第三章 角度测量,角度测量原理 经纬仪的构造及使用 水平角的测量方法 竖直角的测量 角度测量注意事项,第一节 角度测量原理,1、水平角测量原理 概念：空间相交的两条直线在水平面上的投影构成的夹角，称为水平角，取值范围： 0-360 ,=ab=右目标读数左目标读数,2、竖直角概念,竖直角：在同一竖直面内，目标方向线与水平视线间的夹角。-90 +90 仰角：目标的方向线在水平视线的上方，为正。0-90 俯角：目标的方向线在水平视线的下方，为负。0-90 ,+a,-a,竖直角观测原理,竖直角的角值也是度盘上两个方向的读数之差。 望远镜瞄准目标的视线与水平线分别在竖直度盘上有对应读数，两读数之差即为竖直角的角值。所不同的是，竖直角的两方向中的一个方向是水平方向。无论对哪一种经纬仪来说，视线水平时的竖盘读数都应为90的倍数。所以，测量竖直角时，只要瞄准目标读出竖盘读数，即可计算出竖直角。,第二节 经纬仪,光学经纬仪介绍 经纬仪是测量角度的仪器。根据测角精度的不同，我国的经纬仪系列分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ30等几个等级。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。,（一）DJ6型光学经纬仪的构造,三部分： 1、照准部、 2、水平度盘 3、基座,1、照准部,照准部是指经纬仪水平度盘之上，能绕其旋转轴旋转部分的总称。 照准部主要由竖轴、望远镜、竖直度盘、读数设备、照准部水准器和光学对中器等组成。 *照准部制动和微动螺旋 *望远镜制动和微动螺旋 *照准部水准器(圆水准器和管水准器) *竖盘机构 *读数显微镜 *光学对中器,2、水平度盘和基座,水平度盘 水平度盘是用于测量水平角的，上面刻有0360顺时针注记的分划线。水平度盘与照准部是分离的，当照准部转动时，水平度盘并不随之转动。 基座 基座用于支承整个仪器，并通过中心连接螺旋将经纬仪固定在三脚架上。脚螺旋起整平仪器的作用。,3、光学经纬仪读数设备,分微尺读数装置 读数原理：分微尺为一固定不动的小尺，其上分为若干格，通过光路将度盘影像放大并成像于分微尺所在的平面，且度盘最小分划间隔之长为分微尺的全长。可以读出小于度盘最小分划值的读数。,读数窗中的标注： H，Hz, ,水平：均指平盘。 V，T，垂直：均指竖盘 度盘最小分划值：1 分微尺分划值： 1 估读至：0.1,（二）DJ2型光学经纬仪,DJ2型光学经纬仪的特点 轴系间结构稳定，望远镜的放大倍数较大，照准部水准管的灵敏度较高。 在读数显微镜中，只能看到水平度盘和竖直度盘中的一种影像，通过转动换像手轮出现需要读数的度盘影像。 采用对径符合读数装置，可消除偏心误差的影响，提高读数精度。,对径符合读数装置,（三）电子经纬仪的构造,电子经纬仪在结构和外观上与光学经纬仪相似，主要不同点在于读数系统采用了电子测角系统和液晶显示 。 电子测角系统从度盘上取得电信号，再转换成数字，并将测量结果储存在微处理器内, 根据需要自动显示在显示屏上，实现了读数的自动化和数字化。,南方电子经纬仪,电子经纬仪与光电测距仪可以组合成全站型电子速测仪，配合适当的接口，可将电子手簿记录的数据输入计算机，实现数据处理和绘图自动化。,第三节 经纬仪的使用,安置仪器：对中和整平 照准 读数,一、安置仪器,对中的目的： 仪器中心与测站点标志中心位于同一铅垂线上； 整平的目的： 仪器竖轴处于铅垂位置，水平度盘处于水平位置。