测量教案3章_全站仪角度测量[123页]
第三章 角度测量
第三章角度测量测量地面点连线的水平夹角及视线方向与水平面的竖直角，称角度测量(angular observation)。
角度测量包括水平角和竖直角测量角度测量所使用的仪器是经纬仪(theodolite)和全站仪(total station)。
第一节角度测量概念一、水平角和竖直角1、水平角水平角(horizontal angle)是指地面一点到两个目标点连线在水平面上投影的夹角，它也是过两条方向线的铅垂面所夹的两面角。
竖直角范围：0～±90°OA三、经纬仪及其类型分三类：1、游标经纬仪2、光学经纬仪3、电子经纬仪第二节DJ级光学经纬仪6一、光学经纬仪的结构下图是北京光学仪器厂生产的DJ6级光学经纬仪。
一般将光学经纬仪(optical theodolite)分解为基座(tribrach)、水平度盘(horizontal circle)和照准部(alidade)三部分。
1-望远镜制动螺旋2-望远镜微动螺旋3-物镜4-物镜调焦螺旋5-目镜6-目镜调焦螺旋7-光学瞄准器8-度盘读数显微镜9-度盘读数显微镜调焦螺旋10-照准部管水准器11-光学对中器12-度盘照明反光镜13-竖盘指标管水准器14-竖盘指标管水准器观察反射镜15-竖盘指标管水准器微动螺旋16-水平方向制动螺旋17-水平方向微动螺旋18-水平度盘变换螺旋与保护卡19-基座圆水准器20-基座21-轴套固定螺旋22-脚螺旋1-望远镜制动螺旋2-望远镜微动螺旋3-物镜4-物镜调焦螺旋5-目镜6-目镜调焦螺旋7-光学瞄准器8-度盘读数显微镜9-度盘读数显微镜调焦螺旋10-照准部管水准器11-光学对中器12-度盘照明反光镜13-竖盘指标管水准器14-竖盘指标管水准器观察反射镜15-竖盘指标管水准器微动螺旋16-水平方向制动螺旋17-水平方向微动螺旋18-水平度盘变换螺旋与保护卡19-基座圆水准器20-基座21-轴套固定螺旋22-脚螺旋1 基座基座上有三个脚螺旋，一个圆水准气泡，用来粗平仪器。
第三章 角度测量 教案
第二节光学经纬仪的构造
光学经纬仪按测角精度，分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6和DJ15等不同级别。其中“DJ"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"。
（3）转动照准部和望远镜微动螺旋，精确瞄准目标。测量水平角时，应用十字丝交点附近的竖丝瞄准目标底部。
三、读数
（1）打开反光镜，调节反光镜镜面位置，使读数窗亮度适中。
(2）转动读数显微镜目镜对光螺旋，使度盘、测微尺及指标线的影像清晰。
（3）根据仪器的读数设备，按前述的经纬仪读数方法进行读数。
第四节水平角的测量方法
上、下两个半测回合称一测回。为了提高精度,有时需要观测n个测回，则各测回起始方向仍按180˚/n的差值,安置水平度盘读数。
2、方向观测法的计算方法
（1）计算两倍视准轴误差2c值
2c =盘左读数－(盘右读数±180˚）
上式中,盘右读数大于180˚时取“－"号，盘右读数小于180˚时取“+”号。计算各方向的2c值，填入表。一测回内各方向2c值互差不应超过表中的规定.如果超限,应在原度盘位置重测。
方向观测法简称方向法，适用于在一个测站上观测两个以上的方向.
