1、第五章 角度、距离测量与全站仪,第五章 角度、距离测量与全站仪,5.1 角度测量原理 5.2 经纬仪 5.3 角度观测方法 5.4 水平角观测的误差和精度 5.5 经纬仪的检验和校正 5.6 距离测量 5.7 光电测距误差分析 5.8 光电测距仪的检验 5.9 全站仪和自动全站仪 5.10 三角高程测量,5.1 角度测量原理,一、水平角测量原理1、水平角定义：二条相交直线之间的夹角在水平面上的投影，或者说，二个相交竖直面的二面角。2、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,1、竖直角（高度角）：在同一竖直面内目标方向与水平线的夹角，称为竖直角。仰角:竖直面内目标方
2、向在水平线之上的竖直角。1（+）俯角:竖直面内目标方向在水平线之下的竖直角。俯角为负值。2（-）2、天顶距:地面点的天顶方向至目标方向的夹角。设在观测的NM 天顶距为Z，竖直角为的1，因为 Z+1=90，故天顶距与竖直角的关系：=90-Z,1,2,二、竖直角测量原理,天顶方向,铅垂线方向,竖直角角值范围：0 90；天顶距Z角值范围：0 180。,5.2 经纬仪,一、经纬仪的基本构造与分类二、光学经纬仪三、电子经纬仪（放在竖直角测量后讲）,5.3 角度观测方法,一、经纬仪的基本构造与分类,1.经纬仪种类：游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪。(按读数分)精度等级：DJ07，DJ1，DJ2，DJ6，
3、DJ15 代号：D大地测量仪器，J经纬仪 07、1、2、6、15 一测回水平方向中误差为0.7，1 等。,2、光学经纬仪的基本构造照准部、度盘、基座等。,DJ6光学经纬仪,二、光学经纬仪,采用光学度盘，借助光学放大和光学测微器读数的仪器,DJ2光学经纬仪,Wild 老T3光学经纬仪,1光学经纬仪的主要部件,1)望远镜2)水准器 3）水平度盘与竖直度盘4）基座5）其他辅助机构,1)望远镜,2)水准器,构造,为玻璃制成的圆环，在其圆周边缘上刻有等间隔的分划线。,3）水平度盘与竖直度盘,作用：在照准某方向时读取水平度盘和竖直度盘的读数。组成：包括水平度盘、水平度盘配盘装置、竖直度盘、光路系统、读数显
4、微镜、测微器。,水平度盘:在其圆周上刻有精密的分划由0360顺时针注记，简称度盘。水平度盘套在竖轴中可以自由转动，度盘圆心与竖轴轴线重合，既可转动又可固定不动。,度盘格值（度盘的最小格值）：两相邻分划线所对的圆心角。DJ6型:光学经纬仪的度盘最小格值为1（30）；DJ2型:光学经纬仪的度盘最小格值为20；威特T3:光学经纬仪的度盘最小格值为4（竖盘8）,不足一个度盘格值的角值采用光学测微器测定。,水平度盘配盘装置（加）,w 水平度盘变换钮（手轮）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，转动手轮即拨动了水平度盘，度盘转动的角度值可在读数窗中看到。w 复测钮（复测扳手）板上（关）：水
5、平度盘与照准部分离，照准部转动度盘不动；板下（开）：水平度盘与照准部合在一起，度盘随照准部一起转动。,竖直度盘:一般有0360注记,有顺、逆时针之分，简称竖盘。竖直度盘固定在横轴的一端与望远镜一起转动。竖盘注记：全圆式、部分式；顺时针、逆时针,4）基座（加）,轴座、脚螺旋、连接板、轴座固定螺旋等。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轴座固定螺旋，一般应用不得松开。,5）其他辅助机构（加）,光学对中器,使用：旋转对中器目镜，看清分划板中心拉伸对中器目镜镜管，看清地面点,竖盘指标水准管微动螺旋（右图3号螺旋）,调整竖盘指标水准管气泡居中，使读数指标线处于正确位置。,读数显微
6、镜 放大水平度盘、竖直度盘及测微器的分划影像，能清晰地读取读数。,2、读数设备,右图是我国统一设计的J6光学经纬仪的读数系统光路图。,度盘读数光学系统：把水平度盘和竖直度盘的度盘刻划影像传送到一个读数窗（读数显微镜）中。注意两路进光。,通常用于光学经纬仪的读数设备和读数方法有以下几种。,1）分微尺读数装置（J6）在显微镜读数窗与场镜上设置一个带有分微尺的分划板，度盘上的分划线经放大后成像与分微尺全长等长J6型光学经纬仪的度盘最小格值为1读数窗上的分微尺：1分微尺分划间长度=度盘1格（1）分微尺1间隔分成60个小格，成像后度盘的最小隔值1正好与分微尺60格的全长相等。,w分微尺测微器（J6 分微
7、尺读数装置）w单平板玻璃光学测微器（J6 红旗号）w双平板玻璃光学测微器（J2对径符合测微器）,水平度盘读数：21507.8(2150748)，竖直度盘读数：7848.6(784836)。,分微尺的最小读数为1，可估度到0.1格值为0.1=6。度的刻划线落在分微尺上为度读数，同时也是分值的读数指标线；计算以上二数之和为读数窗的 读数()。,分微尺读数法,2）双平板玻璃测微器（对径符合测微）（J2）,它将度盘上相对180的分划线成像于读数显微镜内，采用对径符合与显微镜原理来读数。基本原理：转动测微轮时，一对平板玻璃作等量相反方向转动，可使度盘分划线影像做相向移动而彼此接合，（上下线对齐）这个等量
