第三章角度测量

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第三章 角度测量

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

第三章 角度测量

§3-3 水平角观测
一、经纬仪的安置
对中 目的:经纬仪的纵轴与测站点中心的铅垂线重合 方法:⑴ 用垂球对中 ⑵ 用光学对中器对中 步骤:⑴安置三角架,目估初步对中; ⑵对中器调焦对中;(主要用架子腿和仪器在架头 平移来对中)调平对中再调平再对中。 ⑶对中和粗平同时进行。 整平 目的:经纬仪的纵轴严格铅垂 方法及步骤 照准部转到任何位置时,水准管气泡总是居中,容许偏差 小于1格。
(四)视准轴的检校
目的:CC⊥HH 检验
所偏离的角度C——视准误差 盘选一水平方向的目标P,盘左盘右分别观测读数L,R。
CC HH \
若 L R 180

20 ' '
则需要校正
校正:用水平微动螺旋,使盘右的水平度盘指数指向正 确值
R 1 2
R L 180 ,十字丝交点偏离目标P,拨动十字
以全圆顺时针为例:
令 L —盘左时,无指标差时度盘正确读数;
L 测 —盘左时,竖盘观测读数;
R —盘右时,无指标差时度盘正确读数;
R 测 —盘右时,竖盘观测读数。
左 90 L 90 L 测 x

右 R 270

1 2
x 1 2

R 侧 x 270
R 1 2


R

R 右 180

o
为了提高精度,可以在一个测站上对各个水平方向值观 测n个测回,则各个测回间应将水平度盘的位置改变 180°/n
§3-4 竖直角观测
一、竖直角的用途
1、将斜距化为平距
已知斜距S、竖直角α,计算平距D
2、三角高程测量

第三章 角度测量

第三章  角度测量
水平度盘
水平度盘 度盘变换手轮:配置度盘起始位置。 竖直度盘
基座
三角形轴座 脚螺旋:整平仪器,将水平度盘调节成水平状态,仪器的竖轴处于铅垂位置。 连接板
8
三、DJ6级光学经纬仪的读数方法
分微尺测微器读数方法
H
角度换算关系:1°=60′ 1′=60″
读数:度 分 秒
一般国产光学经纬仪采用分微尺测微器,

B 265 36 30
85 35 12 85 35 06
85 35 09
85 35 06
A
90 00 36

85 35 06
B 175 35 42
0
A 270 00 48

85 35 00
B 355 35 48
85 35 03
25
竖直角测量
一、竖直角的概念
竖直角:同一个竖直面内,倾斜视线与水平线之间的夹角,用α表示。
度盘划分值为1°
1°中间隔60个小格,每格为1′
秒位可估读:0.1′=6″
V
思考:读出的秒数一定是6的倍数吗?最大可以读到多少秒?
水平度盘读数:215°06′48″ 竖直度盘读数:78°52′00″
9
练一练
水平度盘读数:213°01′24″ 竖直度盘读数:95°55′30″
10
经纬仪的使用及水平角观测方法
4.精确照准目标: 转动水平微动螺旋,照准目标中心位置。
(三)读数
14
角度测量常用工具及照准方式
标杆
测钎
棱镜
锤球
15
经纬仪的使用方法总结
经纬仪的安置
粗略对中 粗略整平 精确整平 精确对中 反复对中、整平
照准目标

第3章 角度测量

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。

第三章 角度测量

第三章 角度测量

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(秒)
3、经纬仪的分类
按读数系统分为:游标、光学、电子经纬仪。
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。
6/45
§3.2 DJ6光学经纬仪
二、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。
23/45
24
30 12
左 第二 测回 O
N 158 52 30
M 270 10 N 338 52 18

42
方向观测法
三、方向法测水平角(多个方向)
一个测站观测3个或3个以上方向时,采用方向观测法,也称 “全圆测回法”。 1、 观测步骤 (1)将经纬仪安置在O 点对中、整平; (2)盘左位置(上半测回): ABCDA (3)盘右位置(下半测回): ADCBA
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)
39/45
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(精确瞄准)
90
8/45
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

测量学 3章角度

测量学 3章角度

3.4竖直角测量
竖直角:同一竖面内,视线与水平线的夹角 (+、-.0-90)
天顶距: 视线与天顶方向的夹角(0-180)
水平线
仰角 +16°48'36″ 俯角 -7°05'12″
180°
270°
α

90°
180°
270°
0° α
90°
L
一.竖直角测量与计算 1.盘左:瞄M点(横丝切目标顶端),读数L
三.竖盘指标自动归零补偿装置
A:盘左读数 900112 盘右读数 2695830
B:盘左读数 885236
注:竖盘注记形式 为顺时针
测 目 竖盘 竖盘读数 站 标 位置 ° ′ ″
左 90 01 12 O A 右 269 58 30
左 88 52 36 OB
180 00 21
左 右 40


