照准升降横轴的一端使照准P点。点。4.横轴的检校1.检验：检验： 安置仪器，用盘左、盘右两个镜位观测同一目标点，分别安置仪器，用盘左、盘右两个镜位观测同一目标点，分别使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数L L和和R R，计算指，计算指标差标差X X。如。如X X 超出超出11的范围，则需改正的范围，则需改正 2.校正：校正： 盘右照准目标点，不含指标差的盘右读数应为盘右照准目标点，不含指标差的盘右读数应为R-XR-X。转动。转动竖直度盘指标水准管微动螺旋，使竖盘读数为竖直度盘指标水准管微动螺旋，使竖盘读数为R-

23、XR-X，这时指，这时指标水准管气泡必然不再居中，可用拨针拨动指标水准管校正标水准管气泡必然不再居中，可用拨针拨动指标水准管校正螺旋使气泡居中。螺旋使气泡居中。5.竖盘指标差的检校 基本结构与光学经纬仪基本结构与光学经纬仪相同；操作方法也基本相同；操作方法也基本相同。用微电子技术相同。用微电子技术自自动取得度盘的读数动取得度盘的读数，从，从而可以经微电脑而可以经微电脑进一步进一步加工计算加工计算用电子水准器用电子水准器自动传感竖轴的倾斜，自动传感竖轴的倾斜，再再由由微电脑微电脑自动对读数自动对读数加倾斜改正数加倾斜改正数。竖直度。竖直度盘处的电子水准器使盘处的电子水准器使“指标线指标线”自动处

24、于标自动处于标准位置。可以自动改正准位置。可以自动改正读数中的读数中的c, i 误差影响误差影响4.4 电子经纬仪1.精密电子经纬仪精密电子经纬仪 普通光学经纬仪难以满足测角自动显示、自动记普通光学经纬仪难以满足测角自动显示、自动记录和自动传输数据的要求。录和自动传输数据的要求。世界上第一台电子经纬仪世界上第一台电子经纬仪(electronic theodolite)于于1968年研制成功，年研制成功，80年代初生产出商品化的电子经年代初生产出商品化的电子经纬仪。纬仪。 采用光电扫描度盘，利用光电转换原理和微处理采用光电扫描度盘，利用光电转换原理和微处理器将角度方向值变为电信号，从而完成自动化

25、测角器将角度方向值变为电信号，从而完成自动化测角的全过程，实现角度测量的的全过程，实现角度测量的自动显示、自动记录和自动显示、自动记录和自动传输数据，自动传输数据，这种经纬仪称为这种经纬仪称为电子经纬仪电子经纬仪。 2.精密电子经纬仪的测角原理精密电子经纬仪的测角原理 电子经纬仪与光学经纬仪外形结构相似，但其测电子经纬仪与光学经纬仪外形结构相似，但其测角读数系统采用的是光电扫描度盘和自动显示系统。角读数系统采用的是光电扫描度盘和自动显示系统。根据光电扫描度盘获取电信号的原理不同，电子经根据光电扫描度盘获取电信号的原理不同，电子经纬仪电子测角系统也不同，主要有以下三种：纬仪电子测角系统也不同，主

26、要有以下三种： 1.1.编码度盘测角系统编码度盘测角系统即采用编码度盘及编码测微即采用编码度盘及编码测微器的绝对式测角系统；器的绝对式测角系统； 3.3.动态测角系统动态测角系统即采用计时测角度盘并实现光电即采用计时测角度盘并实现光电动态扫描的绝对式测角系统。动态扫描的绝对式测角系统。 2.2.光栅度盘测角系统光栅度盘测角系统即采用光栅度盘及莫尔干涉即采用光栅度盘及莫尔干涉条纹技术的增量式测角系统；条纹技术的增量式测角系统； 光栅电信号光栅电信号 前置放大前置放大 鉴鉴 幅幅 采样保持采样保持 A/D A/D转换转换 液晶显示液晶显示 键键 盘盘 串口通讯串口通讯 电子手薄电子手薄 CPU和存储器判判 向向 可逆计数器可逆计数器 电源电路电源电路 水平角传感器水平角传感器竖直角传感器竖直角传感器电子经纬仪电子经纬仪工作原理框图工作原理框图 水平角水平角H H 计数器采样计数器采样 计数、细分计数、细分 A/D A/D转换转换 标准通讯标准通讯 角度单位变换（角度单位变换（DGMDGM变换）变换） LED LED液晶显示液晶显示 可进行的各项改正可进行的各项改正 粗、精读数组合粗、精读数组合 竖直角竖直角V V电子经纬仪电子经纬仪数据流程图数据流程图 开始判别结 束光栅度盘测角系统测角原理光栅度盘测角系统测角原理dwnET-02电子经纬仪的使用电子经纬仪的使用n如图为南方测绘仪器公