测量学4经纬仪测量.ppt

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1、,第四章 经纬仪测量,角度测量是测量工作的基本内容之一，它包括水平角测量和垂直角测量。水平角测量用于求算点的平面坐标，垂直角测量用于测定点的高程。角度测量中最常用的仪器就是光学经纬仪。4-1水平角测量原理 所谓水平角，是指空间两直线的夹角在水平面上的垂直投影。A、B、C为地面上任意三点。C为测站点，A、B为目标点，则从C点观测A、B的水平角为CA、CB两方向线在水平面Q上的垂直投影所成的。也就是说，地面上一点到两目标点的方向线所夹的水平角，就是过这两方向线所作两竖直面间的二面角。,第四章 经纬仪测量,第四章 经纬仪测量,4-2 DJ6级光学经纬仪 光学经纬仪具有体积小、重量轻、密封性好、精度高

2、等优点，所以得到了广泛应用。它的精密度一般分为三级：1级、2级和6级，前两种属精密仪器，后一种属中等精度仪器，是工程测量中常用的一种。我国对国产经纬仪编制了系列标准，分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15和DJ60等级别。其中D和J分别表示“大地测量”和“经纬仪”两个词汉语拼音的第一个字母，后面的数字表示该仪器所能达到的精度指标。DJ6级光学经纬仪属6级仪器，本章主要介绍这类仪器的构造和使用。,第四章 经纬仪测量,一、光学经纬仪的构造 6级光学经纬仪的式样虽然很多，但其主要部分的构造基本相同，包括照准部、水平度盘和基座三大部分。(一)照准部(1)望远镜 望远镜和是用作精确瞄准目标的。它

3、和水平轴连接在一起，可以绕水平轴在竖直面内上下任意转动。望远镜制动扳钮和望远镜微动螺旋。(2)竖直度盘(竖盘)竖盘由光学玻璃制成，用于观测竖直角。它和望远镜连成一体并随望远镜一起转动。(3)水准器 照准部上有一个水准管和一个圆水准器。圆水准器用作粗略整平，水准管用作精确整平仪器。照准部的下部有一个能插在轴座内的竖轴，整个照准部可在轴座内任意地作水平方向的旋转。照准部下部装有水平制动扳钮和水平微动螺旋。,第四章 经纬仪测量,(二)水平度盘 水平度盘也由光学玻璃制成。盘上有0-360顺时针注记的分划线。水平度盘的外壳上还有一个特殊装置，称为复测扳钮。按下该扳钮时，水平度盘和照准部可以一起转动；拨上

4、该扳钮时，水平度盘就不能随照准部一起转动了。(三)基座 基座是仪器的底座，其上有脚螺旋和连接板。测量时必须将三脚架上的中心螺旋(连接螺旋)旋进连接板，这时仪器和三脚架就连接在一起了。中心螺旋下端挂上垂球，即指示水平度盘的中心位置。基座上还有一个轴座固定螺旋。,第四章 经纬仪测量,二、光学经纬仪的读数装置和读数方法(一)单平板玻璃测微器及其读数方法 DJ6型经纬仪采用这种装置的仪器。右图是DJ6型经纬仪的读数系统光路图。外来光线经反光镜1，毛玻璃2，棱镜3、5，照亮了竖直度盘4和水平度盘7，同时经透镜组6、10将竖直度盘和水平度盘的分划，通过单平板玻璃11成像在读数窗14上。最后，光线经过棱镜1

5、5的折射，在读数显微镜17内可以清晰地看到水平度盘、竖直度盘和测微盘13的分划像。,第四章 经纬仪测量,第四章 经纬仪测量,(二)测微尺读数装置及其读数方法 我国西北光学仪器厂生产的经型光学经纬仪，采用的是测微尺读数装置。在读数显微镜内，同样可以看到竖盘分划和另一测微尺。度盘上每一格为1(60)。测微尺的总长度等于度盘每格(1)的宽度，这样测微尺的总长代表1，而测微尺分成60个小格，故每一小格代表1。读数时，须以测微尺的零分划线为起始线，度数在度盘上读出，不足1的读数，在测微尺上读出。,第四章 经纬仪测量,第四章 经纬仪测量,三、光学经纬仪应满足的几何条件 由测角原理可知，为了精确地测量角度，

