第二章角度测量(电子经纬仪)

测量学主讲教师：王卫红副教授wangweihong@1/31/2023第二章角度测量角度测量原理电子经纬仪经纬仪的检验与校正水平角观测竖直角观测水平角观测的误差1/31/20232-1角度测量原理水平角观测原理水平角用于确定点的平面位置（计算坐标）。竖直角观测原理竖直角用于两点间高差计算、斜距改正成平距。1/31/20231.水平角观测原理一.水平角观测原理水平角——过一点到两个目标的方向线垂直投影到水平面上所成的夹角。0°≦≦360°。水平面aobAOB也可理解成是包含OA、OB视线的两个铅垂面之间的二面角。0ba水平度盘=b-a1/31/20232.垂直角观测原理2.竖直角观测原理天顶铅垂线水平线ACB0°90°180°270°高度角——在同一竖直面内，目标方向与水平方向的夹角称为高度角。=0°

90°，仰角为正，俯角为负；也叫垂直角。天顶距

：目标方向与天顶方向（即铅垂线的反方向）的夹角称为天顶距。竖直角：高度角、天顶距都是竖直面内的角，通称竖直角。注：本书中的出现的术语“竖直角”若未作特殊说明，皆指高度角。

1/31/20232-2电子经纬仪经纬仪概述南方电子经纬仪的构造1/31/2023一.经纬仪的技术参数2.经纬仪的技术参数技术项目一测回水平方向中误差望远镜有效孔径不小于望远镜放大倍数不小于水准管分划值水平度盘垂直度盘主要用途经纬仪等级DJ1DJ2DJ6126二等平面控制测量及精密工程测量60mm40mm40mm30倍28倍26倍6/2mm20/2mm30/2mm10/2mm20/2mm30/2mm三、四等平面控制测量及一般工程测量图根控制测量及一般工程测量技术参数表3-1一、经纬仪概述

1.经纬仪分类

1/31/2023二.南方电子经纬仪的构造二.DJ6经纬仪的构造基座、照准部、水平度盘、读数装置1/31/2023基座水平度盘照准部1.基座1）脚螺旋用于整平仪器2）轴座连接螺旋（固定螺旋）

1基座1/31/20231）.望远镜①组成②视准轴③在用望远镜进行目标照准时，要注意正确的操作程序：Ⅰ.目镜调焦；Ⅱ.目标照准；Ⅲ.消除视差（视差定义、产生原因、消除方法）2）水准器3）光学对中器2.照准部望远镜十字丝1/31/2023水准器水准管（管水准器）水准管零点水准管轴(P19)气泡居中水准管分划值(P20)圆水准器圆水准器零点圆水准器轴气泡居中圆水准器分划值1/31/2023光学对中器当地面标志中心与光学对中器的靶心重合，则地面标志中心与经纬仪竖轴中心位于同一条铅垂线上。图2.91/31/2023光学经纬仪水平度盘水平度盘由光学玻璃制成；顺时针0°360°刻度；仪器整平，水平度盘水平；水平度盘与照准部相互脱离；改变度盘位置，要使用复测扳手或度盘变换手轮。读数显微镜竖直度盘（竖盘）3.度盘和读数系统

0901802700901802701/31/2023电子经纬仪的特点采用电子测角系统，能自动显示、存储测量结果，从而实现读数自动化和数字化：方向观测的度盘读数-电讯号-存储器-电讯号-角度值-显示。不用记录且消除了读数误差。可与测距仪构成全站仪，再与计算机、绘图系统联机，构成电子速测仪，实现数据采集，成果处理、制图一体化。电子经纬仪的外型与光学经纬仪相似，使用方法也相似。1/31/20232-3经纬仪的检验与校正经纬仪的轴线及其应满足的条件经纬仪的检验和校正1/31/2023一、经纬仪的轴线及其应满足的条件1.经纬仪的主要轴线有：1）仪器旋转轴（简称竖轴）VV1；2）照准部水准管轴LL1；3）圆水准器轴L´L1´；4）望远镜的旋转轴（简称横轴）HH1；5）视准轴CC1。1/31/20232.经纬仪在水平角观测时应满足：1）竖轴必须竖直；2）水平度盘必须水平，其分划中心应与竖轴重合；3）望远镜上下转动时，视准轴形成的视准面必须是竖直平面。3.度盘偏心误差：度盘的分划中心O与照准部的旋转中心O′不重合引起的误差称为度盘偏心差。计算公式见课本P25

