ch4經(jīng)緯儀測量課件

第四章經(jīng)緯儀測量角度測量是測量工作的基本內(nèi)容之一，它包括水平角測量和垂直角測量。水平角測量用于求算點(diǎn)的平面坐標(biāo)，垂直角測量用于測定點(diǎn)的高程。角度測量中最常用的儀器就是光學(xué)經(jīng)緯儀。4-1水平角測量原理所謂水平角，是指空間兩直線的夾角在水平面上的垂直投影。A、B、C為地面上任意三點(diǎn)。C為測站點(diǎn)，A、B為目標(biāo)點(diǎn)，則從C點(diǎn)觀測A、B的水平角為CA、CB兩方向線在水平面Q上的垂直投影所成的∠Ａ１Ｃ１Ｂ１。也就是說，地面上一點(diǎn)到兩目標(biāo)點(diǎn)的方向線所夾的水平角，就是過這兩方向線所作兩豎直面間的二面角。

第四章經(jīng)緯儀測量第四章經(jīng)緯儀測量4-2DJ6級光學(xué)經(jīng)緯儀光學(xué)經(jīng)緯儀具有體積小、重量輕、密封性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛應(yīng)用。它的精密度一般分為三級：1″級、2″級和6″級，前兩種屬精密儀器，后一種屬中等精度儀器，是工程測量中常用的一種。我國對國產(chǎn)經(jīng)緯儀編制了系列標(biāo)準(zhǔn)，分為DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15和DJ60等級別。其中D和J分別表示“大地測量”和“經(jīng)緯儀”兩個(gè)詞漢語拼音的第一個(gè)字母，后面的數(shù)字表示該儀器所能達(dá)到的精度指標(biāo)。DJ6級光學(xué)經(jīng)緯儀屬6″級儀器，本章主要介紹這類儀器的構(gòu)造和使用。第四章經(jīng)緯儀測量

(二)水平度盤水平度盤也由光學(xué)玻璃制成。盤上有0-360°順時(shí)針注記的分劃線。水平度盤的外殼上還有一個(gè)特殊裝置，稱為復(fù)測扳鈕。按下該扳鈕時(shí)，水平度盤和照準(zhǔn)部可以一起轉(zhuǎn)動(dòng)；撥上該扳鈕時(shí)，水平度盤就不能隨照準(zhǔn)部一起轉(zhuǎn)動(dòng)了。(三)基座基座是儀器的底座，其上有腳螺旋和連接板。測量時(shí)必須將三腳架上的中心螺旋(連接螺旋)旋進(jìn)連接板，這時(shí)儀器和三腳架就連接在一起了。中心螺旋下端掛上垂球，即指示水平度盤的中心位置?；线€有一個(gè)軸座固定螺旋。第四章經(jīng)緯儀測量二、光學(xué)經(jīng)緯儀的讀數(shù)裝置和讀數(shù)方法(一)單平板玻璃測微器及其讀數(shù)方法DJ6型經(jīng)緯儀采用這種裝置的儀器。右圖是DJ6型經(jīng)緯儀的讀數(shù)系統(tǒng)光路圖。外來光線經(jīng)反光鏡1，毛玻璃2，棱鏡3、5，照亮了豎直度盤4和水平度盤7，同時(shí)經(jīng)透鏡組6、10將豎直度盤和水平度盤的分劃，通過單平板玻璃11成像在讀數(shù)窗14上。最后，光線經(jīng)過棱鏡15的折射，在讀數(shù)顯微鏡17內(nèi)可以清晰地看到水平度盤、豎直度盤和測微盤13的分劃像。第四章經(jīng)緯儀測量第四章經(jīng)緯儀測量第四章經(jīng)緯儀測量三、光學(xué)經(jīng)緯儀應(yīng)滿足的幾何條件由測角原理可知，為了精確地測量角度，當(dāng)經(jīng)緯儀整平后，望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸繞水平軸上下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其視線應(yīng)能掃出一個(gè)豎直面。為了達(dá)到這一要求，一臺(tái)完善的經(jīng)緯儀，其各條軸線之間應(yīng)滿足以下主要幾何條件，即三軸相互垂直條件：①水平度盤的水準(zhǔn)管軸(LL)應(yīng)垂直于豎軸(VV)；②視準(zhǔn)軸(CC)應(yīng)垂直于水平軸(HH)；③水平軸(HH)應(yīng)垂直于豎軸(VV)。