土木工程测量第三章 角度测量.ppt
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1、第三章 角度测量 土木工程测量 教学课件 工程测量学工程测量学 3 角度测量 在确定地面点的位置时,常常要进行角度测量。角度测量最常 用的仪器是经纬仪。 角度测量的基本原理 光学经纬仪的构造及测角方法 经纬仪的检验校正 经纬仪测角误差分析和经纬仪测角注意事项 电子经纬仪的构造。 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.1 水平角测量原理 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,或者是过两条方向线的竖直面所夹的两面角。如图3- 1所示。 3.1.1 水平角测量原理 在过A点的铅垂线上,水平地安置一 个有刻度的圆盘(称为水平度盘),度盘 中心在o点,过AB、AC竖直面与
2、水平度 盘交线为on、om,在水平度盘上读数为 n、m。则nom为所测得的水平角。一 般水平度盘是顺时针刻划,则: nom=m-n= (3-1) nom=m-n= (3-1-1) 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2 DJ6型光学经纬仪 1、经纬仪概述 经纬仪的种类繁多,如按读数系统区分,可以分成光学、游标 和电子经纬仪等。现在使用的大多是光学经纬仪,它较之游标经纬 仪有精度高、体积小、重量轻、密封性能良好等优点。电子经纬仪 将在本章最后一节作简要介绍。 我国对经纬仪编制了系列标准,分别为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、 DJ15及DJ60等级别。其中07、1、2、6、15等数字,表示
3、该仪器所 能达到的精度指标。如DJ07和DJ6分别表示水平方向测量一测回的 方向中误差不超过0.7和6的大地测量经纬仪。 光学游标 电子经纬仪 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2 DJ6型光学经纬仪 2、 DJ6级光学经纬仪的构造 各种型号的DJ6级光学经纬仪的构造大致相同。 物镜 粗瞄器 对光螺旋 读数目镜 望远镜目镜 转盘手轮 基座 导向板 堵盖 水准器 反光镜 自动归零钮 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2 DJ6型光学经纬仪 DJ6型光学经纬仪主要由基座、水平度盘和照准部三部分组成。 基座 水平度盘 照准部 变换手轮、复测器 2、 DJ6级光学经纬仪的构造 工程测量学工
4、程测量学 3 角度测量 3.2 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 2、读数方法 1、 DJ6级光学经纬仪分微尺测微器光路图 3.2.1 分微尺测微器及读数方法 13453.1 8758.1 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 2、读数方法 1、 原理 3.2.2 单平板玻璃测微器及读数方法 量程30,分为90格 ,分划值20。 92+d 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准、读数四个步骤 3.2.3 经纬仪的使用 对中对中的目的是使仪器的中心与测站点位于同一铅 垂线上
5、。对中可用垂球或光学对点器对中。垂球对中精度一般在 3mm之内,光学对点器对中可达1mm。 整平整平的目的是使仪器竖轴在铅直位置,而水平度 盘在水平位置。图3-12。 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 3.2.3 经纬仪的使用 瞄准瞄准方法同水准仪操作,只是测量水平角时应使 十字丝纵丝平分或夹准目标,并尽量对准目标底部。图3-13。 读数读数时要先 调节反光镜,使读数窗明亮, 旋转显微镜调焦螺旋,使刻划 数字清晰,然后读数。测竖直 角时注意调节竖盘水准气泡微 动螺旋,使气泡居中后再读数 。 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2.4 水平角测
6、量 水平角测量有测回法和方向观测法两种 测回法常用于测量两个方向之间的单角。图3-14。 盘左(正镜)、L=bL-aL 、上 半测回(AB) 盘右(倒镜)、R=bR-aR 、下 半测回(BA) 上、下半测回合称一测回, 计算一测回平均角值。 3.2 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2.4 水平角测量 水平角测量有测回法和方向观测法两种 测回法常用于测量两个方向之间的单角。图3-14。 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
7、、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。 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。 3.2 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2.4 水平角测量 方向观测法当一个测站上需要测量的方向数多于两个 时,应采用方向观测法。当方向数多于三个时,每半个测回都从一 个选定的起始方向(称为零方向)开始观测,在依次观测所需的各个 目标之后,再观测起始方向,称为归零。此法也称为全圆方向法或 全圆测回法。 上半测回、下半测回、几个测 回。 如要
8、提高观测精度,须观测多 个测回。各测回仍按180/n的角度 间隔变换水平度盘的起始位置。 半测回归零差,对于DJ6经纬仪 ,归零差不应超过18,否则应 重新观测。 3.2 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2.4 水平角测量 方向观测法 方向观测法成果计算 计算两倍照准差(2c)值 2c=盘左读数-(盘右读数180) (3-4) 对于DJ2经纬仪,当竖直角小于3时,2c不应超过18,DJ6 没有限差要求。 计算各方向的平均读数 平均读数=1/2盘左读数+(盘右读数180) (3-5) 计算的结果称为方向值。起始方向有两个平均值,应将此两数 再次平均,