1/31/20232-4水平角观测南方电子经纬仪使用的预备知识水平角观测步骤对中整平照准读数1/31/2023一般注意事项（1）(1) 阳光下测量应避免将物镜直接瞄准太阳。若在太阳下作业应撑伞并安装滤光器。(2) 避免在高温和低温下存放和使用仪器，亦应避免温度骤变（使用时气温变化除外）。(3) 仪器不使用时，应将其装入箱内，置于干燥处，注意防震、防尘和防潮。(4) 若仪器工作处的温度与存放处的温度差异太大，应先将仪器留在箱内，直到它适应环境温度后再使用。(5) 仪器长期不使用时，应将仪器上的电池卸下分开存放。电池应每月充电一次。(6) 仪器运输应将仪器装于箱内进行，运输时应小心避免挤压、碰撞和剧烈震动，长途运输最好在箱子周围使用软垫。预备知识1/31/2023一般注意事项（2）(7) 仪器安装至三脚架或拆卸时，要一只手先握住仪器，以防仪器跌落。(8) 外露光学件需要清洁时，应用脱脂棉或镜头纸轻轻檫净，切不可用其它物品擦试。(9) 不可用化学试剂擦试塑料部件及有机玻璃表面，可用浸水的软布擦试。(10)仪器使用完毕后，用绒布或毛刷清除仪器表面灰尘，仪器被雨水淋湿后，切勿通电开机应及时用干净软布擦干并在通风处放一段时间。(11)作业前应仔细全面检查仪器，确信仪器各项指标、功能、电源、初始设置和改正参数均符合要求时再进行作业。(12)即使发现仪器功能异常，非专业维修人员不可擅自拆开仪器，以免发生不必要的损坏。预备知识1/31/2023仪器开箱和存放开箱轻放下仪器箱，让箱盖朝上，打开箱子的锁栓，开启箱盖，取出仪器。存放将望远镜垂直朝下（或朝上），使照准部与基座的装箱红点标记对齐，将仪器白点朝上平卧放入箱中，轻轻旋紧垂直自动旋钮，盖好箱盖并关上锁栓。预备知识1/31/2023电池的装卸、充电电池装卸取下电池盒时，按下电池盒顶部的按扭，顶部朝外向上将电池盒取出。安装电池盒时，先将电池盒底部凸起插入仪器上的凹槽中，按压电池盒顶部按扭，使其卡入仪器中固定归位。电池充电请用KC—10A专用充电器充电。不使用时也要保证每月充电一次。预备知识1/31/2023键盘组成该仪器键盘具有一键双重功能，一般情况下仪器执行键上方所标示的第一（测角）功能，当按下MODE键后再按其余各键则执行按键下方所标示的第二（测距）功能。预备知识1/31/2023键盘功能(1)R/L:显示右旋/左旋水平角选择键。连续按此键，两种角值交替显示。CONS:专项特种功能模式键。HOLD：水平角锁定键；按此键两次，水平角锁定；再按一次则解除。MEAS:测距键；按此键连续精确测距（连接测距仪有效）。:在特种功能模式中按此键，显示屏中的光标左移。预备知识1/31/2023键盘功能(2)0SET:水平角置零键；按此键两次，水平角置零。TRK:跟踪测距键。按此键每秒跟踪测距一次，精度至0.01m（连接测距仪有效）。:在特种功能模式中按此键，显示屏中的光标右移。V%:竖直角和斜率百分比显示转换键。连续按此键交替显示。在测距模式状态时，连续按此键则交替显示斜距、平距、高差。:增量键；在特种功能模式中按此键，显示屏中的光标可上下移动或数字向上增加。预备知识1/31/2023键盘功能(3)MODE:测角、测距模式转换键；连续按键，仪器交替进入一种模式，分别执行键上或键下标示的功能。:减量键；在特种功能模式中按此键，显示屏中的光标可上下移动或数字向下减少。:望远镜十字丝和显示屏照明键；按键一次开灯照明；再按则关（若不按键，10秒后自动熄灭）。REC:记录键；令电子手簿执行记录。PWR:电源开关键；按键开机，按键大于2秒则关机。预备知识1/31/2023信息显示符号液晶显示屏采用线条式液晶，常用符号全部显示时其位置如右图所示：预备知识中间两行各8个数位显示角度或距离观测结果数据或提示字符串。左右两侧所示的符号或字母表示数据的内容或采用的单位名称。1/31/2023初始设置内容

