第03章精密角度测量ppt课件

1、/ /1761761安徽理工大学安徽理工大学3.1 精细光学经纬仪3.2 角度观测误差分析3.3 精细光学经纬仪的检验3.4 方向观测法3.5 垂直角丈量/ /1761762安徽理工大学安徽理工大学前往本章首页/ /1761763安徽理工大学安徽理工大学 我们知道，国家等级控制程度角度观测的精度要求很高，加之各控制点之间间隔又远，使得普通经纬仪不能胜任，因此必需运用精细经纬仪。本章将讨论精细测角仪器的构造特点、精细测角仪器的有关误差等问题。/ /1761764安徽理工大学安徽理工大学3.1 3.1 精细光学经纬仪精细光学经纬仪精细光学经纬仪的根本构造主要由望远镜、读数设备、水准器、轴组成 按精

2、度等级的高低: 分为J07，J1，J2，J6等规格。J是经纬仪汉语拼音的第一个字母，其数字表示仪器的精度目的，即检定时程度方向观测一测回的中误差。前往本章首页/ /1761765安徽理工大学安徽理工大学 经纬仪的主要部件有： 望远镜构成视准轴，在照准目的时构成视准线，以便准确照准目的。 照准部水准器用来指示垂直轴的垂直形状，以构成程度面和垂直面。 垂直轴作为仪器的旋转轴，测定角度时，应与测站铅垂线一致。 程度轴作为望远镜俯仰的转轴，以便照准不同高度的目的。 程度度盘用来在程度面上度量程度角，应与程度面平行。 垂直度盘用来量度垂直角。/ /1761766安徽理工大学安徽理工大学 为了准确读取度盘

3、读数，在程度度盘和垂直度盘上均有测微器。 经纬仪的以上部件，除程度度盘以外，合称为经纬仪的照准部，照准部可以绕垂直轴旋转。 / /1761767安徽理工大学安徽理工大学3.1.1精细光学经纬仪的根本构造 (一)望远镜 望远镜是经纬仪照准和放大目的的设备。望远镜光学系统是由物镜与调焦镜组成的物镜组、十字丝分划板和目镜等三部分所组成。为了提高望远镜系统的质量，物镜、调焦镜和目镜均为复合透镜。 在观测时，经过挪动调焦镜来改动物镜与调焦镜的间隔，从而获得一个焦距为f的等效物镜，使照准目的恰好成像在十字丝平面上。假设调焦不完善，目的不能恰好成像在十字丝平面上，就会产生视差。 / /1761768安徽理工

4、大学安徽理工大学/ /1761769安徽理工大学安徽理工大学 等效物镜的光心与十字丝中心的连线就是望远镜的视准轴。在望远镜调焦时，调焦透镜沿着望远镜筒内壁来回挪动。此时，假设调焦透镜运转的轨迹不是一条平行于光轴的直线，而是一条曲线，就将导致视准轴改动方向，而给方向观测成果带来误差。所以程度方向观测时，通常规定一个测回内不得重新调焦。 透镜成像的根本公式为f1v1u1/ /17617610安徽理工大学安徽理工大学 一个测回内不调焦的情况下，焦距f坚持 不变。上式微分可知，物距u变化与像距v变化之间的关系为 设v0.25m，u2000m， 当du1000m时，代入上式可得： dv0.016mm。d

5、udvuv2/ /17617611安徽理工大学安徽理工大学 就是说，对于平均边长为2km的控制网，假设不同边长在1km内变通，即使一个测回内不重新调焦，由此所产生的像距变化只需0.016mm，这时物像仍较明晰，根本上觉得不出视差。/ /17617612安徽理工大学安徽理工大学 远镜中的十字丝分划板是观测时用以准确照准目的的，所以运用分划板上十字丝时，应思索照准目的的型式和种类。阅历阐明，当目的成像的宽度为双丝间距的1312时，用双丝照准的精度较高.细长的目的宜用单丝照准，当目的成像宽度接近单丝宽度，且目的又较长时，用单丝照准的精度较高。/ /17617613安徽理工大学安徽理工大学 目镜相当于

6、一个放大镜，它的作用是把十字丝面上的目的影像和十字丝同时放大，便于人眼察看。对于正常眼睛要求目镜与十字丝分划板的间距，相当于目镜的焦距。但由于观测者的眼睛视力不同，需求的间距亦不一样。所以观测开场前，首先要调理目镜位置，使十字丝分划影像非常明晰后，再去照准目的，对望远镜调焦。/ /17617614安徽理工大学安徽理工大学 (二)读数设备 读数设备，包括度盘、光学测微器和读数显微镜3部分。 1、度盘 度盘是量测角度的规范器，其圆周刻着等间距的分划线，两相邻分划线间的角值称为格值，例如，图的度盘格值为20。精细测角仪器的度盘直径普通为75160mm，格值为4 20 。/ /17617615安徽理工

7、大学安徽理工大学/ /17617616安徽理工大学安徽理工大学 度盘的分划线是由刻度机刻制的。由于刻度机传动机构误差等影响，使得度盘分划线的间距并不严厉相等，从而产生度盘分划误差。实际分析和实践测定均阐明，度盘分划误差大部分表现为系统性质的误差。其中沿度盘全周逐渐变化，构成以圆周为周期的误差，称为长周期误差，而以度盘上一小弧段，约301为周期的，并在全周上多次反复出现的周期性误差称为短周期误差。检验结果阐明，对于J1、J2级经纬仪，其长周期误差约为1.52.0，短周期误差约为1.01.2。/ /17617617安徽理工大学安徽理工大学 为减弱周期误差对方向观测的影响，规定，在方向观测中，各测回

