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1、第3章 角度测量,学习目标：在学习角度测量基本概念的基础上，明确经纬仪的结构原理，掌握经纬仪应用的基本方法，掌握水平角、竖直角测量基本技术。,定位基本要素之一,角度测量简介,角 度 测 量,水平角测量,竖直角测量,斜距改平 测定高差,3.1 水平角测量原理,水平角：水平面上二条相交直线的夹角，或者说，二个相交竖直面的二面角。,光学经纬仪,全站仪,电子经纬仪,仪器,经纬仪种类：光学经纬仪、光电经纬仪。DJ07，DJ1，DJ2，DJ6，DJ10,经纬仪一测回方向中误差，单位为秒,3.2 经纬仪构造及其使用,光学经纬仪DJ6（普通）,光学经纬仪DJ2（精密）,一、经纬仪的构造（照准部基座）,光学度盘
2、,电子度盘,脚螺旋,光学对中器,(一) 照准部,望远镜望远镜的结构：物镜、凹透镜、十字丝板和目镜操作部件：望远对光螺旋、目镜调焦轮,望远镜成象过程的对光操作： (1) 转动目镜调焦轮，眼睛看清楚十字丝象； (2) 转动望远对光螺旋，眼睛看清楚物象A。 (3) 消除视差。视差，即移动眼睛可发现十字丝象与虚象B的相对变动现象。视差的存在表明物象 可能没有落在十字丝板焦面上。操作人员正确重复(1)(2)对光动作可消除视差。,水准器（bubble） 1、水准器的功能与类别水准器的功能（1）使仪器的竖轴处于铅垂位置；（2）使望远镜的视准轴位于水平位置；（3）使竖直度盘指标处于零位。水准器的分类圆水准器（
3、 circular bubble ）管水准器（ bubble tube ）,2、圆水准器圆水准器是将一圆柱形的玻璃盒装嵌在金属框内，如图所示。盒内装有酒精或乙醚，玻璃盒顶面内壁被磨成圆球面，中央刻有一个小圆圈，其圆心是圆水准器的零点，通过零点的球面法线，称为圆水准轴。当气泡居中时，圆水准轴处于铅垂位置。由于其灵敏度较低，只用于粗略整平仪器 。,3、水准管水准管是一个内装酒精或乙醚并留有气泡的密封玻璃管，其纵向内壁被磨成一定半径的圆弧面，外表面刻有2mm间隔的分划线，2mm所对的圆心角称为水准管分划值，通过分划线的对称中心做水准管圆弧的纵切线，称为水准管轴。,(二) 水平度盘与竖直度盘,J6光学
4、经纬仪的度盘格值为1J2光学经纬仪的格值为20威特T3（相当于J1）经纬仪的的格值为4不足1个格值的角值采用光学测微器测定。,(三) 基座,轴套、脚螺旋、连接板、固定旋钮等。 经纬仪照准部的支承装置。 经纬仪照准部装在基座轴套以后必须扭紧固定旋钮，一般应用不得松开。,（四）其他辅助机构,光学对中器 旋钮机构 水平制动、微动旋钮，控制照准部水平转动； 垂直制动、微动旋钮，控制望远镜纵向转动；,二、读数装置及其读数原理,度盘的结构形式水平度盘套在竖轴中,不随照准部的转动而转动。竖直度盘固定在横轴的一端与望远镜一起转动。 度盘读数光学系统把水平度盘和竖直度盘的刻划影像传送到一个读数窗中。注意A、B光
5、路。,J6光学经纬仪 分微尺测微器的分划值为1，估读到 0.1(6“)。,水平度盘读数：730424,J2光学经纬仪,一、经纬仪基本操作,经纬仪的安置（对中与整平）瞄准读数水平度盘的配置,3.3 水平角的测量,（一）经纬仪的安置 （对中与整平）,1、三脚架对中要求：高度适当，架头概平，大致对中，稳固可靠。 2、经纬仪对中（粗略对中） 安装经纬仪 垂球对中 光学对中器对中,垂球(plumb bob)对中,当垂球尖与地面标志点较远时，可平移三角架或以一只脚为中心将另外两只脚抬起以前后推拉或左右旋转的方式使垂球尖大致对准测站点 ； 当垂球尖与地面标志点的偏差不大时，松开中心连接螺旋，在架头上缓慢移动