,经纬仪安置的操作步骤及要领,初步对中：调节架腿位置 初步整平：调节架腿高度 精确整平：见图 精确对中：平移仪器,经纬仪精确整平方法,注意： 精确对中和精确整平，一般都需要经过几次“整平对中整平”的循环过程，直至整平和对中均符合要求。,二、瞄准目标,松开望远镜制动螺旋和照准部制动螺旋，将望远镜朝向明亮背景，调节目镜对光螺旋，使十字丝清晰。 利用照门和准星粗略对准目标，拧紧照准部及望远镜制动螺旋；调节物镜对光螺旋，使目标影像清晰，注意消除视差。 转动照准部和望远镜微动螺旋，精确瞄准目标。测量水平角时，应用十字丝交点附近的竖丝瞄准目标底部。,瞄准目标示意,配盘,水平角观测或工程施工放样时，常常需要将水平度盘起始读数置于零或某一指定读数，这项工作称为配盘。 使用时，先精确照准目标方向，拧紧水平及竖直制动螺旋，按下度盘手轮保护手柄，把手轮推进并转到所要读数，然后将手松开，弹出手轮。,三、读数,打开反光镜，调节反光镜镜面位置，使读数窗亮度适中。 转动读数显微镜目镜对光螺旋，使度盘、测微尺及指标线的影像清晰。 根据仪器的读数设备，按前述的经纬仪读数方法进行读数。,四、电子经纬仪的使用,电子经纬仪在初次使用之前，应对仪器采用的功能项目，如角度测量单位、竖直角零方向的位置、角度最小显示单位、竖盘指标零点补偿等进行初始设置。 使用时，首先按下开机键，在测站点上安置仪器，在目标点上安置观测标志，然后瞄准目标，最后在操作键盘上按测角键，显示屏上即显示角度值。 注意开机后应首先进行“竖直角过零”，即将望远镜在盘左水平方向上下转动12次，当望远镜通过水平视线时将指示竖盘指标归零，显示出竖直角值。 对中、整平以及瞄准目标的操作方法同光学经纬仪。,第四节 水平角的观测与计算,测回法： 当一个测站上只须观测两个方向所夹的单角时使用该种方法。 掌握两组概念 盘左盘右 左目标右目标,B,施测过程和记录,安置仪器：在测站点O安置经纬仪，在A、B两点竖立测杆或测钎等，作为目标标志。 上半测回：将仪器置于盘左位置，转动照准部，先瞄准左目标A，读取水平度盘读数 a左 ，松开照准部制动螺旋，顺时针转动照准部，瞄准右目标B，读取水平度盘读数b左 ,计算左 = b左 -a左,下半测回：松开照准部制动螺旋，倒转望远镜成盘右位置，先瞄准右目标B，读取水平度盘读数b右，松开照准部制动螺旋，逆时针转动照准部，瞄准左目标A，读取水平度盘读数a右,计算右 = b右 - a右 对于DJ6型光学经纬仪，如果上、下两半测回角值之差不大于40，认为观测合格。此时，可取上、下两半测回角值的平均值作为一测回角值。,测回法观测手簿,注意,由于水平度盘是顺时针刻划和注记的，所以在计算水平角时，总是用右目标的读数减去左目标的读数，如果不够减，则应在右目标的读数上加上360，再减去左目标的读数，决不可以倒过来减。 配盘：当测角精度要求较高时，需对一个角度观测多个测回，应根据测回数n，以180/n的差值，安置水平度盘起始读数。,全圆观测法,当一个测站上需观测两个以上方向所夹的角度时，叫全圆观测法。,方向观测法的技术要求,O,A,B,C,D,第五节 竖直角观测,竖直度盘构造,如图所示，光学经纬仪竖直度盘的构造包括竖直度盘、竖盘指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋(现多被竖盘指标自动归零装置代替)。 竖直度盘固定在横轴的一端，当望远镜在竖直面内转动时，竖直度盘也随之转动，而用于读数的竖盘指标则不动。,一、竖直度盘构造的特点,竖直度盘构造的特点是： 当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，盘左位置的竖盘读数为90，盘右位置的竖盘读数为270。