1、4章章-角度测量解析角度测量解析l第一节 角度测量原理l第二节 光学经纬仪l第三节 水平角观测l第四节 竖直角测量l第五节 水平角观测的误差及消除措施一、水平角和水平角测量原理1.水平角：如图所示，A、O、B是地面上任意三点，空间直线OA和OC在水平面上的投影分别为O1A1和O1B1，则O1A1和O1B1的夹角即为两直线OA和OB间的水平角。故所谓水平角（Horizontal Angle），就是包含测站点到两目标方向线的铅垂面的夹角。一、水平角和水平角测量原理2.水平角测量的原理在两个竖面交线OO1（铅垂线）一点O2处放置一个按顺时针注记的全圆量角器（称为水平度盘），其中心在交线OO1上，且度
2、盘的平面与OO1垂直，两竖面分别在水平度盘上截取读数a、b，则对应的圆心角即为水平角，记作：AOB=a b二、竖直角和竖直角测量的原理1.竖直角的概念指在同一铅垂面内，照准方向线与水平线的夹角，也称垂直角，常用“”表示。照准方向线在水平线之上时称为仰角，角值为正；照准方向线在水平线之下时称为俯角，角值为负。二、竖直角和竖直角测量的原理2.竖直角测量的原理如图，如测定BA两点间竖直角大小，则在B点处安置一个竖直的度盘，度盘的中心在B点处，照准A点，则视线BA和同面内的水平视线在度盘上截取的读数即可求得竖直角，记作BA角度测量的仪器经纬仪游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪型号：DJ07、DJ1、D
3、J2、DJ6、DJ15、DJ60DJ表示“大地测量”和“经纬仪”数字表示仪器精度，代表该型号仪器野外一测回方向中误差不超过该数值，单位：秒（）一、DJ6型基本构造及各部件作用一、DJ6型基本构造及各部件作用对中设备一、DJ6型基本构造及各部件作用1.基座部分作用：支撑整个仪器，连接三脚架。部件及作用：脚螺旋（3）和圆水准器：整平仪器；中心连接螺旋：连接仪器和三脚架。一、DJ6型基本构造及各部件作用2.水平度盘作用：用于水平角测量，度盘边缘顺时针刻注0360，度盘的中心轴与仪器竖轴同轴。当照准部转动时，水平度盘不动，指针在水平度盘上截取读数，两个方向读数的差值即为水平角。配合部件：变换水平度盘手
4、轮：转动水平度盘，改变指针读数位置。水平度盘外部金属外壳上设有两个螺旋：照准部照准部制动制动螺旋螺旋照准部照准部微动微动螺旋螺旋一、DJ6型基本构造及各部件作用3.照准部作用：瞄准目标及读数。部件构成：（1）U型支架 （2）望远镜 （3）竖直度盘（4）水准管 （5）望远镜制动螺旋（6）望远镜微动螺旋 （7）竖盘指标水准管（8）竖盘指标水准管微动螺旋（9）读数显微镜目镜 （10）反光镜水平度盘外部金属外壳上设有两个螺旋：照准部照准部制动制动螺旋螺旋照准部照准部微动微动螺旋螺旋一、DJ6型基本构造及各部件作用4.对中装置：光学对中器作用：使仪器竖轴与测站点的铅垂线重合。结构原理：二、DJ6型度盘读
5、数设备及读数方法1.读数显微镜的成像原理自然光线经过反射镜1，进入U型支架内，经过棱镜的折射，照亮度盘和读数指针，然后在将成像传递至读数显微镜目镜内。红色线路：表示水平度盘光线蓝色线路：表示竖盘光线二、DJ6型度盘读数设备及读数方法2.度盘构造及读数原理水平度盘ABab水平角ba二、DJ6型度盘读数设备及读数方法2.度盘构造及读数原理竖盘盘左位置竖直角90L盘右位置竖直角 R 270注意：竖直角有正负，仰角为正，俯角为负；记录竖直角必须写“”号二、DJ6型度盘读数设备及读数方法3.读数方法水平度盘和竖盘的读数方法一致（1）首先看度盘上那根长指针位于分划尺中，即为度；（2）分划尺0端至长指针有多
