角度、距離測(cè)量與全站儀角度部分課件

第五章

角度、距離測(cè)量與全站儀第四章水準(zhǔn)測(cè)量和水準(zhǔn)儀

§5.1角度測(cè)量原理

一、水平角測(cè)量原理水平角：相交的兩直線之間的夾角在水平面上的投影(0~360?)。ABOab儀器安置的高低及瞄準(zhǔn)目標(biāo)的高低對(duì)水平角的觀測(cè)有無影響？027090180水平面二、豎直角測(cè)量原理豎直角：同一豎直面內(nèi)，目標(biāo)方向線與一特定方向線之間的夾角，稱為豎直角。AB天頂距和高度角統(tǒng)稱為豎直角。高度角,習(xí)慣上又稱為豎角，也稱為垂直角。+-z水平方向天頂方向天頂距：在同一豎直面內(nèi)，目標(biāo)方向與天頂方向所構(gòu)成的角（0～180?）

。高度角：在同一豎直面內(nèi)，目標(biāo)方向和水平方向間的夾角（0～±90?）

。豎角α與天頂距Z的關(guān)系為

α=90°－Z§5.2經(jīng)緯儀2、經(jīng)緯儀的軸系關(guān)系：經(jīng)緯儀應(yīng)滿足的條件：豎軸必須豎直（水準(zhǔn)管軸應(yīng)垂直于豎軸）；水平度盤必須水平，其分劃中心應(yīng)在豎軸上（水平讀盤垂直于豎軸）望遠(yuǎn)鏡上下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，視準(zhǔn)軸形成的視準(zhǔn)面必須是豎直平面（視準(zhǔn)軸應(yīng)垂直于橫軸）豎絲應(yīng)垂直于橫軸豎直度盤圓水準(zhǔn)軸水準(zhǔn)管軸水平度盤視準(zhǔn)軸橫軸豎軸2.經(jīng)緯儀的分類光學(xué)經(jīng)緯儀：光學(xué)玻璃度盤，采用光學(xué)法讀數(shù)。電子經(jīng)緯儀：電子度盤，電子法測(cè)角技術(shù)獲取角值。

我國大地測(cè)量儀器的總代號(hào)為漢語拼音字母“D”，經(jīng)緯儀代號(hào)為“J”。經(jīng)緯儀的類型很多，我國經(jīng)緯儀系列是按野外“一測(cè)回水平方向中誤差”這一精度指標(biāo)劃分為DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15五個(gè)等級(jí)。例如“DJ6”表示經(jīng)緯儀野外“一測(cè)回水平方向中誤差”不超過6″，簡(jiǎn)寫為“J6”。二、光學(xué)經(jīng)緯儀的讀數(shù)設(shè)備1、度盤1）水平度盤—水平角2）豎直度盤—豎直角2、讀數(shù)設(shè)備1）讀數(shù)顯微鏡—放大度盤上的讀數(shù)2）測(cè)微器—精確量取小于度盤上的最小刻劃的讀數(shù)090270180基本原理：轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微手輪時(shí)，一對(duì)移動(dòng)光楔或平板玻璃作等量相反方向運(yùn)動(dòng)可使度盤分劃線影像作相向移動(dòng)而彼此接合，這個(gè)移動(dòng)量可在秒盤相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)量上顯示出來。4、雙平板玻璃光學(xué)測(cè)微器度盤最小分劃20‘，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)微手輪使度盤，對(duì)徑分劃影像重合。在度盤上讀取整10‘。10‘對(duì)應(yīng)600小格，最小分劃1‘’，不足10'在秒盤上讀取三、電子經(jīng)緯儀采用光電掃描度盤將角度值變?yōu)殡娦盘?hào)，利用電子技術(shù)測(cè)角，最后再將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為角度值，使測(cè)角能自動(dòng)顯示、自動(dòng)記錄和自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，從而完成自動(dòng)化測(cè)角的全過程，這種經(jīng)緯儀稱為電子經(jīng)緯儀。2.編碼度盤測(cè)角系統(tǒng)采用編碼度盤及編碼測(cè)微器的測(cè)角系統(tǒng)。純二進(jìn)制編碼度盤四碼道度盤每個(gè)方向都單值對(duì)應(yīng)一個(gè)狀態(tài)（編碼輸出），根據(jù)兩區(qū)間的不同狀態(tài)，便可測(cè)出該兩區(qū)間的夾角。識(shí)別望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)方向落在哪個(gè)區(qū)間是編碼讀盤測(cè)角的關(guān)鍵不可能達(dá)到較高的測(cè)角精度四碼道度盤的角分辨率為22.5°3.光柵度盤測(cè)角系統(tǒng)

