第三章角度测量ppt课件

1、 第三章第三章 角度测量角度测量 测量地面点连线的水平夹角及测量地面点连线的水平夹角及视线方向与水平面的竖直角，称角度视线方向与水平面的竖直角，称角度测量测量(angular observation)(angular observation)。角度测。角度测量包括水平角和竖直角测量量包括水平角和竖直角测量角度测量所使用的仪器是经纬仪角度测量所使用的仪器是经纬仪(theodolite)(theodolite)和全站仪和全站仪(total (total station)station)。 第一节第一节 角度测量原理角度测量原理 水平角水平角(horizontal angle)(horizontal

2、 angle)是指是指地面一点到两个目标点连线在水平面地面一点到两个目标点连线在水平面上投影的夹角，它也是过两条方向线上投影的夹角，它也是过两条方向线的铅垂面所夹的两面角。的铅垂面所夹的两面角。 第二节第二节 光学经纬仪光学经纬仪一、一、 DJ6DJ6光学经纬仪的构造光学经纬仪的构造下图是北京光学仪器厂生产的下图是北京光学仪器厂生产的DJ6DJ6级光学经纬仪。级光学经纬仪。一般将光学经纬仪一般将光学经纬仪(optical theodolite)(optical theodolite)分解为基座分解为基座(tribrach)(tribrach)、水平度盘、水平度盘(horizontal circ

3、le)(horizontal circle)和照准部和照准部(alidade)(alidade)三部分。三部分。 n1-望远镜制动螺旋 2-望远镜微动螺旋 3-物镜 4-物镜调焦螺旋 5-目镜 6-目镜调焦螺旋 7-光学瞄准器 8-度盘读数显微镜 9-度盘读数显微镜调焦螺旋 10-照准部管水准器 11-光学对中器 12-度盘照明反光镜 13-竖盘指标管水准器14-竖盘指标管水准器观察反射镜15-竖盘指标管水准器微动螺旋 16-水平方向制动螺旋 17-水平方向微动螺旋 18-水平度盘变换螺旋与保护卡 19-基座圆水准器 20-基座 21-轴套固定螺旋 22-脚螺旋 1 1 基座基座 基座上有三个

4、脚螺旋，一个圆水准气基座上有三个脚螺旋，一个圆水准气泡，用来粗平仪器。泡，用来粗平仪器。2 2 水平度盘水平度盘 水平度盘是一个圆环形的光学玻璃盘水平度盘是一个圆环形的光学玻璃盘片，盘片边缘刻划并按顺时针注记有片，盘片边缘刻划并按顺时针注记有0 0- -360360的角度数值。的角度数值。0 90 180 270 0901802703 3 照准部照准部照准部是指水平度盘之上，能绕其旋转轴照准部是指水平度盘之上，能绕其旋转轴旋转的全部部件的总称，它包括竖轴、旋转的全部部件的总称，它包括竖轴、U U形形支架、望远镜、横轴、竖直度盘、管水准支架、望远镜、横轴、竖直度盘、管水准器、竖盘指标管水准器器、

5、竖盘指标管水准器(vertical index (vertical index bubble tube)bubble tube)和读数装置等。和读数装置等。照准部的旋转轴称为仪器竖轴，竖轴插入照准部的旋转轴称为仪器竖轴，竖轴插入基座内的竖轴轴套中旋转；基座内的竖轴轴套中旋转；照准部在水平方向的转动，由水平制动、照准部在水平方向的转动，由水平制动、水平微动螺旋控制；水平微动螺旋控制；望远镜在纵向的转动，由望远镜制动、望望远镜在纵向的转动，由望远镜制动、望远镜微动螺旋控制；远镜微动螺旋控制；竖盘指标管水准器的微倾运动由竖盘指标竖盘指标管水准器的微倾运动由竖盘指标管水准器微动螺旋控制；管水准器微动螺