8、之间应变换度盘位置。普通是按下式进展各测回间度盘的变换 式中n为测回数,为度盘格值的一半。变换180/n 是为了将n个测回平均分布于度盘全周上，以减弱长周期误差的影响，变换那么是为了减弱短周期误差的影。 同理，为了减弱分划尺的分划误差影响，亦应按测回数进展分配。n1800/ /17617618安徽理工大学安徽理工大学 2、光学测微器 精细经纬仪采用了双光学零件的测微器，按对径重合读数法读取读数，10.1 。 3、读数显微镜 由于度盘的圆周有限，相邻分划线的间距很小，如JGJ2经纬仪的程度度盘直径为90mm，格值为20，相邻分划线间距仅0.26mm。为了增大最小格值相对于眼睛的视角，采用了读数显

9、微镜安装。/ /17617619安徽理工大学安徽理工大学 (三)水准器 精细经纬仪上的水准器通常有两种：一种是圆形水准器；另一种是管状水准器。 圆水准器的内部外表是一球面，球面顶点为圆水准器的零点。由于球面的半径较小，所以圆水准器的精度较低，只能用于粗略整平仪器。 管状水准器又称水准管，它的内壁是一个半径很大的旋转圆弧面，所以精度较高，用于准确整平仪器。水准管内注有冰点低、流动性强、附着力小的液体(如酒精)外；面刻有间距为2mm的分划线，其中间点O称为零点，过零点的圆弧切线称为水准管轴。 / /17617620安徽理工大学安徽理工大学 水准管的一个分格所对的圆心角称为水准管的格值，以符号表示。

10、它相当于气泡中心挪动一格时，水准管轴相应倾斜的角值。不同仪器水准管的格值大小亦不同。 水准管的精度，主要决议于格值的大小，其次还与水准气泡在管内挪动的灵敏度有关。普通来说，气泡总是静止在水准管的最高位置，但当水准管一端受热时，气泡就会向热端挪动。特别是格值较小、灵敏度较高的水准管，对温度影响的反响尤其敏感。所以在观测任务中，要防止太阳照射仪器，防止手指触摸水准管。/ /17617621安徽理工大学安徽理工大学 (四)轴系 望远镜、读数设备、水准器以及垂直度盘等，是程度方向观测时的运转部分，由外壳将它们封装成一整体，通常称为照准部。而经纬仪轴系的作用，是使照准部在旋转过程中坚持其轴线位置，所以轴

11、系要求有良好的共轴性和较小的定向误差。/ /17617622安徽理工大学安徽理工大学/ /17617623安徽理工大学安徽理工大学 在上图中，照准部旋转轴5插在与基座相固连的轴套4中。照准部旋转轴用滚珠2与轴套的锥形外表接触，滚珠和锥面有自动定心作用，同时和轴的下端一同起定向的作用，滚珠又接受仪器上部的载荷。程度度盘6安顿在程度度盘轴套3上。这样，程度度盘6就与照准部旋转轴隔开，照准部旋转时不能直接带动度盘。/ /17617624安徽理工大学安徽理工大学 按照仪器的共轴性要求，照准部旋转轴的轴心、度盘刻度中心、度盘轴套旋转的轴心，3个中心应该一致。否那么，照准部旋转轴将产生置中偏向，称为照准部

12、偏心差；度盘轴套旋转轴所产生的置中偏向称为度盘偏心差。对于新购置的仪器或修复后的仪器，按照规定，应进展照准部偏心差和度盘偏心差的检验。/ /17617625安徽理工大学安徽理工大学/ /17617626安徽理工大学安徽理工大学 同时，由于轴和轴套间的间隙，以及遭到间隙中光滑油的作用，照准部相对于正确的旋转轴线位置也会产生偏向，这称为定向误差。定向误差呵斥照准部在旋转过程中摇摆、歪斜或平移，这种景象叫做照准部旋转不正确。按照规定，在每期业务开场前都要进展照准部旋转能否正确的检验。/ /17617627安徽理工大学安徽理工大学3.1.2 光学经纬仪读数 度盘的格值为4 20 。用这4 20 的精度

13、直接测定角度是不够的。为此要设法处理比4 20 更准确的角度量测问题。光学测微器正是为处理这个问题而设计的。/ /17617628安徽理工大学安徽理工大学(一)读数原理 度盘一边的分划影像经过一组棱镜可以呈如今其对径部分上，然后经过一组物镜成像在读数窗平面上。读数窗有一大窗和一小窗。在大窗里看到的就是度盘对径两边的分划影像，一边为正像，一边为倒像，读取读数时通常取正像分划上的注记。在小窗里看到的是测微器的测微尺分划影像。/ /17617629安徽理工大学安徽理工大学/ /17617630安徽理工大学安徽理工大学 当转动测微轮时，上下两排的对径分划影像按相反的方向挪动，且挪动量相等；当测微尺分划

14、影像挪动全长时，上下两排分划影像恰好各挪动半分格，即相对挪动了一分格。假设度盘格值为20，对径分划影像挪动半格，相应于10 ，测微尺的分划全长有600小格，于是测微尺的格值应该是10 600=1。所以J2型仪器用测微器可以直接读到1。这种读数方法，称为对径重合读数法。/ /17617631安徽理工大学安徽理工大学 光学经纬仪对径读数的规那么： 旋进测微手轮，使度盘正倒像准确重合， 1 读度，找具备以下三个条件的分划线：正倒像相差180度；正像在左，倒像在右；正倒像的对径度分划相距最近，以正像的度分划线为准读度数。 2 读十位分数，将正倒像相应的分划线间所夹的格数乘以度盘分划的一半J2为10分，

15、就是十位分数。 T3读分，将正倒像相应的分划线间所夹的格数乘以度盘分划的一半T3为2分。 3 在测微器盘读取个位的分数及秒数。 T3，将测微盘上两次读数相加，。/ /17617632安徽理工大学安徽理工大学J2J2经纬仪程度读盘读数经纬仪程度读盘读数/ /17617633安徽理工大学安徽理工大学/ /17617634安徽理工大学安徽理工大学威特T3经纬仪程度读盘读数/ /17617635安徽理工大学安徽理工大学威特T2、蔡司010经纬仪程度读盘读数/ /17617636安徽理工大学安徽理工大学/ /17617637安徽理工大学安徽理工大学/ /17617638安徽理工大学安徽理工大学/ /17