在光學(xué)玻璃度盤的徑向上均勻地刻制明暗相間的等角距細(xì)線條就構(gòu)成光柵度盤。

將密度相同的兩塊光柵重疊，并使它們的刻線相互傾斜一個(gè)很小的角度，這時(shí)就會(huì)產(chǎn)生明暗相間的條紋（莫爾條紋）。夾角越小，條紋越粗。條紋的亮度按正弦周期性變化。一、經(jīng)緯儀的安置1、對(duì)中——使儀器的中心和測(cè)站點(diǎn)的標(biāo)志中心在同一鉛垂線上。2、整平——使儀器的豎軸豎直。即水平度盤水平。用光學(xué)對(duì)中器進(jìn)行對(duì)中和整平步驟：1、粗對(duì)中——固定三腳架一條腿，移動(dòng)兩條腿；2、精對(duì)中——調(diào)腳螺旋；3、粗平——升降三腳架使圓水準(zhǔn)器氣泡居中；4、精平——調(diào)腳螺旋（首先，水準(zhǔn)管平行兩個(gè)腳螺旋方向，調(diào)該兩個(gè)腳螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡居中，旋轉(zhuǎn)90度使水準(zhǔn)管垂直該兩個(gè)腳螺旋方向，調(diào)第三個(gè)腳螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡居中。檢查任何方向氣泡居中。）5、檢查對(duì)中；6、反復(fù)進(jìn)行上述操作，直到對(duì)中和整平都滿足要求?！?.3角度觀測(cè)方法二、水平角的觀測(cè)方法1、測(cè)回法OAB盤左：先瞄準(zhǔn)左邊的目標(biāo)A讀數(shù)再瞄準(zhǔn)右邊的目標(biāo)讀數(shù)盤右：先瞄準(zhǔn)目標(biāo)B讀數(shù)再瞄準(zhǔn)目標(biāo)A讀數(shù)盤右半測(cè)回或下半測(cè)回盤左半測(cè)回或上半測(cè)回一測(cè)回在不同的測(cè)回間，為了減小度盤刻劃的誤差，須配度盤限差：1、兩個(gè)半測(cè)回方向值之差；2、各測(cè)回方向值之差返回1、測(cè)回法記錄表格二、水平角的觀測(cè)方法2C=L–(R±180°)

方向觀測(cè)法的各項(xiàng)限差經(jīng)緯儀型號(hào)光學(xué)測(cè)微器兩次重合讀數(shù)差半測(cè)回歸零差一測(cè)回內(nèi)2C較差同一方向值各測(cè)回較差DJ1DJ2136891369DJ6-18-242、方向法記錄表格57豎盤是和望遠(yuǎn)鏡固連在一起的。注記的形式多為盤左順時(shí)針。0090180270盤左盤右090270180豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管豎盤指標(biāo)自動(dòng)歸零三、豎直角觀測(cè)2、豎盤指標(biāo)差0090180270盤左盤右090270180的符號(hào)：所偏的方向和注記的方向一致，則為正。反之為負(fù)。1、在測(cè)站上安置好儀器，對(duì)中、整平。2、盤左位置瞄準(zhǔn)目標(biāo)，使十字絲切于目標(biāo)某一位置，讀出或量取目標(biāo)高。3、轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，使豎盤水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤盤左讀數(shù)。4、盤右的位置照準(zhǔn)原目標(biāo)位置，讀取盤右豎盤讀數(shù)。（豎盤指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中）3、豎角觀測(cè)方法§5.4水平角觀測(cè)的誤差和精度一、水平角觀測(cè)的誤差1、儀器誤差2、對(duì)中誤差3、目標(biāo)偏心誤差4、照準(zhǔn)誤差與讀數(shù)誤差5、外界條件的影響儀器誤差

1)水平度盤偏心誤差：是指水平度盤分劃中心與照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)中心不重合，稱為水平度盤偏心。水平度盤偏心對(duì)水平度盤讀數(shù)的影響可采用盤左盤右觀測(cè)取平均值的方法來消除或減弱其影響。

2）視準(zhǔn)軸誤差：視準(zhǔn)軸不垂直于橫軸一般規(guī)定盤左時(shí)視準(zhǔn)軸物鏡向左偏斜的c值為正，向右偏斜為負(fù)，則對(duì)于同一目標(biāo)，若盤左觀測(cè)時(shí)為正（負(fù)），則盤右觀測(cè)時(shí)即為負(fù)（正），而α值不變，故盤左、盤右的xc值的絕對(duì)值相等而符號(hào)相反。所以，取盤左、盤右讀數(shù)的中數(shù)，可消除視準(zhǔn)軸誤差的影響。3）橫軸傾斜誤差：橫軸不垂直于豎軸所產(chǎn)生的誤差規(guī)定盤左時(shí)橫軸左端低于另一端時(shí)的i角為正，高于另一端時(shí)為負(fù)，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(cè)時(shí)為正（負(fù)），則盤右觀測(cè)時(shí)即為負(fù)（正），而α值不變，故盤左、盤右的xi值的絕對(duì)值相等而符號(hào)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4）豎軸傾斜誤差：若視準(zhǔn)軸與橫軸垂直，橫軸垂直于豎軸，而豎軸與照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸已垂直，僅由于儀器未嚴(yán)格整平而使豎軸不在豎直位置，豎軸偏離鉛垂線一微小角度，這就是豎軸傾斜誤差。

