大地測量學(xué)基礎(chǔ)13控制.ppt

1、南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,1,第三章 精密測角儀器和水平角觀測,3.1精密測角儀器的基本構(gòu)造 精密光學(xué)經(jīng)緯儀的結(jié)構(gòu)和測角原理與一般 的經(jīng)緯儀相同，只是對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和精度 比一般經(jīng)緯儀要求高。 3.2精密光學(xué)經(jīng)緯儀WildT3的構(gòu)造特點(diǎn)（見下頁）,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,2,3.2.1望遠(yuǎn)鏡光學(xué)系統(tǒng),南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,3,1垂直水準(zhǔn)器觀測棱鏡； 2垂直度盤照明反光鏡； 3望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦螺旋； 4十字絲校正螺旋； 5垂直度盤水準(zhǔn)器微動螺旋； 6望遠(yuǎn)鏡目鏡； 7照準(zhǔn)部制動螺旋； 8儀器裝箱扣壓垛； 9水平度盤照明反光鏡； 10望遠(yuǎn)鏡制動螺旋； 11十字絲照明轉(zhuǎn)輪； 12測微螺旋； 13換像螺旋； 14望

2、遠(yuǎn)鏡微動螺旋； 15照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器； 16測微器讀數(shù)目鏡； 17照準(zhǔn)部微動螺旋； 18水平度盤變位螺旋的護(hù)蓋； 19腳螺旋調(diào)節(jié)螺絲； 20腳螺旋； 21基座底板,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,4,T3光學(xué)經(jīng)緯儀及現(xiàn)代的精密測角儀器都采 用內(nèi)調(diào)焦望遠(yuǎn)鏡，其鏡筒長度是固定不變 的，也就是十字絲分劃板與物鏡的長度是固 定不變的。是由物鏡與調(diào)焦鏡組成的物鏡 組、十字絲分劃板和目鏡等三部分組成。為 了提高望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的質(zhì)量，物鏡、調(diào)焦鏡和 目鏡均為 復(fù)合透鏡。 視準(zhǔn)軸：等效物鏡的光心與十字絲中心的連線,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,5,3.2.2 水準(zhǔn)器 T3光學(xué)經(jīng)緯儀有照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器和垂直度 盤指標(biāo)水準(zhǔn)器 衡量水準(zhǔn)器的精度

3、主要由水準(zhǔn)器的格值 照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器格值: 垂直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)器格值: 3.2.3 垂直軸軸系 T3光學(xué)經(jīng)緯儀采用半運(yùn)動式柱形軸,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,6,3.2.4 照準(zhǔn)部的制微動機(jī)構(gòu) T3光學(xué)經(jīng)緯儀制微動機(jī)構(gòu)采用杠桿結(jié)構(gòu) 3.2.5 水平度盤 T3光學(xué)經(jīng)緯儀水平度盤直徑為140mm，格值 為 兩相鄰分劃間距約為0.09mm。度盤刻 劃有長（ ）短（ ）周期誤差 長周期系統(tǒng)誤差可達(dá):,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,7,短周期系統(tǒng)誤差可達(dá): 偶然誤差一般小于: 為了消除的削弱長短周期誤差，測回之間度 盤位置應(yīng)變動:,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,8,3.2.6 垂直度盤 T3光學(xué)經(jīng)緯儀垂直度盤分劃和注記的設(shè)計(jì) 有其

4、獨(dú)特之處。 當(dāng)視線水平時(shí)讀數(shù)為： ；分劃注記在 度盤的兩個弧段按逆時(shí)針方向自度盤對鏡處 的分劃注記相同。度盤把 的實(shí)際格值注記 為 名義值， 度盤上從 名義間隔為 ， 而實(shí)際為 其最小分劃名義格值為： 實(shí)際為：,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,9,垂直角 在盤左時(shí)的正確讀數(shù)為： 垂直角 在盤右時(shí)的正確讀數(shù)為： 不難求得計(jì)算垂直角 和指標(biāo)差 的公式,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,10,3.2.7 基座 3.2.8 底盤 3.2.9 基座 T3光學(xué)經(jīng)緯儀的主要技術(shù)規(guī)格,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,11,望遠(yuǎn)鏡： 放大倍數(shù) 24，30，40 物鏡有效孔徑 60mm 望遠(yuǎn)鏡長度 260mm 最短視距（盲區(qū)） 4.6m 度盤：

5、 水平度盤直徑 140mm 垂直度盤直徑 95mm 水平度盤最小分格值 垂直度盤最小分格值,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,12,照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器格值： 垂直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)器格值： 重量： 儀器重量： 11.0kg 儀器盒重量： 3.8kg,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,13,3.3 WildT3光學(xué)經(jīng)緯儀的度盤讀數(shù)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng) 度 分 秒 讀數(shù)： 度盤讀數(shù)： xxx xx 測微器讀數(shù)： xx.x g xx.x g,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,14,度為讀數(shù)窗內(nèi)左邊的正像； 分為對鏡分劃之間的格數(shù)乘以2； 秒為測微器讀得的格數(shù)乘以2，或兩次讀數(shù)相加加。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,15,新式的T3可直接讀出小于度盤最小分劃格