1．方向观测法的观测方法
设O为测站点,A、B、C、D为观测目标，用方向观测法观测各方向间的水平角，具体施测步骤如下：
（1)在测站点O安置经纬仪,在A、B、C、D观测目标处竖立观测标志。
(2）盘左位置选择一个明显目标A作为起始方向，瞄准零方向A,将水平度盘读数安置在稍大于0˚处，读取水平度盘读数,记入表方向观测法观测手簿。
测量教案3章-全站仪角度测量
• 3.4 全站仪的结构与安置 • 南方NTS-362R6LNB蓝牙免棱镜测距全站仪
• 南方NTS-362R6LNB全站仪主要技术参数 • ① 望远镜：正像,物镜孔径45mm,放大倍率30× • 视场角1o30'，最短对光距离1.4m • ② 度盘：绝对式测角度盘,直径79mm • 测距光波波长0.65~0.69μm的红色激光 • ③ 测角精度:双轴补偿,一测回方向观测中数中误差±2" • ④ 测距：最大测程5km(单棱镜),误差2mm+2ppm • 免棱镜测程300m,反射片测程600m,误差3mm+2ppm • ⑤ 内存：4MB闪存,最多可以存储3.7万个点的数据。 • ⑥ 通讯接口：RS-232C接口/miniUSB接口/SD卡插口 • 内置蓝牙模块； • ⑦ 电池：LB-01可充电锂电池，7.4V/3100mAh • 一块满电电池可供连续测距8h。
• 点光源影像偏移面阵图像传感器中心的距离为d，
• 偏距d在X轴方向的分量为dX • 在Y轴方向的分量为dY， • 则仪器竖轴在X轴方向的倾角δX
• 在Y轴方向的倾角δY的计算公式为
X 2n arctan(dX Y 2n arctan(dX
f ) f )
• n为补偿器液体的折射率，f为透镜的焦距
• 6) 星键菜单 • 按 键开启星键菜单 • 使用光标键 • 与功能键(软键) • 设置星键菜单，按 键为关闭星键菜单。
• (1) 光标键设置内容 • ① 反射器：出厂设置为无棱镜，多次按 键 • 可使反射器在棱镜→无棱镜→反射片之间循环切换。 • ② 对中器：下激光点光强,出厂设置为2，多次按 键 • 可使下激光点光强在数字2→1→0→4→3之间 • 循环切换，0为关闭激光对中器。 • ③ 屏幕对比度：出厂设置为10，多次按 键 • 可使屏幕对比度在数字00~16之间循环切换。 • ④ 十字照明：出厂设置为0，多次按 键 • 可使十字丝照明光强在数字0→1→2→3→4之间 • 循环切换，0为关闭十字丝照明。
第3章 角度测量
第3章经纬仪及其角度测量3.1 角度测量原理角度测量是测量工作的重要内容之一。
角度测量的目的是测定地面点连线之间的空间位置关系，以此来确定点的平面坐标和高程，它包括水平角测量和竖直角测量，所采用的仪器为光学经纬仪、电子经纬仪和全站仪等。
本章重点介绍光学经纬仪及其角度测量方法。
3.1.1 水平角测量原理图3-1 水平角测量原理从一点到两个目标的方向线在水平面上的垂直投影所构成的角度，称为水平角。
或者说，空间两直线的夹角在水平面上的垂直投影，称为水平角。
如图3-1所示，A、B、C为三个高度不同的地面点。
根据水平角的定义，将A、B、C三点分别沿铅垂方向投影到水平面上，其投影线ab和ac∠所构成的角∠cab，即为方向线AC、AB所夹的水平角。
注意：两直线AC、AB的空间夹角CAB 并不是水平角。
为了测定水平角值的大小，可以在过顶点A的铅垂线上任意点安置一个有刻度的水平圆盘，称之为水平度盘。
度盘中心O位于过A点的铅垂线上。
则方向线AC、AB在水平度盘上的垂直投影On、Om，在水平度盘上的读数分别为n和m，若将水平度盘按顺时针刻划，则所求的水平角β就是两个读数之差，即：β(3-1)=nm-经纬仪就是根据上述测角原理来设计的。
