工程测量教程课件1523T附表格10

角度类型——水平角与竖直角。角度测量——测量地面点连线的水平夹角视线方向与水平面的竖直角仪器——经纬仪，全站仪。水平角测量——求算点的平面位置，竖直角测量——测定高差，或将倾斜距离化算为水平距离。第3章角度测量§3.1角度测量原理(1)水平角测量原理

地面一点与两个目标点的连线在水平面投影的夹角，或过B，C两点铅垂面与过B，A两点铅垂面的两面角在B点水平安置刻度圆盘，(顺时针注记)测出BA方向在度盘的读数a，

BC方向在度盘的读数c，水平角β=c－a(2)竖直角测量原理

竖直面内，视线与水平线的夹角。视线在水平线上方为仰角，竖直角>0；视线在水平线下方为俯角，竖直角<0。铅垂面内安置一个刻度圆盘视线水平时的竖盘读数为90°，视线倾斜时的竖盘读数为L，视线方向竖直角α=90°－L。§3.2光学经纬仪的结构及其度盘读数

国产光学经纬仪型号(DadiceliangJingweiyi)DJ07，DJ1，DJ2，DJ6，DJ30，D，J代表“大地测量”和“经纬仪”，07，1，2，6，30分别为一测回方向观测中误差秒数。工程测量常用DJ6级。徕卡光学经纬仪型号(Theodolite)T4(0.5″)，T3(1″)，T2(2″)，T1(6″)(1)DJ6级光学经纬仪的结构方向经纬仪和复测经纬仪。方向经纬仪——用于地表测量。复测经纬仪——用于光线较暗的地下工程测量。1972年,南京1002厂研制的J07级光学经纬仪1972年,南京1002厂研制的J05级光学经纬仪毛主席参观我国研制的05秒级光学经纬仪三角测量观测觇标西藏高原三角测量西安光学仪器厂——DJ6级方向光学经纬仪WildT1光学经经纬仪仪,1980年年结构———基基座,水平平度盘盘,照照准部部1)基基座座三个脚脚螺旋旋,一一个圆圆水准准气泡泡———粗平平仪仪器器。。水平平度度盘盘旋旋转转轴轴套套在在竖竖轴轴套套外外围围，，仪器器固固定定在在基基座座上上；；2)水水平平度度盘盘圆环环形形光光学学玻玻璃璃盘盘片片，，盘片片边边缘缘刻刻划划顺时时针针注注记记0°°~360°°角角度度值值。。3)照照准准部部水平平度度盘盘上上，，能绕绕竖竖轴轴旋旋转转的的全全部部部部件件总总称称，，竖轴轴、、U形支支架架、、望望远远镜镜、、横轴轴、、竖竖盘盘指指标标管管水水准准器器、、读数数装装置置，，竖轴轴VV————照准准部部旋旋转转轴轴，，水平平度度盘盘变变换换螺螺旋旋。。(2)DJ6级光光学学经经纬纬仪仪的的读读数数装装置置度盘盘，，光光路路系系统统，，测测微微器器。。水平平度度盘盘和和竖竖盘盘上上的的分分划划线线，，经经棱棱镜镜和和透透镜镜成成像像，，显示示在在望望远远镜镜旁旁的的读读数数显显微微镜镜内内。。有测测微微尺尺读读数数装装置置，，单单平平板板玻玻璃璃读读数数装装置置两两种种。。WildT1光学学经经纬纬仪仪WildT1光学学经经纬纬仪仪剖剖面面图图WildT1正像像望望远远镜镜WildT1倒像像望望远远镜镜(3)DJ2级光光学学经经纬纬仪仪的的读读数数装装置置北京京博博飞飞仪仪器器公公司司————TDJ2E正像像光光学学经经纬纬仪仪。。WildT2光学学经经纬纬仪仪光光路路KernDKM-2A光学学经经纬纬仪仪双平平板板玻玻璃璃(或或双双光光楔楔)测测微微器器，，对径径180°°分分划划线线为为读读数数指指标标，，同时时读读取取度度盘盘对对径径180°°两两端端分分划划线线处处读读数数的的平平均均值值，，消除除度度盘盘偏偏心心误误差差的的影影响响，，提提高高读读数数精精度度。。一次次只只能能读读取取一一个个度度盘盘读读数数。。Zeiss(蔡司司)010光学学经经纬纬仪仪(2″″)改进进后后的的读读数数窗窗口口。。