控制測量第一章講稿3

第三章精密光學經(jīng)緯儀及水平角觀測1《控制測量》

第三章/19117891012654321

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(jīng)緯儀。我國光學經(jīng)緯儀的精度系列分為J07，J1，J2，J6等規(guī)格。本章主要介紹J2級以上精密光學經(jīng)緯儀和電子經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造和儀器檢驗、一個測站上的水平角觀測并獲得正確觀測值的方法及測站平差、水平角觀測誤差及注意事項、偏心觀測及其改正。第一節(jié)精密光學經(jīng)緯儀

光學經(jīng)緯儀是用來測角的一種儀器，儀器的出產(chǎn)地和型號有很多。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，測角的儀器現(xiàn)在除了光學經(jīng)緯儀之外，還相繼產(chǎn)生了電子經(jīng)緯儀和全站儀，在進行三、四等控制測量時，以前主要是用光學經(jīng)緯儀來進行測角，現(xiàn)在大部分的生產(chǎn)單位用全站儀來測角。因為，控制網(wǎng)的布網(wǎng)方式除GPS網(wǎng)外，主要是用導線網(wǎng)的形式來布設(shè)，全站儀在觀測時可同時進行測角、測邊，還可直接測出坐標。我國光學經(jīng)緯儀的精度系列分為J07，J1，J2，J6等規(guī)格。精密光學經(jīng)緯儀是指J2級以上的儀器。在本節(jié)中，主要是介紹J2型光學經(jīng)緯儀。測繪0932班2《控制測量》

第三章117891012654321

一、精密光學經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)/19測繪0932班1、構(gòu)成經(jīng)緯儀的主要部件有望遠鏡——構(gòu)成視準軸，在照準目標時形成視準線，以便精確照準目標。照準部水準器——用來指示垂直軸的垂直狀態(tài)，以形成水平面和垂直面。垂直軸——作為儀器的旋轉(zhuǎn)軸，測定角度時，應(yīng)與測站鉛垂線一致。水平軸——作為望遠鏡俯仰的轉(zhuǎn)軸，以便照準不同高度的目標。水平度盤——用來在水平面上度量水平角，應(yīng)與水平面平行。垂直度盤——用來量度垂直角。另外，為了精確讀取度盤讀數(shù)，在水平度盤和垂直度盤上均有測微器。3《控制測量》

第三章/19117891012654321測繪0932班2、經(jīng)緯儀各主要部件應(yīng)滿足的關(guān)系

1．垂直軸與照準部水準器軸正交。即當照準部水準氣泡居中時，垂直軸與測站鉛垂線一致。

2．垂直軸與水平度盤正交且通過其中心。這樣，當垂直軸與測站鉛垂線一致時，水平度盤就與測站水平面平行，在其上面量取的角度，才是正確的水平角。

3．水平軸與垂直軸正交，視準軸與水平軸正交，當垂直軸與測站鉛垂線一致，俯仰望遠鏡，視準軸所形成的面才是垂直照準面。

4．水平軸與垂直度盤正交，且通過其中心。滿足此關(guān)系，當垂直軸與測站鉛垂線一致，水平軸水平時，垂直度盤就平行于過測站的垂直照準面，在它上面量取的角度，才是正確的垂直角?？偟膩碚f，就是三軸(垂直軸，水平軸，視準軸)兩盤(水平度盤和垂直度盤)之間的關(guān)系，一旦它們之間的關(guān)系被壞，就將給角度觀測帶來誤差。4《控制測量》

第三章1178910126543213、蘇州光學儀器廠生產(chǎn)的JGJ2光學經(jīng)緯儀的外貌和部件如圖/19測繪0932班1—望遠鏡物鏡；2—光學瞄準器；4—測微輪；5—讀數(shù)顯微鏡管；7—度盤影像變換螺旋；10—水平度盤變換螺旋護蓋；12—望遠鏡調(diào)焦環(huán)；13—讀數(shù)顯微鏡目鏡；14—望遠鏡目鏡；15—垂直度盤物鏡組蓋板；17—照準部水準器；18—水平制動螺旋；20—垂直度盤照明反光鏡；21—垂直度盤指標水準器觀察棱鏡；22—垂直度盤指標水準器微動螺旋；24—光學對點器；25—水平度盤照明反光鏡；26—照準部與基座的連接螺旋；27—固緊螺母；28—垂直制動螺旋；29—垂直微動螺旋；30—水平微動螺旋；31—三角基座；32—腳螺旋；

