经纬仪及角度测量 .ppt

《经纬仪及角度测量 .ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《经纬仪及角度测量 .ppt（63页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第四章 经纬仪及角度测量,第一节 角度测量的基本概念第二节 光学经纬仪第三节 水平角观测第四节 竖直角观测第五节 角度测量误差,Surveying and Mapping,第一节 角度测量基本概念,水平角：空间两直线的夹角在水平面上的投影。竖直角:同一竖直面内，某目标方向的视线与水平线之间的夹角；也称倾斜角。有正负之分。天顶距：视线与天顶方向(铅垂线反方向)之间的夹角。在大地测量和天文测量中经常用这种表示方法。,第二节 光学经纬仪,一、经纬仪的分类 二、DJ6光学经纬仪的构造 三、DJ6光学经纬仪的读数方法 四、经纬仪的使用,一、经纬仪的分类,按测角精度：分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6和

2、DJ15等不同级别。其中“D”和“J”分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉字拼音第一个字母，下标数字07、1、2、6、15表示仪器的精度等级，即“一测回方向观测中误差的秒数”。,二、DJ6 光学经纬仪的构造,光学经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成。如图为北京光学仪器厂生产的DJ6级光学经纬仪构造示意图。,照准部,照准部：照准部为经纬仪上部可转动的部分，由望远镜、竖直度盘、横轴、支架、竖轴、水平度盘水准器、读数显微镜及其光学读数系统等组成。望远镜：望远镜用于精确瞄准目标。它在支架上可绕横轴在竖直面内作仰俯转动，并由望远镜制动扳钮和望远镜微动螺旋控制。经纬仪的望远镜与水准仪的望远镜相同，由

3、物镜、调焦镜、十字丝分划板、目镜和固定它们的镜筒组成。,照准部,竖直度盘:竖直度盘用于测量竖直角，竖直度盘固定在横轴的一端，随望远镜一起转动。水准器：照准部上有一个管水准器和一个圆水准器。与脚螺旋配合，用于整平仪器。圆水准器用作粗略整平，管水准器用作精确整平。竖轴：照准部的旋转轴即为仪器的竖轴，竖轴插入竖轴轴套中，照准部可绕竖轴在水平方向旋转，并由水平制动扳钮和水平微动螺旋控制。照准部上还装有光学对中器，用于仪器的精确对中。,基 座,基座：用于支撑整个仪器，并通过中心连接螺旋将经纬仪固定在三脚架上。基座上安有三个脚螺旋和连接板。转动脚螺旋可使水平度盘水平。在基座上还有一个轴座固定螺旋，一般情况

4、下，不可松动轴座固定螺旋，以免仪器脱出基座而摔坏。,水 平 度 盘,水平度盘是由光学玻璃制成的圆盘，其边缘按顺时针方向刻有0360的分划，用于测量水平角。水平度盘与照准部是分离的，照准部转动时，水平度盘并不随之转动。有的经纬仪装有复测机构，将复测按钮扳下，水平度盘与照准部结合在一起，这时水平度盘跟照准部一起转动。不需要一起转动时，将复测按钮扳上，水平度盘就与照准部脱开。也有的经纬仪没有复测机构，单独设置一个变换水平度盘位置的手轮，当需要转动水平度盘时，只要转动手轮即可。,三、DJ6 光学经纬仪的读数方法,DJ6级光学经纬仪，在望远镜旁的读数显微镜内读数。由于测微装置的不同，DJ6级光学经纬仪的

5、读数方法分为下列两种：分微尺测微器读数法和单平板玻璃测微器读数法,分微尺测微器读数方法,大部分DJ6经纬仪都采用这种读数设备。度盘最小分划值为1，分微尺上把度盘为1的弧长分为60格，所以分微尺上最小分划值为1，每10作一注记，可估读至0.1。读数时，打开并转动反光镜，使读数窗内亮度适中，调节读数显微镜的目镜，使度盘和分微尺分划线清晰。“度”可从分微尺中的度盘分划线上的注字直接读得，“分”则用度盘分划线作为指标，在分微尺中直接读出，并估读至0.1，两者相加，即得度盘读数。,分微尺测微器读数方法,如图所示，水平度盘的读数为1300130=1300130；竖盘读数为872200=872200。,单平

