角度距離測量與全站儀角度部分

1、第五章 角度、距離測量與全站儀第四章 水準測量和水準儀5.1 角度測量原理角度測量原理一、水平角測量原理一、水平角測量原理水平角：水平角：相交的兩直線之間的夾角相交的兩直線之間的夾角在在水平面上水平面上的投的投影影 (0360) 。aboab1o1a1b ab 儀器安置的高低及瞄準目標的高低對水平角的觀測有無影響？027090180水平面二、豎直角測量原理二、豎直角測量原理豎直角：豎直角：同一豎直面內(nèi)，同一豎直面內(nèi)，目標方向線目標方向線與與一特定方向線一特定方向線之間的之間的夾角，稱為豎直角。夾角，稱為豎直角。ab )900()1800( z 天頂距天頂距和和高度角高度角統(tǒng)稱為統(tǒng)稱為豎直角豎直

2、角。 高度角高度角,習慣上又稱為習慣上又稱為豎角豎角，也稱為，也稱為垂直角垂直角。 +-z水平方向天頂方向天頂距：天頂距：在同一豎直面內(nèi)在同一豎直面內(nèi)，目標方向目標方向與與天頂方向天頂方向所構成所構成的角的角（0180） 。高度角：高度角：在同一豎直面內(nèi)，在同一豎直面內(nèi)，目標方向目標方向和和水平方向水平方向間的間的夾角夾角（090） 。豎角與天頂距z的關系為 =90z5.2 經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀一、經(jīng)緯儀的基本構造及分類一、經(jīng)緯儀的基本構造及分類（一）、基本構造（一）、基本構造1 1、構造、構造經(jīng)經(jīng)緯緯儀儀照準部照準部基基 座座望遠鏡望遠鏡度度 盤：水平、豎直盤：水平、豎直 水準器：圓水準器水準器：圓

3、水準器 水準管水準管對中器對中器讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡左右、上下左右、上下微動螺旋微動螺旋 橫軸橫軸豎軸豎軸圓水準軸圓水準軸水準管軸水準管軸豎軸豎軸：儀器的旋轉(zhuǎn)軸；橫軸橫軸：望遠鏡的旋轉(zhuǎn)軸；視準軸視準軸：望遠鏡的十字絲中心與物鏡中心的連線；水準軸水準軸：水準管水準軸與圓水準器的水準軸。 視準軸視準軸5.2 經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀2 2、經(jīng)緯儀的軸系關系：、經(jīng)緯儀的軸系關系：經(jīng)緯儀應滿足的條件：經(jīng)緯儀應滿足的條件：n 豎軸豎軸必須必須豎直豎直（水準管軸應垂直于（水準管軸應垂直于豎軸）；豎軸）；n 水平度盤水平度盤必須必須水平水平，其，其分劃中心分劃中心應應在在豎軸上豎軸上（水平讀盤垂直于豎軸）（水平讀盤垂直

4、于豎軸）n 望遠鏡上下轉(zhuǎn)動時，視準軸形成的望遠鏡上下轉(zhuǎn)動時，視準軸形成的視準面必須是豎直平面（視準軸應視準面必須是豎直平面（視準軸應垂直于橫軸）垂直于橫軸）n 豎絲應垂直于橫軸豎絲應垂直于橫軸豎直度盤豎直度盤圓水準軸圓水準軸水準管軸水準管軸水平度盤水平度盤視準軸視準軸橫軸橫軸豎軸豎軸2. 2. 經(jīng)緯儀的分類經(jīng)緯儀的分類n 光學經(jīng)緯儀：光學經(jīng)緯儀： 光學玻璃度盤，采用光學法讀數(shù)。光學玻璃度盤，采用光學法讀數(shù)。n 電子經(jīng)緯儀：電子經(jīng)緯儀： 電子度盤，電子法測角技術獲取角值。電子度盤，電子法測角技術獲取角值。 我國大地測量儀器的總代號為漢語拼音字母我國大地測量儀器的總代號為漢語拼音字母“d”d”，經(jīng)

5、，經(jīng)緯儀代號為緯儀代號為“j”j”。經(jīng)緯儀的類型很多，我國經(jīng)緯儀系列是按。經(jīng)緯儀的類型很多，我國經(jīng)緯儀系列是按野外野外“一測回水平方向中誤差一測回水平方向中誤差”這一精度指標劃分為這一精度指標劃分為dj07dj07、dj1dj1、dj2dj2、dj6dj6、dj15dj15五個等級。例如五個等級。例如“dj6”dj6”表示經(jīng)緯儀野表示經(jīng)緯儀野外外“一測回水平方向中誤差一測回水平方向中誤差”不超過不超過66，簡寫為，簡寫為“j6”j6”。二、光學經(jīng)緯儀的讀數(shù)設備二、光學經(jīng)緯儀的讀數(shù)設備1 1、度盤、度盤 1 1）水平度盤水平度盤 水平角水平角 2 2）豎直度盤豎直度盤 豎直角豎直角2 2、讀數(shù)設

