测量学第四章:角度测量

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4.2.3
水平角测量
水平角测量的方法主要有测回法和方向观测法两种。 1. 测回法
测回法用于测量两个方向之间的单角。经纬仪对中、 整平后,其观测步骤如下:
(1)盘左位置(称正镜),用前述方法精确瞄准左方目标A,配 置度盘读数到0°10’ 左右,重新精确照准A并读取水平度盘 读数,设读数为a1= 0°24’ 18” ,并记入测回法观测手簿。 (2)松开水平制动螺旋,顺时针旋转照准部,用上述同样方 法瞄准右方目标B,读取读数b1= 73°52’ 36” ,并记录。 则盘左所到水平角为 βL= b1 - a1= 73°52’ 36” - 0°24’ 18” = 73°28’ 18” 以上操作称为上半测回。
(1)基座 基座是仪器的底座,用来支承整个仪器。 (2)水平度盘 水平度盘是由玻璃制成的圆环,在其上 按顺时针方向刻有分划,从0°-- 360°。 (3)照准部
照准部旋转轴的几何中心即经纬仪的竖轴线VV。照准部上主 要有望远镜、竖直度盘、水准管和读数显微镜。
1972 , J07 1002
年 级南 光京 学 经 纬厂 仪研 制 的
T3光学经纬仪,1927年
T4天文光学经纬仪,1941年
4.2.2 经纬仪的安置
1.对中 对中的目的是使仪器的中心与测站点位于间 一个铅垂线上。 用垂球对中的误差可小于3mm,若要用仪器上的光学 对中器进行对中,其对中误差将可减少到lmm。
1) 垂球对中法安置经纬仪
将垂球悬挂于连接螺旋中心的挂钩上, 调整垂球线长度使垂球尖略高于测站点。 粗对中与粗平: 平移三脚架,使垂球尖大致对准测站 点中心,将三脚架的脚尖踩入土中。 精对中:稍微旋松连接螺旋,双手扶住仪器基座, 在架头上移动仪器,使垂球尖准确对准测站点, 旋紧连接螺旋。垂球对中误差应小于±3mm。 精确整平:旋转脚螺旋,在相互垂直的两个方向使照 准部管水准气泡居中。
3.瞄准 松开水平制动螺旋和望远镜制动螺旋,将望远镜指向明亮 背景,调节目镜使十字丝清晰。 用望远镜制、微动螺旋和水平制、微动螺旋精确瞄准目标; 再转动调焦螺旋使目标清晰 测量水平角时应使十字丝纵丝尽量对准目标底部。 测量竖直角时,则应用横丝切准目标顶部, 4、读数 读数时首先调节反光镜,使得读数窗明亮.旋转显微镜调 焦螺旋,使刻划数字清晰。认清度盘刻划形式和读数方法后, 读取正确读数。
刻在圆盘上由圆心向外辐射的等角距光 栅称为径向光栅,在电子经纬仪中就称为 光栅度盘,
所谓莫尔条纹,就是将两块密度相同的光栅重叠,并使它们 的刻划线相互倾斜一个很小的角度,此时便会出现明暗相间 的条纹,该条纹称为莫尔条纹。
莫尔条纹的特点: ①两光栅之间的倾角越小,条纹越宽,则相邻明条纹或 暗条纹之间的距离越大。
通过经纬仪光学对点器观察地面点,通过调焦使对点器十字丝 和物象都清晰,如果在视窗内看不见地面点,调节三角架的位 置,直到在对点器视窗内看见地面点标志为止。
3)、对中: 通过调节基座的三个脚螺旋使光学对点器的十字丝切准地面点 标志中心。 4)、粗平:通过调节三角架的架腿长度使圆水准器气泡居中。 5)、重复第3和第4步骤,直至仪器即对中又保持圆水准器居 中为准。
4.1.2 竖直角测量原理
竖直角是同一竖直面内倾斜视 线与水平线间的夹角,其角值 |α|<90°
视线向上倾斜,形成仰角,其 符号为正;
视线向下倾斜,形成俯角,符号为负。 竖直角与水平角观测的异同点: 1、相同点是角值都是度盘上两个方向读数之差; 2、不同的是竖直角两个方向中间必有一个是水平方向, 其竖盘读数均应是一固定值,( 0 ° 、90 ° 、180 ° 或270 °) 3、在观测竖直角时,只需观测目标点一个方向,并读取 竖盘读数,便可算得竖直角。
1972 , J05 1002
年 级南 光京 学 经 纬厂 仪研 制 的
毛主席参观我国研制的05秒级光学经纬仪
三 角 测 量 观 测 觇 标
西 藏 高 原 三 角 测 量
西安光学仪器厂——DJ6级方向光学经纬仪
Wild T1光学经纬仪,1980年
2.读数方法
J6级光学经纬仪的读数设备多用分微尺测微器。
②计算各方向的平均读数 ③计算归零后的方向值。 ④计算各测回归零后方向值的平均值。⑤计算各目标间的水平角值。
