经纬仪及水平角观测.docx
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经纬仪及水平角观测
第七章经纬仪及水平角观测
§7-1水平角观测的概念
水平角：
相交的两直线之间的夹角在水平面上的投影。
地面上A、O、B三点通过它们的铅垂线在水平面上投影为A1、O1、B1。
则∠A1O1B1为通过OA与OB的的两竖直面所形成的两面角。
其可在两竖面交线O1O2上任意一点均可进行测量。
设想在竖线O1O2上的O2点放置一个顺时针注记的全圆量角器（度盘），使其中心正好在O1O2竖线上，并成水平位置。
从OA竖面与度盘的交线得一读数a，再从OB竖面与度盘的交线得另一读数b，则b减a就是圆心角β即水平角∠A1O1B1：
β=b-a
§7-2光学经纬仪
一、一般构造：
1、基座：
固定在三角架上（中心连接螺旋）、脚螺旋、圆水准气泡
作用：
用于连接和整平。
2、度盘
包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。
注记：
0˚~360˚
分划：
20＇、30＇、1˚三种
注：
①水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随望远镜转动；
②水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观测方向的角度值；
③竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望远镜固定，随望远镜一起转动。
3、照准部：
望远镜、横轴、支架、竖轴、水平制动螺旋和微动螺旋、望远镜微动螺旋、望远镜制动螺旋、竖盘指标水准管微动螺旋、竖直度盘、水平度盘、变换水平度盘位置手轮（复测按钮）、水准管
望远镜：
目镜、读数显微镜、准星
望远镜—用于瞄准目标
圆水准器—用于粗略整平仪器
管水准器—用于精确整平仪器
光学对点器—用于使度盘中心和测点在同一铅垂线上
读数装置—用于读数
二、度盘和读数设备
读数装置由棱镜、透镜、读数显微镜组成；
用于读取度盘读数。
（J6）带分划尺的显微镜。
1．具有分微尺读数装置的光学经纬仪的读数方法
2．具有单平行玻璃测微器读数装置的光学经纬仪的读数方法
3读数光路。
读数方法分测微尺和测微两种方法。
§7-5经纬仪的安置
内容及要求：
对中（centering）3mm
整平（leveling）1格
一、使用垂球作经纬仪的对中和整平
（1）移动或伸缩三脚架（粗略对中）
（2）脚架头上移动仪器（精确对中）
（3）旋转脚螺旋使水准管气泡居中（整平）
（4）反复
（2）、（3）两步。
三、使用光学对中器作经纬仪的对中和整平
（1）大致水平大致对中
眼睛看着对中器，拖动三脚架2个脚,使仪器大致对中,并保持“架头”大致水平。
（2）伸缩脚架粗平
根据气泡位置，伸缩三脚架2个脚，使圆水准气泡居中。
（3）旋转三个脚螺旋精平
按“左手大拇指法则”旋转三个脚螺旋，使水准管气泡居中。
1）转动仪器，使水准管与1、2脚螺旋连线平行。
2）根据气泡位置运用法则，对向旋转1、2脚螺旋。
3）转动仪器900，运用法则，旋转3脚螺旋。
（4）架头上移动仪器，精确对中
（5）脚螺旋精平。
（6）反复（4）、（5）两步。
§7-6水平角的观测方法
盘左（正镜）：
观测者对着望远镜的目镜时，竖盘在望远镜的左边
盘右（倒镜）：
观测者对着望远镜的目镜时，竖盘在望远镜的右边
一、测回法
只用于观测两个方向之间的单角。
设要测的水平角为∠AOB，在O点安置经纬仪进行观测。
操作步骤：
1．盘左位置（正镜）：
瞄准目标A，读取水平度盘读数a1，记入观测手簿；
顺时针方向转动照准部，瞄准目标B，读取水平度盘读数b1。
2．盘右位置（倒镜）：
倒转望远镜，瞄准目标B，读取水平度盘读数b2，记入观测手簿；
顺时针方向转动照准部，瞄准目标A，读取水平度盘读数a2，记入观测手簿；
则水平角为：
在进行多个测回的观测时，为减小水平度盘带动误差的影响，需按
配置度盘。
各个方向2C值互差限差。
两项限差：
1．两个半测回的方向值（角值）之差；
2．各测回方向值之差；
二、方向观测法
当观测方向在三个以上时，通常采用方向观测法。
当观测方向多于三个时，需“归零”。
当观测方向为三个时，可不归零。
1．盘左位置（正镜）：
顺时针方向依次观测A、B、C、D、A，并读取水平度盘读数，记入观测手簿。
2．盘右位置（倒镜）：
倒转望远镜，用盘右位置逆时针方向依次照准A、D、C、B、A，读数并记入手簿；
§7-7经纬仪的检验和校正
一、经纬仪上主要轴线应满足的条件
1、照准部水准管轴应垂直于竖轴
2、视准轴应垂直于横轴
3、横轴应垂直于竖轴
**4、竖丝应垂直于横丝
二、经纬仪构造上条件不满足对水平方向的影响
