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第二章角度测量(光学经纬仪)

发布时间:2020-07-25 12:53 作者:沙龙sa36

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  第二章 角 度 测 量 ? ? ? ? ? ? 角度测量原理 光学经纬仪 经纬仪的检验与校正 水平角观测 竖直角观测 水平角观测的误差 2-1 角度测量原理 ? 水平角观测原理 ? 水平角用于确定点的平面位置(计算坐标)。 ? 竖直角观测原理 ? 竖直角用于两点间高差计算、斜距改正成平距。 一.水平角观测原理 水平角——过一点到两个目 标的方向线垂直投影 到水平面上所成的夹角。 0°≦?≦360° 。 O B 水平度盘 1.水平 角观测 原理 ?=b-a A a b ?也可理解成是包含OA、OB视线 的两个铅垂面之间的二面角。 o ? a b 2.竖直角观测原理 2.垂直角观测原 理 高度角——在同一竖直面内,目标方向与水平方向的夹角称为 高度角 。?=0° ??90°,仰角为正,俯角为负;也叫垂直角。 天顶距 :目标方向与天顶方向(即铅垂线的反方向)的夹 角称为天顶距。 竖直角 :高度角、天顶距都是竖直面内的角,通称竖直角。 A 天顶 注:本书中 的出现的术 语“竖直角” 若未作特殊 说明,皆指 高度角。 0° 270° ZC ZA ?A ?C 水平线° 铅 垂 线 光学经纬仪 ? ? 经纬仪概述 DJ6经纬仪的构造 一、经纬仪概述 1.经纬仪分类 2.经纬仪的技术参数 技术项目 一测回水平 方向中误差 望远镜有效 孔径不小于 望远镜放大 倍数不小于 水准管 水平度盘 分划值 垂直度盘 主要用途 DJ1 ? ?1? 技术参数 经纬仪等级 DJ2 ? ?2? 表3-1 DJ6 ? ?6? 一.经纬仪的技术 参数 60mm 30倍 6?/2mm 10?/2mm 40mm 28倍 40mm 26倍 20?/2mm 30?/2mm 20?/2mm 30?/2mm 二等平面控制 三、四等平面 图根控制测量 测量及精密 控制测量及 及 一般工程测量 一般工程测量 工程测量 二.光学经纬仪的构造 二. DJ6经纬 仪的构造 照准部 基座 基座、照准部、水平度盘、读数装置 1.基座 1)脚螺旋用于整平仪器 2)轴座连接螺旋(固定螺旋) 照准部 水平度盘 基座 1 基 座 2.照准部 ? 2.照准部 1).望远镜 ? ①组成----见 课本P18 图2.3 ? ②视准轴 ? ③在用望远镜进行目标 照准时,要注意正确的 操作程序:Ⅰ.目镜调 焦;Ⅱ.目标照准; Ⅲ. 消除视差(视差定义、 产生原因、消除方法) ? ? 2)水准器 3)光学对中器 望远镜十字丝 水准器 ? 水准管(管水准器) ? ? ? ? 水准管零点 水准管轴 气泡居中 水准管分划值 圆水准器零点 圆水准器轴 气泡居中 圆水准器分划值 ? 圆水准器 ? ? ? ? 光学对中器 ? ? 当地面标志中心与光学对中器的靶心重合, 则地面标志中心与经纬仪竖轴中心位于同 一条铅垂线.度盘和读数系统 ? 水平度盘 ? 水平度盘由光学玻璃制成; 270? 90? ? 顺时针0°?360°刻度; 180? ? 仪器整平,水平度盘水平; ? 水平度盘与照准部相互脱离; ? 改变度盘位置,要使用复测扳手或度盘变换手 轮。 ? ? 0 ? 读数显微镜 竖直度盘(竖盘) 4.J6经纬仪 的 读数装置 垂直度盘 读 数 光 路 水平度盘 图3-5 J6经纬仪度盘读数光路 J6光学经纬仪读数 两种读数测微装置:分微尺测微和平行玻璃板测微 J6光学经纬仪读数 度盘上1度分划的间隔 经放大后,与分微尺 全长相等。 ? 分微尺全长分60格, 因 此其最小格值为 1?=60″。 ? 读数时,秒数必须估 读。估读至0.1格,因 此,估读的秒数都应 是6″的倍数。 73 水平度盘读数: 0 1 73°04′24″ ? b).平行玻璃板测微 ——利用测微手轮,用指标线读数 b).平行玻璃板测微 ? ? 平行玻璃板与测微尺由测微 手轮控制。转动测微手轮, 使度盘像移动?,则移动量? 可在测微尺上读出。 平行玻璃板最大调节范围为 30分,测微尺全长刻度也等 于30分。操作时,调节测微 手轮,使度盘 某度(或某30 分)的刻度线居中于双线读数 指标,双指标线所夹刻度的 度数 (或30分)加上测微尺 读数,即为该方向的读数。 水平度盘读数: 92°17′30″ 2-3经纬仪的检验与校正 ? ? 经纬仪的轴线及其应满足的条件 经纬仪的检验和校正 一、经纬仪的轴线及其应满足的条件 ? 1.经纬仪的主要轴线)仪器旋转轴(简称竖 轴)VV1; ? 2)照准部水准管轴LL1; ? 3)圆水准器轴L?L1?; ? 4)望远镜的旋转轴(简 称横轴)HH1; ? 5)视准轴CC1 。 2.经纬仪在水平角观测时应满足: 1)竖轴必须竖直; 2)水平度盘必须水平,其分划中心应与竖轴重合; 3)望远镜上下转动时,视准轴形成的视准面必须是竖 直平面。 3.度盘偏心误差: 度盘的分划中心O与 照准部的旋转中心O′ 不重合引起的误差称 为度盘偏心差。 计算公式见课本P25 综上所述,经纬仪必须满足下列几个条件: 1.照准部水准管轴应垂直于竖轴,即LL1⊥VV1; 2.视准轴应垂直于横轴,即CC1⊥HH1; 3.横轴应垂直于竖轴,即HH1⊥VV1; 安置仪器时,为了快速地整平仪器,往往用圆水准气泡居 中来粗平仪器,因此又要求: 4.圆水准轴平行于纵轴,即L’L’1∥VV1; 观测水平角时,若用十字丝交点去瞄准目标不很方便,通 常是用竖丝去瞄准目标,这又要求: 5.十字丝竖丝垂直于横轴; 6.在进行垂直角观测时,竖盘指标差应较小,应保证竖盘 指标处于铅直位置; 7.为保证光学对中器能正确地使仪器对中,光学对中器视 准轴位置应正确。 二、经纬仪的检验和校正 (一)水准管轴应垂直于 竖轴的检验和校正 (LL1⊥VV1) 1.检验 2.校正 3.检校原理 (二)圆水准器的检验和校正(L’L’1∥VV1) 1.检验:在照准部水准管轴检校完成的基础上,整平经纬 仪,若圆水准器气泡不居中,则需校正。 2.校正:如图2-19,用改正针拨动圆水准器下面的校正螺 钉,使圆水准器气泡居中即可。 (三)十字丝竖丝应垂直于横轴的检验和校正 1.检验方法 2.校正方法 十字丝固定螺丝 1 P 4 2 十字丝校正螺丝 3 (a) (b) (四)视准轴应垂直于横轴的检验和校正(CC1⊥HH1) 视准轴未能真正垂直于横轴而致其偏离正确位置的小角值称 为视准误差c 。 1.检验原理: 2c=盘左读数-(盘右读数土180°) A2(盘右) A A1(盘左) 2.校正方法:当2c≥±20″ 时需要校正。 1)不含度盘偏心差时校正方 法: 计算盘左盘右瞄准同一目标 的水平盘读数的盘右(或盘 左)正确读数 a=[a右+(a左±180°)]/2 2)含度盘偏心差时校正方法--正倒镜法(见下一张) H C α O H1 H2 H C B1 含度盘偏心差时校正方法---正倒镜法 (五)横轴应垂直于竖轴的检验(HH1⊥VV1) 引起横轴不水平有两方面的原因:一为竖轴虽已竖直而横轴 不垂直于竖轴;一为横轴虽已垂直竖轴,但竖轴本身不竖直。 