第三章 角度测量 土木工程测量.ppt

1、第三章 角度测量（一）,2013年8月26日,第三章 角度测量,3.1 角度测量原理,3.2 光学经纬仪及其技术操作,3.3 水平角测量,3.4 竖直角测量,3.5 经纬仪的检验与校正,3.6 角度测量误差分析及注意事项,3.7 电子经纬仪简介,角度测量,水平角测量 竖直角测量（垂直角测量）,角度：确定地面点位置的一个主要元素,3.1 角度测量原理,水平角测量原理,地面上两相交直线的夹角在水平面上的投影,n,m,= n m,水平角,水平面,竖直角的概念,竖直角（垂直角）：在同一垂直面内，倾斜视线与水平视线的夹角。 仰角：视线在水平线之上，用“+”表示。 俯角：视线在水平线之下，用“-”表示。,

2、水平视线,一、水平角测量原理 地面上某点到两目标的方向线垂直投影到水平面上所成的夹角，称为水平角。 =b-a,二、竖直角测量原理 地面上某点到目标点的方向线与过该线的竖直面内的水平线之间的夹角，称为该方向线的竖直角。 可分为仰角和俯角。,天顶距（Z） 视线与上方铅垂线的夹角。 Z+=90,经纬仪应具备的条件：,1、有一个带刻度线能置于水平位置的水平度盘和能置于竖直位置的垂直度盘； 2、水平度盘中心必须处于角顶点的铅垂线上； 3、望远镜能在水平方向和竖直方向转动;便于瞄准不同方向不同高度的目标； 4、有一个读数设备。,常用的光学经纬仪：DJ07 DJ1 DJ2 DJ6 DJ10,经纬仪：用于测定

3、水平角和竖直角的仪器。 有光学经纬仪和电子经纬仪之分。,3.2 光学经纬仪及其技术操作,一、DJ6级光学经纬仪,基本构造,1 照准部,水平度盘,水平度盘：顺时针方向刻有0到360的分划线，用来测量水平角。 水平度盘转动控制装置：位置变动手轮和复测装置。 外轴装置：,望远镜： 照准部水准管： 读数显微镜： 竖直度盘： 横轴、竖轴： 测微装置 制动微动装置,经纬仪1,经纬仪2,1、基座：由轴座、脚螺旋、底板、三角压板等组成。 作用：用于支承仪器照准部以及利用中心螺旋使仪器 紧固在三脚架上（连接和整平）。,2、度盘：包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。 注记：0 360 分划：20、30 、1

4、三种 注：水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随 望远镜转动； 水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观测 方向的角度值； 竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望远 镜固定，随望远镜一起转动。,3、照准部 ：经纬仪上部可转动部分，包括望远镜、竖直度盘、水准器、读数设备、制动微动装置和光学对点器等组成。 望远镜 用于瞄准目标 圆水准器 用于粗略整平仪器 管水准器 用于精确整平仪器 光学对点器 用于使度盘中心和测点 在同一铅垂线上 读数装置用于读数,4.J6经纬仪的 读数装置,图3-5 J6经纬仪度盘读数光路,读数装置由棱镜、 透镜、读数显微 镜组成； 用于读取度盘 读数。,读数装置,1. 分微尺法：利

5、用度盘刻度线，在分微尺上读数 (1)读取分微尺内度分划的度数； (2)读取分微尺0分划至该度分划所在分微尺上的分数； (3)计算以上二数之和为读数窗的角度读数( ) 。 水平度盘角度是21506.5 (即2150630)， 竖直度盘角度是7852.4 (即785224)。,二、DJ6经纬仪读数方法,利用测微手轮，用指标线读数。下面的读数窗为水平度盘的影像，中间为竖直度盘的影像，上面则为测微尺的影像。水平及竖直度盘不足1的微小读数，都利用测微尺的影像读取。读数时需转动测微手轮，使度盘刻划线的影像移动到读数窗中间双指标线的中央，并根据这指标线读出度盘的读数。这时测微尺读数窗内中间单指标线所对的读数