6、板玻璃测微器的读数方法,如图所示为单平板玻璃测微器的读数窗视场，读数窗内可以清晰地看到测微盘（上）、竖直度盘（中）和水平度盘（下）的分划像。度盘凡整度注记，每度分两格，最小分划值为30；测微盘把度盘上30弧长分为30大格，一大格为1，每5一注记，每一大格又分三小格，每小格20，不足20的部分可估读，一般可估读到四分之一格，即5。,单平板玻璃测微器的读数方法,读数时，打开并转动反光镜，调节读数显微镜的目镜，然后转动测微轮，使一条度盘分划线精确地平分双线指标，则该分划线的读数即为读数的度数部分，不足30的部分再从测微盘上读出，并估读到5，两者相加，即得度盘读数。每次水平度盘读数和竖直度盘读数都应调

7、节测微轮，然后分别读取，两者共用测微盘，但互不影响。,单平板玻璃测微器的读数方法,图A中，水平度盘读数为 4930+2240=495240；图B中，竖直度盘读数为 107+0140=1070140。,四、经纬仪的使用,经纬仪的基本操作为：对中、整平、瞄准和读数。对中:对中的目的是使仪器度盘中心与测站点标志中心位于同一铅垂线上。垂球对中操作步骤为：1.张开脚架，调节脚架腿，使其高度适宜，并通过目估 使架头水平、架头中心大致对准测站点。2.从箱中取出经纬仪安置于架头上，旋紧连接螺旋，并挂上锤球。如锤球尖偏离测站点较远，则需移动三脚架，使锤球尖大致对准测站点，然后将脚架尖踩实。3.略微松开连接螺旋，

8、在架头上移动仪器，直至锤球尖准确对准测站点，最后再旋紧连接螺旋。,四、经纬仪的使用,整平:调节脚螺旋使水准管气泡居中，其操作步骤:1.使水准管平行于任一对脚螺旋如图 A。转动这两个脚螺旋，使水准管气泡居中。2.将照准部旋转90，转动第三个脚螺旋，使水准管气泡居中如图B。,四、经纬仪的使用,整平：（3）按以上步骤重复操作，直至水准管在这两个位置上气泡都居中为止。,四、经纬仪的使用,使用光学对中器进行对中、整平时:A:首先通过目估初步对中（也可利用锤球），旋转对中器目镜看清分划板上的刻划圆圈，再拉伸对中器的目镜筒，使地面标志点成像清晰。,四、经纬仪的使用,使用光学对中器进行对中、整平时:B:如果测

9、站点偏离光学对中器中心圆较远，可根据地形安置好三脚架一支腿，两手分别持其它两条腿并作移动，使测站点标志位于对中器中心圆左右位置，踩实三脚架架腿。,四、经纬仪的使用,使用光学对中器进行对中、整平时:C:转动脚螺旋使标志点的影像移至刻划圆圈中心。,四、经纬仪的使用,使用光学对中器进行对中、整平时:D:然后通过伸缩三脚架腿，调节三脚架的长度，使经纬仪圆水准器气泡居中，再调节脚螺旋精确整平仪器。,四、经纬仪的使用,使用光学对中器进行对中、整平时:E:通过对中器观察地面标志点，如偏刻划圆圈中心，可稍微松开连接螺旋，平移（不可旋转）基座，使其精确对中，此时，如水准管气泡偏移，则再整平仪器，如此反复进行，直

