“工程测量”课程教学课

,十五, 国家级规划教材
,交通土木工程测量, (修订版 )
电子教案
广东工业大学建设学院
课程设计 张坤宜 魏德宏
王国辉 马 莉
网页设计 梁靖波
第二章 角度测量
?学习目标, 在学习角度测量基本概念的基
础上,明确经纬仪的结构原理,掌握经纬
仪应用的基本方法,掌握水平角、竖直角
测量基本技术。
第一节 角度测量的概念
? 一,水平角,
? 水平面上二条相交直线的夹角,或者
说,二个相交竖直面的二面角 。
? 如何理解地面点之间的水平角?
? 水平度盘
? 设站 观测 投影 方向值 角度
二,竖直角,
竖直角, 在同一竖直面内观测视线与水
平线的夹角,称为 竖直角 。
仰角, 竖直面内观测视线在水平线之上
的竖直角。
俯角, 竖直面内观测视线在水平线之下
的竖直角。俯角为负值。
天顶距, 地面点的垂线上方向至观测视
线的夹角 。
设在观测的 NM 天顶距为 Z,竖直角
为的 ?,因为 =90°,故天顶距与竖直
角的关系为
? =90° - Z (2-2)
第二节 光学经纬仪
? 一、经纬仪种类, 光学经纬仪、光电经纬仪 。
? DJ07,DJ1,DJ2,DJ6,DJ10
光学经纬仪 DJ6
光学经纬仪 DJ2
二、光学经纬仪的基本构件
照准部、度盘、基座等 。
1,照准部
? 1)望远镜
? 2)水准器
? 3)基本轴系
1)望远镜
? 望远镜的结构,物镜、凹透镜、十字丝
板和目镜
? 操作部件, 望远对光螺旋、目镜调焦轮
? 望远镜的成象过程,
? (1)物镜前的物象 A 经物镜成为缩小的倒
立实象,并经凹透镜的调焦作用落在十
字丝板的焦面上。
? (2)目镜将倒实象和十字丝象一起放大成
虚象 B。
实现成象过程的 对光操作
? (1)转动目镜调焦轮,眼睛 看清 楚十字丝象;
? (2)转动望远对光螺旋,眼睛 看清 楚物象 A。
? (3)消除视差。
? 视差,即移动眼睛可发现十字丝象与虚象 B
的相对变动现象。视差的存在表明物象 A可
能没有落在十字丝板焦面上。操作人员正确
重复 (1)(2)对光动作可消除视差。
2)水准器
? 作用,测量仪器整平指示装置
? 种类:管水准器和圆水准器
? 管水准器:
? 结构,管水准轴,格值。
? 管水准器的整平灵敏度较高。
)32(2 ?? ?? Rmm
圆水准器
结构,圆水准轴,格值。 圆水准器的整平灵敏度较低。
)32(2 ?? ?? Rmm
3)基本轴系
? CC,望远镜视准轴 ;
HH,横轴 ; VV,竖轴 ;
LL,管水准轴。
? 必须满足,
? CC⊥ HH; HH⊥ VV;
LL⊥ VV。
? 此外,十字丝板的纵丝
平行于竖轴 VV。
2.度盘及其读数机构
? 1)度盘的结构形式 。
? 水平度盘、竖直度盘,度
盘全周刻度 0~ 360°,按顺时
针顺序注记。
? 水平度盘 套在 竖轴中可以
自由转动。
? 竖直度盘 固定在 横轴的一
端与望远镜一起转动。
? 2)度盘读数光学系统 。
? 把水平度盘和竖直度盘的
刻划影像传送到一个读数窗中。
注意 A,B光路 。
3)水平度盘配置机构。
? 度盘变换钮是一个带有齿轮的转动装置,通过
齿轮的连接带动度盘转动,度盘转动的角度值
可在读数窗中看到。
? 复测钮操作与控制作用
复测钮操作与控制作用 表 2-1
复测钮
一般操作
度盘与照准
部的联系
转动照准部
度盘的动作
读数窗情况
开 连 接 随之转动 度数不变
关 脱 离 不随之转动 度数变化
3.基座
? 轴套、脚螺旋、连接板、固定旋钮等。
? 经纬仪照准部的支承装置 。
? 经纬仪照准部装在基座轴套以后必须扭
紧固定旋钮,一般应用 不得松开 。
4.其他辅助机构
? 1)光学对中器
? 2)旋钮机构,
(1)水平制动、微动旋钮,
控制照准部水平转动;
(2)垂直制动、微动旋钮,
控制望远镜纵向转动;
(3)微倾旋钮,
? 调整竖直度盘水准器气泡居中,
使指标线处于垂线方向上。
三、光学经纬仪的角度测微
? 1,分微尺测微
? (1)读取分微尺内度分划的
度数;
? (2)读取分微尺 0分划至该
度分划所在分微尺上的分
数;
? (3)计算以上二数之和为读
数窗的角度读数 (? ? ?) 。
? 水平度盘 角度是 215° 06.5′(即
