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第四章 角度测量,本节重点,掌握角度测量内容及原理 认识角度测量仪器经纬仪,概述,角度测量包括水平角测量和竖直角测量 角度测量的目的 水平角测量: 确定直线的方向和点的平面位置 竖直角测量: 确定地面两点间的高差,或将地面斜距改化成水平距离 角度测量的主要仪器: 经纬仪 根据测量的精度不同,经纬仪可分为罗盘仪(俗称袖珍经纬仪)、普通经纬仪或精密经纬仪。,水平角测量原理,水平角: 相交的两条直线在水平面内的投影,也就是过这两方向线所作的两竖直面间的二面角。 取值范围: 0360o 仪器:经纬仪、水平度盘,水平角测量原理,测量要点:经纬仪中心精确安置在拟测量角A的顶点; 水平度盘中心与角顶点A在同一铅垂线上; 经纬仪上的望远镜可水平旋转,也可竖直旋转; 水平度盘固定不动. A、B两点的水平角:ba,A,经纬仪,水平度盘,竖直角测量原理,竖直角是同一竖直面内目标与水平线或铅垂线方向间的夹角。与水平线间的夹角称为垂直角,与铅垂线间的称为天顶距。 垂直角角度取值为0 90。视线向上倾斜为仰角,符号为正。视线向下倾斜为俯角,符号为负。 天顶距Z取值0 180,恒取正值。,垂直角测量原理,竖直角测量原理,在经纬仪上装置一个铅垂状态的全圆量角器(竖直度盘)。两个方向读数之差为竖直角角值。 任何注记形式的竖盘,制作时都要求视线在水平时的读数为一固定值,如0,90,180,270。 垂直角测量的两个方向中须有一个水平方向。,4.2 光学经纬仪,经纬仪分光学经纬仪和电子经纬仪两大类。 按精度分: DJ07、DJ1、DJ2(精密经纬仪)DJ6(普通经纬仪,俗称工程经纬仪) 注:下标数字为该仪器一测回方向观测中误差的秒数。,DJ6-2 DJ6-2 (华光),J2-2 (苏一光),TDJ2E TDJ2 (北光),J6E J6 (1002厂),DJD2A DJD5 (苏一光),DJD2-G、DJD5-G (北光),LT2、LT5 (苏一光),拓普康,索佳,蔡 司,徕 卡,宾得,经纬仪能同时测量水平角和竖直角,须满足: 1.仪器能使水平度盘和竖直度盘分别置于水平位置和铅垂位置。 2.能够精确照准任何方向的目标。 3.仪器的旋转轴应与过测站点的铅垂线一致。 4.水平度盘应水平,竖直度盘应铅垂,并能测出目标的水平方向值和竖角。,4.2 经纬仪的认识及使用,一、DJ6光学经纬仪基本构造,光学经纬仪主要由基座、度盘(水平和竖直)和照准部三大部分组成。,(1)基座 基座是支承整个仪器的底座。 基座上有三个脚螺旋、圆水准器、支座、连接螺旋等。 脚螺旋用于整平仪器。,(2)水平度盘及竖直度盘 水平度盘和竖直度盘由光学玻璃制成 。 顺时针0360刻度; 仪器整平时,水平度盘水平 水平度盘独立装于竖轴上,测量时照准部转动,水平度盘则不动。 竖直度盘固定在横轴的一端与望远镜一起转动。,(3)照准部,望远镜:用于瞄准目标,与水准仪类似,也由物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板组成; 横轴:望远镜的旋转轴;U形支架:用于支撑望远镜; 竖轴:照准部旋转轴的几何中心; 竖直度盘:用于测量竖直角, 顺时针或逆时针刻划;,竖盘指标水准管:用于指示竖盘指标是否处于正确位置; 管水准器:用于整平仪器; 读数显微镜:用来读取水平度盘和竖直度盘的读数; 调节螺旋。