角度测量-文档资料.ppt

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1、1,第三讲 角 度 测 量,2,（1）了解角度测量误差及注意事项。 （2）熟悉电子经纬仪的构造。 （3）掌握角度测量原理，掌握DJ6经纬仪的构造和使用方 法，掌握水平角和竖直角的观测和计算方法。,重点：,DJ6经纬仪的使用方法，水平角和竖直角的观测和计算方法,难点：,经纬仪的检验、校正,3,第一节 角度测量原理,角度测量(angle observation)内容： 水平角(horizontal angle)测量 竖直角(vertical angle)测量,4,地面一点至两目标方向线在水平面上投影的夹角。 范围：顺时针003600,1、水平角(horizontal angle) 定义,ba,5,

2、2、竖直角(vertical angle)定义,在同一竖直面内，一点到目标的方向线与水平视线所夹的锐角。取值范围：090 ，仰角为正，俯角为负。,6,竖直角用表示： 目标视线的读数水平视线的读数 天顶角：在同一竖直面内，视线与铅垂线的天顶方向之间的夹角称为天顶角，也叫天顶距，用Z表示，取值范围：0180。 显然，同一方向线的天顶距和竖直角之和等于90： Z=90,7,经纬仪是测角的仪器，按测角的精度分为： DJ07、DJ1 、DJ2 、DJ6 、 DJ10。 DJ分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉字拼音第一个字母，其下标数字为该仪器一测回方向观测中误差的秒数。,第二节 光学经纬仪的构造和使用

3、（optical theodolite),8,一、DJ6经纬仪的构造 1、照准部(alidade) 望远镜、支架 竖直度盘 管水准器 光路系统 2、水平度盘(horizontal circle) 水平度盘 度盘变换手轮 外轴 3、基座(tribrach) 圆水准器 脚螺旋,DJ6经纬仪的构造,DJ6经纬仪的构造,基座、照准部、水平度盘、读数装置,基座,照准部,10,11,12,1.照准部(alidade),）望远镜倒像，2630倍， 目镜调焦，物镜调焦， 粗瞄准器，十字丝 2）竖直度盘 3）读数显微镜 反光镜 4）管水准器30 /2mm 5）竖轴（仪器旋转轴） 6）望远镜(竖直)制动、微动 7

4、）照准部(水平)制动、微动 8）光学对点器 9）复测扳手或度盘变换手轮,13,2.水平度盘(horizontal circle),由光学玻璃制成， 按1间隔顺时针刻划0360刻度； 特点：水平度盘与照准部相互脱离； 改变度盘位置，需使用度盘变换手轮或复测扳手。,14,3.基座(tribrach),轴座、脚螺旋、连接板 圆水准器 8/2mm,轴座,脚螺旋,连接板,脚螺旋用于精平仪器,4.J6经纬仪的 读数装置,4. 经纬仪的读数装置,J6经纬仪度盘读数光路,1）读数光路,J6光学经纬仪读数,2）J6光学经纬仪分微尺读数装置,度盘上1度分划的间隔经放大后，与分微尺全长相等。 分微尺全长分60格，因

5、此其最小格值为1=60 读数时，秒数必须估读。 估读至0.1格，因此，估读的秒数都应是6的倍数。,水平度盘读数： 73 04 24,分微尺测微利用度盘刻度线，在分微尺上读数。 “H”水平度盘读数， “V”竖直度盘读数。,光学经纬仪的 读数测微系统,测微尺的0分划线是“指标线”？ 测微尺60格的长度=度盘相邻分划线象间隔的宽度,18,二、电子经纬仪原理 电子经纬仪将光学度盘换为光-电扫描度盘，以自动记录和显示读数代替人工光学测微读数，使测角操作简单化，可避免读数错误和误差的产生。其自动记录、储存、计算功能，以及数据通讯功能，进一步提高了测量作业的自动化程度。 电子经纬仪与光学经纬仪区别：度盘读数

6、及显示系统，其水平度盘、竖直度盘及读数装置分别采用两个相同的光栅度盘（或编码盘），通过读数传感器进行角度测量，根据测角精度可分为0.5，1，2，3，5，10等几个等级。,19,光电度盘类型： 编码度盘：在圆形玻璃上，排列一组同心圆码道，根据码道数沿径向将同心圆划分为一定扇区，根据位置将每个扇区设为相邻透明或不透明，径向扇区即构成一二进制编码； 光栅度盘：在度盘表面的一个圆环内，刻画出许多等间隔的条纹组成光栅，通过累计栅距数值测角。 也有将上述二者结合起来，采用“编码与光栅相结合”的度盘进行测角。,20,1）编码度盘测角原理 在玻璃圆盘上刻划若干同心圆带码道，再根据码道数等间隔将全圆划成若干扇区