6、備、讀數(shù)設備 1 1）讀數(shù)顯微鏡讀數(shù)顯微鏡 放大度盤放大度盤 上的讀數(shù)上的讀數(shù) 2 2）測微器測微器 精確量取小于精確量取小于度盤上的最小刻劃的讀數(shù)度盤上的最小刻劃的讀數(shù)0902701803 3、分微尺讀數(shù)裝置、分微尺讀數(shù)裝置j6光學經(jīng)緯儀水平豎直hv水平度盤豎直度盤0123456 6046.5（604630）6061 基本原理基本原理：轉(zhuǎn)動測微手輪時，一對移動光楔或平板玻璃轉(zhuǎn)動測微手輪時，一對移動光楔或平板玻璃作等量相反方向運動可使度盤分劃線影像作相向移動而作等量相反方向運動可使度盤分劃線影像作相向移動而彼此接合，這個移動量可在秒盤相應的轉(zhuǎn)動量上顯示出彼此接合，這個移動量可在秒盤相應的轉(zhuǎn)動量

7、上顯示出來。來。4、雙平板玻璃光學測微器、雙平板玻璃光學測微器度盤最小分劃20，轉(zhuǎn)動測微手輪使度盤，對徑分劃影像重合。在度盤上讀取整10 。10對應600小格，最小分劃1，不足10在秒盤上讀取三、電子經(jīng)緯儀三、電子經(jīng)緯儀 采用光電掃描度盤將采用光電掃描度盤將角度值角度值變?yōu)樽優(yōu)殡娦盘栯娦盘枺?，利用電子技術測角，最后再將電子技術測角，最后再將電信號電信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為角度值角度值，使，使測角能測角能自動顯示自動顯示、自動記錄自動記錄和和自動傳輸數(shù)據(jù)自動傳輸數(shù)據(jù)，從而，從而完成自動化測角的全過程，這種經(jīng)緯儀稱為電子經(jīng)完成自動化測角的全過程，這種經(jīng)緯儀稱為電子經(jīng)緯儀。緯儀。 電子經(jīng)緯儀和光學經(jīng)緯儀

8、的主要不同點：在于電子經(jīng)緯儀和光學經(jīng)緯儀的主要不同點：在于電子經(jīng)緯儀采用了由電子經(jīng)緯儀采用了由微處理器控制微處理器控制的的光電掃描度盤光電掃描度盤和和自動顯示系統(tǒng)自動顯示系統(tǒng)。1 1、電子經(jīng)緯儀與光學經(jīng)緯儀相比較：、電子經(jīng)緯儀與光學經(jīng)緯儀相比較： 仍具有仍具有照準部照準部、度盤度盤、基座基座及相應軸系的結構形及相應軸系的結構形式。望遠鏡、水準器、光學對中器及制、微動機構類式。望遠鏡、水準器、光學對中器及制、微動機構類似。無讀數(shù)顯微鏡，增設電子顯示窗和操作按鍵。似。無讀數(shù)顯微鏡，增設電子顯示窗和操作按鍵。 根據(jù)光電掃描度盤取得電信號的方式不同，目根據(jù)光電掃描度盤取得電信號的方式不同，目前電子測角

9、系統(tǒng)有：前電子測角系統(tǒng)有：編碼度盤測角系統(tǒng)、編碼度盤測角系統(tǒng)、 光柵度光柵度盤測角系統(tǒng)盤測角系統(tǒng)2. 編碼度盤測角系統(tǒng)采用編碼度盤及編碼測微器的測角系統(tǒng)。純二進制純二進制編碼編碼度盤度盤1624 nsn區(qū)間：碼道：四碼道度盤 每個方向都單值對應一個狀態(tài)（編碼輸出），根據(jù)兩區(qū)間的不同狀態(tài)，便可測出該兩區(qū)間的夾角。識別望遠鏡照準方向落在哪個區(qū)間是編碼讀盤測角的關鍵s360角分辨率：不可能達到較高的測角精度四碼道度盤的角分辨率為22.53.3. 光柵度盤測角系統(tǒng)光柵度盤測角系統(tǒng) 在光學玻璃度盤的徑向上在光學玻璃度盤的徑向上均勻均勻地刻制地刻制明暗明暗相間相間的的等角距細線條等角距細線條就構成就構成光

