第二章 角度測(cè)量.ppt

1、第二章 角度測(cè)量,2-1 角度測(cè)量原理 2-2 光學(xué)經(jīng)緯儀 2-3 水平角測(cè)量 2-4 豎直角測(cè)量 2-5 經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)與校正 2-6 角度測(cè)量誤差分析及注意事項(xiàng),第一節(jié) 角度測(cè)量原理,一、水平角測(cè)量原理 地面上兩條直線之間的夾角在水平面上的投 影稱(chēng)為水平角，角值0360。如圖所示， A、B、O為地面上的任意點(diǎn)，通OA和OB直線各 作一垂直面，并把OA和OB分別投影到水平投影 面上，其投影線O1A1和O1B1的夾角A1O1B1，就是AOB的水平角。,如果在角頂O上安置一 個(gè)按順時(shí)針注記的全圓量 角器（稱(chēng)為度盤(pán)），其度 盤(pán)中心O2在通過(guò)測(cè)站O點(diǎn) 的鉛垂線上，設(shè)OA和OB 兩條方向線在水平刻度盤(pán)

2、上的投影讀數(shù)為a和b，則 水平角為： = b-a,二、豎直角測(cè)量原理 1、 在同一豎直面內(nèi)視線和水平線之間的夾角稱(chēng)為豎直角,角值-90+90 ?？煞譃檠鼋?+)和俯角(-)。 2、天頂距（z)：視線與上方鉛垂線的夾角。 z+=90,第二節(jié) 光學(xué)經(jīng)緯儀,正面,反面,一、經(jīng)緯儀分類(lèi) 按精度分：DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ60 按讀數(shù)分：光學(xué)經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀 二、DJ6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造 1、照準(zhǔn)部： 望遠(yuǎn)鏡、豎直度盤(pán)、水準(zhǔn)器（圓水準(zhǔn)器、管水準(zhǔn)器、水準(zhǔn)器分劃格值）、讀數(shù)設(shè)備 2、水平度盤(pán)（0-360） 3、基座,1.基座,腳螺旋用于整平儀器,2.照準(zhǔn)部,照準(zhǔn)部(水平)制動(dòng)、微動(dòng) 望遠(yuǎn)鏡(

3、豎直)制動(dòng)、微動(dòng) 圓水準(zhǔn)器 8/2mm； 管水準(zhǔn)器30/2mm 望遠(yuǎn)鏡：倒像，2630倍， 目鏡調(diào)焦，物鏡調(diào)焦， 粗瞄準(zhǔn)器，十字絲 讀數(shù)顯微鏡 豎盤(pán)部分 光學(xué)對(duì)點(diǎn)器 復(fù)測(cè)扳手或度盤(pán)變換器,1）望遠(yuǎn)鏡 望遠(yuǎn)鏡的基本構(gòu)造 物鏡、目鏡、十字絲分劃板、調(diào)焦透鏡、物鏡對(duì)光螺旋、目鏡對(duì)光螺旋 。,如下圖所示,中間一條叫中絲(水平絲)用中絲在標(biāo)尺上讀取讀數(shù) 平行兩個(gè)短絲為視距絲,用以測(cè)定儀器至標(biāo)尺的距離,分別稱(chēng)上、下絲，中間一根為豎絲，豎絲用來(lái)精確照準(zhǔn)目標(biāo)。,（2） 十字絲分劃板,望遠(yuǎn)鏡放大倍數(shù),1、放大倍數(shù) 是測(cè)量?jī)x器上的一個(gè)重要指標(biāo),S3水準(zhǔn)儀放大倍數(shù)30,S1水準(zhǔn)儀放大倍數(shù)45,放大倍數(shù)越大,儀器精度

4、越高。S3 望遠(yuǎn) 200m以內(nèi),S1 望遠(yuǎn)1km左右,S05 1km以上。 2、視差及消除。（見(jiàn)下頁(yè)圖）,視差現(xiàn)象,2）水準(zhǔn)器, 水準(zhǔn)器的分類(lèi) 水準(zhǔn)器用途 水準(zhǔn)器結(jié)構(gòu)原理 水準(zhǔn)器置中精度, 分劃值:,圓水準(zhǔn)器,管水準(zhǔn)器,3.水平度盤(pán),水平度盤(pán)由光學(xué)玻璃制成 順時(shí)針0360刻劃； 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。,分微尺測(cè)微器讀數(shù)窗示意圖,0 1 2 3 4 5 6,1800618 755706,三、DJ6經(jīng)緯儀測(cè)微裝置及其讀數(shù) 1、分微尺測(cè)微器及其讀數(shù)方法 2、單平板玻璃測(cè)微器及其讀數(shù)方法,水平度盤(pán)讀數(shù)495252 豎直度盤(pán)讀