预备知识本仪器具有多种功能项目供选择，以适应不同作业性质对成果的需要。因此，在仪器使用前，应按不同作业需要，对仪器采用的功能项目进行初始设置。角度测量单位：360°、400gon、6400mil（出厂设为360°）。竖直角0方向的位置：水平为0°或天顶为0°（出厂设天顶为0°）。自动断电关机时间为：30min（分钟）或10min（分钟）（出厂设为30min）。角度最小显示单位：1″或5″（出厂设为1″）。竖盘指标零点补偿选择：自动补偿或不补偿（出厂设为自动补偿；无自动补偿的仪器此项无效）。水平角读数经过0°、90°、180°、270°象限时蜂鸣或不蜂鸣（出厂设为蜂鸣）。选择不同类型的测距仪联接（出厂设为与南方ND系列联接）。1/31/2023预备知识（１）按住CONS键打开电源开关，至三声蜂鸣后松开CONS键。仪器进入初始设置模式状态，显示器显示：显示器下一行八个数位分别表示初始设置的内容如右图：初始设置步骤1/31/2023初始设置步骤（续）（２）按MEAS或TRK键使闪烁的光标向左或向右移动到要改变的数字位。（３）按或键改变数字，该数字所代表的设置内容在显示器上行以字符代码的形式予以提示。（４）重复⑵和⑶操作进行其它项目的初始设置直至全部完成。（５）设置完成后按CONS键予以确认，仪器返回测量模式。预备知识1/31/2023水平角观测步骤仪器的安置、对中和整平望远镜目镜调整和目标照准打开或关闭电源1/31/2023仪器的安置、对中和整平安置三脚架和仪器使用光学对中器对中用水准管精确整平仪器打开或关闭电源

水平角观测1/31/2023安置三脚架和仪器(1)选择坚固地面放置脚架之三脚，架设脚架头至适当高度，以方便观测操作。(2)将垂球挂在三脚架的挂钩上，使脚架头尽量水平地移动脚架位置并让垂球粗略对准地面测量中心，然后将脚尖插入地面使其稳固。(3)检查脚架各固定螺丝固紧后，将仪器置于脚架头上并用中心联接螺旋联结固定。1/31/2023使用光学对中器对中(1) 调整仪器三个脚螺旋使圆水准器气泡居中。通过对中器目镜观察，调整目镜调焦旋钮，使对中分划标记清晰。(2) 调整对中器的调焦旋钮，直至地面测量标志中心清晰并与对中分划标记在同一成像平面内。(3) 松开脚架中心螺丝（松至仪器能移动即可），通过光学对中器观察地面标志，小心地平移仪器（勿旋转），直到对中十字丝（或圆点）中心与地面标志中心重合。(4) 再调整脚螺旋，使圆水准器的气泡居中。(5) 再通过光学对中器，观察在面标志中心是否与对中器中心重合，否则重复（3）和（4）操作，直至重合为止。(6) 确认仪器对中后，将中心螺丝旋紧固定好仪器。(7)对中完成后检查整平是否遭到破坏，否则应重复整个过程；直到对中整平都满足要求为止。1/31/2023用水准管精确整平仪器(1)整平:使仪器纵轴铅垂，水平度盘与横轴水平，竖盘位于铅垂面内。(1)旋转仪器照准部让水准管与任意两个脚螺旋连线平行，调整这两个脚螺旋，使水准管气泡居中。调整两个脚螺旋时，旋转方向应相反（如图）。气泡居中，1、2等高1231/31/2023用水准管精确整平仪器(2)(2)将照准部转动90°，用另一脚螺旋使水准管气泡居中。(3)重复⑴和⑵，使水准管在该两个位置上气泡都居中。(4)在⑴的位置将照准部转动180°，如果气泡居中并且照准部转动至任何方向气泡都居中，则水准管安置正确且仪器已整平。一测回观测过程中，不得再调气泡。123气泡居中，3与1、2等高1/31/2023盘左/盘右观测

