水利工程测量经纬仪及其使用

水利工程测量经纬仪及其使用第1页/共87页《水利工程测量》2

§3.1水平角测量原理

§3.1TheMeterageofhorizontalAnglePrinciple（一）水平角定义：空间相交的两条直线（OA、OB）在同一水平面的投影所夹的角，用“β”表示。第2页/共87页《水利工程测量》3（二）水平角测量原理：

1、假设有一能安置成水平的顺时针方向刻划的圆盘，其圆心处在过交点O点的铅垂线上任意位置O’上；

2、另外有一瞄准设备，能分别瞄准A、B点，过OA、OB的竖直面与圆盘的交线，在圆盘上的读数分别为m、n；

3、水平角计算公式：∠AOB=β=n-m；

4、角值为0°～360°第3页/共87页《水利工程测量》4水平角：

∠AOB=β（三）经纬仪的必要条件：1.仪器的中心必须位于角顶的铅垂线上。2.照准部设备（望远镜）要能上下、左右转动，上下转动时所形成的是竖直面。3.要具有一个有刻划的度盘，并能安置成水平位置。4.要有读数设备，读取投影方向的读数。第4页/共87页《水利工程测量》5§3.2J6型光学经纬仪

§3.2J6OpticsTheodolite一、经纬仪的概述

TheSummarizeofTheodolite经纬仪的发展:

游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪金属度盘、光学度盘、编码度盘、光栅度盘经纬仪的代号：DJ1、DJ2、DJ6、DJ10等“D”和“J”—大地测量和经纬仪的汉语拼音第一个字母,“6″”和“2″”—仪器的精密度，测回方向观测中误差不超过±6″和±2″

，在工程中常用DJ2、DJ6型经纬仪，一般简称J2

、J6经纬仪。第5页/共87页第6页/共87页第7页/共87页第8页/共87页第9页/共87页《水利工程测量》10（一）照准部照准部制动及微动螺旋照准部水准管望远镜望远镜制动、微动螺旋支架与横轴竖直度盘竖盘指标水准管竖盘指标水准管微动螺旋读数显微镜竖盘指标水准管反光镜二、经纬仪的构造

第10页/共87页《水利工程测量》11望远镜

结构：物镜、目镜、调焦透镜、十字丝、视准轴、横轴目镜调焦透镜C十字丝横丝纵丝视距丝物镜第11页/共87页《水利工程测量》12视准轴：十字丝交点和物镜光心的连线(CC)。横轴：望远镜旋转轴的几何中心线(HH)。调焦透镜作用：为了使物体清楚地成像在十字丝平面上。调焦方法:目镜调焦使十字丝看得最清楚。物镜调焦使物象清晰。视差：当人眼在目镜上下移动，目标像和十字丝有相对晃动的现象称视差。产生原因：目标像不落在十字丝分划板上。视差影响：影响照准精度导致观测结果不准确。消除方法：反复调焦，直至物像清晰。第12页/共87页《水利工程测量》13（二）水平度盘部分水平度盘：用光学玻璃制成的圆盘，其上刻有0°～360°顺时针注记的分划线，用来度量水平角；测角时，不随照准部转动。水平度盘转动装置：控制水平度盘的旋转，使度盘转到所需位置。度盘变换手轮第13页/共87页《水利工程测量》14（三）基座部分：1、轴座：用来支撑仪器；2、基座连接螺旋：用来连接轴座与脚架；3、脚螺旋：用来整平仪器；4、轴座固定螺旋：用来连接轴座和照准部；5、圆水准器：用来粗平仪器。第14页/共87页《水利工程测量》15第15页/共87页《水利工程测量》16（一）分微尺测微器及其读数方法1、分微尺测微器“H”或“－”表示水平盘读数；“V”或“⊥”表示竖直度盘读数。每个读数窗里有一刻有分成60小格的分微尺，其长度为1°，则每一小格为1′，可估读到0.1′。三、光学经纬仪的读数方法TheOpticsTheodoliteReadingMethod第16页/共87页《水利工程测量》172、读数方法：(1)先读取分微尺60小格区间内的度盘分划线的度数；(2)再读取分微尺0分划至该度分划所在分微尺上的分数；(3)计算以上二数之和为读数窗的角度读数(°′″)。如图中：水平度盘角度是：

