第三章精密測角儀器和水平角觀測課件

第三章精密測角儀器和水平角觀測第三章精密測角儀器和

水平角觀測§3.1精密測角儀器——經緯儀§3.2經緯儀的視準軸誤差、水平軸 傾斜誤差及垂直軸傾斜誤差§3.3精密測角的誤差影響§3.4方向觀測法§3.5分組方向觀測法§3.6偏心觀測與歸心改正本章提要 在工程控制測量和精密工程測量中，角度測量主要使用精密光學經緯儀。本章主要介紹精密光學經緯儀的基本構造和儀器檢驗，應用精密光學經緯儀完成一個測站上的水平角觀測并獲得正確觀測值的方法。1．精密光學經緯儀的基本構造；2．經緯儀的各項誤差誤差；3．一個測站上的水平角觀測方法；4．偏心觀測與改正[重點]§3.1精密測角儀器——經緯儀一、經緯儀的分類按精度等級的高低分:

分為J07，J1，J2，J6等規(guī)格。其數字表示水平方向觀測一測回的中誤差。按性能分:

光學經緯儀、電子經緯儀、全站儀二、精密電子經緯儀及其特點電子經緯儀：裝有電子掃描度盤，在微處理機控制下實 現自動化數字測角的經緯儀。特點：采用了電子掃描度盤和電子測微讀數系統(tǒng)； 核心部件是微處理機； 包含有豎軸傾斜自動測量和改正系統(tǒng)； 望遠鏡經過特殊處理； 朝向自動化和多功能化的方向發(fā)展?！?.1精密測角儀器——經緯儀三、精密光學經緯儀及其特點§3.1精密測角儀器——經緯儀基本結構：照準部、水準管、水平度盤、基座主要軸線：視準軸、橫軸、水準管軸、豎軸（旋轉軸、垂直軸）1、望遠鏡

望遠鏡由物鏡、調焦透鏡、十字絲分劃板和目鏡組成； 物鏡、調焦透鏡、目鏡均為透鏡組； 采用較長焦距的凹透鏡做調焦鏡。2、水準器 由圓水準器、照準部水準器、垂直度盤指標水準器三部分組成§3.1精密測角儀器——經緯儀3、度盤

水平度盤和垂直度盤共用同一個讀數顯微鏡和光學測微器，并實現對徑讀數。4、整體構造 設有強制歸心機構； 設有垂直度盤指標自動歸零補償器； 儀器由優(yōu)質可靠的有機材料和合金制造?！?.1精密測角儀器——經緯儀5、代表儀器——WildT3望遠鏡 放大倍數：24，30，40

物鏡有效孔徑：60mm

望遠鏡長度：260mm

最短視距：4.6m水準器 照準部分劃值：7″/2mm

垂直度盤分劃值：12″/2mm

圓水準器分劃值：8′/2mm度盤 水平度盤直徑：140mm

垂直度盤直徑：95mm

水平度盤最小分格值：4′

垂直度盤最小分格值：8′重量 儀器重量：11kg

儀器盒重量：3.8kg§3.1精密測角儀器——經緯儀§3.1精密測角儀器——經緯儀6、國內外代表性的經緯儀我國儀器系列標準型號

國外儀器型號、廠名

J1（北光）

T3瑞士威特WILDDKM3瑞士克恩KERNNO3英國華茲WATTSOT-02蘇聯(lián)

J2（北光、蘇光等）

T2瑞士威特WILDTheo-010東德蔡司ZEISSDKM2瑞士克恩KERNTheo-2東德Freiberger廠OTC蘇聯(lián)TE-B3匈牙利MOM

§3.1精密測角儀器——經緯儀四、與普通經緯儀的主要區(qū)別1、用較短的復合物鏡焦距，得到等效物鏡焦距f較大值。2、平均邊長3KM以上的三角網，如各目標與測站的距離相差1KM，在一測回的觀測中，各目標不重新調焦是不會影響照準精度的?！?.1精密測角儀器——經緯儀3、安裝了測微器，讀數精度高§3.1精密測角儀器——經緯儀4、水準管靈敏度更高水準管分劃值J6經緯儀水準管分劃值一般為五、精密電子全站儀及其特點（Leica）1、儀器型號系列

