测量(3角度测量)

1、土木工程测量10/13/20221第三章 角度测量10/13/20222内容要求 1掌握角度测量原理； 2了解DJ6型光学经纬仪的构造； 3理解DJ6型光学经纬仪的读数和使用方法； 4理解电子经纬仪的使用方法； 5熟练掌握水平角和竖直角测量方法； 6理解经纬仪的检校和校正； 7理解角度测量误差来源；第三章 角度测量10/13/20223重点讲授： 1、角度测量原理； 2、电子经纬仪的使用方法； 3、水平角和竖直角测量方法； 4、角度测量误差分析； 5、经纬仪的检校和校正。第三章 角度测量10/13/20224第三章 角度测量3-1 角度测量原理1、水平角测量原理2、竖直角测量原理 10/13/

2、20225第三章 角度测量引言角度测量是确定地面点位的工作之一。角度测量包括 水平角测量 竖直角测量。右图为角度测量原理图BOAHO B A O”0A”B”nm10/13/202263-1 角度测量原理3-1-1 水平角测量原理水平角定义 一点到两目标的目标方向线投影到同一个水平面上的夹角，用表示，取值范围：0 360水平角观测原理 =ba =右目标读数左目标读数 10/13/202273-1 角度测量原理3-1-2 竖直角测量原理垂直角： 同一铅垂面内，某目标方向的视线与水平线间的夹角。用表示，角值为090。 目标方向线在水平视线上方，为仰角； 目标方向线在水平视线下方，为俯角。10/13/

3、202283-1 角度测量原理3-1-2 竖直角测量原理天顶距：在同一个 竖直面内，目标方向线与指向天顶方 向的铅垂线的夹角，用Z表示。角值为 0180。 90Z 10/13/20229第三章 角度测量3-2DJ6型光学经纬仪 1、基础知识 2、DJ6型光学经纬仪结构10/13/2022103-2DJ6型光学经纬仪3-2 -1 经纬仪基础知识测角仪器： 能同时完成水平角和竖直角测量的仪器称：经纬仪(Theodolite,transit)。可按以下性质分类：按物理特性：机械型、光学机械型和智能型按测角精度：DJ1，DJ2，DJ6， DJ10按读数系统：游标经纬仪、光学经纬仪和电子经纬仪。 DJ6

4、型光学经纬仪适用于各种比例尺的地形图测绘和土木工程施工放样。10/13/20221110/13/2022123-2DJ6型光学经纬仪3-2-2DJ6型光学经纬仪结构10/13/2022133-2DJ6型光学经纬仪3-2-2DJ6型光学经纬仪结构基本构造水平度盘：玻璃制成,0360 顺时针注记基座：支承整个仪器照准部：视准轴、横轴、竖轴分为三个部分10/13/2022143-2DJ6型光学经纬仪3-2-2DJ6型光学经纬仪结构照准部光学对点器：仪器对中望远镜：望远镜是用作精确瞄准目标的。它和水平轴连接在一起，可以绕水平轴在竖直面内上下任意转动。包括：物镜，目镜，内调焦镜，十字丝板 视准轴：物镜光

5、心与十字丝交点的连线 视线：视准轴的延长线 视差：眼睛在目镜端上下左右少量移动时产生的十字丝和目标影像相对移动的现象10/13/2022153-2DJ6型光学经纬仪3-2-2DJ6型光学经纬仪结构照准部3. 水准器 照准部上有一个水准管和一个圆水准器。圆水准器用作粗略整平，水准管用作精确整平仪器。照准部下部装有水平制动扳钮和水平微动螺旋。通过一个能插在轴座内的竖轴，使整个照准部可在轴座内任意地作水平方向的旋转。10/13/2022163-2DJ6型光学经纬仪3-2-2DJ6型光学经纬仪结构基座连接仪器与三脚架三个脚螺旋用于整平仪器（粗平）度盘水平度盘：不旋转竖直度盘(竖盘) ：随望远镜而旋转1

6、0/13/202217第三章 角度测量3-3 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 1、分微尺测微器及读数方法 2、单平行玻璃测微器及读数方法 3、经纬仪的使用10/13/2022183-3 DJ6光学经纬仪读数装置和操作3-3-1 分微尺测微器及读数方法分微尺读数装置读数原理： 分微尺为一固定不动的小尺，其上分为若干格，通过光路将度盘影像放大并成像于分微尺所在的平面，且度盘最小分划间隔之长为分微尺的全长。可以读出小于度盘最小分划值的读数。 度盘最小分划值：1 分微尺分划值： 1 估读至：0.110/13/2022193-3 DJ6光学经纬仪读数装置和操作3-3-1 分微尺测微器及读数方法读数

