第二章角度測(cè)量(光學(xué)經(jīng)緯儀)課件

第二章角度測(cè)量角度測(cè)量原理光學(xué)經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)與校正水平角觀測(cè)豎直角觀測(cè)水平角觀測(cè)的誤差2-1角度測(cè)量原理水平角觀測(cè)原理水平角用于確定點(diǎn)的平面位置（計(jì)算坐標(biāo)）。豎直角觀測(cè)原理豎直角用于兩點(diǎn)間高差計(jì)算、斜距改正成平距。1.水平角觀測(cè)原理一.水平角觀測(cè)原理水平角——過(guò)一點(diǎn)到兩個(gè)目標(biāo)的方向線垂直投影到水平面上所成的夾角。0°≦≦360°

。水平面aobAOB也可理解成是包含OA、OB視線的兩個(gè)鉛垂面之間的二面角。0ba水平度盤(pán)=b-a2.垂直角觀測(cè)原理2.豎直角觀測(cè)原理天頂鉛垂線水平線ACB0°90°180°270°高度角——在同一豎直面內(nèi)，目標(biāo)方向與水平方向的夾角稱(chēng)為高度角。=0°

90°，仰角為正，俯角為負(fù)；也叫垂直角。天頂距

：目標(biāo)方向與天頂方向（即鉛垂線的反方向）的夾角稱(chēng)為天頂距。豎直角：高度角、天頂距都是豎直面內(nèi)的角，通稱(chēng)豎直角。注：本書(shū)中的出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)“豎直角”若未作特殊說(shuō)明，皆指高度角。

2-2光學(xué)經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀概述DJ6經(jīng)緯儀的構(gòu)造一.經(jīng)緯儀的技術(shù)參數(shù)2.經(jīng)緯儀的技術(shù)參數(shù)技術(shù)項(xiàng)目一測(cè)回水平方向中誤差望遠(yuǎn)鏡有效孔徑不小于望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù)不小于水準(zhǔn)管分劃值水平度盤(pán)垂直度盤(pán)主要用途經(jīng)緯儀等級(jí)DJ1DJ2DJ6126二等平面控制測(cè)量及精密工程測(cè)量60mm40mm40mm30倍28倍26倍6/2mm20/2mm30/2mm10/2mm20/2mm30/2mm三、四等平面控制測(cè)量及一般工程測(cè)量圖根控制測(cè)量及一般工程測(cè)量技術(shù)參數(shù)表3-1一、經(jīng)緯儀概述

1.經(jīng)緯儀分類(lèi)

二.光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造二.DJ6經(jīng)緯儀的構(gòu)造基座、照準(zhǔn)部、水平度盤(pán)、讀數(shù)裝置基座照準(zhǔn)部基座水平度盤(pán)照準(zhǔn)部1.基座1）腳螺旋用于整平儀器2）軸座連接螺旋（固定螺旋）

1基座2.照準(zhǔn)部1）.望遠(yuǎn)鏡①組成----見(jiàn)課本P18圖2.3②視準(zhǔn)軸③在用望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行目標(biāo)照準(zhǔn)時(shí)，要注意正確的操作程序：Ⅰ.目鏡調(diào)焦；Ⅱ.目標(biāo)照準(zhǔn)；Ⅲ.消除視差（視差定義、產(chǎn)生原因、消除方法）2）水準(zhǔn)器3）光學(xué)對(duì)中器2.照準(zhǔn)部望遠(yuǎn)鏡十字絲水準(zhǔn)器水準(zhǔn)管（管水準(zhǔn)器）水準(zhǔn)管零點(diǎn)水準(zhǔn)管軸氣泡居中水準(zhǔn)管分劃值圓水準(zhǔn)器圓水準(zhǔn)器零點(diǎn)圓水準(zhǔn)器軸氣泡居中圓水準(zhǔn)器分劃值光學(xué)對(duì)中器當(dāng)?shù)孛鏄?biāo)志中心與光學(xué)對(duì)中器的靶心重合，則地面標(biāo)志中心與經(jīng)緯儀豎軸中心位于同一條鉛垂線上。P20圖2.9水平度盤(pán)水平度盤(pán)由光學(xué)玻璃制成；順時(shí)針0°360°刻度；儀器整平，水平度盤(pán)水平；水平度盤(pán)與照準(zhǔn)部相互脫離；改變度盤(pán)位置，要使用復(fù)測(cè)扳手或度盤(pán)變換手輪。讀數(shù)顯微鏡豎直度盤(pán)（豎盤(pán)）3.度盤(pán)和讀數(shù)系統(tǒng)