215°06.5′(215°06′30″)，竖直度盘角度是：

78°52.4′(即78°52′24″)。

第17页/共87页《水利工程测量》18第18页/共87页《水利工程测量》19（二）单平行玻璃测微器及其读数方法仪器外型见图3-5，水平度盘、竖直度盘及测微器的像见图3-6。水平度盘刻划从0°-360°共720格，每格30′，测微器从0′-30′共90格，每格20″，可估读到1/4格（5″）。读数时，转动测微手轮，光路中的平行玻璃随着移动，度盘和测微器的影像也跟着移动，直至度盘分划线精确的平分双指标线，按双指标线所夹的度盘分划线读取度数和30′的整分数，不足30′的读数从测微器中读出。如图所示：水平度盘读数为122°30′+07′20″=122°37′20″竖直度盘读数为：87°+19′30″=87°19′30″

第19页/共87页《水利工程测量》20°第20页/共87页《水利工程测量》21§3.3DJ2型光学经纬仪

§3.3TheDJ2OpticsTheodolite一、仪器构造与DJ6基本相同，读数装置和读数方法不同。二、读数装置采用换像手轮和各自的反光镜进行像的转换，采用对径符合数字读数设备。见课本31页图3-8。此处从略。第21页/共87页《水利工程测量》22§3.4DJD2-PG型电子经纬仪

§3.4TheDJD2-PGElectronTheodolite一、使用说明

1）显示器及操作键

显示器标记图操作面板及操作键图第22页/共87页《水利工程测量》23第23页/共87页《水利工程测量》24第24页/共87页《水利工程测量》25二、使用方法1、开机，接通电源，显示器上的全部符号显示约两秒，然后显示要求垂直角置零的符号。2、旋转望远镜使垂直角置零。若显示SET表示没有经过水平位，若显示b表示经纬仪照准部没有整平。第25页/共87页《水利工程测量》26三、水平角测量第26页/共87页《水利工程测量》27重复测量模式第27页/共87页《水利工程测量》28第28页/共87页《水利工程测量》29四、竖直角测量第29页/共87页《水利工程测量》30五、功能设置

1）同时按R/L键和V%键，进入设置状态，显示的五种功能分别对应于以下5个按键：

①按R/L键，变换显示最小读数值1″或5″；②按V%键，变换显示水平角度为360°或400°格制；③按HOLD键，设置经纬仪自动关机时间为20分、30分或0（不关机）；④按0SET键，设置竖直度盘注记模式为：Ua为顺时针增大天顶角（空间直线与铅垂线反方向直线的夹角），Ub为逆时针增大常规角，Uc为水平时0，直接读竖直角模式；⑤按FUNC键，变换倾斜补偿TILT功能为打开或关闭模式。

2）同时按HOLD和0SET键进入显示竖直角自动补偿值状态，再次同时按此两键退出。第30页/共87页《水利工程测量》31一、经纬仪的安置TheInstallationofTheodolite

（一）准备工作：⑴调节脚架高度适中，将三脚架的三条腿等长；⑵打开三脚架使三个脚架的三个脚大致呈等边三角形，并安置在测站点的周围，使三个脚到测站点的距离大致相等；⑶使架头大致水平，连接好仪器。§3.5水平角测量

§3.5TheMeterageofHorizontalAngle第31页/共87页《水利工程测量》32（二）对中和整平⑴对中目的：使水平度盘中心与测点站在同一铅垂线上。方法：光学对中和垂球对中

移动脚架，对中测站点，一个脚固定，移另外两脚或将三脚架做等距离平移。限差≤3mm步骤：对中→粗平仪器→精平仪器→平移仪器第32页/共87页《水利工程测量》33光学对中第33页/共87页《水利工程测量》34垂球对中步骤：

粗略对中：移动三脚架，使垂球尖离测站中心12cm内；

精确对中：稍微松开中心螺丝，在脚架头上移动(不能旋转)仪器，使垂球尖精确对中测站标志中心，旋紧中心螺丝。

注意脚架头首先要放平，三个脚螺旋基本等高；

脚架适当踩实；

垂球尖尽量接近标志，便于判断。第34页/共87页35⑵粗平仪器：升降架腿使圆气泡居中（或使长气泡大致居中）；第35页/共87页36⑵粗平仪器：升降架腿使圆气泡居中（或使长气泡大致居中）；第36页/共87页37⑵粗平仪器：升降架腿使圆气泡居中（或使长气泡大致居中）；第37页/共87页38