10、至对中、整平同时完成。,四、经纬仪的使用,瞄准：瞄准目标的步骤如下：1.目镜对光：将望远镜对向明亮背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。2.粗略瞄准：松开照准部制动螺旋与望远镜制动螺旋，转动照准部与望远镜，通过望远镜上的瞄准器对准目标，然后旋紧制动螺旋。3.物镜对光：转动位于镜筒上的物镜对光螺旋，使目标成像清晰并检查有无视差存在，如果发现有视差存在，应重新进行对光，直至消除视差。,四、经纬仪的使用,瞄准（4）精确瞄准：旋转微动螺旋，使十字丝准确对准目标。观测水平角时，应尽量瞄准目标的基部，当目标宽于十字丝双丝距时，宜用单丝平分，如图A所示；目标窄于双丝距时，宜用双丝夹住，如图B所示；观测竖

11、直角时，用十字丝横丝的中心部分对准目标位，如图C所示。,四、经纬仪的使用,读数：读数前应调整反光镜的位置与开合角度，使读数显微镜视场内亮度适当，然后转动读数显微镜目镜进行对光，使读数窗成像清晰，再按上节所述方法进行读数。,第三节 水平角观测,1 测回法 2 方向观测法,水平角观测,一.测回法竖盘在望远镜视准轴的左侧，称为盘左，也称正镜；竖盘在视准轴方向的右侧则称盘右，也叫倒镜。测回法适用于观测两个方向之间的单个水平角。如图所示，欲测出地面上OA、OB两方向间的水平角，可按下列步骤进行观测：,水平角观测 测回法,1在角顶O点安置经纬仪，在A、B点上分别竖立花杆。2以盘左位置照准左边目标A，得水平

12、度盘读数a左（如为00012），记入表（观测手簿）第4栏相应位置。3.松开照准部和望远镜制动螺旋，顺时针转动照准部，瞄准右边目标B，得水平度盘读数b左（如为1202036），记入观测手簿相应栏内。则盘左所测的角值为:左=b左-a左=1202036-00012=1202024,水平角观测 测回法,以上完成了上半个测回。为了检核及消除仪器误差对测角的影响，应该以盘右位置再作下半个测回观测。4.倒转望远镜成盘右位置，先瞄准右边目标B，得水平度盘读数b右（如为3002106），记入手簿；逆时针方向转动照准部，瞄准左边目标A，得度盘读数a右（如为1800048），记入手薄,完成了下半测回，其水平角值为:

13、右=b右-a右=3002106-1800048=1202018,水平角观测 测回法,上下半测回角值差不大于40时：=（左+右）/2,水平角观测 测回法,当测角精度要求较高时，须观测n 个测回。为了消除度盘刻划不均匀的误差，每个测回观测完毕,应将度盘读数改变180/n,再开始下一测回的观测。,实习 水平角观测（测回法）,一、目的和要求 1.掌握测回法测量水平角的操作方法、记录和计算。2.每位同学对同一角度观测两测回，上、下半测回角值之差不超过40。二、仪器和工具 DJ6经纬仪1台，测钎2只，记录板1块，伞1把。三、方法与步骤 1.在测站点安置经纬仪，对中、整平。,实习 水平角观测（测回法）,三、

14、方法与步骤 2.盘左位置，瞄准左手方向的目标，读取水平度盘读数，记入观测手簿；然后松开照准部制动螺旋，顺时针转动照准部，瞄准右手目标，读取水平度盘读数，记入观测手簿。3.盘右位置，倒转望远镜成盘右位置，瞄准原右手方向的目标，读取水平度盘读数，记入观测手簿；然后松开照准部制动螺旋，逆时针转动照准部，瞄准原左手方向的目标，读取水平度盘读数，记入观测手簿。,实习 水平角观测（测回法）,四、注意事项 1.目标不能瞄错，并尽量瞄准目标下端。2.立即计算角值，如果超限，应重测。五、应交成果 测回法水平角观测记录簿,并附有相关计算:1.上、下半测回校核计算；2.按测回数水平度盘配置计算；3.半测回、一测回、