無論盤左盤右照準(zhǔn)同一目標(biāo)，β均相同，即Xv的符號(hào)不變，故盤左盤右的平均值不能消除豎軸傾斜誤差對(duì)水平方向的影響。2．儀器對(duì)中誤差:在觀測(cè)中，儀器中心與測(cè)站點(diǎn)中心不在同一鉛垂線上，稱為對(duì)中誤差。儀器對(duì)中誤差對(duì)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(shí)影響最大；與測(cè)站至目標(biāo)的距離s1和s2的乘積成反比；距離愈短，影響愈大。對(duì)于短邊的角度要特別注意對(duì)中。3.目標(biāo)偏心誤差：目標(biāo)偏心是指目標(biāo)點(diǎn)上豎立的標(biāo)志中心（如測(cè)釬、花桿、標(biāo)牌等）與地面點(diǎn)標(biāo)志中心不在同一鉛垂線上。

A、B為標(biāo)志實(shí)際中心，A′、B′為照準(zhǔn)的中心，β為正確的角度，β′為觀測(cè)的角度。目標(biāo)偏心誤差對(duì)水平角的影響與測(cè)站至目標(biāo)的距離s1和s2有關(guān)，距離越短，影響越大。4．照準(zhǔn)誤差與讀數(shù)誤差影響照準(zhǔn)精度的主要因素有：

望遠(yuǎn)鏡的放大率，目標(biāo)與照準(zhǔn)標(biāo)志的形狀和大小、目標(biāo)影象的亮度和清晰度人眼的判別能力等。

觀測(cè)時(shí)，應(yīng)注意消除視差，正確完成照準(zhǔn)操作。讀數(shù)誤差與讀數(shù)設(shè)備、照明情況和觀測(cè)者的技術(shù)熟練程度都有關(guān)。

一般來講，讀數(shù)誤差主要取決于儀器的讀數(shù)設(shè)備。

對(duì)于用分微尺讀數(shù)裝置的J6光學(xué)經(jīng)緯儀，一般認(rèn)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，顯微鏡目鏡未正確調(diào)焦以及觀測(cè)者的技術(shù)不熟練，則讀數(shù)誤差會(huì)更大。

外界條件影響的因素很多,主要有：

（1）大風(fēng)會(huì)影響儀器和標(biāo)桿的穩(wěn)定，

（2）溫度變化會(huì)影響儀器的正常狀態(tài)，如改變視準(zhǔn)軸位置.

（3）大氣折光可導(dǎo)致視線改變方向，地面輻射熱又會(huì)加劇大氣折光的影響。

（4）大氣的透明度會(huì)影響照準(zhǔn)精度，如霧氣使目標(biāo)成象模糊。

（5）地面堅(jiān)實(shí)與否會(huì)影響儀器的穩(wěn)定。5.外界條件的影響二、水平角觀測(cè)的精度J6光學(xué)經(jīng)緯儀一測(cè)回角值的中誤差半測(cè)回方向值的中誤差歸零差的中誤差同一方向各測(cè)回較差§5.5經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)和校正一、經(jīng)緯儀主要軸線間應(yīng)滿足的條件1.經(jīng)緯儀上的主要軸線有：

（1）儀器的旋轉(zhuǎn)軸VV(簡(jiǎn)稱豎軸)；

（2）望遠(yuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)軸HH(簡(jiǎn)稱橫軸)；（3）望遠(yuǎn)鏡的視準(zhǔn)軸CC；

（4）照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸LL。3.經(jīng)緯儀應(yīng)滿足的條件

①照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸應(yīng)垂直于豎軸；

②視準(zhǔn)軸應(yīng)垂直于橫軸；

③橫軸應(yīng)垂直于豎軸；

④十字絲豎絲應(yīng)垂直于橫軸；

⑤豎盤指標(biāo)差在限差范圍內(nèi)。①豎軸必須豎直；②水平度盤必須水平，其分劃中心應(yīng)在豎軸上③望遠(yuǎn)鏡上下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，視準(zhǔn)軸形成的視準(zhǔn)面必須是豎直平面2.經(jīng)緯儀在水