1( 2


右)
• 2.方向法(三个或三个以上方向)
• 盘左:顺时针观测A、B、C……A 盘右:逆时针观测A……C、B、A 计算:
• 两倍照准误差 2C=盘左读数-(盘右读数±180º) • 各方向平均值=1/2[盘左读数+(盘右读数±180º) • 归零后方向值=平均值-起始方向平均值(括号内) • 各测回归零后方向平均值 • 多测回观测时,按180º/n变换水平度盘(削弱度


读数显微物镜
聚光镜
水平度盘
二.DJ2型光学经纬仪
竖直读盘 反光镜
测微轮 换像手轮
DJ2经纬仪的读数 一般采用对径重合读数法——转动测微轮,使上下
分划线精确重合后读数。
3.3 水平角观测方法

03第三章角度测量

03第三章角度测量
上。仪器上的望远镜不仅可以在水平面内转动,而且还
能在竖直面内转动。经纬仪就是根据上述基本要求设计
制造的测角仪器。
二、竖直角测量原理
• 1、竖直角的概念 • 观测目标的方向(视线)与同一竖直
面内的水平线之间的夹角,称为该方 向线的竖直角,又称垂直角、倾角。 通常用δ表示。其角值范围为0˚~ ±90˚。 • 仰角:其角值为正;俯角:其角值为负。

盘左时,δ=90º-L

盘右时,δ=R-270º
• 5、记录与计算
竖直角记录计算表
测 站
目 标
竖盘 位置
竖盘读数 °′″
半测回垂直角 °′″
指标 差

一测回垂直角 °′″
备注
12 3
4
5
6
7
8
OA OB
左 95 22 00 -5 22 00

-36 -5 22 36

264 36 48
-5 23 12
返回
经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具有测钎、 标杆和觇牌等。
返回
A
O B 返回
A
o o o
B
返回
三、竖直角观测
• 1、瞄准
B
+α –α
图3-16 垂直角测量瞄准
O A
图3-11 垂直角测量原理
竖直角观测
• 2、指标水准管气泡居中
• (现在的仪器都有竖盘自动归零装置)
• 3、读数L、R
• 4、竖直角计算公式
2.水平角测量原理
• 如图3-1所示,可在O点的上方任意高度处,水平安置一 个带有刻度的圆盘,并使圆盘中心在过O点的铅垂线上; 通过OA和OB各作一铅垂面,设这两个铅垂面在刻度盘 上截取的读数分别为a和b,则水平角β的角值为:

第三章 角度测量

第三章 角度测量

备注
测站
目标
竖盘 位置
水平度盘读数 (°′″)
半测回角值 (°′″)
一测回平均角值 (°′″)
A 一测回 C

0 06 24 111 46 18
111 39 54
111 39 51
B
A右 C
180 06 48 291 46 36
111 39 48
测站 竖盘位 目标 水平度盘读数( 半测回角值( 一测回平均值 各测回平均角
B
258 49 06
测站
目标
竖盘 位置
水平度盘读数 (°′″)
半测回角值 (°′″)
一测回平均角值 (°′″)
各测回平均值 (°′″)
A 左
0 01 24
112 56 48
B
112 58 12
一测回1
112 57 03
A
180 01 48

112 57 18
B
292 59 06
A
90 03 48
3、物镜对光:调节物镜对光螺旋使目标影像清晰可见, 并注意消除视差
4、精确照准目标:单丝平分目标,双丝夹准目标
(三)读数:分微尺测微器读数(6秒的正倍数)
二、水平角的观测方法 水平角的观测方法有:测回法 (两个方向的单角)、
方向观测法(多方向)、复测法(提高测角精 度),在建筑工程测量中多采用测回法。
竖直角的角值