6、当经纬仪整平后，望远镜视准轴绕水平轴上下转动时，其视线应能扫出一个竖直面。为了达到这一要求，一台完善的经纬仪，其各条轴线之间应满足以下主要几何条件，即三轴相互垂直条件：水平度盘的水准管轴(LL)应垂直于竖轴(VV)；视准轴(CC)应垂直于水平轴(HH)；水平轴(HH)应垂直于竖轴(VV)。如果经纬仪满足了上述三个条件，当仪器整平后，则竖轴垂直，水准管轴和水平轴水平。因视准轴垂直于水平轴，所以当视准轴绕水平轴上下转动时即能扫出一个竖直面。,第四章 经纬仪测量,4-3 水平角观测一、经纬仪的安置 经纬仪的安置，包括对中和整平两个内容。1 对中 对中的目的是把仪器中心安置在测站点O的铅垂线上。2整平

7、 整平的目的是使仪器竖轴竖直、水平度盘水平。有的光学经纬仪还装有光学对中器。光学对中的方法是：先将三脚架插紧后，装上仪器用脚螺旋进行对中，然后通过升降三脚架使圆水准器气泡居中，这时，仪器可能又不对中了，可稍微松动中心螺旋，在架头上平移仪器，使仪器对中。,第四章 经纬仪测量,二、测回法测水平角 水平角的观测方法，根据观测条件、精度要求和使用仪器的不同，共有四种：即测回法、复测法、全圆测回法和方向观测法。这里只介绍常用而简便的测回法。欲用测回法测量AOB，先在A、B两点上立好标杆或测钎，将经纬仪安置于O点后，可按下列程序进行观测：(1)先将经纬仪竖盘放在盘左位置(又称正镜位置，即观测时竖盘在望远镜

8、的左边)，松开水平制动扳钮，转动照准部，使望远镜大致瞄准A点上的标杆。然后，拧紧水平制动扳钮，用微动螺旋使望远镜精确地瞄准A点，读取水平度盘读数a。,第四章 经纬仪测量,(2)松开水平制动扳钮，按顺时针方向转动照准部，用上述方法精确瞄准B点，读取水平度盘读数b。当望远镜视准轴从OA方向转到OB方向时，指标线在水平度盘上所走的角值，就是我们所要测量的水平角，因此得：左=ba 按上述程序测量水平角一次，称为半测回。为了校核测量成果，消除仪器误差，以便得到更精确的角值，还需要用盘右位置(又称倒镜位置，即在观测时，竖盘在望远镜的右边)再观测一次，即：(3)倒转望远镜，使竖盘位于盘右位置。这次，用望远镜

9、先精确瞄准B点，读取水平度盘读数b。(4)松开水平制动扳钮，逆时针方向转动照准部，用望远镜精确瞄准A点，读取水平度盘读数a，则：右=b2a2。,第四章 经纬仪测量,以上按正镜先测的叫上半测回，按倒镜后测的叫下半测回，上、下两个半测回合在一起，称为一个测回。按城市测量规范(下称规范)规定，当用6级经纬仪观测时，如两个半测回所测水平角的角度差值不超过40时，可取其平均值作为角的观测结果，如不符合要求，应重测。,第四章 经纬仪测量,4-4 竖直角观测一、竖直角测量原理 所谓竖直角，就是同一竖直面内视线与水平线间的夹角。其角值为0-90。视线在水平线之上，竖直角为“正”，称仰角；视线在水平线之下，竖直

10、角为“负”，称俯角。竖直角测量与水平角一样，其角值也是度盘上两个方向读数之差。,第四章 经纬仪测量,二、竖盘装置的构造竖盘装置是用来观测竖直角的，它包括竖直度盘(竖盘)、指标水准管和指标水准管微动螺旋三个部分。竖盘固定在望远镜旋转轴(横轴)的一端，随望远镜一起在竖直面内转动。竖盘读数用的指标装置，和指标水准管、指标水准管微动螺旋连在一起的，不随望远镜一起转动。指标水准管气泡居中后，指标即处于正确位置，此时，如望远镜视准轴水平，竖盘读数则应为90的整数倍(即0、90、180、270中的一个)。每次观测竖直角时，必须用竖盘指标微动螺旋，使指标水准管气泡居中，然后才能读数。竖盘刻划的注记有顺时针方向