在仪器上设置一个带有刻划的水平圆盘和在圆盘上读数的指针，将度盘中心与经纬仪的竖轴处于同一铅垂线上。
观测水平角时，安置仪器在测点正上方，使水平度盘中心处在过测点的铅垂线上，通过装置在经纬仪上的望远镜瞄准目标，提供两方向线；当望远镜高低变化时，其视准轴在同一铅垂面内变动，从而提供上述两条方向线在水平读盘上的垂直投影，通过经纬仪中的读数装置读取两投影线在度盘上的方向值，两者之差即为所测的水平角。
这就是经纬仪水平角测量的基本原理。
3.1.2 竖直角测量原理竖直角是指同一铅垂面内某方向线与指标线（包括水平线或铅垂线）之间的夹角。
当指标线为水平线时称其为倾角；指标线为铅垂线的天顶方向时称其为天顶距。
全站仪测量角度、距离、坐标实训指导书
任务七全站仪测量角度、距离、坐标1、实训目的和要求（1）了解全站仪的构造；（2）熟悉全站仪的操作界面及作用；（3）掌握全站仪的基本使用；（4）练习用全站仪进行角度测量、距离测量、坐标测量的方法。
（5）培养动手操作能力和团队默契协作的能力。
（6）培养学会利用科技力量创造美好生活的意识和能力。
2、仪器和工具全站仪1台，棱镜、棱镜架2套，测伞1把、记录板1块。
3、实训内容用全站仪进行角度测量、距离测量、坐标测量。
4、方法与步骤（1）全站仪的认识全站仪由照准部、基座、水平度盘等部分组成，读数方式为电子显示。
有功能操作键及电源，还配有数据通信接口。
（2）全站仪的使用使用全站仪时，在测站上安置好仪器，照准目标（棱镜中心）后，在测角模式下，即可显示水平角、竖直角；按动距离测量功能键后，即可显示出测量的距离。
水平角、距离、斜距可同时显示在面板上。
根据测量功能选择的不同，还可进行测量放样，显示出测量的距离与设计的距离之差；也可进行坐标测量，直接测定未知点的坐标。
1）安置仪器在测站上将仪器进行整平、对中，其具体作法与常规仪器的整平对中工作相同。
2）角度测量①首先从显示屏上确定是否处于角度测量模式，如果不是，则按操作转换为角度模式。
②盘左瞄准左目标A,按置零键，使水平度盘读数显示为0°00′00〃，顺时针旋转照准部，瞄准右目标B，读取显示读数。
③同样方法可以进行盘右观测。
④如果测竖直角，可在读取水平度盘的同时读取竖盘的显示读数。
3）距离测量①首先从显示屏上确定是否处于距离测量模式，如果不是，则按操作键转换为距离模式。
②照准棱镜中心，测量距离，HD为水平距离，SD为倾斜距离，VD为高差。
4）坐标测量①首先从显示屏上确定是否处于坐标测量模式，如果不是，则按操作键转换为坐标模式。
②输入本站点O点及后视点坐标，以及仪器高、棱镜高。
③瞄准棱镜中心，进行坐标测量，得出点的坐标。
5）坐标放样。
①进入放样程序。
②输入测站点的坐标，并输入仪器高。
第三章 角度测量
天顶
A
Z
Z
C
A
270°
0° 90 °
A
B
C
180°
水平线
铅
垂
C
线
二、角度测量仪器
1、经纬仪（光学经纬仪、电子经纬仪）
分类 按其精度等级划分: DJ07、DJ1、DJ2（精密光学经纬仪）； DJ6（普通光学经纬仪) 下标数字该仪器一测回方向观测中误差的秒数。 一般工程测量最常用: DJ6级光学经纬仪
常用方法有测回法和方向观测法 1．测回法 步骤：
(1) 安置仪器于测站O点，对中、整平 (2)上半测回：盘左，LA ,LB
(3)下半测回：盘右，RB , RA
上半测回和下半测回构成一测回。
(4) 若β左- β右≤40″，认为观测合格。此时可取
1．测回法
测回法观测记录手薄
测 站
盘 位
