《工程角度测量》PPT课件.ppt

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1、第五单元 角度测量原理及方法,一、角度测量原理,二、经纬仪,三、水平角测量,四、竖直角测量,六、角度测量的误差分析,五、经纬仪的检验校正,角度测量包括 水平角测量和竖直角测量。水平角测量用于确定点的平面位置。竖直角测量用于测定高差或将 倾斜距离改化成水平距离。常用仪器 经纬仪,A,B,O,A1,B1,O1,O2,a,b,水平面,一、水平角测量原理,1、水平角：相交的两条直线在同一水平面上的 投影所夹的角度。,2、原理：OA投影在水平度盘上读数为a，OB投影在水平度盘上读数为b。则：,角值范围：0360,二.竖直角测量原理1、定义：在同一竖直面内，仪器中心至目标的倾斜视线与水平视线所加的锐角。角

2、值范围：-90+90 视线向上倾斜，称仰角，为正值；视线向下倾斜，称俯角，为负值。2、原理：=目标视线读数水平视线读数 Z 天顶距,1,2,按精度分为 DJ1、DJ2、DJ6、DJ15等。D大地测量仪器 J经纬仪 数字测角精度（一测回方向观测中误差，单位为秒）按读数系统分为 光学经纬仪、电子经纬仪。按性能分为 方向经纬仪、复测经纬仪 目前建筑测量中使用较多的是光学经纬仪，一般用DJ6，精度要求较高时用DJ2。,一、DJ6光学经纬仪的构造 DJ6光学经纬仪包括基座、度盘、照准部三大部分。,垂直制动,水平微动,读数目镜,水平度盘转换轮,垂直微动,光学对点器,补偿器转换钮,望远镜,圆水准器,1、基座

3、 由轴座、脚螺旋、底板、三角压板等组成。作用：用于连接和整平。2、度盘 包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。注记：0 360 分划：20、30、1 三种注：水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随 望远镜转动；水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观测 方向的角度值；竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望远 镜固定，随望远镜一起转动。,3、照准部 主要由望远镜、支架、竖直轴、水平轴、竖直制动微动螺旋、水平制动微动螺旋、读数设备、水准器和光学对点器等组成。望远镜 用于瞄准目标 圆水准器 用于粗略整平仪器 管水准器 用于精确整平仪器 光学对点器 用于使度盘中心和测点 在同一铅垂线上 读数装置用于读数,

4、三、测钎、标杆和觇牌 测钎、标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具。,测钎：适用与距测站较近的目标。标杆：适用与距测站较远的目标。觇牌：固定在三脚架上使用，远近皆可适用；一般为红白或黑白相间且常与棱镜结 合，用于电子经纬仪或全站仪。有时也可悬挂垂球用垂球线作为瞄准标志。,经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准和读数四项基本操作。,一、对中、整平 目的：使测点中心与仪器竖轴中心在同一铅垂线上；使水平度盘处于水平位置。方法：有垂球对中和光学对点器对中两种，由于 垂球对中精度较低，且使用不便，工程测量 中一般采用光学对点器对中。,光学对点器对中及整平的步骤：安置仪器：高度适中，使测点在视场内；强制

5、对中：调节脚螺旋，使光学对点器中心 与测点重合；粗略整平：调节三脚架，使圆水准气泡居中；精确整平：调节脚螺旋，使长水准气泡居中；精确对中：移动基座，精确对中（只能前后、左右移动，不能旋转）；重复、两步，直到完全对中、整平。,二、调焦与瞄准 目的：视准轴对准观测目标的中心。方法：调节目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；利用粗瞄器，粗略瞄准目标，固定制动螺旋；调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰，注意消 除视差；调节制动、微动螺旋，精确瞄准。,测水平角用双丝夹粗目标,测竖直角用横丝切目标顶部,一、测回法（只有两个方向）,1、操作步骤安置仪器于O点，对中整平；正镜（盘左）瞄准M点，度盘归零；顺时针转动仪器，瞄准N

6、点读数；倒镜（盘右），瞄准N点读数；逆时针转动仪器，瞄准M点读数。,2、记录与计算（见表3.1)盘左（正镜）观测 瞄M，记录 m左=00036 瞄N，记录 n左=684248 上半测回的角值：左=n左-m左=684212 盘右（倒镜）观测 瞄N，记录 n右=2484230 瞄M，记录 m右=1800024 下半测回角值：右=n右-m右=684206,一测回角值,检核 对于DJ6经纬仪，上下半测回角度之差应满足：，否则，应重测。,当测角精度要求较高时，需观测多个测回：第一测回度盘归零；其他各测回间按180/n（n为测回数）的差 值，变换度盘；各测回角值之差不得超过40；取各测回平均值作为最后结果

