工程测量实训五 角度测量.docx
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工程测量实训五角度测量
工程测量实训五角度测量
一、目的与要求
1．练习经纬仪对中、整平、瞄准和读数的方法，掌握基本操作要领。
2．要求对中误差小于3mm，整平误差小于一格。
4．掌握测回法观测水平角的观测顺序、记录和计算方法。
上、下半测回角值互差不超过±40″。
二、实验仪器和工具
Dj6电子经纬仪1台记录板1块，测钎2根
四、实验内容
①．角度测量的原理及相关基本概念
（一）水平角的测量原理
水平角概念：
从一点到两目标的方向线垂直投影在水平面上所成的角，β。
如下图
为了测定水平角β，那么可设想在过角顶B点上方安置一个水平度盘，水平度盘上面带有顺时针刻划、注记。
我们可以在BA方向读一个数n，在BC方向读一个数m，那水平角β就等于m减n，用公式表示为
β＝右目标读数m－左目标读数n
水平角值为0～360°。
（二）竖直角的测量原理
竖直角概念：
测站点到目标点的视线与水平线间的夹角，用α表示。
如下图：
α为AB方向线的竖直角。
其值从水平线算起，向上为正，称为仰角，范围是0°～90°；向下为负，称为俯角，范围为0°～－90°。
为了测定竖直角，那我们同测水平角类似，在A点安置一个竖直度盘，同样是带有刻划和注记。
这个竖直度盘随着望远镜上下转动，瞄准目标后则有一个读数，那此读数就为竖直角。
②．DJ6型光学经纬仪及使用
使用方法
（一）安置经纬仪在测量角度以前，首先要把经纬仪安置在设置有地面标志的测站上。
所谓测站。
即是所测角度的顶点。
安置工作包括对中、整平两项。
1．对中【对中的目的是是仪器的中心与测站点（标志中心）处于同一铅垂线上】
在安置仪器以前，首先将三脚架打开，抽出架腿，并旋紧架腿的固定螺旋。
然后将三个架腿安置在以测站为中心的等边三角形的角顶上。
这时架头平面即约略水平，且中心与地面点约略在同一铅垂线上。
从仪器箱中取出仪器，用附于三脚架头上的连结螺旋，将仪器与三脚架固连在一起，然后即可精确对中。
2．整平【整平的目的是使仪器数轴在铅垂位置，水平度盘处于水平位置】
经纬仪整平的目的，乃是使竖轴居于铅垂位置。
整平时要先用脚螺旋使圆水准气泡居中，以粗略整平，再用管水准器精确整平。
由于位于照准部上的管水准器只有一个，可以先使它与一对脚螺旋连线的方向平行，然后双手以相同速度相反方向旋转这两个脚螺旋，使管水准器的气泡居中。
再将照准部平转90°，用另外一个脚螺旋使气泡居中。
这样反复进行，直至管水准器在任一方向上气泡都居中为止。
在整平后还需检查光学对中器是否偏移。
如果偏移，则重复上述操作方法，直至水准气泡居中，对中器对中为止。
3．瞄准
水平角观测时，应尽量照准目标的底部。
当目标较近时，成像较大，则用单丝平分目标；当目标较远时，成像较小，则用双丝夹住目标或用单丝与目标重合。
竖直角观测时，应用中横丝照准目标顶部或某一预定部位。
4．读数
③．水平角和竖直角的观测
一．水平角观测
一）测回法测水平角
当所测的角度只有两个方向时，通常都用测回法观测。
如下图所示，欲测OA、OB两方向之间的水平角∠AOB时，在角顶O安置仪器，在A、B处设立观测标志。
经过对中、整平以后，即可按下述步骤观测。
（1）将复测扳手扳向上方。
松开照准部及望远镜的制动螺旋。
利用望远镜上的粗瞄器，以盘左（竖盘在望远镜视线方向的左侧时称盘左）粗略照准左方目标A。
关紧照准部及望远镜的制动螺旋，再用微动螺旋精确照准目标，同时需要注意消除视差及尽可能照准目标的下部。
对于细的目标，宜用单丝照准，使单丝平分目标像；而对于粗的目标，则宜用双丝照准，使目标像平分双丝，以提高照准的精度。
最后读取该方向上的读数
。
（2）松开照准部及望远镜的制动螺旋，顺时针方向转动照准部，粗略照准右方目标B。
再关紧制动螺旋，用微动螺旋精确照准，并读取该方向上的水平度盘读数
。
盘左所得角值即为：
。
以上称为上半测回。
（3）将望远镜纵转180°，改为盘右。
重新照准右方目标B，并读取水平度盘读数
。
然后顺时针或逆时针方向转动照准部，照准左方目标A。
读取水平度盘读数
，则盘右所得角值
。
以上称为下半个测回。
两个半测回角值之差不超过规定限值时，取盘左盘右所得角值的平均值
，即为一测回的角值。
根据测角精度的要求，可以测多个测回而取其平均值，作为最后成果。
观测结果应及时记入手簿，并进行计算，看是否满足精度要求。
水平角测量记录表（样表）
小组号：
14观测者：
钱强朱莉丽黄伟骏记录者：
瞿凯
水平角测量记录表
测站
测点
盘左读数
盘右读数
均值
平均角值
备注
1
A
0°02′06″
180°02′06″
14°00′15″
14°00′23″
B
14°02′12″
194°02′30″
A
90°02′48″
270°04′30″
