21角度测量和经纬仪的使用

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1、1杨 正 尧武汉大学测绘学院1第二章第二章 基本测量方法和仪器基本测量方法和仪器 角度测量、高程测量、距离测量是测量的基本工作。在这一章里,你将学习有关距离测量、角度测量、高程测量的基本理论、基本知识。学习常用测量仪器的使用、外业观测和内业计算方法。12.1 角度测量原理和经纬仪 角度测量是确定地面点位的基本测量工作之一，包括水平角测量和竖直角测量，用于角度测量的仪器是经纬仪，采用光学法或电子法测角技术获取角值。71.水平角观测的概念j水平角：相交的两直线之间的夹角在水平面上的投影。ABOab1O1A1B2O ab 仪器安置的高低及瞄准目标的高低不同部位对水平角的观测有无影响？2.1.1 水平

2、角测量原理 2.竖直角测量原理竖直角 在同一竖直面内，目标方向线与一特定方向线之间的夹角，称为竖直角。它有两种表示形式：高度角 天顶距2AB 天顶距：在同一竖直面内，目标方向与天顶方向所构成的角。高度角：在同一竖直面内，目标方向和水平方向间的夹角。)900()1800(z 天顶距和高度角统称为竖直角。高度角,习惯上又称为竖角，也称为垂直角。+-z水平方向天顶方向1高度角 目标方向与水平方向间的夹角称为高度角，习惯上又称为竖角。一般用表示，角值为090。目标方向线在水平方向线以上（上倾）所构成的仰角，符号为正；目标方向线在水平方向线以下（下倾）所构成的俯角，符号为负。1天顶距 自天顶方向（即铅垂

3、线方向的反方向）至目标方向间的夹角称为天顶距。一般用Z表示，角值为0180，没有负值。竖角与天顶距Z的关系为 =90Z1 由于生产厂家的不同，各种经纬仪的部件和结构又不尽一样。但是各种光学经纬仪主要部分的构造基本相同，现以 DJ6级光学经纬仪为例说明。它包括照准部、水平度盘和基座三部分。2.1.2 经纬仪的基本构造及分类1.经纬仪的基本构造根据水平角观测的原理，经纬仪的结构：11）照准部 照准部的主要部件有：照准部水准管、光学对中器、支架、横轴、望远镜、竖盘、读数装置等。12）水平度盘用于测量水平角。水平度盘是用光学玻璃制成的圆环，整个圆周分为360，并按顺时针方向对每度分划线加以注记。13）

4、基座 仪器的最下部是基座,用于支承仪器上部结构，基座通过三脚架上的中心连接螺旋固定在三脚架上。水平度盘和照准部由竖轴系与基座连接，并由基座上的轴座固定螺旋固定。基座上有三个脚螺旋，用于整平仪器。72.经纬仪的分类j游标经纬仪：金属度盘，游标读数法。j光学经纬仪：光学玻璃度盘，采用光学法读数。j电子经纬仪：电子度盘，电子法测角技术获取角值。我国大地测量仪器的总代号为汉语拼音字母“D”，经纬仪代号为“J”。经纬仪的类型很多，我国经纬仪系列是按野外“一测回水平方向中误差”这一精度指标划分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15五个等级。例如“DJ6”表示经纬仪野外“一测回水平方向中误差”不超过6

5、，简写为“J6”。2.1.3光学经纬仪1.光学经纬仪的主要部件1）望远镜十字丝分划板用于准确瞄准测量目标和读数。使用望远镜，应注意消除视差。2）水准器 分两种：管水准器（通常称水准管）和圆水准器。(1)管水准器 水准管零点水准管水准轴（水准管轴）。水准管灵敏度1水准管分划值 水准管上相邻两分划线间弧长（2mm）所对的圆心角值，称为水准管分划值，常用表示。它表示当气泡移动1格（2mm）时,水准管轴倾斜的角值。R2式中 206265；R水准管圆弧半径，单位：毫米。可见，水准管的分划值与圆弧的半径R 成反比；半径愈大分划值愈小，则用以导致仪器某部分成水平位置或竖直位置及测定倾斜角的精度也就愈高。(2

6、)圆水准器 n圆水准器的水准轴。n圆水准器分划值。n使用圆水准器的主要目的是用它粗略置平仪器。（3）水平度盘用于测量水平角（4）竖盘装置用于竖角测量。在横轴的一端装有一个竖直度盘(简称竖盘)。当望远镜在竖面内上下转动时，竖盘跟着一起转动72.光学经纬仪读数设备1）分微尺读数装置012345660J6光学经纬仪水平竖直HV水平度盘竖直度盘6 6013.5（601330）72）单平板玻璃测微器05测微分划尺的像最小分划20J6光学经纬仪 939291 度盘像，最小分划30单平板玻璃度盘分划30，测微分划尺90小格72）单平板玻璃测微器1510测微分划尺的像J6光学经纬仪 939291度盘像 旋转测

7、微手轮，转动单平板玻璃，使度盘分划线影象平移。30149273）双平板玻璃光学测微器 转动测微手轮时，一对平板玻璃作等量相反方向转动可使度盘分划线影像作相向移动而彼此接合，这个移动量可在秒盘相应的转动量上显示出来。78918718850102度盘最小分划20转动测微手轮使度盘对径分划影像重合。在度盘上读取整10。10对应600小格最小分划1不足10在秒盘上读取 5.54517采用对径符合读数法72.1.4电子经纬仪1.什么是电子经纬仪 采用光电扫描度盘将角度值变为电信号，利用电子技术测角，最后再将电信号转换为角度值，使测角能自动显示、自动记录和自动传输数据，从而完成自动化测角的全过程，这种经纬

