市政工程测量-第三章 角度测量.ppt

1、第三章 角度测量,市政工程测量,青岛市市政培训中心 2010.12,2,在确定地面点的位置时，常常要进行角度测量。角度测量最常用的仪器是经纬仪。,3.1.1 水平角测量原理 3.1.2 竖直角测量原理,3.3.1 分微尺测微器及读数方法 3.3.2 经纬仪的使用,3,水平角是指地面上一点到两个目标点的方向线垂直投影到水平面上的夹角，或者是过两条方向线的竖直面所夹的两面角。如图3-1所示。,在过A点的铅垂线上，水平地安置一个有刻度的圆盘(称为水平度盘)，度盘中心在o点，过AB、AC竖直面与水平度盘交线为on、om，在水平度盘上读数为n、m。则nom为所测得的水平角： nom=m-n= (3-1)

2、,nom=m-n= (3-1),水平角均为正值，按（3-1）计算若为负值，则取绝对值。,4,竖直角是指在同一竖直面内，某一方向线与水平线的夹角。测量上又称为倾斜角或竖角，用表示。竖角有仰角和俯角之分。夹角在水平线之上为“正”，称为仰角；在水平线之下为“负”，称为“俯角”。 (例如：右图中的b， c),若在竖直面内，竖直方向与某一方向线的夹角，称为“天顶距”用Z表示。天顶距与竖直角的关系为： =90-Z(3-2),=90-Z(3-2),竖直度盘 视线水平时，竖盘读数为固定值90或270。在竖直角测量时，只需读目标点一个方向值，便可算得竖直角。,5,根据以上分析可见，为了进行水平角和竖直角测量的仪

3、器，必须具备以下装置： 1）能将其圆心安置在角顶点铅垂线上的水平度盘 2）一个能随望远镜上下转动的竖直度盘 3）在度盘上读取读数的设备 经纬仪便是满足以上要求的一种仪器。 经纬仪须有一刻度盘和在刻度盘上读数的指标。 观测水平角时，刻度盘中心应安放在过测站点的铅垂线上，并能使之水平。 为了瞄准不同方向，经纬仪的望远镜应能沿水平方向转动，也能高低俯仰。当望远镜高低俯仰时，其视准轴应划出一竖直面，这样才能使得在同一竖直面内高低不同的目标有相同的水平度盘读数。,6,1、经纬仪概述,经纬仪的种类繁多，如按读数系统区分，可以分成光学、游标和电子经纬仪等。现在使用的大多是光学经纬仪，它较之游标经纬仪有精度高

4、、体积小、重量轻、密封性能良好等优点。 我国对经纬仪编制了系列标准，分别为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15及DJ60等级别。其中07、1、2、6、15等数字，表示该仪器所能达到的精度指标。如DJ07和DJ6分别表示水平方向测量一测回的方向中误差不超过0.7和6的大地测量经纬仪。,光学,游标,电子经纬仪,7,2、 DJ6级光学经纬仪的构造,各种型号的DJ6级光学经纬仪的构造大致相同。,物镜,粗瞄器,对光螺旋,读数目镜,望远镜目镜,转盘手轮,基座,导向板,水准器,反光镜,8,DJ6型光学经纬仪主要由基座、水平度盘和照准部三部分组成。,基座 水平度盘 照准部（转动）,2、 DJ6级光学经纬

5、仪的构造,9,读数方法及原理图,13453.1,8758.1,读数目镜,10,经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准、读数四个步骤, 对中对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一铅垂线上。对中可用垂球或光学对点器对中。垂球对中精度一般在3mm之内，光学对点器对中可达1mm。, 整平整平的目的是使仪器竖轴在铅直位置，而水平度盘在水平位置。图3-12。,11, 读数读数时要先调节反光镜，使读数窗明亮，旋转读数目镜调焦螺旋，使刻划数字清晰，然后读数。测竖直角时注意调节竖盘指标水准管微动螺旋，使气泡居中后再读数。,12,水平角测量有测回法和方向观测法两种, 测回法常用于测量两个方向之间的单角。图3-14。,

