-水利工程測量4課件

1、工 程 測 量任課教師：高 飛合肥工業(yè)大學土木與水利工程學院測量工程系水利水電工程專業(yè)09級 工 程 測 量 第4章 角度測量 4.1 角度測量原理 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測 4.3 電子經(jīng)緯儀 4.4 經(jīng)緯儀的檢驗與校正 3.5 角度測量誤差分析及注意事項現(xiàn)代普通測量學工 程 測 量第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現(xiàn)代普通測量學工 程 測 量第4章 角度測量主要內(nèi)容： 角度測量原理、經(jīng)緯儀的構造及

2、使用、經(jīng)緯儀的檢驗與校正、角度測量的誤差分析。主要目的： 掌握經(jīng)緯儀的使用方法，水平角和豎直角的觀測、記錄、計算。現(xiàn)代普通測量學 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。 第4章 角度測量二、豎直角測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 第4章 角度測量 4.1 角度測量原理 第4章 角度測量為了能夠測定水平角和

3、豎直角，角度測量儀器經(jīng)緯儀必須具備幾個條件： 1具有兩個分別能水平放置和豎直放置的刻度盤； 2. 水平度盤中心（儀器中心）必須能夠嚴格安置在地面角度頂點上； 3望遠鏡能分別以水平度盤中心和豎直度盤中心為軸線做水平轉動和上下轉動。 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測經(jīng)緯儀的種類 1. 按構造原理和讀數(shù)系統(tǒng)分為: 游標經(jīng)緯儀、光學經(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級光學經(jīng)緯儀 第4章 角度測量游標經(jīng)緯儀光學經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測 第4章 角度測量經(jīng)緯儀的精度系列及用途技術項目一測回水平方向中

4、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 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參數(shù)一、DJ6光學經(jīng)緯儀的構造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)照準部 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測J6光學經(jīng)緯儀外觀

5、圖一、DJ6光學經(jīng)緯儀的構造 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測2. 主要軸線和幾何條件主要軸線(1)望遠鏡視準軸CC(2)儀器橫軸HH(3)照準部水準管軸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一、DJ6光學經(jīng)緯儀的構造 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測3.DJ6經(jīng)緯儀光路圖豎直度盤水平度盤一、DJ6光學經(jīng)緯儀的構造 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測二、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。有垂球對中和光學對中兩種方法。 對中精度：垂球對中3mm， 光學對中1mm2.整平 整平的目的是使儀器豎軸處于鉛直位置

6、和水平度盤處于水平位置。 3.瞄準（注意消除視差）4.讀數(shù) 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測BCA1.對中將儀器中心安置在過測 站點的鉛垂線上。對中 誤差3mm。垂球對中步驟： 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)儀器，使垂球尖精 確對中測站標志中心，旋緊中心螺絲。 對中、整平、瞄準、讀數(shù)、二、經(jīng)緯儀的安置 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測 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 測光學對點器十字分劃，使其基 本對準測站標志，踩實腳架； 調(diào)節(jié)腳螺旋，使光學對點器精確 對準測站標志； 伸縮三

7、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。 有時必須反復上述三步的操作。光學對中步驟：對準、調(diào)平、整平、對中123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，轉動腳螺旋，調(diào)節(jié)水準管氣 泡居中(反復)。一測回觀測過程中，不得再調(diào)氣泡。氣泡居中，1、2等高123二、經(jīng)緯儀的安置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，轉動腳螺旋，調(diào)節(jié)水準管氣 泡居中(反復)。一測回觀測過程中，不得再調(diào)氣泡。二、經(jīng)緯儀的安置

8、4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測操作步驟：粗瞄、制動、調(diào)焦消除視差、水平微動精確瞄準。用水平微動完成瞄準。盡量瞄準目標下部，減少目標不垂直引起的方向誤差。3.瞄準用望遠鏡豎絲精確瞄準目標的標志中心。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光學經(jīng)緯儀讀數(shù)方法兩種讀數(shù)測微裝置：分微尺測微和平行玻璃板測微 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)都應是6”的倍數(shù)。水平度盤讀數(shù)： 7304180173二、經(jīng)緯儀的安置4.讀數(shù)DJ6光學經(jīng)緯儀讀數(shù)方法（分微尺讀數(shù)） 4.2 經(jīng)緯儀及角

9、度觀測測回法：一個測站觀測2個方向時用。方向觀測法：一個測站觀測3個或3個以上方向時用, 也稱“全圓測回法”。測回法ABCDE方向觀測法三、水平角測量方法 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測1. 測回法觀測程序： 盤左 瞄準J，讀數(shù)j左 瞄準K，讀數(shù)k左 盤右 瞄準K，讀數(shù)k右 瞄準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各測回角值互差應小于24 角是從起始方向(即第1方向)順時針轉到第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。三、水平角測量方法 4