6、即为不足1的微小读数。将两者相加即为完整的读数。右图中的水平度盘读数为4245.6。,2. 测微器法,（1）转动测微手轮，使度盘正、倒像分划线精密重合； （2）在读数窗中读取视场左侧正象度数，如图中30； （3）读整十分数。数正象度数分划与相应对径倒象度数(相差180)分划之间的格数n，得整10 的角值为n10，如图中数出正像30与倒像210之间的格数再乘以10，即20。 （4）读取测微窗分、秒的角值，下图是800； （5）计算整个读数结果，得302800。,3. 对径符合读法,1763825.8 1770335.8,光学经纬仪读数练习,光学经纬仪读数练习,水平度盘读数 425202.0,水平

7、度盘读数 174 02 02.0,读数练习,2342106,2730242,1125430,890442,测杆、标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具。,三、照准工具,测杆：适用于距测站较近的目标。 标杆：适用于距测站较远的目标。 觇牌：固定在三脚架上使用，远近皆可适用； 一般为红白或黑白相间且常与棱镜结 合，用于电子经纬仪或全站仪。 有时也可悬挂垂球用垂球线作为瞄准标志。,四、经纬仪的使用（视频）,对中,整平,瞄准,读数,交替,1. 安置经纬仪 把仪器安置在测站上。,强制对中观测墩：,地面坐标点标志形式:,混凝土桩标志：,坐标标定位置,强制对中观测墩：,坐标标定位置,2. 对中、整平

8、,对中使度盘中心处于角顶点的铅垂线上 整平使水平度盘置于水平位置上,对中方法： 垂球对中； 光学对中器对中； 激光对点器对中。,（1）垂球对中,整平,首先用圆水准器粗平仪器，然后用长水准管精平。,经过反复几次最终使长水准管气泡在任意位置处于居中,粗平方法：与水准仪粗平方法相同。,精平方法：,安置仪器：高度适中，使测点在视场内； 强制对中：调节脚螺旋，使光学对点器中心 与测点重合； 粗略整平：调节三脚架，使圆水准气泡居中； 精确整平：调节脚螺旋，使长水准气泡居中； 精确对中：移动基座，精确对中（只能前后、 左右移动，不能旋转）； 重复 、两步，直到完全对中、整平。,（2）光学对中器对中整平的步骤

9、,照准标志：大花杆、 小花杆和觇标,目的：视准轴对准观测目标的中心。 方法： 调节目镜调焦螺旋，使十字丝清晰； 利用粗瞄器，粗略瞄准目标，固定制动螺旋； 调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰，注意消 除视差； 调节制动、微动螺旋，精确瞄准。 尽量瞄准目标下部，减少由于目标不垂直引起 的方向误差。,3. 瞄准,测水平角 用双丝夹粗目标,测竖直角 用横丝切目标顶部,经纬仪的十字丝分划板,双丝,单丝,中丝,下丝,上丝,瞄准,瞄准,瞄准,瞄准,方法： 打开反光镜，使读数 窗光线均匀； 调焦使读数窗分划清晰 （注意消除视差）； 按不同的测微器直接 读取水平、竖直度盘 读数（度、分、秒，秒为估读且为6的倍数）。

10、 水平角：21506 48 竖直角： 7852 00 ,4. 读数,第三章 角度测量（二）,2013年8月29日,水平角的观测方法： 1、测回法 观测两个方向之间的单角 2、方向法（全圆测回法） 观测两个以上方向之间的夹角,3.3 水平角测量,基本概念,盘左和盘右 盘左/正镜:竖盘在望远镜的左边 盘右/倒镜:竖盘在望远镜的右边 测回 上半测回/下半测回 一个测回/多个测回 配盘,竖盘,盘左,盘右,测回法测量水平角,观测方法,经纬仪置于盘左位置，配盘,倒镜，置于盘右位置,测回法观测记录,O（1）,A,B,A,B,0 01 06,85 36 18,180 01 24,265 36 30,90 00