TC：標準型全站儀

TCM：馬達驅動型全站儀

TCR：無反射棱鏡型全站儀

TCRM：無反射棱鏡、馬達驅動型全站儀

TCRA：無反射棱鏡、自動跟蹤型全站儀

TCA：馬達驅動自動跟蹤型全站儀

TDM：馬達驅動、工業(yè)測量型全站儀

TDA：馬達驅動、自動跟蹤、工業(yè)測量型全站儀§3.1精密測角儀器——經緯儀2、測角系統(tǒng)（1）編碼度盤 將水平度盤上刻制個碼道，個碼區(qū)，分別用二進制編碼來表示，在相應的碼區(qū)內代表相應的方向值。再輔助以測微器，精確測定方向值。§3.1精密測角儀器——經緯儀2、測角系統(tǒng)（2）光柵度盤 在度盤和固定光柵平面上分別刻劃光柵，兩平面嚴格平行，光柵相錯一個固定角度。當兩個光柵沿x方向移動一周時二者形成的干涉條紋在y方向上移動一整周。記錄下移動的總周數，經過光電信號轉換，得到角度值?！?.1精密測角儀器——經緯儀§3.2經緯儀視準軸誤差和水平軸傾斜誤差及垂直軸傾斜誤差一、經緯儀的軸線圓水準器軸◆視準軸垂直于橫軸CC⊥HH◆橫軸垂直于豎軸HH⊥VV◆水準管軸垂直于豎軸LL⊥VV◆圓水準軸平行于豎軸L’L’∥VV二、軸線間的相互關系§3.2經緯儀視準軸誤差和水平軸傾斜誤差及垂直軸傾斜誤差三、視準軸誤差Δc視準軸誤差：視準軸不與儀器的水平軸正交所產生的誤差c。產生原因：望遠鏡的十字絲分劃板安置不正確； 望遠鏡調焦鏡運行時晃動； 氣溫變化引起儀器部件的脹縮，特別是儀器受 熱不均勻使視準軸位置變化§3.2經緯儀視準軸誤差和水平軸傾斜誤差及垂直軸傾斜誤差Δc對水平方向觀測值的影響：三、視準軸誤差ΔcΔc對水平方向觀測影響的規(guī)律三、視準軸誤差Δc ⑴隨目標垂直角的增大而增大，當 最小值。

⑵由盤左和盤右的觀測方向值求平均值，可以消除視準軸誤差對水平方向觀測的影響，而得到正確的方向值。影響規(guī)律：盤左時： 盤右時： 盤左盤右取平均可以消除此項誤差。2c值：三、視準軸誤差Δc計算2C的作用：

一測回中各觀測方向2C互差的大小，在一定程度上反映了觀測成果的質量?！?.2經緯儀視準軸誤差和水平軸傾斜誤差及垂直軸傾斜誤差四、水平軸傾斜誤差Δi1、產生原因：儀器左、右兩端的支架不等高

水平軸兩端軸徑不相等

2、對水平方向觀測的影響：3、對水平方向觀測影響規(guī)律

不僅與i有關，而且還與α有關。

由盤左和盤右的觀測方向值求平均值，可以消除水平軸傾斜誤差對水平方向觀測的影響，而得到正確的方向值。盤左，左高右低，盤右，左低右高，四、水平軸傾斜誤差Δi4、視準軸誤差和水平軸誤差對水平方向觀測值的綜合影響（反應在盤左盤右的讀數差中）： 當α=0時，L-R=2C，一般情況下，隨著α角的增大，上式右端第一項變化較慢，而第二項則變化較為顯著。四、水平軸傾斜誤差Δi5、視準軸和水平軸誤差的檢驗（高低點法）：兩式相加和相減分別得C角和i角。四、水平軸傾斜誤差Δi若測了n個測回，則有：國家規(guī)范規(guī)定，對于J1型儀器，c、i的絕對值都應小于10″

對于J2型儀器，c、i的絕對值都應小于15″四、水平軸傾斜誤差Δi五、垂直軸傾斜誤差1、垂直軸誤差：垂直軸偏離測站鉛垂線一微小角度。2、產生原因：豎軸不垂直于水平軸 整平不好 儀器下沉 豎軸晃動等§3.2經緯儀視準軸誤差和水平軸傾斜誤差及垂直軸傾斜誤差五、垂直軸傾斜誤差3、對水平觀測值的影響（1）垂直軸偏斜誤差對水平方向觀測值的影響是通過水平軸傾斜量而表現出來的。（2）由于水平軸傾斜，從而使視準軸也偏離正確位置，使觀測方向產生了的誤差影響。由球面三角形可得：i，v都是較小角度，所以：五、垂直軸傾斜誤差4、影響規(guī)律：

v的大小和傾斜方向不變，盤左盤右 時所造成的影響大小相等符號相同， 無法用取平均的方法消除。五、垂直軸傾斜誤差5、減弱措施： 整平 測回間再整平 加傾斜改正五、垂直軸傾斜誤差6、垂直軸傾斜改正數的計算 根據水準氣泡偏離中央的格數n來計算水平軸的傾斜角度