⑵粗平仪器：升降架腿使圆气泡居中（或使长气泡大致居中）；第38页/共87页39⑵粗平仪器：升降架腿使圆气泡居中（或使长气泡大致居中）；第39页/共87页40⑵粗平仪器：升降架腿使圆气泡居中（或使长气泡大致居中）；第40页/共87页41⑵粗平仪器：升降架腿使圆气泡居中（或使长气泡大致居中）；第41页/共87页42⑶精平仪器：用脚螺旋使长气泡居中。步骤：①先使照准部水准管与两个脚螺旋连线平行，相向转动这两个脚螺旋，使水准管气泡居中。第42页/共87页43

⑶精平仪器：用脚螺旋使长气泡居中。步骤：①先使照准部水准管与两个脚螺旋连线平行，相向转动这两个脚螺旋，使水准管气泡居中。第43页/共87页44

⑶精平仪器：用脚螺旋使长气泡居中。步骤：①先使照准部水准管与两个脚螺旋连线平行，相向转动这两个脚螺旋，使水准管气泡居中。第44页/共87页45

⑶精平仪器：用脚螺旋使长气泡居中。步骤：②将照准部转90°，使水准管与原先位置垂直，转动第三个脚螺旋使气泡居中。第45页/共87页46

⑶精平仪器：用脚螺旋使长气泡居中。步骤：②将照准部转90°，使水准管与原先位置垂直，转动第三个脚螺旋使气泡居中。第46页/共87页47

⑶精平仪器：用脚螺旋使长气泡居中。步骤：②将照准部转90°，使水准管与原先位置垂直，转动第三个脚螺旋使气泡居中。第47页/共87页48⑷平移仪器：松开中心连接螺旋，直线平移仪器，光学对中测站点；⑸反复进行⑶、⑷两项，直到气泡在任何方向均居中，且又光学对中为止。第48页/共87页49（三）瞄准⑴目镜调焦：使十字丝清晰；⑵初步瞄准：照门→准星→目标（三点一线），旋紧制动螺旋；⑶物镜调焦：使目标清晰，消除视差；⑷精确照准：旋转微动螺旋，使十字丝纵丝精确照准目标；第49页/共87页50（三）瞄准⑴目镜调焦：使十字丝清晰；⑵初步瞄准：照门→准星→目标（三点一线），旋紧制动螺旋；⑶物镜调焦：使目标清晰，消除视差；⑷精确照准：旋转微动螺旋，使十字丝纵丝精确照准目标；第50页/共87页51（三）瞄准⑴目镜调焦：使十字丝清晰；⑵初步瞄准：照门→准星→目标（三点一线），旋紧制动螺旋；⑶物镜调焦：使目标清晰，消除视差；⑷精确照准：旋转微动螺旋，使十字丝纵丝精确照准目标；第51页/共87页《水利工程测量》52二、水平角测量方法

TheMethodofHorizontalAngle

（一）测回法⑴适用性：适用于观测两个方向之间的单角。

⑵观测步骤：

盘左位置：竖盘在望远镜左侧。

盘右位置：竖盘在望远镜右侧第52页/共87页《水利工程测量》53(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，拧紧水平制螺旋，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(2)松开水平制动螺旋，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,β左=B左－A左

按上述程序测量水平角一次，称为上半测回。第53页/共87页《水利工程测量》54(3)倒转望远镜，使竖盘位于盘右位置，逆时针旋转望远镜精确瞄准B点，读水平度盘读数B右。(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，按3、4程序测量水平角称为下半测回。则：β右=B右－A右上下半测回角值差不大于±36″时：取其平均值作为一测回的角值。

即：β=（β左+β右）/2

注意：实际工作中需测若干测回，各测回观测角值之差称为测回差，一般不大于24″，此外为了削弱度盘刻划误差的影响，各测回的起始读数应加以变换。变换值按180°/n（n为计划观测的测回数）计算。

第54页/共87页《水利工程测量》55测站竖盘位置目标水平度盘读数半测回角值一测回平均值备注°′″°′″°′″O左A0001212020241202021B1202036右B30021061202018A1800048第55页/共87页56

（二）全圆测回法

一个测站上的观测方向大于两个时，称为全圆测回法。具体步骤为：1、盘左位置，瞄准起始方向目标A读数，然后顺时针方向依次瞄准目标B、C、D点、最后又瞄准A点并读数，称为归零，上半测回观测完毕。在半测回中两次瞄准起始方向的读数之差称为归零差。检查归零差是否超限（要求≤±18″），否则重测。