,二、竖直角的计算推导,顺时针注记:,L90L,盘左,RR270,盘右,以顺时针注记的竖盘为例，竖直角计算的公式为:,将盘左、盘右位置的两个竖直角取平均值，则竖直角计算公式为：,三、竖直角计算公式,竖直角计算公式的判别方法,观测竖直角之前，将望远镜大致放置水平，观察视线水平时的 竖盘读数， 然后上仰望远镜，观测竖盘读数是增加还是减少： 若读数增加，则竖直角的计算公式为： 若读数减少，则竖直角的计算公式为：,四、竖盘指标差,竖盘指标常常偏离正确的位置，其差值x称为竖盘指标差。 竖盘指标差x本身有正负号，一般规定当竖盘指标偏移方向与竖盘注记方向一致时，x取正号，反之x取负号。,x,L,L0,竖直角观测时，指标差互差的限差，DJ2型仪器不得超过15； DJ6型仪器不得超过25。,五、竖直角观测步骤,在测站点O安置经纬仪，在目标点A竖立观测标志，按前述方法确定该仪器竖直角计算公式 盘左位置：瞄准目标A，使十字丝横丝精确地切于目标顶端，打开竖盘指标自动归零装置，读取竖盘读数L 盘右位置：重复步骤2 根据竖直角计算公式计算,竖直角瞄准目标示意,竖直角观测记录表,经纬仪操作注意事项,1、经纬仪安置 (1) 检查轴座固紧螺旋是否旋紧，防止从照准部上滑脱。 (2) 中心螺旋要旋紧 (3) 对中误差不大于3mm，整平时，气泡偏离零点不应超过一格 2、照准： (1) 观测水平角时，应尽量照准目标的中心位置或底部 (2) 观测竖直角时，应用横丝与目标顶相切。,角度测量注意事项,为了消除仪器误差，应采用盘左、盘右观测取平均值的方法，各测回间应变换度盘位置观测。 注意仪器的严格整平。观测过程中，水准管偏离零点不得超过一格。 观测水平角时应仔细对中，尤其是当边长较短或两目标与仪器接近在一条直线上时，更要特别注意。 测杆应立直。 仔细瞄准并消除视差。 读数时要仔细调节读数显微镜和反光镜，使度盘与测微尺影像清晰，使影像亮度适中，然后再仔细读数。 选择有利的观测时间和观测条件。,第六节 经纬仪主要轴线,一、主要轴线： 1、竖轴VV 2、横轴HH 3、视准轴CC 4、水准管轴LL 5、十字丝竖丝JJ,二、轴线间应满足的关系,1、望远镜上下翻转所扫过的面为竖直平面,2、水平度盘应严格水平 水准管轴LL 竖轴VV,视准轴 CC 横轴HH,横轴 HH 竖轴VV,3、十字丝竖丝应垂直于横轴JJ 横轴HH,第七节 水平角观测误差来源,一、仪器误差 1、视准轴误差 2、横轴误差 3、竖轴误差 4、照准部偏心差 用盘左、盘右所得结果的平均值可以消除视准轴误差、横轴误差和照准部偏心差的影响。,二、观测误差 1、测站对中误差 2、目标对点误差 3、照准误差 4、读数误差 5、整平误差,三、外界条件的影响 1、大气情况的影响 2、温度变化的影响,几种常见国产经纬仪,1、南方电子经纬仪ET-02/05,采用光栅增量式数字角度测量系统 电子式补偿器 省电设计，工作时间长 双面液晶显示，使用简单 可配置测距仪并与之良好通讯,苏一光DJD2A DJD5 电子经纬仪,可提供一条可见的激光束，十分利于工程施工。 激光通过望远镜发射出来，与望远镜照准轴保持同轴、同焦。同时望远镜可绕过支架作盘左盘右测量。也可向天顶方向垂直发射激光束，作一台激光垂准仪。 保持电子经纬仪的测角精度。 若配置弯管读数目镜，则可根据竖盘读数对竖直角进行测量。 当望远镜照准轴精细调成水平后，又可作激光水准仪及激光扫平仪用。,苏一光LT2、LT5 激光经纬仪,