WildT2光学学经经纬纬仪仪,1927年年T2光学学经经纬纬仪仪,1921年年T2光学学经经纬纬仪仪,1923年年T3光学学经经纬纬仪仪,1929年年NT2光学学经经纬纬仪仪,1927年年T2光学经纬纬仪,1945年T2光学经纬纬仪,1956年T2光学经纬纬仪,1973年T3光学经纬纬仪,1927年T4天文光学学经纬仪仪,1941年年§3.3经纬纬仪的安安置与水水平角观观测(1)经经纬仪仪的安置置内容——对中中，整平平。使仪器竖竖轴位于于过测站站点的铅铅垂线上上，水平度盘盘和横轴轴处于水水平位置置，竖盘盘位于铅铅垂平面面内。方法——垂球球对中，，光学对对中。。打开三脚脚架腿，，调整长长度使脚脚架高度度适合于于观测者者高度，，张开三角角架，安安置在测测站上，，架头大大致水平平。取出经纬纬仪放置置在三角角架头上上，仪器基座座中心基基本对齐齐三角架架头的中中心，旋紧连接接螺旋。。1)垂球对中中法安置置经纬仪仪将垂球悬悬挂于连连接螺旋旋中心的的挂钩上上，调整垂球球线长度度使垂球球尖略高高于测站站点。粗对中与与粗平：：平移三脚脚架，使使垂球尖尖大致对对准测站站点中心心，将三三脚架的的脚尖踩踩入土中中。精对中：稍微旋松松连接螺螺旋，双双手扶住住仪器基基座，在架头上上移动仪仪器，使使垂球尖尖准确对对准测站站点，旋紧连接接螺旋。。垂球对对中误差差应小于于±3mm。精确整平平：旋转脚螺螺旋，在在相互垂垂直的两两个方向向使照准准部管水水准气泡泡居中。。2)使使用光学学对中法法安置经经纬仪光学对中中器的结结构。经纬仪光光学对中中器的目目镜对光光与物镜镜对光粗对中———手握三角角架，眼眼睛观察察光学对对中器，，移动三脚脚架，对对中标志志基本对对准测站站点中心心，脚尖踩入入土中。。精对中———旋转脚螺螺旋对中中，使对对中误差差<±1mm。粗平———伸缩脚架架腿，使使圆水准准气泡居居中。精平———转动照准准部，旋旋转脚螺螺旋，使管水准准气泡在在相互垂垂直的两两个方向向居中。。精平操作作会略微微破坏已已完成的的对中关关系。再次精对对中——旋松连接接螺旋，，眼睛观观察光学学对中器器，平移仪器器基座(注意，，不要有有旋转运运动)，，使对中标标志准确确对准测测站点中中心，拧拧紧连接接螺旋。。旋转照准准部，在在相互垂垂直两方方向检查查管水准准气泡居居中情况况否则从再次精对对中开始重复复操作。。(2)瞄瞄准和和读数测角照准准标志竖立于测测点的标标杆、测测钎、用用三根竹竹杆悬吊吊垂球线线或觇牌牌。水平角测测量，望望远镜十十字丝竖竖丝瞄准准照准标标志。①目镜镜对光———望远远镜对向向明亮背背景，转动目镜镜使十字字丝清晰晰；②粗瞄瞄目标———望远远镜上的的粗瞄器器瞄准目目标，，水平、垂垂直制动动；③精瞄瞄目标———从望望远镜观观察，旋转水平平、垂直直微动螺螺旋。④读数数——打打开度盘盘照明反反光镜，，调整开开度和方方向，照亮读数数窗口。。§3.4水平平角测量量方法测回法，，方向观观测法。。(1)测测回法法观测两个个方向之之间的单单角，一一测回操操作步骤骤：盘左：照照准A点→配水平盘盘→读数→→顺时针针转C点→读数数；盘右：照照准C点→读数数→逆时时针转A点→读数数。测回法观观测水平平角的记记录格式式(2)方方向观观测法观测三个个及以上上方向用用，一测测回操作作步骤：：选择标志志十分清清晰的点点作零方方向，如如A点。盘左照准准A点→配水水平度盘盘盘左(顺顺时针)：瞄A读数→瞄瞄B读数→瞄瞄C读数→瞄瞄D读数→再瞄A读数(盘盘左归零零)。盘右(逆逆时针)：瞄A读数→瞄瞄D读数→瞄瞄C读数→瞄瞄B读数→再瞄A读数(盘盘右归零零)。方向观测测法观测测水平角角记录格格式(3)方方向观观测法的的限差《城市测测量规范范》规定定的限差差。