第三章角度测量
普通测量学第三章角度测量
D 138 42 30 318 42 50
A 0 02 00 180 02 12
A 90 01 20 270 01 30 2
B 142 33 00 322 33 00 O C 181 20 40 1 20 50
D 228 42 00 48 42 10 A 90 01 10 270 01 20
2C 平均方向值
2.观测误差：有对中误差，其可采取强制归心或加改 正数的方法消除；目标偏心误差，尽量瞄准目标底部， 计算改正数；照准误差，是偶然误差；读数误差，取 决于仪器读数设备。
3.外界条件的影响
应选择微风多云、空气清晰度好、大气湍流不严重的条 件下观测。
仪
应
满
足
的
轴
线
条
件
照准部水准管的检验与校正
3.6.2
1.检验：将仪器整平后，将照准部旋转180º，
气泡仍居中，说明条件满足。若气泡偏离量
经
超过一格，应进行校正。
纬 仪
2. 校正：先用脚螺旋校正偏离量的一半，再 用校正针拨动水准管校正螺丝使气泡居中。 反复检验校正。
的 检 验
十字丝竖丝垂直于横轴的检验与校正
3.6.2
1.检验：选择高差不大相距约60米的A、B两点，在其
中点安置仪器， A点设标志， B点横放一根直尺，并
使A点、 B尺和仪器的高度大致相同。盘左瞄准A点，
经
固定照准部，纵转望远镜，在B尺读数为B1。盘右操 作读数为B2 。若B1与B2重合，则满足条件，否则计算
纬
视准误差c= ρ·B1B2/4D，若c＞60″时应进行校正。
1.检验：用十字丝中点精确瞄准一点状目标， 固定竖直制动螺旋后，用微动螺旋使望远镜
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
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，
右
B 265 36 30
85 35 12 85 35 06
85 35 09
85 35 06
A
90 00 36
左
85 35 06
B 175 35 42
0
A 270 00 48
右
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
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
右
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
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
0°
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
左
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
光
路
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
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。
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
左
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
右
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
左
右
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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内容：理解水平角、竖直角测量的基本原理；掌握光学经纬仪的基本构造、操作与读数方法；水平角测量的测回法和方向观测法；掌握竖盘的基本构造及竖直角的观测、计算方法；掌握光学经纬仪的检验与校正方法；了解水平角测量误差来源及其减弱措施及电子经纬仪的测角原理及操作方法。
重点：光学经纬仪的使用方法；水平角测回法测量方法；竖直角测量方法；难点：光学经纬仪的检验与校正。
§ 3.1 角度测量原理角度测量(angular observation) 包括水平角(horizontal angle)测量和竖直角(vertical angle) 测量。
一、水平角定义从一点出发的两空间直线在水平面上投影的夹角即二面角，称为水平角。
其范围：顺时针0°～360°。
二、竖直角定义在同一竖直面内，目标视线与水平线的夹角，称为竖直角。