10、.2 經(jīng)緯儀及角度觀測JKB第1方向第2方向測站起始方向第一個讀數(shù)應調(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）測站位置目標水平度盤讀 數(shù)半測回角一測回平均角B左J00418741924741915K742342右K2542406741906J1800500 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測三、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 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測（1）安置儀器于O點，首先用盤左，水平度盤設置在0度略大一點的位置，瞄準起

11、始方向OA，讀取水平度盤讀數(shù)a（2）順時針方向轉動儀器，分別觀測點B、C、D，并得到讀數(shù)（3）再次瞄準點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 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測三、水平角測量2.方向觀測法 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測（4）盤右位置。仍從點A開始,逆時針轉動儀器,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。方向觀測法水平角測量精度要求水平角測量方向觀測法四、豎直角測量1豎直角觀測方法 (也稱垂直角)在同一鉛垂面內(nèi)，瞄準目標的傾斜視線與水平視 線的夾角。= 090。仰角為正，俯角為負。天頂鉛垂線水平線ACB090 1

12、80270ZAZCAC 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測1.豎直角觀測方法 四、 豎直角測量構造特點 豎盤隨望遠鏡一起轉動。 豎盤與讀數(shù)指標相互脫離。 讀數(shù)指標與豎盤水準管固定在一起，氣泡居中，指標鉛垂。 視線水平、指標鉛垂時，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）豎盤構造180270 090盤左1.豎直角觀測方法 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目標頂部。 轉動豎盤水準管微動螺旋，使豎盤水準管氣泡居中。 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同一目標，盤右讀數(shù)為R， 得下半測回豎角：270

13、900180盤右（2）豎直角的觀測與計算180270 090盤左1.豎直角觀測方法 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：（2）豎直角的觀測與計算1.豎直角觀測方法 當視線水平時，盤左豎盤讀數(shù)為90,盤右為270,但指標不恰好指在90或270,而與正確位置相差一個角度x，x稱為豎盤指標差。四、 豎直角測量2.豎盤指標差x 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測四、 豎直角測量2.豎盤指標差x 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測盤左: 盤右: 豎盤指標差:豎盤指標差x的計算及豎直角的記錄計算 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測上半測回角值: 下半測回角值: 豎盤指標差:要求：3. 豎盤指標的自動歸零

14、補償裝置 （1）豎盤指標自動歸零補償器： 在儀器豎盤光路中，安裝一個補償器來代替豎盤指標管水準器，當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于豎盤指標管水準氣泡居中時的豎盤讀數(shù)。 （2）豎盤指標自動歸零補償器的構造形式有多種，下圖為其中的一種。四、 豎直角測量 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測豎盤指標自動歸零補償器的構造形式城市測量規(guī)范規(guī)定，對于DJ6級光學經(jīng)緯儀，豎盤指標自動歸零補償器的補償范圍為2，安平中誤差為1。3. 豎盤指標的自動歸零補償裝置 4.2 經(jīng)緯儀及角度觀測 基本結構與光學經(jīng)緯儀相同；操作方法也基本相同。用微電子技術自動取得度盤的讀數(shù)，從而可以經(jīng)微電腦進一步加工

15、計算用電子水準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器使“指標線”自動處于標準位置?？梢宰詣痈恼x數(shù)中的c, i 誤差影響。 4.3 電子經(jīng)緯儀1. 精密電子經(jīng)緯儀 普通光學經(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，利用光電轉換原理和微處理器將角度方向值變?yōu)殡娦盘?，從而完成自動化測角的全過程，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。 4.3 電子經(jīng)緯儀 第4章

16、角度測量4.3 電子經(jīng)緯儀 第4章 角度測量2. 精密電子經(jīng)緯儀的測角原理 電子經(jīng)緯儀與光學經(jīng)緯儀外形結構相似，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，主要有以下三種： 3.編碼度盤測角系統(tǒng) 采用編碼度盤及編碼測微器的絕對式測角系統(tǒng). 2.動態(tài)測角系統(tǒng) 采用計時測角度盤實現(xiàn)光電動態(tài)掃描的絕對式測角系統(tǒng);1.光柵度盤測角系統(tǒng) 采用光柵度盤及莫爾干涉條紋技術的增量式測角系統(tǒng)； 4.3 電子經(jīng)緯儀 第4章 角度測量2. 精密電子經(jīng)緯儀的測角原理 電子經(jīng)緯儀與光學經(jīng)緯儀外形結構相似，但其測角讀數(shù)系統(tǒng)采用的是光電掃描度盤和自

17、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，主要有以下三種： 1.編碼度盤測角系統(tǒng) 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) 采用計時測角度盤實現(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) 采用光柵度盤及莫爾干涉條紋技術的增量式測角系統(tǒng)； 光柵度盤測角系統(tǒng)測角原理4.3 電子經(jīng)緯儀動態(tài)測角系統(tǒng)測角原理4.3 電子經(jīng)緯儀編碼度盤測角系統(tǒng)測角原理4.3 電子經(jīng)緯儀1 發(fā)光二極管2 光路系統(tǒng) 3 條碼度盤 4 CCD陣列傳感器 光柵電信號 前置放大 鑒 幅 采樣保持 A/D轉換 液晶顯示 鍵 盤 串口通訊 電子手薄 CPU和存儲器判