4.2.4
竖直角测量
1.竖直角观测方法
竖直角是同一竖直面内视线与水平线间的夹角,其角 值|α|< 90° (1)竖盘构造 经纬仪的竖盘装置包括:
竖直度盘 竖盘指标水准管 竖盘指标水准管微动螺旋。
指标水准管气泡居中时,指标就处于正确位置。此时, 如望远镜视准轴水平,竖盘读数则应为90°或90°的 整倍数。
当望远镜上下转动以瞄准不同高度目标时,竖盘随之转动而 指标线不动,因而可读得不同位置的竖盘读数,以计算不同 高度目标的竖直角。
(2)竖直角的观测和计算 ①仪器安置在测站点上(对中、整平),盘左位置瞄准目 标点M,使十字丝精确切准目标顶端, ②转动竖盘指标水准管微动螺旋,使竖盘指标水准管气 泡居中,读取盘左竖盘读数 L,记入竖直角观测手薄。 ③盘右位置,再瞄准M点并调节竖盘指标水准管使气泡 居中,读取盘右竖盘读数 R,同样记入竖直角观测手薄。
§4.3 电子经纬仪 4.3.1 概述


用光电转换原理、微处理器和电子显示器。 自动测量度盘的读数并将测量结果显示在仪器显示窗上
采用光电扫描度盘将角度值变为电信号,再将电信号 转换为角度值,从而完成自动化测角的全过程.这种 经纬仪称为电子经纬仪。
电子经纬仪测角读数系统采用的是光电扫描度盘和自 动显示系统。 电子经纬仪的电子测角主要有以下三种: 1、编码度盘测角系统,即采用编码度盘及编码测微 器的绝对式测角系统; 2、光栅度盘测角系统,即采用光栅度盘及莫尔干涉 条纹技术的增量式测角系统; 3、动态测角系统,即采用计时测角度盘并实现光电 动态扫描的绝对式测角系统。
光栅的基本参数:密度即一毫米内刻划线的条数,栅距为相 邻两栅的间距。 由于栅线不透光,而缝隙通光,若在光栅度盘的上下 对称位置分别安装光源和光电接收管,则可将光栅盘是否 透光的信号转变为电信号。当光栅度盘与光线产生相对移 动时,可利用光电接收管的计数器,累计求得所移动的栅 距数,从而得到转动的角度值。这种靠累计计数而无绝对 刻度数的读数系统,称为增量式读数系统。 光栅度盘的栅距就相当于光学度盘的分划, 栅距越小,则角度分划值越小,即测角精 度越高。 例如在80mm直径的光栅度盘上,到划有 12500条细线(密度为50条/mm),栅距 分划值为1’44”。
第4章
角 度 测 量
测量的基本工作包括: 1、高程测量; 2、长度测量 3、角度测量 4、坐标(差)测量 角度测量所使用的仪器:经纬仪
角度测量包括:水平角和垂直角
4.1 角度测量原理
4.1.1 水平角测量原理
地面上O点至A和B两目标方向线在 水平面上投影的夹角,称为水平角。
过地面上O点至A和B两目标方向 线所作两竖直面间所夹的二面角 称为水平角。
电子度盘分类
静态度盘测角 全站 仪的 测角 原理 动态度盘测角
编码度盘测角 光栅度盘测角
23/12/2015
Page 56
4.4.2

电子经纬仪的测角原理
4.3.2 电子经纬仪测角原理 1、光栅度盘测角系统
在光学玻璃上均匀地刻划出许多等间隔的细线就构成了 光栅。
刻在直尺上用于直线测量的称为直线光栅;
x= (αR - αL)/2=(R-L-360°)/2
同一测站上观测不同目标时,指标差的变动范围, 对J6级经纬仪来说不应超过25”。
3.竖盘指标的自动归零补偿原理
在经纬仪竖盘光路中安装补偿器,用以取代水准管,使仪 器在一定的倾斜范围内能读得相应于指标水准管气泡居中 时的读数,称竖盘指标自动归零。
利用经纬仪测定水平角时,必须保证: 1、仪器中心能精确安置在角的顶点上 2、具有一个能够放置水平的刻度盘以 相当于水平面P,并且刻度盘的中心。 应与角顶点O在同一铅垂线上。
3、经纬仪上的望远镜不仅可绕仪器中心 竖轴水平转动,还可绕其横轴转动。
4、当望远镜随仪器照准部绕竖轴旋转时,水平刻度盘固定不 动; 5、望远镜瞄准不同的方向就可在水平刻度盘上得到不同的读 数,两读数之差,即为所测水平角: β=βb-βa
2) 使用光学对中法安置经纬仪 光学对中器的结构。
经纬仪光学对中器的目镜对光与物镜对光
利用光学对点器安置经纬仪的操作方法
1)、 仪器粗略安置: 将脚架架腿拉伸适当高度,将经纬仪固定在三角架上。打开 三角架的三个架腿,尽可能将经纬仪放置在地面点正上方并 保持架腿顶面处于水平状态。
2)、调节光学对点器:
2.方向观测法
