土木工程之角度测量

1、 主要内容主要内容: （1） 常用经纬仪的构造常用经纬仪的构造 （2） 水平角及竖直角的测量方法水平角及竖直角的测量方法 （3） 角度观测的误差来源及削减措施角度观测的误差来源及削减措施 （4） 仪器校验方法仪器校验方法第三章第三章 角度测量角度测量1. 角度分类角度分类 水平角及竖直角测量水平角及竖直角测量2. 2. 角度测量目的角度测量目的（1 1）水平角测量用于确定点的水平位置。水平角测量用于确定点的水平位置。（2 2）竖直角测量是为了确定地面点的高程，或竖直角测量是为了确定地面点的高程，或将倾斜距离化算为水平距离将倾斜距离化算为水平距离3.3. 角度测量采用的仪器角度测量采用的仪器（1

2、 1）经纬仪经纬仪（2 2）全站仪全站仪3.1 角角 度度 概概 述述1. 水平角水平角 地面上一个点到两个目标点的方向线垂直投地面上一个点到两个目标点的方向线垂直投影到水平面上所形成的角称为水平角。影到水平面上所形成的角称为水平角。 2. 水平角测量水平角测量 水平角计算水平角计算 水平角测角原理水平角测角原理11ab 3.2 水平角测量原理水平角测量原理 注意：永远是注意：永远是右方向减左方向右方向减左方向 1.1.竖直角：竖直角： 在一个竖直面内，方向线与水平线的夹角称为在一个竖直面内，方向线与水平线的夹角称为该方向线的竖直角。该方向线的竖直角。 仰角：仰角：符号为正；符号为正； 俯角：

3、俯角：符号为负。符号为负。 天顶距天顶距Z Z：角值变化范围角值变化范围 为为0 0o o180180o o 2.2.天顶距与竖直角关系天顶距与竖直角关系 3. 3. 竖直角测量竖直角测量90 Z竖直角测量原理竖直角测量原理3.3 竖直角测量原理竖直角测量原理 1. 1. 概述概述 光学经纬仪是集光学、几何学及测量学理论于一体光学经纬仪是集光学、几何学及测量学理论于一体的测绘仪器。的测绘仪器。（1 1）测角常用的仪器）测角常用的仪器 1 1）光学经纬仪光学经纬仪 2 2）电子经纬仪电子经纬仪 3 3）全站仪全站仪 （2 2）经纬仪的表示方法（国产）经纬仪的表示方法（国产） DJDJn n 表示

4、大地测量和经纬仪汉语拼音，表示大地测量和经纬仪汉语拼音，n n为数字，为数字，表示仪器的精度，代表一个测回水平方向的中误差表示仪器的精度，代表一个测回水平方向的中误差（标准差，秒）。常用经纬仪有（标准差，秒）。常用经纬仪有DJ1、DJ2、DJ6等。等。（3 3）角度测量的表示）角度测量的表示 度分秒（度分秒（）3.4 光学经纬仪光学经纬仪2. 经纬仪的基本组成经纬仪的基本组成 主要由主要由望远镜、读数设备、竖直度盘、水平度盘望远镜、读数设备、竖直度盘、水平度盘、水准器、基座及竖轴等。其中水准器、基座及竖轴等。其中望远镜、读数设备、望远镜、读数设备、竖直度盘及水平度盘竖直度盘及水平度盘是仪器的主

5、要部分。是仪器的主要部分。北京博飞仪器公司北京博飞仪器公司TDJ2E正像光学经纬仪正像光学经纬仪3. 经纬仪常用旋钮的作用经纬仪常用旋钮的作用（1）望远镜物镜对光螺旋：望远镜物镜对光螺旋：调清物像，让目标成像在调清物像，让目标成像在十字丝分划板上。十字丝分划板上。（2）望远镜目镜对光螺旋：望远镜目镜对光螺旋：调清十字丝，放大物像调清十字丝，放大物像（3）水平制动螺旋：水平制动螺旋：限制照准部在水平方向上转动限制照准部在水平方向上转动（4）水平微动螺旋：水平微动螺旋：精确控制水平方向对点，只有在精确控制水平方向对点，只有在水平制动旋钮锁定后才起作用水平制动旋钮锁定后才起作用（5）水平度盘位置变换