7、。,测站,第一测回 O,第二测回 O,左,左,右,右,MN,MN,MN,MN,0 00 36,68 42 48,68 42 12,68 42 09,180 00 24,248 42 30,68 42 06,68 42 15,90 10 12,158 52 30,270 10 18,338 52 42,68 42 18,68 42 24,68 42 21,测回法观测手簿,表3.1,二、方向观测法（目标多于两个）1、操作步骤 安置仪器于测站点O，对中、整平；正镜（盘左），选择零方向 C，顺时针依次照准目标 D、A、B、C（归零），读数；倒镜（盘右），瞄准 零方向C，逆时针依 次照准目标B、A、D、

8、C（归零），读数；,D,C,A,归零后方向值的计算：各方向平均读数分别减起始方向平均读数。,2、记录与计算(观测记录见表3.2)归零差的计算:分别计算盘左、盘右两次瞄准起始方向读数 之差；（若超限，应及时重测）计算2c值（两倍视准误差）：2c=盘左读数-（盘右读数180）若2c超限，应及时重测。各方向平均读数的计算：,各测回归零后平均方向值的计算：各测回归零后方向值的平均值。水平角的计算：相邻方向值之差，即为相邻方向所夹的水平角。,角值,1 2 3 4 5 6 7 8 9,方向观测法观测手簿,O,O,第1测回,第2测回,C,D,B,A,C,C,A,B,D,C,0 00 54,79 27 48,

9、142 31 18,288 46 30,0 00 42,180 00 24,259 27 30,322 31 00,108 46 06,180 00 18,-12,-6,+30+18+18+24+24,+18+18+30+12+24,0 00 39 79 27 39142 31 09288 46 18 0 00 30,（0 00 34）,0 00 00 79 27 05142 30 35288 45 44,0 00 00 79 26 59142 30 29288 45 47,90 01 06 169 27 54 232 31 30 18 46 48 90 01 00,270 00 48 349

10、 27 36 42 31 00 198 46 36 270 00 36,90 00 57 169 27 45 232 31 15 18 46 42 90 00 48,0 00 00 79 26 53142 30 23288 45 50,（90 00 52）,79 26 59,63 03 30,146 15 18,71 14 13,-6,-12,表3.2,一、竖直度盘构造竖直度盘固定在望远镜的旋转轴（横轴）上。主要由竖直度盘、竖盘指标、（竖盘指标水准管、竖盘指标水准管微动螺旋），目前很多仪器用自动补偿器代替了水准管。,根据度盘的刻划顺序不同，分为顺时针 注记和逆时针注记两种。,顺时针注记,逆时针

11、注记,、竖直角计算公式顺时针注记竖盘 刻划：目镜0，物镜180 盘左:L=90 L（上半测回）盘右:R=R270（下半测回）一测回竖直角：=（L+R）/2=（RL180）/2,二、竖直角观测与计算,逆时针注记竖盘 刻划：目镜180，物镜0 盘左:L=L 90（上半测回）盘右:R=270R（下半测回）一测回竖直角：=（L+R）/2=（LR+180）/2（L、R分别为盘左、盘右竖盘读数）,竖直角计算的通用公式：（1）当望远镜视线往上仰，竖盘读数增加时：=瞄准目标时的读数 视线水平时的常数（）当望远镜视线往上仰，竖盘读数减小时：=视线水平时的常数瞄准目标时的读数对不同注记形式的度盘，首先应正确判读

12、视线水平时的常数，且同一仪器盘左、盘右 的常数差为180。,2、观测、记录与计算 竖直角观测 安置仪器，对中、整平；盘左瞄准目标某一位置，读取竖盘读数L；盘右瞄准原目标位置，读取竖盘读数R。（以上盘左、盘右观测构成一个测回）记录与计算(见表3.3)分别计算盘左、盘右半测回竖直角，计算盘左盘右的平均值作为一测回竖直角。,测站,目标,竖盘位置,竖盘读数,半测回竖直角,指标差,一测回竖直角,备注,O,P,P,左右,左右,71 12 36,288 47 00,96 18 42,263 41 00,-12,-9,+18 47 12,-6 18 51,+18 47 24,+18 47 00,-6 18 4

