角度测量原理及方法

现代测量学
J6 经纬仪
垂直度盘
照
准
读数显微镜 横 轴
轴
照 支 架 准 部
支 架
水平度盘
基 座
竖 轴 M o d e r n S u r v e y
三 脚 架
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.2光学经纬仪
2、J6经纬仪的照准装置（望远镜） 主要组成：物镜、目镜、十字丝板和调焦装置
物镜调焦螺旋
O
圆水准器水准轴： 过圆水准器顶部中心并垂直于顶部的直线 圆水准器：t= 8 ′～ 60 ′ 圆水准器用于概略整平，管水准器用于精确整平
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.2光学经纬仪
（2）竖盘自动归零装置 有手动和自动两种
手动：
M o d e r n
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.3水平角和垂直角观测与记录
十字丝视差：目标影像与十字丝不重合，当观察位置发生变化 时，两者之间产生的相对移动现象。
像平面 像平面 十字丝平面 像平面 十字丝平面 十字丝平面
b c a c a b a
M o d e r n
九华山 89 40 06 标 顶 89 40 06 270 19 54 270 20 00
∣ △ ∣54 ≤ 24 ″ ＋ 0 i19
＋0 19 57 ＋0 19 56
5.74
＋0 03
M o d e r n
S u r v e y
24″
24″
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.3水平角和垂直角观测与记录
6、作业中的若干问题 （1）观测数据不许转抄，秒值不许改动，不许连环涂改；
（2）字迹清楚，不许就字改字、不许一改再改；
（3）项目填写齐全，不许空页、撕页； （4）方向数小于4个时(2、3)，可不归零； （5）个别方向超限时，应重新与原零方向进行联测， 重测方向数不许超过总方向数的1/3；
M o d e r n S u r v e y
36 0 00 00 180 02 36 250 23 42 19 48 17 30 74 17 54 180 02 36
现 代 测 量 技 术 室
0 00 00 0 00 00 70 21 04 20 46 228 16 52 44 254 15 20 14
0 02 30 180 02 36
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学 仪器号码：020123654 观测日期：2003.09.10 观测方向 盘左读数 19 盘右读数
水平角观测与记录
观测者：李 测站：N1 半测回值 一测回值 平 记录者：马志强 方向中数 附 注
第一测回
33 1 马头山 0 02 36 2 N5 70 23 36 3 N8 228 19 24 4 黄山 254 17 54 1 0 02 30
27 0
a
0 18
90
右
指标 指标
i
指标差 i：读数指标偏离正确位置（铅垂线）的角值
a 90 L i a R 270 i
M o d e r n S u r v e y
i ( L R 360) / 2 a ( R L 180) / 2
现 代 测 量 技 术 室
27 0
90
90
i
a
i
指标
0
0
a
左
现代测量学
§4.3 水平角和垂直角观测与记录
特性： （1）指标差对垂直角观测的影响，可在一测回观 测中消除； （2）短时间内指标差大小为常数，故可利用指标 差互差检验垂直角观测质量。
J6级指标差互差限差小于 24″
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
1 i ( L R 360) 2
a 90 L i a R 270 i 1 a ( R L 180)
2
现 代 测 量 技 术 室
M o d e r n
S u r v e y
现代测量学
垂直角与指标差的关系
目标 目标
2、公式的推证
270
a
180
0
0 18
现代测量学
垂直角观测与记录
觇点 N1 读 盘 左 盘 数 右 ＋0 09 ＋0 06 ＋1 54 45 ＋1 54 36 同一测站 ＋1 54 40 指标差互差 ＋0 00 1.42 指标差 直垂角 仪器高
测站
觇标 高
3.02
南山 旗顶
88 05 24 88 05 30
271 54 54 271 54 42
三、J2经纬仪的使用 旋转测微螺旋，使度盘对径分划影像重合，在读数窗中读出 度和十分值，在测微窗中读出不足十分值和秒值（秒值不足 一格四舍五入）。如图读数：5°25′00″
b
a 5 6 5
40 9
50 9
0 0
10 0
20 0
40 4
50 4
0 5
10 5
20Biblioteka Baidu5
M o d e r n
S u r v e y
现代测量学
§4.3水平角和垂直角观测与记录
水平角观测时目标的照准方法
单丝照准
双丝照准
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.3水平角和垂直角观测与记录
2、安置度盘：消除或减弱度盘分划误差对角度观测的影响。 J6型：G＝180°/m×(k-1)+60′/m×(k-1)
J2型：G＝180°/m×(k-1)+10′×(k-1)+600″/m×(k-1/2)
其中：m为总测回数，k为测回序号
3、观测步骤
一测回 （1）上半测回(盘左)：1、2、3、4、1 （2）下半测回(盘右)：1、4、3、2、1 4、记录与计算
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
物 镜
L1
调焦 透镜
L2
十字丝板
目镜筒
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.2光学经纬仪
（1）成像原理：物镜组和调焦透镜构成一个焦距可变的等效 透镜。调整两者间距（调焦），使目标成像于十字丝板。十 字丝板安装在目镜的前焦点之内，通过目镜可观测到目标放 大的虚像。
§4.1 角度测量的概念 P
270° 180°
二、垂直角 空间直线与水平面之间 的夹角 仰角：a > 0 俯角：a < 0 垂直角与天顶距的关系：
0°
Z A
α
90°
P´
铅垂面

a
α＝90－Z
垂直指标读数与垂直角关系：
α＝90－δ
水平面
a
p
