水利工程測量4角度測量講義（52頁圖文豐富）

1、水利工程測量第4章 角度測量主講教師：高飛 合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院測量工程系7/23/20221第4章 角度測量測量三項基本工作之一：角度測量角度測量的儀器： 經(jīng)緯儀角度測量分為：水平角測量和豎直角測量水平角測量目的：用于求算地面點的平面位置豎直角測量目的： 1. 測定地面兩點的高差 2. 將地面兩點的傾斜距離改化成水平距離 合肥工業(yè)大學(xué)22 4.1 角度測量原理 一、水平角測量原理水平角定義 1.為地面上O點至A和B 兩目標(biāo)方向線在水平面P上投影的夾角，稱為水平角。 2. 地面上一點到兩目標(biāo)的方向線間所夾的水平角，就是過這兩方向線所作兩豎直面間的二面角。 合肥工業(yè)大學(xué)33二、豎直角測

2、量原理仰角俯角視線水平時豎直角視線水平時豎盤讀數(shù)為一常數(shù)，通常為 或是 的倍數(shù)豎直角定義 豎直角是同一豎直面內(nèi)傾斜視線與水平線之間的夾角，其角值 合肥工業(yè)大學(xué)44 合肥工業(yè)大學(xué)55 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測經(jīng)緯儀的種類 1. 按構(gòu)造原理和讀數(shù)系統(tǒng)分為: 游標(biāo)經(jīng)緯儀、光學(xué)經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀 2. 按精度高低分為： DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15、DJ60 3. 一般工程測量最常用: DJ6級光學(xué)經(jīng)緯儀 合肥工業(yè)大學(xué)66經(jīng)緯儀的精度系列及用途技術(shù)項目一測回水平方向中誤差望遠鏡有效孔徑不小于望遠鏡放大倍數(shù)不小于水準(zhǔn)管分劃值水平度盤垂直度盤主要用途經(jīng)緯儀等級DJ1 DJ2 DJ6 1 2

3、6二等平面控制測量及精密工程測量60mm 40mm 40mm30倍 28倍 26倍 6/2mm 20/2mm 30/2mm 10/2mm 20/2mm 30/2mm 三、四等平面控制測量及一般工程測量圖根控制測量 及一般工程測量技術(shù)參數(shù) 合肥工業(yè)大學(xué)77 合肥工業(yè)大學(xué)88一、DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀的構(gòu)造1. 主要部件及作用(1)基座 用于支承儀器,連接三腳架,懸掛垂球或光學(xué)對中, 利用三個腳螺旋可整平儀器。(2)水平度盤 0360度順時針刻劃，最小分劃值為1度(3)照準(zhǔn)部 合肥工業(yè)大學(xué)993.2.1 DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀 1.DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀外觀圖J6光學(xué)經(jīng)緯儀外觀圖J6光學(xué)經(jīng)緯儀 合肥工業(yè)大學(xué)1010

4、2. 主要軸線和幾何條件主要軸線(1)望遠鏡視準(zhǔn)軸CC(2)儀器橫軸HH(3)照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸LL(4)儀器豎軸VV幾何條件(1)LL垂直于VV(2)VV垂直于HH(3)HH垂直于CC(4)十字絲豎絲垂直于HH 合肥工業(yè)大學(xué)11113.DJ6經(jīng)緯儀光路圖豎直度盤水平度盤 合肥工業(yè)大學(xué)1212二、經(jīng)緯儀的安置1.對中 對中的目的是使儀器的中心與測站點位于同一個鉛垂線上。有垂球?qū)χ泻凸鈱W(xué)對中兩種方法。 對中精度：垂球?qū)χ?mm，光學(xué)對中1mm2.整平 整平的目的是使儀器豎軸處于鉛直位置和水平度盤處于水平位置。 3.瞄準(zhǔn)（注意消除視差）4.讀數(shù) 合肥工業(yè)大學(xué)1313BCA1.對中將儀器中心安置在過測