“盘左”是指观测者对着望远镜时，竖盘在望远镜的左边；“盘右”指的是观测者对着望远镜目镜时，竖盘在望远镜的右边。取盘左和盘右读数的平均数作为观测值，可以有效地消除仪器相应的系统误差对成果的影响。因此，在进行水平和竖直角观测时，要在完成盘左观测之后，纵转望远镜180°再完成盘右观测。进行水平角观测时，先盘左照准起始方向，并读数。1/31/2023望远镜目镜调整和目标照准目镜调整(1)取下望远镜镜盖。(2)将望远镜对准天空，通过望远镜观察，调整目镜旋钮，使分划板十字丝最清晰。目标照准用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。1/31/2023瞄准尽量瞄准目标下部，减少由于目标不竖直引起的方向误差。1/31/2023照准目标的步骤(1)用粗瞄准器的准星对准目标。(2)调整望远镜调焦旋钮，直至看清目标。(3)旋紧水平与垂直制动旋钮，微调两微动旋钮，将十字丝中心精确照准目标，这时眼睛左右上下轻微移动观察，若目标与十字丝两影像间有相对移位现象，则应该再微调望远镜调焦旋钮，直至两影像清晰且相对静止时止。1/31/2023打开或关闭电源开启电源后显示的水平角为仪器内存的原角值，若不需要此值时，可用“水平角置零”若设置了“自动断电”功能，30或10分钟内不进行任何操作，仪器会自动关闭电源并将水平角自动存储起来。1/31/2023测回法观测水平角角是从起始方向(即第1方向)顺时针转到第2方向所成的角度，观测时，必须首先确定起始方向，然后按照“测回法”的次序观测。第1方向第2方向测站JKB观测程序盘左：瞄准J，水平度盘读数置零(或读取j左)；瞄准K，读数k左；盘右：瞄准K，读数k右；瞄准J，读数j右。左=k左-j左右=k右-j右1/31/2023水平角观测记录起始方向第一个读数应调成0°

（或180°

/N，N为测回数）；分、秒数写足二位；改数时按有关规则。一测回过程中，不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。水平角观测记录（测回法）第1方向第2方向测站JKB右KJ25424061800500741906B左JK00418742342741924741915测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角1/31/2023水平角观测记录大角表中盘右C读数小于A读数，不够减时，应加360后再减。精度要求：左-右±40“，在满足精度要求的前提下，取:=(左+右)/2第2方向ACB第1方向水平角观测记录（测回法）B左AC010302143342右CA3434121801118214231221422542142303测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角一测回平均角1/31/2023方向观测法方向观测法一个测站观测4个或4个以上方向时，采用方向观测法，也称“全圆测回法”。ABOCD方向观测法零方向盘左盘右一测回：盘左：A-B-C-D-A盘右：A-D-C-B-A1/31/2023测站测回数目标水平度盘读数2C〃平均读数·＇〃归零方向值·＇〃各测回平均归零方向值·＇〃盘左·＇〃盘右·‘〃O1A0024218002420（00238）002420000000000B6018422401830+12601836601558601556C11640182964012+6116401511637371163728D185173051736-6185173318514551851447A002301800236-6002332A9001002700106-6（900109）90010300000B15017063301700+61501703601554C2063830263824+620638271163718D2751548951548027515481851439A9001122700118-6900115方向法观测水平角记录计算表格1/31/20232-5竖直角观测竖直角观测原理竖盘构造特点竖直角计算公式竖盘指标差1/31/2023垂直角观测原理竖直角观测原理天顶铅垂线水平线ACB0°90°180°270°竖直角——在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视线的夹角。

=0°90°

，仰角为正，俯角为负。1/31/2023垂直角的主要用途竖直角的主要用途D=Scos将斜距化为平距

已知斜距S、竖直角，计算平距D：三角高程测量已知平距D、竖直角，计算A、B高差h：1/31/2023180°270°0°90°盘左竖直度盘与读数指标构造特点竖盘随望远镜一起转动。竖盘与读数指标相互脱离。竖盘气泡居中，指标铅垂。视线水平、指标铅垂时，竖盘读数为常数：盘左时一般L0=90°，盘右时一般R0=270°。自动归零装置一、竖盘装置270°90°0°180