7、，则每个扇形区有几个梯形。 如果每个梯形分别以“亮”和“黑”表示“0”和“1”的信号，则该扇形便被赋予一个二进制码，其值为02n，这样便将度盘划分为2n份。,21,例如，用四位二进制表示角值，则全圆只能刻成4416个扇形，则度盘刻划值（角度分辨率）为360o/16=22.5o，这显然没有应用价值。 如果取角度分辨率为20”，则需要的扇形区为(3606060)/20=64800，由此计算得码道数为64800216个。 因为度盘直径有限，码道愈多，靠近度盘中心的扇形间隔愈小，故不可能无限增多码道。实际应用中，一般将度盘刻成适当的码道，再利用测微装置来达到细分角值的目的。,22,2）增量式光栅度盘测

8、角原理 均匀地刻有许多等间隔细线的直尺或圆盘称为光栅尺或光栅盘。左图为用于直线测量的直线光栅，右图为径向光栅。设光栅的栅线（不透光区）宽度为 a ，缝隙宽度为 b ，栅距 d a b ，通常 a b ，它们都对应一确切的角度值。,23,在光栅度盘的上下对应位置上装上光源、计数器等，使其随照准部相对于光栅度盘转动，由计数器累计所转动的栅距数，便可求得转动的角度值。 因为光栅度盘上没有绝对度数，只是累计移动光栅的条数计数，故称为增量式光栅度盘，其读数系统称为增量式读数系统。,24,3）动态光栅度盘测角原理如图，度盘光栅可以旋转，另有两个与度盘光栅交角为的指标光栅S和R，S为固定光栅，位于度盘外侧；

9、R为可动光栅，位于度盘内侧。同时，度盘上还有两个标志点a和b，S只接收a的信号，R只接收b的信号。,固定,旋转,25,测角时，S代表任一原方向，R随着照准部旋转，当照准目标后，R位置已定，此时启动测角系统，使度盘在马达的带动下，始终以一定的速度逆时针旋转，b点先通过R，开始计数。接着a通过S，计数停止，此时计下了RS之间的栅距（0）的整个数n和不足一个分划的小数0，则水平角为=n0+0。 事实上，每个栅格为一脉冲信号，由R、S的粗测功能可计数得n；利用R、S的精测功能可测得不足一个分划的相位差0，其精度取决于将0划分成多少相位差脉冲。,26,动态测角除具有前两种测角方式的优点外，最大的特点在于

10、消除了度盘刻划误差等，因此在高精度（0.5“级）的仪器上采用。但动态测角需要马达带动度盘，因此在结构上比较复杂，耗电量也大一些。,27,一、对中和整平 对中 (centering) 3mm 整平(leveling) 1格 1、垂球(plumb bob)法 （1）脚架头上移动仪器进行对中。 （2）旋转脚螺旋进行整平。 （3）反复（1）、（2）两步。,第三节 经纬仪的安置(theodolite transit),28,（1）在大致水平条件下大致对中 眼睛看着对中器，拖动三脚架两个脚,使仪器大致对中,并保持“架头”大致水平。 （2）伸缩脚架粗平 根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚，使圆水准气泡居中。,2

11、、光学对中器法,29,1）转动仪器，使水准管与脚螺旋1、2连线平行。 2）根据气泡位置运用法则，对向旋转脚螺旋1、2 。 3）转动仪器900，运用法则，旋转脚螺旋3 。,（3）脚螺旋精平左手大拇指法则,30,（4）架头上移动仪器，精确对中（5） 脚螺旋精平（6） 反复（4）、（5）两步。,31,二.瞄准 用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。 （1）目镜对光 （2）粗略瞄准 （3）物镜对光,（4）精确瞄准 水平和垂直微动螺旋,注意事项： 粗瞄后制动，调焦消除视差；微动精确瞄准。 要尽量设法减少由于目标不垂直引起的方向误差。,32,三.读数 光学经纬仪读数 1、打开反光镜，使光线进入读数窗； 2、