6、少个小格，记为分；（3）不足一个部分估读秒；HzV分划板为1，共60小格，最小刻划为1，应估读至秒位，最小读数为6的整数倍！一、经纬仪的操作过程对中：即使经纬仪的竖轴与测站点铅垂线重合；整平：即使经纬仪的水平度盘与水平面平行。对中和整平，均包含有粗略和精确两个过程。口诀：对中、整平、再对中、再整平、瞄准、读数一、经纬仪的操作过程（一）安置仪器首先，将经纬仪三脚架打开，调节架腿长度至适当位置，拧紧蝴蝶螺旋；三脚架安置于测站点上，架头大致水平，透过连接螺旋的中心应能看到地面点；取出仪器，安置于架头，拧紧。连接螺旋一、经纬仪的操作过程（二）粗略对中1.通过光学对中器，观察对中器中心黑色刻划线圈与测站
7、点中心位置；2.若刻划线圈成像模糊，通过旋转对中器目镜上的调焦螺旋，使成像清晰；3.若测站点成像模糊，通过对中器的伸缩，使成像清晰；4.用眼睛观察对中器目镜，两手抬起两支架腿，以第三只架腿为轴转动，使光学对中器中心与测站点中心重合后，轻轻放下两支架腿，完成粗略对中。一、经纬仪的操作过程（三）粗略整平1.观察经纬仪基座圆水准器气泡位置；2.通过调节架腿的长度，使圆水准器气泡居中：具体的方法：双手握住一只脚架，松开蝴蝶螺旋，用指力缓慢提升或降低架腿长度，眼睛观察气泡移动方向。一、经纬仪的操作过程（四）精确对中粗略整平后，对中遭到轻微破坏。观察对中器中心与测站点中心位置，若：偏移较小时，通过调节三个
8、脚螺旋，使对中器严格对中；偏移较大时，应轻微连接螺旋，在架头上平移仪器，使对中器严格居中。一、经纬仪的操作过程（五）精确整平1.转动照准部使水准管方向与两只脚螺旋连线方向平行，按照左手法则，转动脚螺旋（双手、相向），使水准管气泡居中；2.照准部水平转动90，使水准管方向与刚才的方向垂直，转动第三只脚螺旋，使水准管气泡居中；3.精确整平后，应转动经纬仪至任意方向作水准管气泡的居中检核。注意：精确整平后，观察对中器若发生偏移，则反复操作精确对中和精确整平两步，直至对中器严格对中并水准管气泡任意方向严格居中为止。一、经纬仪的操作过程（六）瞄准目标1.松开照准部制动螺旋和望远镜制动螺旋；2.望远镜瞄准
9、白墙或天空，调节目镜对光螺旋，使十字叉丝成像清晰；3.用望远镜镜筒上方的粗瞄器粗略瞄准目标后，拧紧制动螺旋；4.通过望远镜微动螺旋和照准部微动螺旋，准确瞄准目标底部。二、水平角观测方法（一）概念盘左：当观测者正对望远镜目镜时，竖盘在望远镜左侧位置，称为盘左位置（简称盘左），又称正镜。盘右：当观测者正对望远镜目镜时，竖盘在望远镜右侧位置，称为盘右位置（简称盘右），又称倒镜。（二）水平角观测方法测回法：适用于一个测站点上仅有一个水平角（两个方向）的观测；全圆方向法：适用于一个测站点上有多个水平角（多个方向）的观测。（二）水平角观测方法1.测回法适用条件：一个测站点上仅观测一个水平角（两个方向），如
10、图所示。观测方法步骤：在O点安置经纬仪，A、B两点竖立标杆（测钎）；盘左盘左位置位置瞄准左目标A，转动变换水平度盘手轮，使水平度盘度数略大于零度，如：读数为a左03048，由记录员记录在记录纸上；O左A右BAB03048（二）水平角观测方法1.测回法 松开照准部制动螺旋，顺时针旋转照准部顺时针旋转照准部，瞄准右边的目标B，得读数b左1254506；盘左半测回（称上半测回）水平角值为左 b左-a左 1254506-03048 1251418 松开望远镜制动螺旋和照准部制动螺旋，纵转望远镜松开望远镜制动螺旋和照准部制动螺旋，纵转望远镜成盘右位置瞄准目标成盘右位置瞄准目标B，得读数b左 305454
11、2；松开照准部制动螺旋，逆时针旋转照准部瞄准目标A，得读数a右1803118 ；则盘右半测回（称下半测回）角值为右 b右-a右 3054542-1803118 1251424 O左A右BAB03048125450630545421803118 12514181251424 1251421（二）水平角观测方法1.测回法为提高观测精度，相关测量规范中，测回法采用多测回观测，如表所示，各测回互差不超相应规范要求。各测回盘左起始方向的读数应设置为略大于（二）水平角观测方法2.全圆方向法适用条件：一个测站点上有两个以上水平角观测（多个方向）时使用，如图所示。观测步骤：（1）盘左位置，瞄准起始方向（又称零