6、仪器使垂球尖精确对准地面标志点 。,光学对中器对中,光学对中器是一个小型外调焦望远镜。 当照准部水平时，对中器的视线经棱镜折射后的一段成铅垂方向，且与竖轴中心重合。 用光学对中器可使对中误差小于1mm。,目镜,物镜,水平度盘,玻璃罩,透镜,光学垂线,3、三脚架整平(粗略整平)：使圆水准气泡居中。 4、精确整平 转动照准部使管水准轴与所选二个脚螺旋中心连线平行，相对转动二个脚螺旋使管水准器气泡居中。管水准器气泡在整平中的移动方向与转动脚螺旋左手大拇指运动方向一致。 转动照准部90，转动第三脚螺旋使管水准器气泡居中。 重复上述步骤使水准器气泡精确居中。,5、精确对中 在精平过程中，转动脚螺旋，会破
7、坏前面已经完成的对中。 一般来说，精平以后，光学对中器中心相对于地面标志点的偏移量很小，只需要松开中心连接螺旋，在三脚架架头上平移仪器，使光学对中器对中标志与地面标志点严格重合，然后拧紧中心连接螺旋。 此时，若水准管气泡偏移，则再精确整平仪器，如此反复进行，直至对中、整平同时完成。,（二）瞄 准,瞄准的实质：安置在地面点上的经纬仪的望远镜视准轴对准另一地面点的中心位置。一般地，被瞄准的地面点上设有观测目标，目标中心在地面点的垂线上，目标是瞄准的主要对象。 瞄准的步骤：大致瞄准、对光、精确瞄准。,常用的瞄准工具 标杆、测钎、觇牌； 悬挂垂球的铅垂线作为瞄准标志 。,（三）读 数,在经纬仪瞄准目标
8、之后从读数窗中读水平方向值。 读数与记录有呼有应，有错即纠。 纠错的原则“只能划改，不能涂改”。 最后的读数值应化为度、分、秒的单位。,二、测回法观测水平角,用于测量二个方向或三个方向构成的角度。 观测盘位： 盘左观测：竖直度盘在望远镜的左侧。 盘右观测：竖直度盘在望远镜的右侧。,盘左观测,盘右观测,1、准备工作 选定起始方向。 在地面点安置经纬仪和树立目标。 做好望远镜的对光。 根据需要进行水平度盘配置。度盘配置方法：,2、观测方法,选定测量的角度是AOB(a)。 盘左观测（上半测回） (1) 盘左精确瞄准左方目标A，配度盘至001左右，读取a1。 (2) 顺时针旋转照准部，精确瞄准右方目标
9、B，读取b1。则上半测回角值:1= b1-a1,1,a1,b1,盘右观测（下半测回） (1) 倒镜成盘右，精确瞄准右方目标B，读取b2。 (2) 逆时针旋转照准部，精确瞄准左边A，读取a2。则下半测回角值:2= b2-a2 最终水平角的计算如下：,2,a2,b2,3、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,记录要求:分、秒用2位数字表示；读数中的秒值不得改动，其他错误按规定方法改动。,三、方向观测法测量水平角,观测方向数超过2个。 1、准备工作 安置经纬仪和树立目标。 选定起始方向(或称零方向)
10、，做好对光工作。 水平度盘配置。,2、观测步骤,盘左观测选择一明显目标A作为起始方向（零方向），用盘左精确瞄准A，配置度盘，顺时针依次观测A、B，C，D，A。,A,B,O,C,D,盘右观测倒镜成盘右，逆时针依次观测A，D，C，B，A。,3、记录表格:盘左：从上到下；盘右：从下到上。,方向法观测水平角的计算过程：,归零差的计算 两倍视准误差2c的计算 2c =盘左读数（盘右读数180） 各方向平均读数的计算 平均读数= 盘左读数+（盘右读数180） /2 归零后方向值的计算 各测回归零后方向平均值的计算 水平角角值的计算,3.4 竖直角的观测,竖直角的测量原理；竖直度盘的构造；竖直度盘的读数指标