12、调节读数窗目镜，看清分微尺； 3、直接读出度、分，估读秒。 电子经纬仪通过显示屏直接显示读数。,33,34,实验二（1）:经纬仪认识,实验目的:熟悉经纬仪的构造，掌握其操作。 仪器设备:J6光学经纬仪1台、花杆或测钎2个、记录板1个。 实验任务:熟悉经纬仪部件和操作螺旋及其作用，学会操作仪器以及读度盘读数，理解仪器的设计理念和对点整平的意义。 说明:注意根据所用仪器填写记录格式。,35,第四节 水平角测量,常用的方法： 测回法(method of observation set) 适用于两个方向的单角观测 方向观测法（全圆测回法）(method of direction observation

13、) 适用于测站上需要观测的方向数大于两个时,36,37,一、测回法,2、步骤: （1）盘左瞄准左边A，配度盘至000X0X，读取a1。 （2）顺时针旋转瞄准右边B，读取b1。 则上半测回角值:1= b1-a1,1,测站,A,B,O,a1,b1,38,（4）逆时针旋转瞄准左边A，读取a2。 则下半测回角值:2= b2-a2,2,a2,b2,（5）计算角值 若：1-240（图根级） 则有： = （1+2）/2,39,3、测回法记录格式,254 24 06,180 05 00,74 19 06,00 04 18,74 23 42,74 19 24,74 19 15,40,测回法小结:,4、度盘配置方

14、法: 若观测N个测回，各测回间按180/N的差值来配置度盘盘左起始位置。一测回内，不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。,水平角观测记录大角,水平角观测记录（测回法）,表中盘右C读数小于A读数，不够减时，应加360后再减。,42,1适用：在一个测站上需要观测两个以上方向。 2步骤：（有四个观测方向）,二、 方向（全圆）观测法,A,B,O,C,D,（1）上半测回 选择一明显目标A作为起始方向（零方向），用盘左瞄准A，配置度盘起始读数，顺时针依次观测A、B，C，D，A(归零)。,各测回间按1800/N的差值，来配置水平度盘。,43,倒镜成盘右，逆时针依次观测A，D，C，B，A。,（2）下半测回,44

15、,（1）半测回归零差: =起始方向归零读数起始方向读数 J2 12 ；J6 18 。 （2）2C值（两倍照准误差）: 2C=盘左读数（盘右读数180）。 一测回内2C互差：J218 ；J6不作要求。,3计算、记录,45,（3）各方向盘左、盘右读数的平均值： 平均值=盘左读数+（盘右读数180）/2 注意：零方向观测两次，应将平均值再取平均。 （4）归零方向值 将各方向平均值分别减去零方向平均值，即得各方向归零方向值。 （5）各测回归零方向值的平均值 同一方向值各测回间互差:J2 12 ；J6 24,46,47,1、上半测回归零差=000212- 000206=6。 2、OA方向2C值= 000

16、212- 18000206=6。 OD方向2C值= 18200224- 200224=0。 这两个方向的2C互差= 6,方向观测法记录计算的实例讲解：,3、OA方向盘左、盘右读数的平均值： (000212+(18000206-1800)/2=000209。 再取平均得：(000209+ 000203)/2=000206 OD方向盘左、盘右读数的平均值： (18200224+(200224+1800)/2=18200224。,48,4、OB方向的归零方向值： 5101536-000206= 5101330。 OD方向的归零方向值： 18200224- 000206= 18200018。,5、OB

17、方向各测回归零方向值的平均值： (5101330+5101325)/2= 5101328。 OB方向值各测回间互差: 5101330- 5101325=5。,49,1、简述经纬仪和水准仪的安置步骤，并指出它们的区别。 2、什么是水平角、竖直角，经纬仪如何测定它们？观测时有何异同？ 3、对中与整平的目的是什么？如何进行？ 4、度盘变换手轮的作用是什么？若要将水平盘置0，应如何操作？ 5、简述测回法观测水平角的操作步骤。 6、水平角方向观测中的2c是何含义？为何要计算2c，并检核其互差？,50,7、根据下表中观测数据计算水平角,51,8、根据下表方向测绘观测数据计算水平角,52,第五节 竖直角(v

18、ertical angle)测量,竖直角在同一铅垂面内，瞄准目标的倾斜视线与水平视线的夹角(也叫垂直角)。 =090，仰角为正，俯角为负。,53,1构成: 竖盘(vertical circle) 、竖盘指标水准管(vertical index bubble tube)及其微动螺旋。,一、 竖直度盘(vertical circle)的构造,后两部分多采用竖盘 指标自动归零补偿器 (vertical index compensator) 来替代。,竖盘构造特点,2.垂直度盘构造特点,竖盘随望远镜一起转动。 竖盘与读数指标相互脱离。 竖盘气泡居中，指标铅垂。,55,（1）顺时针注记,3、竖盘的注记形