12、方向如A点)。置度盘度数稍大于零，然后按顺时针方向依次照准B、C、D各点，每照准一点均读取水平度盘度数，并记入观测手薄，然后还要照准起始方向A点，称为归零，并读记读数，从而完成上半测回。归零的目的是为了检查观测过程中度盘是否发生变动。半测回中两次照准起始方向的读数之差称为归零差，其值按仪器精度不同，规定不同的限制。J6级仪器的规定为24。当只有三个观测方向时，则不需要进行归零观测，也称为方向法观测。（二）水平角观测方法2.全圆方向法（2）纵转望远镜。用盘右位置按逆时针方向依次照准A、D、C、B、A目标。每照准一目标点均读记读数，称为下半测回。上下半测回组成一个测回，数据记录如附表所示附表所示。
13、（二）水平角观测方法2.全圆方向法几项计算：（1）计算半测回归零差（）（记录表下端）盘左：A左 A左30 18 12盘右：A右 A右12 24 12（2）计算同一方向两倍照准差（2C）（记录表5列）2C 左（右180）40（J6型）盘右读数大于180取“”；否则取“”（二）水平角观测方法2.全圆方向法几项计算：（3）计算各方向平均读数（记录表6列）平均读数(盘左读数盘右读数180)/2（4）计算各方向归零后观测值（记录表7列）归零观测值该方向平均读数起始方向平均读数如OB方向：384114 00021=384053盘右读数大于180取“”；否则取“”起始方向有两个平均读数，应再取一次平均读数（
14、二）水平角观测方法2.全圆方向法几项计算：（5）水平角计算任意两方向的水平角如BOC的角度为 BOC OB归零 OC归零 741515 384053 353422（二）水平角观测方法2.全圆方向法为提高观测精度，相关测量规范中，全圆方向法采用多测回观测，如表所示，各测回互差不超相应规范要求。各测回盘左起始方向的读数应设置为略大于三、水平角观测注意事项（1）三脚架要踏实，仪器与脚架连接要牢固，仪器与脚架中心连接螺旋要拧牢，使用各种螺旋用力要轻，操作仪器时手不要扶三脚架。（2）水平角观测过程中，不得再调整照准部水准管。如气泡偏离中央超过两格时，须重新整平仪器，重测。阳光较强烈时，要打伞。（3）当照
15、准目标高低相差较大时，观测前更须注意整平仪器。（4）目标的标志要铅直，尽可能用十字丝交点瞄准标杆或测钎底部。（5）记录者要复述观测读数，直接记录在记录纸上，不得涂改和改数。当场计算，发现错误，必须立即重测。一、竖直角测量的用途这两种测量，都利用了几何学中角度和边长在直角三角形中的关系，运用三角函数来计算。一、竖直角测量的用途（1）倾斜距离化成水平距离时DAB LABcos一、竖直角测量的用途（2）三角高程测量h DABtanhAB DABtan ivi：表示仪器高度v：表示中丝读数（单位：m）尺子中丝位置至水平视线的高差二、竖盘构造与竖直角测量（一）竖盘构造及竖直角计算（回顾第二节度盘构造）盘
16、左位置竖直角90L盘右位置竖直角 R 270注意：竖直角有正负，仰角为正，俯角为负；记 录 竖 直 角 必 须 写“”号二、竖盘构造及竖直角观测（二）竖盘指标差概念：竖盘水准管与竖盘读数指标关系不正确，使视线水平时的读数与应有的读数有一个小的读数差x，称为竖盘指标差。当指标偏移方向与竖盘标记方向一致时，则使读数中增大了一个x值，令x为正；反之，指标偏移方向与竖盘注记方向相反时，则使读数中减少了一个x值，令x为负。二、竖盘构造及竖直角观测（二）竖盘指标差假设某台仪器的竖盘指标差x为正，L、R为盘左盘右的实际读数，则：盘左的正确读数为：L x 盘左所测竖直角为：90(L x)盘右的读数为：R x