6、 值的二分之一，即 以內(nèi)的數(shù),南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,16,J2型光學(xué)經(jīng)緯儀的讀數(shù)方法,老式蘇光:,0,0,0,1,173,174,175,354,355,353,0,0,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,17,7,3,0,173,174,175,355,353,354,4,7,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,18,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,19,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,20,新式蘇光:,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,21,北光J2,實(shí)際的窗沒這么大,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,22,北光J2,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,23,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,24,3.4 雙平行玻璃板光學(xué)測微器的構(gòu)造及其 測微原理,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,25,3.5

7、雙平行玻璃板光學(xué)測微器的檢驗(yàn) 3.5.1光學(xué)測微器隙動差 順時(shí)針旋進(jìn)和逆時(shí)針旋出測微螺旋使度盤 對鏡分劃線接合時(shí),在測微器分劃盤上可能得 到不同的讀數(shù),讀數(shù)之差稱為光學(xué)測微器隙動 差：,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,26,為了減弱這種誤差影響,操作上規(guī)定最后 必須以測微螺旋旋進(jìn)方向使度盤對鏡分劃線 接合。 若在度盤的不同位置測定 次，則可得 光學(xué)測微器隙動差：,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,27,3.5.2光學(xué)測微器行差 1.行差的定義和行差改正數(shù)的計(jì)算 當(dāng)測微器分劃盤由0分劃線轉(zhuǎn)至最末 分 劃線時(shí)，也就是測微分劃盤轉(zhuǎn)動了 格時(shí)度 盤分劃線恰好移動了半格，這是測微器能夠 正確測定小于度盤最小分格值一半的尾數(shù)的

8、 一個重要條件。 設(shè)測微分劃盤一個分格值為 ，度盤一 個分格值為 則有： 即：,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,28,當(dāng)讀數(shù)顯微鏡光具組的位置不正確，使讀 數(shù)顯微鏡中度盤分格的寬度不能得到正確的 放大，或?qū)挾冗^大，或?qū)挾冗^小，這時(shí)，度 盤分劃線平移半格時(shí)，測微分劃盤往往并不 恰好轉(zhuǎn)動 格 ，而是轉(zhuǎn)動了 格 （ ）， 與 之差就是光學(xué)測 微器行差，以 表示，則有：,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,29,若以秒表示，則： 對T3光學(xué)經(jīng)緯儀而言 大格， 所以測微分劃盤 每一個大格之格值,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,30,行差改正數(shù)的計(jì)算： 設(shè)測微器分劃盤讀數(shù)為： 相應(yīng)的行 差改正數(shù)： 則： 式中 為小于度盤最小分劃的一半。,

9、南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,31,2.光學(xué)測微器行差的測定 （1）將測微分劃盤置于0分劃線附近，轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部，并利 用水平微動螺旋使分劃線 與 接合，再 轉(zhuǎn)動測微螺旋使分劃線 與 精密接合， 此時(shí)測微分劃盤上讀數(shù)為 ，讀數(shù) 在0分劃線附近 （大于0為正，小于0為負(fù)；正負(fù)不能超過 ）。,讀得讀數(shù)為,讀得讀數(shù)為,讀得讀數(shù)為,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,32,（2）轉(zhuǎn)動測微螺旋使分劃線 與 精密 接合，測微分劃盤上讀數(shù)為 ，讀數(shù) 在 分劃線附 近（大于 為正，小于 為負(fù)）。 則得： （3）在分劃線 與 精密接合時(shí)，分劃 線 與 已基本接合，現(xiàn)在再稍許轉(zhuǎn)動測 微螺旋使分劃線 與 精密接合，測微分 劃盤上讀數(shù)為 ，讀

10、數(shù) 在 分劃線附近（大于 為正，小于 為負(fù)）。 則得： 所以：,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,33,3.6 經(jīng)緯儀的三軸誤差 經(jīng)緯儀的主要軸線有 (1)視準(zhǔn)軸( ) (2)水平軸( ) (3)垂直軸( ) 它們之間應(yīng)該滿足的幾何關(guān)系是 (1)視準(zhǔn)軸垂直于水平軸( ) (2)水平軸垂直于垂直軸( ) (3)垂直軸應(yīng)處于鉛垂線方向( 鉛垂) 如果它們之間不滿足上述幾何關(guān)系,則儀器存在三 軸誤差,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,34,(1)視準(zhǔn)軸誤差( ) (2)水平軸傾斜誤差( ) (3)垂直軸傾斜誤差( ) 以上稱為經(jīng)緯儀的三軸誤差。 本節(jié)將分別討論經(jīng)緯儀三軸誤差的產(chǎn)生原因、對觀測成 果的影響及其規(guī)律等問題。為討