目 标
水平度盘读数
方向A ，称为下半测回
C
归零，此为下半测回。
A 零方向
O D
四、竖直角测量
竖直角计算公式
左90L
右R270 盘左
12(左右)
盘右
竖直角测量
竖盘指标差
竖盘指标差x——竖盘水准管气泡居中时， 读数指标线与铅垂线的夹角。竖盘指标的
便移方向与竖盘注记增加方向一致时，x为
正值，反之为负。
270
0
180
x
90
竖直角测量
竖盘指标差
90(Lx)
(Rx)270
1 2
(
左
右)
1（ R L 180 ） 2
x1(LR360) 2
竖直角观测与计算
观测步骤：
（1）在盘左位置用水平中丝照准目标，调整竖盘指 标水准管气泡居中后，读取竖盘读数，记入记录 手薄。
全站仪角度测量步骤
全站仪角度测量步骤全站仪是一种测量仪器，可以用于进行角度测量。
以下是全站仪角度测量的步骤：1.准备工作首先，需要确保全站仪的电量充足，并且仪器的各项功能正常。
同时，需要检查三脚架及测量杆等设备是否完好，并确保仪器的水平调准。
2.安装全站仪将全站仪安装在三脚架上，通过调整螺丝和水平器，使仪器水平放置。
同时，还要确保仪器能够在360度范围内旋转自由。
3.定点校准将全站仪对准参考点，然后使用调节螺丝进行微调，使仪器指向准确。
通过观察仪器上的视觉显示器可以确定仪器是否对准。
4.设置测量模式在全站仪的界面中，选择角度测量模式。
根据需要选择水平角、垂直角或倾斜角的测量模式。
通常可以在全站仪上选择自动或手动测量模式。
5.角度测量在选择好测量模式后，开始进行角度测量。
全站仪会发送一束激光到目标点，然后接收来自目标点的反射光。
通过测量反射光与仪器位置的角度差，可以得到目标点的角度。
6.存储和记录数据每次测量完成后，将数据存储在全站仪的内存中或直接上传到计算机上。
确保记录测量的时间、日期、测量点等相关信息，以备后续分析和处理。
7.再次校准在进行下一次角度测量之前，需要再次校准全站仪。
可以选择不同的参考点，以确保仪器的准确性。
8.数据处理和分析将测量数据导入计算机，使用相应的软件进行处理和分析。
可以进行数据的图表展示、计算测量点之间的距离和角度，以及制作测量结果的报告。
9.定期维护全站仪是一种精密的测量仪器，需要进行定期维护和校准，以保证其准确性和稳定性。
应该注意仪器的使用方式、存放条件和清洁方法，在使用后进行及时的维修和保养。
全站仪角度测量步骤主要包括准备工作、安装全站仪、定点校准、设置测量模式、角度测量、存储和记录数据、再次校准、数据处理和分析以及定期维护等内容。
通过这些步骤的科学操作，可以获得准确而可靠的角度测量结果。
第三章角度测量
②盘右(倒镜)：β R=bR-aR ，下半测回 (B→A)；
③上、下半测回合称一测回，计算一 测回平均角值：
L R
(3-3)
2
工程测量学
3 角度测量
测回法用盘左、盘右观测，可以消除仪器某些系统误差对测角的影响，校 核观测结果和提高观测成果精度。同一测回中，上、下半测回角值之差和各测回 间角值之差均不应超过相应细则、规范所规定之容许值(±40″)。否则应重测， 如各较差合乎要求，则分别取平均值。
• 掌握角度测量的基本原理； • 掌握光学经纬仪的构造及测角（水平角和竖直角）方法； • 自学经纬仪的检验校正； • 自学经纬仪测角误差分析和经纬仪测角注意事项； • 了解电子经纬仪的构造；
工程测量学
3 角度测量
§3.1 角度观测原理
一、水平角观测原理：
水平角是指地面上一点到两个目标点的方向线垂直投影到水平面上的夹角
工程测量学
3 角度测量
经纬仪系列技术参数和用途
技术项目
经纬仪等级
DJ1