6、旋控制；照准部上的管水准器，用于精平仪器。照准部上的管水准器，用于精平仪器。二、二、 DJ6DJ6级光学经纬仪的读数装置级光学经纬仪的读数装置 光学经纬仪的读数设备包括度盘、光路系光学经纬仪的读数设备包括度盘、光路系统和测微器。统和测微器。水平度盘和竖直度盘上的分划线，通过一系列水平度盘和竖直度盘上的分划线，通过一系列棱镜和透镜成像显示在望远镜旁的读数显微镜棱镜和透镜成像显示在望远镜旁的读数显微镜内。内。DJ6DJ6级光学经纬仪的读数装置可以分为测级光学经纬仪的读数装置可以分为测微尺读数和单平板玻璃读数两种。微尺读数和单平板玻璃读数两种。1 1、 测微尺读数装置测微尺读数装置测微尺测微尺(mi

7、crometer)(micrometer)读数装置的光路见图读数装置的光路见图3-63-6所示。所示。将水平玻璃度盘和竖直玻璃度盘均刻划为将水平玻璃度盘和竖直玻璃度盘均刻划为360360格，每格的角度为格，每格的角度为1 1，顺时针注记。，顺时针注记。右图为读数显微镜视场，注记有“程度”(有些仪器为“Hz或“”)字样窗口的像是水平度盘分划线及其测微尺的像，注记有“竖直”(有些仪器为“V或“”)字样窗口的像是竖直度盘分划线及其测微尺的像。读数方法为：以测微尺上的“0分划线为读数指标，“度数由落在测微器上的度盘分划线的注记读出，测微尺的“0分划线与度盘上的“度分划线之间的、小于1的角度在测微尺上读

8、出；最小读数可以估读到测微尺上1格的十分之一，即为0.1或6。测微尺读数装置的读数误差为测微尺上一格的十分之一，即0.1或6。 水平度盘读数：水平度盘读数： 737304042424 0173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。 读数估读至0.1格，因此，估读的秒数都应是6的倍数。2 2、 平板玻璃测微尺平板玻璃测微尺(parallel plate micrometer)(parallel plate micrometer)读数装置读数装置读数原理是：将玻璃度盘刻划为读数原理是：将玻璃度盘刻划为720720格，每格的角度为格，每格的角

9、度为3030，顺时针注记。，顺时针注记。来自两个度盘的、包含有度盘刻划和注记的光线来自两个度盘的、包含有度盘刻划和注记的光线1 1通过平板玻璃通过平板玻璃5 5，经反光，经反光棱镜棱镜9 9转向后连同测微尺转向后连同测微尺7 7上的分划一起成像在读数指标面上的分划一起成像在读数指标面8 8上，再经反光上，再经反光棱镜棱镜1010进入读数显微镜，通过读数显微镜进入读数显微镜，通过读数显微镜1111、1212就可以观察到读数指标面就可以观察到读数指标面上的度盘刻划和注记及测微尺刻划和注记的影像。上的度盘刻划和注记及测微尺刻划和注记的影像。当度盘刻划影像不位于双指标线中央时，旋转测微螺旋当度盘刻划影

10、像不位于双指标线中央时，旋转测微螺旋2 2，带动齿轮，带动齿轮3 3进而进而带动扇形齿带动扇形齿4 4使平板玻璃使平板玻璃5 5和测微尺和测微尺7 7绕轴绕轴6 6旋转，度盘刻划影像移动偏距位旋转，度盘刻划影像移动偏距位于双指标线中央位置，所移偏距则在测微尺上记录下来。于双指标线中央位置，所移偏距则在测微尺上记录下来。 平板玻璃测微尺读数装置的读数窗视场见图所示。它有3个读数窗口，其中下窗口为水平度盘影像窗口，中间窗口为竖直盘度影像窗口，上窗口为测微尺影像窗口。 读数时，先旋转测微螺旋，使两个度盘分划线中的某一个分划线精确地位于双指标线的中央，0.5整倍数的读数根据分划线注记读出，小于0.5的

