ch4经纬仪测量课件

第四章经纬仪测量角度测量是测量工作的基本内容之一，它包括水平角测量和垂直角测量。水平角测量用于求算点的平面坐标，垂直角测量用于测定点的高程。角度测量中最常用的仪器就是光学经纬仪。4-1水平角测量原理所谓水平角，是指空间两直线的夹角在水平面上的垂直投影。A、B、C为地面上任意三点。C为测站点，A、B为目标点，则从C点观测A、B的水平角为CA、CB两方向线在水平面Q上的垂直投影所成的∠Ａ１Ｃ１Ｂ１。也就是说，地面上一点到两目标点的方向线所夹的水平角，就是过这两方向线所作两竖直面间的二面角。

第四章经纬仪测量第四章经纬仪测量4-2DJ6级光学经纬仪光学经纬仪具有体积小、重量轻、密封性好、精度高等优点，所以得到了广泛应用。它的精密度一般分为三级：1″级、2″级和6″级，前两种属精密仪器，后一种属中等精度仪器，是工程测量中常用的一种。我国对国产经纬仪编制了系列标准，分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15和DJ60等级别。其中D和J分别表示“大地测量”和“经纬仪”两个词汉语拼音的第一个字母，后面的数字表示该仪器所能达到的精度指标。DJ6级光学经纬仪属6″级仪器，本章主要介绍这类仪器的构造和使用。第四章经纬仪测量

(二)水平度盘水平度盘也由光学玻璃制成。盘上有0-360°顺时针注记的分划线。水平度盘的外壳上还有一个特殊装置，称为复测扳钮。按下该扳钮时，水平度盘和照准部可以一起转动；拨上该扳钮时，水平度盘就不能随照准部一起转动了。(三)基座基座是仪器的底座，其上有脚螺旋和连接板。测量时必须将三脚架上的中心螺旋(连接螺旋)旋进连接板，这时仪器和三脚架就连接在一起了。中心螺旋下端挂上垂球，即指示水平度盘的中心位置。基座上还有一个轴座固定螺旋。第四章经纬仪测量二、光学经纬仪的读数装置和读数方法(一)单平板玻璃测微器及其读数方法DJ6型经纬仪采用这种装置的仪器。右图是DJ6型经纬仪的读数系统光路图。外来光线经反光镜1，毛玻璃2，棱镜3、5，照亮了竖直度盘4和水平度盘7，同时经透镜组6、10将竖直度盘和水平度盘的分划，通过单平板玻璃11成像在读数窗14上。最后，光线经过棱镜15的折射，在读数显微镜17内可以清晰地看到水平度盘、竖直度盘和测微盘13的分划像。第四章经纬仪测量第四章经纬仪测量第四章经纬仪测量三、光学经纬仪应满足的几何条件由测角原理可知，为了精确地测量角度，当经纬仪整平后，望远镜视准轴绕水平轴上下转动时，其视线应能扫出一个竖直面。为了达到这一要求，一台完善的经纬仪，其各条轴线之间应满足以下主要几何条件，即三轴相互垂直条件：①水平度盘的水准管轴(LL)应垂直于竖轴(VV)；②视准轴(CC)应垂直于水平轴(HH)；③水平轴(HH)应垂直于竖轴(VV)。如果经纬仪满足了上述三个条件，当仪器整平后，则竖轴垂直，水准管轴和水平轴水平。因视准轴垂直于水平轴，所以当视准轴绕水平轴上下转动时即能扫出一个竖直面。第四章经纬仪测量4-3水平角观测一、经纬仪的安置经纬仪的安置，包括对中和整平两个内容。1对中对中的目的是把仪器中心安置在测站点O的铅垂线上。2整平整平的目的是使仪器竖轴竖直、水平度盘水平。有的光学经纬仪还装有光学对中器。光学对中的方法是：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。第四章经纬仪测量(2)松开水平制动扳钮，按顺时针方向转动照准部，用上述方法精确瞄准B点，读取水平度盘读数b１。当望远镜视准轴从OA方向转到OB方向时，指标线在水平度盘上所走的角值β，就是我们所要测量的水平角，因此得：β左=b１－a１按上述程序测量水平角一次，称为半测回。为了校核测量成果，消除仪器误差，以便得到更精确的角值，还需要用盘右位置(又称倒镜位置，即在观测时，竖盘在望远镜的右边)再观测一次，即：(3)倒转望远镜，使竖盘位于盘右位置。这次，用望远镜先精确瞄准B点，读取水平度盘读数b２。(4)松开水平制动扳钮，逆时针方向转动照准部，用望远镜精确瞄准A点，读取水平度盘读数a２，则：β右=b2－a2。第四章经纬仪测量 以上按正镜先测的叫上半测回，按倒镜后测的叫下半测回，上、下两个半测回合在一起，称为一个测回。按《城市测量规范》(下称《规范》)规定，当用6″级经纬仪观测时，如两个半测回所测水平角的角度差值不超过40″时，可取其平均值作为β角的观测结果，如不符合要求，应重测。第四章经纬仪测量4-4竖直角观测一、竖直角测量原理所谓竖直角，就是同一竖直面内视线与水平线间的夹角。其角值为0°-±90°。视线在水平线之上，竖直角为“正”，称仰角；视线在水平线之下，竖直角为“负”，称俯角。竖直角测量与水平角一样，其角值也是度盘上两个方向读数之差。第四章经纬仪测量三、竖直角的观测和计算一般要测得比较精确的竖直角，至少要用盘左和盘右各观测一次，这称为一个测回。这样做可以减小误差、提高观测精度。竖直角的观测和计算方法如下：(1)安置经纬仪，用盘左瞄准目标点B，使十字丝横丝切于目标顶端，转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，进行读数。设盘左读数L。(2)倒转望远镜，盘右瞄准B点，使指标水准管气泡居中，进行盘右读数R。(3)计算竖直角δ。竖直角δ是观测目标的读数与望远镜视准轴水平时的竖盘读数(即0°、90°、180°、270°)之差。但哪个是被减数，哪个是减数，则应按竖盘的注记形式来确定。第四章经纬仪测量 为此，在观测之前，将望远镜大致放平，读取竖盘读数。然后将望远镜上仰，若读数增大，则竖直角等于瞄准目标时的读数减去视线水平时的读数；若读数减小，则竖直角等于视线水平时的读数减去瞄准目标时的读数。经Ⅲ型经纬仪的竖盘〔见图414(a)〕为顺时针刻划，竖直角计算公式为：盘左δＬ＝９０°－Ｌ盘右δＲ＝Ｒ－２７０°将盘左、盘右取中数，则一测回竖直角为：δ＝（δＬ＋δＲ）/2。如果在一个测站上观测多个方向的竖直角，则在盘左顺时针依次照准各目标，而在盘右时，逆时针依次照准各目标，读数、记录方法同上。第四章经纬仪测量四、竖盘指标差上述竖直角的计算，是基于这样一个假设：当竖盘指标水准管气泡居中时，指标应处于正确位置，此时，竖盘读数应为90°或270°。事实上，这一假设常不成立，即当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向90°或270°，而与正确位置相差一个小角度x,x称为竖盘指标差。指标差产生的原因，是指标水准管未校正完善，这可以进行校正。第四章经纬仪测量4-5三角高程测量三角高程测量是根据两点间的水平距离(或倾斜距离)和竖直角计算两点间的高差。如图，已知A点高程为HＡ，欲测定B点高程HＢ，可在A点安置经纬仪，在B点竖立标杆，用望远镜中丝瞄准标杆的顶点，测得竖直角δ，并量取经纬仪的水平轴到A点的高度，这称为仪器高，用i表示；量取标杆顶部到B点的高度，称为觇杆高，用v表示。再根据AB之间的水平距离l，即可求得高差h。