如果經(jīng)緯儀滿足了上述三個(gè)條件，當(dāng)儀器整平后，則豎軸垂直，水準(zhǔn)管軸和水平軸水平。因視準(zhǔn)軸垂直于水平軸，所以當(dāng)視準(zhǔn)軸繞水平軸上下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)即能掃出一個(gè)豎直面。第四章經(jīng)緯儀測量4-3水平角觀測一、經(jīng)緯儀的安置經(jīng)緯儀的安置，包括對中和整平兩個(gè)內(nèi)容。1對中對中的目的是把儀器中心安置在測站點(diǎn)O的鉛垂線上。2整平整平的目的是使儀器豎軸豎直、水平度盤水平。有的光學(xué)經(jīng)緯儀還裝有光學(xué)對中器。光學(xué)對中的方法是：先將三腳架插緊后，裝上儀器用腳螺旋進(jìn)行對中，然后通過升降三腳架使圓水準(zhǔn)器氣泡居中，這時(shí)，儀器可能又不對中了，可稍微松動(dòng)中心螺旋，在架頭上平移儀器，使儀器對中。第四章經(jīng)緯儀測量(2)松開水平制動(dòng)扳鈕，按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，用上述方法精確瞄準(zhǔn)B點(diǎn)，讀取水平度盤讀數(shù)b１。當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸從OA方向轉(zhuǎn)到OB方向時(shí)，指標(biāo)線在水平度盤上所走的角值β，就是我們所要測量的水平角，因此得：β左=b１－a１按上述程序測量水平角一次，稱為半測回。為了校核測量成果，消除儀器誤差，以便得到更精確的角值，還需要用盤右位置(又稱倒鏡位置，即在觀測時(shí)，豎盤在望遠(yuǎn)鏡的右邊)再觀測一次，即：(3)倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，使豎盤位于盤右位置。這次，用望遠(yuǎn)鏡先精確瞄準(zhǔn)B點(diǎn)，讀取水平度盤讀數(shù)b２。(4)松開水平制動(dòng)扳鈕，逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，用望遠(yuǎn)鏡精確瞄準(zhǔn)A點(diǎn)，讀取水平度盤讀數(shù)a２，則：β右=b2－a2。第四章經(jīng)緯儀測量 以上按正鏡先測的叫上半測回，按倒鏡后測的叫下半測回，上、下兩個(gè)半測回合在一起，稱為一個(gè)測回。按《城市測量規(guī)范》(下稱《規(guī)范》)規(guī)定，當(dāng)用6″級經(jīng)緯儀觀測時(shí)，如兩個(gè)半測回所測水平角的角度差值不超過40″時(shí)，可取其平均值作為β角的觀測結(jié)果，如不符合要求，應(yīng)重測。第四章經(jīng)緯儀測量4-4豎直角觀測一、豎直角測量原理所謂豎直角，就是同一豎直面內(nèi)視線與水平線間的夾角。其角值為0°-±90°。視線在水平線之上，豎直角為“正”，稱仰角；視線在水平線之下，豎直角為“負(fù)”，稱俯角。豎直角測量與水平角一樣，其角值也是度盤上兩個(gè)方向讀數(shù)之差。第四章經(jīng)緯儀測量三、豎直角的觀測和計(jì)算一般要測得比較精確的豎直角，至少要用盤左和盤右各觀測一次，這稱為一個(gè)測回。這樣做可以減小誤差、提高觀測精度。豎直角的觀測和計(jì)算方法如下：(1)安置經(jīng)緯儀，用盤左瞄準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)B，使十字絲橫絲切于目標(biāo)頂端，轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，使豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，進(jìn)行讀數(shù)。