。 設水準器的格值為，氣泡偏離中央n格時，水準軸的傾斜角為，也就是水平軸傾斜角，得五、垂直軸傾斜誤差§3.3精密測角的誤差影響一、外界條件的影響★大氣層密度的變化和大氣透明度對目標成像質量的影響； 選擇有利觀測時段：晴天日出后1~3個小時，下午3點到日落 前，陰天全天★水平折光的影響；★照準目標的相位差；★溫度變化的影響； 避免陽光直射，采用上下半測回觀測★外界條件對覘標的影響——采用上下半測回觀測。§3.3精密測角的誤差影響二、儀器誤差的影響★水平度盤位移的影響 上下半測回沿相反方向旋轉照準部★照準部旋轉不正確的影響 采用重合法讀數★照準部水平微動螺旋作用不正確的影響 旋進微動螺旋進行照準★垂直微動螺旋作用不正確的影響 水平角觀測時，不使用垂直微動螺旋§3.3精密測角的誤差影響三、照準和讀數誤差的影響選擇有利的觀測時間作業(yè)員認真負責地進行觀測增加多余觀測§3.3精密測角的誤差影響四、精密測角的一般原則在有利于觀測的時間進行觀測認真調焦，消除視差各測回正確配置度盤在上、下半測回之間倒轉望遠鏡上、下半測回照準目標的次序應相反，并使觀測每一目標的操作時間大致相同要求每半測回開始觀測前，照準部按規(guī)定的轉動方向先預轉1～2周使用照準部微動螺旋和測微螺旋時，其最后旋轉方向均應為旋進。為了減弱垂直軸傾斜誤差的影響，觀測過程中應保持照準部水準器氣泡居中§3.4方向觀測法一、觀測方法 在一個測回中將測站上所有要觀測的方向逐一照準進行觀測，在水平度盤上讀數，得出各方向的方向觀測值。盤左：A→B→C→D→A盤右：A←B←C←D←A零方向盤左盤右ABCDE§3.4方向觀測法§3.4方向觀測法二、測站限差項目兩次重合讀數差半測回歸零差一測回2c互差測回互差為了提高精度，一測回中盡量不調焦，避免調焦誤差1、制定限差的步驟●確定偶然誤差部份。觀測結果的差值是每一個方向觀測值的函數，因此列出差值函數式，就可按誤差傳播定律，由每一方向觀測值中誤差，計算出觀測方向值函數（即差值）的中誤差?！翊_定系統(tǒng)誤差部份?！裼嬎悴钪档木C合影響●最后根據“極限誤差等于兩倍中誤差”求出差值的限差。①偶然誤差部分函數式②系統(tǒng)誤差部分主要為儀器基座扭轉等系統(tǒng)誤差，一般為±2″規(guī)范規(guī)定2、半測回歸零差①偶然誤差部份②系統(tǒng)誤差部份，主要包括視準軸誤差，水平軸傾斜誤差，基座位移以及外界因素引起的。3、一測回內2C互差視準軸部份橫軸部份基座位移部份：規(guī)范規(guī)定可忽略不記4、同一方向各測回間互差的限差①偶然誤差部份②系統(tǒng)誤差部份，主要包括水平度盤分劃誤差大約1～2秒；測微器分劃誤差很??；外界條件變化（旁折光），不好定。規(guī)范規(guī)定：§3.4方向觀測法三、觀測中的重測和取舍在全部測回完成后，對成果進行分析，做出正確的取舍●因測錯方向、碰動儀器等原因未測完的測回要立即重測●