前者称为横轴误差,后者称为竖轴倾斜误差 。 1.横轴误差 计算公式见课本P30 用盘左、盘右观测同一个 目标时,Δi数值相等而符 号相反,取盘左、盘右观 测值的平均值可抵消横轴 误差的影响。 1)检验(见课本P31顶) 2)校正:由于光学经纬仪 的横轴是密封的,一般能保 证横轴与竖轴的垂直关系, 测量人员只需进行检验,而 校正一般由专门的仪器检修 人员完成。 2.竖轴倾斜误差 产生竖轴倾斜误差的原因是:水准管轴不垂直于竖轴, 或安置仪器时水准管气泡未完全居中。 处理方法:由于经纬仪安置后竖轴的倾斜方向一般不会 改变,盘左、盘右观测也不会改变,所以用盘左、盘右 观测的方法不能抵消竖轴倾斜误差对某一方向值的影响。 因此,在观测前,要仔细地进行照准部水准管的检验和 校正,观测目标的垂直角较大时,应使水准管的气泡严 格居中,以减弱竖轴倾斜误差对水平方向值的影响。 (六)光学对中器的检验和校正 1.检验:两步 2.校正:专业人员 2-4 水平角观测 ? ? 经纬仪的安置 水平角观测与计算 水平角观测 经纬仪的安置 ? ? ? 安置三脚架和仪器 使用光学对中器对中 用水准管精确整平仪器 安置三脚架和仪器 ? ? ? (1)选择坚固地面放置脚架之三脚,架设脚 架头至适当高度,以方便观测操作。 (2)将垂球挂在三脚架的挂钩上,使脚架头 尽量水平地移动脚架位置并让垂球粗略对 准地面测量中心,然后将脚尖插入地面使 其稳固。 (3)检查脚架各固定螺丝固紧后,将仪器置 于脚架头上并用中心联接螺旋联结固定。 使用光学对中器对中 ? ? ? ? ? ? ? (1) 调整仪器三个脚螺旋使圆水准器气泡居中。通过对中 器目镜观察,调整目镜调焦旋钮,使对中分划标记清晰。 (2) 调整对中器的调焦旋钮,直至地面测量标志中心清晰 并与对中分划标记在同一成像平面内。 (3) 松开脚架中心螺丝(松至仪器能移动即可),通过光 学对中器观察地面标志,小心地平移仪器(勿旋转),直 到对中十字丝(或圆点)中心与地面标志中心重合。 (4) 再调整脚螺旋,使圆水准器的气泡居中。 (5) 再通过光学对中器,观察测量标志中心是否与对中器 中心重合,否则重复(3)和(4)操作,直至重合为止。 (6) 确认仪器对中后,将中心螺丝旋紧固定好仪器。 (7) 对中完成后检查整平是否遭到破坏,否则应重复整个 过程;直到对中整平都满足要求为止。 用水准管精确整平仪器(1) ? 3 ? 1 2 气泡居中,1、2等高 整平:使仪器纵轴铅垂, 水平度盘与横轴水平, 竖盘位于铅垂面内。 (1)旋转仪器照准部让 水准管与任意两个脚 螺旋连线平行,调整 这两个脚螺旋,使水 准管气泡居中。调整 两个脚螺旋时,旋转 方向应相反(如图)。 用水准管精确整平仪器(2) ? ? ? ? (2)将照准部转动 90°, 用另一脚螺旋使水准管气 泡居中。 (3)重复⑴和⑵,使水准 管在该两个位置上气泡都 居中。 (4)在⑴的位置将照准部 转动 180°,如果气泡居 中并且照准部转动至任何 方向气泡都居中,则水准 管安置正确且仪器已整平。 一测回观测过程中,不得 再调气泡。 3 1 2 气泡居中,3与1、2等高 盘左/盘右观测 ? ? “盘左”是指观测者对着望远镜时,竖盘在望 远镜的左边;“盘右”指的是观测者对着望 远镜目镜时,竖盘在望远镜的右边。取盘左 和盘右读数的平均数作为观测值,可以有效 地消除仪器相应的系统误差对成果的影响。 因此,在进行水平和竖直角观测时,要在完 成盘左观测之后,中转望远镜 180°再完成 盘右观测。 进行水平角观测时,先盘左照准起始方向, 并读数。 望远镜目镜调整和目标照准 ? 