其范围在0°～±90°之间。
如图当视线位于水平线之上，竖直角为正，称为仰角；反之当视线位于水平线之下，竖直角为负，称为俯角。
§ 3.2 光学经纬仪（optical theodolite ）经纬仪是测量角度的仪器。
按其精度分，有DJ6 、DJ2 两种。
表示一测回方向观测中误差分别为6"、2"。
一、DJ6 光学经纬仪的构造DJ6 光学经纬仪图1、照准部(alidade)2、水平度盘(horizontal circle)3、基座(tribrach)二、J6的读数方法1、J6 经纬仪采用“分微尺测微器读数法”，分微尺的分划值为1ˊ，估读到获0.1ˊ( 即：6") 。
如图，水平度盘读数为：73°04ˊ24"。
2、“ H ”——水平度盘读数，“ V ”——竖直度盘读数。
三、J2 光学经纬仪的构造如图与J6 相比，增加了：1、测微轮——用于读数时，对径分划线影像符合。
2、换像手轮——用于水平读数和竖直读数间的互换。
3、竖直读盘反光镜——竖直读数时反光。
四、J2 的读数方法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。
五、经纬仪的安置内容及要求：对中(centering) ±小于3mm整平(leveling) 小于 1 格1、垂球对中整平法步骤（1）移动或伸缩三脚架（粗略对中）（2）脚架头上移动仪器（精确对中）（3）旋转脚螺旋使水准管气泡居中（整平）（4）反复（2）、（3）两步。
2、光学对中整平法步骤（1）大致水平大致对中眼睛看着对中器，拖动三脚架 2 个脚，使仪器大致对中，并保持“ 架头” 大致水平。
（2）伸缩脚架粗平根据气泡位置，伸缩三脚架 2 个脚，使圆水准气泡居中。
（3）旋转三个脚螺旋精平按“左手大拇指法则”旋转三个脚螺旋，使水准管气泡居中。
1）转动仪器，使水准管与 1 、2 脚螺旋连线平行。
2）根据气泡位置运用法则，对向旋转 1 、2 脚螺旋。
3）转动仪器90°，运用法则，旋转 3 脚螺旋。
（4）架头上移动仪器，精确对中（5）脚螺旋精平。
（6）反复（4）、（5）两步。
旋转三个脚螺旋进行精平的示意图§ 3.3 水平角测量(horizontal angle observation) 水平角的测量方法常用的有测回法(method of observation set) 、方向观测法(method of direction observation) 。
一、经纬仪(theodolite，transit) 的安置内容及要求：对中(centering) 小于± 3mm整平(leveling) 小于1 格1、垂球(plumb bob) 法2、光学对中器（optical plummet ）法二、瞄准方法步骤：粗瞄—制动—调焦—微动精瞄。
两个基本概念：盘左（正镜）、盘右（倒镜）三、测回法1、适用：两个方向的单角（∠AOB ）。
2、观测步骤：（1）盘左瞄准左边 A ，配度盘至0°0X ′，读取a1 。
（2）顺时针旋转瞄准右边 B ，读取b1 。
则上半测回角值：β1 =b1 -a1 。
（3）倒镜成盘右，瞄准右边 B ，读取b2 。
（4）逆时针旋转瞄准左边 A ，读取a2 。
则下半测回角值：β2 =b2 -a2（5）计算角值。
若β1 - β2 ≤± 40" （图根级）则有：β = （β1 + β2）/23、记录格式若要观测n 个测回，为减少度盘分划误差，各测回间应按180°/n 的差值来配置水平度盘。
测回法测水平角方法，可小结如下：四、方向观测法1、适用：在一个测站上需要观测两个以上方向。
2、观测步骤：（如下图，有四个观测方向）（1）上半测回选择一明显目标 A 作为起始方向（零方向），用盘左瞄准 A ，配置度盘，顺时针依次观测 A 、 B 、 C 、 D 、 A 。
（2）下半测回倒镜成盘右，逆时针依次观测 A 、 D 、 C 、 B 、 A 。
同理各测回间按180°/n 的差值，来配置水平度盘。
3、记录、计算（1）2C 值（两倍照准误差）：2C = 盘左读数－（盘右读数± 180°）。
一测回内2C 互差，对J2 ≤18"。
对J6 不作要求。
（2）半测回归零差：对J2 ≤ 12"；对J6 ≤18" 。
（3）各方向盘左、盘右读数的平均值：平均值=[ 盘左读数+（盘右读数± 180°）]/2注意：零方向观测两次，应将平均值再取平均。
（4）归零方向值：将各方向平均值分别减去零方向平均值，即得各方向归零方向值。
（5）各测回归零方向值的平均值：同一方向值各测回间互差，对J2 ≤12" ；对J 6 ≤ 24"。