14°00′30″
B
104°03′12″
284°05′06″
2
A
0°02′00″
180°03′48″
138°42′30″
138°42′17″
B
138°44′54″
318°45′54″
A
90°02′06″
270°03′00″
138°42′03″
B
228°44′06″
48°45′06″
3
A
0°01′54″
180°08′42″
27°17′35″
27°17′34″
B
27°19′00″
207°26′48″
A
90°02′00″
270°03′06″
27°17′33″
B
117°18′54″
297°21′18″
∑f=180°00′15″误差15″＜69″
值得注意的是：
上下两个半测回所得角值之差，应满足有关测量规范规定的限差，对于DJ6级经纬仪，限差一般为30″或40″。
如果超限，则必须重测。
如果重测的两半测回角值之差仍然超限，但两次的平均角值十分接近，则说明这是由于仪器误差造成的。
取盘左盘右角值的平均值时，仪器误差可以得到抵消，所以各测回所得的平均角值是正确的。
两个方向相交可形成两个角度，计算角值时始终应以右边方向的读数减去左边方向的读数。
如果右方向读数小于左方向读数，则应先加360°后再减，所以测得的是哪个角度与照准部的转动方向无关，与先测哪个方向也无关，而是取决于用哪个方向的读数减去哪个方向的读数。
在下半测回时，仍要顺时针转动照准部，是为了消减度盘带动误差的影响。
二）方向观测法测水平角
当在一个测站上需观测多个方向时，宜采用这种方法，它的直接观测结果是各个方向相对于起始方向的水平角值，也称为方向值。
相邻方向的方向值之差，就是它的水平角值。
如图所示，
（1）在O点安置仪器，对中、整平。
（2）选择一个距离适中且影像清晰的方向作为起始方向，设为OA。
（3）盘左照准A点，并安置水平度盘读数，使其稍大于0°，用测微器读取两次读数。
（4）以顺时针方向依次照准B、C、D诸点。
最后再照准A，称为归零。
在每次照准时，都用测微器读取两次读数。
以上称为上半测回。
（5）倒转望远镜改为盘右，以逆时针方向依次照准A、D、C、B、A，每次照准时，也是用测微器读取两次读数。
这称为下半测回，上下两个半测回构成一个测回。
每次读数后，应及时记入手簿。
手簿的格式见实习手簿。
数据整理：
平均值=[L+（R+-180°）]/2，
二．竖直角观测
一）竖盘的构造
为测竖直角而设置的竖直度盘（简称竖盘）固定安置于望远镜旋转轴（横轴）的一端，其刻划中心与横轴的旋转中心重合。
所以在望远镜作竖直方向旋转时，度盘也随之转动。
另外有一个固定的竖盘指标，以指示竖盘转动在不同位置时的读数，这与水平度盘是不同的。
竖直度盘的刻划也是在全圆周上刻为360°，但注字的方式有顺时针及逆时针两种。
通常在望远镜方向上注以0°及180°，如下图所示。
在视线水平时，指标所指的读数为90°或270°。
竖盘读数也是通过一系列光学组件传至读数显微镜内读取。
（a）（b）
对竖盘指标的要求，是始终能够读出与竖盘刻划中心在同一铅垂线上的竖盘读数。
为了满足这个要求，它有两种构造形式：
一种是借助于与指标固连的水准器的指示，使其处于正确位置，在早期的仪器都属此类；另一种是借助于自动补偿器，使其在仪器整平后，自动处于正确位置。
二）竖直角的观测方法
由竖直角的定义已知，它是倾斜视线与在同一铅垂面内的水平视线所夹的角度。
由于水平视线的读数是固定的，所以只要读出倾斜视线的竖盘读数，即可求算出竖直角值。
但为了消除仪器误差的影响，同样需要用盘左、盘右观测。
其具体观测步骤为：
1.在测站上安置仪器，对中，整平。
2.以盘左照准目标，如果是指标带水准器的仪器，必须用指标微动螺旋使水准器气泡居中，然后读取竖盘读数L，这称为上半测回。
3.将望远镜倒转，以盘右用同样方法照准同一目标，使指标水准器气泡居中后，读取竖盘读数R，这称为下半测回。
如果用指标带补偿器的仪器，在照准目标后即可直接读取竖盘读数。
根据需要可测多个测回。
三）竖直角的计算
竖直角的计算方法，因竖盘刻划的方式不同而异。
但现在已逐渐统一为全圆分度，顺时针增加注字，且在视线水平时的竖盘读数为90°。
现以这种刻划方式的竖盘为例，说明竖直角的计算方法、如遇其他方式的刻划，可以根据同样的方法推导其计算公式。
，当在盘左位置且视线水平时，竖盘的读数为90°（图中（a）），如照准高处一点A（图中（b）），则视线向上倾斜，得读数L。
按前述的规定，竖直角应为“＋”值，所以盘左时的竖直角应为：
当在盘右位置且视线水平时，竖盘读数为270°（图中（c）），在照准高处的同一点A时（图中（d）），得读数R。
则竖直角应为：
取盘左、盘右的平均值，即为一个测回的竖直角值，即
四）竖盘指标差
如果指标不位于过竖盘刻划中心的铅垂线上，如上图所示，视线水平时的读数不90°或270°，而相差x，这样用一个盘位测得的竖直角值，即含有误差x，这个误差称为竖盘指标差。
