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1、第三章角度测量土木工程测量教学课件工程测量学工程测量学3角度测量在确定地面点的位置时，常常要进行角度测量。角度测量最常用的仪器是经纬仪。角度测量的基本原理光学经纬仪的构造及测角方法经纬仪的检验校正经纬仪测角误差分析和经纬仪测角注意事项电子经纬仪的构造。工程测量学工程测量学3角度测量3.1水平角测量原理水平角是指地面上一点到两个目标点的方向线垂直投影到水平面上的夹角，或者是过两条方向线的竖直面所夹的两面角。如图3-1所示。3.1.1水平角测量原理在过A点的铅垂线上，水平地安置一个有刻度的圆盘(称为水平度盘)，度盘中心在o点，过AB、AC竖直面与水平度盘交线为on、om，在水平度盘上读数为n、m。
2、则nom为所测得的水平角。一般水平度盘是顺时针刻划，则：nom=m-n=(3-1)nom=m-n=(3-1-1)工程测量学工程测量学3角度测量3.2DJ6型光学经纬仪1、经纬仪概述经纬仪的种类繁多，如按读数系统区分，可以分成光学、游标和电子经纬仪等。现在使用的大多是光学经纬仪，它较之游标经纬仪有精度高、体积小、重量轻、密封性能良好等优点。电子经纬仪将在本章最后一节作简要介绍。我国对经纬仪编制了系列标准，分别为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15及DJ60等级别。其中07、1、2、6、15等数字，表示该仪器所能达到的精度指标。如DJ07和DJ6分别表示水平方向测量一测回的方向中误差不超过0
3、.7和6的大地测量经纬仪。光学游标电子经纬仪工程测量学工程测量学3角度测量3.2DJ6型光学经纬仪2、DJ6级光学经纬仪的构造各种型号的DJ6级光学经纬仪的构造大致相同。物镜粗瞄器对光螺旋读数目镜望远镜目镜转盘手轮基座导向板堵盖水准器反光镜自动归零钮工程测量学工程测量学3角度测量3.2DJ6型光学经纬仪DJ6型光学经纬仪主要由基座、水平度盘和照准部三部分组成。基座水平度盘照准部变换手轮、复测器2、DJ6级光学经纬仪的构造工程测量学工程测量学3角度测量3.2DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用2、读数方法1、DJ6级光学经纬仪分微尺测微器光路图3.2.1分微尺测微器及读数方法13453.1875
4、8.1工程测量学工程测量学3角度测量3.2DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用2、读数方法1、原理3.2.2单平板玻璃测微器及读数方法量程30，分为90格，分划值20。92+d工程测量学工程测量学3角度测量3.2DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准、读数四个步骤3.2.3经纬仪的使用对中对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一铅垂线上。对中可用垂球或光学对点器对中。垂球对中精度一般在3mm之内，光学对点器对中可达1mm。整平整平的目的是使仪器竖轴在铅直位置，而水平度盘在水平位置。图3-12。工程测量学工程测量学3角度测量3.2DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用
5、3.2.3经纬仪的使用瞄准瞄准方法同水准仪操作，只是测量水平角时应使十字丝纵丝平分或夹准目标，并尽量对准目标底部。图3-13。读数读数时要先调节反光镜，使读数窗明亮，旋转显微镜调焦螺旋，使刻划数字清晰，然后读数。测竖直角时注意调节竖盘水准气泡微动螺旋，使气泡居中后再读数。工程测量学工程测量学3角度测量3.2.4水平角测量水平角测量有测回法和方向观测法两种测回法常用于测量两个方向之间的单角。图3-14。盘左(正镜)、L=bL-aL、上半测回(AB)盘右(倒镜)、R=bR-aR、下半测回(BA)上、下半测回合称一测回，计算一测回平均角值。3.2DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用工程测量学工程测量