10、柵度盤。光柵度盤。 將密度相同的兩將密度相同的兩塊光柵重疊，并使它塊光柵重疊，并使它們的刻線相互傾斜一們的刻線相互傾斜一個很小的角度，這時個很小的角度，這時就會產(chǎn)生明暗相間的就會產(chǎn)生明暗相間的條紋（莫爾條紋）。條紋（莫爾條紋）。 夾角越小，條紋夾角越小，條紋越粗。條紋的亮度按越粗。條紋的亮度按正弦周期性變化。正弦周期性變化。 度盤每轉(zhuǎn)動一條光柵，莫爾條紋移動一周期。莫爾條紋的光信號強度變化一周期，光電管輸出的電流也變化一周期。在照準目標的過程中，儀器的接收元件可累計出條紋的移動量，從而測出光柵的移動量，經(jīng)轉(zhuǎn)換得到角度值。 若發(fā)光管、指示光柵、光電管的位置固定，當度盤隨照準部轉(zhuǎn)動時，發(fā)光管發(fā)出的

11、光信號，通過莫爾條紋落到光電管上。一、經(jīng)緯儀的安置一、經(jīng)緯儀的安置j 1、對中對中使儀器的中心和測站點的標志中心在同一鉛垂線上。使儀器的中心和測站點的標志中心在同一鉛垂線上。j 2、整平整平使儀器的豎軸豎直。即水平度盤水平。使儀器的豎軸豎直。即水平度盤水平。用光學對中器進行對中和整平步驟：1、粗對中 固定三腳架一條腿，移動兩條腿；2、精對中 調(diào)腳螺旋；3、粗平 升降三腳架使圓水準器氣泡居中；4、精平 調(diào)腳螺旋（首先，水準管平行兩個腳螺旋方向，調(diào)該兩個腳螺旋，使水準管氣泡居中，旋轉(zhuǎn)90度使水準管垂直該兩個腳螺旋方向，調(diào)第三個腳螺旋，使水準管氣泡居中。檢查任何方向氣泡居中。）5、檢查對中；6、反復

12、進行上述操作，直到對中和整平都滿足要求。5.3 角度觀測方法角度觀測方法二、水平角的觀測方法二、水平角的觀測方法j 1、測回法、測回法oab 盤左：先瞄準左邊的目標a讀數(shù) 再瞄準右邊的目標讀數(shù) 盤右：先瞄準目標b讀數(shù) 再瞄準目標a讀數(shù)盤右半測回或下半測回盤左半測回或上半測回左a左b右a右b一測回）（右左右右右左左左 21abab在不同的測回間，為了減小度盤刻劃的誤差，須配度盤n180限差：1、兩個半測回方向值之差；2、各測回方向值之差返回1、測回法記錄表格、測回法記錄表格2、方向觀測法、方向觀測法oab盤左測回：先瞄準零方向a讀數(shù)，順時針依次瞄準b、c、d讀數(shù)，再瞄準零方向歸零讀數(shù)。 在不同的

13、測回間，為了減小度盤刻劃的誤差，須配度盤n180限差：1、歸零差；2、上、下半測回同一方向值之差； 3、各測回同一方向值之差cd盤右測回：先瞄準零方向a讀數(shù)，逆時針依次瞄準d、c、b讀數(shù)，再瞄準零方向歸零讀數(shù)。 一一測測回回二、水平角的觀測方法2c = l (r180) 方向觀測法的各項限差經(jīng)緯儀型號經(jīng)緯儀型號光學測微器兩次重光學測微器兩次重合讀數(shù)差合讀數(shù)差半測回歸零差半測回歸零差一測回內(nèi)一測回內(nèi)2c較差較差同一方向值各同一方向值各測回較差測回較差dj1dj2136891369dj6-18-242、方方向向法法記記錄錄表表格格57豎盤是和望遠鏡固連在一起的。注記的形式多為盤左順時針。00901

14、80270盤左盤右090270180豎盤指標水準管豎盤指標自動歸零三、豎直角觀測1、豎角的計算公式：0090180270盤左盤右09027018027090 rl右左 18021 lr 2、豎盤指標差0090180270盤左盤右090270180 x 18021(21270)90 lrxrxl）（右左右左 36021 rlxx的符號：所偏的方向和注記的方向一致，則為正。反之為負。1、在測站上安置好儀器，對中、整平。2、盤左位置瞄準目標，使十字絲切于目標某一位置，讀出或量取目標高。3、轉(zhuǎn)動豎盤指標水準管微動螺旋，使豎盤水準管氣泡居中，讀取豎盤盤左讀數(shù)。4、盤右的位置照準原目標位置，讀取盤右豎盤讀