19、式：包括顺时针与逆时针两种。,56,（2）逆时针注记,57,1、顺时针注记 左=90-L 右=R-270 一测回竖直角： =(左+右)/2,二、竖直角(vertical angle)的计算公式,58,问题：左= ？ 右=？,故有:左= L -90 右=270- R 一测回竖直角: =（左+右）/2,59,1、定义 由于指标线偏移而产生的读数误差。 视线水平时，竖盘读数不是恰好等于90或270上，而是与90或270相差一个x角-竖盘指标差。 偏移方向与竖盘注记增加方向一致时x为正，反之为负。,三、竖盘指标差(index error of vertical circle),60,（2）结论：取盘左

20、盘右平均值，可消除指标 差的影响。一般规范规定指标差变动范围： J625、J215 。,2、计算公式,（1）指标差:,对于顺时针注记盘： 正确的竖直角=(90+x)-L=左+x =R-(270+x)=右-x,61,四、竖直角的观测,在测站O点安置经纬仪，以盘左位置用望远镜的十字丝中横丝，瞄准目标上某一点M。 转动竖盘指标水准管微动螺旋，使气泡居中。读取竖盘读数L。 倒转望远镜，以盘右位置再瞄准目标上M点。调节竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数R。 (4)计算盘左、盘右竖直角，指标差，合格再求平均值。,62,五、电子经纬仪角度测量界面及功能键含义,63,63,角度测量各项按键功能,垂直角观测记

21、录,I,注：垂直角必须带“ ”号。,垂直角观测记录,65,垂直角计算,测站,目标,竖盘位置,竖盘读数 ,半 测 回 垂 直 角 ,一 测 回 垂 直 角 ,2x ,备 注,O,左,右,M,103 21 00 -13 21 00,256 39 18 -13 20 42,+9 -13 20 51,左,右,N,82 12 18 +7 47 42,277 47 54 +7 47 54,+6 +7 47 48,66,9、何谓竖盘指标差？如何计算和检验竖盘指标差？ 10、计算整理下表：,67,经纬仪的主要轴线: 1、竖轴VV(vertical axis) 2、水准管轴LL(bubble tube axis

22、) 3、横轴HH(horizontal axis) 4、视准轴CC(collimation axis) 5 、圆水准器轴LL(circle bubble axis),第六节 经纬仪的检验与校正,68,1、VVLL 照准部水准管轴的检校。 2、HH十字丝竖丝十字丝竖丝的检校 3、HHCC 视准轴的检校,一、经纬仪轴线应满足的条件,69,70,1照准部水准管轴的检校 目的：使平盘水准管轴垂直于纵轴。LLVV （1）检验：用任意两脚螺旋使水准管气泡居中，然后将照准部旋转180，若气泡偏离1格，则需校正。 （2）校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半后，再拨动水准管校正螺丝，使气泡居中。此时若圆水准器气泡

23、不居中，则拨动圆水准器校正螺丝。这项检验校正需反复进行几次，直至偏离小于一格。,二、经纬仪的检验与校正,71,（a）水准管轴是水准管零点的切线 （b）照准部旋转180之后，仪器的竖轴方向不变 （c）拨动水准管校正螺丝，使气泡返回偏移量的 一半，用脚螺旋返回偏移量的另一半 （d）为使竖轴垂直，再用脚螺旋使气泡居中。,校正示意,72,（1）检验：用十字丝交点对准一目标点，再转动望远镜微动螺旋，看目标点是否始终在竖丝上移动。,2十字丝竖丝的检校,目的：仪器整平后，十字丝的纵丝在铅垂平面内，横丝水平。,73,（2）校正：微松十字丝的四个压环螺丝，转动十字丝环，使目标点始终在竖丝上移动。,74,3视准轴

24、的检校,（1）检验：在平坦地面上选择一直线AB，约60m100m，在AB中点O架仪，并在B点垂直横置一小尺。盘左瞄准A，倒镜在B点小尺上读取B1；再用盘右瞄准A，倒镜在B点小尺上读取B2。则有,J6 ：2c60；J2 ：2c30时，则需校正。,75,方法：拨动十字丝左右两个校正螺丝，使十字丝交点由B2点移至BB2中点B3。,（2）校正：,76,（1）检验：在2030m处的墙上选一仰角大于30的目标点P，先用盘左瞄准P点，放平望远镜，在墙上定出P1点；再用盘右瞄准P点，放平望远镜，在墙上定出P2点。,4横轴的检验与校正,J6 ：i20，需校正。,77,方法：用十字丝交点瞄准P1 P2的中点M，抬

