【测绘课件】03角度测量.ppt
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1、测量学 第三章,角 度 测 量 马莉、杨腾峰 制作 本 章 要 点 1、水平角和竖直角的概念 2、J2经纬仪的构造及使用 3、水平角和竖直角的测量方法及有关计算(难点) 4、 J2经纬仪应满足的几何条件,第三章角度测量,2,无论是地形图的测绘或建筑物的定位,还是道路、管线中心位置的测设都需要进行角度测量。 w 角度是确定点位的基本要素之一 w 角度测量是测量三项基本工作之一,第三章角度测量,3,目 录,第一节 角度测量的原理 第二节 经纬仪的原理和构造 第三节 水平角观测方法 第四节 竖直角的观测方法 第五节 经纬仪的检验与校正 第六节 水平角观测 的误差分析 第七节 电子经纬仪简介,第三章角
2、度测量,4,3-1 水平角的测量原理,一、角度的概念 测量中使用的角度分为水平角和竖直角。 l 水平角 地面上某点到两目标方向在水平面上垂直投影的夹角。或由地面上一点发出的两方向线所在竖直平面间的二面角。其角值范围为 “0 360 ” 见 图3-J,第三章角度测量,5,第三章角度测量,6,二、水平角的测量原理,水平角测量原理:由图3-1可见 若在A点的铅垂线上任一点O,设置一按顺时针方向增加从0360分划的水平刻度圆盘,使刻度盘圆心正好位于过A点的铅垂线上。设A点到B、C目标方向线在水平刻度盘上的投影读数分别为b 和c, 则水平角:=cb, 即: 水平角=右目标读数读数 左目标读数读数 。 当
3、0 时,加上360。,第三章角度测量,7,图3-1,图3-1,第三章角度测量,8,3-2 经纬仪的原理与构造,一、经纬仪的分类 l 按读数分:光学经纬仪和电子经纬仪。 l 按精度分:DJ1、DJ2、DJ6等几种型号,“D”和“J”分别为“大地测量”和“经纬仪”两词汉语拼音的首字母,“2”、“6”表示该仪器所能达到的精度指标。如DJ6表示一测回方向值的中误差为6。,第三章角度测量,9,经纬仪类别:,影3-1,第三章角度测量,10,表3-1 经纬仪系列的技术参数,表3-1 经纬仪系列的技术参数,第三章角度测量,11,图3-2,二、光学经纬仪的基本构造,第三章角度测量,12,二、光学经纬仪的基本构造
4、,三个功能部分: (一)对中整平装置 l 作用: 将度盘中心安置在所测角顶的铅垂线上,并使水平度盘水平,仪器各轴线处于正确位置。 l 主要包括: 基座、垂球或光学对中器、脚螺旋、水准器。 见图3-2,第三章角度测量,13,1. 对中装置:,对中的目的:使仪器中心位于测站点的铅垂线上。 用垂球或光学对中器使仪器竖轴轴线与测站点的铅垂线重合。 垂球对中:垂球悬挂于中心连结螺旋上,当垂球尖对准测站点标志时说明两者重合。 光学对中器 l光学对中器有的装在照准部上,有的装在基座上。 l它是一个小型外调焦望远镜(原理见图3-3) 。,第三章角度测量,14,图3-3,l当照准部水准管气泡居中时,对中器的视线
5、经棱镜折射后的一段成铅垂方向,且应与竖轴中心线重合, 当地面标志中心与光学对中器分化板十字中心重合时,说明仪器中心(水平度盘中心)已位于测站点的铅垂线上。,第三章角度测量,15,2. 整平装置水准器,l整平目的:使水平度盘水平,仪器竖轴竖直. l整平装置: w 圆水准器: 位于基座,用于粗平;通过升降两个三脚架腿使圆水准气泡居中(图3-2a 4) w 管水准器: 位于照准部,用于精平。用脚螺旋升降基座以使气泡居中。 (图3-2a 16) (二)照准装置 包括望远镜、支架、转动控制装置见图3-2。 l 望远镜 用以照准目标。与水准仪的区别在于: w经纬仪的调焦筒代替了水准仪的调焦螺旋; w十字丝