方向观测法可小结如下：§ 3.4 竖直角测量一、竖直度盘(vertical circle ) 的构造1、竖直度盘的构造包括:(1) 竖盘(vertical circle)(2) 竖盘指标水准管(vertical index bubble tube)(3) 竖盘指标水准管微动螺旋。
其中，竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋，可采用竖盘指标自动归零补偿器(vertical index compensator) 来替代。
2、指标线固定不动，而整个竖盘随望远镜一起转动。
3、竖盘的注记形式有顺时针与逆时针两种。
二、竖直角(vertical angle) 的计算公式1、顺时针注记形式故有：α左=90°-L ，α右=R-270°一测回竖直角α = （α左+ α右）/22、逆时针注记形式有：α左=L-90°，α右=270°-R一测回的竖直角为：α =（α左+ α右）/2三、竖盘指标差(index error of vertical circle)1、定义由于指标线偏移，当视线水平时，竖盘读数不是恰好等于90°或270°上，而是与90°或270°相差一个x 角，称为竖盘指标差。
当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时，x 为正，反之为负。
2、计算公式（1）指标差：x= （L+R-360°）/2对于顺时针注记的：正确的竖直角α=(90°+ x )-L= α左+ xα=R-(270°+x )= α右- x（2）结论：取盘左盘右的平均值，可消除指标差的影响。
四、竖直角的观测及记录（格式见表）一般规范规定，指标差变动范围，J6 ≤25" 、J2 ≤15" 。
§ 3.5 光学经纬仪的检验与校正如图所示，经纬仪的主要轴线:1、竖轴VV(vertical axis)2、水准管轴LL(bubble tube axis)3、横轴HH(horizontal axis)4、视准轴CC(collimation axis)5、圆水准器轴L'L'(circle bubble axis)一、经纬仪轴线应满足的条件1、VV ⊥LL ——照准部水准管轴的检校。
2、HH ⊥十字丝竖丝——十字丝竖丝的检校3、HH ⊥CC ——视准轴的检校4、HH ⊥VV ——横轴的检校5、竖盘指标差应为零——指标差的检校6、光学垂线与VV 重合——光学对中器的检校7、圆水准轴L'L' ∥VV ——圆水准器的检验与校正( 次要)二、经纬仪的检验与校正1、照准部水准管轴的检校（1）检验：用任意两脚螺旋使水准管气泡居中，然后将照准部旋转180°，若气泡偏离 1 格，则需校正。
（2）校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半后，再拨动水准管校正螺丝，使气泡居中。
此时若圆水准器气泡不居中，则拨动圆水准器校正螺丝。
2、十字丝竖丝的检校（1）检验：用十字丝交点对准一目标点，再转动望远镜微动螺旋，看目标点是否始终在竖丝上移动。
（2）校正：微松十字丝的四个压环螺丝，转动十字丝环，使目标点始终在竖丝上移动。
3、视准轴的检校（1）检验：如图，在平坦地面上选择一直线AB ，约60m ～100m ，在AB 中点O 架仪，并在 B 点垂直横置一小尺。
盘左瞄准 A ，倒镜在 B 点小尺上读取B1 ；再用盘右瞄准 A ，倒镜在 B 点小尺上读取B2 。
J6 ：2c >60" ；J2 ：2c >30" 时，则需校正。
（2）校正：拨动十字丝左右两个校正螺丝，使十字丝交点由B2 点移至BB2 中点B3 。
4、横轴的检验与校正（1）检验：如图，在20—30m 处的墙上选一仰角大于30°的目标点P ，先用盘左瞄准P 点，放平望远镜，在墙上定出P1 点；再用盘右瞄准P 点，放平望远镜，在墙上定出P2 点。
对J6 经纬仪：i>20"时，则需校正。
（2）校正：用十字丝交点瞄准P1 P2 的中点M ，抬高望远镜，并打开横轴一端的护盖，调整支承横轴的偏心轴环，抬高或降低横轴一端，直至交点瞄准P 点。
此项校正一般由仪器检修人员进行。
5、指标差的检校（1）检验：用盘左、盘右先后瞄准同一目标，计算指标差x=(L+R-360°)/2 。
对J6 经纬仪：x>1′；J2 经纬仪：x>30" 时，要进行校正。
（2）校正：用指标水准管微动螺旋使中丝对准（R-x）位置，再有拨针使指标气泡居中。
6、光学对中器的检校（1）检验：精密安置仪器后，将刻划中心在地面上投下一点，再旋转照准部，每隔120°投下一点，若三点不重合，则需校正。
（2）校正：用拨针使刻划中心向三点的外接圆心移动一半。
7、圆水准器的检校(次要)（1）检验：精平（水准管气泡居中）后，若圆水准气泡不居中，则需校正。