16、617639安徽理工大学安徽理工大学3.1.3 精细电子测角仪器简介 随着电子技术的开展，光学经纬仪也在发生变化。自1968年蔡司厂研制胜利世界上第一台电子速测仪以来，丈量仪器逐渐开展成为多功能、组合式、全自动化的丈量系统。如测角、测边的野外记录和程度方向(角度)、程度间隔、高差以及坐标增量的计算等整个外业丈量过程，经过微型计算机联络起来，实现了外业丈量自动化。 / /17617640安徽理工大学安徽理工大学 1、电子经纬仪的特点 电子经纬仪与光学经纬仪的根本区别在于它用微机控制的电子测角系统替代光学读数系统。其主要特点是： (1)运用电子测角系统，能将丈量结果自动显示出来，实现了读数的自动化

17、和数字化。 (2)采用积木式构造，可与光电测距仪组合成全站型电子速测仪；配适宜当的接口，可将电子手簿记录的数据输入计算机，实现数据处置和绘图自动化。/ /17617641安徽理工大学安徽理工大学 2、电子测角原理 电子经纬仪的支架、轴系、望远镜和制动系统与光学经纬仪类同，电子测角仪器是以电信号方式表示方向角度的丈量结果，因此它改动了光学经纬仪中度盘的刻度方式和读数构造，并采用与其相顺应的电子测微技术，实现自动化数字电子测角。读数以数字方式输出，或显示在显示器上，或记录在电子手簿上，或直接输入到计算机内。详细的电子测角的原理在中已作引见，在此不再表达。 / /17617642安徽理工大学安徽理工

18、大学 3、电子经纬仪的性能简介 电子经纬仪采用光栅度盘测角，程度、垂直角度显示读数分辨率为1，测角精度达2。 有些仪器装有倾斜传感器，当仪器垂直轴倾斜时，仪器会自动测出并显示其数值，同时显示对程度角和垂直角的自动校正。仪器的自动补偿范围为3。/ /17617643安徽理工大学安徽理工大学 4、电子经纬仪的运用 如右图所示为苏一光测绘仪器公司消费的DT102/5电子经纬仪，它能与多种测距仪联机，组成组合式的全站仪。再与电子手簿联机，能完成野外数据的自动采集。 1仪器操作健/ /17617644安徽理工大学安徽理工大学/ /17617645安徽理工大学安徽理工大学 2运用方法 (1)仪器的安顿、对

19、中、整平方法同普通的经纬仪。 (2)翻开电源开关，指示竖盘目的归零，方法是将望远镜在盘左位置向上下转动l-2周。 (3)调焦和照准目的。 (4)角度观测，方法同普通的经纬仪，只是不用进展读数，数字直接显示出来，防止人为的读数误差，可提高测角的精度。 / /17617646安徽理工大学安徽理工大学 同时留意：用电子经纬仪或全站仪进展角度观测时，不需求像光学经纬仪那样配度盘，因电子经纬仪有置零的键，配其他数值时先转动照准部使读数为应有的读数，然后按锁定键锁定度盘后再来照准零方向目的读数，另外也不用再预转仪器l3周，还可以运用反复观测菜单进展对应的操作。 前往本章首页/ /17617647安徽理工大

20、学安徽理工大学 为了尽能够地提高程度角观测精度为了尽能够地提高程度角观测精度, ,必需研讨影必需研讨影响程度角观测精度的各种误差来源、性质、大小响程度角观测精度的各种误差来源、性质、大小和规律，从而确定消除或减弱这些误差的原那么和规律，从而确定消除或减弱这些误差的原那么和方法。和方法。3.2.1 3.2.1 外界条件的影响外界条件的影响 1 1、大气层密度的变化和大气透明度对目的成像、大气层密度的变化和大气透明度对目的成像质量的影响质量的影响 1 1大气层密度的变化对目的成像稳定性的影响大气层密度的变化对目的成像稳定性的影响 / /17617648安徽理工大学安徽理工大学 目的成像能否稳定主要

21、取决于视野经过近地大气层简称大气层密度的变化情况，假设大气密度是均匀的、不变的，那么大气层就坚持平衡，目的成像就很稳定；假设大气密度猛烈变化，那么目的成像就会产生上下左右跳动。实践上大气密度一直存在着不同程度的变化，它的变化程度主要取决于太阳呵斥地面热辐射的剧烈程度以及地形、地物和地类等的分布特征。/ /17617649安徽理工大学安徽理工大学 2大气透明度对目的成像明晰的影响 目的成像能否明晰主要取决于大气的透明程度，也就是取决于大气中对光线散射作用的物质如尘埃、水蒸气等的多少。尘埃上升到一定高度后，除部分浮悬在大气中，经雨后才消逝外，普通均逐渐前往地面。水蒸气升到高空后能够构成云层，也能够

22、逐渐稀释在大气中，因此尘埃和水蒸气对近地大气的透明度起着决议性作用。/ /17617650安徽理工大学安徽理工大学 地面的尘埃之所以上升，主要是由于风的作用，即剧烈的空气程度气流和上升对流的结果，大量水蒸气也是水域和植被地段剧烈升温产生的，所以大气透明度从本质上说也主要决议于太阳辐射的剧烈程度。因此普通来说，上午接近中午时大气透明度较差，午后随着辐射减弱，水蒸气愈来愈少，尘埃也不断陆续前往地面，所以普通在下午3h以后又有一段大气透明度良好的有利观测时间。/ /17617651安徽理工大学安徽理工大学2、程度折光的影响、程度折光的影响 光线经过密度不均匀的空气介质时，经过光线经过密度不均匀的空气