5、站點的鉛垂線上。對中 誤差3mm。垂球?qū)χ胁襟E： 粗略對中：移動三腳架，使垂球尖離測 站中心12cm內(nèi)； 精確對中：稍微松開中心螺絲，在腳架 頭上移動(不能旋轉(zhuǎn))儀器，使垂球尖精 確對中測站標(biāo)志中心，旋緊中心螺絲。 經(jīng)緯儀安置對中、整平、瞄準(zhǔn)、讀數(shù) 合肥工業(yè)大學(xué)1414 打開三腳架，裝上經(jīng)緯儀； 固定三腳架一腳，雙手持腳架另 二腳并不斷調(diào)整其位置，同時觀 測光學(xué)對點器十字分劃，使其基 本對準(zhǔn)測站標(biāo)志，踩實腳架； 調(diào)節(jié)腳螺旋，使光學(xué)對點器精確 對準(zhǔn)測站標(biāo)志； 伸縮三腳架(二腳)，調(diào)平儀器， 使圓氣泡居中； 調(diào)腳螺旋，精確整平儀器，并通 過在腳架頭上移動儀器，精確對中。 有時必須反復(fù)上述三步的操作

6、。光學(xué)對中步驟：對準(zhǔn)、調(diào)平、整平、對中 合肥工業(yè)大學(xué)1515123氣泡居中，3與1、2等高2.整平使儀器縱軸鉛垂，水平度盤與橫軸水平， 豎盤位于鉛垂面內(nèi)。整平誤差1格。用左手大拇指法則，轉(zhuǎn)動腳螺旋，調(diào)節(jié)水準(zhǔn)管氣 泡居中(反復(fù))。一測回觀測過程中，不得再調(diào)氣泡。氣泡居中，1、2等高123 合肥工業(yè)大學(xué)1616操作步驟：粗瞄、制動、調(diào)焦消除視差、水平微動精確瞄準(zhǔn)。用水平微動完成瞄準(zhǔn)。盡量瞄準(zhǔn)目標(biāo)下部，減少目標(biāo)不垂直引起的方向誤差。3.瞄準(zhǔn)用望遠鏡豎絲精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)的標(biāo)志中心。 合肥工業(yè)大學(xué)1717分微尺測微利用度盤刻度線，在分微尺上讀數(shù)。4.讀數(shù)DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀讀數(shù)方法兩種讀數(shù)測微裝置：分微尺測微和

7、平行玻璃板測微度盤上1度分劃的間隔 經(jīng)放大后，與分微尺全 長相等。分微尺全長分60格，因 此其最小格值為1=60”。讀數(shù)時，秒數(shù)必須估讀。 估讀至0.1格，因此， 估讀的秒數(shù)都應(yīng)是6”的 倍數(shù)。水平度盤讀數(shù)： 7304180173 合肥工業(yè)大學(xué)1818 合肥工業(yè)大學(xué)1919二、經(jīng)緯儀的安置1.對中 對中的目的是使儀器的中心與測站點位于同一個鉛垂線上。有垂球?qū)χ泻凸鈱W(xué)對中兩種方法。 對中精度：垂球?qū)χ?mm，光學(xué)對中1mm2.整平 整平的目的是使儀器豎軸處于鉛直位置和水平度盤處于水平位置。 3.瞄準(zhǔn)（注意消除視差）4.讀數(shù) 合肥工業(yè)大學(xué)2020測回法：一個測站觀測2個方向時用。方向觀測法：一個測

8、站觀測3個或3個以上方向時用, 也稱“全圓測回法”。三、水平角測量JKB測回法第1方向第2方向測站ABCDE方向觀測法 合肥工業(yè)大學(xué)21211.測回法 觀測程序： 盤左 瞄準(zhǔn)J，讀數(shù)j左 瞄準(zhǔn)K，讀數(shù)k左 盤右 瞄準(zhǔn)K，讀數(shù)k右 瞄準(zhǔn)J，讀數(shù)j右第1方向第2方向測站JKB左=k左-j左右=k右-j右精度要求： 左-右40 取: =(左+右)/2各測回角值互差應(yīng)小于24 角是從起始方向(即第1方向)順時針轉(zhuǎn)到第2方向 所成的角度，觀測時，必須首先確定起始方向，然 后按照“測回法”的次序觀測。水平角總是第2方向讀數(shù)減去第1方向讀數(shù)而得。 合肥工業(yè)大學(xué)2222JKB第1方向第2方向測站起始方向第一個