0901802700901802704.J6經(jīng)緯儀的

讀數(shù)裝置圖3-5J6經(jīng)緯儀度盤(pán)讀數(shù)光路水平度盤(pán)垂直度盤(pán)讀數(shù)光路J6光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)度盤(pán)上1度分劃的間隔經(jīng)放大后，與分微尺全長(zhǎng)相等。分微尺全長(zhǎng)分60格，因此其最小格值為1=60″。讀數(shù)時(shí)，秒數(shù)必須估讀。估讀至0.1格，因此，估讀的秒數(shù)都應(yīng)是6″的倍數(shù)。J6光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)兩種讀數(shù)測(cè)微裝置：分微尺測(cè)微和平行玻璃板測(cè)微水平度盤(pán)讀數(shù)：73°04′24″0173b).平行玻璃板測(cè)微平行玻璃板與測(cè)微尺由測(cè)微手輪控制。轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微手輪，使度盤(pán)像移動(dòng)，則移動(dòng)量可在測(cè)微尺上讀出。平行玻璃板最大調(diào)節(jié)范圍為30分，測(cè)微尺全長(zhǎng)刻度也等于30分。操作時(shí)，調(diào)節(jié)測(cè)微手輪，使度盤(pán)某度(或某30分)的刻度線居中于雙線讀數(shù)指標(biāo)，雙指標(biāo)線所夾刻度的度數(shù)(或30分)加上測(cè)微尺讀數(shù)，即為該方向的讀數(shù)。b).平行玻璃板測(cè)微——利用測(cè)微手輪，用指標(biāo)線讀數(shù)水平度盤(pán)讀數(shù)：92°17′30″2-3經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)與校正經(jīng)緯儀的軸線及其應(yīng)滿(mǎn)足的條件經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)和校正一、經(jīng)緯儀的軸線及其應(yīng)滿(mǎn)足的條件1.經(jīng)緯儀的主要軸線有：1）儀器旋轉(zhuǎn)軸（簡(jiǎn)稱(chēng)豎軸）VV1；2）照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸LL1；3）圓水準(zhǔn)器軸L′L1′；4）望遠(yuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)軸（簡(jiǎn)稱(chēng)橫軸）HH1；5）視準(zhǔn)軸CC1。2.經(jīng)緯儀在水平角觀測(cè)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足：1）豎軸必須豎直；2）水平度盤(pán)必須水平，其分劃中心應(yīng)與豎軸重合；3）望遠(yuǎn)鏡上下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，視準(zhǔn)軸形成的視準(zhǔn)面必須是豎直平面。3.度盤(pán)偏心誤差：度盤(pán)的分劃中心O與照準(zhǔn)部的旋轉(zhuǎn)中心O′不重合引起的誤差稱(chēng)為度盤(pán)偏心差。計(jì)算公式見(jiàn)課本P25