5、數(shù)1070140 單平板玻璃測(cè)微器讀數(shù)窗,四、DJ2型光學(xué)經(jīng)緯儀及其讀數(shù)裝置,正面,反面,讀數(shù)設(shè)備：采用對(duì)徑分劃線影象符合讀數(shù)裝置 讀數(shù)規(guī)則： 轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微手輪，使度盤(pán)正、倒像分劃線精密重合。 由靠近視場(chǎng)中央讀出上排正像左邊分劃線的度數(shù)，即30。 數(shù)出上排的正像30與下排倒像210之間的格數(shù)再乘以10，就是整十分的數(shù)值，即20。 在旁邊小窗中讀出小于10的分、秒數(shù)。測(cè)微尺分劃影像左側(cè)的注記數(shù)字是分?jǐn)?shù)，右側(cè)的注記數(shù)字1、2、3、4、5是秒的十位數(shù)，即分別為10、20、30、40、50。將以上數(shù)值相加就得到整個(gè)讀數(shù)。故其讀數(shù)為： 度盤(pán)上的度數(shù) 30 度盤(pán)上整十分?jǐn)?shù) 20 測(cè)微尺上分、秒數(shù) 800 全部

6、讀數(shù)為 ：302800 另一種讀數(shù)方式為：窗口式半數(shù)字化的讀數(shù)。(見(jiàn)圖3-8),第三節(jié) 水平角觀測(cè),一、經(jīng)緯儀的技術(shù)操作,經(jīng)緯儀的技術(shù)操作包括：對(duì)中整平 瞄準(zhǔn)讀數(shù),1、對(duì)中的目的:使儀器中心與測(cè)站點(diǎn)位于同一鉛垂線上。方法有垂球?qū)χ泻凸鈱W(xué)對(duì)中器對(duì)中。 整平的目的:使儀器豎軸鉛直，水平度盤(pán)處于水平位置。它包括粗平與精平。,對(duì)中,整平,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)。整平誤差1格。,瞄準(zhǔn),瞄準(zhǔn)：用望遠(yuǎn)鏡豎絲精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)志中心。,操作步驟： 粗瞄、制動(dòng)、調(diào)焦消除視差、水平微動(dòng)精確瞄準(zhǔn)。 用水平微動(dòng)完成瞄準(zhǔn)。 盡量瞄準(zhǔn)目標(biāo)下部，減少由于目標(biāo)不垂直引起的 方向誤差。,采用光

7、學(xué)對(duì)中器安置經(jīng)緯儀的操作步驟如下： （1） 將儀器置于測(cè)站點(diǎn)上，架頭大致水平。粗略對(duì)中測(cè)站點(diǎn)。 （2） 旋轉(zhuǎn)腳螺旋使光學(xué)對(duì)中器對(duì)準(zhǔn)測(cè)站點(diǎn)。 （3） 伸縮三腳架腿，使圓水準(zhǔn)氣泡居中。再用腳螺旋精確整平經(jīng)緯儀。 （4） 如果光學(xué)對(duì)中器分劃圈不在測(cè)站點(diǎn)上，應(yīng)松開(kāi)連接螺旋，在架頭上平移儀器，使分劃圈對(duì)準(zhǔn)測(cè)站點(diǎn)。 （5） 重新再整平儀器使長(zhǎng)氣泡居中，依此反復(fù)進(jìn)行直至儀器整平后，光學(xué)對(duì)中器分劃圈對(duì)準(zhǔn)測(cè)站點(diǎn)為止。,二、水平角觀測(cè)方法 測(cè)回法(適用兩個(gè)方向) 盤(pán)左：順時(shí)針?lè)较蛴^測(cè)A B L=bL-aL 盤(pán)右：逆時(shí)針?lè)较蛴^測(cè)B A R=bR-aR 上、下兩個(gè)半測(cè)回合稱(chēng)為一測(cè)回。 = (L+R) /2,若兩個(gè)半測(cè)