6、盘左(正镜)、L=bL-aL 、上半测回(AB),(3-3),13,测回法用盘左、盘右观测，可以消除仪器某些系统误差对测角的影响，校核观测结果和提高观测成果精度。同一测回中，上、下半测回角值之差和各测回间角值之差均不应超过相应细则、规范所规定之容许值(例如：J6型经纬仪：24)。否则应重测，如各较差合乎要求，则分别取平均值。,当测角精度要求较高时，往往要观测几个测回，以减少度盘分划误差的影响，各测回间应根据测回数n，按180/n变换水平度盘位置。,见教材P154测回法测角记录手薄,14, 方向观测法当一个测站上需要测量的方向数多于两个时，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

7、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之后，再观测起始方向，称为归零。此法也称为全圆方向法或全圆测回法。,上半测回、下半测回、几个测回。 如要提高观测精度，须观测多个测回。各测回仍按180/n的角度间隔变换水平度盘的起始位置。 半测回归零差，对于DJ6经纬仪，归零差不应超过18，否则应重新观测。,15, 方向观测法,方向观测法成果计算 计算两倍照准差(2c)值 2c=盘左读数-(盘右读数180) (3-4) 对于DJ2经纬仪，当竖直角小于3时，2c不应超过18，DJ6没有限差要求。,计算各方向的平均读数 平均读数=1/2盘左读数+(盘右读数180) (3-5) 计算的结

8、果称为方向值。起始方向有两个平均值，应将此两数再次平均，作为起始方向的方向值，并括以括号。,平均读数=1/2盘左读数+(盘右读数180) (3-5),2c=盘左读数-(盘右读数180) (3-4),（见教材P156表格),16,计算归零后的方向值 将各方向的平均读数减去起始方向的平均读数(括号内)，即得各方向的归零方向值。同一方向值各测回互差不超过24。 起始方向的归零值为零。,计算各测回归零后方向值的平均值 取各测回同一方向归零后的方向值的平均值作该方向的最后结果。在取平均值之前，应计算同一方向归零后的方向值各测回之间的差数有无超限，如果超限，则应重测。,计算各目标间水平角值 将相邻两方向值

9、减即可求得。,17,各方向平均读数-括号内数,2c=盘左读数-(盘右读数180),平均读数=1/2盘左读数+(盘右读数180),18, 竖盘结构 经纬仪竖盘包括竖直度盘、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋。（见教材P147）,竖盘固定在横轴的一端，随望远镜一起在竖直面内转动。 测微尺的零分划线是竖盘读数的指标，可以把它看成是与竖盘指标水准管连成一体的。竖盘指标水准管气泡居中，指标即处于正确位置，此时，如望远镜视准轴水平，竖盘读数则应为90的整数倍(即0、90180、270中的一个)，这个读数称始读数。当望远镜转动瞄准不同高度目标时，竖盘随之转动而指标不动，因而可读得望远镜不同位置的竖盘读数

10、，以计算竖直角。,19, 竖盘结构,竖盘是由光学玻璃制成，刻划的注记有顺时针方向与逆时针方向两种。不同刻划的经纬仪其竖直角公式不同。,20,仪器安置在测站点上，对中、整平。盘左位置瞄准目标点，使十字丝中横丝精确切准目标顶端(与水平角测量瞄准不同)，见图3-18。调节竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读数为L。 用盘右位置再瞄准目标点，调节竖盘指标水准管，使气泡居中，读数为R。 计算竖直角时，首先判断竖直角计算公式， 竖盘刻划逆时针注记时，竖直角为： 盘左位置 L=L-90 盘右位置 R=270-R 竖盘刻划顺时针注记时，竖直角为： 盘左位置 L=90-L 盘右位置 R=R-27