13、2,-6 19 00,竖直角观测手簿,表3.3,L=90 L R=R270 x=（R L）/2=（L+R）/2,三、竖盘读数指标差,读数指标与正确位置之间的小夹角x，称为竖盘指标差。,X,X,如图：盘左位置，望远镜上仰，读数减小，竖盘读数为L。则正确的竖直角为：,90LxLx（1）,指标差计算,如图：盘右位置，望远镜上仰，读数增大，竖盘读数为R。则正确的竖直角为：,R 270 x=Rx（2）,（1）、（2）两式联立得：,通过盘左、盘右竖直角取平均值，可以消除 指标差；对于DJ6经纬仪，同一测站上不同目标的指 标差互差或同方向各测回指标差互差，不应 超过25。,一、经纬仪应满足的几何条件,主要轴

14、线：竖轴 VV 水准管轴 LL 横轴 HH 视准轴 CC几何关系：LL VV CC HH HH VV 望远镜十字丝竖丝垂直于横轴,二、检验与校正（一）水准管轴垂直于竖轴的检验与校正 1、检验 仪器粗平：圆水准器 气泡居中。水准管平行某两个脚螺 旋，使水准管气泡居中。照准部旋转180，若气泡仍居中，则 满足要求，若气泡 偏离，则需校正。,2、校正 用脚螺旋调一半；用水准管校正螺旋调一半。,此项检校需反复进行，直至仪器旋转到任意方向气泡都居中。,校正螺丝,（二）十字丝竖丝的检验校正 1、检验 仪器整平 竖丝瞄准大致水平方向的P点，竖直方向移动望 远镜，看P点是否在竖丝上移动 2、校正 用十字丝的交

15、 点瞄准P点。用十字丝的校 正螺旋调整。,（三）视准轴垂直于横轴（2c）的检验与校正 1、检验 平地选DAB=20m左右,安置仪器于中点O；A点设瞄准标志，B点横一毫米刻划标尺（注意标志、标尺与仪器同高）。盘左：瞄A，倒镜，读数为B1 盘右：瞄A，倒镜，读数为B2 若B1=B2，则满足要求 若B1 B2，则存在c角，当c超过1时，需校正。,2、校正 在标尺上定出B1、B2两点连线的中点B；定出B、B2两点连线的中点B3；调节十字丝校正螺丝，使十字丝交点对准B3；,（四）横轴垂直于竖轴的检验与校正 1、检验 距墙壁D=30m安置仪器，墙壁上选一明显 目标P，30；盘左：瞄P，望远镜水平，读数P1

16、，标出P1；盘右：瞄P，望远镜水平，读数P2，标出P2；若P1=P2,则满足要求，若P1P2,则存在i角，需校正。,2、校正 墙上定出P1、P2的中点PM；调节水平微动，瞄准P M，将望远镜上仰（十字丝交 点必偏离P点，至P点；校正横轴一端支架上的偏心环，使横轴一端升高或降低，移动十字丝，精确瞄准P；反复检校，直至i角小于1；,（五）竖盘指标差的检验与矫正 1、检验 仪器整平，用盘左、盘右分别瞄准大致水 平方向的 P点，读数为L，R。计算竖直角和指标差=（RL180）/2 X=(LR360)/2DJ6:若 X60，满足要求，若 X60，需要校正。2、校正 盘右瞄准P点；调节指标水准管微动螺旋，

17、使竖盘读数 为：Rx270 调节指标水准管校正螺丝，使气泡居中。,（六）光学对点器的检验与校正 1、检验 安置仪器精确整平，在仪器正下方放一白色纸板；将对点器中心投影到纸板上，并做标志P1；旋转照准部180，将对点器中心投影到纸板上，并 做标志P2；若 P1、P2重合，满足要求，否则需校正。2、校正 取P1、P2的中点 P；调节对点器校正螺丝，使对点器中心投影 与P重合。,P1,P2,P,一.仪器误差 主要包括仪器检校后的残余误差和仪器制造、加工不完善所引起的误差。1、视准轴误差（2c值，盘左、盘右取平均可消除）2、横轴倾斜误差（i角，盘左、盘右取平均可消除）3、度盘偏心差（照准部旋转中心与水