6、分化板有单、双丝,以适应瞄准不同形式的地面目标,如图3-9所示;,第三章角度测量,16,w 为了照准不同高度的目标点,望远镜既可以随照准部在水平面内转动,也可以在竖直面内自由旋转。,l 经纬仪的四条主要轴线: 仪器视准轴(或称视线)、竖轴、水准管轴、横轴(望远镜在竖直面内的旋转轴) l 转动控制装置(用于瞄准) 两套制微动螺旋 照准部水平转动的制动和微动螺旋; 望远镜竖直面内转动的制动和微动螺旋。,图3-9,第三章角度测量,17,(三)读数装置,l 作用:在照准某方向时读取水平度盘和竖直度盘的读数。 l 组成:包括水平度盘、水平度盘配盘装置、竖直度盘、光路系统、读数显微镜、测微器。见图3-2
7、水平度盘配盘装置 w 水平度盘变换手轮 转动手轮即拨动了水平度盘 w 复测扳手 板上:水平度盘与照准部分离,照准部转动度盘 不动; 板下:水平度盘与照准部合在一起,度盘随照准部一起转动。,第三章角度测量,18,经纬仪度盘 水平度盘和竖直度盘。 它们分别装在仪器纵、横旋转轴上。,水平度盘:为玻璃制成的圆环,在其圆周上刻有精密的分划由0360顺时针注记,简称度盘。 竖直度盘:一般有0360注记,有顺、逆时针之分,简称竖盘。 读数显微镜 放大水平度盘、竖直度盘及测微器的分划影像,能清晰地读取读数。 测微器 w分微尺测微器 w单平板玻璃测微器 w双平板玻璃测微器(对径符合测微器),第三章角度测量,19
8、,1分微尺测微器及读数方法,l DJ6型光学经纬仪的度盘分划值为1 l 读数窗上的分微尺:见图3-5 将度盘1间隔分成60个小格,成像后度盘的最小间隔1正好与分微尺60格的全长相等。分微尺的最小读数为1,可估度到0.1格值=0.1=6。 w 上面:水平度盘及其分微尺的影像,故水平度盘读数: (H)应为7304.4 w下面:竖直度盘及其分微尺的影像。竖直度盘读数: (V)为8706.3,第三章角度测量,20,图3-5,7304.4,8706.3,第三章角度测量,21,2单平板玻璃测微器及读数方法,l多见于DJ6型光学经纬仪。 l读数显微镜中图象见图3-7 w下窗 水平度盘,每半度一个刻划 w 中
9、间 竖直度盘每半度一个刻划。 w 上窗口 测微尺,有30个大格表示30分,每一个大格划为三小格,每小格为20秒。,l读数:转动测微轮,使度盘分划平分双指标线,双指标线所夹度盘分划为度盘读数;不足30的分、秒数从测微器窗口中读出(估读到0.1格值=0.2)。 图中水平度盘读数为:149302230=1495230,第三章角度测量,22,图3-7,水平度盘读数为:149302230=1495230,第三章角度测量,23,3双平板玻璃测微器及读数方法,DJ2型经纬仪采用双光楔或双平板玻璃测微器,现在读数大都采用半数字化对径符合读数法(仅介绍这种方法)。 在读数显微镜上部窗口显示度和整10数;中间为符
10、合窗,显示对径度盘刻划是否符合;下部为测微器,注记分数,可读取不足10数,其将10刻划成600格,每格为1 ,可估度出0.1,如图3-8所示。 l半数字化对径符合读数法: 瞄准目标后,先转动测微轮使符合窗内的对径度盘刻划符合(上下对齐),再读取上、下窗口读数之和。见图3-8。 特点:可消除照准部偏心误差的影响,提高读数精度; 经纬仪读数显微镜中只能看到水平度盘或竖直度盘的一种影 像,可通过换盘手轮(换像手轮)使其分别出现。,第三章角度测量,24,图3-8,图3-8的读数为190 59 30.5 ,第三章角度测量,25,3-3 水平角观测方法,一、基本操作 包括经纬仪的安置、目标设置、瞄准及读数