6、手轮：水平度盘位置变换手轮：用于设定某一个方向的用于设定某一个方向的水平角为某一角度值水平角为某一角度值（6）望远镜制动旋钮：望远镜制动旋钮：控制望远镜绕横轴转动控制望远镜绕横轴转动（7）望远镜微动螺旋：望远镜微动螺旋：精确控制竖直方向对点，只在精确控制竖直方向对点，只在望远镜制动旋钮锁定后才起作用望远镜制动旋钮锁定后才起作用（8）反光镜：反光镜：调节读数窗口的亮度调节读数窗口的亮度（9）读数目镜对光螺旋：读数目镜对光螺旋：控制读数窗口的清晰度控制读数窗口的清晰度（10）测微轮：测微轮：用于调整读数窗口中上下对径分划线用于调整读数窗口中上下对径分划线的相对位置（的相对位置（当上下对径分划线对齐

7、时才能读数当上下对径分划线对齐时才能读数）（11）光学对中器：光学对中器：用于观察仪器中心是否与地面测用于观察仪器中心是否与地面测站点对准站点对准（12）对中器对光螺旋：对中器对光螺旋：用于调节对中器目镜及物镜用于调节对中器目镜及物镜的清晰度，以便能看清地面上的测站点的清晰度，以便能看清地面上的测站点（13）度盘换像轮：度盘换像轮：用于在读数窗口中切换水平度盘用于在读数窗口中切换水平度盘和竖直度盘的影像。和竖直度盘的影像。4. 度盘及读数度盘及读数 经纬仪两个度盘：竖直度盘及水平度经纬仪两个度盘：竖直度盘及水平度盘。竖直度盘用于测量竖直角，水平度盘盘。竖直度盘用于测量竖直角，水平度盘则用于测量

8、水平角。则用于测量水平角。读数方法：读数方法：右图为右图为DJ2 为读数窗口：为读数窗口：（1）用测微器对正上用测微器对正上 下对径分划线下对径分划线（2）读数（从上下两读数（从上下两 个窗口中读取角度值）个窗口中读取角度值）十位数分值十位数分值秒秒个位数分值个位数分值对径分划线对径分划线度度1. 经纬仪使用方法经纬仪使用方法（1）仪器安放、整平：仪器安放、整平：方法与水准仪操作一方法与水准仪操作一样样（2）对中：对中：通过通过光学对中器光学对中器移动仪器使其中移动仪器使其中心与站点位置重合。心与站点位置重合。（3）瞄准目标及读数：瞄准目标及读数： 1）对光调节：）对光调节：松开松开水平制动螺

9、旋水平制动螺旋及及望远镜望远镜制动螺旋制动螺旋，目镜对光调节的方法与水准测量，目镜对光调节的方法与水准测量相同。相同。3.5 水平角观测方法水平角观测方法 2）瞄准目标：瞄准目标：利用手动旋转照准部并通过利用手动旋转照准部并通过准星准星与与照门照门粗略对准目标，然后拧紧粗略对准目标，然后拧紧水平制水平制动螺旋动螺旋，缓慢旋转，缓慢旋转水平微动螺旋水平微动螺旋，使十字丝，使十字丝中央竖线对准目标中心。中央竖线对准目标中心。 3）读数窗口调节：读数窗口调节：调节调节反光镜反光镜使读数窗口使读数窗口亮度增加，旋转亮度增加，旋转读数目镜对光螺旋读数目镜对光螺旋使读数窗使读数窗口清晰（口清晰（注意：必须