15、各测回平均值计算 组别：仪器号码：年 月 日,水平角观测,二.方向观测法在一个测站上，当观测方向在三个以上时，一般采用方向观测法，即从起始方向顺次观测各个方向后，最后要回测到起始方向，最后一步称为“归零”，其目的是为了检验仪器度盘位置是否变动，上述工作称为盘左半测回或上半测回。如图中OA为起始方向，也称零方向。,实习 方向法观测水平角,一.目的掌握用DJ6光学经纬仪按方向观测法测水平角的方法及记录、计算方法，了解各项限差。二.仪器及用具每组借J6经纬仪l台，记录板1块，测伞1把。,实习 方向法观测水平角,三.实验步骤提要在一个测站上对4个目标作两测回的方向法观测。1.一测回操作顺序为：上半测回

16、，盘左，零方向水平度盘读数应配置在比0稍大的读数处，从零方向开始，顺时针依次照准各目标，读数，归零并计算归零差。若归零差不超过限差规定，则计算零方向平均值。下半测回，盘右从零方向开始，逆时针依次照准各目标，读数，归零并计算归零差。若归零差不超过限差规定，则计算零方向平均值。计算半测回方向值及一测回平均方向值。,实习 方向法观测水平角,2.进行第二测回观测时，操作方法和步骤与上述相同，仅是盘左零方向要变换水平度盘位置，应配置在比90稍大的读数处。3.若同一方向各测回方向值互差不超过限差规定，则计算各测回平均方向值。所有读数均应当场记入水平角观测手簿中。4.DJ6经纬仪方向法观测的各项限差如下：半

17、测回归零差：24；上、下半测回同一方向值之差:24；各测回同一方向的方向值之差：24。,实习 方向法观测水平角,5.注意事项1）仪器安置的高度要合适，三脚架要踩牢，仪器与脚架连接要牢固；观测时不要手扶或碰动三脚架，转动照准部和使用各种螺旋时，用力要轻。2）应选择距离稍远、易于照准的清晰目标作为起始方向（零方向）。3）为避免发生错误，在同一测回观测过程中，切勿碰动水平度盘变换手轮，注意关上保护盖。,实习 方向法观测水平角,5.注意事项4）记录员听到观测员读数后必须向观测员回报，经观测员默许后方可记入手簿，以防听错而记错。5）手簿记录、计算一律取至秒。6）在水平角观测过程中，如同一测回内发现照准部

18、水准管气泡偏离居中位置，不允许重新调整水准管使气泡居中；若气泡偏离中央超过一格时，则需重新整平仪器，重新观测。,实习 方向法观测水平角,5.注意事项 7）测回间盘左零方向的水平度盘读数应变动180/n(n为测回数)。本实验测2测回，故n=2。6上交资料每人上交一份合格的二测回方向观测记录及计算成果(表格)。,第四节 竖直角观测,一、竖直度盘（竖盘）的构造二、竖直角计算三、竖盘指标差四、竖直角观测,一 垂直度盘（竖盘）的构造,竖直度盘简称竖盘，如图所示为J6级经纬仪竖盘构造示意图，主要包括竖盘、竖盘指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋。,一 垂直度盘（竖盘）的构造,竖盘固定在横轴的一侧，

19、随望远镜在竖直面内同时上、下转动；竖盘读数指标不随望远镜转动，它与竖盘指标水准管连接在一个微动架上，转动竖盘指标水准管微动螺旋，可使竖盘读数指标在竖直面内作微小移动。当竖盘指标水准管气泡居中时，指标应处于竖直位置，即在正确位置。一个校正好的竖盘，当望远镜视准轴水平、指标水准管气泡居中时，读数窗上指标所指的读数应是90或270，此读数即为视线水平时的竖盘读数。,一 垂直度盘（竖盘）的构造,竖盘的刻划注记形式很多，常见的光学经纬仪竖盘都为全圆式刻划，分为顺时针和逆时针两种注记，盘左位置视线水平时，竖盘读数均为90，盘右位置水平视线时竖盘读数均为270。多数J6级经纬仪采用的是顺时针注记的竖盘，如图