11、論方便起見，在討論其中 任何一種誤差時(shí)都假設(shè)不存在其他兩種誤差希望同學(xué)們注 意。 首先討論視準(zhǔn)軸誤差 3.6.1.視準(zhǔn)軸誤差 1.產(chǎn)生原因: 視準(zhǔn)軸是望遠(yuǎn)鏡等效物鏡光心與十字絲中心的連線，引 起視準(zhǔn)軸不垂直于水平軸而產(chǎn)生視準(zhǔn)軸誤差的原因主要有 以下三點(diǎn)。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,35,（1）十字絲分劃板位置安裝不正確； （2）調(diào)焦鏡位置不正確或調(diào)焦鏡運(yùn)行時(shí)晃動引起 等效物鏡光心偏心； （3）氣溫變化引起儀器部件的漲縮，特別是儀器 受熱不均勻使視準(zhǔn)軸位置變化。 2.視準(zhǔn)軸誤差對水平方向觀測值的影響 視準(zhǔn)軸偏離了與水平軸正交的方向而產(chǎn)生視準(zhǔn)軸差 , 規(guī)定視準(zhǔn)軸偏向垂直度盤一側(cè)時(shí), 為正值,反之為負(fù)值

12、。 測量學(xué)中已經(jīng)證明，視準(zhǔn)軸誤差 對水平方向觀 測值的影響為,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,36,3.視準(zhǔn)軸誤差對水平方向觀測值的影響規(guī)律 4.消除視準(zhǔn)軸誤差的方法 有上述公式可知，視準(zhǔn)軸誤差對水平方向觀測 值的影響大小相等，正負(fù)號相反，因此，取盤 左、盤右實(shí)際讀數(shù)的中數(shù)，就可以消除視準(zhǔn)軸誤 差對水平方向觀測值的影響。 同時(shí)有： 當(dāng)觀測目標(biāo)的垂直角 較小時(shí)，1，故 則,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,37,3.6.2.水平軸傾斜誤差 1.產(chǎn)生原因: 儀器的水平軸不于垂直軸正交，所產(chǎn)生的誤差 叫水平軸傾斜誤差。儀器左右兩端支架不等高、水 平軸兩端軸經(jīng)不相等都會產(chǎn)生水平軸傾斜誤差。 2.水平軸傾斜誤差對水平方向觀測

13、值的影響 垂直軸垂直，水平軸不與其正交而傾斜了一個 角，這個 角就是水平軸傾斜誤差。 測量學(xué)中已經(jīng)證明，水平軸傾斜誤差 ，對水平方向觀 測值的影響為,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,38,3.水平軸傾斜誤差對水平方向觀測值的影響規(guī)律 4.消除水平軸誤差的方法 取盤左、盤右讀數(shù)的平均值，得 實(shí)際上在觀測時(shí)，儀器的視準(zhǔn)軸誤差和水平軸傾斜誤差 是同時(shí)存在的，它們的影響將同時(shí)反映在盤左和盤右的讀 數(shù)差中，因此，可寫成：,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,39,由上式可知：當(dāng) 時(shí)， 在一般情況，隨著 角的增大，等號右端第一項(xiàng)變化 慢，而第二項(xiàng)則變化較為顯著?，F(xiàn)設(shè),南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,40,可見，在比較各方向的 互差時(shí)不可忽

14、略 的 影響 ，如果個別方向的垂直角 較大，則受水平軸傾斜 誤差的影響也較大，若將垂直角較大的方向的 值與其它垂 直角較小的方向的 相比較，就顯得不合理了，所以國 家規(guī)范規(guī)定，當(dāng)照準(zhǔn)目標(biāo)的垂直角超過 時(shí)，該方向的值不與其它方向的 值作比較，而與該方向在相鄰測 回的 值進(jìn)行比較，從同一時(shí)段內(nèi)同一方向相鄰測回間 值的穩(wěn)定程度來判斷觀測質(zhì)量的好壞。 下面我們討論水平軸傾斜誤差檢驗(yàn) 水平軸傾斜誤差，即水平軸不垂直于垂直軸之差。國家,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,41,規(guī)范規(guī)定用高低點(diǎn)法測定水平軸傾斜誤差，測定 時(shí)，在水平方向線上、下對稱位置各設(shè)一個照準(zhǔn)目 標(biāo)。 檢驗(yàn)步驟（目標(biāo)設(shè)置一定要用儀器指揮） 注意：一定