25、高望远镜，并打开横轴一端的护盖，调整支承横轴的偏心轴环，抬高或降低横轴一端，直至交点瞄准P点。此项校正一般由仪器检修人员进行。,（2）校正：,78,(1)检验：用盘左、盘右先后瞄准同一目标，计算指标差x=(L+R-360)/2。 J6： x1；J2： x30时，要进行校正。 (2)校正： 用指标水准管微动螺旋，使中丝对准（R- x）位置，再有拨针使指标气泡居中。,5指标差的检校,79,（1）检验：精密安置仪器后，将刻划中心在地面上投下一点，再旋转照准部，每隔120投下一点，若三点不重合，则需校正。 （2）校正：用拨针使刻划中心向三点的外接圆心移动一半。,6光学对中器的检校,目的：光学对中器的视

26、准轴与竖轴重合,80,81,82,（1）检验：精平（水准管气泡居中）后，若圆水准气泡不居中，则需校正。 （2）校正：用校正针拨动圆水准器底下的校正螺丝，使气泡居中。,7圆水准器的检校 (次 要),目的：使圆水准管轴平行于纵轴，LL VV,83,一、仪器误差：仪器校正的残余误差 视准轴误差（CCHH） 盘左盘右观测取平均消除 横轴误差 （HHVV） 盘左盘右观测取平均消除 竖轴误差 （LLVV） 盘左盘右观测取平均不能 抵消，仔细整平。,二、操作误差 1.仪器安置误差： 对中误差 整平误差,84,2.标杆倾斜误差 竖直标杆，观测时尽量瞄准目标底部,3.观测误差：瞄准误差，估读数误差,三、外界条件

27、,选择有利观测时间，设法避开不利条件； 尽量缩短一测回的观测时间，采取观测方法减弱与时间成正比的误差。,85,实验二（2）:水平角观测(测回法),实验目的:掌握测回法的原理方法。 仪器设备:每组J6光学经纬仪1台、测钎4个、记录板1个。 实验任务:每组完成测回法测1个水平角观测任务，分析对点、整平、瞄准对测角精度的影响。 说明:注意瞄准的位置、水平角测量的限差及记录格式。,86,实验二（3）:水平角观测(方向测回法),实验目的:掌握方向测回法测水平角的原理方法。 仪器设备:每组J6光学经纬仪1台、测钎或花杆2个、记录板1个。 实验任务:每组完成方向测回法测多个水平角两个测回观测任务。 说明:注

28、意水平角测量的限差及记录格式。,87,实验三（1）:竖直角观测,实验目的:掌握竖直角测量的原理方法。 仪器设备:每组J6光学经纬仪1台、塔尺1把、记录板1个。 实验任务:每组测俯角、仰角各一个，需盘左、盘右测一个测回。 说明:注意竖直角测量的指标差及记录格式。,88,1 观测前应先检验仪器.如不符合要求就进行校正; 2安置仪器要稳定,脚架应踩实,应仔细对中和整平.注意:在短边测量时要严格整平对中,同时一测回不能重新对中整平; 3目标应竖直,仔细对准地上标志中心,根据远近选择不同粗细的标杆,尽可能瞄准标杆底部; 4严格遵守各项操作规定和限差要求.照准时就消除视差,垂直角观测时,应先使竖盘指标水准

29、管气泡居中后,才能读取竖盘读数 5进行M测回时,测回间要变换度盘起始位置,这能减小度盘刻划不均匀误差 6水平角观测时,应以十字丝交点附近的竖丝瞄准目标底部;垂直角观测时,应以十字丝交点附近的横丝照准目标的底部. 7读数应果断准确,特别注意估读.观测结果应及时记录在正规的记录簿上,当场计算.当各项限差满中规定要求后,主能搬站.如有超限或错误,应立即重测 8选择有利的观测时间,注意打伞. 9尽量缩短一测回的观测时间，采取观测方法减弱与时间成正比的误差。,角度测量实验注意事项,89,11、经纬仪有哪些轴线，它们间应满足什么条件？ 12、角度观测时，用盘左、盘右取平均值的方法可消除什么误差？可否消除竖轴倾斜引起的水平角测量误差？ 13、测站偏心差和目标偏心差对水平角测量有何影响？ 14、望远镜竖轴垂直于横轴的目的？ 15、经纬仪横轴为何要垂直于仪器竖轴？,