23、介质时，经过延续折射后构成一条曲线，并向密度大的延续折射后构成一条曲线，并向密度大的一方弯曲，如图一方弯曲，如图12所示。所示。图12/ /17617652安徽理工大学安徽理工大学 当来自目的的光线进人望远镜时，望远镜所照准的方向为这条曲线在望远镜处的切线方向，如图中的方向，这个方向显然不与这条曲线的弦线相一致普通称为理想的照准方向，而有一微小的交角，称为微分折光。 微分折光可以分解为纵向和程度两个分量，由于大气温度的梯度主要发生在垂直面内，所以微分折光的纵向分量是比较大的，是微分折光的主要部分。微分折光的程度分量影响着视野的程度方向，对精细测角的观测成果产生系统性质的误差影响。/ /1761

24、7653安徽理工大学安徽理工大学 程度折光的影响还随着大气温度的变化而不同。如白天在太阳照射下的沙石地面气温上升快，密度小，水面上方气温上升慢，密度大，如图13所示。但是在夜间沙石地面散热快，而水面的空气散热慢，因此，白天和晚间的程度折光影响正好相反。图13白天/ /17617654安徽理工大学安徽理工大学如图14所示点观测点，由于方向的右侧有河流，在白天观测时，视野凹向河流，在晚间观测时，视野凸向河流，所以取白天和晚间观测成果的平均值，可以有效地减弱程度折光的影响。图14/ /17617655安徽理工大学安徽理工大学 视野在程度方向接近某些实领会产生部分性程度折光影响，如视野接近岩石或在建筑

25、物附近经过，因岩石等实体比空气吸热快、传热也快，使岩石等实体附近的气温高、密度小，所以也将使视野弯曲。在观测时，引起大气密度分布不均匀的地形地物愈接近测站，程度折光就愈大，在图15中，由于山体接近,所以方向的程度折光影响要比AB方向大，即 。 21/ /17617656安徽理工大学安徽理工大学图15/ /17617657安徽理工大学安徽理工大学 程度折光的影响是极为复杂的，为了在一定程度上削减其对精细测角的影响，普通应采取必要的措施。在选点时，应防止使视野接近山坡、大河或与湖泊的岸线平行，并应尽量防止视野经过高大建筑物、烟囱和电杆等实体的侧方。普通在有微风的时候或在阴天进展观测，可以减弱部分程

26、度折光的影响。/ /17617658安徽理工大学安徽理工大学 在精细工程丈量中程度角观测还遭到工程场地的一些部分要素的影响。工业能源设备向大气排放大量热气、烟尘，水蒸气的蒸发与冷却的瞬变等，使测区处于瞬变的微气候条件下。为了削减微气候条件构成的程度折光影响，应根据测区微气候条件的实践情况，选择最有利于观测的时间，将整个观测任务分配在几个不同的时间段内进展。/ /17617659安徽理工大学安徽理工大学/ /17617660安徽理工大学安徽理工大学图16/ /17617661安徽理工大学安徽理工大学 相位差的影响随太阳的方位变化而不同，在上午和下午，当太阳在对称位置时，实体目的的亮堂与阴暗部分恰

27、恰相反，所以相位差影响的正负号也相反，因此，最好半数测回在上午观测，半数测回在下午观测。 为了减弱这种误差的影响，应根据背景情况将标志涂成红色或白色;有条件时最好上午、下午各测半数测回。/ /17617662安徽理工大学安徽理工大学/ /17617663安徽理工大学安徽理工大学 假定在一个测回的短时间观测过程中，空气温度的变化与时间成比例，那么可以采用按时间对称陈列的观测程序来减弱这种误差对观测结果的影响。所谓按时间对称陈列的观测程序，是假定在一测回的较短时间内，气温对仪器的影响是均匀变化的，上半测回依顺时针次序观测各目的，下半测回依逆时针次序观测各目的，并尽量做到观测每一目的的时间间隔相近，

28、这样做，上、下半测回观测每一目的时辰的平均数相近，可以以为各目的是在同一平均时辰观测的，这样可以以为同一方向上、下半测回观测值的平均值中将遭到同样的误差影响，从而由方向求角度时可以减弱仪器受气温变化影响而引起的误差。/ /17617664安徽理工大学安徽理工大学 温度的变化会使三脚架的构件产生不均匀的胀缩而引起改动，三脚架的构件在阳光的照射下，向阳处温度高，背阴处温度低，由于温度的差别，使构件的不同部分产生不均匀的膨胀，从而引起改动。 假定在一测回的观测过程中，三脚架的改动是匀速发生的，因此采用按时间对称陈列的观测程序也可以减弱这种误差对程度角的影响。/ /17617665安徽理工大学安徽理工

29、大学3.2.2 3.2.2 仪器误差的影响仪器误差的影响 仪器误差概括起来可分为两个方面：传动误差校准误差制造误差机械结构误差垂直轴倾斜误差水平轴倾斜误差视准轴误差三轴误差/ /17617666安徽理工大学安徽理工大学1 视准轴误差视准轴误差 定义定义:仪器的视准轴不与程仪器的视准轴不与程度轴正交所产生的误差称为度轴正交所产生的误差称为视准轴误差。视准轴误差。 产生视准轴误差的主要缘产生视准轴误差的主要缘由有：由有：望远镜的十字丝分划板安顿不正确；望远镜调焦镜运转时晃动；气温变化引起仪器部件的胀缩，特别是仪器受热不均匀使视准轴位置变化。图7/ /17617667安徽理工大学安徽理工大学图8/

30、/17617668安徽理工大学安徽理工大学 在图8中，视准轴偏离了与程度轴HH正交的方向而产生视准轴误差c，规定视准轴偏向垂直度盘一侧时,c为正值，反之，c为负值。视准轴误差c对程度方向观测值的影响 为 式中a为观测时照准目的的垂直角。由14式可知， 的大小除与c值有关外，还随照准目的的垂直角a的增大而增大，当a =0，那么 =c。ccccoscc 式14/ /17617669安徽理工大学安徽理工大学 盘左时视准轴偏向垂直度盘一侧，正确的程度度盘读数 较有视准轴误差影响 时的实践读数L为小，故 以盘右观测时，视准轴那么偏向盘左时的另一侧，这时正确的程度度盘读数 显然大于有视准轴误差影响 的实践