15、要使垂直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)管精密 符合后才能讀數(shù)，自動安平的要將 旋鈕撥到“ ON ”,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,42,(1)首先測定儀器的指標(biāo)差: (2)按 將測微器讀數(shù)配到 的尾數(shù) ，再松開望遠(yuǎn)鏡制動螺旋，使垂直度盤讀數(shù)為 制動，轉(zhuǎn)動望遠(yuǎn)鏡微動螺旋使測微器中小缺口讀數(shù)為 ，這時(shí)垂直度盤盤左讀數(shù)為 ，照次讀數(shù)設(shè)置的垂直角即為 （例如: 則: ）,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,43,（3）高點(diǎn)設(shè)置好以后，緊接著將垂直角測三測 回， 并將三測回的平均值 作為設(shè)置低點(diǎn) 的依據(jù)。 （4）按 計(jì)算出低點(diǎn)的讀數(shù) 按高點(diǎn)設(shè)置相同的方法設(shè)置好低點(diǎn)（因?yàn)榈?點(diǎn)垂直角為負(fù)值，故上式中應(yīng)為“+”號）。 （5）低點(diǎn)設(shè)置好以后，緊接著

16、將垂直角測三測 回， 并將三測回的平均值 和 比較， 若它們的絕對值之差小于 則目標(biāo)設(shè)置成 功。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,44,（6）接下來按任務(wù)書要求進(jìn)行六測回的水平角觀 測。 在設(shè)置高低點(diǎn)目標(biāo)時(shí)，因?yàn)楦叩忘c(diǎn)的垂直角的絕 對值相等而符號相反，則： 所以： 則有,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,45,即 將兩式相家相減，得 若觀測高低點(diǎn)個 測回，則有：,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,46,國家規(guī)范規(guī)定，對于J1型儀器 的絕對值都應(yīng)小于 對于J2型儀器 的絕對值都應(yīng)小于,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,47,3.6.3.垂直軸傾斜誤差 1.產(chǎn)生原因: （1）儀器整平不完善； （2）垂直軸晃動； （3）因種種原因引起的腳架移動

17、； （4）照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器校正后的剩余誤差或因單向受熱使水 準(zhǔn)氣泡偏離正確位置。 2.垂直軸傾斜誤差對水平方向觀測值的影響,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,48,3.垂直軸傾斜誤差對水平方向觀測值的影響規(guī)律 由于儀器整平不完善或腳架下沉等原因引起垂直軸傾斜時(shí)，其傾斜角 的大小和傾斜方向不會因照準(zhǔn)部的轉(zhuǎn)動而有所改變，因此垂直軸傾斜而引起的水平軸傾斜的方向在望遠(yuǎn)鏡倒轉(zhuǎn)前后也是相同的，亦即 的正負(fù)號不變，因而對任一觀測方向在盤左、盤右觀測結(jié)果的平均值中不能消除其誤差影響。而在盤左和盤右讀數(shù)的差數(shù)中也沒有這種誤差的影響，也就是說，我們并不能利用 值來判斷是否存在垂直軸傾斜誤差的影響。 既然不能指望取盤左和盤右讀數(shù)的

18、中數(shù)來消除這種誤差的影響，為了提高測角精度，我們只能,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,49,采取其他措施來削弱垂直軸傾斜誤差的影響。 4.削弱垂直軸傾斜誤差的措施 (1)盡量減小垂直軸的傾斜角 值; (2)測回間重新整置儀器; (3)將水平方向觀測值加垂直軸傾斜改正 4. 垂直軸傾斜改正數(shù)的計(jì)算 對于T3: 對于J2,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,50,3.7 精密測角的誤差影響 3.7.1.外界條件的影響 1.大氣層密度的變化和大氣透明度對目標(biāo)成像質(zhì)量的影響 （1）大氣層密度的變化對目標(biāo)成像穩(wěn)定性的影響 目標(biāo)成像是否穩(wěn)定重要取決于視線通過近地大氣層 （簡稱大氣層）密度的變化情況 早晨太陽升起時(shí)，目標(biāo)成像也僅有

19、輕微的波動； 日出以后，有一段時(shí)間，大約13h，成像較穩(wěn)定； 1215 h，成像波動較大；,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,51,日落前有一段成像穩(wěn)定而有利于觀測的時(shí)間； 夜間大氣層一般是平衡的。 (2)大氣透明度對目標(biāo)成像清晰的影響 目標(biāo)成像是否清晰主要取決于大氣的透明程度， 也就是取決于大氣中對光線散射作用的物質(zhì)（如塵 埃、水蒸氣等）的多少。塵埃和水蒸氣對近地大氣 層的透明度起著決定性作用。 地面的塵埃之所以上升，主要由于風(fēng)的作用，即 強(qiáng)烈的空氣水平氣流和上升對流的結(jié)果，大量水蒸 氣也是水域和植被地段強(qiáng)烈升溫產(chǎn)生的，所以大氣 透明度從本質(zhì)上說也主要決定與太陽輻射的強(qiáng)烈程度。因此一般來說，上午接近中午