11、0 综上，无论是盘左或盘右观测，也无论竖盘是顺时针还是逆时针注记，均可归纳竖直角计算公式如下 一测回角值为：=1/2(L+R)=1/2(R-L-180) 教材P158, 竖直角观测与计算,=1/2(L+R)=1/2(R-L-180),21,=1/2(R+L-360),（顺时针刻画）,22,从测角原理可知，经纬仪有以下四个轴线(见图3-20)，即水准管轴(LL)，竖轴(VV)，望远镜视准轴(CC)，横轴(HH)。此外望远镜还有十字丝。这些轴系应满足以下条件： LL VV CC HH HH VV 十字竖丝垂直于横轴,水准管轴(LL),经纬仪竖轴(VV),望远镜视准轴(CC),经纬仪横轴(HH),2

12、3,仪器误差仪器误差包括仪器校正之后的残余误差及仪器加工不完善引起的误差。,视准轴误差望远镜视准轴不垂直于横轴时，其偏离垂直位置的角值C称为视准误差或照准差。由于盘左、盘右观测时符号相反，故水平角测量时，可采用盘左、盘右取平均的方法加以消除,横轴误差(支架差)是由于支承横轴的支架有误差，造成横轴与竖轴不垂直。盘左、盘右观测时对水平角影响为i角误差，并且方向相反，也可采用盘左、盘右取平均的方法加以消除。,竖轴倾斜误差 是由于水准管轴不垂直于竖轴，以及竖轴水准管不居中引起的误差。这时，竖轴偏离竖直方向一个小角度，从而引起横轴倾斜及度盘倾斜，造成测角误差。此误差与正、倒镜观测无关，并且随望远镜瞄准不

13、同方向而变化，不能用正、倒镜取平均的方法消除。因此，测量前应严格检校仪器，观测时仔细整平，并始终保持照准部水准管气泡居中，气泡不可偏离一格。,24,仪器误差,度盘偏心差是由于度盘加工及安装不完善引起的。可用盘左、盘右读数取平均的方法予以减小。,度盘刻划不均匀误差 是由于仪器加工不完善引起的。这项误差很小。高精度测量时，为了提高测角精度，可利用度盘位置变换手轮在各测回间变换度盘位置，减小这项误差的影响。,竖盘指标差 可以用盘左、盘右取平均的方法消除。,25,观测误差,对中误差在测角时，若经纬仪对中有误差，将使仪器中心与测站点不在同一铅垂线上，造成测角误差。,这项误差不能通过观测方法消除，所以测水

14、平角时要仔细对中，在短边测量时更要严格对中。,目标偏心误差 是由于标杆倾斜引起的。如标杆倾斜，又没有瞄准底部，则产生目标偏心误差。,为减少这项误差，测角时标杆应竖直，并尽可能瞄准底部。,26,观测误差,对于DJ6型经纬仪，v=28,mv=2.2。,照准误差 测角时由人眼通过望远镜瞄准目标产生的误差称为照准误差。影响照准误差的因素很多，如望远镜放大倍数、人眼分辨率、十字丝的粗细、标志形状和大小、目标影像亮度、颜色等。人眼分辨两个点的最小视角约为60，通常以此作为眼睛的鉴别角。当使用放大倍率为V的望远镜瞄准目标时，鉴别能力可提高V倍，这时该仪器的瞄准误差为 mv=60/V 照准误差无法消除，只有从目标的形状、大小、颜色、亮度,mv=60/V,读数误差读数误差主要取决于仪器读数设备。对于采用分微尺测微器读数系统的经纬仪，读数中误差为测微器最小分划值的1/10，即0.1=6。,27,外界条件的影响,观测在一定的外界条件下进行，外界条件对观测质量有直接影响，如松软的土壤和大风影响仪器的稳定；日晒和温度变化影响水准管气泡的运动；大气层受地面热辐射的影响会引起目标影象的跳动等。这些才会给观测水平角带来误差。 因此，要选择目标成象清晰稳定的有利时间观测，设法克服或避开不得条件的影响，以提高观测成果的质