6、学3角度测量3.2.4水平角测量水平角测量有测回法和方向观测法两种测回法常用于测量两个方向之间的单角。图3-14。测回法用盘左、盘右观测，可以消除仪器某些系统误差对测角的影响，校核观测结果和提高观测成果精度。同一测回中，上、下半测回角值之差和各测回间角值之差均不应超过相应细则、规范所规定之容许值(40)。否则应重测，如各较差合乎要求，则分别取平均值。当测角精度要求较高时，往往要观测几个测回，为也减少度盘分划误差的影响，各测回间应根据测回数n，按180n变换水平度盘位置。3.2DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用工程测量学工程测量学3角度测量3.2.4水平角测量方向观测法当一个测站上需要测量的方
7、向数多于两个时，应采用方向观测法。当方向数多于三个时，每半个测回都从一个选定的起始方向(称为零方向)开始观测，在依次观测所需的各个目标之后，再观测起始方向，称为归零。此法也称为全圆方向法或全圆测回法。上半测回、下半测回、几个测回。如要提高观测精度，须观测多个测回。各测回仍按180n的角度间隔变换水平度盘的起始位置。半测回归零差，对于DJ6经纬仪，归零差不应超过18，否则应重新观测。3.2DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用工程测量学工程测量学3角度测量3.2.4水平角测量方向观测法方向观测法成果计算计算两倍照准差(2c)值2c=盘左读数-(盘右读数180)(3-4)对于DJ2经纬仪，当竖直角小
8、于3时，2c不应超过18，DJ6没有限差要求。计算各方向的平均读数平均读数=12盘左读数+(盘右读数180)(3-5)计算的结果称为方向值。起始方向有两个平均值，应将此两数再次平均，作为起始方向的方向值，并括以括号。平均读数=12盘左读数+(盘右读数180)(3-5)2c=盘左读数-(盘右读数180)(3-4)3.2DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用工程测量学工程测量学3角度测量3.2.4水平角测量方向观测法计算归零后的方向值将各方向的平均读数减去起始方向的平均读数(括号内)，即得各方向的归零方向值。同一方向值各测回互差不超过24。起始方向的归零值为零。计算各测回归零后方向值的平均值取各测回
9、同一方向归零后的方向值的平均值作该方向的最后结果。在取平均值之前，应计算同一方向归零后的方向值各测回之间的差数有无超限，如果超限，则应重测。计算各目标间水平角值将相邻两方向值减即可求得。3.2DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用工程测量学工程测量学3角度测量3.2DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用3.4.1水平角测量各方向平均读数-括号内数2c=盘左读数-(盘右读数180)平均读数=12盘左读数+(盘右读数180)工程测量学工程测量学3角度测量3.2光学经纬仪仪器误差仪器误差包括仪器校正之后的残余误差及仪器加工不完善引起的误差。3.2.5水平角测量误差分析视准轴误差望远镜视准轴不垂直于横轴时
10、，其偏离垂直位置的角值C称为视准误差或照准差。由于盘左、盘右观测时符号相反，故水平角测量时，可采用盘左、盘右取平均的方法加以消除横轴误差(支架差)是由于支承横轴的支架有误差，造成横轴与竖轴不垂直。盘左、盘右观测时对水平角影响为i角误差，并且方向相反，也可采用盘左、盘右取平均的方法加以消除。竖轴倾斜误差是由于水准管轴不垂直于竖轴，以及竖轴水准管不居中引起的误差。这时，竖轴偏离竖直方向一个小角度，从而引起横轴倾斜及度盘倾斜，造成测角误差。此误差与正、倒镜观测无关，并且随望远镜瞄准不同方向而变化，不能用正、倒镜取平均的方法消除。因此，测量前应严格检校仪器，观测时仔细整平，并始终保持照准部水准管气泡居