20、時(shí)大氣透明度較差。午后隨著輻射減弱水蒸氣愈來愈少，塵埃也不,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,52,斷陸續(xù)返回地面，所以一般在下午3點(diǎn)以后又有一段 大氣透明度良好的有利觀測時(shí)間。 從上面討論可以看出：為了獲得清晰穩(wěn)定的目標(biāo) 成像，應(yīng)當(dāng)在有利觀測時(shí)間段進(jìn)行觀測。,日出,1h,12h,1h,日落,下午34點(diǎn),有利觀測時(shí)間,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,53,2.水平折光的影響 光線通過密度不均勻的空氣介質(zhì)時(shí)，經(jīng)過連續(xù)折 射后形成一條曲線，并向密度大的一方彎曲，當(dāng)來 自目標(biāo)B的光線進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡時(shí)，望遠(yuǎn)鏡所照準(zhǔn)的方向 為這條曲線在望遠(yuǎn)鏡A處的切線方向，弦線與切線交 角，稱為微分折光。微 分折光可以分解為縱向和 水平兩個分量

21、，由于大氣 溫度的梯度主要發(fā)生在垂 直面內(nèi)，所以微分折光的 縱向分量是微分折光的主 要部分。微分折光的水平 分量影響著視線的水平方 向。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,54,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,55,3.照準(zhǔn)目標(biāo)的相位差,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,56,4.溫度變化對視準(zhǔn)軸的影響 假定在一個測回的短時(shí)間觀測過程中，空氣溫度 的變化與時(shí)間成比例，那么可以采用按時(shí)間對稱排 列的觀測程序來削弱這種誤差對觀測結(jié)果的影響。 我們這樣假設(shè):視準(zhǔn)軸誤差 隨時(shí)間的增加而 增大,開始時(shí) ,假設(shè)有四個方向,觀測一個 方向的時(shí)間間隔相等,每觀測一個方向 增加 則:,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,57,方向,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,58

22、,5.外界條件對覘標(biāo)內(nèi)架穩(wěn)定性的影響 假定在一測回的觀測過程中，覘標(biāo)內(nèi)架或三腳架 的扭轉(zhuǎn)是勻速發(fā)生的，因此采用按時(shí)間對稱排列的 觀測程序也可以減弱這種誤差對水平角的影響。 3.7.2.儀器誤差的影響 除經(jīng)緯儀三軸誤差外,還有以下幾種儀器誤差的影響: 水平度盤位移的影響 照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)不正確的影響 照準(zhǔn)部水平微動螺旋作用不正確的影響 垂直微動螺旋作用不正確的影響,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,59,3.7.3.照準(zhǔn)和讀數(shù)誤差的影響 照準(zhǔn)誤差受外界因素的影響較大,與照準(zhǔn)目標(biāo)的形狀和清晰度密切相關(guān)。 3.7.4 精密測角的一般原則 觀測應(yīng)在目標(biāo)成像清晰、穩(wěn)定的有利于觀測的時(shí)間進(jìn)行，以提高照準(zhǔn)精度和減小旁折光的影

23、響 觀測前應(yīng)認(rèn)真調(diào)好焦距，消除視差。在一測回的觀測過程中不得重新調(diào)焦，以免引起視準(zhǔn)軸的變動。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,60, 各測回的起始方向應(yīng)均勻地分配在水平度盤和測微分劃尺的不同位置上，以消除或減弱度盤分劃線和測微分劃尺的分劃誤差的影響。 在上、下半測回之間倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，以消除和減弱視準(zhǔn)軸誤差、水平軸傾斜誤差等影響，同時(shí)可以由盤左、盤右讀數(shù)之差求得兩倍視準(zhǔn)誤差2 c ，借以檢核觀測質(zhì)量。 上、下半測回照準(zhǔn)目標(biāo)的次序應(yīng)相反，并使觀測每一目標(biāo)的操作時(shí)間大致相同，即在一測回的觀測過程中，應(yīng)按與時(shí)間對稱排列的觀測程序，其目的在于消除或減弱與時(shí)間成比例均勻變化的誤差影響，如覘標(biāo)內(nèi)架或三腳架的扭轉(zhuǎn)等。 ,

24、南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,61, 為了克服或減弱在操作儀器的過程中帶動水平度盤位移的誤差，要求每半測回開始觀測前，照準(zhǔn)部按規(guī)定的轉(zhuǎn)動方向先預(yù)轉(zhuǎn)12周。 使用照準(zhǔn)部微動螺旋和測微螺旋時(shí)，其最后旋轉(zhuǎn)方向均應(yīng)為旋進(jìn)。 為了減弱垂直軸傾斜誤差的影響，觀測過程中應(yīng)保持照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器氣泡居中。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,62,3.8 方向觀測法 3.8.1.觀測方法 方向觀測法當(dāng)測站上的方向觀測數(shù)在3個或3 個以上時(shí)，一般采用方向觀測法。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,63,上下半測回觀測均構(gòu)成一個閉合圓,所以這種觀 測方法又稱為全圓方向觀測法。 方向觀測法的測回?cái)?shù)是根據(jù)三角測量的等級和 使用的儀器的類型確定的,儀器,測,