15、數(shù)。（豎盤指標水準管氣泡居中）3 3、豎角觀測方法、豎角觀測方法0 0 0 測站點儀器高(m)覘點覘標高(m)豎盤位置豎盤讀數(shù)指標差半測回豎角一測回豎角照準覘標位置圖 no41.43九峰山4.10左59 20 301530 39 3030 39 45覘標頂右300 40 0030 40 00葛嶺4.40左71 44 121218 15 4818 16 00覘標頂右288 16 1218 16 12王家灣3.82左124 03 4218-34 03 42-34 03 24覘標頂右235 56 54-34 03 064、豎盤指標自動歸零裝置、豎盤指標自動歸零裝置 由于儀器整平不夠完善，由于儀器整平

16、不夠完善，儀器的豎軸有殘余的傾斜儀器的豎軸有殘余的傾斜。為了克服由此產(chǎn)生的為了克服由此產(chǎn)生的豎盤讀數(shù)誤差豎盤讀數(shù)誤差，必須使豎盤指標水準，必須使豎盤指標水準管氣泡居中。當水準管氣泡居中時，指標就處于正確位置。管氣泡居中。當水準管氣泡居中時，指標就處于正確位置。然而每次讀數(shù)時都必須使數(shù)盤指標水準管氣泡嚴格居中是然而每次讀數(shù)時都必須使數(shù)盤指標水準管氣泡嚴格居中是十分費時的，因此有的光學經(jīng)緯儀其數(shù)盤指標采用了自動十分費時的，因此有的光學經(jīng)緯儀其數(shù)盤指標采用了自動歸零裝置。歸零裝置。 所謂所謂自動歸零裝置自動歸零裝置，即當經(jīng)緯儀有微量的傾斜時，這，即當經(jīng)緯儀有微量的傾斜時，這種裝置會自動的調(diào)整光路使讀

17、數(shù)微水準管氣泡居中時的正種裝置會自動的調(diào)整光路使讀數(shù)微水準管氣泡居中時的正確讀數(shù)。確讀數(shù)。5.4 水平角觀測的誤差和精度水平角觀測的誤差和精度一、水平角觀測的誤差一、水平角觀測的誤差1、儀器誤差、儀器誤差2、對中誤差、對中誤差3、目標偏心誤差、目標偏心誤差4、照準誤差與讀數(shù)誤差、照準誤差與讀數(shù)誤差5、外界條件的影響、外界條件的影響 儀器誤差儀器誤差 1) 水平度盤偏心誤差水平度盤偏心誤差：是指水平度盤分劃中心與照準部：是指水平度盤分劃中心與照準部旋轉(zhuǎn)中心不重合，稱為水平度盤偏心。旋轉(zhuǎn)中心不重合，稱為水平度盤偏心。 水平度盤偏心對水平度盤讀數(shù)的影響可采用水平度盤偏心對水平度盤讀數(shù)的影響可采用盤左

18、盤右盤左盤右觀測取平均值觀測取平均值的方法來消除或減弱其影響。的方法來消除或減弱其影響。 0sin()sin(180)mm )sin(mre2）視準軸誤差：視準軸不垂直于橫軸coscxc一般規(guī)定盤左時視準軸物鏡向左偏斜的c值為正，向右偏斜為負，則對于同一目標，若盤左觀測時為正（負），則盤右觀測時即為負（正），而值不變，故盤左、盤右的xc值的絕對值相等而符號相反。所以，取盤左、盤右讀數(shù)的中數(shù)，可消除視準軸誤差的影響。所以，取盤左、盤右讀數(shù)的中數(shù)，可消除視準軸誤差的影響。crl218003）橫軸傾斜誤差橫軸傾斜誤差：橫軸橫軸不垂直于不垂直于豎軸豎軸所產(chǎn)生的誤差所產(chǎn)生的誤差tan ixi規(guī)定盤左時橫