为求得正确角值
，需加入指标差改正。
即：
（3－1）
（3－2）
解上两式可得：
（3－3）
（3－4）
从（3－3）式可以看出，取盘左、盘右结果的平均值时，指标差x的影响已自然消除。
将（3－1）减去（3－2）式，可得：
（3－5）
即利用盘左、盘右照准同一目标的读数，可按上式直接求算指标差x。
如果x为正值，说明视线水平时的读数大于90°或270°，如果为负值，则情况相反。
在竖直角测量中，常常用指标差来检验观测的质量，即在观测的不同测回中或不同的目标时，指标差的较差应不超过规定的限值
预备知识（请按照要求完成下列题目）
某水平角观测三个测回时，各测回理论起始读数分别为___________、____________和_____________。
水平角观测中，用盘左、盘右观测取其平均值的方法可以消除______________、_____________和_______________的影响。
水平角定义是：
___________________________________________________；竖直角定义是：
__________________________________________________。
瞄准同一竖直面上高度不同的点，其水平读盘读数______（相同/不相同），原因是：
________________________________________________。
观测竖直角时，只需要瞄准一个方向就可测得竖直角值的原因是：
______________________________________________________________。
根据你使用的仪器，在电子经纬仪上设定一个初始读数为60°00′00″的具体操作步骤有哪些？
A、O、B是一个等腰三角形三个顶点，AO=BO=30m，∠AOB理论值为30°00′00″，仪器架设在O点进行水平角观测。
如果仪器对中偏差50mm（假设可能前移、后退或水平偏移），请分别计算角度测量值会产生多大的偏差？
下表是测回法观测水平角∠AOB的数据记录，请完成相关计算及成果校核。
测
站
测回数
目
标
竖盘
位置
水平度盘读数
（°′″）
半测回角值
（°′″）
一测回平均值
（°′″）
各测回平均值
（°′″）
O
1
A
左
001200
B
914500
A
右
1801130
B
2714510
2
A
左
900548
B
1813854
A
右
2700612
B
013912
成果校核
（1）上下半测回角值互差校核
（2）各测回角值互差校核
测回法观测水平角实训
测回法测量水平角手簿
组号仪器编号测区：
天气：
日期：
年月日测量时间：
自：
测至：
测回
测站
目标
竖盘位置
水平度盘
读数
（°′″）
半测回
角值
（°′″）
一测回平均角值
（°′″）
各测回平均角值
（°′″）
主测人
签字
I
A
B
C
II
A
B
C
成
果
检
核
第一测回：
第二测回：
方向观测法预备知识
1.什么叫归零、归零差和2C值？
2C值如何计算？
可以用什么方法消除2C的影响？
2.
请根据右图所示，简述方向观测法（一测回）的具体操作步骤。
3.根据《城市测量规范》相关规定，水平角方向观测法（DJ6级经纬仪）有哪些限差项目？
容许值各是多少？
以题2的示意图为例（假如进行两个测回），请分别列出各限差的计算式。
4.
下表为某方向法观测水平角的记录，请完成相关计算及成果校核。
测
站
测
回
数
目
标
水平度盘读数
2C
平均读数
归零后
方向值
各测回归零方向值的
平均值
盘左
盘右
°ˊ″
°ˊ″
″
°ˊ″
°ˊ″
°ˊ″
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
O
1
A
000112
1800100
B
411818
2211800
C
1242736
3042730
D
1602518
3402500
A
000106
1800054
2
A
900318
2700312
B
1312012
3112000
C
2142954
342942
D
2502724
702706
A
900306
2700300
成果校核
方向观测法观测水平角实验
方向观测法观测手簿
组号仪器编号测区：
天气：
日期：
年月日测量时间：
自：
测至：
测站
测回数
目标
读数
2C=左-（右±180°）
平均读数=
[左+（右±180°）]
归零后
方向值
各测回归零方向值的平均值
主观测者签名
盘左
盘右
°′″
°′″
″
°′″
°′″
°′″
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
O
I
A
B
C
D
A
O
II
A
B
C
D
A
成
果
校
核
升级会员 