现 代 测 量 技 术 室
M o d e r n
S u r v e y
现代测量学
§4.2光学经纬仪
3、J6经纬仪的读数系统 （1）度盘：直径60－90mm，
13 14 15 垂 直 度 盘 10 3 7 6 4
水平
16 17 18
最小分划 1° （2）光路：水平度盘光路、垂 直度盘光路和对点器光路。 行差：度盘分划格距与相应测微尺分 划格距不一致。（调整透镜6与11）
Hz
V
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.2光学经纬仪
4、J6经纬仪的安平装置 （1）水准器 有管水准器和圆水准器两种。 管水准器： 管水准轴： 过管水准器内壁 圆弧中点并与圆弧相 切的直线。
H O H
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
70 21 03 06 228 16 51 54 254 15 21 18
70 20 55 228 16 48 254 15 17 记错
现代测量学
§4.3水平角和垂直角观测与记录
5、观测限差
项目
仪器
J2 3″ 8″ 13″ 9″
J6
两次重合读数 半测回归零差 一测回各方向 2C互差 各测回方向值 互差
光源
8 12 11 2
9
21
22 23
视差：度盘影像和测微尺影像不能同 时清晰。 （调整透镜7与12）
5
20 19
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.2光学经纬仪
（3）测微装置与使用 度、分－直接读出
秒、值－估读
例： 水平角读数 213°01′24″ 垂直角读数 95°55′30 ″
现代测量学
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.1 角度测量的概念
270°
一、水平角 空间两条相交直线在 水平面上投影的夹角
o
180°
0°
n
m
90°
P
A
β＝m－n
B
p
a
水平面
b
b
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
（6）一测回中间，不许整平。
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.3水平角和垂直角观测与记录
三、垂直角中丝观测法 1、观测与计算
（1）观测：
盘左横丝切准目标，指标水准器居中，读数L； 盘右横丝切准目标，指标水准器居中，读数R； 以上即为垂直角一测回观测。 （2）计算
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.3水平角和垂直角观测与记录
一、经纬仪的整置 1、对中：使水平度盘中心与地面点标志中心在同一铅垂线上。
（1）垂球法
（2）光学对点器法 2、整平：使经纬仪竖轴处于铅垂线方向。
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
经纬仪置平
现代测量学
水平角的观测和记录 半测回 方向值 0 00 00 0 02 36 180 02 36 一测回 方向值 方向中数
观测方向 盘左读数 盘右读数 第一测回 马头山 N5 N7 黄山 马头山
M o d e r n
33
36 0 00 00
0 00 00
70 21 03 70 21 04 70 23 36 250 23 42 06 20 46 70 20 55 228 16 51 228 16 52 228 19 24 48 19 30 54 44 228 16 48 254 15 21 254 15 20 254 17 54 74 17 54 18 14 254 15 17
等效透镜 十字丝板 目镜
F1
F2
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
光学经纬仪 （十字丝的形状）
（2）十字丝分划板：用于精确照准目标和视距的装置
纵丝：测定水平角 横丝：测定垂直角 视距丝：与标尺配合测定距离
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.3水平角和垂直角观测与记录
观测准备工作： （1）寻找目标
（2）选定零方向
（3）准备手簿，填写相关项目 （4）量取仪器高和觇标高，并记录 二、水平角方向观测法
B C
A
O
D
1、目标的照准方法
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
光学经纬仪（管水准器的分划值）
水准器的分划值 (t)： 水准器相邻两分划对应的圆心角
a
H H
H
H'
a
R
t
相邻分划间弧长一般为2mm：t t值越小水准器的灵敏度越高
M o d e r n S u r v e y
( 2m m / R ) "
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
光学经纬仪（圆水准器）
现代测量学
§4.2 光学经纬仪
垂直度盘 照 准 横 轴 轴 支 架 支 架 照 准 部 读数显微镜
一、J6级光学经纬仪 1、基本结构
（1）脚架
（2）基座
竖 轴
水平度盘
横 轴
三轴
基 座 三 脚 架
（3）照准部
照准轴 水平度盘
垂直度盘
水准器
竖 轴
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.2光学经纬仪
簧片
自动：
光路
限幅器
重锤
空气阻尼
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
限幅器 簧片
空气阻尼
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.2光学经纬仪
1
2
M o d e r n
S u r v e y
现 代 测 量 技 术 室
现代测量学
§4.3水平角和垂直角观测与记录
3、调焦：包括物镜调焦和目镜调焦。 物镜调焦：使目标成像于十字丝分划板上。
目镜调焦：使目标影像连同十字丝分划所成虚像一起成像于 人眼明视距离处。
调焦方法：望远镜对向背景明亮处，旋转目镜调焦螺丝， 使十字丝最黑；照准目标后，旋转物镜调焦螺 丝，使目标影像最为清晰。 调焦的检验：眼睛在目镜处微微晃动，若十字丝与目标相对 移动，则调焦不正确，此现象称为十字丝视差。 若存在十字丝视差，将对角度测量产生影响， 应重新调焦。