設(shè)盤左讀數(shù)L。(2)倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，盤右瞄準(zhǔn)B點(diǎn)，使指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，進(jìn)行盤右讀數(shù)R。(3)計(jì)算豎直角δ。豎直角δ是觀測目標(biāo)的讀數(shù)與望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸水平時(shí)的豎盤讀數(shù)(即0°、90°、180°、270°)之差。但哪個(gè)是被減數(shù)，哪個(gè)是減數(shù)，則應(yīng)按豎盤的注記形式來確定。第四章經(jīng)緯儀測量 為此，在觀測之前，將望遠(yuǎn)鏡大致放平，讀取豎盤讀數(shù)。然后將望遠(yuǎn)鏡上仰，若讀數(shù)增大，則豎直角等于瞄準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)的讀數(shù)減去視線水平時(shí)的讀數(shù)；若讀數(shù)減小，則豎直角等于視線水平時(shí)的讀數(shù)減去瞄準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)的讀數(shù)。經(jīng)Ⅲ型經(jīng)緯儀的豎盤〔見圖414(a)〕為順時(shí)針刻劃，豎直角計(jì)算公式為：盤左δＬ＝９０°－Ｌ盤右δＲ＝Ｒ－２７０°將盤左、盤右取中數(shù)，則一測回豎直角為：δ＝（δＬ＋δＲ）/2。如果在一個(gè)測站上觀測多個(gè)方向的豎直角，則在盤左順時(shí)針依次照準(zhǔn)各目標(biāo)，而在盤右時(shí)，逆時(shí)針依次照準(zhǔn)各目標(biāo)，讀數(shù)、記錄方法同上。第四章經(jīng)緯儀測量四、豎盤指標(biāo)差上述豎直角的計(jì)算，是基于這樣一個(gè)假設(shè)：當(dāng)豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，指標(biāo)應(yīng)處于正確位置，此時(shí)，豎盤讀數(shù)應(yīng)為90°或270°。事實(shí)上，這一假設(shè)常不成立，即當(dāng)豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，指標(biāo)并不恰好指向90°或270°，而與正確位置相差一個(gè)小角度x,x稱為豎盤指標(biāo)差。指標(biāo)差產(chǎn)生的原因，是指標(biāo)水準(zhǔn)管未校正完善，這可以進(jìn)行校正。第四章經(jīng)緯儀測量4-5三角高程測量三角高程測量是根據(jù)兩點(diǎn)間的水平距離(或傾斜距離)和豎直角計(jì)算兩點(diǎn)間的高差。如圖，已知A點(diǎn)高程為HＡ，欲測定B點(diǎn)高程HＢ，可在A點(diǎn)安置經(jīng)緯儀，在B點(diǎn)豎立標(biāo)桿，用望遠(yuǎn)鏡中絲瞄準(zhǔn)標(biāo)桿的頂點(diǎn)，測得豎直角δ，并量取經(jīng)緯儀的水平軸到A點(diǎn)的高度，這稱為儀器高，用i表示；量取標(biāo)桿頂部到B點(diǎn)的高度，稱為覘桿高，用v表示。再根據(jù)AB之間的水平距離l，即可求得高差h。