8、回的不符值超過(guò)40時(shí)，則該水平角應(yīng)重新觀測(cè)。 當(dāng)測(cè)角精度要求較高時(shí)，須觀測(cè)n 個(gè)測(cè)回。每個(gè)測(cè)回應(yīng)按180/n差值變換度盤(pán)起始位置。,2. 方向觀測(cè)法（方向數(shù)大于3個(gè)）,1）選擇起始方向；(如A) 2）盤(pán)左順時(shí)針觀測(cè)各方向；(A、B、C、D、A） 3）盤(pán)右逆時(shí)針觀測(cè)各方向；（A、D、C、B、A） 4）在符合各項(xiàng)限差要求后，計(jì)算各方向歸零方向值。 如測(cè)n個(gè)測(cè)回,則應(yīng)變換起始度盤(pán)度數(shù)180/n。,方 向 觀 測(cè) 法 記 錄 表,垂直角的主要用途,垂直角的主要用途,(3-4-2),第四節(jié) 豎直角測(cè)量,豎直度盤(pán)垂直固定在望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)軸的一端，隨望遠(yuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。 豎直度盤(pán)、豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管、指標(biāo)線三者關(guān)系

9、 豎直度盤(pán)的刻劃與水平度盤(pán)基本相同，但其注字隨儀器構(gòu)造的不同分為順時(shí)針和逆時(shí)針兩種形式。,一、豎直度盤(pán)的構(gòu)造,對(duì)于J6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀豎盤(pán)與指標(biāo)及指標(biāo)水準(zhǔn)管之間應(yīng)滿足下列關(guān)系：當(dāng)視準(zhǔn)軸水平，指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，指標(biāo)所指的豎盤(pán)讀數(shù)值盤(pán)左為90，盤(pán)右為270。,目前光學(xué)經(jīng)緯儀普遍采用豎盤(pán)自動(dòng)歸零補(bǔ)償裝置來(lái)代替豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管。,如右圖的豎盤(pán)注記形式，其豎直角計(jì)算公式為： 左 =90 L 右=R 270 豎直角 = （ 左+ 右） = （R L 180）,二、豎直角的計(jì)算公式,推導(dǎo)豎直角計(jì)算公式的具體做法如下：,1. 盤(pán)左位置把望遠(yuǎn)鏡大致置水平位置，這時(shí)豎盤(pán)讀數(shù)值約為90（若置盤(pán)右位置約為270），這個(gè)

10、讀數(shù)稱(chēng)為始讀數(shù)。,2. 慢慢仰起望遠(yuǎn)鏡物鏡，觀測(cè)豎盤(pán)讀數(shù)（盤(pán)左時(shí)記作L，盤(pán)右時(shí)記作R），并與始讀數(shù)相比，是增加還是減少。,3. 以盤(pán)左為例，若L90，則豎角計(jì)算公式為：,左 =L 90,右 =270 R,豎直角 = （ 左+ 右 ）= （L R+180）,三、豎直角指標(biāo)差的計(jì)算,當(dāng)指標(biāo)偏離正確位置時(shí)，這個(gè)指標(biāo)線所指的讀數(shù)就比始讀數(shù)增大或減少一個(gè)角值，此值稱(chēng)為豎盤(pán)指標(biāo)差，也就是豎盤(pán)指標(biāo)位置不正確所引起的讀數(shù)誤差。 指標(biāo)差計(jì)算公式： X= （ 右左） = （R+L-360）,四、豎直角的觀測(cè)方法,1.盤(pán)左位置：瞄準(zhǔn)目標(biāo)后，使豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤(pán)讀數(shù)L，并記入豎直角觀測(cè)記錄表中。稱(chēng)為上半