11、。 (一).安置经纬仪 1仪器安置 伸开三角架于测站点上方,将仪器置于三角架头中央位置,左手握住仪器的横轴支座,右手将三角架中心连接螺旋旋入仪器基座中心螺孔中并固紧。 安置中注意三点: l 三角架架头尽可能水平、仪器中心尽可能地处于测站点正上方; l 将三角架腿的固定螺旋适度拧紧,以防架腿滑落; l 较大坡度处置镜时宜将三角架两条腿置于下坡方向。,第三章角度测量,26,2对中:使仪器中心位于测站点的铅垂线上。,l垂球法 (对中误差一般可小于3mm) 垂球尖对准测站点标志中心。 l光学对中器法(对中误差一般不大于1mm) 光学对中器圆心与测站点标志中心重合。 方法1 :利用架腿 ,强制对中: 先
12、放下三脚架的一条架腿;双手分别握住另两条架腿稍离地面前后左右摆动(注意架头要平),眼睛同时观察对中器的目镜,直至分划圈中心对准测站点标志为止,放下两架腿踩紧三个架腿。,第三章角度测量,27,方法2:利用脚螺旋强制对中:,此法适合于松软地面或仪器安置比较困难的测站。 先目估三脚架中心大致对准测站点,踩紧三条架腿;调节经纬仪的三个脚螺旋使对中器分划圈中心对准测站点标志。 注:光学对中器的使用: 旋转镜筒,目镜调焦,看清对中器分划线; 拉伸镜筒,物镜调焦,看清地面测站点标志; 要使对中器分划和测站标志周围同时清晰。,第三章角度测量,28,(1)粗平仪器: 分别升降两架腿使圆水准气泡居中。 (2)精平
13、仪器:先平行,后垂直的方法。 l松开照准部水平制动螺旋,使水准管与两脚螺旋的连线平行,以相反的方向旋转两脚螺旋使管水准器气泡居中。(图3-加(a)先平行) l将照准部旋转90,转动第三个脚螺旋,使气泡居中。(图3-加(b)后垂直) 整平时气泡移动方向和左手大拇指转动方向一致。 顺时针转动脚螺旋时,该脚螺旋升高,气泡往高处走。,3、整平:使水平度盘水平、竖轴竖直。,第三章角度测量,29,图 3加,图3加,第三章角度测量,30,4、精确对中,再次整平,1)精确对中:检查对中器,若分划圈中心偏离测站点标志,则稍松中心连接螺旋,再前后左右平行移动基座,使之精确对中。 2)再次精确整平 重复精确整平步骤
14、,直至仪器既对中且管水准气泡在任何方向也居中为止。 对中、整平要相互兼顾,多次反复,方能完成。 注:测水平角时,要将复测扳手拨上或度盘变位手轮退出并做好防护,防止在测角过程中转动度盘变位手轮,造成测角错误。,第三章角度测量,31,(二)目标设置及瞄准,1设置目标 测角时,一般应在目标点上设置照准标志。 l 距离较近时, 目标标志可为目标点(如钉子)、垂球线,也可竖立测钎; l 距离较远时, 目标标志可为垂直竖立标杆或觇标。,第三章角度测量,32,(1)松开照准部和望远镜制动螺旋(或扳手); (2)调节目镜将望远镜瞄准远处天空,转动目 镜,使十字丝刻划清晰; (3)粗略瞄准目标:转动照准部,用望