215° 06′30″),
? 竖直度盘 角度是 78° 52.4′( 即
87° 52′24″)。
2,对径符合测微
? (1) 当读数窗为左图时, 转动测微轮 控制二个光楔同时偏转, 其折光
作用使光线相对移动, 度盘对径读数分划线 对称重合, 如右图 。
? (2)在读数窗中读取视场左侧正象度数, 如图中 163° 。
? (3)读整十分 。 数正象度数分划与相应对径倒象度数 (相差 180° )分划
之间的格数 n,得整 10 ′ 的角值为 n× 10′, 图中是 30′ 即 3× 10'。 有
的仪器将数格数 n得整 10′ 的方法改进为直读整 n?10'的数字 。
? (4)读取测微窗分, 秒的角值, 右图 是 8′16.3″。
? (5)计算整个读数结果, 得 163° 38′16.3″。
第三节 光学经纬仪基本操作
? 一、经纬仪的安置
? 二、瞄准
? 三、读数
? 四、水平度盘的配置
一、经纬仪的安置
? 1.三脚架对中 。
? 要求:高度适当,架头概平,大致对中,
稳固可靠。
? 2.经纬仪对中 。
? 1)安置经纬仪。
? 2)脚螺旋对中。精密光学对中的工作。
? (1)光学对中器对光 。看清光学对中器的
分划板和地面,辨明地面点的大致方位。
? (2)二手转动脚螺旋 。眼睛在光学对中器
目镜中观察 分划板标志 与 地面点 相对移
动并 重合 为止 。
3.三脚架整平 。
? 1)转动照准部使管水准轴与所选二个
脚腿地面支点连线平行, 升降一脚腿
使管水准器气泡居中 。
? 2)转动照准部使管水准轴转动 90°,
升降第三脚腿使管水准器气泡居中 。
应重复一二次 。
? 4.精确整平 。
? 1) 转动照准部使 管水准轴 与所选二个
脚螺旋中心连线平行, 相对转动二个
脚螺旋使管水准器气泡居中 。 管水准
器 气泡 在整平中的 移动方向 与转动 脚
螺旋左手大拇指 运动方向 一致 。
? 2)转动照准部 90°, 转动第三脚螺旋
使管水准器气泡居中 。
? 重复 1)2)使水准器气泡精确居中 。
二、瞄准
? 瞄准的实质,安置在地面点上的经纬仪的望远镜视准
轴对准另一地面点的中心位置 。 一般地, 被瞄准的地
面点上设有观测目标, 目标中心在地面点的垂线上,
目标是瞄准的主要对象 。
? 瞄准的步骤,大致瞄准, 对光, 精确瞄准 。
三、读数
? 在经纬仪瞄准目标之后从读数窗中读水
平方向值 。
? 读数与记录有呼有应, 有错即纠 。
? 纠错的原则, 只能划改, 不能涂改, 。
? 最后的读数值应化为度, 分, 秒的单位 。
四、水平度盘的配置
? 度盘变换钮配置:
? 1)转动照准部使望远镜瞄准起始方向目标 ;
? 2)打开度盘变换钮的盖子 (或控制杆 ),转动变换钮, 同时观察读
数窗的度盘读数使之满足规定的要求 ;
? 3)关闭度盘变换钮的盖子 (或控制杆 )。
? 复测钮配置:
? 1)关 复测钮,打开水平制动旋钮 转动照准部,同时在 观察 读数窗
的 度盘读数 使之 满足 规定的 要求 ;
? 2)开 复测钮,转动照准部照准起始方向,并用水平微动旋钮精确
瞄准起始方向。
? 3)关 复测钮,使水平度盘与照准部处于脱离状态。
第四节 水平角观测技术方法
? 一, 方向法 。
? 或称测回法, 用于测量二个方向或三
个方向构成的角度 。
? 1,准备工作:
? 1)选定起始方向 。
? 2) 在地面点安置经纬仪和树立目标 。
? 3) 做好望远镜的对光 。
? 4)根据需要进行水平度盘配置 。
2.观测方法:
? 选定测量的角度是 ∠ AOB(α )。
? 1)盘左观测:
? 经纬仪的竖直度盘在望远镜瞄准视
线左侧的位置,该盘位称为盘左。
? 观测基本方法,
? (1)按 顺时针 转动照准部的方向瞄准
目标; (按顺时针转动照准部先瞄
准 A目标,后瞄准 B ) 。
? (2)在分别瞄准目标后立即读数,记
录。
2.观测方法:
? 2)盘右观测:
? 经纬仪的竖直度盘在望远镜瞄准视线右
侧的位置, 该盘位称为盘右 。
? 盘左观测变盘右观测的基本方法:
? (1)沿横轴 纵转 望远镜 180°, 转
动照准部使仪器处于盘右位置 ;
? (2)按 逆时针 转动照准部的方向瞄
准目标 ; (按逆时针转动照准部先
