经纬仪原理及角度测量方法.docx

1、经纬仪原理及角度测量方法经纬仪原理及角度测量方法内容：理解水平角、竖直角测量的基本原理；掌握光学经纬仪的基本构造、操作与读数方法；水平 角测量的测回法和方向观测法；掌握竖盘的基本构造及竖直角的观测、计算方法；掌握光学经纬仪的检验 与校正方法；了解水平角测量误差来源及其减弱措施及电子经纬仪的测角原理及操作方法。重点：光学经纬仪的使用方法；水平角测回法测量方法；竖直角测量方法;难点：光学经纬仪的检验与校正。3.1角度测量原理角度测量(angular observation) 包括水平角 (horizontal angle) 测量和竖直角 (vertical angle)测量。一、水平角定义从一点出

2、发的两空间直线在水平面上投影的夹角即二面角，称为水平角。其范围：顺时针 0，360。、竖直角定义在同一竖直面内，目标视线与水平线的夹角，称为竖直角。其范围在 0 - 90之间。如图当视线位于水平线之上，竖直角为正，称为仰角；反之当视线位于水平线之下，竖直角为负，称为俯角。3.2 光学经纬仪(optical theodolite )经纬仪是测量角度的仪器。按其精度分，有 DJ6、 DJ2两种。表示一测回方向观测中误差分别为6、2。一、DJ6光学经纬仪的构造DJ6光学经纬仪图1、 照准部(alidade)2、 水平度盘(horizontal circle)3、 基座(tribrach)、J6的读数

3、方法5I1、 J6经纬仪采用 分微尺测微器读数法”分微尺的分划值为 1 /,估读到获0.1 / (即：6) 如图，水平度盘读数为：73 04 / 24。2、 “ H ”水平度盘读数， “ V ”一竖直度盘读数。三、J2光学经纬仪的构造如图与J6相比，增加了:1、 测微轮一一用于读数时，对径分划线影像符合。2、 换像手轮 用于水平读数和竖直读数间的互换。3、 竖直读盘反光镜一一竖直读数时反光。四、J2的读数方法一般采用对径重合读数法一一转动测微轮，使上下分划线精确重合后读数。五、经纬仪的安置内容及要求：对中（centering） 小于 3mm整平（leveling） 小于1格1、 垂球对中整平法

4、步骤（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。2、 光学对中整平法步骤（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90。，运用法则，旋转 3脚螺旋。(4)架头上移动仪器，精确对

5、中(5)脚螺旋精平。(6)反复(4)、( 5)两步。迪D旳I气泡居中，1. 2零高旋转三个脚螺旋进行精平的示意图3.3 水平角测量 (horizontal angle observation)水平角的测量方法常用的有测回法 (method of observation set)、方向观测法 (method ofdirection observation) 。一、 经纬仪(theodolite ，transit)的安置内容及要求：对中(centering)小于 3mm整平(leveling) 小于1格1、 垂球(plumb bob)法2、 光学对中器( optical plummet )法二、

6、瞄准方法步骤：粗瞄一制动一调焦一微动精瞄。两个基本概念：盘左(正镜)、盘右(倒镜)三、测回法1、 适用：两个方向的单角(/ AOB )。2、 观测步骤：(1) 盘左瞄准左边 A，配度盘至 0 0X，读取al。(2) 顺时针旋转瞄准右边 B ,读取bl。则上半测回角值：B1 =b1 -a1(3) 倒镜成盘右，瞄准右边 B ,读取b2 o(4) 逆时针旋转瞄准左边 A ,读取a2 o则下半测回角值：32 =b2 -a2(5) 计算角值。若 31-32 40(图根级)则有： 3 = ( 31 + 3)2/23、记录格式测站盘位目标水平度盘读数O f f!半测回角 值O f f!一测回角值O f f!

7、备注O左A00 01 1270 12 3670 12 33B70 13 48右A180 01 2470 12 30B250 13 54若要观测n个测回，为减少度盘分划误差，各测回间应按 180。/n的差值来配置水平度盘。测回法测水平角方法，可小结如下：四、方向观测法1、 适用：在一个测站上需要观测两个以上方向2、 观测步骤：(如下图，有四个观测方向)(1)上半测回选择一明显目标 A作为起始方向(零方向)，用盘左瞄准 A ,配置度盘，顺时针依次观测 A、B、 C、 D、 A。(2 )下半测回倒镜成盘右，逆时针依次观测 A、 D、 C、 B、 A同理各测回间按 180/n的差值，来配置水平度盘。3

8、、记录、计算(1)2C值(两倍照准误差)：2C =盘左读数(盘右读数 180 。一测回内2C 互差，对 J2 18o对J6不作要求。(2 )半测回归零差：对 J2 12;对 J6 18。(3)各方向盘左、盘右读数的平均值：平均值=盘左读数+ (盘右读数180 /2注意：零方向观测两次，应将平均值再取平均。(4)归零方向值：将各方向平均值分别减去零方向平均值，即得各方向归零方向值。(5 )各测回归零方向值的平均值：同一方向值各测回间互差，对 J2 12;对J 6 24。方向观测法可小结如下：盘左K8时针ABCDA独盘右逆时针ADCBA3.4竖直角测量、竖直度盘 (vertical circle