18、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 水平角H 計數(shù)器采樣 計數(shù)、細分 A/D轉換 標準通訊 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 束ET-02電子經(jīng)緯儀的使用 一測回方向觀測中誤差為2，角度最小顯示到1，豎盤指標自動歸零補償采用液體電子傳感補償器。 可以與南方測繪公司生產(chǎn)的光電測距儀和電子手簿連接，組成速測全站儀，完成野外數(shù)據(jù)的自動采集。 儀器設有雙操作面板，每個操作面板都有完全相同的一個顯示窗和7個功能鍵，便于正倒鏡觀測；望遠鏡的十字絲分劃板和顯示窗均有照明光源，以便于在黑

19、暗環(huán)境中觀測。4.3 電子經(jīng)緯儀南方ET-02電子經(jīng)緯儀4.3 電子經(jīng)緯儀PWR鍵為電源開關鍵。顯示窗中字符“HR”右邊顯示的是當前視線方向的水平度盤讀數(shù)；在顯示窗中字符“V”的右邊將顯示“OSET”字符，它提示用戶應指示豎盤指標歸零。 望遠鏡置于盤左位置，向上或向下轉動望遠鏡，當其視準軸通過水平視線位置時，顯示窗中字符“V”右邊的字符“OSET”將變成當前視準軸方向的豎直度盤讀數(shù)值，即可進行角度測量。經(jīng)緯儀的軸線及其應滿足的條件 經(jīng)緯儀的軸線 橫軸 HH 視準軸 CC 水準管軸 LL 豎軸 VV 圓水準軸 LL 應滿足的條件 水準管軸垂直于豎軸 LLVV 視準軸垂直于橫軸 CCHH 橫軸垂直

20、于豎軸 HHVV 十字豎絲垂直于橫軸 豎絲HH 圓水準軸平行于豎軸 LLVV 4.4 經(jīng)緯儀的檢驗與校正1.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180是否仍居中？3.校正：用水準管校正螺旋使氣泡返回一半，用腳螺旋糾正一半。1.水準管軸垂直于豎軸的檢驗與校正1.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180是否仍居中？3.校正：用水準管校正螺旋使氣泡返回一半， 用腳螺旋糾正一半。一、照準部水準管軸垂直于豎軸的檢驗與校正 4.4 經(jīng)緯儀的檢驗與校正二、十字絲豎絲的

21、檢驗與校正 4.4 經(jīng)緯儀的檢驗與校正1.不良影響：不能精確瞄準目標。2.檢驗：用十字絲交點精確照準遠處一清晰目標點A。旋緊水平制動螺旋與望遠鏡制動螺旋，慢慢轉動望遠鏡微動螺旋，如點A不離開豎絲，則條件滿足，否則需要校正。3.校正：旋下目鏡分劃板護蓋，松開4 個壓環(huán)螺絲，慢慢轉動十字絲分劃板座，然后再作檢驗，待條件滿足后再擰緊壓環(huán)螺絲，旋上護蓋。三、視準軸的檢驗與校正 4.4 經(jīng)緯儀的檢驗與校正1.不良影響：在繞橫軸旋轉時視準軸畫出圓錐面,觀測同一鉛垂面內(nèi)不同高度的目標時，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A點，倒轉望遠鏡得B1，盤右，先照準A點，倒轉望遠鏡得B2

22、，若B1，B2不重合則有此誤差。3.校正：在B2附近標出扣除c影響后的B點，平移十字絲使視準軸照準B點。四、橫軸的檢驗與校正 4.4 經(jīng)緯儀的檢驗與校正1. 不良影響：視準軸畫出傾斜面，觀測同一豎直面內(nèi)不同高度的目標時，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，先照準高點P，再投影至儀器高度得A點；盤右，先照準同一點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：標明AB的中點M，照準M點，抬高望遠鏡至P附近，升降橫軸的一端使照準P點。五、豎盤指標差的檢驗與校正 4.4 經(jīng)緯儀的檢驗與校正1.檢驗： 安置儀器，用盤左、盤右兩個鏡位觀測同一目標點，分別使豎盤指標水準管氣泡居中，讀取豎盤讀數(shù)L和R，計算指標差X。如X 超出1的范圍，則需改正。2.校正： 盤右照準目標點，不含指標差的盤右讀數(shù)應為R-X。轉動豎直度盤指標水準管微動螺旋，使豎盤讀數(shù)為R-X，這時指標水準管氣泡必然不再居中，可用撥針撥動指標水準管校正螺旋使氣泡居中。 4.5 角度測量誤差分析及注意事項 第4章 角度測量一、儀器誤差 1.視準軸誤差; 2.橫軸誤差; 3.豎軸誤差; 4.豎盤指標差; 5.照準部