零方向

盘左

盘右

ABOCD第56页/共87页《水利工程测量》572、盘右位置，瞄准起始方向目标A读数，然后逆时针方向依次瞄准目标D，C、B、A并读数，完成下半测回观测。检查归零差是否超限（要求≤±18″），否则重测。方向观测法：一个测站上观测方向等于三个时，观测时可不作归零校核，照准部依次瞄准各方向后，不再瞄准起始方向。零方向

盘左

盘右

ABOCD第57页/共87页58测站测回数目标盘左读数(L)盘右读数(R)2C=L－R±180°

盘左盘右平均值归零方向值各测回归零方向平均值°′″°′″″°′″°′″°′″01A001061800112-6（00112）

00109000000000B6248362424830+6624833624721624719C151202433120240151202415119121511913A001121800118-600115(900110)2A9001062700106090010600000B15248303334824+61524827624717C2412030612018+1224120241511914A9001182700112+6900115

水平角值°′″6247198831542084047第58页/共87页《水利工程测量》59§3.6竖直角观测

§3.6TheMeterageofErectAngle一、竖直角测角原理ThePrincipleofTheMeterageofUprightAngle1.竖直角定义:是同一竖直面内视线与水平线间的夹角。2.竖直角的特点：角值范围：-90°～+90°。当倾斜视线在水平线之上时，α为仰角，角值为0°～+90°；当倾斜视线在水平线之下时，α为俯角，角值为-90°～0°第59页/共87页《水利工程测量》60第60页/共87页《水利工程测量》61二、竖直度盘和读数系统

ErectPlaneandReadingSystem1、构造：（1）竖盘指标水准管；（2）竖盘；（3）竖盘读数指标；（4）竖盘指标水准管微动螺旋。第61页/共87页《水利工程测量》622、竖盘构造特点

竖盘是一个玻璃圆盘，按0°～360°的分划注记，注记形式按度盘刻划顺序不同分为顺时针和逆时针两种类型。

图1第62页/共87页《水利工程测量》63

当竖盘水准管气泡居中，且望远镜视线水平时，竖盘读数指标所指的读数应为90°的整倍数即90°或270°、0°或180°。这些读数是视线水平时的读数，称始读数（L始、R始）。例如：常用的DJ6（顺时针注记）

图2在测量竖直角时，只要读出照准目标时读数，简称读数，即可求得竖直角。第63页/共87页《水利工程测量》64

三、竖直角计算公式1、竖直角计算公式的确定一般法则：⑴当抬高望远镜，竖盘读数减少时，则：

α=视线水平时读数（始读数）-照准目标时读数⑵当抬高望远镜，竖盘读数增加时，则：

α=照准目标时读数-视线水平时读数（始读数）第64页/共87页《水利工程测量》65第65页/共87页《水利工程测量》662、常用的DJ6经纬仪（下图所示）的计算公式：盘左位置：α左=L始-L读=90°-L读盘右位置：α右=R读-R始=R-270°一测回竖直角：α=（α左+α右）/2=（R读-L读-180°）/2注：用同一仪器观测高处目标与观测低处目标的观测方法和计算公式完全一样第66页/共87页《水利工程测量》67先按上述方法确定竖直角计算公式，然后按下述步骤观测：1、安置仪器于测站点上O；2、盘左照准目标，使十字丝中丝切目标顶部，转动竖盘指标水准管微动螺旋使气泡居中，读竖盘读数L读，计算αL；3、盘右照准原目标相同部位，转动竖盘指标水准管微动螺旋使气泡居中，读数R读，计算αR；4、计算一测回角值：α=（αL+αR）/2=（R-L-180°）/2；5、计算竖盘指标差（见五）。四、竖直角观测与计算第67页/共87页《水利工程测量》68测站目标竖盘位置竖盘读数°′″半测回竖直角°′″指标差″一测回竖直角°′″备注OA左αL=90-LαR=R-270右B左右71123628847009618422634100+184724+184700-61842-61900+184712-61851-12-9第68页/共87页《水利工程测量》69五、竖盘读数指标差

在竖直角计算中，当视线水平、竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘读数指标应处于正确位置，即正好指向90°的整倍数，如90°或270°，但实际上这个条件往往不能满足。1、竖盘指标差：当视线水平、竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘读数指标偏离正确位置（即竖盘读数不是应读数90°的整倍数），其偏离的角度称为指标差，用x表示。x有正负，一般规定当竖盘读数指标偏离方向与竖盘注记方向一致时，取“+”号，反之取“-”。第69页/共87页《水利工程测量》702、例：如图b所示⑴盘左时：α=90°+x-L=90°-L+x=αL+x①第70页/共87页71⑵盘右时：α=R-(270°+x)=R-270°-x=αR-x②⑶一测回：α=（①+②）/2=（R-L-180°）/2=（αR+αL）/2