9、讀數(shù)應(yīng)調(diào)成0或180 /N(N為測回數(shù))；分、秒數(shù)寫足二位；一測回過程中，不得再調(diào)整水準(zhǔn)管氣泡或改變度盤 位置。水平角觀測手簿（測回法）測站位置目標(biāo)水平度盤讀 數(shù)半測回角一測回平均角B左J00418741924741915K742342右K2542406741906J1800500 合肥工業(yè)大學(xué)2323三、水平角測量1.測回法(1)上半測回(盤左又稱正鏡)(2)下半測回(盤右又稱倒鏡)91330391331591330914512 合肥工業(yè)大學(xué)2424零方向盤左盤右ABCDE方向觀測法（1）安置儀器于C 點，首先用盤左，水平度盤設(shè)置在0度略大一點的位置，瞄準(zhǔn)起始方向CA，讀取水平度盤讀數(shù)a（2

10、）順時針方向轉(zhuǎn)動儀器，分別觀測點B、D、E，并得到讀數(shù)（3）再次瞄準(zhǔn)點A，讀取讀數(shù)a，稱為歸零。a與a 之差叫做歸零差。以上稱為上半測回。三、水平角測量2.方向觀測法 合肥工業(yè)大學(xué)2525方向觀測法步驟（4）盤右位置。仍從點A開始,逆時針轉(zhuǎn)動儀器,依次觀測A、E、D、B、A,讀數(shù)并記入手簿。以上稱為下半測回。計算步驟：（1）兩倍照準(zhǔn)差2c，有 2c = 盤左讀數(shù)-( 盤右讀數(shù)180）（2）各方向的平均讀數(shù)有 平均讀數(shù)=1/2盤左讀數(shù)+(盤右讀數(shù)180)（3）歸零后方向值有 歸零方向值=方向平均讀數(shù)- 起始方向平均讀數(shù)（4）各測回歸零后方向值的平均值（5）將相鄰兩方向值相減，得到水平角值 合肥工

11、業(yè)大學(xué)26262.方向觀測法 合肥工業(yè)大學(xué)27271.豎直角觀測方法豎直角 (也稱垂直角)在同一鉛垂面內(nèi)，瞄準(zhǔn)目標(biāo)的傾斜視線與水平視 線的夾角。= 090。仰角為正，俯角為負(fù)。天頂鉛垂線水平線ACB090 180270ZAZCAC4.2.4 豎直角測量 合肥工業(yè)大學(xué)2828 合肥工業(yè)大學(xué)2929構(gòu)造特點 豎盤隨望遠鏡一起轉(zhuǎn)動。 豎盤與讀數(shù)指標(biāo)相互脫離。 讀數(shù)指標(biāo)與豎盤水準(zhǔn)管固定在一起，氣泡居中，指標(biāo)鉛垂。 視線水平、指標(biāo)鉛垂時，豎盤讀數(shù)為常數(shù)： 盤左時一般 L0=90 ，盤右時一般 R0=270 。270900180盤右（1）豎盤構(gòu)造180270 090盤左豎直度盤與讀數(shù)指標(biāo) 合肥工業(yè)大學(xué)30

12、30 豎直角觀測 儀器對中整平后，盤左位置，十字絲橫絲精確切準(zhǔn)目標(biāo)頂部。 轉(zhuǎn)動豎盤水準(zhǔn)管微動螺旋，使豎盤水準(zhǔn)管氣泡居中。 讀取盤左讀數(shù) L，得上半測回豎角： 盤右位置：十字絲橫絲精確切準(zhǔn)同一目標(biāo)，盤右讀數(shù)為R， 得下半測回豎角：270900180盤右（2）豎直角的觀測與計算180270 090盤左 合肥工業(yè)大學(xué)3131 豎直角計算 上半測回豎角（盤左）： 下半測回豎角（盤右）： 一測回豎角： 合肥工業(yè)大學(xué)32322.豎盤指標(biāo)差x 當(dāng)視線水平時，盤左豎盤讀數(shù)為90，盤右為270。但指標(biāo)不恰好指在90或270，而與正確位置相差一個角度x，x稱為豎盤指標(biāo)差。4.2.4 豎直角測量 合肥工業(yè)大學(xué)333