11、測(cè)回觀測(cè)。 2.盤(pán)右位置：仍照準(zhǔn)原目標(biāo)，使豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤(pán)讀數(shù)值R，并記入記錄表中。稱(chēng)為下半測(cè)回觀測(cè)。 3.上、下半測(cè)回合稱(chēng)一測(cè)回觀測(cè)。 4.在豎直角觀測(cè)記錄表中進(jìn)行豎直角和指標(biāo)差的計(jì)算。,第五節(jié) 經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)與校正,一、經(jīng)緯儀主要軸系應(yīng)滿足下述幾何條件: 1、照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸應(yīng)垂直于儀器豎軸(LLVV)； 2、十字絲縱絲應(yīng)垂直于橫軸； 3、視準(zhǔn)軸應(yīng)垂直于橫軸(CCHH)； 4、橫軸應(yīng)垂直于儀器豎軸(HHVV)； 5、豎盤(pán)指標(biāo)差應(yīng)為零； 6、光學(xué)對(duì)中器的視準(zhǔn)軸應(yīng)與儀器豎軸重合。,二、照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管的檢驗(yàn)與校正 目的：當(dāng)照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，應(yīng)使水平度盤(pán)水平，豎軸鉛垂。 檢驗(yàn)方法：

12、將儀器安置好后，使照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管平行于一對(duì)腳螺旋的連線，轉(zhuǎn)動(dòng)這對(duì)腳螺旋使氣泡居中。再將照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)180，若氣泡仍居中，說(shuō)明條件滿足，即水準(zhǔn)管軸垂直于儀器豎軸，否則應(yīng)進(jìn)行校正。 校正方法：轉(zhuǎn)動(dòng)平行于水準(zhǔn)管的兩個(gè)腳螺旋使氣泡退回偏離零點(diǎn)的格數(shù)的一半，再用撥針撥動(dòng)水準(zhǔn)管校正螺絲，使氣泡居中。,三、十字絲豎絲的檢驗(yàn)與校正 目的：使十字絲豎絲垂直橫軸。當(dāng)橫軸居于水平位置時(shí)，豎絲處于鉛垂位置。 檢驗(yàn)方法：用十字絲豎絲的一端精確瞄準(zhǔn)遠(yuǎn)處某點(diǎn)，固定水平制動(dòng)螺旋和望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺旋，慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡微動(dòng)螺旋。如果目標(biāo)不離開(kāi)豎絲，說(shuō)明此項(xiàng)條件滿足，即十字絲豎絲垂直于橫軸，否則需要校正。 校正方法：要使豎絲鉛垂，就要轉(zhuǎn)動(dòng)十

13、字絲板座或整個(gè)目鏡部分。,四、視準(zhǔn)軸的檢驗(yàn)與校正 目的：使望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸垂直于橫軸。視準(zhǔn)軸不垂直于橫軸的傾角c稱(chēng)為視準(zhǔn)軸誤差，也稱(chēng)為2c誤差，它是由于十字絲交點(diǎn)的位置不正確而產(chǎn)生的。 檢驗(yàn)方法：選與視準(zhǔn)軸近于水平的一點(diǎn)作為照準(zhǔn)目標(biāo)，盤(pán)左照準(zhǔn)目標(biāo)的讀數(shù)為左，盤(pán)右再照準(zhǔn)原目標(biāo)的讀數(shù)為右，如與不相差180，則表明視準(zhǔn)軸不垂直于橫軸，視準(zhǔn)軸應(yīng)進(jìn)行校正。 校正方法：以盤(pán)右位置讀數(shù)為準(zhǔn)，計(jì)算兩次讀數(shù)的平均數(shù)a，即a= （ 右+（ 左+180），轉(zhuǎn)動(dòng)水平微動(dòng)螺旋將度盤(pán)讀數(shù)值配置為讀數(shù)a，此時(shí)視準(zhǔn)軸偏離了原照準(zhǔn)的目標(biāo)，然后拔動(dòng)十字絲校正螺絲，直至使視準(zhǔn)軸再照準(zhǔn)原目標(biāo)為止，即視準(zhǔn)軸于橫軸相垂直。,五、橫軸的檢驗(yàn)

14、與校正 目的：使橫軸垂直于儀器豎軸。 檢驗(yàn)方法：將儀器安置在一個(gè)清晰的高目標(biāo)附近，其仰角為30左右。盤(pán)左位置照準(zhǔn)高目標(biāo)M點(diǎn)，固定水平制動(dòng)螺旋，將望遠(yuǎn)鏡大致放平，在墻上或橫放的尺上標(biāo)出P1點(diǎn)，縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，盤(pán)右位置仍然照準(zhǔn)M點(diǎn)，放平望遠(yuǎn)鏡，在墻上標(biāo)出P2點(diǎn)。如果P1和P2相重合，則說(shuō)明此條件滿足，即橫軸垂直于儀器豎軸，否則需要進(jìn)行校正。,六、豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管的檢驗(yàn)與校正 目的：使豎盤(pán)指標(biāo)差X為零，指標(biāo)處于正確的位置。 檢驗(yàn)方法：安置經(jīng)緯儀于測(cè)站上，用望遠(yuǎn)鏡在盤(pán)左、盤(pán)右兩個(gè)位置觀測(cè)同一目標(biāo)，當(dāng)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中后，分別讀取豎盤(pán)讀數(shù)L和R，計(jì)算出指標(biāo)差X。如果X超過(guò)限差，則須校正。 校正方法：求得正