11、；竖直角的读数及计算方法；竖直角的观测程序竖直度盘指标差的影响,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)。,范围： a=090 仰角为正(+)； 俯角为负(-)。,一、竖直角的测量原理,二、竖直盘的构造,特点：读数指标线固定不动，而整个竖盘随望远镜一起转动。,三、竖直度盘的读数指标,指标线,270,90,0,180,盘右,指标线,L=90aL = 0,R=270 aR =0,四、竖直角的计算公式,盘左读数 及左角计算,取左、右角 的平均值,盘右读数 及右角计算,1、 竖直角的盘左读数及计算,左角计算： aL =90-L ，L：盘左指标线读数,2、 竖直角的盘右
12、读数及计算,右角计算： aR = R-270，R：盘右指标线读数,3、计算结果,通常情况下需要计算盘左盘右竖直角的平均值作为最终的计算角值，即a= （a L+ a R）/2 竖直角简易观测以盘左观测值 L 即可，这时a =90-L 条件：精度要求不高,1、准备工作 做好经纬仪与目标安置工作； 根据选定的方向做好对光。,五 、竖直角的观测,2、盘左观测 瞄准目标。望远镜视场目标象的顶面与十字丝象靠近中间的中横丝相切；或目标象的顶面平分十字丝象靠近中间部分的双横丝；或十字丝的单横丝平分目标象的中间位置。 精平，即转动微倾旋钮，使竖直度盘的水准器气泡居中。 读数。 3、盘右观测观测步骤同上述盘左观测
13、。,六、竖直指标差对竖直角的影响,盘左观测的竖直角：左=90-(L+x) 盘右观测的竖直角：右=R+x-270 角度计算：,3.5 角度测量误差与预防,经纬仪的主要轴线： 照准部的旋转轴VV(简称竖轴)； 望远镜的旋转轴HH(简称横轴)； 望远镜的视准轴CC； 照准部水准管轴LL。 角度测量时，轴线应满足： 竖轴必须竖直； 水平度盘必须水平，其分划中心应在竖轴上； 望远镜上下转动时，视准轴形成的视准面必须是竖直平面； 竖直度盘必须竖直，其分划中心应在横轴上。,一、仪器误差,1、三轴误差 视准轴CC误差:视准轴不垂直于横轴误差，取盘左、盘右读数的平均值可减弱以至消除该误差对水平方向观测值的影响。
14、 横轴HH误差:横轴不垂直竖轴，通过盘左、盘右观测取平均数的方法消除横轴不垂直于竖轴误差 。 竖轴VV误差:竖轴不垂直于水准管轴。,2、仪器构件偏心差 主要是照准部偏心差和度盘偏心差。 盘左盘右观测值取平均值进行消除。 3、度盘分划误差 多盘位(各测回配置不同的度盘位置)观测 4、竖直度盘指标差 盘左、盘右观测取平均值的方法消除。,仪器的对中误差 目标偏心差和对中误差有相同的性质。瞄准误差选择较好的目标构形，做好对光和瞄准工作。 读数误差,二、观测误差,三、外界环境的影响,大气密度、大气透明度的影响； 目标相位差、旁折光的影响； 温度湿度对仪器的影响等。,选择有利的观测时间和避开不利的观测条件。,消除或减少误差方法,认真安置仪器，对中准确。 多测回测量。 盘左盘右观测。 精确整平仪器。一测回不平重测。 看清目标，瞄准准确。 认真读数。 好天气，避烈日。 认真检查。 认真设点位，目标好。,本章重点,角度测量仪器：水平角定义，角度测量对仪器的基本要求， 仪器基本结构，读数方法，轴系条件，等级分类； 水平角测量：基本操作，测角方法，注意事项（消除或削弱误差的措施）； 竖直角测量：基本方法，指标差的含义及消除方法。,