11、 36,175 35 42,270 00 48,355 35 48,A,B,A,B,O（2）,85 35 12,85 35 06,85 35 06,85 35 00,85 35 09,85 35 03,85 35 06,注意及说明,测回间要配盘 上/下两个半测回照准部的水平旋转方向，照准目标的顺序不同： 上半测回顺时针；下半测回逆时针 各测回的角度互差应小于24 记录时， 分、秒一般都要记两位 计算时，取平均值的原则是“奇进偶不进”,全圆测回法测量水平角,盘左：配盘，顺时针观测 盘右：逆时针观测,ABCDA（归零）,ABCDA,A,B,C,D,O,零方向,观测方法,归零,O,A,B,C,D,A

12、,0 01 06,71 52 06,145 30 48,210 12 12,0 01 24,180 01 18,30 12 06,325 30 48,251 52 00,180 01 12,O,A,B,C,D,A,90 01 24,161 52 06,235 30 54,300 12 24,90 01 36,270 01 24,120 12 18,55 30 48,341 52 00,270 01 18,0 01 09,71 52 03,145 30 48,210 12 09,0 01 21,90 01 21,161 52 03,235 30 51,300 12 21,90 01 30,(0

13、01 15),0 00 00,71 50 48,145 29 33,210 10 54,(90 01 26),0 00 00,71 50 37,145 29 25,210 10 55,0 00 00,71 50 42,145 29 29,210 10 54,71 50 42,73 38 47,64 41 25,全圆测回法观测记录,方向法的计算：,两倍照准误差2C（ C 视准轴误差） 2C=盘左读数-(盘右读数180 0) 各方向的平均读数 平均读数=盘左读数+(盘右读数1800) /2 归零后的方向值 各方向的平均读数-零方向的读数 各测回归零后的方向平均值 同一方向各测回取平均值 各水平角值

14、 两方向值之差（逆时针夹角）,方向观测和计算同步进行，以便及时发现问题。 区别方向值与水平角。,水平角方向法观测的技术要求,注意及说明,3.4 竖直角测量,竖直角（垂直角）：在同一垂直面内，倾斜视线与水平视线的夹角。 仰角：视线在水平线之上，用“+”表示。 俯角：视线在水平线之下，用“-”表示。,水平视线,一、竖直度盘构造,竖直度盘固定在望远镜的旋转轴（横轴）上。 主要由竖直度盘、竖盘指标、竖盘指标水准管、竖盘指标和水准管微动螺旋组成,目前很多仪器用自动补偿器代替了水准管。,对于J6级光学经纬仪竖盘指标及指标水准管之间应满足下列关系：当视准轴水平，指标水准管气泡居中时，指标所指的竖盘读数值盘左

15、为90，盘右为270。,竖直度盘的刻划与水平度盘基本相同，但其注字随仪器构造的不同分为顺时针和逆时针两种形式。,竖直度盘基本构造,竖盘构造 竖直度盘、竖盘指标、 指标水准管及其微动螺旋 竖盘的特点 竖盘与望远镜同轴旋转； 指标与指标水准管联动； 垂直角测量是利用指标水准管建立的水平线，来确定竖盘指标线的基准。因此，只要读出倾斜视线的竖盘读数，即可求算出竖直角值。,竖直度盘基本构造,竖盘注记形式,盘左,盘右,盘左,盘右,顺时针注记,逆时针注记,竖直角计算的通用公式： （1）当望远镜视线往上仰，竖盘读数增加时： =瞄准目标时的读数 视线水平时的常数 （）当望远镜视线往上仰，竖盘读数减小时： =视线