20、A,二 竖直角计算,J6经纬仪中最常见的顺时针竖盘注记形式，如图所示：计算方法见下页。,二 竖直角计算,现以J6经纬仪中最常见的竖盘顺时针注记形式（如图所示）来说明竖直角的计算方法。由图可知,在盘左、视线水平时读数为90，当望远镜上倾时读数减小；在盘右、视线水平时读数为270，当望远镜上倾时读数增加。如以“L”表示盘左时瞄准目标时的读数，“R”表示盘右时瞄准目标时的读数，则竖直角的计算公式为：L=90-L R=R-270 最后，取盘左、盘右的竖直角平均值作为观测结果，即=1/2（L+R）=1/2（R-L）-90,三 竖盘指标差,当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向90或270，而与正确

21、位置相差一个小角度x,x称为竖盘指标差。竖盘指标差有正、负之分，当指标偏移方向与竖盘注记方向一致时，会使竖盘读数中增大一个x值，即x为正；反之，当指标偏移方向与竖盘注记方向相反时，则使竖盘读数中减小了一个x值，故x为负。下图J6经纬仪指标偏移方向和竖盘注记方向一致，x为正值。见示意图。,三 竖盘指标差,DJ6经纬仪由于指标差x的存在，盘左、盘右读数均增加一个x，因此，若用盘左读数计算正确的竖直角，则（90 x)-L=（90-L）x=L+x若用盘右读数计算竖直角时，应为：R(270 x)=（R270）x=Rx 两式相加并除以2，得：=(R）/2=1/2(R-L)-90两式相减并除以2可以求出x：

22、x=(-R）/2=1/2(R+L)-180,四 垂直角观测,1.在测站O点上安置经纬仪，以盘左位置用望远镜的十字丝的横丝，瞄准目标上某一点M。2.转动竖盘指标水准管微动螺旋，使气泡居中。读取竖盘读数L。3.倒转望远镜，以盘右位置再瞄准目标上M点。调节竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数R。竖直角的观测记录手薄如下表。,四 垂直角观测,五 角度测量误差,仪器误差,观测误差,照准部偏心误差,度盘刻划误差,视准误差(c),横轴误差,纵轴误差,仪器对中误差,目标偏心误差,照准误差,读数误差,视差和十字丝不清晰的影响,照准部偏心误差,产生情况：照准部旋转中心与度盘分划中心不重合规律：随瞄准方向而异，照准

23、方向垂直于偏心方向时对水平方向读数影响最大消除与减弱措施：盘左盘右取平均值可消除,度盘刻划误差,产生情况：度盘制造时产生消除与减弱措施：变换度盘位置,视准误差(c),产生情况：视准轴不垂直于水平轴时产生的误差规律：随垂直角增大而增大消除与减弱措施：盘左盘右取均值可以消除,横轴误差,产生情况：横轴不水平规律：随垂直角增大而增大，对两等高目标观测时误差为0消除与减弱措施：盘左盘右取均值可以消除,纵轴误差,产生情况：纵轴不铅垂规律：随垂直角增大而增大，与横轴所处的方向有关消除与减弱措施：注意水准管的精度与精确整平注意：不能用盘左盘右取均值可以消除,仪器对中误差,产生情况：仪器中心与测站点不在同一铅垂线上规律：偏心越大、边越大，误差越大消除与减弱措施：精确对中,目标偏心误差,产生情况：觇标中心偏离目标标尺中心规律：与偏心距成正比，与边长成反比，垂直于视线方向的目标偏心误差最大消除与减弱措施：觇标铅垂,照准误差,产生原因：未精确瞄准目标的几何中心消除与减弱措施：选择较好的观测环境,读数误差,产生原因：估读导致消除措施：认真操作,视差和十字丝不清晰的影响,视差：目标成象不在十字丝板上引起的误差消除措施：观测时认真调焦,