25、回,數(shù),等級,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,64,記錄表格,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,65,3.8.2.測站限差 ( 單位:秒),南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,66,方向觀測法的特征是在一個測回中將測站 上所有要觀測的方向逐一照準(zhǔn)進(jìn)行觀測,在水 平度盤上讀數(shù),得出各方向的方向觀測值,由兩 個方向觀測值可以得到相應(yīng)的水平角度值。 假如測站上有1，2，3，n個方 向要觀測，首先應(yīng)選邊長適中、通視條件良 好、成像清晰穩(wěn)定的方向（如選定方向1）作 為觀測的起始方向（又稱零方向），上半測 回用盤左位置照準(zhǔn)零方向，然后按順時(shí)針方 向轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部依次照準(zhǔn)2，3，n再閉,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,67,合到方向1，并分別在水平度盤上讀

26、數(shù)。下半 測回用盤右位置，仍然先照準(zhǔn)零方向1，然后 按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部依次照準(zhǔn) n ， ，3 ，2 ，1，并分別在水平 度盤上讀數(shù)。 為了削弱偶然誤差對水平角觀測的影 響。從而提高測角精度，觀測時(shí)要有足夠的 測回?cái)?shù)。方向觀測法的觀測測回?cái)?shù)，是根據(jù) 三角測量的等級和使用的儀器的類型確定 的。見前面88頁的表格。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,68,按全圓方向觀測法，照準(zhǔn)每一個目標(biāo)時(shí)， 測微器兩次接合讀數(shù)之差符合限差規(guī)定時(shí)， 取兩次讀數(shù)的平均值。 在每半測回結(jié)束時(shí)，應(yīng)立即計(jì)算歸零差， 即對零方向閉合照準(zhǔn)和起始照準(zhǔn)時(shí)的測微器 讀數(shù)之差，以檢查其是否超限。 當(dāng)下半測回觀測結(jié)束時(shí)，除應(yīng)計(jì)算下 半測回的歸零差

27、外，還應(yīng)計(jì)算各個方向盤左 盤右的讀數(shù)差，即計(jì)算各個方向的2C值，以 檢查一測回中各個方向的2C互差是否超限。 如各方向的2C值互差符合限差規(guī)定，則取各 方向盤左盤右讀數(shù)的平均值，作為這一測回,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,69,中的方向觀測值。 對于零方向有閉合照準(zhǔn)和起始照準(zhǔn)兩個方 向值，一般取其平均值作為零方向在這一測 回的中的最后方向值。將其它方向的方向值 減去零方向的方向值，就得到歸零以后各方 向的方向值，此時(shí)零方向歸零以后的方向值 為 將不同度盤位置的各測回方向值都進(jìn)行 歸零，然后比較同一方向在不同測回中的方 向觀測值，它們的互差應(yīng)小于規(guī)定的限差。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,70,一般稱這種限差為

28、“測回差”。 在某些工程控制網(wǎng)中，同一測站上各水平 方向的邊長懸殊很大，若嚴(yán)格執(zhí)行一測回中 的不得重新調(diào)焦規(guī)定，則會產(chǎn)生較大的視差 而影響照準(zhǔn)精度，此時(shí)若使用的儀器經(jīng)過調(diào) 焦透鏡運(yùn)行正確性檢驗(yàn)，證實(shí)調(diào)焦透鏡運(yùn)行 正確時(shí)，則一測回中可以允許重新調(diào)焦，若 調(diào)焦透鏡運(yùn)行不正確，這時(shí)可以考慮改變觀 測程序：對一個目標(biāo)調(diào)焦后接連進(jìn)行正倒鏡 觀測，然后對準(zhǔn)下一個目標(biāo)，重新調(diào)焦后立 即立即進(jìn)行正倒鏡觀測，如此繼續(xù)觀測測站,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,71,上的所有方向而完成全測回的觀測工作。為 了減弱隨時(shí)間均勻變化的誤差影響，相鄰測 回照準(zhǔn)目標(biāo)的次序應(yīng)相反。如第一測回的觀 測程序按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部依次照準(zhǔn)1，

29、 2，3，n，1，第二測回的觀測程序 應(yīng)按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部依次照準(zhǔn)1， n ， ，3 ，2 ，1，全部測回觀 測完畢后，應(yīng)檢查各方向在各測回的方 向觀測值互差是否超限的規(guī)定。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,72,最后必須指出：野外觀測手簿記載著測量 的原始數(shù)據(jù)，是長期保存的重要測量資料， 因此，必須做到記錄認(rèn)真，字跡清楚，書寫 端正，各項(xiàng)注記明確，格式統(tǒng)一，手簿記錄 的數(shù)據(jù)不得有任何涂改現(xiàn)象。不能用圓珠筆 記錄。 為了保證觀測成果的質(zhì)量，觀測中應(yīng)認(rèn)真 檢核各項(xiàng)限差是否符合規(guī)定，如果觀測成果 超過限差規(guī)定，則必須重新觀測 。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,73,3.8.3.重測和取舍觀測成果應(yīng)遵循的原則是：