,四条轴线: VV(竖轴):与测站点在同一铅垂线上,水平度盘安于其上 HH(横轴):望远镜、竖直度盘安于其上 LL(管水准轴):保证竖轴铅垂,而水平度盘水平 CC(视准轴):绕横轴转动,竖盘也转动,各螺旋及其作用,固定螺旋(轴座连接螺旋)8:固定基座与照准部 脚螺旋12:整平仪器 水平制动、微动螺旋7、6,控制照准部水平转动; 垂直制动螺旋18,控制望远镜竖直转动; 竖盘指标水准管微动螺旋3;调整竖直度盘水准器气泡居中,使指标线处于垂线方向上; 光学对中器5:对中; 目镜调焦螺旋15:使十字丝清晰; 物镜调焦螺旋14:使目标清晰; 度盘变换手轮,2.光学经纬仪的读数方法,1)分微尺测微 读数窗: H 标记为水平度盘读数窗 V 标记为竖直度盘读数窗 读数方法:全尺分60格每小格1o共60,每10 有注记,分别注为0 1 2 3 4 5 6不足1的可估读至0.1即6“的倍数如:水平度盘角度是2150000”竖直度盘角度785224”,例1:,例2:,例3:,例4:,读数,(1)垂球对中及整平方法 (2)光学对中器对中及整平方法,二、 光学经纬仪的使用,经纬仪的安置,瞄准目标,1、对中目的:使水平度盘中心与测站点标志中心在同一铅垂线上方法:垂球对中 光学对中,垂球对中(要点),粗略对中:移动三脚架,使垂球尖离测站中心12cm内; 精确对中:稍微松开中心螺丝,在脚架头上移动(不能旋转)仪器,使垂球尖精确对中测站标志中心,旋紧中心螺丝。 注意:脚架头首先要放平,三个脚螺旋基本等高;脚架适当踩实; 垂球尖尽量接近标志,便于判断。,光学对中,安置三脚架,粗平,粗对中; 装照准部,拧紧连接螺旋; 用脚螺旋使光学对中器对中; 伸缩架腿整平圆气泡; 用脚螺旋整平长气泡; 松连接螺旋再精确对中; 用脚螺旋精平长气泡。 若不符合要求,再重复6、7步。,整平 1)目的:使水平度盘严格水平、竖直度盘铅垂。 2)方法:先粗平再精平 粗平:使圆水准气泡居中(利用脚架调整) 精平:使管水准器居中(用脚螺旋使水准管气泡在互相垂直的两个方向上都居中),粗平:判断标准: 圆水准气泡居中方法:伸缩脚架进行粗平,即根据气泡位置,升高或降低脚架(注:气泡总位于高处)。用垂球对中时,只能用脚螺旋粗平,气泡居中,1、2等高,1,2,3,气泡居中,3与1、2等高,精平方法(左手大拇指法则):汽泡移动的方向与左手大拇指转动的方向一致 要点: 转动仪器,使水准管与1、2脚螺旋连线平行。 根据气泡位置运用法则,对向旋转1、2脚螺旋。 转动仪器90,运用法则,旋转3脚螺旋。,高,3. 调焦消除视差:使十字丝及物象清晰,包括目镜和物镜调焦。 4. 瞄准使十字丝中心部位正对目标。注:测量水平角时,用十字丝的纵丝对准目标底部, 测量竖直角时,用横丝切准目标顶部。,照准目标及瞄准方法照准标志: 标杆 测钎 瞄准方法(4点)目镜对光使十字丝清晰用准星粗瞄目标物镜对光,使目标像清晰用水平微动精确瞄准目标,TDJ2E TDJ2 (北光),5.读数打开反光镜,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)。,水平角:21506 48 “ 竖直角: 7852 00 “,经纬仪的安置和使用步骤,将三脚架安置在测站点上 注意:高度适中、架头水平、目估对中 对中 目的:使仪器中心和测站点在同一铅垂线上 方法:锤球对中,光学对中 步骤:粗略对中、精确对中 整平 目的:使仪器的水平度盘水平、竖直度盘铅垂 步骤:粗平、精平,脚架安置,安置脚架,粗略对中,安装仪器,精确对中(3mm),粗略整平,精确整平( 1格),影响对中,以上几步应重复进行,调焦 目镜调焦使十字丝清晰 瞄准 准星粗瞄 物镜调焦使目标清晰(注意消除视差) 精确瞄准 读数,脚架安置,目镜调焦,粗瞄目标,物镜调焦,精确瞄准,读数,4-4 水平角观测,在角度观测中,为消除或削弱仪器误差,常采用盘左和盘右位置观测法 盘左:观测者正对望远镜目镜时,竖盘在望远镜的左边,又称正镜; 盘右:观测者正对望远镜目镜时,竖盘在望远镜的右面,又称倒镜。 