8、的相向移动量可在秒盘相应的转动量上显示出来。现在读数大都采用半数字化对径符合读数法（图）。,读数：1）转动测微轮：使对径分划线符合，2）读数:（a图）读数(1)找出正像在左,倒像在右,相差180,相距最近的一对度数分划线。(2)读取读数窗中左侧正象度数，如图中285。,(3)读整十分。数正度数分划与倒象度数(相差180)分划之间的格数n，得整10 的角值为n10，图中是510=50(4)读取测微窗分、秒的角值，右图是155.0。(5)计算整个读数结果，得2855155.0。,(b图)在读数显微镜中：上部窗口：符合窗，显示对径度盘刻划 是否符合；中间窗口：显示度和整10数，下部为测微窗：注记分数
9、，可读取不足10数，其将10刻划成600格，每小格为1，可估度出0.1，,b图读数：94 2244.0,4）移动光楔测微器,移动光楔测微器原理：由应用光学得知，当光线通过光楔时，光线将偏转一个角(如图)，此角的大小与光楔的楔角、玻璃的折射率和光线的入射角有关。当光楔的角很小和玻璃折射率选定，且入射角不大时，偏转角可以认为是不变的。若反向设置两个大小、形状相同的光楔，当移动光楔与固定光楔重合时，合成一平行平面玻璃板，光线通过后不发生偏转(图中红虚线)当移动光楔由位置1移动到位置2时，光线经固定光楔后发生偏转，经过移动光楔后光线又反向偏转，由于两次偏转角相等，使原光线产生一段平行移动量。,4）移动
10、光楔测微器,实际读数设备中应用了双移动光楔测微器，它采用对径符合读数，在度盘对径两端分划线的光路中各设置一个移动光楔，并使它们的楔角方向设置成相反位置，而且固定在同一个光楔架上作等量移动，以使度盘分划线影像作等距而方向相反的移动。这时，对径分划线影像接合，移动量可在测微分划尺上读出。对径符合测微的主要装置包括有测微轮(设在照准部支架上)、一对光楔和测微窗。下图中a及a+180是度盘对径读数值，反映在读数窗中是正像16320+a，倒像343 20+b。图像中度盘刻划最小间隔为20，对径符合测微是通过光楔的折光作用移动光路实现的，其最终结果是：,二分之一读数原理：此处的(a+b)2，在对径符合测微
11、控制中称为。,(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)读取读数窗中左侧正象度数，如图中163。(3)读整十分。数正度数分划与倒象度数(相差180)分划之间的格数n，n10；如3 10=30；(4)读取测微窗分、秒的角值，右图是816.3。(5)计算整个读数结果，得1633816.3。读数口诀：正像在左，倒像在右，相差180，相距最近。,对径符合测微的二分之一读数原理,注意:水平、竖直度盘对径符合测微光路各自独立，测微前必须利用换像螺旋（换像手轮）选取相应的光路。,读数步骤：1）转动测微轮：使对径分划线符合（上下
12、线对齐），2）读数：（读数口诀：正像在左，倒像在右，相差180，相距最近。）（a图）：174 02 00.0；(b图)：91 1716.0,5.3 角度观测方法,一、经纬仪的安置二、水平角观测三、竖直角观测,5.4 水平角观测误差与精度,一、经纬仪的安置与使用,1）垂球法（对中误差一般可小于3mm）垂球尖对准测站点标志中心。,1对中：（垂球法、光学对中法）使仪器中心位于测站点的铅垂线上。,（一）安置（对中与整平）,光学对点器对中步骤：先将三脚架踩紧后，装上仪器用脚螺旋进行对中，然后通过升降三脚架使圆水准器气泡居中，这时，仪器可能又不对中了，可稍微松动中心螺旋，在架头上平移仪器，使仪器对中。,2
13、）光学对中法（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：利用三角架腿，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。方法2：用脚螺旋，强制对中（地势陡峭、松软地面或仪器安置比较困难的测站采用）：(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。,不讲,光学对中器的使用:旋转镜筒：目镜调焦，看清对中器分划线；拉伸镜筒：物镜调焦，看
14、清地面测站点标志；要使对中器分划和测站标志周围同时清晰。,光学对中器：为一小型外调焦望远镜，当照准部水平时，对中器的视线经棱镜折射后的一段成垂直方向，且与竖轴中心重合。,2.整平：使水平度盘水平、竖轴竖直。,1)粗略整平：分别转动照准部使圆水准盒到两个架腿处，通过升降架腿使圆水准器气泡居中。若无圆水准盒，则使管水准器分别与三个脚腿方向一致，分别升降脚腿使管水准器气泡居中。,平行 垂直,2)精确整平：先平行，后垂直 转动照准部使管水准轴与两脚螺旋的连线方向平行，以相反的方向转动两脚螺旋使管水准器气泡居中；转动照准部90，使水准管与原来的方向垂直，转动第三脚螺旋使管水准器气泡居中。注水准器气泡移动