綜上所述，經(jīng)緯儀必須滿(mǎn)足下列幾個(gè)條件：1．照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸應(yīng)垂直于豎軸，即LL1⊥VV1；2．視準(zhǔn)軸應(yīng)垂直于橫軸，即CC1⊥HH1；3．橫軸應(yīng)垂直于豎軸，即HH1⊥VV1；安置儀器時(shí)，為了快速地整平儀器，往往用圓水準(zhǔn)氣泡居中來(lái)粗平儀器，因此又要求：4．圓水準(zhǔn)軸平行于縱軸，即L’L’1∥VV1；觀測(cè)水平角時(shí)，若用十字絲交點(diǎn)去瞄準(zhǔn)目標(biāo)不很方便，通常是用豎絲去瞄準(zhǔn)目標(biāo)，這又要求：5．十字絲豎絲垂直于橫軸；6．在進(jìn)行垂直角觀測(cè)時(shí)，豎盤(pán)指標(biāo)差應(yīng)較小，應(yīng)保證豎盤(pán)指標(biāo)處于鉛直位置；7．為保證光學(xué)對(duì)中器能正確地使儀器對(duì)中，光學(xué)對(duì)中器視準(zhǔn)軸位置應(yīng)正確。二、經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)和校正（一）水準(zhǔn)管軸應(yīng)垂直于豎軸的檢驗(yàn)和校正(LL1⊥VV1)1．檢驗(yàn)

2．校正

3．檢校原理（二）圓水準(zhǔn)器的檢驗(yàn)和校正（L’L’1∥VV1）1．檢驗(yàn)：在照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸檢校完成的基礎(chǔ)上，整平經(jīng)緯儀，若圓水準(zhǔn)器氣泡不居中，則需校正。2．校正：如圖2-19，用改正針撥動(dòng)圓水準(zhǔn)器下面的校正螺釘，使圓水準(zhǔn)器氣泡居中即可。（三）十字絲豎絲應(yīng)垂直于橫軸的檢驗(yàn)和校正1．檢驗(yàn)方法2．校正方法（四)視準(zhǔn)軸應(yīng)垂直于橫軸的檢驗(yàn)和校正(CC1⊥HH1)視準(zhǔn)軸未能真正垂直于橫軸而致其偏離正確位置的小角值稱(chēng)為視準(zhǔn)誤差c。1．檢驗(yàn)原理：2c＝盤(pán)左讀數(shù)－(盤(pán)右讀數(shù)土180°)2．校正方法：當(dāng)|2c|≥±20″時(shí)需要校正。1）不含度盤(pán)偏心差時(shí)校正方法：計(jì)算盤(pán)左盤(pán)右瞄準(zhǔn)同一目標(biāo)的水平盤(pán)讀數(shù)的盤(pán)右（或盤(pán)左）正確讀數(shù)a=［a右+（a左±180°）］/22）含度盤(pán)偏心差時(shí)校正方法---正倒鏡法（見(jiàn)下一張）