盘左和盘右零方向读数差为180o 观测方法:测回法和方向观测法。,1、测回法,测回法适用于测量两个方向之间的单角。,测量步骤: 1) 盘左测量(上半测回) 安置仪器于测站点O,对中、整平; 取盘左位置瞄准左目标A,用水平制动、水平微动螺旋精确照准目标后,读取水平度盘读数a; 松开水平制动扳手,顺时针转动望远镜,用同样方法照准右目标B,读得读数b; 测得角值为:左= b- a,2)盘右测量(下半测回) 松开水平制动扳手,纵转望远镜,变盘左为盘右,同法再次照准目标B,读得读数b; 松开水平制动扳手,逆时针转动望远镜,同法照准目标A,读得读数a; 测得角值为: 右= b- a,3)取值 上、下半测回合称为一测回,若|左-右| 在规定限差内(DJ6 40)认为观测合格。此时取一测回角值为: = (左+右)/2,【注】: 上半测回先左(A)后右(B),顺时针转动望远镜,下半测回先右(B)后左(A),逆时针转动望远镜。 当水平角需观测几个测回时,为了减低度盘分划误差的影响,各测回之间要根据测回数n,以180/n的差值变换度盘的起始位置。如当测回数n=3时,各测回的起始方向读数应等于或略大于0、60、120。,表 测回法观测水平角记录手簿示例,计算检核,2、方向观测法(全圆观测法)用于两个以上目标方向的水平角观测。 观测步骤: 盘左位置:观测顺序:顺时针以上为上半测回。,零方向,盘左,A,B,C,D,O,上半测回归零,盘右位置:观测顺序:逆时针此为下半测回。,零方向,盘右,A,B,C,D,O,下半测回归零,上、下半测回合称为一测回。如需观测n个测回,则各测回仍按180/n变换度盘的起始位置。 上下半测回应符合技术规定,否则应重测,上下半测回归零差:即两次瞄准零方向A的读数之差 归零后的方向值:各方向的平均读数减去零方向均值 两倍视准轴误差2值:同一方向盘左盘右之差,即2C=L-(R180),若2C没超限,则取 各方向的平均读数:L+(R180o)/2 同一方向各测回互差:若无超限,则取各测回归零方向值的平均值,水平角观测技术规定,方向观测法记录手簿,4- 垂直角观测,1、竖直度盘 经纬仪的竖盘装置包括竖直度盘、竖盘指标水准管和指标水准管微动螺旋。 竖盘装配在望远镜横轴的一端,可随望远镜一起在竖直面内转动。,构造特点: 分微尺的零分划线即是读数的指标线。 当指标水准管的气泡居中时,指标处于正确位置,分微尺上的数为竖盘的正确读数。 望远镜转动,竖盘也随之转动,而指标线不动,由指标线可读得目标角值。,竖直度盘和水平度盘的差异?,竖角类型,竖直角:目标与水平方向的夹角,度盘刻划形式为顺时针 天顶距:目标与天顶方向的夹角,度盘刻划形式为逆时针,竖直角,天顶距,2. 竖角的计算望远镜视线上倾,竖盘读数增加:照准目标时读数视线水平时读数望远镜视线上倾,竖盘读数减少:视线水平时读数照准目标时读数 竖盘注记形式为顺时针时,望远镜视线上倾,盘左读数减少,盘右读数增加。盘左盘右水平视线的读数分别为90o和270o。,270,90,0,180,盘右,180,270,0,90,盘左,竖角取盘左盘右均值,盘左: 左=90-L,盘右: 右=R-270,3、竖盘指标差,竖盘指标差:指竖盘水准管气泡居中时,读数指标线与铅垂线的夹角。 形成原因:指针偏移正确位置而引起读数的误差。 当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时,x为正,反之为负。,180,270,0,90,270,90,0,180,盘右,180,270,0,90,如:盘左,180,270,0,90,270,90,0,180,左=(90+x)-L,右=R-(270+x),
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