13、3豎盤指標(biāo)差x的計算及豎直角的記錄計算盤左: =(90+x)-L= L +x盤右: =R-(270+x)= R -x有： (90+x)-L = R-(270+x)即指標(biāo)差x:4要求： 合肥工業(yè)大學(xué)34343.豎盤指標(biāo)的自動歸零補償裝置 豎盤指標(biāo)自動歸零補償器：在儀器豎盤光路中，安裝一個補償器來代替豎盤指標(biāo)管水準(zhǔn)器，當(dāng)儀器豎軸偏離鉛垂線的角度在一定范圍內(nèi)時，通過補償器仍能讀到相當(dāng)于豎盤指標(biāo)管水準(zhǔn)氣泡居中時的豎盤讀數(shù)。豎盤指標(biāo)自動歸零補償器的構(gòu)造形式有多種，下圖為其中的一種。 合肥工業(yè)大學(xué)3535豎盤指標(biāo)自動歸零補償器的構(gòu)造形式城市測量規(guī)范規(guī)定，對于DJ6級光學(xué)經(jīng)緯儀，豎盤指標(biāo)自動歸零補償器的補償

14、范圍為2，安平中誤差為1。 合肥工業(yè)大學(xué)36363.6 經(jīng)緯儀的檢驗與校正一.經(jīng)緯儀的軸線及其應(yīng)滿足的條件1.經(jīng)緯儀的軸線 橫軸 HH 視準(zhǔn)軸 CC 水準(zhǔn)管軸 LL 豎軸 VV 圓水準(zhǔn)軸 LL 2.應(yīng)滿足的條件 水準(zhǔn)管軸垂直于豎軸 LLVV 視準(zhǔn)軸垂直于橫軸 CCHH 橫軸垂直于豎軸 HHVV 十字豎絲垂直于橫軸 豎絲HH 圓水準(zhǔn)軸平行于豎軸 LLVV 4.3 經(jīng)緯儀的檢驗與校正 合肥工業(yè)大學(xué)37371.不良影響：V V軸無法鉛垂影響空間角投影為水平角和豎直角H軸隨方向而變2.檢驗（發(fā)現(xiàn)誤差）：氣泡居中后旋轉(zhuǎn)180是否仍居中？3.校正：用水準(zhǔn)管校正螺旋使氣泡返回一半，用腳螺旋糾正一半。1.水準(zhǔn)

15、管軸垂直于豎軸的檢驗與校正 合肥工業(yè)大學(xué)38381.不良影響：不能精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)2.檢驗： 用十字絲交點精確照準(zhǔn)遠處一清晰目標(biāo)點A。旋緊水平制動螺旋與望遠鏡制動螺旋，慢慢轉(zhuǎn)動望遠鏡微動螺旋，如點A不離開豎絲，則條件滿足（圖a），否則需要校正（圖b）3.校正： 旋下目鏡分劃板護蓋，松開4 個壓環(huán)螺絲（圖c），慢慢轉(zhuǎn)動十字絲分劃板座，然后再作檢驗，待條件滿足后再擰緊壓環(huán)螺絲，旋上護蓋。2.十字絲豎絲的檢校 合肥工業(yè)大學(xué)39391.不良影響： 在繞橫軸旋轉(zhuǎn)時視準(zhǔn)軸畫出圓錐面,觀測同一鉛垂面內(nèi)不同高度的目標(biāo)時，將有不同的水平度盤讀數(shù)，從而產(chǎn)生測角誤差2.檢驗：盤左，先照準(zhǔn)A點，倒轉(zhuǎn)望遠鏡得B1盤右，先照

16、準(zhǔn)A點，倒轉(zhuǎn)望遠鏡得B2若B1，B2不重合則有此誤差3.校正： 在B2附近標(biāo)出扣除c影響后的B點，平移十字絲使視準(zhǔn)軸照準(zhǔn)B點3.視準(zhǔn)軸的檢校 合肥工業(yè)大學(xué)40401.不良影響：視準(zhǔn)軸畫出傾斜面，觀測同一豎直面內(nèi)不同高度的目標(biāo)時，將有不同的水平度盤讀數(shù)，從而產(chǎn)生測角誤差2.檢驗：盤左，先照準(zhǔn)高點P，再投影至儀器高度得A點；盤右，先照準(zhǔn)同一點P，再投影至儀器高度得B點；如果AB不重合，則有此誤差3.校正：標(biāo)明AB的中點M照準(zhǔn)M點，抬高望遠鏡至P附近升降橫軸的一端使照準(zhǔn)P點。4.橫軸的檢校 合肥工業(yè)大學(xué)41411.檢驗： 安置儀器，用盤左、盤右兩個鏡位觀測同一目標(biāo)點，分別使豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中，讀

