土木工程测量-第三章 角度测量

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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 角度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

2、度盘上读数为 n、m。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)工程测量学工程测量学3 角度测量3.1 角度测量原理竖直角是指在同一竖直面内，某一方向线与水平线的夹角。测 量上又称为倾斜角或竖角，用表示。竖角有仰角和俯角之分。夹 角在水平线之上为“正”，称为仰角；在水平线之下为“负”，称 为“俯角”。3.1.2 竖直角测量原理若在竖直面内，竖直方向与某一方 向线的夹角，称为“天顶距”用Z表示 。天顶距与竖直角的关系为： =90-Z(3-2)=90-Z(3-2)竖直度盘 视线水平时，竖盘读数为固定值 90或270。在竖直角

3、测量时，只需 读目标点一个方向值，便可算得竖直角 。工程测量学工程测量学3 角度测量3.1 角度测量原理根据以上分析，经纬仪须有一刻度盘和在刻度盘上读数的指标 。观测水平角时，刻度盘中心应安放在过测站点的铅垂线上，并能 使之水平。为了瞄准不同方向，经纬仪的望远镜应能沿水平方向转 动，也能高低俯仰。当望远镜高低俯仰时，其视准轴应划出一竖直 面，这样才能使得在同一竖直面内高低不同的目标有相同的水平度 盘读数。3.1.2 竖直角测量原理工程测量学工程测量学3 角度测量3.2 DJ6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

4、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0.7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3.2 DJ6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

5、钮工程测量学工程测量学3 角度测量3.2 DJ6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3.3 DJ6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3.3.1 分微尺测微器及读数方法13453.18758.1工程测量学工程测量学3 角度测量3.3 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用2、读数方法1、 原理3.3.2 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3.3 D

6、J6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3.3.3 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3.3 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用3.3.3 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，

7、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3.4 水平角和竖直角测量方法3.4.1 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)(3-3)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。工程测量学工程测量学3 角度测量3.4 水平角和竖直角测量方法3.4.1 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

8、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 180/n变换水平度盘位置。工程测量学工程测量学3 角度测量3.4 水平角和竖直角测量方法3.4.1 水平角测量 方向观测法当一个测站上需要测量的方向数多于两个 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，

9、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180/n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。工程测量学工程测量学3 角度测量3.4 水平角和竖直角测量方法3.4.1 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=1/2

10、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=1/2盘左读数+(盘右读数180) (3-5)2c=盘左读数-(盘右读数180) (3-4)工程测量学工程测量学3 角度测量3.4 水平角和竖直角测量方法3.4.1 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

11、，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。工程测量学工程测量学3 角度测量3.4 水平角和竖直角测量方法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=1/2 盘左读数+(盘 右读数 180)工程测量学工程测量学3 角度测量3.4 水平角和竖直角测量方法3.4.2 竖直角测量 竖盘结构 经纬仪竖盘包括竖直度盘、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管 微动螺旋。 竖盘固定在横轴的一端，随望远镜 一起在竖直面内转动。 测微尺的零分划线是竖盘读数的指 标，可以把它看成是与竖盘

12、指标水准管 连成一体的。指标水准管气泡居中，指 标即处于正确位置，此时，如望远镜视 准轴水平，竖盘读数则应为90的整数 倍(即0、90180、270中的一个) ，这个读数称始读数。当望远镜转动瞄 准不同高度目标时，竖盘随之转动而指 标不动，因而可读得望远镜不同位置的 竖盘读数，以计算竖直角。工程测量学工程测量学3 角度测量3.4 水平角和竖直角测量方法3.4.2 竖直角测量 竖盘结构 竖盘是由光学玻璃制成，刻划的注记有顺时针方向与逆时针方 向两种。见图3-17。不同刻划的经纬仪其竖直角公式不同。当望远 镜抬高，竖盘读数增加时，竖直角为： =读数-起始读数=L-90 (3-6) 反之， =起始读

13、数-读数=90-L (3-7)工程测量学工程测量学3 角度测量3.4 水平角和竖直角测量方法3.4.2 竖直角测量仪器安置在测站点上，对中、整平。盘左位置瞄准目标点， 使十字丝中横丝精确切准目标顶端，见图3-18。调节竖盘指标水准 管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读数为L。 用盘右位置再瞄准目标点，调节竖盘指标水准管，使气泡居 中，读数为R。 计算竖直角时，首先判断竖直角计算公式，如图3-19所示： 盘左位置 L=90-L(3-8) 盘右位置 R=R-270(3-9) 一测回角值为： =1/2(L+R)=1/2(R-L-180) (3-10) 竖直角观测与计算L=90-L(3-8) R=

14、R-270 (3-9)=1/2(L+R)=1/2(R-L-180) (3-10)将各观测数据填入竖直角观测手簿(表3-3)，利用上列各式逐项 计算，得出一测回竖直角。 低处目标的观测、计算方法与此相同。工程测量学工程测量学3 角度测量3.4 水平角和竖直角测量方法3.4.2 竖直角测量竖直角观测手簿表3-3=1/2(R+L-360)工程测量学工程测量学3 角度测量3.5 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 ： LL VV CC HH H

15、H VV 十字丝垂直于横丝工程测量学工程测量学3 角度测量3.5 经纬仪的检验与校正检验目的是使仪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)3.5.1 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3.5 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。3.5.2 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3.5 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正交的铅垂面。若视准轴与横轴不垂直，望 远镜将扫出一个圆锥面。用该仪器测量同一铅垂面内不同高度目标 时，所测水平度盘读数不一样，产生测角误差。仪