11、和逆时针方向两种，一般为全圆式注记。,第四章 经纬仪测量,三、竖直角的观测和计算 一般要测得比较精确的竖直角，至少要用盘左和盘右各观测一次，这称为一个测回。这样做可以减小误差、提高观测精度。竖直角的观测和计算方法如下：(1)安置经纬仪，用盘左瞄准目标点B，使十字丝横丝切于目标顶端，转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，进行读数。设盘左读数L。(2)倒转望远镜，盘右 瞄准B点，使指标水准管气泡居中，进行盘右读数R。(3)计算竖直角。竖直角是观测目标的读数与望远镜视准轴水平时的竖盘读数(即0、90、180、270)之差。但哪个是被减数，哪个是减数，则应按竖盘的注记形式来确定。,第四

12、章 经纬仪测量,为此，在观测之前，将望远镜大致放平，读取竖盘读数。然后将望远镜上仰，若读数增大，则竖直角等于瞄准目标时的读数减去视线水平时的读数；若读数减小，则竖直角等于视线水平时的读数减去瞄准目标时的读数。经型经纬仪的竖盘见图414(a)为顺时针刻划，竖直角计算公式为：盘左 盘右将盘左、盘右取中数，则一测回竖直角为：（）/2。如果在一个测站上观测多个方向的竖直角，则在盘左顺时针依次照准各目标，而在盘右时，逆时针依次照准各目标，读数、记录方法同上。,第四章 经纬仪测量,四、竖盘指标差 上述竖直角的计算，是基于这样一个假设：当竖盘指标水准管气泡居中时，指标应处于正确位置，此时，竖盘读数应为90或

13、270。事实上，这一假设常不成立，即当竖盘指标水准管气泡居中时，指标并不恰好指向90或270，而与正确位置相差一个小角度x,x称为竖盘指标差。指标差产生的原因，是指标水准管未校正完善，这可以进行校正。,第四章 经纬仪测量,当视准轴水平、指标水准管气泡居中时，由于指标差x的存在，竖盘盘左读数为90+x，则正确的竖直角应为：（x)-L=x 同样，盘右时正确的竖直角应为：（x)=x 将上两式相加并除以2，得：=(）/2。可以求出：x=(R+L-360)/2=(）/2。指标差x可用来衡量观测质量。在同一测站上观测不同目标时，指标差的变动范围，对于J级经纬仪不应超过25，否则成果不合格，需重测。以上是根

14、据顺时针注记的度盘，求得的计算指标差x的公式。对于逆时针注记的度盘，求指标差x的公式为：x=(L+R-360)/2=(）,第四章 经纬仪测量,4-5 三角高程测量 三角高程测量是根据两点间的水平距离(或倾斜距离)和竖直角计算两点间的高差。如图，已知A点高程为H，欲测定B点高程H，可在A点安置经纬仪，在B点竖立标杆，用望远镜中丝瞄准标杆的顶点，测得竖直角，并量取经纬仪的水平轴到A点的高度，这称为仪器高，用i表示；量取标杆顶部到B点的高度，称为觇杆高，用v表示。再根据AB之间的水平距离l，即可求得高差h。,第四章 经纬仪测量,第四章 经纬仪测量,因为 h+v=ltan+i 所以 h=ltan+i-

15、v 不论竖直角是仰角还是俯角，此式子均适用。若为俯角，则用竖直角负值代入。B点的高程为：h=Hltaniv 当A、B两点间的距离大于300 m时，应考虑地球曲率和大气折光对高差的影响。考虑球气差改正f后，上式应改写为：h=ltan+i-v+f 在煤矿井下测量时，往往直接测量A、B两点间的斜距L，则：h=L sini-v 三角高程测量一般应进行往返观测，既由A向B观测(称为直觇)，又由B向A观测(称为反觇)。这样的观测，称为对向观测。对向观测可消除地球曲率和大气折光的影响。,第四章 经纬仪测量,4-6 视距测量 视距测量是利用望远镜内的视距丝和视距尺，同时测定两点间的水平距离和高差的一种方法。视