17、取豎盤讀數(shù)L和R，計算指標(biāo)差X。如X 超出1的范圍，則需改正 2.校正： 盤右照準(zhǔn)目標(biāo)點，不含指標(biāo)差的盤右讀數(shù)應(yīng)為R-X。轉(zhuǎn)動豎直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)管微動螺旋，使豎盤讀數(shù)為R-X，這時指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡必然不再居中，可用撥針撥動指標(biāo)水準(zhǔn)管校正螺旋使氣泡居中。5.豎盤指標(biāo)差的檢校 合肥工業(yè)大學(xué)4242 基本結(jié)構(gòu)與光學(xué)經(jīng)緯儀相同；操作方法也基本相同。用微電子技術(shù)自動取得度盤的讀數(shù)，從而可以經(jīng)微電腦進一步加工計算用電子水準(zhǔn)器自動傳感豎軸的傾斜，再由微電腦自動對讀數(shù)加傾斜改正數(shù)。豎直度盤處的電子水準(zhǔn)器使“指標(biāo)線”自動處于標(biāo)準(zhǔn)位置?？梢宰詣痈恼x數(shù)中的c, i 誤差影響4.4 電子經(jīng)緯儀 合肥工業(yè)大學(xué)43431.

18、精密電子經(jīng)緯儀 普通光學(xué)經(jīng)緯儀難以滿足測角自動顯示、自動記錄和自動傳輸數(shù)據(jù)的要求。世界上第一臺電子經(jīng)緯儀(electronic theodolite)于1968年研制成功，80年代初生產(chǎn)出商品化的電子經(jīng)緯儀。 采用光電掃描度盤，利用光電轉(zhuǎn)換原理和微處理器將角度方向值變?yōu)殡娦盘枺瑥亩瓿勺詣踊瘻y角的全過程，實現(xiàn)角度測量的自動顯示、自動記錄和自動傳輸數(shù)據(jù)，這種經(jīng)緯儀稱為電子經(jīng)緯儀。 合肥工業(yè)大學(xué)44442.精密電子經(jīng)緯儀的測角原理 電子經(jīng)緯儀與光學(xué)經(jīng)緯儀外形結(jié)構(gòu)相似，但其測角讀數(shù)系統(tǒng)采用的是光電掃描度盤和自動顯示系統(tǒng)。根據(jù)光電掃描度盤獲取電信號的原理不同，電子經(jīng)緯儀電子測角系統(tǒng)也不同，主要有以下三

19、種： 1.編碼度盤測角系統(tǒng)即采用編碼度盤及編碼測微器的絕對式測角系統(tǒng)； 3.動態(tài)測角系統(tǒng)即采用計時測角度盤并實現(xiàn)光電動態(tài)掃描的絕對式測角系統(tǒng)。 2.光柵度盤測角系統(tǒng)即采用光柵度盤及莫爾干涉條紋技術(shù)的增量式測角系統(tǒng)； 合肥工業(yè)大學(xué)4545 光柵電信號 前置放大 鑒 幅 采樣保持 A/D轉(zhuǎn)換 液晶顯示 鍵 盤 串口通訊 電子手薄 CPU和存儲器判 向 可逆計數(shù)器 電源電路 水平角傳感器豎直角傳感器電子經(jīng)緯儀工作原理框圖 合肥工業(yè)大學(xué)4646水平角H 計數(shù)器采樣 計數(shù)、細(xì)分 A/D轉(zhuǎn)換 標(biāo)準(zhǔn)通訊 角度單位變換（DGM變換） LED液晶顯示 可進行的各項改正 粗、精讀數(shù)組合 豎直角V電子經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)流程圖 開始判別結(jié) 束 合肥工業(yè)大學(xué)4747光柵度盤測角系統(tǒng)測角原理 合肥工業(yè)大學(xué)4848ET-02電子經(jīng)緯儀的使用如圖為南方測繪儀器公司