15、远镜粗瞄器十字 线竖线瞄准目标,固定照准部和望远镜; (4)望远镜调焦(对光):转动物镜调焦筒使目标成像最清晰.(要注意消除视差) (5)精确瞄准:用照准部和望远镜微动螺旋精确瞄准 目标。 观测水平角时用竖丝:当目标较大时用单丝平分目标; 当目标较小时用目标平分双丝。 观测竖直角时用中丝(横丝)切目标的觇标顶部。 3.读数 先符合后读数。,2瞄准目标,第三章角度测量,33,二、水平角观测方法,观测方法:测回法、方向观测法。 l 正镜 :是指观测者正对望远镜目镜时,竖直度盘位于望远镜的左侧叫正镜,也称作盘左位置; l 倒镜:是指观测者正对望远镜目镜时,竖直度盘位于望远镜的右侧叫倒镜,也称作盘右位
16、置。 l 一测回中观测正、倒镜两个盘位观测。 理论上,正、倒镜瞄准同一目标时水平度盘读数相差180 ,正、倒镜观测可削弱仪器误差影响,还可检核测角精度。,第三章角度测量,34,(一)测回法,l 测回法适用于观测两个方向的单角。 l 一测回观测步骤如下: 1以盘左位置瞄准目标A,读取度盘读数a左, 顺时针转动照准部瞄准目标B,读取度盘读数b左,计算上半测回角值左= b左a左;图3-10 2以盘右位置瞄准目标B,读取度盘读数b右,逆时针转动照准部瞄准目标A,读取度盘读数a右,计算下半测回角值右= b右a右 3. 左右限值时, 一测回角值=(左右)2 (见表3-2),第三章角度测量,35,图3-10
17、,图3-10,第三章角度测量,36,O,A,B,第三章角度测量,37,说明:,(1)盘左、盘右观测可作为观测中有无错误的检核,亦 可抵消一部分仪器误差的影响。 (2)上、下半测回角值较差的限差应满足有关测量规范的限差规定(DJ6经纬仪,一般为30或40),当较差小于限差 ,可取平均值作为一测回的角值,否则应重测。 (3)若精度要求较高时,可按规范要求测多个测回,当各测回间的角值较差满足限差规定(如DJ6经纬仪,一般为20或24)时,方可取各测回的平均值作为最后结果,否则应重测。并要求各测回间在起始方向的盘左镜位改变度盘位置,其变化量为180/n(n 测回数)。 (4)计算角值时始终为“右目标读
18、数 左目标读数”(由于水平度盘为顺时针刻划).所谓“左”、“右”是指站在测站点面向所要测的角度方向,左手侧目标为左目标,右手侧目标为右目标。若“右左”其差值0时,则结果应加360。,第三章角度测量,38,(二)方向观测法(全圆测回法),适用范围:在一个测站上,观测三个及以上方向构成数个水平角时,用方向观测法观测。(三个方向不归零) 方向观测法观测步骤为: 1 、上半测回(盘左) (1)选择距离适中的A目标为起始方向(称为零方向),瞄准A目标,读取水平度盘读数;,图3-11,(2)由零方向A起始,按顺时针依次精确瞄准各点读数 ABCDA(即所谓“全圆”),并记入方向观测法记录表3-3中。,第三章
19、角度测量,39,(1) 纵转望远镜180 ,使仪器为盘右位置; (2) 按逆时针顺序依次精确瞄准各点读数。 ADCBA ,见图3-11; 将读数记入方向观测法记录表3-3 中 ,(1-5列)。 当用J2经纬仪进行等级测量时,每个方向需符合两次读数。 注:上半测回应从上向下记录 。 下半测回应从下向上记录 。,2下半测回(盘右),第三章角度测量,40,表3-3,第三章角度测量,41,3计算与检验,方向观测法中计算工作较多,在观测及计算过程中尚需检查各项限差是否满足规范要求(各项限差见表3-4)。 (1)光学测微器两次重合读数之差:瞄准目标后要进行两次测微,两次读数,且两次读数之差不超限(J2:小