16、水平时的常数瞄准目标时的读数 对不同注记形式的度盘 ，首先应正确判读 视线水平时的常数，且同一仪器盘左、盘右 的常数差为180。,二、竖直角的计算,竖直角计算公式为： 盘左：L =90 L (上半测回) 盘右：R=R 270（下半测回） 一 测回竖直角： = （L+ R）/2 = （R L 180）/2,顺时针注记竖盘,（L、R分别为盘左、盘右竖盘读数）,刻划：目镜180 ，物镜0 盘左: L= L 90 （上半测回） 盘右: R= 270R（下半测回） 一测回竖直角： =（L+R）/2 =（LR+180）/2,逆时针注记竖盘,当指标偏离正确位置时，指标线所指的读数就比初始读数增大或减少一个角

17、值x，此值称为竖盘指标差，也就是竖盘指标位置不正确所引起的读数误差。 定义：竖盘水准管气泡居中时，读数指标与铅垂线之间的夹角x 。,竖直角指标差的计算,以上各公式是根据顺时针方向注记的竖盘推导的，同理也可根据逆时针方向注记竖盘进行推导，也会得到同样的公式。 可看出： 通过盘左、盘右竖直角取平均值，可以消除 指标差； 对于DJ6经纬仪，同一测站上不同目标的指 标差互差或同方向各测回指标差互差，不应 超过25。,1.安置仪器，对中并整平； 2.盘左位置：瞄准目标后，使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数L，并记入竖直角观测记录表中。称为上半测回观测。 3.盘右位置：仍照准原目标，使竖盘指标水准管气

18、泡居中，读取竖盘读数值R，并记入记录表中。称为下半测回观测。（上、下半测回合称一测回观测） 4.在竖直角观测记录表中进行竖直角和指标差的计算。 记录与计算(见表3-3) 分别计算盘左、盘右半测回竖直角， 计算盘左盘右的平均值作为一测回竖直角。,三、竖直角的观测方法,测站,目标,竖盘位置,竖盘读数,半测回竖直角,指标差 ,一测回 竖直角, ,备注,O,A,B,左 右,左 右, , ,71 12 36,288 47 00,96 18 42,263 41 00,-12,-9,+18 47 12,-6 18 51,+18 47 24,+18 47 00,-6 18 42,-6 19 00,竖直角观测手

19、簿,表3-3,L=90 L R=R270 x =（ R L ）/2 =（L+R）/2,垂直角观测记录,O,垂直角必须带“ ”号。,垂直角观测记录,经纬仪的主要轴系以及应满足的几何条件: 1、照准部水准管轴应垂直于仪器竖轴(LLVV)； 2、十字丝纵丝应垂直于横轴； 3、视准轴应垂直于横轴(CCHH)； 4、横轴应垂直于仪器竖轴(HHVV)； 5、竖盘指标差应为零； 6、光学对中器的视准轴应与仪器竖轴重合。,一、经纬仪的几何轴系,1：照准部水准管轴（LL） 2：望远镜视准轴（CC ） 3：仪器竖轴（ VV） 4：仪器横轴（ HH ） 5：竖盘指标水准管水准轴（L L ）,3.5 经纬仪的检验与校

20、正,二、轴系应满足的几何条件,1：照准部水准管轴垂直于竖轴 （LLVV） 2：十字丝竖丝垂直于横轴（竖丝 HH ） 3：视准轴垂直于横轴（CC HH） 4：横轴垂直于竖轴（ HH VV） 5：竖盘指标水准管水准轴垂直于指标线 （L L 指标线）,三、经纬仪检校,1. 照准部水准管的检校 照准部水准管轴LLVV竖轴 ？,2. 十字丝垂直于横轴的检校 竖丝 HH ？,检验方法： 方法一: 精平仪器，在仪器前方10m处悬挂一垂球线，望远镜照准该线，若十字丝竖丝和垂球线完全重合，则满足条件；否则，应校正。,2. 十字丝垂直于横轴的检校 竖丝 HH ？,检验方法： 方法二: 精平仪器，望远镜瞄准一清晰小