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第三章/194、北京TDJ2E光學經(jīng)緯儀的讀數(shù)北京光學儀器廠生產(chǎn)的TDJ2E光學經(jīng)緯儀，讀數(shù)設(shè)備采用光學數(shù)字化結(jié)構(gòu)，以便迅速和正確地讀取度盤上的大讀數(shù)；測微器采用雙光楔測微器，以消除光學測微器隙動差的影響；垂直度盤指標采用自動安平補償器，以減小置平誤差和提高垂直角觀測速度。 該儀器水平度盤的格值為20′測微器的格值為1″。讀數(shù)顯微鏡的視場如圖3-12所示，中窗內(nèi)是度盤正像分劃像；上窗內(nèi)是度和整10′的注記數(shù)，其中框標“∪”內(nèi)的數(shù)字是分的十位數(shù)；下窗內(nèi)是測微尺分劃像和注記數(shù)，其中位于上方的數(shù)字是分數(shù)，下方數(shù)字是整10″數(shù)。 在圖3-16的上窗中，一般會出現(xiàn)兩個整度數(shù)，如89、090。正確的度數(shù)應(yīng)該是三位數(shù)都出現(xiàn)，即090。讀數(shù)采用重合讀數(shù)法，圖3-17的度盤完整讀數(shù)為90°14′45″。117891012654321測繪0932班6控制測量》

第三章/19第三節(jié)方向觀測法和測站平差根據(jù)水平角觀測操作基本規(guī)則，可制定出不同的觀測方法，不論哪種觀測方法均應(yīng)能有效地減弱各種誤差影響，保證觀測結(jié)果的必要精度；操作程序要盡可能的簡單、有規(guī)律，以適應(yīng)野外作業(yè)。不同等級的水平角觀測的精度要求不同，其觀測方法也不同。當前三、四等以下的水平角觀測采用“方向觀測法”。有時，二等三角觀測也使用方向觀測法。1178910126543一、方向觀測法1測繪0932班若測站上有5個待測方向：A、B、C、D、E，選擇其中的一個方向（如A）作為起始方向（亦稱零方向），在盤左位置，從起始方向A開始，按順時針方向依次照準A、B、C、D、E，并讀取度盤讀數(shù)，稱為上半測回；然后縱轉(zhuǎn)望遠鏡，在盤右位置按逆時針方向旋轉(zhuǎn)照準部，從最后一個方向E開始，依次照準E、D、C、B、A并讀數(shù)，稱為下半測回。上下半測回合為一測回。這種觀測方法就叫做方向觀測法（又叫方向法）。

如果在上半測回照準最后一個方向E之后繼續(xù)按順時針方向旋轉(zhuǎn)照準部，重新照準零方向A并讀數(shù)；下半測回也從零方向A開始，依次照準A、E、D、C、B、A，并進行讀數(shù)。這樣，在每半測回中，都從零方向開始照準部旋轉(zhuǎn)一整周，再閉合到零方向上的操作，就叫“歸零”。

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第三章/197117891012654321測繪0932班圖3-28方向觀測法歸零的作用及零方向的選擇第一，邊長適中。就是說，與本點其他方向比較，其邊長既不是太長，又不是最短。第二，成像清晰，目標背景最好是天空。若本點所有目標的背景均不是天空時，可選擇背景為遠山的目標作為零方向。第三，視線超越或旁離障礙物較遠，不易受水平折光影響，視線最好從覘標的兩櫓柱中間通過。有些方向雖能滿足上述要求，但經(jīng)常處在云霧中，也不宜選作零方向。8《控制測量》

第三章/198二、一測站上的觀測程序在測站上做好觀測的準備工作以后，按以下步驟進行觀測。（1）照準零方向目標，按觀測度盤表配置測微盤和度盤。（2）按順時針方向旋轉(zhuǎn)照準部1～2周后，精確照準零方向標的，讀取水平度盤和測微盤讀數(shù)（重合對徑分劃線兩次，讀取水平度盤讀數(shù)一次，讀取測微盤讀數(shù)兩次）。（3）順時針方向旋轉(zhuǎn)照準部，精確照準2方向標的，按（2）款方法進行讀數(shù)，繼續(xù)按順時針方向旋轉(zhuǎn)照準部，依次精確照準3，4，…，n方向標的并讀數(shù)，最后閉合至零方向(當觀測的方向數(shù)小于3時，可以不“歸零”)。（4）縱轉(zhuǎn)望遠鏡，按逆時針方向旋轉(zhuǎn)照準部1~2周后，依次精確照準1，n，…3，2，1方向標的，并按（2）款讀數(shù)方法進行讀數(shù)。以上操作為一測回，方向觀測測回數(shù)見表3-2。表3-2方向法觀測的測回數(shù)117891012654321測繪0932班9《控制測量》