11、读数从测微尺上读出，两个读数相加即为度盘的读数。 三、经纬仪的使用三、经纬仪的使用（一）、（一）、 经纬仪的安置经纬仪的安置1 1、对中、对中 经纬仪的安置包括对中经纬仪的安置包括对中(centering)(centering)和整平和整平(leveling)(leveling)，其目的是使仪器竖轴位于过测站点的铅，其目的是使仪器竖轴位于过测站点的铅垂线上，从而使水平度盘和横轴处于水平位置，竖直度盘位于铅垂平面内。对中误差垂线上，从而使水平度盘和横轴处于水平位置，竖直度盘位于铅垂平面内。对中误差3mm3mm 对中的方式有垂球对中对中的方式有垂球对中(plumb bob centering)(p

12、lumb bob centering)和光学对中和光学对中(optical centering) (optical centering) 整平分粗平和整平分粗平和精平：精平： 粗平是通过伸缩脚架腿或旋转脚螺旋使圆水准气泡居中；精平是通过旋转脚螺旋使管水准气泡粗平是通过伸缩脚架腿或旋转脚螺旋使圆水准气泡居中；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。与任意两个脚螺旋中心的连线方向平行。整平误差整平误差

13、1 1格格2 2、 瞄准和读数瞄准和读数测角时的照准标志，一般是竖立于测点的标杆、测钎、用三根竹杆悬吊垂球的测角时的照准标志，一般是竖立于测点的标杆、测钎、用三根竹杆悬吊垂球的线或觇牌线或觇牌(target)(target)。测量水平角时，以望远镜的十字丝竖丝瞄准照准标志。测量水平角时，以望远镜的十字丝竖丝瞄准照准标志。望远镜瞄准目标的操作步骤如下：望远镜瞄准目标的操作步骤如下： 目镜对光：转动目镜使十字丝清晰。目镜对光：转动目镜使十字丝清晰。 粗瞄目标：转动物镜调焦螺旋使目标清晰，旋转水平微动螺旋和望远镜微动粗瞄目标：转动物镜调焦螺旋使目标清晰，旋转水平微动螺旋和望远镜微动螺旋，精确瞄准目标

14、。可用十字丝纵丝的单线平分目标，也可用双线夹住目标。螺旋，精确瞄准目标。可用十字丝纵丝的单线平分目标，也可用双线夹住目标。 读数：读数：第三节第三节 水平角测量水平角测量水平角观测常用的方法有测回法、方向观测法全圆测水平角观测常用的方法有测回法、方向观测法全圆测回法）回法）盘左盘左瞄准目标时，竖直度盘在望远镜的左边。瞄准目标时，竖直度盘在望远镜的左边。盘右盘右瞄准目标时，竖直度盘在望远镜的右边。瞄准目标时，竖直度盘在望远镜的右边。一、一、 测回法测回法 (method of observation set)(method of observation set)用于观测用于观测两个方向之间的单角

15、。两个方向之间的单角。1 1以盘左位置以盘左位置0 000000000对准左方目标；对准左方目标；2 2顺时针转动望远镜，瞄准右方目标，读水平度盘读顺时针转动望远镜，瞄准右方目标，读水平度盘读数；数；3 3倒转盘右位置，重新瞄准右方目标，读水平度盘读倒转盘右位置，重新瞄准右方目标，读水平度盘读数；数；4 4逆时针转动望远镜，重新瞄准左方目标，读水平度逆时针转动望远镜，重新瞄准左方目标，读水平度盘读数。盘读数。1 1）、）、2 2称为上半测回；称为上半测回；3 3）、）、4 4称为下半测回；称为下半测回；1 1）、）、2 2）、）、3 3）、）、4 4合起来为一个测回合起来为一个测回盘左、盘右两

16、个半测回角值之差不超过盘左、盘右两个半测回角值之差不超过40 40 ，然后，然后取两半测回平均数作为一测回观测结果。取两半测回平均数作为一测回观测结果。）（左右21城市测量规范没有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20，一般取中误差的两倍作为限差则为40。当测角精度要求较高时，往往需要观测几个测回。为了减小水平读盘分划误差的影响，各测回间应根据测回数，按照180/n变换水平度盘位置。 2 2、 方向观测法方向观测法 当测站上的方向观测数在当测站上的方向观测数在3 3个或个或3 3个以上时，一般采用方向观测法个以上时，一般采用方向观测法(method of (metho