7、显微镜 将读数成像放大， 以从度盘上读出。10/13/2022203-3 DJ6光学经纬仪读数装置和操作3-3-1 分微尺测微器及读数方法光路图10/13/202221读数方法10/13/2022223-3 DJ6光学经纬仪读数装置和操作3-3-3 经纬仪的使用对中： 使仪器的旋转轴位于测站点的铅垂线上 1、垂球对中： 2、光学对点器对中：先将三脚架插紧后，装上仪器用脚螺旋进行对中，然后通过升降三脚架使圆水准器气泡居中，这时，仪器可能又不对中了，可稍微松动中心螺旋，在架头上平移仪器，使仪器对中可用垂球或光学对点器对中。 10/13/202223经纬仪对中10/13/2022243-3 DJ6光

8、学经纬仪读数装置和操作3-3-3 经纬仪的使用整平：使竖轴处于铅垂位置，水平度盘在水平位置。通过操作脚螺旋实现。 10/13/202225经纬仪整平10/13/2022263-3 DJ6光学经纬仪读数装置和操作3-3-3 经纬仪的使用照准：见下图。读数：调节显微镜调焦螺旋，使数字清晰再读数。10/13/202227 经纬仪瞄准10/13/202228第三章 角度测量3-4 水平角和竖直角测量方法 1、经纬仪安置 2、水平角测量 3、竖直角测量10/13/2022293-4 水平角和竖直角测量方法3-4-1 经纬仪安置检查轴座固紧螺旋是否旋紧，防止从照准部上滑脱；中心螺旋要旋紧；对中误差不大于3

9、mm，整平时，气泡偏离零点不应超过一格。10/13/2022303-4 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法 测回法：观测两个方向的单角 测回法观测步骤：(1) 先将经纬仪竖盘放在盘左位置(又称正镜位置)，顺时针转动照准部，使望远镜大致瞄准A点上的标杆。然后，拧紧水平制动扳钮，用微动螺旋使望远镜精确地瞄准A点，读取水平度盘读数A左10/13/2022313-4 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法 测回法观测步骤： (2)松开水平制动扳钮，顺时针方向转动照准部，用上述方法精确瞄准B点，读水平度盘读数B左。左= B左 A左称为上半测回。 (3)倒转望远镜，使竖盘位于盘右位

10、置，逆时针旋转望远镜精确瞄准B点，读水平度盘读数B右。10/13/2022323-4 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法 测回法观测步骤： (4)逆时针转动照准部，精确瞄准A点，读取水平度盘读数A右，则：右=B右A右,称为下半测回。 (5)若|左右|40，进行下一步，否则超限返工重测。 (6)计算一测回角值 = （ 左 右）/210/13/2022333-4 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法 测回法观测步骤： (7)为提高测角精度，一方面可提高仪器等级，另一方面可增加测回数。若需对该角观测几个测回，则测回间按来配置水平度盘的初始位置。10/13/2022343-4

11、 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法 测回法观测例题： n=2 水平度盘按0、 90 来配置； n=3 水平度盘按0、 60、 120来配置。 上下半测回角值差不大于40时： =（ 左+ 右）/2 10/13/2022353-4 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法 测回法观测例题（表）：10/13/2022363-4 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法方向观测法： 当一个测站上需观测两个以上方向所夹的角度时，应采用方向观测法。 当方向数多于三个时，每半个测回都从一个选定的起始方向（称为零方向）开始观测，在依次观测所需的各个目标后，再观测起始方向，称为归

12、零。此法称为全圆测回法。10/13/2022373-4 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法方向观测法：全圆测回法四方向观测步骤如下： (1)O点安置仪器，成盘左位置，将度盘设置成略大于0，选择一个明显目标为起始方向A，读数记录。 (2)顺时针依次瞄准B、C、D、A各点，分别读数、记录。A方向两次读数差称为归零差。对DJ6型仪器，其值应小于18。上述观测称为上半测回。 10/13/2022383-4 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法方向观测法：全圆测回法四方向观测步骤： (3)倒转望远镜成盘右位 置,逆时针方向依次瞄准 A、D、C、B最后回到 A点，该操作称为下半测