18、平度盘分划中 心不重合，盘左、盘右取平均可消除）4、度盘刻划误差（度盘刻划不均匀，测回间变换 度盘可减弱）5、竖轴倾斜误差（盘左、盘右取平均不可消除，精确整平可减弱）,二、观测误差,1、仪器对中误差（与偏心距成正比，与视线边长 成反比，当水平角接近180时 影响最大；精确对中可减弱）2、目标偏心差（与偏心距成正比，与视线边长 成反比；瞄准目标底部可减弱）3、仪器整平误差（精确整平，一测回内气泡偏离不 能超过2格，否则，测回间重新整平）4、照准误差（消除视差，精确瞄准）5、读数误差（消除视差，认真读数）,三、外界条件的影响 外界条件的影响比较复杂，应选择有利的观 测条件，尽量避免不利因素对测量的

19、影响。1、温度的影响（打伞遮阳）2、大气折光的影响（选择良好的天气观测）,一、DJ2光学经纬仪 主要用于三、四等角度测量和精密工程测量。,特点：1、测角精度高；2、采用对径符合读数；3、测微器可直接读到秒。,DJ2光学经纬仪,测微轮,水平、竖直度盘转换手轮,二、电子经纬仪 电子经纬仪是一种采用光电元件实现测角自动化、数字化的电子测角仪器。,特点：1、采用电子测角系统，自动显示测量结果；2、可与测距仪组成全站仪；3、测量数据处理自动化。,特点：自动读数、记录、计算。,电子经纬仪显示屏及操作键盘,三、激光经纬仪,在经纬仪上安装激光装置，使视准轴射出一条可见光。,主要用于各种施工量。,激光器,激光束

20、,弯管目镜,一、角度测量原理,（一）水平角测量原理 地面上两条直线之间的夹角在水平面上的投影称为水平角。如右图所示。,（二）竖直角测量原理 在同一竖直面内视线和水平线之间的夹角称为竖直角。如右图所示，视线在水平线之上称为仰角，符号为正；视线在水平线之下称为俯角，符号为负。,二.经纬仪的构造,二.DJ6经纬仪的构造,基座、照准部、水平度盘、读数装置,五、角度测量的误差分析,一、仪器误差仪器虽经过检验及校正，但总会有残余的误差存在。仪器误差的影响，一般都是系统性的，可以在工作中通过一定的方法予以消除或减小。(一)水准管轴不垂直竖轴,(二)视线不垂直横轴由于一个角度是由两个方向构成的，则它对角度的影

21、响为：,(三)横轴不垂直竖轴它对角度的影响为：,(四)照准部偏心所谓照准部偏心，即照准部的旋转中心与水平盘的刻划中心不相重合。这项误差只有在直径一端有读数的仪器才有影响，而采用对径符合读法的仪器，可将这项误差自动消除。,(五)光学对中器视线不与竖轴旋转中心线重合这项误差是影响测站偏心，如果对中器是附在基座上，在观测测回数的一半时，可将基座平转180再进行对中，以减少其影响。(六)竖盘指标差这项误差是影响竖直角的观测精度。如果工作时预先测出，在用半测回测角的计算时予以考虑，或者用盘左、盘右观测取其平均值，则可得到抵消。,二、观测误差(一)测站偏心在测角精度要求一定时，边越短，则对中精度要求越高。

22、(二)目标偏心与测站偏心类似，偏心距越大，边长越短，则目标偏心对测角的影响越大。所以在短边测角时，尽可能用垂球作为观测标志。,(三)照准误差照准误差的大小，决定于人眼的分辨能力、望远镜的放大率、目标的形状及大小和操作的仔细程度。对于粗的目标宜用双丝照准，细的目标则用单丝照准。,(四)读数误差对于分微尺读法，主要是估读最小分划的误差，对于对径符合读法，主要是对径符合的误差所带来的影响，所以在读数时宜特别注意。DJ6级仪器的读数误差最大为士12，DJ2级仪器为23。(五)竖盘指标水准器的整平误差在读取竖盘读数以前，须先将指标水准器整平。DJ6级仪器的指标水准器分划值一般为30，DJ2级仪器一般为20。这项误差对竖直角的影响是主要因素。操作时宜分外注意。,三、外界条件的影响外界条件的因素十分复杂，如天气的变化、植被的不同、地面土质松紧的差异、地形的起伏、以及周围建筑物的状况等，都会影响测角的精度。有风会使仪器不稳，地面土松软可使仪器下沉，强烈阳光照射会使水准管变形，视线靠近反光物体，则有折光影响。这些在测角时，应注意尽量予以避免。,