DJ2
一测回水平 方向中误差
1
2
DJ6 6
望远镜有效 孔径不小于
60mm
40mm
望远镜放大 倍数不小于
30倍
28倍
水准管 水平度盘 分划值 垂直度盘
6/2mm 10/2mm
20/2mm 20/2mm
当测角精度要求较高时，往往要观测几个测回，为也减少度盘分划误差的 影响，各测回间应根据测回数n，按180°/n变换水平度盘位置。
工程测量学
3 角度测量
⑵ 方向观测法 ——当一个测站上需要测量的方向数多于两个时，应
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• 3.3 全站仪的望远镜与补偿器 • 南方NTS-362LNB系列全站仪2018年1月推出。 • 1) 三同轴望远镜 • 全站仪望远镜的视准轴、激光发射光轴、 • 回光接收光轴三轴同轴，望远镜瞄准棱镜中心， • 就能同时测定目标点的水平角、竖直角和斜距。
• NTS-362LNB系列全站仪三同轴光路图
• 3) 电子补偿器 • 仪器未精确整平致使竖轴倾斜引起的角度误差 • 不能通过盘左、盘右观测取平均抵消 • 为了消除竖轴倾斜误差对角度观测的影响 • 全站仪设有电子补偿器。 • 打开电子补偿器时，系统将竖轴倾斜量 • 分解成视准轴方向(X轴)和横轴方向(Y轴)两个分量 • 进行倾斜补偿，简称双轴补偿。
• 若液体腔的面积足够大，和空气介面形成镜面反射
• 当倾斜角δ不是很大时，该传感器的线性度很好
• 是目前精度较高的双轴倾斜补偿器。
• 南方NTS-362LN系列全站仪反射式双轴补偿器的
• 补偿范围理论上可以达到±27'，补偿精度为±2"。
• 液体反射式双轴电子补偿器原理
•南方测绘集团北京三鼎光电仪器有限公司 •自主研发的第4代液体反射式双轴电子补偿器 •理论补偿范围高达±27'。
• 在玻璃度盘上均匀刻划n条圆心角相等,宽度不等线条
• 测量时用平行光照射玻璃度盘 • 线条影像投射到度盘另一侧的CCD像元上 • CPU读入CCD像元的一帧信号，经计算处理求得： • ①线条在CCD像元投影影像的间距l • ②读数指标到第i条线条的距离x • ③一组关于线条宽度b的序列。
• 将这些较 • 求出CCD像元读数指标位于 • 第i条线条和第i+1条线条之间 • 全站仪当前视准轴方向以秒为单位的度盘读数为
• 点光源影像偏移面阵图像传感器中心的距离为d，
• 偏距d在X轴方向的分量为dX • 在Y轴方向的分量为dY， • 则仪器竖轴在X轴方向的倾角δX • 在Y轴方向的倾角δY的计算公式为
X 2n arctan( dX f ) Y 2n arctan( dX f )
• n为补偿器液体的折射率，f为透镜的焦距
• 2) 竖直角测量原理 • 竖直面内，视线与水平线的夹角 • 视线在水平线以上——仰角，竖直角>0 • 视线在水平线以下——俯角，竖直角<0 • 竖直面内安置刻度圆盘 • 视线水平时，竖盘读数为90o • 视线倾斜时，竖盘读数为L • 视线方向的竖直角α=90o－L
• 3.2 全站仪电子测角原理 • 全站仪(total station)电子测角是利用光电转换原理 • 和微处理器自动测量度盘的读数 • 测量结果输出到仪器屏幕显示 • 两种测角方法：动态测量，静态测量。 • 动态测量主要用于高精度的角度测量 • 但结构复杂、成本高、可靠性低，现已很少采用。 • 常用静态测量方法 • 两种静态测量方法：增量式测量，绝对式测量。