11、中，气泡不可偏离一格。工程测量学工程测量学3角度测量仪器误差度盘偏心差是由于度盘加工及安装不完善引起的。使照准部旋转中心C1与水平度盘圆心C不重合引起读数误差，见图3-28。可用盘左、盘右读数取平均的方法予以减小。度盘刻划不均匀误差是由于仪器加工不完善引起的。这项误差很小。高精度测量时，为了提高测角精度，可利用度盘位置变换手轮在各测回间变换度盘位置，减小这项误差的影响。竖盘指标差可以用盘左、盘右取平均的方法消除。3.2光学经纬仪工程测量学工程测量学3角度测量观测误差对中误差在测角时，若经纬仪对中有误差，将使仪器中心与测站点不在同一铅垂线上，造成测角误差。如图3-29对中引起测角误差为=+(1+
12、2)(3-18)=+(1+2)(3-2-1)从上式可见，这项误差与偏心距成正比，与边长成反比，不能通过观测方法消除，所以测水平角时要仔细对中，在短边测量时更要严格对中。3.2光学经纬仪工程测量学工程测量学3角度测量观测误差目标偏心误差是由于标杆倾斜引起的。如标杆倾斜，又没有瞄准底部，则产生目标偏心误差，见图3-30。O为测站，A为地面目标点，AA为标杆，杆长d，杆倾角。目标偏心差为：e=dsin(3-21)e=dsin目标偏斜对观测方向影响为：(3-2-2)从上式可见，目标偏心误差对水平方向影响与e成正比，与边长成反比。为减少这项误差，测角时标杆应竖直，并尽可能瞄准底部。3.2光学经纬仪工程测
13、量学工程测量学3角度测量观测误差对于DJ6型经纬仪，v=28mv=2.2。照准误差测角时由人眼通过望远镜瞄准目标产生的误差称为照准误差。影响照准误差的因素很多，如望远镜放大倍数、人眼分辨率、十字丝的粗细、标志形状和大小、目标影像亮度、颜色等。人眼分辨两个点的最小视角约为60，通常以此作为眼睛的鉴别角。当使用放大倍率为V的望远镜瞄准目标时，鉴别能力可提高V倍，这时该仪器的瞄准误差为mv=60V照准误差无法消除，只有从目标的形状、大小、颜色、亮度mv=60V读数误差读数误差主要取决于仪器读数设备。对于采用分微尺测微器读数系统的经纬仪，读数中误差为测微器最小分划值的110，即0.1=6。3.2光学经
14、纬仪工程测量学工程测量学3角度测量外界条件的影响观测在一定的外界条件下进行，外界条件对观测质量有直接影响，如松软的土壤和大风影响仪器的稳定；日晒和温度变化影响水准管气泡的运动；大气层受地面热辐射的影响会引起目标影象的跳动等。这些才会给观测水平角带来误差。因此，要选择目标成象清晰稳定的有利时间观测，设法克服或避开不得条件的影响，以提高观测成果的质量。3.2光学经纬仪工程测量学工程测量学3角度测量3.2.6水平角观测注意事项仪器安置的高度应合适，脚架应踩实，中心螺旋拧紧，观测时手不扶脚架，转动照准部及使用各种螺旋时，用力要轻。若观测目标的高度相差较大，特别要注意仪器整平。对中要准确。测角精度要求越
15、高，或边长越短，则对中要求越严格。观测时要消除视差，尽量用十字丝交点照准目标底部或桩上小钉。按观测顺序记录水平度盘读数，注意检查限差。发现错误，立即重测。水准管气泡应在观测前调好，一测回过程中不允许再调，如气泡偏离中心超过两格时，应再次整平重测该测回。3.2光学经纬仪工程测量学工程测量学3角度测量3.3经纬仪的检验与校正从测角原理可知，经纬仪有以下四个轴线(见图3-20)，即水准管轴(LL)，竖轴(VV)，望远镜视准轴(CC)，横轴(HH)。此外望远镜还有十字丝。这些轴系应满足以下条件：LLVVCCHHHHVV十字丝垂直于横丝工程测量学工程测量学3角度测量3.3经纬仪的检验与校正检验目的是使仪
16、器满足照准部水准管垂直仪器竖轴的几何条件。使仪器整平后，保证竖轴铅直，水平度盘保持水平。检验方法校正(图3-21)3.3.1照准部水准管轴垂直于竖轴的检验与校正工程测量学工程测量学3角度测量3.3经纬仪的检验与校正检验方法检验目的是使竖丝铅直，保证精确瞄准目标。用十字丝中点精确瞄准一个清晰目标点P，然后锁紧望远镜制动螺旋。慢慢转动望远镜微动螺旋，使望远镜上、下移动。如P点沿竖丝移动，则满足条件，否则需校正。3.3.2十字丝竖丝垂直于横轴的检验与校正校正其校正方法如同水准仪校正。工程测量学工程测量学3角度测量3.3经纬仪的检验与校正检验方法检验目的当横轴水平时，望远镜绕横轴旋转，其视准面应是与横轴