第三章/1991．觀測度盤表為了減弱度盤和測微盤分劃誤差影響，應(yīng)在開始觀測前編出觀測度盤表。零方向各測回度盤位置按下式計算：117891012654321測繪0932班型儀器

式中m——測回數(shù)；

j——測回序號（j=1，2，3，…，m）。三、觀測手簿的記錄與計算1、水平方向法記錄與計算以下是使用J2經(jīng)緯儀進行四等方向觀測一測回的手簿記錄、計算示例。10《控制測量》

第三章/1910117891012654321測繪0932班11/192、限差要求（J2儀器、四等要求）

光學測微器兩次重合讀數(shù)之差3秒；半測回歸零差8秒；一測回內(nèi)2C互差13秒；化歸同一起始方向后，同一方向值各測回互差9秒。《控制測量》

第三章117891012654321測繪0932班四、觀測成果的處理1、觀測結(jié)果的取舍1）“測回互差”超限。出現(xiàn)明顯的過大或過小之孤值例如用北光廠J07光學經(jīng)緯儀進行三等水平角觀測，某方向各測回的觀測秒值如下（限差為5秒）：顯然Ⅳ測回的31．3″過大，其他各測回秒值都很接近。因此認為Ⅳ測回的結(jié)果是不正常的，屬于孤值，可僅重測此測回。12/19《控制測量》

第三章2）“測回互差”超限，出現(xiàn)“一大一小”例如用T2，經(jīng)緯儀進行三等水平角觀測，某一方向的觀測結(jié)果如下：117891012654321

測繪0932班其中26.2″較小，36.1″較大，兩者互差超限，僅舍去26.2″時，其他各測回合限，僅舍去36.1″時，其他各測回互差也合限。此時可認為36.1″與26.2″屬于“一大一小”，應(yīng)重測這兩測回。3）“測回互差”超限，出現(xiàn)“兩小一大”(或兩大一小)

例如用010經(jīng)緯儀進行三等三角觀測，某方向的觀測結(jié)果如下：其中13.3″與23.8″互差超限；14.0″礦與23.8″互差也超限。若舍去13.3″和14.0″，其他各測回互差合限；若舍去23．8″，其他各測回也合限。此時可認為13.3″、14.0″與23.8″屬于‘兩小一大”，這三個測回均應(yīng)重測。13/19《控制測量》

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2．重測、補測的有關(guān)規(guī)定

1）凡因?qū)﹀e度盤、測錯方向、上半測回歸零差超限、讀記錯誤和中途發(fā)現(xiàn)觀測條件不佳等原因放棄的非完整測回，再進行的觀測通稱為補測。補測可隨時進行。因超出限差規(guī)定而重新觀測的完整測回，稱為重測。重測應(yīng)在基本測回全部完成之后進行，以便對成果綜合分析、比較，正確的判定原因之后再進行重測。

2）采用方向觀測法時，在1份成果中，基本測回重測的“方向測回數(shù)’’超過“方向測回總數(shù)”的三分之一時，應(yīng)重測整份成果。重測數(shù)的計算：在基本測回觀測結(jié)果中，重測1個方向算作1個“方向測回”；一測回中有2個方向重測，算作2個“方向測回”。1份成果的“方向測回總數(shù)’’(按基本測回計算)等于方向數(shù)減1乘以測回數(shù)，即(n-1)m。

3）一測回中，若重測的方向數(shù)超過本測回全部方向數(shù)的三分之一，該測回全部重測。觀測3個方向時，即使有1個方向超限，也應(yīng)將該測回重測。計算重測數(shù)時，仍按超限方向數(shù)計算。117891012654321測繪0932班14《控制測量》

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4）當某一方向的觀測結(jié)果因測回互差超限，經(jīng)重測仍不合限時，要在分析原因后再重測，以避免不合理的多余重測。