目镜调整 ? (1)取下望远镜镜盖。 ? (2)将望远镜对准天空,通过望远镜观察,调 整目镜旋钮,使分划板十字丝最清晰。 ? 目标照准 ? 用望远镜竖丝精确瞄准目标的标志中心。 瞄准 ? 尽量瞄准目标底部,减少由于目标不竖直 引起的方向误差。 照准目标的步骤 ? ? ? (1)用粗瞄准器的准星对准目标。 (2)调整望远镜调焦旋钮,直至看清目标。 (3)旋紧水平与垂直制动旋钮,微调两微动 旋钮,将十字丝中心精确照准目标,这时 眼睛左右上下轻微移动观察,若目标与十 字丝两影像间有相对移位现象,则应该再 微调望远镜调焦旋钮,直至两影像清晰且 相对静止时止。 测回法观测水平角 ? ?角是从起始方向(即 第1方向)顺时针转到 第2 方向所成的角度, 观测时,必须首先确 定起始方向,然后按 照“测回法”的次序 观测。 观测程序 第1方向 J 第2方向 K ? B 测站 ?左=k左-j左 ?右=k右-j右 ? ? 盘左:瞄准J,水平角读数置零,读取j左;瞄准K,读 数k左; ? 盘右:瞄准K,读数k右;瞄准J,读数j右。 水平角观测记录(测回法) 水平角观测记录 竖盘 水平度盘 半测回角 一测回 测站 目标 平均角 位置 读 数 左 B 右 J K 第1方向 J 第2方向 K 0?04?18? 74?23?42? 74?19?24? 74?19?15? 74?19?06? ? B 测站 K 254?24?06? J 180?05?00? ? ? ? ? 起始方向第一个读数应调成0 ° (或180 ° /N,N为测 回数); 分、秒数写足二位; 改数时按有关规则。 一测回过程中,不得再调整水准管气泡或改变度盘位置。 水平角观测记录(测回法) 水平角观测记录大角 竖盘 水平度盘 半测回角 一测回 测站 目标 平均角 位置 读 数 左 B 右 A C C C 第2方向 0?10?30? 214?33?42? 214?23?12? 214?23?03? 214?22?54? ? B 34?34?12? A 180?11?18? A 第1方向 ? ? 表中盘右C读数小于A读数,不够减时,应加 360?后再减。 精度要求: ?左-?右?±40“,在满足精度要求的 前提下, 取: ?=(?左+?右)/2 方向观测法 方向观测法 一个测站观测4个或4个以上方向时,采用 方向观测法,也称“全圆测回法”。 B 盘左:A-B-C-D-A C 一测回: 盘右:A-D-C-B-A A 零方向 O D 方向观测法 方向法观测水平角记录计算表格 测 测 目 回 站 标 数 A 水平度盘读数 盘左 · ' 〃 0 02 42 60 18 42 116 40 18 185 17 30 0 02 30 90 01 00 150 17 06 206 38 30 275 15 48 90 01 12 盘右 · ‘ 〃 180 02 42 240 18 30 296 40 12 5 17 36 180 02 36 270 01 06 330 17 00 26 38 24 95 15 48 270 01 18 2C 〃 0 +12 +6 -6 -6 -6 +6 +6 0 -6 平均读数 · '〃 (0 02 38) 0 02 42 60 18 36 116 40 15 185 17 33 0 02 33 (90 01 09) 90 01 03 150 17 03 206 38 27 275 15 48 90 01 15 归零方向值 · '〃 0 00 00 60 15 58 116 37 37 185 14 55 各测回平均归 零方向值 · '〃 0 00 00 60 15 56 116 37 28 185 14 47 B 1 C D A A O B 0 00 00 60 15 54 116 37 18 185 14 39 2 C D A 2-5 竖直角观测 ? ? ? ? 