1 2




工程测量》竖直角测量的记录
盘左半测回角值:αL= 90º- L αL= 90º- 84°12′24″
竖盘为顺时=针5°刻4划7′ 如36右″ 图:
竖角测回值,即
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光学对中器法(对中误差一般不大于1mm)
光学对中器圆心与测站点标志中心重合。
方法1 :利用架腿 ,强制对中:
先放下三脚架的一条架腿;双手分别握住另两条 架腿稍离地面前后左右摆动(注意架头要平), 眼睛同时观察对中器的目镜,直至分划圈中心对 准测站点标志为止,放下两架腿踩紧三个架腿。
读数方法
DJ2型经纬仪采用双光楔或双平板玻璃测微器,现在读数大 都采用数字化对径符合读数法(仅介绍这种方法)。
在读数显微镜上部窗口显示度和整10数;中间为符合窗, 显示对径度盘刻划是否符合;下部为测微器,注记分数,可 读取不足10数,其将10刻划成600格,每格为1 ,可估度 出0.1,如图3-8所示。
第三节 经纬仪的使用
一、经纬仪的技术操作 经纬仪的技术操作包括:对中—整平 —瞄准—读数
经纬仪安置
1.仪器安置
伸开三角架于测站点上方,将仪器置于三角架头中央 位置,左手握住仪器的横轴支座,右手将三角架中心 连接螺旋旋入仪器基座中心螺孔中并固紧。 安置中注意三点: 1) 三角架架头尽可能水平、仪器中心尽可能地处于测站 点正上方; 2) 将三角架腿的固定螺旋适度拧紧,以防架腿滑落; 3) 较大坡度处时宜将三角架两条腿置于下坡方向。
(一)、基本结构 主要由照准部、水平度盘、基座三部分组成。
1.照准部
(1) 望远镜 望远镜是用作精确瞄准 目标的。它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。
2、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。
• 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。
2.对中
对中的目的:使仪器中心与测站点位于同一铅垂线上.
垂球法 (对中误差一般可小于3mm) 把垂球挂在连接螺旋中心挂钩上,调整垂线长度,使垂 尖离测站点约1-2mm,如果偏移较大,平移三脚架,使 垂尖大致对准测站点,通过张开和缩拢两脚架,使架头 大致水平,踩紧三架腿;若偏移不大,稍松开连接螺旋, 在架头平移仪器,使垂尖对准测站点。
“D”和“J”分别为“大地测量”和“经纬仪”两词汉语拼 音的首字母,“07”、“1”、“2”、“6”等数字表示该仪 器所能达到的精度指标。如DJ6表示一测回方向值的中误 差为±6。
DJ6光学经纬仪
• 我国生产的DJ6光学经纬仪,它是一种中等精度的 测角仪器。
6049正0面 0反面
二、 DJ6光学经纬仪的基本构件
第三章 角度测量
第一节 水平角测量原理 第二节 光学经纬仪 第三节 水平角测量 第四节 竖直角测量 第五节 经纬仪的检验与校正 第六节 角度测量误差及注意事项 第七节 电子念
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。 二、水平角测量原理:若在O点的铅垂线上任一点O′,设置一按 顺时针方向增加从0°~360°分划的水平刻度圆盘,使刻度盘圆
DJ6经纬仪采用以下两种类型测微装置: 1、分微尺测微器及其读数方法 2 单平板玻璃测微器及其读数方法
1、分微尺读数装置
1、读数原理:分微尺为一固定不动的小尺,其上分为若干格, 通过光路将度盘影像放大并成像于分微尺所在的平面,且度盘 最小分划间隔之长为分微尺的全长。可以读出小于度盘最小分 划值的读数。
度盘的最小分划: 30'
测微尺最小分划值:20"
估读到:
2"
读数窗内:上为测微器,中为竖盘,
下为水平盘。
0
5
107 106 105
60 59 58
59 22 ' 10 "
106 31 ' 10 "
水平度盘读数 为:14930+
2230=1495230
图3-7
DJ2型光学经纬仪
正面 反面
J2光学 经纬仪
心正好位于过O点的铅垂线上。设o点到A、B目标方向线在水平 刻度盘上的投影读数分别为 a和 b , 则水平角:β=b–a,
其角值范围 为 “0 °~360 °” 当β<0 °时,加上360°。
第二节 光学经纬仪
• 一、经纬仪的分类
• l 按读数分:光学经纬仪和电子经纬仪。 • 2 按精度分:DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ10、DJ30等几种型号,
注意:读数时,先调节读数显 微镜目镜,使度盘分划线和分 微尺分划线影像清晰,在读取 度盘和分微尺上读数。
0 12345 6
DJ6级光学经纬仪的读数窗示意图
730424
图3-6
870618
2、单平板玻璃测微器
1、读数原理:测微轮,测微器,平行玻璃板为一联动装置, 转动测微轮时,带动平行玻璃板使之倾斜,借助其对光线的 折射作用,使度盘影像相对于指标线产生移动,所移角值的 大小反映在测微器上。测微器的全长等于度盘的最小分划。
3、水平度盘
为玻璃制成的圆环,在其圆周 上刻有精密的分划由0°~360° 顺时针注记,简称度盘。 测角时,度盘不随照准部转动。 旋转度盘变换手轮,改变度盘位置。
(二)、读数装置
主要包括显微镜放大装置和测微装置。
显微镜放大装置是通过仪器外部的反光镜和内部 一系列棱镜和透镜组成的显微物镜。将度盘分划 线照亮、转向、放大、成像在读数显微镜里。测 微装置是在读数窗承影面上测定不足度盘一格值 的装置。
数字化对径符合读数法: 瞄准目标后,先转动测微轮使符合窗内的对径度盘刻划符
合(上下对齐),再读取上、下窗口读数之和。见图3-8。 特点:可消除照准部偏心误差的影响,提高读数精度;
经纬仪读数显微镜中只能看到水平度盘或竖直度盘的一 种影 像,可通过换盘手轮(换像手轮)使其分别出现。
图3-8
图3-8的读数为190 59 30.5
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