15、確的豎直角后，不改變望遠(yuǎn)鏡在盤(pán)右所照準(zhǔn)的目標(biāo)位置，轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，根據(jù)豎盤(pán)刻劃注記形式，在豎盤(pán)上配置豎角為值時(shí)的盤(pán)右讀數(shù)R(R=270+ )，此時(shí)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡必然不居中，然后用拔針拔動(dòng)豎盤(pán)指標(biāo)水準(zhǔn)管上、下校正螺絲使氣泡居中即可。,七、光學(xué)對(duì)中器的檢驗(yàn)與校正 目的：使光學(xué)對(duì)中器視準(zhǔn)軸與儀器豎軸重合 檢驗(yàn) 觀測(cè)對(duì)點(diǎn)器并調(diào)整儀器位置，使地面點(diǎn)標(biāo)記成像于分劃板的中心點(diǎn)。 繞豎軸轉(zhuǎn)動(dòng)儀器180，進(jìn)行檢查，如果中心標(biāo)記仍在圓的中心，就無(wú)需調(diào)整，否則應(yīng)按下列方法進(jìn)行調(diào)整。 調(diào)整 逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)取下校正螺釘保護(hù)蓋，用校針調(diào)整四個(gè)螺釘，使中心標(biāo)記朝中心圓方向移動(dòng)，移動(dòng)距離為偏移量的1/2。 平

16、移儀器使儀器地面點(diǎn)標(biāo)記移到中心圓內(nèi)。 轉(zhuǎn)動(dòng)儀器180，觀測(cè)地面點(diǎn)標(biāo)記，若處于中心圓的中心則表明校正完畢，否則要重復(fù)以上校正步驟。 注意 要調(diào)整分劃板位置，應(yīng)先松動(dòng)一邊的調(diào)整螺釘，然后根據(jù)松開(kāi)量擰緊另一邊的調(diào)整螺釘，逆時(shí)針為松動(dòng)螺釘，順時(shí)針為擰緊螺釘，松和緊的轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)盡可能小一些。,一、儀器誤差 1視準(zhǔn)軸誤差 取盤(pán)左、盤(pán)右平均值可消除其影響。 2橫軸誤差 取盤(pán)左、盤(pán)右平均值可消除其影響。 3豎軸誤差 觀測(cè)水平角時(shí)，儀器豎軸不處于鉛垂方向，而偏 離一個(gè)角度，稱(chēng)豎軸誤差。取盤(pán)左、盤(pán)右平均值不 可消除其影響。 4、度盤(pán)偏心差 取盤(pán)左、盤(pán)右平均值可消除其影響,第六節(jié) 角度測(cè)量誤差及注意事項(xiàng),二、對(duì)中誤差與目標(biāo)偏心 觀測(cè)水平角時(shí)，對(duì)中不準(zhǔn)確，使得儀器中心與測(cè)站點(diǎn)的標(biāo)志中心不在同一鉛垂線上即是對(duì)中誤差，也稱(chēng)測(cè)站偏心。 當(dāng)照準(zhǔn)的目標(biāo)與其它地面標(biāo)志中心不在一條鉛垂線上時(shí)，兩點(diǎn)位置的差異稱(chēng)目標(biāo)偏心或照準(zhǔn)點(diǎn)偏心。其影響類(lèi)似對(duì)中誤差，邊長(zhǎng)越短，偏心距越大，影響也越大。,三、觀測(cè)誤差 1瞄準(zhǔn)誤差 人眼分辯兩個(gè)的最小視角約為60，瞄準(zhǔn)誤差為 2讀數(shù)誤差 四、外界條件的影響 1、風(fēng) 2、溫度 3、霧、大氣