（一）水平度盘偏心
度盘分划线的中心与照准部旋转中心不重合。
，故取盘左盘右的平均值可消除度盘偏心的影响。
M
（二）视准轴不垂直于横轴
（三）横轴不水平
M’
（四）竖轴不竖直
C
横轴不水平的误差两个组成部分：
1．横轴误差：
竖轴已竖直而横轴不垂直于竖轴
2．竖轴倾斜误差：
横轴垂直于竖轴，竖轴不竖直
注：
盘左盘右的平均值不能消除竖轴倾斜误差对水平方向的影响。
O’
三、经纬仪的检验和校正
O
（一）照准部水准轴应垂直于竖轴的检验和校正
1、检验：
用任意两脚螺旋使水准管气泡居中，然后将照准部旋转180°，若气泡偏离1格，则需校正。
2、校正：
用脚螺旋使气泡向中央移动一半后，再拨动水准管校正螺丝，使气泡居中。
此时若圆水准器气泡不居中，则拨动圆水准器校正螺丝。
（二）十字丝竖丝应垂直于横轴的检验和校正
1、检验：
用十字丝交点对准一目标点，再转动望远镜微动螺旋，看目标点是否始终在竖丝上移动。
2、校正：
微松十字丝的四个压环螺丝，转动十字丝环，使目标点始终在竖丝上移动。
（三）视准轴应垂直于横丝的检验和校正
1、检验：
在平坦地面上选择一直线AB，约60m～100m，在AB中点O架仪，并在B点垂直横置一小尺。
盘左瞄准A，倒镜在B点小尺上读取B1；再用盘右瞄准A，倒镜在B点小尺上读取B2。
J6：
2c>
；J2：
2c>
时，则需校正。
2、校正：
拨动十字丝左右两个校正螺丝，使十字丝交点由B2点移至BB2中点B3。
（四）横轴应垂直竖轴的检验与校正
1、检验：
在20~30m处的墙上选一仰角大于30°的目标点P，先用盘左瞄准P点，放平望远镜，在墙上定出
P1点；再用盘右瞄准P点，放平望远镜，在墙上定出P2点。
J6：
i>
时，则需校正。
2、校正：
用十字丝交点瞄准P1P2的中点M，抬高望远镜，并打开横轴一端的护盖，调整支承横轴的偏心轴环，抬高或降低横轴一端，直至交点瞄准P点。
此项校正一般由仪器检修人员进行。
（五）光学对中器的检验校正
1、检验：
精密安置仪器后，将刻划中心在地面上投下一点，再旋转照准部，每隔120°投下一点，若三点不重合，则需校正。
2、校正：
用拨针使刻划中心向三点的外接圆心移动一半。
§7-8水平角观测的误差及其减弱的措施
一、水平角观测的误差
（一）仪器误差
主要包括仪器检校后的残余误差和仪器制造、
加工不完善所引起的误差。
1、视准轴误差（2c值，盘左、盘右取平均可消除）
2、横轴倾斜误差（i角，盘左、盘右取平均可消除）
3、度盘偏心差（照准部旋转中心与水平度盘分划中心不重合，盘左、盘右取平均可消除）
4、度盘刻划误差（度盘刻划不均匀，测回间变换度盘可减弱）
5、竖轴倾斜误差（盘左、盘右取平均不可消除，精确整平可减弱）
（二）仪器对中误差与目标偏心误差
1、仪器对中误差（与偏心距成正比，与视线边长成反比，当水平角接近180˚时影响最大；精确对中可减弱）
2、目标偏心差（与偏心距成正比，与视线边长成反比；瞄准目标底部可减弱）
3、仪器整平误差（精确整平，一测回内气泡偏离不能超过2格，否则，测回间重新整平）
（三）三联脚架法
为减小仪器对中误差和目标偏心误差对水平角的影响，有些经纬仪的照准部可与基座分离而换置供瞄准用的标牌。
三联脚架法，在测定角度时，不动基座，将一起上部分离，依次移动。
（四）照准误差与读数误差
1、照准误差（消除视差，精确瞄准）
主要影响因素有：
望远镜的放大率，目标与照准标志的形状以及人眼的判别能力，目标影像的亮度和清晰度等。
2、读数误差（消除视差，认真读数）
读数误差主要取决于仪器的读数设备。
（五）外界条件的影响
外界条件的影响比较复杂，应选择有利的观测条件，尽量避免不利因素对测量的影响。
1、温度的影响（打伞遮阳）
2、大气折光的影响（选择良好的天气观测）
二、水平角观测的精度
水平角观测的精度与上述各种误差的综合影响有关。
对于J6光学经纬仪来说，设计时考虑了有关误差的影响，保证野外一测回的方向中误差为
。
现以野外一测回的方向中误差
为依据，应用误差传播定律来分析水平角观测的精度。
设一测回的方向中误差为
，则各测回同一方向的较差中误差为
由于一测回的方向值是两个半测回方向值的平均值，则半测回方向值的中误差为
从而得上、下两个半测回同一方向的较差中误差为
若取两倍中误差作为限差，则各测回同一方向的较差为
上、下半测回同一方向较差为
若取三倍中误差作为限差，则各测回同一方向的较差和上、下半测回同一方向的较差分别为
下面在分析一下角度。
由于角值是两个方向值之差，故得野外一测回角值中误差为
若取二倍中误差作为限差，则野外一测回角值最大误差为
若取三倍中误差作为限差，则野外一测回角值最大误差为
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