8、仪称为电子经纬仪。1 电子经纬仪和光学经纬仪的主要不同点在于电子经纬仪采用了由微处理器控制的光电扫描度盘和自动显示系统。电子经纬仪与光学经纬仪相比较：仍具有照准部、度盘、基座及相应轴系的结构形式。望远镜、水准器、光学对中器及制、微动机构类似。无读数显微镜，增设电子显示窗和操作按键。1 根据光电扫描度盘取得电信号的方式不同，目前电子测角系统有：绝对式编码度盘测角系统 增量式光栅度盘测角系统 动态测角系统12.绝对式编码度盘测角系统采用编码度盘及编码测微器的测角系统。纯二进制编码度盘1624 nsn区间：码道：四码道度盘 每个方向都单值对应一个编码输出，得到绝对方向值，故称为绝对式编码度盘测角1s

9、360角分辨率：不可能达到较高的测角精度四码道度盘的角分辨率为22.573.增量式光栅度盘测角 在光学玻璃度盘的径向上均匀地刻制明暗相间的等角距细线条就构成光栅度盘。将密度相同的两块光栅重叠，并使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度，这时就会产生明暗相间的条纹（莫尔条纹）。夹角越小，条纹越粗。条纹的亮度按正弦周期性变化。7光电管发光管光栅度盘指示光栅度盘每转动一条光栅，莫尔条纹移动一周期。莫尔条纹的光信号强度变化一周期，光电管输出的电流也变化一周期。在照准目标的过程中，仪器的接收元件可累计出条纹的移动量，从而测出光栅的移动量，经转换得到角度值。若发光管、指示光栅、光电管的位置固定，当度盘随照准部转

10、动时，发光管发出的光信号，通过莫尔条纹落到光电管上。光栅度盘无绝对刻度数，靠累计移动光栅的条数计数，故称为增量式光栅度盘。72.2.1经纬仪的安置1、对中使仪器水平度盘中心和测站点标志中心在同一铅垂线上。2、整平使仪器的竖轴竖直。即水平度盘水平。用光学对中器进行对中和整平步骤：1、粗对中 固定三脚架一条腿，移动两条腿；2、精对中 调脚螺旋；3、粗平 升降三脚架使圆水准器气泡居中；4、精平 调脚螺旋（首先，水准管平行两个脚螺旋方向，调该两个脚螺旋，使水准管气泡居中，旋转90度使水准管垂直该两个脚螺旋方向，调第三个脚螺旋，使水准管气泡居中。检查任何方向气泡居中。）5、检查对中2.2 角度观测71.

11、测回法盘左：先瞄准左边的目标A读数 再瞄准右边的目标读数 盘右：先瞄准目标B读数 再瞄准目标A读数盘右半测回或下半测回盘左半测回或上半测回左a左b右a右b一测回）（右左右右右左左左 21abab在不同的测回间，为了减小度盘刻划的误差，须配度盘n180限差：1.两个半测回角值之差；2.各测回角值之差 盘左正镜，竖盘在望远镜的左边；盘右倒镜，竖盘在望远镜的右边。72、方向观测法OAB盘左：先瞄准零方向A读数，顺时针依次瞄准B、C、D读数，再瞄准零方向归零读数。在不同的测回间，为了减小度盘刻划的误差，须配度盘n180限差：1.归零差；2.各测回同一方向值之差CD盘右：先瞄准零方向A读数，逆时针依次瞄

12、准D、C、B读数，再瞄准零方向归零读数。7八、水平角观测的误差j1、仪器的误差j水平度盘偏心误差j度盘刻划误差 j三轴误差：视准轴不垂直于横轴的误差j 横轴不水平的误差 j 竖轴不竖直的误差j2、观测作业误差j测站偏心、目标偏心、照准误差、读数误差j3、外界的影响气象条件：温度、湿度、能见度、大气折光盘左盘右观测取平均作业认真（三联脚架法）配度盘选择合适的气象条件2九、竖盘构造及竖角测定竖盘是和望远镜固连在一起的。注记的形式多为盘左顺时针。0090180270盘左盘右090270180竖盘指标水准管竖盘指标自动归零2九、竖盘构造及竖角测定竖角的计算公式：0090180270盘左盘右090270

13、18027090 RL右左 18021 LR 2九、竖盘构造及竖角测定竖盘指标差的计算公式：0090180270盘左盘右090270180 x 18021(21270)90 LRxRxL）（右左右左 36021 RLxx的符号：所偏的方向和注记的方向一致，则为正。反之为负。2九、竖盘构造及竖角测定1、在测站上安置好仪器，对中、整平、量取仪器高。2、盘左位置瞄准目标，使十字丝切于目标某一位置，读出或量取目标高。3、转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘水准管气泡居中，读取竖盘盘左读数。4、盘右的位置照准原目标位置，读取盘右竖盘读数。（竖盘指标水准管气泡居中）2九、竖盘指标差的检验与校正1、在测站上安置好仪器，对中、整平，盘左、盘右瞄准一清晰目标读数。计算出指标差。2、若指标差超限，应校正。计算出盘右的正确读数。3、盘右的位置照准原目标位置不动，转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘读数为盘右正确读数。4、竖盘指标水准管气泡不居中，用校正螺钉使气泡居中。偏多少校回多少。反复检验校正，直到指标差很小。