方向观测法简称方向法。当一个测站上需测量的方向数多 于两个时、应采用方向法观测。 当方向数多于三个时,每半测回都从一个选定的起始方向 (称为零方向)开始观测,在依次观测所需的各个目标之后, 应再次观测起始方向(归零),称为全圆方向观测法。
B C
D A
(1)观测步骤
①首先安置经纬仪于角顶点O上
④计算竖直角 盘左: αL=90°-L 故一测回的角值为: α= (αL + αR )/2 =(L-R+180°)/2 盘右 : αR =R-270°
2.竖盘指标差 经纬仪视线水平时指标不恰好指在90°或270°,而 与正确位置相差一个小角度x,x称为竖盘指标差。
对于顺时针刻划的竖直 度盘,盘左时始读数为 90°+x,则正确的竖
主要设备有读数窗上的分微尺和读数显微镜。
126°Baidu Nhomakorabea4’ 00”
82°06’ 30”
Wild T2光学经纬仪,1927年
T2光学经纬仪,1921年
T2光学经纬仪,1923年
T3光学经纬仪,1929年
NT2光学经纬仪,1927年
T2光学经纬仪,1945年
T2光学经纬仪,1956年
T2光学经纬仪,1973年
②顺时针方向转动照准部,依次瞄准 B、C、D各点,分别读取水平度盘读 数。
③为了校核应再次瞄准目标A,读 取归零读数。计算归零差,完成上 半测回。 ④盘右位置,逆时针方向依次瞄准A、D、 C、B,再回到A点,并将读数记入手簿第 5拦,为下半测回。
A
B
C
O
D
(2)计算步骤
①首先计算两倍视准差(2c)值
直角应为 α=90° -L+x = (90°+x)-L 同样,盘右时正确的竖 直角应为 α =R-(270°+x)
αL=90°-L αR =R-270°
α= (90°+x)-L α =R-(270°+x)
α= (90°+x)-L = αL+x α =R-(270°+x)= αR -x α = (αL+αR )/2
4.2 经纬仪及角度观测
经纬仪的种类: 1、按其构造原理和读数系统可分为 光学经纬仪
电子经纬仪
2、按其精度高低又可分为:DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、
DJ15及DJ60等级别。
目前,在工程测量中一般使用DJ6级光学经纬仪。
4.2.1 DJ6光学经纬仪的构造
1.主要部件及作用
光学经纬仪主要由基座、水平度盘和 照准部三部分组成
②在垂直于光栅构成的平面方向上,条纹亮度按正弦
规律周期性变化。 ③当光栅在垂直于刻线的方向上移动时,条纹顺着刻 线方向移动。光栅在水平方向上相对移动一条刻线,莫尔 条纹则上下移动一周期,即移动一个纹距ω 。
④纹距ω与栅距d之间满足如下关系式:
ω= ρ d / θ
当θ=20’时,纹距ω =172d,即纹距比栅距放大了172倍。这 样,就可以对纹距进一步细分,以达到提高测角精度的目的。
6)、精平:
利用基座的三个脚螺旋在两个相互垂直的方向调节水准管, 使仪器处于精确水平状态。 7)、精确对中: 通过对点器检查仪器的对中情况,如果某有精确对中,旋松三 角架中心连接螺旋,并使经纬仪在三角架顶面平行移动,观察 对点器,使经纬仪处于准确对中。 8、重复第6和第7步骤,直至仪器即对中又保持精确整平为止。
(3)松开水平制动螺旋,纵转望远镜成盘右位置(称倒镜);先 瞄准右方目标B,水平度盘读数为b2=253°52’24”。
(4)逆时针旋转照准部,再次瞄准A点得水平度盘读数 a2=180°23’54”。则盘右所测下半测回的角值为
βR= b2 - a2 = 253°52’24” - 180°23’54”
= 73°28’30”
以上操作称为下半测回。 上、下半测回合称一测回。上下半测回角度之差不大于40”, 则计算一测回角值为: β=(βL + βR )/2 测回法用盘左、盘右观测(即正倒镜观测)可消除仪器的某 些系统误差(如前所述的视准误差(c)和支架差(i),以及水 平度盘偏心误差等)的影响。
当测角精度要求较高时,还可以观测几个测回。各测回间应利 用经纬仪上的复测装置来变换度盘位置180 ° /n,如观测3个 测回,则各测回的起始方向读数。应按60°递增,即分别设置 成略大于0 ° 、60 °和120 ° 。
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