第四章經(jīng)緯儀測量第四章經(jīng)緯儀測量因?yàn)閔+v=ltanδ+i所以h=ltanδ+i-v不論豎直角是仰角還是俯角，此式子均適用。若為俯角，則用豎直角負(fù)值代入。B點(diǎn)的高程為：ＨＢ＝ＨＡ＋h=HＡ＋ltanδ＋i－v當(dāng)A、B兩點(diǎn)間的距離大于300m時(shí)，應(yīng)考慮地球曲率和大氣折光對高差的影響?？紤]球氣差改正f后，上式應(yīng)改寫為：h=ltanδ+i-v+f在煤礦井下測量時(shí)，往往直接測量A、B兩點(diǎn)間的斜距L，則：h=Lsinδ＋i-v三角高程測量一般應(yīng)進(jìn)行往返觀測，既由A向B觀測(稱為直覘)，又由B向A觀測(稱為反覘)。這樣的觀測，稱為對向觀測。對向觀測可消除地球曲率和大氣折光的影響。第四章經(jīng)緯儀測量設(shè)儀器中心到物鏡的距離為δ，物鏡焦距為f，焦點(diǎn)F至視距尺的距離為l′，上下兩視距絲m、n(即望遠(yuǎn)鏡縱十字絲上的上下兩根短橫刻劃線)在視距尺上的尺間隔為S，則A點(diǎn)到B點(diǎn)的水平距離l為：l=l′+δ+f，因△m′Fn′與△MFN相似，故有：即式中P為兩視距絲之間的距離，即P=mn=m′n′。則A、B兩點(diǎn)間的水平距離為：則l=KS+C式中K稱為視距乘常數(shù)，在設(shè)計(jì)儀器時(shí)，使K=100;C稱為視距加常數(shù)，對內(nèi)對光望遠(yuǎn)鏡來說，總可使其為0。這樣，上式變?yōu)椋簂=KS=100S第四章經(jīng)緯儀測量2視線傾斜時(shí)的視距公式若兩點(diǎn)間的高差較大，必須使視線傾斜時(shí)才能照準(zhǔn)視距尺，此時(shí)，視線與視距尺不垂直，不能用前式計(jì)算兩點(diǎn)間水平距離。為此，可設(shè)想將豎直的尺子R繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一個(gè)δ角(傾斜視線豎直角)，使其與視線垂直，得尺間隔為S′按前式可求得傾斜距離L為：L=KS′，于是A、B兩點(diǎn)間的水平距離為：l=Lcosδ=KS′cosδ但是，S′不是實(shí)際的尺間隔，實(shí)際測得的尺間隔是R尺上的MN(即S)，因此需要找出S與S′間的關(guān)系。第四章經(jīng)緯儀測量 圖中，∠NON′=∠MOM′=δ，∠NN′O=90°+φ/2，∠ＭＭ′O=90°-φ/2,因φ/2很小(約為17′)，故可將∠NN′O和MM′O視為直角。于是△ＯＮＮ′和△OMM′均為直角三角形。在兩直角三角形中，N′O=NOcosδ，M′O=MOcosδ，則N′M′=N′O+M′O=(NO+MO)cosδ=NMcosδ=Scosδ，即：Ｓ′=Scosδl=KＳcos２δ，視線傾斜時(shí)求水平距離的公式將上式代入三角高差公式，則得用視距表示的三角高差計(jì)算公式：h=ltanδ+i-v=(KScos２δtanδ+i-v=KS

cosδsinδ＋i-v=（KSsin2δ）/2+i-v，即h=（KSsin2δ）/2+i-v。在實(shí)際工作中，應(yīng)盡量使i=v，以簡化高差h的計(jì)算。第四章經(jīng)緯儀測量4-7全站儀簡介全站儀又名電子速測儀，它幾乎可以完成各種常規(guī)測量儀器所做的工作。全站儀的工作原理與傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀類似，即利用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)目標(biāo)，然后借助某種形式的度盤讀取方向值，但它又具有以下特點(diǎn)：主要是小型光電測距裝置與經(jīng)緯儀相結(jié)合，構(gòu)成了三維測量系統(tǒng)；用光電掃描度盤替代光學(xué)玻璃度盤；運(yùn)用微處理機(jī)對測量過程和測量數(shù)據(jù)的現(xiàn)場處理實(shí)施控制；利用傾斜傳感器對豎直角的剩余傾斜值進(jìn)行自動(dòng)改正；除了具有液晶數(shù)字顯示測量值之外，還具有電子數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄裝置。第四章經(jīng)緯儀測量 由于全站儀