可见，α的计算不受x的影响，故在竖直角测量中，用盘左、盘右的方法观测取平均值，可消除指标差对竖直角的影响。⑷计算指标差：由②-①得：2x=R+L-360°=αR-αL

则：x=(R+L-360°)/2=(αR-αL)/2第71页/共87页《水利工程测量》72一、经纬仪应满足的几何条件1、经纬仪的主要轴线：照准部的旋转轴(竖轴)VV

照准部水准管轴LL、望远镜的旋转轴（横轴）HH

视准轴CC。2、经纬仪应满足的几何条件：⑴LL⊥VV；⑵望远镜十字竖丝⊥HH；⑶CC⊥HH；⑷HH⊥VV；⑸竖盘指标差为零；⑹光学对点器应正确，其光学垂线与VV重合。§3.7经纬仪的检验与校正

§3.7TheInspectionandEmendationofTheodolite第72页/共87页《水利工程测量》73二、经纬仪的检验与校正一般检查：检查仪器、脚架各部性能。1、LL⊥VV的检验与校正：⑴检验方法：粗平仪器，然后按90°法精平仪器，再转动仪器180°，若气泡不居中，则需校正。⑵校正方法：拔动水准管一端的校正螺丝，使气泡返回一半，剩下一半用脚螺旋使气泡居中。反复进行检验与校正直到气泡在任何方向均居中为止。第73页/共87页《水利工程测量》74第74页/共87页《水利工程测量》752、十字竖丝⊥HH的检验与校正：⑴检验方法：用十字丝交点照准远处一清晰小点，转动望远镜的微动螺旋，若小点离开十字竖丝，则需校正。⑵校正方法：松开十字丝分划板座的固定螺丝，转动目镜筒，使小点始终在竖丝上移动为止，然后上紧固定螺丝。第75页/共87页763、CC⊥HH的检验与校正：⑴检验方法：盘左、盘右分别照准远处水平方向的一目标，分别读出水平度盘读数L、R，当时，则需校正。

C—视准轴误差，即视准轴不垂直于横轴所偏离的角度。

视准误差是由于十字丝交点的位置不正确而产生的

第76页/共87页如图所示，望远镜在盘左位置，瞄准与仪器同高的目标M时，十字丝交点在正确位置K的读数为m，由于十字丝交点偏离了正确位置到K’，视准轴偏离了一个角度C，用倾斜的视准轴瞄准M时，望远镜必须要逆时针旋转一个角度C，此时的指标所指读数为m左，比m小了一个角度C，因此有式①，当望远镜换成盘右位置时，指标从左边转到右边，K’转到K的右边，用它瞄准M时，望远镜必须顺时针旋转一角度C，指标所指读数比正确读数增加了一个C，即式②，第77页/共87页

①

②

由①+②得：由①-②得：78第78页/共87页《水利工程测量》79⑵校正方法：①保持盘右位置，计算盘右时正确读数：

或②转动水平微动螺旋使水平度盘读数为R正（此时不照准目标）③松开十字丝目盖，校正十字丝照准原目标④反复进行，符合为止。第79页/共87页《水利工程测量》804、HH⊥VV的检验与校正：⑴检验方法：①在离墙10-20m处安置仪器，在墙上选一高点P（竖直角大于30），在P点下方放平水准尺；②盘左、盘右分别照准P点，固定照准部将望远镜放底对准水准尺，用竖丝在尺上读数分别为a、b，当|a-b|≤5mm时，不需校正，否则需校正。⑵校正方法：①转动照准部的微动螺旋照准a、b平均读数m点，抬高望远镜与P点同高，此进十字丝已离开P到P′；②拔动横轴一端校正装置，使十字丝对准P点，反复进行。第80页/共87页《水利工程测量》815、竖盘指标差的检验与校正：⑴检验方法：整平仪器，盘左、盘右分别照准目标（用十字丝横丝照准目标的同一位置），使竖盘指标水准管气泡居中，分别读竖盘读数L、R，计算指标差x:

当x≤1′时，不需校正，否则需校正。⑵校正方法：①计算盘右的正确读数（应读数）：②仪器仍照准目标，转动竖盘水准管微动螺旋，使竖盘读数由R改为R正；③拔动竖盘指标水准管一端上、下校正螺丝，使气泡居中；反复进行。第81页/共