照准点垂垂直角超超过±3°时，，该方向2C较差按同同一观测测时段内内相邻测测回比较较。(4)水水平角角观测的的注意事事项1)仪仪器高度度与观测测者身高高相适应应；三脚架踩踩实，仪仪器与脚脚架连接接牢固，，操作仪器器时，不不要用手手扶三脚脚架；转动照准准部和望望远镜前前，应先先松开制制动螺旋旋，使用各种种螺旋时时，用力力应轻。。2)精精确对中中，尤其其对短边边测角。。3)观观测目标标间高低低相差较较大时，，更应注注意整平平仪器。。4)照照准标志志应竖直直，用十十字丝交交点瞄准准标杆或或测钎底底部。5)记记录要清清楚，应应当场计计算，发发现错误误，立即即重测。。6)一一测回水水平角观观测中，，不得再再调照准准部管水水准气泡泡，气泡偏离离中央>2格，，应重新新整平与与对中仪仪器，重重新观测测。§3.5竖直直角测量量方法(1)竖竖直角角的用途途将观测的的倾斜距距离化算算为水平平距离或或计算三三角高程程。1)倾倾斜距离离化算为为水平距距离D=Scosα2)三三角高程程计算hAB=Ssinα+i-vHB=HA+hAB(2)竖竖盘构构造竖盘固定定在望远远镜横轴轴一端并并与望远远镜连接接在一起起，竖盘随望望远镜一一起绕横横轴旋转转，竖盘盘面垂直直于横轴轴。竖盘读数数指标与与竖盘指指标管水水准器连连接在一一起，望远镜置置于盘左左，竖盘盘指标管管水准气气泡居中中时，竖盘读数数应为90°。。(3)竖竖直角角的计算算盘左竖直直角：αL=90°－－L盘右竖直直角：αR=R－270°(4)竖竖盘指标差差竖盘指标差差——望远远镜视准轴轴水平竖盘读数相相对于正确确值(90°(盘左左)或270°(盘盘右))角度的偏差差x。盘左竖直角角：α=90°＋x－L=αL＋x，左加；盘右竖直角角：α=R－(270°°＋x)=αR－x，右减；指标差：x=(αR－αL)/2；盘左盘右取取平均：α=(αL＋αR)/2，抵消竖盘指指标差。(5)竖竖直角观测测经纬仪安置置在点上，，量取仪器器高i目标点应量量取觇标高高v用十字丝横横丝瞄准目目标特定位位置，一般般为标顶hAB=Ssinα+i-v竖直角观测测手簿与计计算盘左竖直角角：αL=90°－L盘右竖直角角：αR=R－270°指标差：x=(αR－αL)/2盘左盘右取取平均：α=(αL＋αR)/2(6)竖竖盘指标自自动归零补补偿器仪器竖盘光光路中安装装补偿器，，代替竖盘盘指标管水水准器仪器竖轴偏偏离铅垂线线的角度在在一定范围围内时通过补偿器器能读到相相当于竖盘盘指标管水水准气泡居居中时的读数§3.6经经纬仪的的检验和校校正(1)经经纬仪的轴轴线及其应应满足的关关系视准轴CC、横轴HH、管水准器轴轴LL、竖轴VV。轴线应满足足的关系①LL⊥VV②十字丝竖丝丝⊥HH③CC⊥HH④HH⊥VV⑤竖盘指标差差x=0⑥光学对中器器的视准轴轴与竖轴重重合经纬仪的轴轴线(2)经经纬仪的检检验与校正正①LL⊥VV的检验与校校正检验：圆水准气泡泡居中，初初平仪器。。管水准器轴轴平行于一一对脚螺旋旋，居中气气泡，照准部旋转转180°°，气泡居居中，则LL⊥VV。校正——校正针拨动动管水准器器一端校正正螺丝，使气泡向中中央移动偏偏距的一半半，余下一半通通过旋转与与管水准器器轴平行的的一对脚螺螺旋完成。。②十字丝竖丝丝⊥HH的检验与校校正检验：用十字丝交交点精确瞄瞄准远处一一目标P，旋转水平微微动螺旋，，点左、右移移动轨迹偏偏离十字丝丝横丝时要要校正。校正：卸下下十字丝分分划板护罩罩，松开4个压环螺螺丝，缓慢转动十十字丝组，，直到照准准部水平微微动时P点始终在横横丝上移动动为止，最最后旋紧四四个压环螺螺丝。