20、于3)。 (2)半测回归零差:即上下半测回中零方向两次读数之差. (J2:小于8)。 (3)各测回同方向2c值互差:2c值是指上下半测回中,同一方向,盘左、盘右水平度盘读数之差。(J2:小于13) (4)平均方向值:各测回中同一方向盘左和盘右读数的平均值。 (5)归零方向值:在各个测回中将起始方向的方向值化为0,并把其它各方向的平均方向值减去起始方向的平均方向值,即得各方向的归零方向值。 (6)各测回同方向归零方向值互差小于限差(J2:小于10); (3)、(5)、(6)项是指多个测回时的限差检验。,第三章角度测量,42,表34 方向观测法各项限差(),表3-4,第三章角度测量,43,三、水平
21、角观测注意事项,l 尽量使仪器不受烈日直接曝晒或选择有利时间观测。 l 要精确对中和瞄准,尤其对短边测角时对中要求更严格;瞄准时尽可能地用十字丝交点瞄准目标点底部。 l 观测目标间高差较大时,须注意仪器的整平。 l 记录计算要及时、清楚,发现问题,立即重测。 l 一测回观测过程中,不得再调整照准部水准管,若气泡偏离中央较大(1.5格),须重新整平,重新观测。,第三章角度测量,44,l 方向观测法选择零方向时,应考虑通视良好、距离适中、成像清晰、竖角较小的目标,l 方向观测法中,若需多个测回,为消除度盘及测微器分划不均匀误差的影响,各测回在起始方向的盘左位置要配置度盘,其配置读数为(J2例):
22、R=180/m(i1)10(i1)600/m(i1/2) m为测回总数,i为测回序数 l 方向观测法中,测微螺旋及微动螺旋尽可能以 “旋进”(即其转动照准部的方向与照准部的转动方向一致)对齐或瞄准,以避免隙动误差。,第三章角度测量,45,3-4 竖直角观测方法,一、竖直角及其测量原理 l 竖直角 :同一铅垂面内, 视线与水平线间的夹角称为竖直角“” (又称垂直角)。 仰角:视线在水平线之上,为正,(B0); 俯角:视线在水平线之下,为负,(C 0 ); 其角值范围为:“90 +90 ” l竖直角的测量原理 在经纬仪的横轴上安置一竖直度盘,竖盘圆心位于横轴的轴线上,视线与水平线在竖盘上投影的差值
23、即为该方向的竖直角(图3-12)。,第三章角度测量,46,l观测竖直角的用途 l 由A、B两点间的视线 斜距S化为水平距离 D=Scos; l 三角高程测量 hab=Dtan+iv i-仪器高, v-目标高,图3-12,HB=HA+hab=HA +Dtan+iv,第三章角度测量,47,二、竖盘构造,l 与水平度盘一样,竖盘也是全圆360分划,不同之处在于其注字方式有顺、逆时针之分。 在正常情况下,视线水平时竖盘读数应为90或270。 l 竖盘安装在望远镜横轴一端,随望远镜一起绕横轴转动,读数指标不动,且竖盘平面与横轴相垂直,竖盘刻划中心位于横轴中心上。,图3-13,第三章角度测量,48,l竖盘
24、指标与竖盘指标水准管固连在一起,当竖盘指标水准管气泡居中时,竖盘指标处于正确位置,竖盘读数正确。 l当照准部水准管气泡居中时,竖盘为一竖直平面。 l 竖盘读数指标装置,主要有两种结构形式:带有竖盘指标水准管装置和竖盘指标自动补偿装置。,图3-14,图3-14,第三章角度测量,49,1. 竖盘指标水准管装置,w 竖盘指标与竖盘指标水准管固连在一起,可绕横轴微动,通过调整指标水准管调节螺旋,可使竖盘指标水准管气泡居中。 w 在读取竖盘读数前,应先转动竖盘指标水准管的调节螺旋,使竖盘指标水准管气泡居中才能读取读数。否则,读数错误。 w 当望远镜视线水平,指标水准管气泡居中时,竖盘指标指示的竖盘读数应
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