17、d of direction observation)direction observation)。如图，测站点为如图，测站点为O O点，观测方向有点，观测方向有A A、B B、C C、D D四个。在四个。在O O点安置好仪器，在点安置好仪器，在A A、B B、C C、D D四个目标中选择一个标志十分清晰的点作为零方向。以四个目标中选择一个标志十分清晰的点作为零方向。以A A点方向为零方向的点方向为零方向的记录计算表格见表。记录计算表格见表。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，方向观测法的限差应符合规定，方向观测法的限差应符合表表3-33-3的规定。的规定。 三、水

18、平角测量的误差来源及注意事项三、水平角测量的误差来源及注意事项（一误差来源（一误差来源 （二本卷须知（二本卷须知1 1：仪器误差：仪器误差 包括视准轴差、横轴差、照准部偏心差包括视准轴差、横轴差、照准部偏心差视准轴差产生原因：十字丝交点位置不对视准轴差产生原因：十字丝交点位置不对横轴差产生原因：支撑横轴两端支架不等高横轴差产生原因：支撑横轴两端支架不等高照准部偏心差产生原因：照准部旋转照准部偏心差产生原因：照准部旋转中心与水平度盘中心不重合中心与水平度盘中心不重合消除方法：用盘左、盘右正倒镜）消除方法：用盘左、盘右正倒镜）观测同一目标观测同一目标2 2：对中误差：对中误差3 3：整平误差：整平

19、误差4 4：读数误差：读数误差5 5：目标偏斜误差：目标偏斜误差6 6：外界条件的影响：外界条件的影响 如温度、风力等如温度、风力等一、一、 竖直角测量原理竖直角测量原理 竖直角竖直角(vertical angle)(vertical angle)是指在同一竖直面内，视线与水是指在同一竖直面内，视线与水平线的夹角。平线的夹角。视线在水平线上方的称为仰角，角值为正；视线在水平线下方的视线在水平线上方的称为仰角，角值为正；视线在水平线下方的称为俯角，角值为负。称为俯角，角值为负。第六节第六节 竖直角观测竖直角观测二、二、 光学经纬仪的竖盘构造光学经纬仪的竖盘构造 光学经纬仪竖盘部分主要由竖直度盘、

20、光具组的透镜、光具组光轴读光学经纬仪竖盘部分主要由竖直度盘、光具组的透镜、光具组光轴读数指标）、指标水准管以及指标水准管微动螺旋等组成。经纬仪的竖盘数指标）、指标水准管以及指标水准管微动螺旋等组成。经纬仪的竖盘(vertical circle)(vertical circle)固定在望远镜横轴一端并与望远镜连接在一起，也即，竖固定在望远镜横轴一端并与望远镜连接在一起，也即，竖盘随望远镜一起绕横轴旋转，竖盘面垂直于横轴。盘随望远镜一起绕横轴旋转，竖盘面垂直于横轴。竖盘读数指标竖盘读数指标(vertical index)(vertical index)与竖盘指标管水准器与竖盘指标管水准器(vert

21、ical index (vertical index bubble tube)bubble tube)连接在一起，旋转竖盘管水准器微动螺旋将带动竖盘指标管水连接在一起，旋转竖盘管水准器微动螺旋将带动竖盘指标管水准器和竖盘读数指标一起作微小的转动。准器和竖盘读数指标一起作微小的转动。竖盘读数指标的正确位置是：望远镜处于盘左、竖盘管水准气泡居中时，读竖盘读数指标的正确位置是：望远镜处于盘左、竖盘管水准气泡居中时，读数窗中的竖盘读数应为数窗中的竖盘读数应为9090( (有些仪器设计为有些仪器设计为0 0、180180或或270270，本书约定为，本书约定为9090) )。竖盘注记为竖盘注记为0 0-