9、) 的构造1、竖直度盘的构造包括竖盘(vertical circle)(2)竖盘指标水准管 (vertical index bubble tube)(3)竖盘指标水准管微动螺旋。(vertical其中，竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋，可采用竖盘指标自动归零补偿器index compensator) 来替代。2、指标线固定不动，而整个竖盘随望远镜一起转动。3、竖盘的注记形式有顺时针与逆时针两种。、竖直角(vertical angle) 的计算公式1、顺时针注记形式故有： a 左=90 -L , a右=R-270一测回竖直角 a = ( a左+ a右)/22、逆时针注记形式有：a左=L-9

10、0 , a右=270 -R一测回的竖直角为：a =( a左+ a右)/2三、竖盘指标差 (index error of vertical circle)1、 定义由于指标线偏移，当视线水平时，竖盘读数不是恰好等于 90。或270。上，而是与 90。或270。相差一个x角，称为竖盘指标差。当偏移方向与竖盘注记增加方向一致时， x为正，反之为负。2、 计算公式(1 )指标差： x= (L+R-360。) /2对于顺时针注记的：正确的竖直角 a =(90 + X -)L= a左+ Xa =R-(270 +X )=右-X(2)结论：取盘左盘右的平均值，可消除指标差的影响。四、竖直角的观测及记录 (格式

11、见表)一般规范规定，指标差变动范围， J6 W25、J2 60 ; J2 : 2c 30时，则需校正B2点移至BB2中点B3(2 )校正：拨动十字丝左右两个校正螺丝，使十字丝交点由4、横轴的检验与校正(1)检验:如图，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，在墙上定岀 P1点；再用盘右瞄准 P点，放平望远镜，在墙上定岀 P2点广=RR 用 2D tga对J6经纬仪：i20时，则需校正。(2)校正：用十字丝交点瞄准 P1 P2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

12、检修人员进行。5、 指标差的检校(1 )检验：用盘左、盘右先后瞄准同一目标，计算指标差 x=(L+R-360 )/2。对J6经纬仪：x1; J2经纬仪：x30时，要进行校正。(2)校正：用指标水准管微动螺旋使中丝对准( R-x)位置，再有拨针使指标气泡居中。6、 光学对中器的检校(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、 圆水准器的检校(次要)(1 )检验：精平(水准管气泡居中)后，若圆水准气泡不居中，则需校正。(2)校正：用圆水准气泡校正螺丝使其居中。3.6

13、水平角观测的误差分析一、仪器构造误差(1)视准轴误差的影响，盘左盘右观测的平均值可抵消该误差（二）横轴不水平误差的影响，盘左盘右观测的平均值可抵消该误差。（三）纵轴误差的影响（1） 纵轴误差的影响不仅随观测目标的垂直角的增大而增大，而且与横轴所处的方向有关；（2） 盘左盘右取平均不能消除该项误差。（四）照准部偏心差的影响在度盘对径方向上读取读数而取平均值的方法及盘左、盘右读数的平均 值都可消除该项误差的影响。（五）其他仪器误差的影响 度盘刻划不均匀误差，竖盘指标差。二、与观测者有关的误差（1）仪器对中误差（2 ）目标偏心误差（3）照准误差（4 ）读数误差三、与外界条件有关的误差（1 ）温度的变

14、化（2）大风的影响（3 ）大气折光（4）大气透明度（5 ）地面稳定性四、角度测量的注意事项：1、观测前应检校仪器。2、安置仪器要稳定，应仔细对中和整平。一测回内不得再对中整平。3、目标应竖直，尽可能瞄准目标低部。4、严格遵守各项操作规定和限差要求。5 、当对一水平角进行 m 个测回观测，各测回应配度盘，每测回观测度盘起始读数变动值为 180/m6、观测时尽量用十字丝中间部分。水平角用竖丝，竖直角用横丝。7、读数应果断、准确。特别应注意估读数。当场计算，如有错误或超限，应立即重测。8、选择有利的观测时间和避开不利的外界条件。3.7 电子经纬仪60 年代以来，随着近代光学、电子学的发展，使角度测量

15、向自动化记录方向改进有了技术基 础，从而出现了电子经纬仪等自动化测角仪器。电子经纬仪在结构及外现上和光学经纬仪相类似，主要不 同点在于读数系统，它采用光电扫描和电子元件进行自动读数和液晶显示。电子测角虽然仍旧是采用度盘 来进行，但不是按度盘上的刻划，用光学续数法读取角度值 ，而是以度盘上取得电信号 ，再将电信号转 换成角度值。电子测角的度盘主要有编码度盘、光栅度盘和动态测角度盘三种形式。因此，电子测角也就有编码度盘测角，光栅度盘测角和编码度盘结合测角 ，以及动态测角等四种形式。如瑞士克恩 （KERN ）厂的E 1型和E 2型电子经纬仪采用光栅度盘，德国OPTONJ于 1978年生产的Elta -2型电子速测仪 ，采用的是编码度盘， 而现在主流速测仪的测角系统大多用的是动态测角系统，测角精度可 达0.5 。从90年代起，国内厂家如北京光学仪器厂、南方测绘仪器公司生产的电子经纬仪测角精度均在 在5左右。以下是北京和苏州生产的两款电子经纬仪。