31、读数R，故 取盘左、盘右读数的中数，得 0Lc0RccLL0cRR0)(21RLA式15式16式17 当c值在盘左、盘右观测时间段内不变时，视准轴误差c对盘左、盘右程度方向观测值的影响大小相等，正负号相反，因此，取盘左、盘右实践读数的中数，就可以消除视准轴误差的影响。 由于望远镜的调焦镜运转不正确，也就是运转中有晃动可以引起视准轴位置的变化，所以规定在一测回内不得重新调焦。/ /17617670安徽理工大学安徽理工大学 当用方向法进展程度方向观测时，除计算盘左、盘右读数的中数以获得一测回的方向观测值外，还必需计算盘左、盘右读数的差数。如不顾及盘左、盘右读数的常数差180,那么由15和16式可得

32、 由14式可知，当观测目的的垂直角a较小时 ， ，故，那么18式可写成1coscc cRL2cRL2式18式19国家规范规定:一测回中各方向2c互差对于J1型仪器不得超越9；对于J2型仪器不得超越13。/ /17617671安徽理工大学安徽理工大学2 程度轴倾斜误差程度轴倾斜误差 定义定义:仪器的程度轴仪器的程度轴不与垂直轴正交，所不与垂直轴正交，所产生的误差称为程度产生的误差称为程度轴倾斜误差。轴倾斜误差。 仪器左、右两端的仪器左、右两端的支架不等高、程度轴支架不等高、程度轴两端轴径不相等都会两端轴径不相等都会产生程度轴倾斜误差。产生程度轴倾斜误差。图9/ /17617672安徽理工大学安徽

33、理工大学图10/ /17617673安徽理工大学安徽理工大学 垂直轴垂直，程度轴不与其正交而倾斜了一个i角，这个角就是程度轴倾斜误差，规定程度轴在垂直度盘一端下倾，i角为正值，反之i角为负值。在图10中，倾斜了i角的程度轴 不垂直于垂直轴。程度轴倾斜了i角，对程度方向观测值的影响 为 式中：a为观测时照准目的的垂直角，由20式可知， 的大小除与i值有关外，还与照准目的的垂直角a的大小有关，随a角增大而增大，当a0时，那么 =0。11HHitanii i式20i/ /17617674安徽理工大学安徽理工大学 不难想象，在盘左时，由于程度轴倾斜，正确的程度度盘读数 较有误差影响 时的实测读数L为小

34、，故盘右观测时，正确的程度度盘读数 显然大于有误差影响 的实测读数R，故取盘左、盘右读数的平均值，得这就是说，程度轴倾斜误差对程度方向观测值的影响，在盘左、盘右读数的平均值中可以得到抵消。0Li0RiiLL0iRR0)(21RLA式22式21式23/ /17617675安徽理工大学安徽理工大学 实践上在观测时，仪器的视准轴误差和程度轴倾斜误差是同时存在的，它们的影响将同时反映在盘左和盘右的读数差中，因此，可以写成 顾及14和20式，那么上式为 由上式可知：当a = 0 时，LR2c 。普通情况下，随着角的增大， 25式等号右端第一项变化较慢，而第二项那么变化较为显著。现设c=15，i=15 ，

35、由下表可以看出，当a角增大时， 25式等号右端第二项对于第一项来说，有较为显著的变化。icRL22tan2cos2icRL式24式25/ /17617676安徽理工大学安徽理工大学 可见，在比较各方向的2c互差时不可忽略 的影响，假设个别方向的垂直角a 较大，那么受程度轴倾斜误差的影响也较大，假设将垂直角较大的方向的2c值与其他垂直角较小的方向的2c值相比较，就显得不合理了。所以国家规范规定，当照准目的的垂直角超越士3时，该方向的2c值不与其他方向的2c值作比较，而与该方向在相邻测回的2c值进展比较，从同一时间段内同一方向相邻测回间2c值的稳定程度来判别观测质量的好坏。tan2i0361130

36、.0030.0430.1530.600.001.563.005.80cos12ctan2i/ /17617677安徽理工大学安徽理工大学 1垂直轴倾斜误差 定义：设视准轴与程度轴正交，程度轴垂直于垂直轴，仅由于仪器未严厉整平，而使垂直轴偏离测站铅垂线一微小角度，这就是垂直轴倾斜误差。产生垂直轴倾斜误差的主要缘由有：照准部的水准管轴不严厉垂直于竖轴；仪器整平不够准确；在丈量过程中由于外界要素的作用气温变化、风力影响及人为等缘由。/ /17617678安徽理工大学安徽理工大学 1垂直轴倾斜误差对程度方向观测值的影响图9/ /17617679安徽理工大学安徽理工大学假设垂直轴位于与铅垂线一致的位置，

37、那么旋转仪器的照准部，程度轴所构成的平面呈程度形状，在图9中的 ，即画有斜线的平面。假设垂直轴倾斜了一个小角,那么旋转仪器的照准部，程度轴所构成的平面相对于程度面也倾斜了一个小角v，如图9中的 。这两个旋转平面相交，图中 就是它们的交线。NHHN1NHNH111NN1/ /17617680安徽理工大学安徽理工大学 垂直轴倾斜将引起程度度盘倾斜，但当v角很小时普通vl，因程度度盘倾斜对程度度盘的读数影响很小，可不予顾及。所以主要讨论由于垂直轴倾斜而引起程度轴倾斜对程度方向观测值的影响。 由上图9可知，当程度轴随照准部转动时，程度轴的倾斜在不断变化。当程度轴旋转到垂直轴倾斜面内时，如上图9中 位置