30、 （1）重測一般應(yīng)在基本測回（即規(guī)定的全部回） 完成以后，對全部成果進(jìn)行綜合分析，作出 正確的取舍，并盡可能分析出影響質(zhì)量的原 因，切忌不加分析，片面、盲目地追求觀測 成果的表面合格，以致最后得不到良好的結(jié) 果； （2）因?qū)﹀e度盤、測錯方向、讀錯記錯、碰動儀 器、氣泡偏離過大、上半測回歸零差超限以 及其它原因未測完的測回都可以立即重測， 并不記重測數(shù)；（立即重測）,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,74,（3）一測回中2C互差超限或化歸為同一起始方向 后，同一方向值各測回互差超限時(shí)，應(yīng)重測超 限方向并聯(lián)測零方向（起始方向的度盤位置與 原測回相同）。因測回互差超限時(shí)，除明顯值 外，原則上應(yīng)重測觀測結(jié)果中最大

31、值和最小值 的測回；（局部重測） （4）一測回中超限的方向數(shù)大于測站上方向總數(shù)的 三分之一時(shí)（包括觀測3個方向時(shí)有1個方向重 測），應(yīng)重測整個測回；（整個測回重測） （5）若零方向的2C超限或下半測回的歸零差超限， 應(yīng)重測整個測回；（整個測回重測）,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,75,（6）在一個測站上重測的方向測回?cái)?shù)超過測站上方 向測回總數(shù)的三分之一時(shí)，需要重測全部測 回；（全部測回重測） 測站上方向測回總數(shù)=（n-1）m 方向觀測法重測數(shù)的計(jì)算方法 在基本測回觀測結(jié)果中，重測1個方向，算作1 個重測方向測回；一個測回中有2個方向需重測，算 作2個重測方向測回；因零方向超限而全測回重測， 算作（n-

32、1）個重測方向測回。方向觀測一測回中， 重測方向數(shù)超過所測方向總數(shù)的三分之一，此一測 回須全部重測，重測數(shù)計(jì)算時(shí)，仍按超限方向數(shù)計(jì) 算。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,76,總之，除因零方向超限而全測回重測，算 作（n-1）個重測方向測回，其它都是重測幾 個算幾個。 觀測的基本測回結(jié)果和重測結(jié)果，一律抄 入記簿，重測與基本測回結(jié)果不取中數(shù)，每 一測回只采用一個符合限差的結(jié)果。 水平方向觀測記簿必須由兩人獨(dú)立編算兩 份，以確保無誤。 另外要注意重測只是獲得精確成果的輔助 手段，不能過分依賴重測。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,77,若重測成果與原測成果接近，說明在該條件下原 測結(jié)果并無大錯，這是應(yīng)考慮誤差可能在

33、其它方向 或其它測回中，而不宜多次重測原超限方向，因?yàn)?這樣測得的成果雖然有時(shí)可以通過測站上的限差， 但往往是偏離客觀真值，會在以后計(jì)算中產(chǎn)生不良 的影響。 3.8.4.測站平差 1.各方向測站平差值的計(jì)算 取各歸零方向值的平均值，即得到各方向的 最或是值。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,78,2.一測回方向值中誤差 和 個測回方向值中誤差 的計(jì)算公式 實(shí)際上只從一個測站的觀測值來衡量整個 三角網(wǎng)的觀測精度是沒有什么意義的，因 通常用下列近似而簡便的公式來評定測站精 度。 一測回方向觀測中誤差 式中 ； 為測回?cái)?shù)； 為觀測方向數(shù)。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,79,個測回方向值中數(shù)的中誤差為 測站平差計(jì)算和

34、測站精度評定一般在水平方向觀 測記簿中進(jìn)行。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,80,3.9 分組方向觀測法 命題的提出： 方向較多時(shí)，分布在不同方向的目標(biāo)不一定都能成像穩(wěn)定和清晰； 如果要一起觀測，則往往需花費(fèi)較長的時(shí)間來等待各方向成像同時(shí)穩(wěn)定清晰的有利觀測時(shí)刻； 如不等待各方向同時(shí)成清晰穩(wěn)定的像，勉強(qiáng)將所有方向一起觀測，則有損于觀測精度。 此外，由于方向多，一起觀測使一測回的觀測時(shí)間過長，受外界因素的影響將顯著增大。 因此，規(guī)范規(guī)定，當(dāng)測站上觀測方向數(shù)多于6個 時(shí)，可考慮分兩組觀測。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,81,分組時(shí)，一般是將成像情況大致相同的方向分在一組，每 組內(nèi)所包含的方向個數(shù)大致相等。為了將兩