含度盤(pán)偏心差時(shí)校正方法---正倒鏡法（五）橫軸應(yīng)垂直于豎軸的檢驗(yàn)(HH1⊥VV1)引起橫軸不水平有兩方面的原因：一為豎軸雖已豎直而橫軸不垂直于豎軸；一為橫軸雖已垂直豎軸，但豎軸本身不豎直。前者稱(chēng)為橫軸誤差，后者稱(chēng)為豎軸傾斜誤差。用盤(pán)左、盤(pán)右觀測(cè)同一個(gè)目標(biāo)時(shí)，Δi數(shù)值相等而符號(hào)相反，取盤(pán)左、盤(pán)右觀測(cè)值的平均值可抵消橫軸誤差的影響。1.橫軸誤差計(jì)算公式見(jiàn)課本P302）校正：由于光學(xué)經(jīng)緯儀的橫軸是密封的，一般能保證橫軸與豎軸的垂直關(guān)系，測(cè)量人員只需進(jìn)行檢驗(yàn)，而校正一般由專(zhuān)門(mén)的儀器檢修人員完成。1）檢驗(yàn)（見(jiàn)課本P31頂）2．豎軸傾斜誤差產(chǎn)生豎軸傾斜誤差的原因是：水準(zhǔn)管軸不垂直于豎軸，或安置儀器時(shí)水準(zhǔn)管氣泡未完全居中。處理方法：由于經(jīng)緯儀安置后豎軸的傾斜方向一般不會(huì)改變，盤(pán)左、盤(pán)右觀測(cè)也不會(huì)改變，所以用盤(pán)左、盤(pán)右觀測(cè)的方法不能抵消豎軸傾斜誤差對(duì)某一方向值的影響。因此，在觀測(cè)前，要仔細(xì)地進(jìn)行照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管的檢驗(yàn)和校正，觀測(cè)目標(biāo)的垂直角較大時(shí)，應(yīng)使水準(zhǔn)管的氣泡嚴(yán)格居中，以減弱豎軸傾斜誤差對(duì)水平方向值的影響。（六）光學(xué)對(duì)中器的檢驗(yàn)和校正1.檢驗(yàn)：兩步2.校正：專(zhuān)業(yè)人員2-4水平角觀測(cè)經(jīng)緯儀的安置水平角觀測(cè)與計(jì)算經(jīng)緯儀的安置安置三腳架和儀器使用光學(xué)對(duì)中器對(duì)中用水準(zhǔn)管精確整平儀器水平角觀測(cè)安置三腳架和儀器(1)選擇堅(jiān)固地面放置腳架之三腳，架設(shè)腳架頭至適當(dāng)高度，以方便觀測(cè)操作。(2)將垂球掛在三腳架的掛鉤上，使腳架頭盡量水平地移動(dòng)腳架位置并讓垂球粗略對(duì)準(zhǔn)地面測(cè)量中心，然后將腳尖插入地面使其穩(wěn)固。(3)檢查腳架各固定螺絲固緊后，將儀器置于腳架頭上并用中心聯(lián)接螺旋聯(lián)結(jié)固定。使用光學(xué)對(duì)中器對(duì)中(1) 調(diào)整儀器三個(gè)腳螺旋使圓水準(zhǔn)器氣泡居中。通過(guò)對(duì)中器目鏡觀察，調(diào)整目鏡調(diào)焦旋鈕，使對(duì)中分劃標(biāo)記清晰。(2) 調(diào)整對(duì)中器的調(diào)焦旋鈕，直至地面測(cè)量標(biāo)志中心清晰并與對(duì)中分劃標(biāo)記在同一成像平面內(nèi)。(3) 松開(kāi)腳架中心螺絲（松至儀器能移動(dòng)即可），通過(guò)光學(xué)對(duì)中器觀察地面標(biāo)志，小心地平移儀器（勿旋轉(zhuǎn)），直到對(duì)中十字絲（或圓點(diǎn)）中心與地面標(biāo)志中心重合。(4) 再調(diào)整腳螺旋，使圓水準(zhǔn)器的氣泡居中。(5) 再通過(guò)光學(xué)對(duì)中器，觀察測(cè)量標(biāo)志中心是否與對(duì)中器中心重合，否則重復(fù)（3）和（4）操作，直至重合為止。(6) 確認(rèn)儀器對(duì)中后，將中心螺絲旋緊固定好儀器。(7)對(duì)中完成后檢查整平是否遭到破壞，否則應(yīng)重復(fù)整個(gè)過(guò)程；直到對(duì)中整平都滿(mǎn)足要求為止。用水準(zhǔn)管精確整平儀器(1)整平:使儀器縱軸鉛垂，水平度盤(pán)與橫軸水平，豎盤(pán)位于鉛垂面內(nèi)。(1)旋轉(zhuǎn)儀器照準(zhǔn)部讓水準(zhǔn)管與任意兩個(gè)腳螺旋連線平行，調(diào)整這兩個(gè)腳螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡居中。調(diào)整兩個(gè)腳螺旋時(shí)，旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)相反（如圖）。氣泡居中，1、2等高123用水準(zhǔn)管精確整平儀器(2)(2)將照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動(dòng)90°，用另一腳螺旋使水準(zhǔn)管氣泡居中。(3)重復(fù)⑴和⑵，使水準(zhǔn)管在該兩個(gè)位置上氣泡都居中。(4)在⑴的位置將照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動(dòng)180°，如果氣泡居中并且照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動(dòng)至任何方向氣泡都居中，則水準(zhǔn)管安置正確且儀器已整平。一測(cè)回觀測(cè)過(guò)程中，不得再調(diào)氣泡。123氣泡居中，3與1、2等高盤(pán)左/盤(pán)右觀測(cè)