21、点，垂直微动望远镜,若小点始终沿着竖丝移动, 则满足条件；否则，应校正。,3. 视准轴垂直于横轴的检校 CC HH ？,M左 = M左 + C,M右 = M右 - C,盘左,盘右,盘左时： M左 = M左 + C,可见：盘左盘右取平均值可消除视准误差的影响,校正方法:盘左盘右测量一清晰的小点，求出c值后,求出盘左或盘右的正确读数,旋转照准部使水平度盘读数为正确值,此时目标偏离竖丝,这时调节十字丝左右两个校正螺丝,使竖丝对准目标。,盘右时： M右 = M右 - C,理论上： M左 = M右 180, 2C = M左 - M右 180 C,4. 横轴垂直于竖轴的检校 HH VV ？,（一般由专业人

22、员进行校正）,5. 竖盘指标水准管检校 L L 指标线 ？,一般指标差的绝对值超过1时，应予以校正。,计算出盘右（或左）位置的正确读数，盘右（或左）照准目标，转动竖盘指标水准管微动螺丝，使读数为正确读数，此时竖盘指标水准管气泡不居中，调节其校正螺丝使气泡居中。,校正方法：照准高处一目标，观测竖直角一个测回，计算出指标差：,3.6 角度测量误差分析及注意事项,仪器误差 观测误差 外界环境影响 注意事项,主要包括仪器检校后的残余误差和仪器制造、加工不完善所引起的误差。 1、视准轴误差（2c值，盘左、盘右取平均可消除） 2、横轴倾斜误差（i角，盘左、盘右取平均可消除） 3、照准部偏心差（照准部旋转中

23、心与水平度盘分划中 心不重合，盘左、盘右取平均可消除） 4、竖盘指标差（盘左、盘右取平均可消除） 5、度盘刻划误差（度盘刻划不均匀，测回间变换 度盘可减弱） 6、竖轴倾斜误差（盘左、盘右取平均不可消除， 精确整平可减弱）,一、仪器误差,1、对中误差（即测站偏心误差，对中不准确造成的 仪器中心与测站点的标志中心不在同 一铅垂线上；精确对中可减弱） 2、目标偏心差（与偏心距成正比，与视线边长 成反比；瞄准目标底部可减弱） 3、整平误差（精确整平，一测回内气泡偏离不 能超过2格，否则，测回间重新整平 ） 4、照准误差（消除视差，精确瞄准） 5、读数误差（消除视差，认真读数）,二、观测误差,外界条件的

24、影响比较复杂，应选择有利的观测条件，尽量避免不利因素对测量的影响。如天气的变化、植被的不同、地面土质松紧的差异、地形的起伏、以及周围建筑物的状况等，都会影响测角的精度。有风会使仪器不稳，地面土松软可使仪器下沉，强烈阳光照射会使水准管变形，视线靠近反光物体，则有折光影响。这些在测角时，应注意尽量予以避免。 1、温度的影响（打伞遮阳） 2、大气折光的影响（选择良好的天气观测）,三、外界环境的影响,1. 仪器要稳定 2. 对中要准确 3. 整平要仔细 4. 目标要照准 5. 操作要规范 6. 估读要准确 7. 观测要校核,四、注意事项,3.7 电子经纬仪简介,一、电子经纬仪与全站仪简介,自动显示、计

25、算、存贮、数据交换,全站仪：,电子经纬仪,可通过输出端口直接输出测量结果,采用了光电技术,数字显示,电子测角、电子测距和微处理器,全站型电子速测仪（Electronic Total Station）,主要的电子经纬仪与全站仪生产厂商,索佳电子经纬仪,南方电子经纬仪,徕卡TM5000 电子经纬仪,徕卡T3000电子经纬仪,尼康 NE-203/10L电子经纬仪,南方半站仪,南方全站仪,南方Win全站仪,徕卡TPS700全站仪,徕卡TC2003全站仪,宾得全站仪,尼康 DTM532C/552C全中文全站仪,尼康 DTM352C/332C全中文全站仪,拓普康GTS332全站仪,蔡司Elta S系列伺服型全站仪,蔡司Elta C系列信息全站仪,全站仪的主要特点,水平角、垂直角、斜距自动显示，自动计算镜站坐标、高程、平距等数据； 数