15、的方向与左手大拇指转动的切线方向一致。,3、精确对中，再次整平,1）精确对中：检查光学对中器，若分划圈中心偏离测站点标志，则稍松中心连接螺旋，前后左右平行移动基座，使之精确对中。（不可旋转）2）再次精确整平 重复精确整平步骤，直至仪器既对中且管水准气泡在任何方向也居中为止。注意：对中、整平要相互兼顾，多次反复，方能完成。,瞄准的实质：安置在地面点上的经纬仪望远镜的视准轴对准另一地面点的中心位置。1）设置观测目标：测角时，一般应在被瞄准的地面点上设置照准标志，标志中心在地面点的垂线上。l 距离较近时：目标标志可为目标点（如钉子）、垂球线，也可竖 立测钎；l距离较远时：目标标志可为垂直竖立的 标杆
16、或觇标。,1、水平角的目标设置及瞄准,（二）经纬仪的使用,2）瞄准目标（1）松开照准部和望远镜制动螺旋（或扳手）；（2）调节目镜将望远镜瞄准远处天空，转动目镜，使十字丝刻划清晰；（3）粗略瞄准目标:转动照准部，用望远镜粗瞄器十字线竖线瞄准目标，固定照准部和望远镜；（4）望远镜调焦(对光)：转动物镜调焦筒使目标成像最清晰.(要注意消除视差）（5）精确瞄准：用照准部和望远镜微动螺旋精确用十字线竖线瞄准目标。观测水平角时用竖丝：当目标较大时用单丝平分目标；当目标较小时用目标平分双丝。,2、读数,在经纬仪瞄准目标之后从读数窗中读水平方向值（先符合后读数）。读数与记录有呼有应，有错即纠。纠错的原则“只能
17、划改，不能涂改”。最后的读数值应化为度、分、秒的单位。,3、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（扳手）配置：1)关复测钮（扳手板上），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（扳手板下），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（扳手板上），使水平度盘与 照准部处于脱离状态。,观测方法：测回法、方向观测法。正镜：指观测者正对目镜时，竖盘位于望远镜
18、的左侧，也称盘左位置；倒镜：指观测者正对目镜时，竖盘位于望远镜的右侧，也称盘右位置。一测回观测正、倒镜两个盘位观测。,二、水平角观测,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。,理论上，正、倒镜瞄准同一目标时水平度盘读数相差180。正、倒镜观测取平均值，可削弱仪器误差影响,还可检核测角精度。,1、测回法,测回法适用于观测两个方向的单角。一测回观测步骤如下（记录见表5-2）：1）以盘左位置瞄准目标A，读取度盘读数a左，顺时针转动照准部瞄准目标B，读取度盘读数b左，计算上半测回角值：左=b左a左；,=ba,2）以盘右位置瞄准目
19、标B，读取度盘读数b右，逆时针转动照准部瞄准目标A，读取度盘读数a右，计算下半测回角值：右=b右a右 3）检核与计算：左右限值时，一测回角值：=（左右）2,O,A,B,（左）,（）,测回法观测说明,（1）盘左、盘右观测可作为观测中有无错误的检核，亦可抵消一部分仪器误差的影响。（2）上、下半测回角值较差的限差应满足有关测量规范的限差规定(DJ6经纬仪，一般为30或40),当较差小于限差,可取平均值作为一测回的角值,否则应重测。（3）若精度要求较高时,可按规范要求测多个测回,当各测回间的角值较差满足限差规定（如DJ6经纬仪，一般为20或24）时,方可取各测回的平均值作为最后结果，否则应重测。（4）
20、测多个测回，各测回间在起始方向的盘左镜位改变度盘位置,其变化量为180/n(n 测回数)。（5）计算角值时始终为“右目标读数 左目标读数”(由于水平度盘为顺时针刻划).所谓“左”、“右”是指站在测站点面向所要测的角度方向,左手侧目标为左目标,右手侧目标为右目标。若“右左”其差值0时,则结果应加360。,2、方向观测法（全圆方向观测法）,适用范围：在一个测站上，观测三个及以上方向构成数个水平角时，用方向观测法观测。(三个方向可不归零)方向观测法观测步骤为：1）上半测回(盘左)（1）选择距离适中的A目标为起始方向（称为零方向），瞄准A目标，读取水平度盘读数；,（2）由零方向A起始,按顺时针依次精确瞄准各点读数 ABCDA(即所谓“全圆”),并记入方向观测法记录表5-3中。,图5-23,（1）纵转望远镜180,使仪器为盘右位置；（2）按逆时针顺序依次精确瞄准各点读数。ADCBA,见图 将读数记入方向观测法记录表5-3中,(1-5列)。当用J2经纬仪进行等级测量时，每个方向需符合两次读数。注：上半测回应从上向下记录。下半测回应从下向上记录。,