“盤(pán)左”是指觀測(cè)者對(duì)著望遠(yuǎn)鏡時(shí)，豎盤(pán)在望遠(yuǎn)鏡的左邊；“盤(pán)右”指的是觀測(cè)者對(duì)著望遠(yuǎn)鏡目鏡時(shí)，豎盤(pán)在望遠(yuǎn)鏡的右邊。取盤(pán)左和盤(pán)右讀數(shù)的平均數(shù)作為觀測(cè)值，可以有效地消除儀器相應(yīng)的系統(tǒng)誤差對(duì)成果的影響。因此，在進(jìn)行水平和豎直角觀測(cè)時(shí)，要在完成盤(pán)左觀測(cè)之后，中轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡180°再完成盤(pán)右觀測(cè)。進(jìn)行水平角觀測(cè)時(shí)，先盤(pán)左照準(zhǔn)起始方向，并讀數(shù)。望遠(yuǎn)鏡目鏡調(diào)整和目標(biāo)照準(zhǔn)目鏡調(diào)整(1)取下望遠(yuǎn)鏡鏡蓋。(2)將望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天空，通過(guò)望遠(yuǎn)鏡觀察，調(diào)整目鏡旋鈕，使分劃板十字絲最清晰。目標(biāo)照準(zhǔn)用望遠(yuǎn)鏡豎絲精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)志中心。瞄準(zhǔn)盡量瞄準(zhǔn)目標(biāo)底部，減少由于目標(biāo)不豎直引起的方向誤差。照準(zhǔn)目標(biāo)的步驟(1)用粗瞄準(zhǔn)器的準(zhǔn)星對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。(2)調(diào)整望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦旋鈕，直至看清目標(biāo)。(3)旋緊水平與垂直制動(dòng)旋鈕，微調(diào)兩微動(dòng)旋鈕，將十字絲中心精確照準(zhǔn)目標(biāo)，這時(shí)眼睛左右上下輕微移動(dòng)觀察，若目標(biāo)與十字絲兩影像間有相對(duì)移位現(xiàn)象，則應(yīng)該再微調(diào)望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦旋鈕，直至兩影像清晰且相對(duì)靜止時(shí)止。測(cè)回法觀測(cè)水平角角是從起始方向(即第1方向)順時(shí)針轉(zhuǎn)到第2方向所成的角度，觀測(cè)時(shí)，必須首先確定起始方向，然后按照“測(cè)回法”的次序觀測(cè)。第1方向第2方向測(cè)站JKB觀測(cè)程序盤(pán)左：瞄準(zhǔn)J，水平角讀數(shù)置零，讀取j左；瞄準(zhǔn)K，讀數(shù)k左；盤(pán)右：瞄準(zhǔn)K，讀數(shù)k右；瞄準(zhǔn)J，讀數(shù)j右。左=k左-j左右=k右-j右水平角觀測(cè)記錄起始方向第一個(gè)讀數(shù)應(yīng)調(diào)成0°