瞄准 B目标, 后瞄准 A)。
? (3)在分别瞄准目标后立即读数,
记录 。
方向法观测水平角的记录
? 3.计算与检核 (上半测回,下半测回,一个测回 )
? 1)计算半测回角度观测值。
? 盘左,?左 = 49° 50′12″— 0° 01′18″=49° 48′54″,
? 盘右,?右 =229° 50′18″— 180° 01′48″=49° 48′30″。
? 2)检核计算 Δ= ?左 — ?右, 与 Δ 容 比较。
? 3)计算一测回 平 。 (检核结果 Δ < Δ 容 )
水 平 角
测站 盘位 目标
水平度盘
水平方向值读数
° ′ ″
半测回值
° ′ ″
一测回值
° ′ ″
备 注
A 0 0 1 1 8
盘左
B 4 9 5 0 1 2
4 9 4 8 5 4
B 2 2 9 5 0 1 8
O
盘右
A 1 8 0 0 1 4 8
4 9 4 8 3 0
4 9 4 8 4 2
Δα = α 左 - α 右
=24 ″
Δα 容 = 30 ″
? ?422 ??? 右左平 ???
二、全圆方向法
? 观测方向数超过 4个。
? 1.准备工作:
? 1)安置经纬仪和树立目标 。
? 2)选定起始方向 (或称零方向 ),
做好对光工作 。
? 3) 水平度盘配置 。
2.观测步骤
? 1)盘左观测,
? (1)按 顺时针 转动照准部,依次瞄准
目标 A,B,C,D,A;
? (2)在分别瞄准每一目标后立即读数
和记录。
? 2)盘右观测,
? (1)纵转望远镜 180°,转动照准部使
仪器处于盘右位置;
? (2)按 逆时针 转动照准部,依次瞄准
目标 A,D,C,B,A;
? (3)在分别瞄准每一目标后立即读数
和记录。
记录表格,盘左:从上到下;盘右:从下到上。
全圆方向法观测记录 表 2 - 3
水平度盘读数







盘左观测
° ′ ″
盘右观测
° ′ ″
2C
盘左、盘右
平均值
° ′ ″
归零后
水平方向值
° ′ ″
各测回平均
水平方向值
° ′ ″
1 2 3 4 5 6 7 8 9
A
Δ
0
( 2 4 )
0 0 1 0 0
Δ
0
( 6 )
1 8 0 0 1 1 2
-12 ( 0 0 1 1 4 )
0 0 1 0 6 0 0 0 00 0 0 0 0 0
B 9 1 5 4 0 6 2 7 1 5 4 0 0 +06 9 1 5 4 0 3 9 1 5 2 4 9 9 1 5 2 4 7
C 1 5 3 3 2 4 8 3 3 3 3 2 4 8 0 1 5 3 3 2 4 8 1 5 3 3 1 3 4 1 5 3 3 1 3 4
D 2 1 4 0 6 1 2 3 4 0 6 0 6 +06 2 1 4 0 6 0 9 2 1 4 0 4 5 5 2 1 4 0 4 5 6
O 1
A 0 0 1 2 4 1 8 0 0 1 1 8 +06 0 0 1 2 1
A
Δ
0
( 2 4 )
9 0 0 1 1 2
Δ
0
( 1 2 )
2 7 0 0 1 2 4 -12
( 9 0 0 1 2 7 )
9 0 0 1 1 8 0 0 0 0 0
B 1 8 1 5 4 0 6 1 5 4 1 8 -12 1 8 1 5 4 1 2 9 1 5 2 4 5
C 2 4 3 3 2 5 4 6 3 3 3 0 6 -12 2 4 3 3 3 0 0 1 5 3 3 1 3 3
D 3 0 4 0 6 2 6 1 2 4 0 6 2 0 +06 3 0 4 0 6 2 3 2 1 4 0 4 5 6
1 2
A 9 0 0 1 3 6 2 7 0 0 1 3 6 0 9 0 0 1 3 6
3.计算与检核
? 1)归零差的计算与检核。
? 半测回中起始方向观测值与归零观测值的差值。
? 2)二倍照准差 2C及 2C互差 Δ2C的计算与检核。
? 2C=L盘左 -L盘右 ± 180° (2-6)
? 3)方向平均值 L‘i的计算。
? 4)零方向平均值的计算。
? 5)归零方向值的计算。
? Li =L'i -L'0 (2-10)
? 6)测回差的计算与检核。
? ?822 1 8 0 ?????? 盘右盘左 LLL i
? ? ? ?92
2 000 ?