16、距测量所用的主要仪器和工具是经纬仪和视距尺(或水准尺)。视距尺的刻划与水准尺基本相同。一、视距测量原理1 视线水平时的视距公式 如图，欲测定A、B两点间的水平距离l和高差h，可在A点安置经纬仪，在B点立视距尺。使望远镜视线水平，瞄准B点视距尺，此时视线与视距尺垂直。,第四章 经纬仪测量,设仪器中心到物镜的距离为，物镜焦距为f，焦点F至视距尺的距离为l，上下两视距丝m、n(即望远镜纵十字丝上的上下两根短横刻划线)在视距尺上的尺间隔为S，则A点到B点的水平距离l为：l=l+f，因mFn与MFN相似，故有：即 式中P为两视距丝之间的距离，即P=mn=mn。则A、B两点间的水平距离为：则l=KS+C

17、式中K称为视距乘常数，在设计仪器时，使K=100;C称为视距加常数，对内对光望远镜来说，总可使其为0。这样，上式变为：l=KS=100S,第四章 经纬仪测量,2 视线倾斜时的视距公式 若两点间的高差较大，必须使视线倾斜时才能照准视距尺，此时，视线与视距尺不垂直，不能用前式计算两点间水平距离。为此，可设想将竖直的尺子R绕O点旋转一个角(倾斜视线竖直角)，使其与视线垂直，得尺间隔为S按前式可求得倾斜距离L为：L=KS，于是A、B两点间的水平距离为：l=L cos=KScos 但是，S不是实际的尺间隔，实际测得的尺间隔是R尺上的MN(即S)，因此需要找出S与S间的关系。,第四章 经纬仪测量,图中，N

18、ON=MOM=，NNO=90+/2，O=90-/2,因/2很小(约为17)，故可将NNO和MMO视为直角。于是和OMM均为直角三角形。在两直角三角形中，NO=NOcos，MO=MO cos，则NM=NO+MO=(NO+MO)cos=NMcos=Scos，即：=S cos l=Kcos，视线倾斜时求水平距离的公式 将上式代入三角高差公式，则得用视距表示的三角高差计算公式：h=ltan+i-v=(KScostan+i-v=KScossini-v=（KSsin2）/2+i-v，即h=（KSsin2）/2+i-v。在实际工作中，应尽量使i=v，以简化高差h的计算。,第四章 经纬仪测量,二、视距测量方法

19、 欲测A、B两点间的水平距离和高差，测量步骤如下：(1)在A点安置经纬仪，进行对中、整平，并量取仪器高i;(2)用望远镜瞄准B点上的视距尺，读取上丝、中丝(即v)和下丝读数，然后用微动螺旋使指标水准管气泡居中，再读取竖盘读数。(3)计算尺间隔S及竖直角，按公式(419)和(420)计算水平距离l和高差h。计算可用电子计算器进行。,第四章 经纬仪测量,4-7 全站仪简介 全站仪又名电子速测仪，它几乎可以完成各种常规测量仪器所做的工作。全站仪的工作原理与传统的经纬仪类似，即利用望远镜瞄准目标，然后借助某种形式的度盘读取方向值，但它又具有以下特点：主要是小型光电测距装置与经纬仪相结合，构成了三维测量

20、系统；用光电扫描度盘替代光学玻璃度盘；运用微处理机对测量过程和测量数据的现场处理实施控制；利用倾斜传感器对竖直角的剩余倾斜值进行自动改正；除了具有液晶数字显示测量值之外，还具有电子数据自动记录装置。,第四章 经纬仪测量,由于全站仪集测角、测距于一体，由微处理机控制能自动进行测距、测角，能自动归算水平距离、高差和坐标等，还能进行施工放样，能自动记录观测数据，所以使用极为方便，深受广大测量工作者的欢迎。我国从80年代初期开始小批量引进外国制造的全站仪，到90年代已能自主研制并批量生产。目前，全站仪已在国民经济各个部门得到广泛应用。全站仪的独立观测值是斜距、水平方向值和垂直角，其他数据如平距、高差、坐标等可由全站仪内的微处理机计算而得，不必另行观测，这是在全站仪的使用过程中应当注意的。,第四章 经纬仪测量,