（或180°

/N，N為測(cè)回?cái)?shù)）；分、秒數(shù)寫(xiě)足二位；改數(shù)時(shí)按有關(guān)規(guī)則。一測(cè)回過(guò)程中，不得再調(diào)整水準(zhǔn)管氣泡或改變度盤(pán)位置。水平角觀測(cè)記錄（測(cè)回法）第1方向第2方向測(cè)站JKB右KJ25424061800500741906B左JK00418742342741924741915測(cè)站豎盤(pán)位置目標(biāo)水平度盤(pán)讀數(shù)半測(cè)回角一測(cè)回平均角水平角觀測(cè)記錄大角表中盤(pán)右C讀數(shù)小于A讀數(shù)，不夠減時(shí)，應(yīng)加360后再減。精度要求：左-右±40“，在滿(mǎn)足精度要求的前提下，取:=(左+右)/2第2方向ACB第1方向水平角觀測(cè)記錄（測(cè)回法）B左AC010302143342右CA3434121801118214231221422542142303測(cè)站豎盤(pán)位置目標(biāo)水平度盤(pán)讀數(shù)半測(cè)回角一測(cè)回平均角方向觀測(cè)法方向觀測(cè)法一個(gè)測(cè)站觀測(cè)4個(gè)或4個(gè)以上方向時(shí)，采用方向觀測(cè)法，也稱(chēng)“全圓測(cè)回法”。ABOCD方向觀測(cè)法零方向盤(pán)左盤(pán)右一測(cè)回：盤(pán)左：A-B-C-D-A盤(pán)右：A-D-C-B-A測(cè)站測(cè)回?cái)?shù)目標(biāo)水平度盤(pán)讀數(shù)2C〃平均讀數(shù)·＇〃歸零方向值·＇〃各測(cè)回平均歸零方向值·＇〃盤(pán)左·＇〃盤(pán)右·‘〃O1A0024218002420（00238）002420000000000B6018422401830+12601836601558601556C11640182964012+6116401511637371163728D185173051736-6185173318514551851447A002301800236-6002332A9001002700106-6（900109）90010300000B15017063301700+61501703601554C2063830263824+620638271163718D2751548951548027515481851439A9001122700118-6900115方向法觀測(cè)水平角記錄計(jì)算表格2-5豎直角觀測(cè)豎直角觀測(cè)原理豎盤(pán)構(gòu)造特點(diǎn)豎直角計(jì)算公式豎盤(pán)指標(biāo)差垂直角觀測(cè)原理豎直角觀測(cè)原理天頂鉛垂線水平線ACB0°90°180°270°豎直角——在同一鉛垂面內(nèi)，瞄準(zhǔn)目標(biāo)的傾斜視線與水平視線的夾角。

=0°90°

，仰角為正，俯角為負(fù)。垂直角的主要用途豎直角的主要用途D=Scos將斜距化為平距

已知斜距S、豎直角，計(jì)算平距D：三角高程測(cè)量已知平距D、豎直角，計(jì)算A、B高差h：180°270°0°90°盤(pán)左豎直度盤(pán)與讀數(shù)指標(biāo)構(gòu)造特點(diǎn)豎盤(pán)隨望遠(yuǎn)鏡一起轉(zhuǎn)動(dòng)。豎盤(pán)與讀數(shù)指標(biāo)相互脫離。豎盤(pán)氣泡居中，指標(biāo)鉛垂。視線水平、指標(biāo)鉛垂時(shí)，豎盤(pán)讀數(shù)為常數(shù)：盤(pán)左時(shí)一般L0=90°，盤(pán)右時(shí)一般R0=270°。自動(dòng)歸零裝置一、豎盤(pán)裝置270°90°0°180°盤(pán)右二、豎直角的觀測(cè)與計(jì)算根據(jù)度盤(pán)刻度形式，確定豎直角計(jì)算公式，保證仰角為正、俯角為負(fù)。盤(pán)左盤(pán)右豎盤(pán)讀數(shù)與豎直角計(jì)算αL=90-LαR=R-270◆豎盤(pán)指標(biāo)差——豎盤(pán)水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，讀數(shù)指標(biāo)線與鉛垂線的夾角三、豎盤(pán)指標(biāo)差◆盤(pán)左盤(pán)右觀測(cè)豎直角取平均，可消除指標(biāo)差的影響?！糁笜?biāo)差計(jì)算公式：P94-19目標(biāo)豎盤(pán)位置指標(biāo)差一測(cè)回角值M左84118+3"84115右84112N左-34342+9"-34351右-34400豎盤(pán)讀數(shù)半測(cè)回角值水平角觀測(cè)的誤差分析1.儀器誤差：儀器校正的殘余誤差盤(pán)左盤(pán)右觀測(cè)取平均能消除：度