19、軸左端低于另一端時的i角為正，高于另一端時為負，則在豎軸是豎直的情況下，因橫軸不垂直于豎軸所引起的橫軸傾斜，盤左觀測時為正（負），則盤右觀測時即為負（正），而值不變，故盤左、盤右的xi值的絕對值相等而符號相反。所以，取盤左、盤右讀數(shù)的中數(shù)，可消除橫軸傾斜誤差的影響所以，取盤左、盤右讀數(shù)的中數(shù)，可消除橫軸傾斜誤差的影響4）豎軸傾斜誤差豎軸傾斜誤差：若視準軸與橫軸垂直，橫軸垂直于豎軸，若視準軸與橫軸垂直，橫軸垂直于豎軸，而豎軸與照準部水準管軸已垂直，而豎軸與照準部水準管軸已垂直，僅由于儀器未嚴格整平僅由于儀器未嚴格整平而使豎軸不在豎直位置而使豎軸不在豎直位置，豎軸偏離鉛垂線一微小角度，這，豎軸偏離

20、鉛垂線一微小角度，這就是豎軸傾斜誤差就是豎軸傾斜誤差 。tancos vxvcos viv無論盤左盤右照準同一無論盤左盤右照準同一目標，目標，均相同，即均相同，即xvxv的符號不變，的符號不變，故盤左盤故盤左盤右的平均值不能消除豎右的平均值不能消除豎軸傾斜誤差對水平方向軸傾斜誤差對水平方向的影響。的影響。2儀器對中誤差儀器對中誤差: :在觀測中，在觀測中，儀器中心儀器中心與與測站點中心測站點中心不不在同一鉛垂線上，稱為對中誤差。在同一鉛垂線上，稱為對中誤差。212sssemab中儀器對中誤差對水平角的影響： 與a、b之間的距離sab 成正比，即水平角在180時影響最大； 與測站至目標的距離s1

21、和s2的乘積成反比；距離愈短，影響愈大。對于短邊的角度要特別注意對中。對于短邊的角度要特別注意對中。3.3.目標偏心誤差：目標偏心誤差：目標偏心是指目標偏心是指目標點上豎立的標志中心目標點上豎立的標志中心（如（如測釬、花桿、標牌等）與測釬、花桿、標牌等）與地面點標志中心地面點標志中心不在同一鉛垂線上。不在同一鉛垂線上。 a、b為標志實際中心，為標志實際中心，a、b為照準的中心，為照準的中心，為正確的角度，為正確的角度，為觀測的角度。為觀測的角度。2222212122a21sesemmmb偏偏偏目標偏心誤差對水平角的影響與測站至目標目標偏心誤差對水平角的影響與測站至目標的距離的距離s1和和s2有

22、關，距離越短，影響越大。有關，距離越短，影響越大。4 4照準誤差與讀數(shù)誤差照準誤差與讀數(shù)誤差影響照準精度的主要因素有：影響照準精度的主要因素有：n 望遠鏡的放大率，望遠鏡的放大率，n 目標與照準標志的形狀和大小、目標與照準標志的形狀和大小、n 目標影象的亮度和清晰度目標影象的亮度和清晰度n 人眼的判別能力等。人眼的判別能力等。 觀測時，應注意消除視差，正確完成照準操作。 讀數(shù)誤差與讀數(shù)設備、照明情況和觀測者的技術熟練程度都有關。 一般來講，讀數(shù)誤差主要取決于儀器的讀數(shù)設備。 對于用分微尺讀數(shù)裝置的j6光學經(jīng)緯儀，一般認為估讀的極限誤差為分微尺格值的十分之一，即可以不超過6。 如果照明情況不佳，

23、顯微鏡目鏡未正確調(diào)焦以及觀測者的技術不熟練，則讀數(shù)誤差會更大。 外界條件影響的因素很多外界條件影響的因素很多, ,主要有：主要有：（1 1）大風大風會影響儀器和標桿的穩(wěn)定，會影響儀器和標桿的穩(wěn)定，（2 2）溫度變化溫度變化會影響儀器的正常狀態(tài)，如改變視會影響儀器的正常狀態(tài)，如改變視準軸位置準軸位置. .（3 3）大氣折光大氣折光可導致視線改變方向，地面輻射熱可導致視線改變方向，地面輻射熱又會加劇大氣折光的影響。又會加劇大氣折光的影響。（4 4）大氣的透明度大氣的透明度會影響照準精度，如霧氣使目會影響照準精度，如霧氣使目標成象模糊。標成象模糊。（5 5）地面堅實與否地面堅實與否會影響儀器的穩(wěn)定。會影響儀器的穩(wěn)定。5.5.外界條件的影響外界條件的影響二、水平角觀測的精度二、水平角觀測的精度 j6光學經(jīng)緯儀光學經(jīng)緯儀 61 方m一測回角值的中誤差一測回角值的中誤差5 . 826211 方角mm半測回方向值的中誤差半測回方向值的中誤差5 . 82621 方半方mm歸零差的中誤差歸零差的中誤差422212262 mmm限半方歸零同一方向各測回較