角度测量和经纬仪的使

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1、1杨 正 尧武 汉 大 学 测 绘 学 院 1 第 二 章 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 。 1 2.1 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

2、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 。 7 1.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 。A BO a b1O 1A 1B2O 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 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

3、角 ， 称 为 竖 直 角 。 它 有 两 种 表 示 形 式 ： 高 度 角 天 顶 距 2 A B 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

4、上 又 称 为 竖 角 。 一 般用 表 示 ， 角 值 为 0 90 。 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 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 0 180 ， 没 有 负值 。 竖 角 与 天 顶 距 Z的 关 系 为 =90 Z 1 由 于 生 产 厂 家 的

5、 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 ： 1 1） 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

6、 盘 、 读 数 装 置 等 。 1 2） 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 。 1 3） 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

7、脚 螺 旋 ， 用 于 整 平 仪 器 。 7 2. 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

8、 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， 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

9、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 （ 2m m ） 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 （ 2m m ） 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

10、置 或 竖 直 位 置 及 测 定 倾 斜 角 的 精 度 也 就 愈高 。 (2)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 7 2.光 学 经 纬 仪 读 数 设 备1） 分 微 尺 读 数 装 置0 1

11、 2 3 4 5 660 J6光 学 经 纬 仪水 平竖 直 HV水 平 度 盘竖 直 度 盘 6 60 13.5（60 1330） 7 2） 单 平 板 玻 璃 测 微 器0 5 测 微 分 划 尺 的 像最 小 分 划 20J6光 学 经 纬 仪 93 92 91 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 7 2） 单 平 板 玻 璃 测 微 器 1510 测 微 分 划 尺 的 像J6光 学 经 纬 仪 93 92 91 度 盘 像 旋 转 测 微 手 轮 ，转 动 单 平 板 玻 璃 ，使 度 盘 分 划 线 影 象平

12、移 。301492 7 3） 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 。7 8 9187188501 02 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

13、符 合 读 数 法 7 2.1.4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 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

14、 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 1 2.绝 对 式 编 码

15、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 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 22.5 7 3.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

16、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

17、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 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 。 7 2.2.1经 纬 仪 的 安 置1、 对 中 使 仪 器 水 平 度 盘 中 心 和 测 站

18、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

19、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 7 1.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 21 ab ab在 不 同 的 测 回 间 ， 为 了 减 小 度 盘 刻 划 的 误 差 ， 须 配 度 盘 n 180限

20、 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 。 7 2、 方 向 观 测 法O AB 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n 180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

21、 数 ， 逆 时 针 依 次 瞄 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j 1、 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j 2、 观 测 作 业 误 差 j 测 站 偏 心 、 目 标 偏 心 、 照 准 误 差 、 读 数 误 差j 3、 外 界 的 影 响 气 象 条 件 ： 温 度 、 湿 度 、 能见 度 、 大 气 折 光 盘 左

22、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 。0 090180 270盘 左 盘 右0 90270180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 ：0 090180 270盘 左 盘 右0 90270180 27090 R L右左 18021 LR 2 九 、 竖 盘 构 造 及 竖 角 测 定竖

23、 盘 指 标 差 的 计 算 公 式 ：0 090180 270盘 左 盘 右0 90270180 x 18021(21 270) )90 LRxR xL ）（ （ 右左右左 36021 RLx x 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

24、 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 。