13、回,归零差小于 18 。 (4)如观测多个测回,各测回间仍按180/n间隔设置度盘。ABCDO10/13/2022393-4 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法水平角方向观测法计算方法 2C盘左读数（盘右读数180） 平均方向值 （盘左读数（盘右读数180 ）/210/13/2022403-4 水平角和竖直角测量方法3-4-2 水平角测量方法水平角方向观测法技术要求仪器半测回归零差一测回内2C互差同一方向值各测回互差DJ2 121812DJ618 /2410/13/202241全圆测回法测角记录10/13/202242方向法测角记录10/13/2022433-4 水平角和竖直角测

14、量方法3-4-3 竖直角测量竖直角的定义: 高度角在同一个竖直面内目标方向线与水平视线的夹角用表示，有、号。竖直角观测的意义 1、将倾斜距离化算为水平距离； 2、在三角高程测量中进行三角高差的计算。10/13/2022443-4 水平角和竖直角测量方法3-4-3 竖直角测量竖直度盘的构造: 竖直度盘： 0360顺、逆时针注记读数指标线：应处于铅垂位置指标水准管及其微动螺旋三个部分：10/13/2022453-4 水平角和竖直角测量方法3-4-3 竖直角测量竖直度盘的构造（图）: 10/13/2022463-4 水平角和竖直角测量方法3-4-3 竖直角测量竖直度盘构造特点：望远镜与竖盘固连,固定

15、于横轴的一端，且竖盘中心位于横轴上；竖盘装有读数指标，但二者分离；竖盘指标水准管与读数指标线可看成是连在一起10/13/2022473-4 水平角和竖直角测量方法3-4-3 竖直角测量竖直度盘应满足的条件：当望远镜视线水平时，竖盘指标水准管气泡居中后，读数指标线应指向某一整读数。如： 90或270盘左盘右瞄准同一目标时，竖盘读数之和为一个整数值：360 LR 360 10/13/2022483-4 水平角和竖直角测量方法3-4-3 竖直角测量不同刻划的纬仪其竖直角计算公式：当盘左状态望远镜抬高，竖盘读数增加时，其竖直角读数起始读数当盘左状态望远镜抬高，竖盘读数减少时，其竖直角 起始读数读数盘右

16、同上起始读数是：0，90，180，270四种可能。10/13/2022493-4 水平角和竖直角测量方法3-4-3 竖直角测量竖直角的观测和计算： 竖直角观测： 在测站安置经纬仪，盘左瞄准目标顶部转动竖盘指标水准管微动螺旋，指标水准管气泡居中竖盘读数计算L倒镜盘右仍瞄准同目标顶部指标水准管气泡居中竖盘读数计算R 计算竖直角10/13/2022503-4 水平角和竖直角测量方法3-4-3 竖直角测量竖直角的计算原理： 270900180指标270900180指标L顺时针注记:L90L盘左10/13/2022513-4 水平角和竖直角测量方法3-4-3 竖直角测量竖直角的计算原理： 逆时针注记:L

17、 L90R270R270900180R270900180指标RR270盘右10/13/202252竖直角观测记录10/13/202253第三章 角度测量3-5 经纬仪的检验与校正1、照准部水准管轴垂直于竖轴的检校2、十字丝竖丝垂直于横轴3、视准轴垂直于横轴的检校4、横轴垂直于竖轴的检校5、竖盘指标差及检校6、光学对点器的检校10/13/2022543-5 经纬仪的检验与校正3-5 经纬仪的检验与校正经纬仪有四个轴线，即水准管轴（LL），竖轴（VV），望远镜视准轴（CC）及横轴（HH）。各轴线之间应满足三轴相互垂直条件：水平度盘的水准管轴(LL)应垂直于竖轴(VV)；视准轴(CC)应垂直于水平轴

18、(HH)；水平轴(HH)应垂直于竖轴(VV)； 十字丝竖丝垂直于横轴。10/13/2022553-5 经纬仪的检验与校正3-5 经纬仪的检验与校正还应满足下面的条件：照准部旋转中心应与平盘的分划中心相一致；平盘旋转中心应与其分划中心相一致；竖盘指标应处于正确位置，即x=0。10/13/2022563-5 经纬仪的检验与校正3-5-1 照准部水准管轴垂直于竖轴的检校检验方法： 将仪器大致整平，转动照准部，使水准管平行于任一对脚螺旋。调节两脚螺旋，使水准管气泡居中。将照准部旋转180，此时若气泡仍居中，则说明满足条件。若气泡偏离量超过一格，应进行校正。校正方法： 用校正针调整水准管校正螺丝，使气泡