38、，程度轴有最大的倾斜角 =v ；当照准部再旋转90时，那么程度轴在图9中 位置，重合在两个面的交线，此时程度轴呈程度形状，即 =0。11HOHviONN1vi/ /17617681安徽理工大学安徽理工大学 下面将讨论当照准部旋转至某一恣意位置时，程度轴倾斜角i的大小及其对程度方向观测值的影响。 在直角球面三角形 中 ， ； ； ；，按直角球面三角形公式可得 由于v及i都是很小的角，所以上式可写成 HHN 1 90HNviHH 1vHNHHOH11901 HHNvivsin)90sin(sincosviv式29/ /17617682安徽理工大学安徽理工大学 假设知程度轴倾斜角i，那么可按20式写

39、出由于垂直轴倾斜v角而引起程度轴倾斜 对程度方向观测值的影响 的公式 顾及29式，得 由上式可知，垂直轴倾斜误差对程度方向观测值的影响，不仅与垂直轴倾斜角v 有关，还随着照准目的的垂直角和照准目的的方位不同而不同。vivtanviv 式30tancosvv式31/ /17617683安徽理工大学安徽理工大学 由于垂直轴的倾斜角v的大小和倾斜方向普通不会因照准部的转动而有所改动，因此由于垂直轴倾斜而引起程度轴倾斜的方向在望远镜倒转前后也是一样的，因此对任一观测方向在盘左、盘右观测结果的平均值中不能消除这种误差的影响。 因此在观测时普通采取以下措施来削减这种误差对程度方向观测值的影响，从而提高测角

40、的精度。 尽量减小垂直轴的倾斜角v值;测回间重新整平仪器;对程度方向观测值施加垂直轴倾斜矫正数。/ /17617684安徽理工大学安徽理工大学2垂直轴倾斜矫正数的计算 按30式计算垂直轴倾斜矫正数 时，可以根据水准器气泡偏离中央的格数n来计算程度轴的倾斜角度 。 设水准器的格值为 ，气泡偏离中央n格时，水准轴的倾斜角为 ，也就是程度轴倾斜角 = ，代入30式得 = 式中n为水准器的气泡偏离中央的格数，它的测定随水准器管面的刻划注记方式的不同而不同。vvi nvi nvantan 式32vi/ /17617685安徽理工大学安徽理工大学 水准器管面的刻划注记方式不同，计算垂直轴倾斜矫正数的公式也

41、不同。图11所示为T2光学经纬仪水准器管面刻划注记的方式，管面刻划的中央位置注记为0，注记向两端添加。可得 取平均数得 垂直轴倾斜矫正数的计算公式为 LLn)(21右左R)(21右左Rn)()(41RLn右左右左avRLtan)()(41 右左右左式35式36图11/ /17617686安徽理工大学安徽理工大学4 照准部转动时的弹性带动误差 当转动照准部时，由于轴面的摩擦力使仪器的基座部分产生弹性的扭曲，因此，与基座固连的程度度盘也随之发生微小的方位变动，这种扭曲主要发生在照准部旋转的开场瞬间，由于这时必需抑制垂直轴与轴套外表之间相互密接的惯力。当照准部开场转动之后，在转动照准部的过程中只需抑

42、制较小的轴面摩擦力，而在转动停顿之后，没有任何力再作用于仪器的基座部分，它在弹性作用下就逐渐反向扭曲，企图恢复原来的平衡形状。因此，在观测时当照准部顺时针方向转动时，度盘也随着基座顺转一个微小的角度，使在度盘上的读数偏小；反之，逆转照准部时，使度盘读数偏大，这将给测得的方向值带来系统误差。 / /17617687安徽理工大学安徽理工大学 假设在一测回中，上半测回顺转照准部，依次照准各方向，下半测回逆转照准部，依相反的次序照准各方向，那么在同一角度的上、下半测回的平均值中就可以很好地消除这种误差影响。/ /17617688安徽理工大学安徽理工大学/ /17617689安徽理工大学安徽理工大学/

43、/17617690安徽理工大学安徽理工大学/ /17617691安徽理工大学安徽理工大学3.2.3 3.2.3 观测误差的影响观测误差的影响 在影响测角精度的要素中，还包括观在影响测角精度的要素中，还包括观测本身的误差。由于人的视觉功能限制，测本身的误差。由于人的视觉功能限制，在照准和读数过程中，对仪器中的影像在照准和读数过程中，对仪器中的影像符合程度判别不够准确从而引起误差。符合程度判别不够准确从而引起误差。 1 1照准误差照准误差 影响照准精度的主要要素是：人眼的影响照准精度的主要要素是：人眼的分辨才干，望远镜的光学性能及构造参分辨才干，望远镜的光学性能及构造参数，目的的外形，亮度以及背景

44、情况，数，目的的外形，亮度以及背景情况，外界条件等。照准误差产生的缘由较为外界条件等。照准误差产生的缘由较为复杂，不仅与人眼分辨才干有关，而且复杂，不仅与人眼分辨才干有关，而且在很大程度上受观测条件的制约。所以在很大程度上受观测条件的制约。所以很难用公式准确计算。很难用公式准确计算。/ /17617692安徽理工大学安徽理工大学 2读数误差 运用光学测微器读数时的误差来源：一是判别度盘对径分划线能否重合的误差；二是在测微尺上读取小数的误差。对于2秒级仪器来说，前者大于后者近l0倍。故在读数时不用破费精神去估读测微尺分格的非常之一，影响读数精度的关键在于对径分划影像的重合精度。/ /176176

45、93安徽理工大学安徽理工大学 此外，对于具有偶尔性质的读数误差和照准误差，还可以用多余观测的方法来减弱其影响，如重合读数两次和多于一个测回的观测，都是提高观测质量的措施。为了提高照准精度，有时对同一目的可以延续照准两次，取两次照准的读数平均数，不仅可以减弱照准误差的影响，同时还可以减弱重合误差的影响。 应该指出，影响程度角观测精度的要素是错综复杂的为了讨论问题的方便，我们把误差来源分为外界要素的影响、仪器误差的影响和观测误差的影响。实践上有些误差是交错在一同的，并不能截然分开，如上述观测时的照准误差。/ /17617694安徽理工大学安徽理工大学为了晟大限制地减弱或消除上述各种误差影响，在精细