9、作为起始方向的方向值,并括以括号。 平均读数=1/2盘左读数+(盘右读数180) (3-5) 2c=盘左读数-(盘右读数180) (3-4) 3.2 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2.4 水平角测量 方向观测法 计算归零后的方向值 将各方向的平均读数减去起始方向的平均读数(括号内),即得 各方向的归零方向值。同一方向值各测回互差不超过24。 起始方向的归零值为零。 计算各测回归零后方向值的平均值 取各测回同一方向归零后的方向值的平均值作该方向的最后结 果。在取平均值之前,应计算同一方向归零后的方向值各测回之间 的差数有无超限,如果超限,则应重测。
10、 计算各目标间水平角值 将相邻两方向值减即可求得。 3.2 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2 DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用 3.4.1 水平角测量 各方向平均读 数-括号内数 2c=盘左读数-( 盘右读数 180) 平均读数=1/2 盘左读数+(盘 右读数 180) 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2 光学经纬仪 仪器误差仪器误差包括仪器校正之后的残余误差及仪器 加工不完善引起的误差。 3.2.5 水平角测量误差分析 视准轴误差望远镜视准轴不垂直于横轴时,其偏离垂直 位置的角值C称为视准误差或照准差。由于盘左、盘右观测时符号 相反
11、,故水平角测量时,可采用盘左、盘右取平均的方法加以消除 横轴误差(支架差)是由于支承横轴的支架有误差,造成 横轴与竖轴不垂直。盘左、盘右观测时对水平角影响为i角误差, 并且方向相反,也可采用盘左、盘右取平均的方法加以消除。 竖轴倾斜误差 是由于水准管轴不垂直于竖轴,以及竖轴 水准管不居中引起的误差。这时,竖轴偏离竖直方向一个小角度, 从而引起横轴倾斜及度盘倾斜,造成测角误差。此误差与正、倒镜 观测无关,并且随望远镜瞄准不同方向而变化,不能用正、倒镜取 平均的方法消除。因此,测量前应严格检校仪器,观测时仔细整平 ,并始终保持照准部水准管气泡居中,气泡不可偏离一格。 工程测量学工程测量学 3 角度
12、测量 仪器误差 度盘偏心差是由于度盘加工 及安装不完善引起的。使照准部旋转中 心C1与水平度盘圆心C不重合引起读数误 差,见图3-28。可用盘左、盘右读数取 平均的方法予以减小。 度盘刻划不均匀误差 是由于仪器加工不完善引起的。这 项误差很小。高精度测量时,为了提高测角精度,可利用度盘位置 变换手轮在各测回间变换度盘位置,减小这项误差的影响。 竖盘指标差 可以用盘左、盘右取平均的方法消除。 3.2 光学经纬仪 工程测量学工程测量学 3 角度测量 观测误差 对中误差在测角时,若经纬仪对中有误差,将使仪器中 心与测站点不在同一铅垂线上,造成测角误差。如图3-29 对中引起测角误差为 =+(1+2)
13、 (3-18) =+(1+2) (3-2-1) 从上式可见,这项误差与偏心距成正比,与边长成反比,不能 通过观测方法消除,所以测水平角时要仔细对中,在短边测量时更 要严格对中。 3.2 光学经纬仪 工程测量学工程测量学 3 角度测量 观测误差 目标偏心误差 是由于标杆倾 斜引起的。如标杆倾斜,又没有瞄准底 部,则产生目标偏心误差,见图3-30。 O为测站,A为地面目标点,AA为 标杆,杆长d,杆倾角。目标偏心差 为: e=dsin (3-21) e=dsin 目标偏斜对观测方向影响为: (3-2-2) 从上式可见,目标偏心误差对水平方向影响与e成正比,与边长 成反比。为减少这项误差,测角时标杆
14、应竖直,并尽可能瞄准底部 。 3.2 光学经纬仪 工程测量学工程测量学 3 角度测量 观测误差 对于DJ6型经纬仪,v=28,mv=2.2。 照准误差 测角时由人眼通过望远镜瞄准目标产生的误差 称为照准误差。影响照准误差的因素很多,如望远镜放大倍数、人 眼分辨率、十字丝的粗细、标志形状和大小、目标影像亮度、颜色 等。人眼分辨两个点的最小视角约为60,通常以此作为眼睛的鉴 别角。当使用放大倍率为V的望远镜瞄准目标时,鉴别能力可提高V 倍,这时该仪器的瞄准误差为 mv=60/V 照准误差无法消除,只有从目标的形状、大小、颜色、亮度 mv=60/V 读数误差读数误差主要取决于仪器读数设备。对于采用
15、分微尺测微器读数系统的经纬仪,读数中误差为测微器最小分划值 的1/10,即0.1=6。 3.2 光学经纬仪 工程测量学工程测量学 3 角度测量 外界条件的影响 观测在一定的外界条件下进行,外界条件对观测质量有直接影 响,如松软的土壤和大风影响仪器的稳定;日晒和温度变化影响水 准管气泡的运动;大气层受地面热辐射的影响会引起目标影象的跳 动等。这些才会给观测水平角带来误差。 因此,要选择目标成象清晰稳定的有利时间观测,设法克服或 避开不得条件的影响,以提高观测成果的质量。 3.2 光学经纬仪 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.2.6 水平角观测注意事项 仪器安置的高度应合适,脚架应踩实,中心
16、螺旋拧紧,观测 时手不扶脚架,转动照准部及使用各种螺旋时,用力要轻。 若观测目标的高度相差较大,特别要注意仪器整平。 对中要准确。测角精度要求越高,或边长越短,则对中要求 越严格。 观测时要消除视差,尽量用十字丝交点照准目标底部或桩上 小钉。 按观测顺序记录水平度盘读数,注意检查限差。发现错误, 立即重测。 水准管气泡应在观测前调好,一测回过程中不允许再调,如 气泡偏离中心超过两格时,应再次整平重测该测回。 3.2 光学经纬仪 工程测量学工程测量学 3 角度测量 3.3 经纬仪的检验与校正 从测角原理可知,经纬仪有以 下四个轴线(见图3-20),即水准管 轴(LL),竖轴(VV),望远镜视准轴
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