③CC⊥HH的检验与校校正检验：平坦场地，，选相距约约100m的A，B两点仪器安置于于A，B连线的中点点A点设置与仪仪器等高的的标志B点设置与仪仪器等高的的水平标尺尺，垂直直于视线OB盘左瞄A点,固定照照准部纵转望远镜镜,瞄B尺读数B1盘右瞄A点,固定照照准部纵转望远镜镜,瞄B尺读数B2B1≠B2需要校正校正：由B2点向B1点量取B1B2/4长度定出B3点，OB3⊥HH用校正针拨拨动十字丝丝环的左右右一对校正正螺丝→十字丝交交点与B3点重合完成校正后后，应重复复上述的检检验操作直至满足C<60″为止。③HH⊥VV的检验与校校正横轴不垂直直于竖直，，偏离正确确位置的角角值i——横轴误差i>20″时，必须校校正检验：高墙上固定定清晰照准准标志P距墙面20m~30m安置经纬仪仪盘左瞄准P点，固定照照准部；望望远镜视准准轴水平墙面定出P1点纵转望远镜镜,盘右瞄瞄准P点固定照准部部，望远镜视准准轴水平，，墙面上定出出P2点，横轴误差为为：校正：打开仪器的的支架护盖盖，调整偏偏心轴承环环，抬高或降低低横轴的一一端使i=0，需要在无尘尘的室内环环境中，使用专用的的平行光管管进行操作作，用户不具备备条件时，，一般交专专业维修人人员校正。。⑤竖盘指标差差x=0的检验与校校正检验：安置好仪器器盘左、盘右右观测某清清晰目标竖竖直角一测测回，计算指标差差x盘左竖直角角：αL=90°－L盘右竖直角角：αR=R－270°指标差：x=(αR－αL)/2校正：消除了指标标差的盘右右竖盘正确确读数为R－x旋转竖盘指指标管水准准器微动螺螺旋，使竖竖盘读数为为R－x此时，竖盘盘指标管水水准气泡必必然不再居居中用校正针拨拨动竖盘指指标管水准准器校正螺螺丝，使气泡居中中，该项校正需需要反复进进行。⑥光学对中器器的视准轴轴与竖轴重重合的检验验与校正检验：地面上放置置白纸，白白纸上画十十字形的标标志，以标志点P为对中标志志安置仪器器，旋转照照准部180°，点像像偏偏离离对对中中器器分分划划板板中中心心到到P’’时，，对中中器器视视准准轴轴与与竖竖轴轴不不重重合合，，需需要要校校正正。。校正正：：在白白纸纸上上定定出出P’’与P点的的中中点点O，转动动对对中中器器校校正正螺螺丝丝使使对对中中器器分分划划板板中中心心对对准准O点。。需要要反反复复进进行行。。§3.7水水平平角角测测量量的的误误差差分分析析仪器器误误差差,对对中中与与目目标标偏偏心心误误差差,观观测测误误差差,外外界界环环境境影影响响。。(1)仪仪器器误误差差1)视视准准轴轴误误差差视准准轴轴误误差差————视视准准轴轴CC不垂垂直直于于横横轴轴HH的偏偏差差CCC绕HH旋转转一一周周扫扫出出两两个个圆圆锥锥面面双盘盘位位方方向向观观测测取取平平均均可消消除除视视准准轴轴误误差差影影响响2)横横轴轴误误差差横轴轴误误差差i对水水平平角角的的影影响响(i)”与方方向向竖竖直直角角α有关关双盘盘位位方方向向观观测测取取平平均均可消消除除横横轴轴误误差差的的影影响响3)竖竖轴轴误误差差竖轴轴VV偏离离铅铅垂垂线线的的偏偏差差δ———竖轴轴误误差差造成成水水平平度度盘盘偏偏离离水水平平面面δ角无论论盘盘左左或或盘盘右右观观测测，，倾倾斜斜方方向向都都一一样样竖轴轴误误差差不能能用用双双盘盘位位观观测测取取平平均均值值的方方法法消消除除观测测前前应应严严格格检检校校仪仪器器，，观测测时时保保持持照照准准部部管管水水准准气气泡泡居居中中，，观测测过过程程中中气气泡泡偏偏离离量量<一一格格，，否则则应应重重新新进进行行对对中中整整平平操操作作。。4)照照准准部部偏偏心心误误差差和和分分划划不不均均匀匀误误差差照准准部部旋旋转转中中心心与与水水平平盘盘分分划划中中心心，，不重重合合产产生生的的测测角角误误差差；；盘左左盘盘右右观观测测取取平平均均可可消消除除其其影影响响。。