10、确保度盘换像轮在水平注意：必须确保度盘换像轮在水平度盘上度盘上）。调节）。调节测微器测微器使读数窗中间的上下使读数窗中间的上下对径分划线对齐，最后读数。对径分划线对齐，最后读数。注意：一定要消除视差注意：一定要消除视差如何判断视差？如何判断视差？2. 两种常用的观测盘位：两种常用的观测盘位：盘左：盘左：竖直度盘位于望远镜的左侧（从目镜向竖直度盘位于望远镜的左侧（从目镜向物镜方向看）时，称为盘左（盘左观测）；物镜方向看）时，称为盘左（盘左观测）；盘右：盘右：竖直度盘位于望远镜的右侧（从目镜向竖直度盘位于望远镜的右侧（从目镜向物镜方向看）时，称为盘右（盘右观测）；物镜方向看）时，称为盘右（盘右观测

11、）；盘右位置盘右位置竖直度盘竖直度盘目镜目镜物镜物镜3. 观测方法观测方法（1）测回法：测回法：单角度测量方法。分别利用盘左单角度测量方法。分别利用盘左（正镜）及盘右（倒镜）观测水平角，然后取（正镜）及盘右（倒镜）观测水平角，然后取两半测回角值的平均值作为最终结果。通过多两半测回角值的平均值作为最终结果。通过多测回观测来提高观测精度、削弱度盘分划误差测回观测来提高观测精度、削弱度盘分划误差的影响。的影响。水平角观测记录手簿水平角观测记录手簿（2）全圆测回法：）全圆测回法：在一个测站点观测多个方向在一个测站点观测多个方向水平度盘读数，以计算任意两方向之间的水平水平度盘读数，以计算任意两方向之间的

12、水平角。角。需要进行归零测量需要进行归零测量 计算量：计算量： 1）半测回归零差半测回归零差 2）两倍照准误差两倍照准误差 3）方向平均读数方向平均读数 4）归零方向值归零方向值 5）归零方向平均归零方向平均 值值 6）各方向间的水各方向间的水 平角值平角值1. 仪器误差仪器误差 （1）度盘刻度误差度盘刻度误差 （2）度盘偏心差度盘偏心差 （3）轴系几何条件未满足轴系几何条件未满足2. 仪器安置及目标偏心误差仪器安置及目标偏心误差 （1）对中误差对中误差 （2）整平误差整平误差 （3）照准目标偏心误差照准目标偏心误差3. 观测误差观测误差 （1）照准误差照准误差 （2）读数误差读数误差4. 环

13、境条件影响环境条件影响3.6 水平角观测误差来源水平角观测误差来源思考：思考：竖直角的定义及观测原理是什么？照准部竖直角的定义及观测原理是什么？照准部的构造是怎样的？的构造是怎样的？1. 竖直度盘的注记形式：竖直度盘的注记形式：（1）顺时针注记：度盘顺时针刻度顺时针注记：度盘顺时针刻度（2）逆时针注记：度盘逆时针刻度逆时针注记：度盘逆时针刻度3.7 竖竖 直直 角角 观观 测测注意：注意：注记形式的注记形式的判断方法及相应判断方法及相应角度计算公式角度计算公式2. 竖盘注记观测及竖盘指标差计算竖盘注记观测及竖盘指标差计算（1）度盘注记读数）度盘注记读数(MO)观测：观测：盘左盘右观测同一目标盘

14、左盘右观测同一目标)180(21RLMO （2）竖盘指标差计算）竖盘指标差计算 当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，指当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，指标偏离其正确位置的角值，称为竖盘指标差，用标偏离其正确位置的角值，称为竖盘指标差，用x x表示。表示。 90MOx)360(2190)180(21RLRLx标准标准城市测量规范城市测量规范铁路测量规范铁路测量规范仪器级别仪器级别 DJ2 DJ6 DJ2 DJ6指标差误差指标差误差 15 25 15 25 指标差误差的限差表指标差误差的限差表1. 经纬仪的主要轴线经纬仪的主要轴线(带水准管带水准管)：（1）横轴）横轴HH：控制