35、組方向觀測值化 歸成以同一零方向?yàn)闇?zhǔn)的一組方向值和進(jìn)行觀測成果的質(zhì)量 檢核，觀測時(shí)兩組都要聯(lián)測兩個共同的方向，其中最好有一 個是共同的零方向，以便加強(qiáng)兩組的聯(lián)系。 兩組中每一組的觀測方法、測站的檢核項(xiàng)目、作業(yè)限差和 測站平差等與前面所述的一般方向觀測法相同，所不同的 是，兩組共同方向之間的聯(lián)測角應(yīng)該作檢核，此外，還要將 兩組的測站平差成果聯(lián)合在一起在進(jìn)行分組測站平差計(jì)算， 以消除兩組之間的差異，最后，求得以同一起始方向?yàn)闇?zhǔn)的 一組方向觀測值并進(jìn)行。 下面就討論這兩個問題：,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,82,首先討論第一個問題 3.9.1.聯(lián)測角之差的限差 設(shè)兩組觀測時(shí)兩個共同的方向以 表示 第一組的

36、聯(lián)測角值為: 第二組的聯(lián)測角值為: 設(shè)兩組觀測聯(lián)測角之差為 則:,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,83,若:聯(lián)測角 和 的中誤差分別是 和 則有誤差傳播定律可得: 當(dāng)按相應(yīng)的等級規(guī)定進(jìn)行同精度觀測時(shí) 則: 如按二等精度觀測, 則;,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,84,3.9.2.分組觀測的測站平差 設(shè)兩組聯(lián)測的共同方向?yàn)?它們的方向觀 測值和相應(yīng)的改正數(shù)為 第一組聯(lián)測方向的方向值為: 相應(yīng)的平差值改正數(shù)為: 第二組聯(lián)測方向的方向值為: 相應(yīng)的平差值改正數(shù)為:,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,85,組成條件方程式: 經(jīng)整理得: 式中 是兩組觀測聯(lián)測角的差數(shù),也即聯(lián)測 角的閉合差為: 組成法方程式:,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,8

37、6,求得聯(lián)系數(shù) 為: 則平差改正數(shù)為:,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,87,3.9.3.舉例 (零方向相同) (+1.6),南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,88,(零方向相同) (-1.20),南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,89,3.10 全組合測角法 3.10.1.等權(quán)完全方向組的慨念 一是測站平差 三角網(wǎng)平差 一是網(wǎng)的幾何平差 要使兩個平差能分開進(jìn)行,而又無損平差 的嚴(yán)密性的充要條件是:測站平差后的方向值 應(yīng)具有獨(dú)立的方向值的性質(zhì);此外,為了使網(wǎng) 的平差計(jì)算工作簡單些,還要求這些觀測值是 等權(quán)的。因此，為了較高精度的三角網(wǎng)平差,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,90,的嚴(yán)密性和計(jì)算的簡單些，測站平差方向值 必須是獨(dú)立的和等權(quán)的

38、。 在方向觀測中，同一測回個方向觀測值是 互相獨(dú)立的，若各個測回都一個不漏的觀測 所有方向，則經(jīng)測站平差得到的一組方向值 顯然是具有獨(dú)立和等權(quán)性質(zhì)的，這樣的一組 方向值就稱為“等權(quán)完全方向組”，這樣的觀 測方法稱為“等權(quán)完全方向組觀測”，但如果 在某個測回中有的方向值不合格，雖經(jīng)重測 或補(bǔ)測，其測站平差得到的一組方向值不再,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,91,是嚴(yán)格的“等權(quán)完全方向組”， 若以 表示等權(quán)完全方向組中任意兩個 方向 和 的平差方向值，以 表示 和 兩個方向間的水平角，則有 由于 是互相獨(dú)立的，故角度中誤差 與 方向中誤差 和 的關(guān)系為： 若角度權(quán)以 ，方向權(quán)以 和 表示，則有,南京工業(yè)大

39、學(xué)土木學(xué)院,92,由于各方向的平差值是等權(quán)的，即 所以 上式就是以數(shù)學(xué)關(guān)系表示的等權(quán)完全方向組的 特征式，也就是說，一個等權(quán)完全方向組中，任 意兩個方向構(gòu)成的角度，其權(quán)都是相等的，并且 等于平差方向權(quán)的一半。 如果有某種觀測方法，在測站平差后任意兩個 方向構(gòu)成的角度具有等權(quán)的特征，那么這種方法 就是等權(quán)完全方向組觀測。,南京工業(yè)大學(xué)土木學(xué)院,93,等權(quán)完全方向組具有下列特點(diǎn)： （1）測站平差后的一組方向值的權(quán)相等，由任意兩 個方向所構(gòu)成的角度的權(quán)也相等，故三角網(wǎng)的觀測精度比較均勻； （2）由于測站平差后的一組方向值具有獨(dú)立的性 質(zhì)，故用它作為三角網(wǎng)的平差是嚴(yán)密的； 前面講到方向觀測法在沒有超限重測時(shí)，經(jīng)測 站平差得到的一組方向值顯然是具有獨(dú)立和等權(quán)性 質(zhì)的。但嚴(yán)格來講按全圓方向觀測法并不是等權(quán)完 全方向組觀測。因?yàn)榱惴较虮仨殮w零，一般取零方 向兩次觀測結(jié)果的平均值作為零方向的方向值，這