第四章经纬仪测量第四章经纬仪测量因为h+v=ltanδ+i所以h=ltanδ+i-v不论竖直角是仰角还是俯角，此式子均适用。若为俯角，则用竖直角负值代入。B点的高程为：ＨＢ＝ＨＡ＋h=HＡ＋ltanδ＋i－v当A、B两点间的距离大于300m时，应考虑地球曲率和大气折光对高差的影响。考虑球气差改正f后，上式应改写为：h=ltanδ+i-v+f在煤矿井下测量时，往往直接测量A、B两点间的斜距L，则：h=Lsinδ＋i-v三角高程测量一般应进行往返观测，既由A向B观测(称为直觇)，又由B向A观测(称为反觇)。这样的观测，称为对向观测。对向观测可消除地球曲率和大气折光的影响。第四章经纬仪测量设仪器中心到物镜的距离为δ，物镜焦距为f，焦点F至视距尺的距离为l′，上下两视距丝m、n(即望远镜纵十字丝上的上下两根短横刻划线)在视距尺上的尺间隔为S，则A点到B点的水平距离l为：l=l′+δ+f，因△m′Fn′与△MFN相似，故有：即式中P为两视距丝之间的距离，即P=mn=m′n′。则A、B两点间的水平距离为：则l=KS+C式中K称为视距乘常数，在设计仪器时，使K=100;C称为视距加常数，对内对光望远镜来说，总可使其为0。这样，上式变为：l=KS=100S第四章经纬仪测量2视线倾斜时的视距公式若两点间的高差较大，必须使视线倾斜时才能照准视距尺，此时，视线与视距尺不垂直，不能用前式计算两点间水平距离。为此，可设想将竖直的尺子R绕O点旋转一个δ角(倾斜视线竖直角)，使其与视线垂直，得尺间隔为S′按前式可求得倾斜距离L为：L=KS′，于是A、B两点间的水平距离为：l=Lcosδ=KS′cosδ但是，S′不是实际的尺间隔，实际测得的尺间隔是R尺上的MN(即S)，因此需要找出S与S′间的关系。第四章经纬仪测量 图中，∠NON′=∠MOM′=δ，∠NN′O=90°+φ/2，∠ＭＭ′O=90°-φ/2,因φ/2很小(约为17′)，故可将∠NN′O和MM′O视为直角。于是△ＯＮＮ′和△OMM′均为直角三角形。在两直角三角形中，N′O=NOcosδ，M′O=MOcosδ，则N′M′=N′O+M′O=(NO+MO)cosδ=NMcosδ=Scosδ，即：Ｓ′=Scosδl=KＳcos２δ，视线倾斜时求水平距离的公式将上式代入三角高差公式，则得用视距表示的三角高差计算公式：h=ltanδ+i-v=(KScos２δtanδ+i-v=KS

cosδsinδ＋i-v=（KSsin2δ）/2+i-v，即h=（KSsin2δ）/2+i-v。在实际工作中，应尽量使i=v，以简化高差h的计算。第四章经纬仪测量4-7全站仪简介全站仪又名电子速测仪，它几乎可以完成各种常规测量仪器所做的工作。全站仪的工作原理与传统的经纬仪类似，即利用望远镜瞄准目标，然后借助某种形式的度盘读取方向值，但它又具有以下特点：主要是小型光电测距装置与经纬仪相结合，构成了三维测量系统；用光电扫描度盘替代光学玻璃度盘；运用微处理机对测量过程和测量数据的现场处理实施控制；利用倾斜传感器对竖直角的剩余倾斜值进行自动改正；除了具有液晶数字显示测量值之外，还具有电子数据自动记录装置。第四章经纬仪测量 由于全站仪