19、退回偏移量的一半，再调整脚螺旋使水准管气泡居中，这时水准管轴水平，竖轴处于竖直位置。这项工作要重复检验直到满足要求。10/13/202257水准管校正演示10/13/2022583-5 经纬仪的检验与校正3-5-2 十字丝竖丝垂直于横轴的检验与校正检验方法： 用十字丝中点精确瞄准一个清晰目标点P，然后锁紧望远镜制动螺旋。慢慢转动望远镜微动螺旋，使望远镜上下移动，如P点没有离开竖丝，则满足条件，否则需校正。校正方法： 同水准仪。10/13/2022593-5 经纬仪的检验与校正3-5-3 视准轴垂直于横轴的检验与校正检验方法（四分之一法） ： 在平坦地面选择相距约60米的A、B两点，在其中点O安

20、置仪器，A点设标志，B点横放一直尺，尺与OB垂直，并使A、B及仪器高度大致相同。 盘左瞄准A，固定照准部，纵转望远镜，在B尺上读数为B1，然后盘右重复上述工作，得B2。量取B1B2距离，则C（DB1B2/4DOB）*，对DJ6型仪器，若60说明满足条件，否则需校正。10/13/202260视准轴检验10/13/2022613-5 经纬仪的检验与校正3-5-3 视准轴垂直于横轴的检验与校正校正方法： 在盘右位置，保持B尺不动，在B尺上定出B3点，使DB2B3DB1B2/4，此时OB3便于横轴垂直，用校正针拨 十字丝螺旋，平移十 字丝板，直到十字丝 交点于B3重合，最后 拧紧螺丝。10/13/20

21、22623-5 经纬仪的检验与校正3-5-4 横轴垂直于竖轴的检验与校正检验方法： 在距墙30米处安置经纬仪，在盘左位置瞄准墙上一点，仰角应大于30。固定照准部，将望远镜大致放平，在墙上标出十字丝中点所对位置P1。盘右同法在墙上标出P2点，量取P1P2间距离。 i D12/（2*D12*tg） 对DJ6型仪器，若i20 则需校正。10/13/2022633-5 经纬仪的检验与校正3-5-4 横轴垂直于竖轴的检验与校正示意图：10/13/2022643-5 经纬仪的检验与校正3-5-4 横轴垂直于竖轴的检验与校正校正方法： 用望远镜瞄准P1P2的中点PM点，固定照准部。然后抬高望远镜使十字丝横丝

22、照准P点，由于i角的影响，此时十字丝所照准的点P与P不重合。打开支架护盖，旋转支架内的校正螺丝，使横囝一端升高或降低，直到十字丝交点对准P点。10/13/2022653-5 经纬仪的检验与校正3-5-5 竖盘指标差的计算与校正指标差当指标水准管气泡居中后，读数指标线没有指在正确位置(铅垂位置)，而是偏离正确位置一个小角度值，该角度值便称为指标差。()L实际读数L0正确读数270900180指标=LL0L0L10/13/2022663-5 经纬仪的检验与校正3-5-5 竖盘指标差的计算与校正指标差 由于指标差的存在，竖盘盘左读数为90+ ，则正确的竖直角应为： L-（90 )= - 盘右时正确的

23、竖直角应为： R 270-(R- )= R + 两式相加并除以2，得： = ( R ）/2 = (R-L-180 ) 可以求出： = (- R ）/2 = (R+L-360)/210/13/2022673-5 经纬仪的检验与校正3-5-5 竖盘指标差的计算与校正校正： 对同一目标盘左盘右观测分别进行竖盘读数计算出该仪器的指标差x 求出盘右的正确盘位读数R0Rx 转指标水准管微动螺旋使竖盘读数为R0 校正指标水准管使气泡居中反复进行，直至x小于限差值10/13/2022683-5 经纬仪的检验与校正3-5-6 光学对点器的检校检验： 安置好仪器后，在仪器正下方放一张白纸板，将光学对点器分划圈中心

24、投影到纸板上，标出点P，然后将照准部旋转180，将分划圈中心再次标在纸板得P点，若P点仍在分划圈内，表示满足条件，否则需校正。10/13/2022693-5 经纬仪的检验与校正3-5-6 光学对点器的检校校正： 调节光学对点器校正螺钉，使分划圈中心移至PP的中点即可。10/13/202270第三章 角度测量3-6 角度测量误差分析及注意事项1、角度测量误差来源2、角度测量误差分析3、水平角观测注意事项10/13/2022713-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-1 角度测量误差来源 1、仪器误差； 2、观测误差； 3、外界环境影响。10/13/2022723-6 角度测量误差分析及注意事项