• 1) 增量式测量 • 三种增量式测角方法：光栅式、容栅式、磁栅式。 • 上世纪90年代国外和目前国内常用的电子测角方法。 • 由一对光栅度盘组成，分为主光栅和指示光栅。 • 主光栅度盘上均匀刻划16200条线划 • 相邻两条线划的圆心角为360o×3600"/16200=80" • 指示光栅由游标窗口和零位线条组成。 • 主光栅度盘和指示光栅度盘分别安装在全站仪的 • 竖轴或横轴的定子轴和转子轴上 • 两盘须保持同心和平行，度盘间隙为0.02~0.03mm。 • 在平行光的照射下，主光栅和游标窗口相对运动时 • 产生两路明暗变化周期信号,两路信号相位差为90o
• 3.4 全站仪的结构与安置 • 南方NTS-362R6LNB蓝牙免棱镜测距全站仪
• 南方NTS-362R6LNB全站仪主要技术参数 • ① 望远镜：正像,物镜孔径45mm,放大倍率30× • 视场角1o30'，最短对光距离1.4m • ② 度盘：绝对式测角度盘,直径79mm • 测距光波波长0.65~0.69μm的红色激光 • ③ 测角精度:双轴补偿,一测回方向观测中数中误差±2" • ④ 测距：最大测程5km(单棱镜),误差2mm+2ppm • 免棱镜测程300m,反射片测程600m,误差3mm+2ppm • ⑤ 内存：4MB闪存,最多可以存储3.7万个点的数据。 • ⑥ 通讯接口：RS-232C接口/miniUSB接口/SD卡插口 • 内置蓝牙模块； • ⑦ 电池：LB-01可充电锂电池，7.4V/3100mAh • 一块满电电池可供连续测距8h。
• 2) 按键 • 全站仪测量通过操作面板按键选择命令进行 • 面板按键分硬键和软键(也称功能键)两种。 • 每个硬键有一个固定功能，或兼有第二、第三功能 • 软键—— • 用于执行机载软件的菜单命令 • 软键的功能通过屏幕最下一行对应位置的字符提示 • 在不同模式或执行不同命令时，软键的功能也不相同。
• 根据两路信号的相位关系、电平变化 • 把模拟信号变为数字信号后，进行加减计数 • 得出全站仪竖轴或横轴转动角度的粗略变化(每步80") • 这两路信号经过CPU采样后，进行反三角函数计算 • 细分出以秒为单位的角度变化，再和计数值衔接 • 得到准确的角度值。 • 增量式测角方法的缺点是： • ①主光栅度盘和指示光栅度盘间隙太小0.02~0.03mm • 易蹭盘，不适合在恶劣环境下使用。 • ②测量过程中，若计数脉冲丢失， • 80"或80"倍数误差将传递下去,零位误差也传递下去。
• 2) 绝对式测量 • 目前国外知名厂家普遍采用的电子测角方法 • 图像识别技术在电子测角应用的成果。 • 在玻璃度盘上均匀刻划n条圆心角相等,宽度不等线条 • 一个圆周的圆心角为360o×3600"=1296000" • 度盘任意两条相邻线条所夹的圆心角为 • δ"=1296000÷n • 线条宽b按一定规律变化, • 设度盘绝对零点线宽——b0 • 第一条线宽为b1，第二条线宽为b2，…… • 最后一条线宽为bn， • 其变化规律预先存入全站仪的主板存储器中。
第3章 全站仪角度测量
• 角度测量——测量地面点连线的水平夹角， • 视线方向与水平面的竖直角。 • 角度类型——水平角，竖直角 • 仪器——经纬仪，全站仪 • 角度测量的作用 • 水平角——求算点的平面位置 • 竖直角——测定高差，或将斜距化算为平距。
• 3.1 角度测量原理 • 1) 水平角测量原理 • 地面一点与两目标点连线 • 投影至水平面的夹角∠A'B'C' • 或过B、C两点铅垂面 • 与过B、A两点铅垂面两面角 • 在B点水平安置刻度圆盘 • (顺时针注记) • 测出 BA方向的度盘读数 a • BC方向的度盘读数 c • 水平角β=c－a