竖直角观测原理 竖盘构造特点 竖直角计算公式 竖盘指标差 竖直角观测原理 垂直角观测原理 竖直角——在同一铅垂面内,瞄准目标的倾斜视 线° ,仰角为正,俯角为负。 天顶 A 0° 270° ZC 90 ° ZA ?A ?C 水平线° C 垂直角的主 要用途 竖直角的主要用途 将斜距化为平距 已知斜距S、竖直角?, 计算平距D: D=Scos? 三角高程测量 已知平距D、竖直角? , 计算A、B高差h: h ? D tan ? hAB ? h?i ? l 一、竖盘装置 竖直度盘与读数指标 盘左 270° 0° 盘右 90° 180° 180° 0° ? 构造特点 ? ? ? ? 90° 270° 竖盘随望远镜一起转动。 竖盘与读数指标相互脱离。 竖盘气泡居中,指标铅垂。 视线水平、指标铅垂时,竖盘读数为常数: ? 盘左时一般 L0=90° ,盘右时一般 R0=270° 。 ? 自动归零装置 二、竖直角的观测与计算 根据度盘刻度形式,确定竖直角计算公式,保证仰角为 正、俯角为负。 盘左 盘右 αL=90-L αR=R-270 竖盘读数与竖直角计算 三、竖盘指标差 ◆竖盘指标差——竖盘水准管气泡居中时,读数指 标线与铅垂线的夹角 ◆指标差计算公式: x 或 1 x ? ( L ? R ? 360?) 2 1 x ? (? 左 ? ? 右) 2 ◆盘左盘右观测竖直角取平均,可消除指标差的影响。 P94-19 目 标 竖盘 位置 竖 盘 读 数 半测回角值 8 41 18 8 41 12 -3 43 42 指标 差 一测回角值 左 M N 右 左 +3 8 41 15 右 ? -3 44 00 ? +9 -3 43 51 ? 左 ? L ? 90 ;? 右 ? 270 ? R ? ? (180? ? L ? R) / 2; x ? ( L ? R ? 360? ) / 2 2-7 水平角测量的误差 水平角观测的误差分析 误差来源与处理方法 ? 1.仪器误差:仪器校正的残余误差 ? 盘左盘右观测取平均能消除:度盘偏心误差、视 准轴误差(CC⊥HH) 横轴误差 (HH⊥VV) ; 不能消除竖轴误差(LL⊥VV) ,注意仔细整平。 ? 2.仪器安置误差:对中误差,整平误差 ? 对中误差:边长较短时采用光学对中。 ? 整平误差:水准器气泡偏离中心应小于1格。观测 目标垂直角较大时,应特别注意。 误 差 来 源 与 处理方 法 3.标杆倾斜误差 竖直标杆,观测时尽量瞄准目标底部 4.观测误差:瞄准误差,估读数误差 5.外界因素:温度引起仪器轴线变化,热辐射引起 视线跳动,土壤松软使仪器安置不稳定 ◆选择有利观测时间,设法避开不利条件; ◆尽量缩短一测回的观测时间,采取观测方法减弱与 时间成正比的误差。 思考题(1) ? ? ? ? 名词解释:水平角、视准轴、视差、经纬 仪对中、盘左 测回法、方向观测法、测回、 半测回归零差、两倍照准误差、竖直角、 竖盘指标差 经纬仪主要由哪三部分构成? 经纬仪有哪四条主要轴线,在测水平角时 它们应满足什么条件? 用经纬仪测角怎样减弱各种误差的影响? 思考题(2) ? ? 如何得出不同注记形式竖盘的竖角计 算公式? 通过对盘左盘右所测的角度取平均值 的做法能消除哪些仪器误差? 作业 ? 测量学实验实习与习题 ? P93第11、12题


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