??? oLLL 归
第五节 竖直角观测技术方法
? 1.准备工作
? 1)做好经纬仪与目标安置工作;
? 2)根据选定的方向做好对光 。
? 2.盘左观测
? 1)瞄准目标 。 望远镜视场目标象的顶面与十字丝象靠近中间的中
横丝相切; 或目标象的顶面平分十字丝象靠近中间部分的双横丝;
或十字丝的单横丝平分目标象的中间位置 。
? 2)精平, 即转动微倾旋钮, 使 竖直度盘的水准器气泡居中 。
? 3)读数 。
? 3.盘右观测
? 观测步骤同上述盘左观测 。
光学经纬仪 DJ6
二、竖直角的计算
? 1)盘左 观测的竖直角,?左 =90° -(L+x)
? 2)盘右 观测的竖直角,?右 =R+x-270°
? 3)角度计算:
? ?1822 1 8 0 ????? LR? ? ?192
2
3 6 0 ????? RLx
四、竖直度盘指标线
自动归零原理,
? 指标线 归零,竖直度盘水准器
气泡居中时,指标线处在垂线
方向上。若视准轴处于水平状
态,指标线指示是 90° 。
? 竖直角观测中的 精平 是属于指
标线人工 归零操作 。
? 自动归零装置代替竖直度盘水
准器,竖直角观测中能 自动 实
现上述的 指标线归零,称为指
标线 自动归零 。
五、竖直角简易测量与计算
? 竖直角 简易 观测以盘左观测值 L 即可, 这时
? ?=90-L ( 2-20)
? 条件,要求不高;指标差 x< ± 1’,视 x 为零。
第六节 角度测量误差与预防
? 一、仪器误差
? 三轴误差 (1.视准轴误差,2.横轴误差,3.竖轴误差 )、照准部偏心
差和度盘误差等。
? Δ i= itg? (2-23) Δδ=δ cos?tg? (2-24)
? ?212c o s ??? ?cc
4.仪器构件偏心差
? 主要是照准部偏心差和度盘偏心差。
? 盘左盘右观测值取平均值进行消除
? 5.度盘分划误差
? 多盘位 (各测回配置不同的度盘位置 )观测
? 6.竖直度盘指标差
? 盘左、盘右观测取平均值的方法消除
二、观测误差
? 1.对中误差。
? 测站对中不准。
? ∠ AoB=∠ Ao'B+ε1+ε2
? 对中误差 ε在短边时随偏心距 e
的增长而迅速增大
? ?272s in
1
1 ?
?? ???
d
e
? ?282)s i n (
2
2 ?
????? ???
d
BOAe
ε = ε 1 + ε 2 = ?de2
2.目标偏心差,
? 和对中误差有相同的性质
? 3.瞄准误差,
? 选择较好的目标构形,做好对光
和瞄准工作。
? 4.读数误差:
三、外界环境的影响,
? 大气密度、大气透明度的影响;目
标相位差、旁折光的影响;温度湿
度对仪器的影响等。
? 消除 减少误差 方法:
? 1)认真安置仪器,对中准确。
? 2)多测回测量。
? 3)盘左盘右观测。
? 4)精确整平仪器。一测回不平重测。
? 5)看清目标,瞄准准确。
? 6)认真读数。
? 7)好天气,避烈日。
? 8)认真检查。
? 9)认真设点位,目标好。
第七节 光电经纬仪
? 一、光电测角、光电经纬仪原理特点
? 光电测角,以光电技术进行角度测量,以光电信号的形式表达角度测量结果
的技术过程。
? 以光电测角技术为武装实现角度测量技术过程的经纬仪。
? 1.光电度盘。 2.光电读数系统。 3.直接显示测量结果。
四、光电经纬仪的应用 。
? 1)度盘配置。有 HL,HR、
OSET,HSET或 HOLD等。
? 2)瞄准。
? 3)读数。显示
? 4)数据记录。