22、360-360，分顺时针和逆时针分顺时针和逆时针注记两种形式。注记两种形式。三、竖直角公式判定顺时针：左= L=90 -L 右=R=R-270 逆时针 左= L=L-90 右=R=270 -R = （左+ 右）/2或= （R-L- 180 ）/2 （顺时针） = （L- R +180 ）/2 （逆时针）四、四、 竖直角观测竖直角观测竖直角观测的操作程序如下：竖直角观测的操作程序如下：1) 1) 在测站点上安置好经纬仪，用小钢尺量出仪器高。仪器高在测站点上安置好经纬仪，用小钢尺量出仪器高。仪器高是测站点标志顶部到经纬仪横轴中心的垂直距离。是测站点标志顶部到经纬仪横轴中心的垂直距离。2) 2) 盘

23、左瞄准目标，使十字丝横丝切于目标某一位置，旋转竖盘左瞄准目标，使十字丝横丝切于目标某一位置，旋转竖盘指标管水准器微动螺旋使竖盘指标管水准气泡居中，读取竖盘指标管水准器微动螺旋使竖盘指标管水准气泡居中，读取竖直度盘读数。直度盘读数。3) 3) 盘右瞄准目标，使十字丝横丝切于目标同一位置，旋转竖盘右瞄准目标，使十字丝横丝切于目标同一位置，旋转竖盘指标管水准器微动螺旋使竖盘指标管水准气泡居中，读取竖盘指标管水准器微动螺旋使竖盘指标管水准气泡居中，读取竖直度盘读数。直度盘读数。竖直角的记录计算见下表竖直角的记录计算见下表竖直角记录手簿五、竖盘指标差。 当望远镜视准轴水平，竖盘指标水准管气泡居中时，水平

24、视线的读数应为0或90的倍数，否则，它们的差值，称为竖盘指标差。顺时针：逆时针：顺时针或逆时针：2-LRi2-RLi2360-RLi竖盘指标自动归零补偿器竖盘指标自动归零补偿器(vertical index compensator)(vertical index compensator)n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，当仪器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泡居中时的竖盘读数。竖盘指标自动归零补偿器可以显著地提高竖盘读数的速度。n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。它是在读数指标A和竖盘之间悬吊一组光学透

25、镜，当仪器竖轴铅垂、视准轴水平时，读数指标A处于铅垂位置，通过补偿器读出竖盘的正确读数为90。当仪器竖轴稍有倾斜，视准轴仍然水平时，因无竖盘指标管水准器及其微动螺旋可以调整，读数指标A偏斜到处，而悬吊的透镜因重力的作用由移动到处，此时，由处的读数指标，通过处的透镜，仍能读出正确读数90，达到竖盘指标自动归零补偿作用。n城市测量规范规定，对于DJ6级光学经纬仪，竖盘指标自动归零补偿器的补偿范围为2，安平中误差为1。 n激光经纬仪激光经纬仪(laser theodolite)n激光经纬仪主要用于准直测量激光经纬仪主要用于准直测量(alignment survey)。n准直测量就是定出一条标准的直线

26、，作为土建安装等施工放样的基准线。准直测量就是定出一条标准的直线，作为土建安装等施工放样的基准线。n图图3-34是苏州一光仪器有限公司生产的是苏州一光仪器有限公司生产的J2-JDB激光经纬仪。激光经纬仪。nJ2-JDB激光经纬仪是在DJ2光学经纬仪上设置了一个半导体激光发射装置，将发射的激光导入望远镜的视准轴方向，从望远镜物镜端发射，见图3-35所示。n激光光束与望远镜视准轴保持同轴、同焦。J2-JDB激光经纬仪发射激光的波长为0.635，在100米处的光斑直径为5mm，白天的有效射程为200m，仪器使用两节5号碱性电池供电，一对新的5号电池可供使用一个工作日。n激光经纬仪除具有光学经纬仪的所有功能外，还可以提供一条可见的激光光束，可以广泛应用于高层建筑的轴线投测、隧道测量、大型管线的铺设、桥梁工程、大型船舶制造、飞机形架安装等领域。当用于倾斜角很大的测量作业时，可以安装上随机附件弯管目镜，见图3-34(a)；为了使目标处的激光光斑更加清晰，以提高测量精度，可以使用随机附件激光觇牌，见图3-34(c)。 第六节 电子经纬仪 世界上第一台电子经纬仪(electronic theodolite)于1968年研制成功，