46、测角时应遵照以下原那么： 观测应在目的成像明晰、稳定的有利于观测的时间进展，以提高照准精度和减小旁折光的影响。观测前应仔细调好焦距，消除视差。在一测回的观测过程中不得重新调焦，以免引起视准轴的变动。3.2.4 精细测角的普通原那么精细测角的普通原那么/ /17617695安徽理工大学安徽理工大学各测回的起始方向应均匀地分配在程度度盘和测微分划尺的不同位置上，以消除或减弱度盘分划线和测微分划尺的分划误差的影响。观测时必需用仪器的盘左和盘右两个位置进展，盘左观测上半测回，盘右观测下半测回，取上、下半测回的平均值作为最后观测值，这样可以消除仪器视准轴误差和程度轴倾斜误差的影响。/ /17617696

47、安徽理工大学安徽理工大学上、下半测回照准目的的次序应相反，并使观测每一目的的操作时间大致一样，即在一测回的观测过程中，应按与时间对称陈列的观测程序，其目的在于消除或减弱与时间成比例均匀变化的误差影响，如三脚架的改动等。为了抑制或减弱在操作仪器的过程中带动程度度盘位移的误差，要求每半测回开场观测前，照准部按规定的转动方向先预转12周。/ /17617697安徽理工大学安徽理工大学运用照准部微动螺旋和测微螺旋时，其最后旋转方向均应为旋进。为了减弱垂直轴倾斜误差的影响，整平仪器时，照准部气泡应严厉居中，在一测回观测过程中气泡偏向过大时应停顿观测，重新整置仪器；当目的垂直角较大时，应在测回之间重新整置

48、仪器。前往本章首页/ /17617698安徽理工大学安徽理工大学3.3 精细经纬仪的检验 仪器的设计和制造不论如何精细，各主要部件之间的关系也不能够完全满足实际要求。另一方面，在仪器运用过程中，由于震动、磨损和温度变化的影响，也会改动各部件之间的正确关系。为此，应在运用仪器之前，对仪器进展检验和校正。/ /17617699安徽理工大学安徽理工大学 1垂直轴与照准部水准器轴正交。即当照准部水准气泡居中时，垂直轴与测站铅垂线一致。 2垂直轴与程度度盘正交且经过其中心。这样，当垂直轴与测站铅垂线一致时，程度度盘就与测站程度面平行，在其上面量取的角度，才是正确的程度角。 3程度轴与垂直轴正交，视准轴与

49、程度轴正交，当垂直轴与测站铅垂线一致，俯俯视远镜，视准轴所构成的面才是垂直照准面。 4程度轴与垂直度盘正交，且经过其中心。满足此关系，当垂直轴与测站铅垂线一致，程度轴程度时，垂直度盘就平行于过测站的垂直照准面，在它上面量取的角度，才是正确的垂直角。 / /176176100安徽理工大学安徽理工大学 1 各主要螺旋的检查与调整 2 照准部旋转能否正确及其检验 3 程度轴不垂直于垂直轴之差检校 4 照准部水准器轴与垂直轴正交的检校 5 照准部旋转时仪器底座位移而产生的系统误差的检验 6 垂直微动螺旋运用正确性的检验 7 光学对点器的检校 前往本章首页/ /176176101安徽理工大学安徽理工大学

50、 角度丈量的方法，应该能有效地减弱各种误差的影响，保证观测成果的必要精度，而且还应该简单、有规律，能顺应野外作业条件。多年以来的实际阐明，行之有效的方法乃是“方向观测法。一、方向观测法的程序和规那么1操作程序/ /176176102安徽理工大学安徽理工大学 如图17所示，设在测站上有1,2,3,n个方向要观测，首先应选定边长适中、通视良好、成像明晰稳定的方向如选定方向1作为观测的起始方向又称零方向。上半测回用盘左位置先照准零方向，然后按顺时针方向转动照准部依次照准方向2,3,n再闭合到方向1，并分别在程度度盘上读数。下半测回用盘右位置，依然先照准零方向1，然后按逆时针方向转动照准部依相反的次序

51、照准方向n,3,2,1,并分别在程度度盘上读数。图17/ /176176103安徽理工大学安徽理工大学 上述的起始方向常称为零方向。要求每半测回观测闭合到零方向的目的在于检查观测过程中程度度盘有无方位变动，此时上、下半测回观测均构成一个闭合圆，所以这种观测方法又称为全圆方向法，这种闭合操作称为“归零。当方向数不超越3个时，由于半测回继续时间较短，可以不归零。当方向数只需2个时，方向观测法也就是测回法。/ /176176104安徽理工大学安徽理工大学 2观测规那么 (1)选择间隔适中、通视良好、成像明晰的方向作为零方向(起始方向)。在方向观测法中，每半测回都须闭合至零方向，每一测回的各方向观测值

52、都是相对于零方向而言的，所以零方向选择的好坏，关系着一切观测方向值的精度。 (2)观测前，应仔细调好焦距，消除视差。在一个测回观测过程中，不得重新调焦，以免引起视准轴变动。在转动望远镜时，应防止用手触动调焦螺旋。/ /176176105安徽理工大学安徽理工大学 (3)上、下半测回照准目的的次序相反，并使每一目的的观测操作时间大致相等，以消除或减弱与时间成比例、均匀变化的误差影响。观测过程中，如遇个别方向其数目不应超越观测方向总数的13的目的暂不明晰，可以暂时放弃，待明晰时补测。补测时只须联测零方向。 4每一测站点均应进展多测回观测。其测回数目取决于丈量等级和选用的仪器。各个测回应均匀地分布在度