5）進行重測時，只聯(lián)測零方向。

6）基本測回的結(jié)果與其重測結(jié)果，一律上記簿。每一測回只采用一個合限結(jié)果。

7）零方向超限，全測回重測。

8）中途放棄的方向，最后補測。放棄方向數(shù)不超過全部方向數(shù)的三分之一。

9）因三角形閉合差、極條件、基線條件和方位角條件閉合差超限而重測時，應(yīng)重測整份成果。

五、測站平差這里所介紹的測站平差，是用算術(shù)中數(shù)的方法，求出各個方向的平差方向值。即：某一方向的平均方向值=

117891012654321測繪0932班15/19《控制測量》

第三章在實際作業(yè)中，測站平差計算是在固定表格——“水平方向觀測記簿”上進行例如117891012654321測繪0932班16/19《控制測量》

第三章117891012654321測繪0932班17《控制測量》

第三章/19117891012654321測繪0932班注：①括弧中的成果為劃去不采用。②一測回方向值的中誤差

m=9k=0.147③m個測回方向值中數(shù)中誤差

n為方向數(shù)，m為測回數(shù)。18/19《控制測量》

第三章第四節(jié)精密水平角觀測的誤差影響和操作的基本規(guī)則

觀測工作是在野外復雜條件下進行的，由于觀測人員和儀器的局限性以及外界因素的影響，觀測中會有誤差。為使觀測結(jié)果達到一定的精度，需要找出誤差的規(guī)律，研究和采取消除或減弱誤差影響的措施，制定出觀測操作中應(yīng)遵守的基本規(guī)則，以保證觀測成果的精度。一、

水平角觀測操作的基本規(guī)則水平角觀測操作的基本規(guī)則，是根據(jù)各種誤差對測角的影響規(guī)律制定出來的，實踐證明，它對消除或減弱各種誤差影響是行之有效的，應(yīng)當自覺遵守。1、一測回中不得變動望遠鏡焦距。觀測前要認真調(diào)整望遠鏡焦距，消除視差，一測回中不得變動焦距。轉(zhuǎn)動望遠鏡時，不要握住調(diào)焦環(huán)，以免碰動焦距。

2、在各測回中，應(yīng)將起始方向的讀數(shù)均勻分配在度盤和測微盤上。這是為了消除或減弱度盤、測微盤分劃誤差的影響。117891012654321測繪0932班19/19《控制測量》

第三章3、上、下半測回間縱轉(zhuǎn)望遠鏡，使一測回的觀測在盤左和盤右進行。一般上半測回在盤左位置進行，下半測回在盤右位置進行，作用在于消除視準軸誤差及水平軸傾斜誤差的影響。4、下半測回與上半測回照準目標的順序相反，并保持對每一觀測目標的操作時間大致相等。5、半測回中照準部的旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)保持不變。這樣可以減弱度盤帶動和空隙帶動的誤差影響。若照準部已轉(zhuǎn)過所照準的目標，就應(yīng)按轉(zhuǎn)動方向再轉(zhuǎn)一周，重新照準，不得反向轉(zhuǎn)動照準部。因此，在上、下半測回觀測之前，照準部要按將要轉(zhuǎn)動的方向先轉(zhuǎn)1～2周。

6、測微螺旋、微動螺旋的最后操作應(yīng)一律“旋進”，并使用其中間部位，以消除或減弱螺旋的隙動差影響。7、觀測中，照準部水準器的氣泡偏離中央不得超過《規(guī)范》規(guī)定的格數(shù)（規(guī)范規(guī)定不超過1格）。其作用在于減弱垂直軸傾斜誤差的影響。在測回與測回之間應(yīng)查看氣泡的位置是否超出規(guī)定，若超出，應(yīng)立即重新整平儀器。若一測回中發(fā)現(xiàn)氣泡偏離超出規(guī)定，應(yīng)將該測回作廢，待整平后，再重新觀測該測回。117891012654321測繪0932班20/19《控制測量》

第三章第五節(jié)偏心觀測與歸心改正三角點的點位以標石的標志中心（一般習慣稱標石中心）為準，也就是說，三角點的坐標與三角點之間的方向和邊長都是以三角點的標石中心為依據(jù)的，因此，在觀測時要求儀器中心、照準圓筒中心與標石中心位于同一垂線上，即所謂“三心”一致。測站偏心：在實際測量中若遇到測站上不能安置儀器，即儀器中心與測站標石中心不在同一鉛垂線上，稱測站偏心。照準點偏心：若照準點上不能立反光鏡，即照準點中心與照準點標石中心不在同一鉛垂線上，稱照準點偏心。歸心改正：將偏心觀測獲得的觀測值化歸字至以標石中心為準的觀測值。117891012654321測繪0932班21/19《控制測量》

第三章

一、測站點偏心及測站點歸心改正數(shù)計算117891012654321測繪0932班如圖：為三角點的標石中心；

為儀器中心；測站上應(yīng)有正確觀測方向為

；由于測站點的偏心

，即儀器中心偏離了標石中心。因此，實際的觀測方向為

實際觀測方向值和應(yīng)有的正確方向值

之間差一個小角

稱為歸心改正。由圖可知圖中：為偏心距；為偏心角。統(tǒng)稱為歸心元素。由圖可得：