15、望远镜做纵向旋转的水平轴中心线控制望远镜做纵向旋转的水平轴中心线（2）视准轴）视准轴CC：十字丝中央交点和物镜光心的连线十字丝中央交点和物镜光心的连线 （3）水准管轴）水准管轴LL：水准管圆弧中心与顶面圆弧内壁相水准管圆弧中心与顶面圆弧内壁相切的直线切的直线（4）竖轴）竖轴VV：通过照准部底部与基座连结孔的中心与通过照准部底部与基座连结孔的中心与横轴和视准轴交叉点的连线。横轴和视准轴交叉点的连线。 2. 经纬仪轴线应满足的几何关系经纬仪轴线应满足的几何关系（1）水准管轴垂直于竖轴（水准管轴垂直于竖轴（LLVV）（2）十字线的竖丝垂直于横轴十字线的竖丝垂直于横轴（3）视准轴垂直于横轴（视准轴垂直

16、于横轴（CC HH）（4）横轴垂直于竖轴（横轴垂直于竖轴（HH VV）3.8 经纬仪轴线的几何关系经纬仪轴线的几何关系（1）水准管轴是否垂直于竖轴的检验水准管轴是否垂直于竖轴的检验 用脚螺旋调节水准管气泡居中，然后旋转用脚螺旋调节水准管气泡居中，然后旋转照准部照准部180度，若气泡仍居中则表明两轴垂直，度，若气泡仍居中则表明两轴垂直，否则若偏移量超过一格则需要进行校正。否则若偏移量超过一格则需要进行校正。（2）十字丝竖线垂直横轴检验十字丝竖线垂直横轴检验 用十字丝交点精确瞄准一目标点，微动旋用十字丝交点精确瞄准一目标点，微动旋转望远镜上下转动。若该点不偏离竖丝，表转望远镜上下转动。若该点不偏离

17、竖丝，表示十字丝竖丝垂直于仪器横轴。否则应进行示十字丝竖丝垂直于仪器横轴。否则应进行校正校正3.9 经经 纬纬 仪仪 检检 验验（3）视准轴垂直于横轴检验视准轴垂直于横轴检验 1）在相距）在相距100米的两点中间安放仪器，在一端设置米的两点中间安放仪器，在一端设置一个标志一个标志A，另一端横放一根水准尺；，另一端横放一根水准尺； 2）盘左对准）盘左对准A点，拧紧水平制动螺旋，纵转望远镜点，拧紧水平制动螺旋，纵转望远镜在在B尺上读数尺上读数B1；盘右同样做法得读数；盘右同样做法得读数B2 若若B1与与B2重合重合,则说明两轴垂直。若则说明两轴垂直。若B1与与B2不重合，不重合，则可求出角则可求出

18、角B1OB2的值。若角值大于的值。若角值大于80秒，则需要秒，则需要校正。校正。（4）横轴垂直于竖轴的检验横轴垂直于竖轴的检验 距墙距墙2030米左右安放仪器，以盘左使仪器仰角约米左右安放仪器，以盘左使仪器仰角约30度指向墙上一个点度指向墙上一个点M，拧紧水平制动螺旋，将望，拧紧水平制动螺旋，将望远镜旋转到水平位置，标出此时的十字丝交叉中心远镜旋转到水平位置，标出此时的十字丝交叉中心点点m1。同理盘右得到另一个点。同理盘右得到另一个点m2。若。若m1和和m2重合，重合，则表明另轴垂直。则表明另轴垂直。（1）电子经纬仪：电子经纬仪：以光电信号为基础，与光学经纬仪以光电信号为基础，与光学经纬仪比较有如下优点：比较有如下优点： 1）度盘自动读数：不是按度盘刻划线