53、盘和测微尺的不同位置上，如表2-6所示。/ /176176106安徽理工大学安徽理工大学/ /176176107安徽理工大学安徽理工大学 (5)观测过程中，应坚持仪器的垂直轴一直居于铅垂位置。为此，在观测过程中水准管气泡中心偏离整置不得超越l格。气泡位置接近这一限制时，应在测回之间重新整置仪器。/ /176176108安徽理工大学安徽理工大学 二、观测手簿的记载 首先根据表，对好零方向所在的度盘位置和测微器位置，然后依次进展各方向的观测，表2-7为观测手簿记载格式。 表中盘左读数栏为上半测回依次照准各目的的方向读数记录，由于照准部顺转，所以记录由上而下，观测每一目的均记录2次读数，取平均值作为

54、观测值；表中盘右读数栏是纵转望远镜后下半测回观测各目的的读数记录，这时照准部逆转，所以记录由下往上，每一方向仍读数2次，取平均值作为观测值。/ /176176109安徽理工大学安徽理工大学/ /176176110安徽理工大学安徽理工大学 在观测过程中，记录者应及时进展以下计算： (1)归零差的计算 归零差即半测回中起始方向观测的闭合差，分别按上、下半测回计算，并记入手簿末行。 (2)两倍视准轴误差2c的计算 当进展下半测回观测时，对各方向要随时算出2c值，记入表中2c栏内。/ /176176111安徽理工大学安徽理工大学 (3)各方向平均值的计算 在计算出2c后，同时计算出每一方向的盘左、盘右

55、中数，记入表内。 (4)方向值计算 在方向观测法中起始方向有两个观测值，取其平均数记于该栏上方。然后分别将其它各方向平均值减去起始方向平均数，就得出以起始方向为零的各方向值，分别记入“方向值栏内。/ /176176112安徽理工大学安徽理工大学 野外观测手簿记载着原始数据，是需求长期保管、运用的重要资料，必需做到记录真实、注记明确、字迹工整、纸面整洁、格式一致。凡更正错误，均应将错字整齐划去，在其上方填写正确的文字或数字，制止涂擦。/ /176176113安徽理工大学安徽理工大学 三、观测限差 为了保证观测成果的精度，根据误差实际和大量实验结果，对同类观丈量之间的差别规定一个界限，称为限差。在

56、限差以内的观测成果以为合格，超限成果那么不合格，应舍去并重新进展观测。 中对方向观测法的各项限差规定列入表。以下以J2级仪器为例，对制定限差的根本根据作一概要引见。/ /176176114安徽理工大学安徽理工大学 观测误差可以分为偶尔误差和系统误差两个部分。其中偶尔误差部分可以用一个方向一次(盘左L或盘右R)观测值的中误差方的函数式表示，如表2-9所示。 一个方向一次观测值的中误差是对大量实测资料统计分析得出的。 方=2.2普通为1.92.6 至于系统误差对观测的影响与外界要素关系极大，不能够用一个函数式计算出来，只能根据不同条件下的大量实验数据统计出一个较有代表性的数值。偶尔误差和系统误差的

57、共同影响。22系偶mmM/ /176176115安徽理工大学安徽理工大学/ /176176116安徽理工大学安徽理工大学四、观测成果的取舍和整理 1成果的取舍与重测 所谓“重测，就是在根本测回(即规定数目的测回)完成以后，经过对成果的综合分析，发现其中超出限差规定而重新观测的完好测回。对于测错方向、读记错误、对错度盘、碰动仪器、上半测回归零差超限、气泡偏离过大以及其它缘由未测完的测回，均可随即重新观测，它们都不叫“重测。/ /176176117安徽理工大学安徽理工大学 在一个测站上，假设n为方向数，m为测回数，那么该测站全部方向测回总数为(n一1)m。对于其中因超限而重测的，应进展重测数的统计

58、。统计方法是：在根本测回观测结果中，重测一个超限方向算作一个方向测回；因零方向超限而重测的整个测回算作n一1个方向测回。 按照规定，重测的原那么是：/ /176176118安徽理工大学安徽理工大学 (1)一个测回内2c互差或同一方向的测回互差超限时，应重测超限方向并联测零方向。因测回互差超限重测时，除明显孤值外，原那么上应重测观测结果中最大和最小值的测回。 (2)零方向的2c互差或下半测回的归零差超限，该测回应全部重测。一测回中的重测方向数超越测站方向数的13时(包括3个方向有1个方向重测)，亦应重测全部测回，重测数仍按超限方向数计算。 / /176176119安徽理工大学安徽理工大学 (3)

59、全部根本测回中，重测的方向测回数不应超越全部方向测回总数的13，否那么根本测回作废，全部成果重测。 (4)根本测回成果和重测成果均应抄入记簿。但重测与根本测回成果不取中数，测回每一方向只取一个符合限差的结果，参与测站平差。/ /176176120安徽理工大学安徽理工大学 下面引见几种断定重测的方法 例如用北光厂J07光学经纬仪进展三等程度角观测，某方向各测回的观测秒值如下：/ /176176121安徽理工大学安徽理工大学 例如用T2，经纬仪进展三等程度角观测，某一方向的观测结果如下： / /176176122安徽理工大学安徽理工大学 例如用010经纬仪进展三等三角观测，某方向的观测结果如下：/

60、 /176176123安徽理工大学安徽理工大学 例如用010经纬仪进展三等三角观测，某方向的结果是如下：/ /176176124安徽理工大学安徽理工大学 2.测站平差每一测站平差的目的，是根据测站上的观测成果求出各方向的最或然值(测站平差值)。 1各方向测站平差值的计算设在K测站用方向观测法对N个方向观测了M个测回，各测回的方向值列表3-10/ /176176125安徽理工大学安徽理工大学 依平差实际可知，各方向的平差值等于该方向各测回方向值的算术平均值。图18/ /176176126安徽理工大学安徽理工大学即： mnNmcCmbBmaA/ /176176127安徽理工大学安徽理工大学2)测站