2c互差或同方向各測回互差超限應重測超限方向●超限方向數大于測站上方向總數的1/3時應重測整個測回●零方向2c互差超限或下半測回歸零差超限應重測整個測回●在一個測站上重測的方向測回數超過測站上方向測回總數的1/3時，需要重測全部測回§3.4方向觀測法四、測站平差目的：根據測站上各測回的觀測成果求取各方向的測站平 差值，同時還要計算一測回方向觀測值的中誤差和 測站平差值的中誤差，以評定測站上的觀測質量。一測回方向觀測中誤差：其中：測站平差值中誤差：n為觀測方向數m為測回數§3.5分組方向觀測法一、分組的原因與原則原因：各個方向的目標不一定能同時成像穩(wěn)定和 清晰； 一起觀測，則又將有損于觀測精度； 觀測時間過長，受外界因素的影響也將顯著 增大。原則：觀測方向數多于6個時，可以應考慮分為 兩組； 將成像情況大致相同的方向分在一組，每 組內所包含的方向數大致相等； 要聯(lián)測兩個共同的方向，其中一個是共同 的零方向； 共同方向之間的聯(lián)測角應該作檢核?！?.5分組方向觀測法§3.5分組方向觀測法二、聯(lián)測精度 設兩組觀測時兩個共同方向以和表示，則兩組聯(lián)測角角值分別為： 兩組聯(lián)測角的差為： 聯(lián)測角差數中誤差為：§3.5分組方向觀測法 取兩倍中誤差作為限差，則兩組觀測聯(lián)測角的限差應為： 如果兩組按同精度觀測，測角中誤差均為m，則：§3.5分組方向觀測法三、測站平差 設兩組聯(lián)測的共同方向為，它們的方向觀測值和改正數分別為： 得到條件方程式： 即： 其中：§3.5分組方向觀測法 組成法方程式： 解得聯(lián)系數為： 則平差改正數為： 聯(lián)測方向的平差值為：四、全組合測角法 全組合測角法是把測站上所有方向，每次任取兩個方向組成一個單角，以相同的測回數進行觀測，直至全部單角以相同的測回數觀測完畢?！?.5分組方向觀測法五、全組合測角法測回數的確定原則：根據三角點上的方向數來確定，使得各方向觀測 權相等。設一測回角度觀測值的權為1，則方向權為：其中，m為測回數，n為測站上的方向數。此時，僅需即可?！?.5分組方向觀測法§3.6偏心觀測與歸心改正一、偏心觀測 觀測時，要求儀器中心、設站點目標中心與標石中心位于同一垂線上，即所謂“三心”一致。 若儀器偏離標石中心進行觀測，這種偏離稱為測站偏心。 若照準的目標偏離標石中心，這種偏離稱為照準偏心?！?.6偏心觀測與歸心改正二、測站偏心及歸心改正數計算由圖中可得，正確方向在中，根據正弦定理可得 其中，稱為測站偏心距，稱為測站偏心角，統(tǒng)稱為測站歸心元素，s為測站點至照準點的距離?！?.6偏心觀測與歸心改正由于一般情況下c為小角，則注意：同一測站上測站偏心距和測 站偏心角相同，但是各方向 的測站偏心改正數不相等， 改正數的正負號也有可能不 相同?！?.6偏心觀測與歸心改正三、照準點偏心及照準點歸心改正數計算由圖中可得，正確方向在中，根據正弦定理可得 其中，稱為照準點偏心距，稱為照準點偏心角，統(tǒng)稱為照準點歸心元素。由于一般情況下γ為小角，則§3.6偏心觀測與歸心改正 如測站點有測站點偏心，照準點有照準點偏心，則觀測方向應加的總改正數為：§3.6偏心觀測與歸心改正四、歸心元素的測定方法——圖解法 （1）在標石上方安置小平板，并將歸心投影用紙固定在平板上，再用垂球使平板中心與標石中心初步對準； （2）在3個位置用投影儀或經緯儀進行投影，儀器的3個位置的交角應接近于120o或60o； （3）在投影位置Ⅰ上，盤左照準標石中心后，上仰望遠鏡對準平板，指揮作業(yè)員在投影用紙的邊緣標出前后兩點，再用盤右照準標石中心，在投影用紙的邊緣標出前后兩點，然后連接前兩點的中點和后兩點的中點，這條線就是投影位置Ⅰ照準標石中心在投影用紙上的投影方向線，以B1B1表示?！?.6偏心觀測與歸心改正§3.6偏心觀測與歸心改正 （4）在投影位置Ⅱ,Ⅲ分別用盤左、盤右照準標石中心，按同樣的方法將照準方向線描繪在投影用紙上，如圖中的B2B2和B3B3，三條投影方向線的交點就是標石中心在投影用紙上的投影點B?！?.6偏心觀測