度盘盘最最小小分分划划间间隔隔不不相相等等而而产产生生的的测测角角误误差差，，各测测回回零零方方向向根根据据测测回回数数n，按照照180°°/n变换换水水平平度度盘盘位位置置→削削弱弱该该误误差差影影响响。。(2)对对中中误误差差与与目目标标偏偏心心误误差差1)对对中中误误差差对中中点点B’’偏离离测测点点标标志志B距离离e对水水平平角角观观测测的的影影响响为为δ=δ1+δ2β=180°°，，θ=90°°，，δ取得得最最大大值值e=3mm，，D=100m，，δ″=12.4″″2)目目标标偏偏心心误误差差照准点所所竖目标标与地面面点标志志中心不不在同一一铅垂线线上偏差e1对水平角角观测的的影响为为γθ1=90°°时，γ取得最大大值与瞄准方方向垂直直的目标标偏心e1对水平方方向观测测的影响响最大(3)观观测误误差1)瞄瞄准误差差人眼可分分辨的两两个点最最小视角角为60″使用放大大倍数为为V的望远镜镜观测时时最小分辨辨视角可可减小V倍mV=60″/VDJ6经纬仪V=26，，mV=60″/26=±2.3″2)读数误差差使用测微微尺的DJ6级光学经经纬仪读数误差差为测微微尺最小小分划1′的1/10——±6″(4)外外界环环境的影影响松软的土土壤和风风力影响响仪器的的稳定日晒和环环境温度度的变化化引起管管水准气气泡运动动和视准准轴变化化太阳照射射地面产产生热辐辐射引起起大气层层密度变变化——目标标影像的的跳动大气透明明度低时时目标成成像不清清晰视线太靠靠近建、、构筑物物时引起起旁折光光削弱方法法：选择择有利的的观测时时间布设测量量点位时时，注意意避开松松软的土土壤和建建、构筑筑物。§3.8电子子经纬仪仪用光电转转换原理理和微处处理器自动测量量度盘的的读数并并将测量量结果显显示在仪仪器显示示窗上(1)电电子经经纬仪的的测角原原理三种测角角系统：：编码度度盘、光光栅度盘盘和动态态编码度盘盘测角系系统在玻璃圆圆盘上刻刻划n个同心圆圆环，每个同心心圆环为为码道，，n为码道数数外环码道道圆环等等分为2n个透光与不透光相间扇形形区———编码。。每个编码码所包含含的圆心心角δ=360÷2n——角度分辨辨率，为编码度度盘能区区分的最最小角度度，向着圆心心方向，，其余n-1个码道圆圆环分别别被等分分为2n-1，2n-2,……21个编码，，其作用是是确定当当前方向向位于外外环码道道的绝对对位置。。n=4时，24=16，角度分分辨率δ=360÷16=22°30′；向着圆心心方向，，其余3个码道的的编码数数依次为为23=8，22=4，21=2。每码道安安置一行行发光二二极管，，另一侧侧对称安安置一行行光敏二极极管发光管光光线通过过透光编编码被光敏二极极管接收到时时——逻逻辑0，光线被不不透光编编码遮挡挡时———逻辑1。获得该方方向的二二进制代代码。4码道编编码度盘盘的δ=22°°30′′，精度太低低，可提高码码道数来来减小δ。如，n=16，，δ=360÷216=0°00′19.78″。。但在度盘盘半径不不变时增增加码道道数n，将减小码码道的径径向宽度度，拓普康GTS-105N全站仪的的R=35.5mm，n=16，，求出ΔR=2.22mm，太小。。因此，，多码码道编编码度度盘不不易达达到较较高的的测角角精度度。现在使使用单码道道编码码度盘盘。在度盘盘外环环刻划划无重重复码码段的的二进进制编编码，，发光管管照射射编码码度盘盘时，，通过过接收收管获获取度度盘位位置的的编码码信息息，送微处处理器器译码码换算算为实实际角角度值值并送送显示示屏显显示。。光栅度度盘测测角系系统玻璃圆圆盘径径向均均匀刻刻划交交替的的透明明与不不透明明辐射射状条条纹指示光