25、3-6-2 角度测量误差分析1、仪器误差 视准误差(c)产生情况：视准轴不垂直于水平轴时产生的误差。规律：随垂直角增大而增大。消除与减弱措施：盘左盘右取均值可以消除。10/13/2022733-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-2 角度测量误差分析1、仪器误差 横轴误差产生情况：横轴不水平规律：随垂直角增大而增大，对两等高目标观测时误差为0消除与减弱措施：盘左盘右取均值可以消除10/13/2022743-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-2 角度测量误差分析1、仪器误差 纵轴误差产生情况：由于水准管轴不垂直于竖轴以及水准管不居中引起纵轴不铅垂面产生的误差。规律：随垂直角增大而增大，与横

26、轴所处的方向有关。消除与减弱措施：注意水准管的精度与精确整平。注意：不能用盘左盘右取均值可以消除。10/13/2022753-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-2 角度测量误差分析1、仪器误差 度盘偏心差产生情况：照准部旋转中心与度盘分划中心不重合。规律：随瞄准方向而异，照准方向垂直于偏心方向时对水平方向读数影响最大。消除与减弱措施：盘左盘右取平均值可减少。10/13/2022763-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-2 角度测量误差分析1、仪器误差 度盘刻划误差产生情况：度盘制造时产生消除与减弱措施：增加测回数，各测回间变换度盘起始位置。 10/13/2022773-6 角度测量误差

27、分析及注意事项3-6-2 角度测量误差分析1、仪器误差 竖盘指标差产生情况：望远镜水平时，指标没指向正确位置。规律：影响对竖直角的测量。消除与减弱措施：盘左盘右取平均值可消除10/13/2022783-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-2 角度测量误差分析2、观测误差 仪器对中误差 产生情况：仪器中心与测站点不在同一铅垂线上。 规律：偏心越大、边越短，误差越大。 消除与减弱措施：精确对中。10/13/2022793-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-2 角度测量误差分析2、观测误差 目标偏心误差 产生情况：视准轴中心偏离目标标石中心。 规律：与偏心距与正比，与边长成反比，垂直于视线方向

28、的目标偏心误差最大。 消除与减弱措施：觇标铅垂，精确瞄准。10/13/2022803-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-2 角度测量误差分析2、观测误差 照准误差 产生原因：未精确瞄准目标的几何中心。 消除与减弱措施：选择较好的观测环境（包括望远镜放大率、十字丝粗细、标志的形状大小、目标影像亮度、颜色、天气情况等）。 读数误差 产生原因：取决于仪器读数设备，主要是估读导致。10/13/2022813-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-2 角度测量误差分析2、观测误差 视差和十字丝不清晰的影响 视差：目标成象不在十字丝板上引起的误差 消除措施：观测时认真调焦3、外界条件的影响大风、日晒、

29、土质情况、大气辐射、大气折光10/13/2022823-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-3 水平角观测注意事项仪器安置的高度应合适，脚架应踩实，中心螺旋拧紧，观测时手不扶脚架，转动照准部及使用各种螺旋时，用力要轻。若观测目标的高度相差较大时，特别要注意仪器整平。对中要准确。10/13/2022833-6 角度测量误差分析及注意事项3-6-3 水平角观测注意事项观测时要消除视差，尽量用十字丝交点照准目标底部或桩上小钉。记录时注意检查限差，发现错误立即重测。一测回过程中不允许再调水准管气泡，观测中若气泡偏离中心超过两格时，应整平后重测。10/13/202284第三章 角度测量3-7 电子经纬

30、仪1、编码度盘测角2、光栅度盘测角10/13/2022853-7 电子经纬仪3-7 电子经纬仪 随着电子技术的发展，传统的光学度盘已不能适应测角自动化的需要。电子经纬仪也采用度盘测角，但不是在度盘上进行角度单位的刻线，而是从度盘上取得电信号，再转换成数字。并可将结果储存在微处理器内，根据需要进行显示和换算以实现记录的自动化。 这种电子经纬仪按取得电信号的方式不同可分为编码度盘测角和光栅度盘测角两种。10/13/202286全站仪正面全站仪背面10/13/2022873-7 电子经纬仪3-7-1 编码度盘测角 右图为一个二进制编码度盘图。整个度盘圆周均匀地分成16个区间，从里到外有四道环(称为码道)，黑色部分为透光区(或称导电区)，白色