17、盘右所测竖直角为：（R x）270取左右盘中数：(R L)180计算竖盘指标差：x (R L)360因此：取盘左、盘右对同一个竖直角观测结果的平均值可适当抵消竖盘指标差，但竖盘指标差不能过大。二、竖盘构造及竖直角观测（三）竖直角观测与计算在测站上安置经纬仪；盘左瞄准目标点A，使十字丝中丝准确的切于目标顶端切于目标顶端；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，读取盘左读数L（如821842），计入记录表第4栏。盘右，再照准A点，使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数R（如2774130），记如记录表第4栏。竖角和指标差的计算因此：取盘左、盘右对同一个竖直角观测结果的平均值可适当抵消
18、竖盘指标差，但竖盘指标差不能过大。J6型经纬仪的误差构成l一、仪器误差 仪器误差是指经纬仪再制造和校正过程不完善，使经纬仪不满足其理论上的所产生的误差。经纬仪在观测水平角时应满足的要求：（1）竖轴必须竖直（与测站点的铅垂线重合）；（2）水平度盘应当水平（与水平面平行），且度盘中心与竖轴重合；（3）望远镜上下转动的视准面必须是竖直的平面。l一、仪器误差未达到观测要求，经纬仪在结构上必须满足三项条件：（1）照准部水准管轴垂直于仪器竖轴；（2）水平轴垂直与竖轴；（3）视准轴垂直于水平轴。水平轴水平轴水准管轴水准管轴视准轴视准轴竖轴竖轴l一、仪器误差（一）视准轴误差1.1.产生原因：产生原因：视准轴与
19、水平轴不垂直；2.2.影响作用：影响作用：使瞄准目标时的读数偏大或偏小。3.3.消除方法消除方法：由于视准轴误差固定，盘左、盘右位置照准同一目标，误差大小相等，符号相反。故水平角时用正倒镜观测取平均值正倒镜观测取平均值可消除其影响。水平轴水平轴视准轴视准轴l一、仪器误差（二）横轴误差（水平轴误差）1.1.产生原因：产生原因：仪器支架不等高，致使水平轴与竖轴不垂直，视准面不是竖直平面；2.2.影响作用：影响作用：使瞄准目标时的读数偏大或偏小。3.3.消除方法消除方法：由于横轴误差固定，盘左、盘右位置照准同一目标，误差大小相等，符号相反。故水平角时用正倒镜观测取平均值正倒镜观测取平均值可消除其影响
20、。水平轴水平轴视准轴视准轴l一、仪器误差（三）竖轴倾斜误差1.1.产生原因：产生原因：竖轴与铅垂线不重合；2.2.影响作用：影响作用：使瞄准目标时的读数偏大或偏小。3.3.消除方法消除方法：竖轴误差固定，但盘左盘右位置照准同一目标，误差大小相等，符号相同。故无法用故无法用正倒镜观测正倒镜观测取平均值取平均值消除其影响！消除其影响！水平轴水平轴竖轴竖轴安置经纬仪时，应使照准部水准管气泡严格居中！l二、仪器对中误差和目标偏心误差（一）仪器对中误差1.1.产生原因：产生原因：对中器中心未与地面点重合，致使仪器竖轴与地面点铅垂线不同轴；2.2.影响作用：影响作用：目标越近，读数误差越大。3.3.消除方
21、法消除方法：此误差无法用观测方法消除无法用观测方法消除，经纬仪安置时，对中器中心与地面点中心应严密重合对中器中心与地面点中心应严密重合。l二、仪器对中误差和目标偏心误差（二）目标偏心误差1.1.产生原因：产生原因：照准目标与其地面标志中心不在用以铅垂线上；2.2.影响作用：影响作用：目标越近，读数误差越大。3.3.消除方法消除方法：此误差无法用观测方法消除无法用观测方法消除，注意（1）在目标处设置花杆、测钎等标志时，应竖直竖立竖直竖立；（2）观测时，应尽量瞄准标志底部标志底部。l三、观测误差（一）瞄准误差1.1.产生原因：产生原因：与经纬仪放大倍数、目标与照准标志的形状、人眼判别能力、光线强弱
22、等因素有关；2.2.瞄准误差无法消除，只能改进照准目标的形状、大小、颜色及照准方法，并仔细瞄准以减小影响。（1）当照准较粗的标志（如花杆）或标志与测站点距离较近时，用竖丝的单丝平分标志；（2）当照准较细的标志（如测钎）或标志与测站点距离较远时，用竖丝的双丝丝夹紧标志；（3）水平角观测应尽量瞄准标志的底端。l三、观测误差（二）读数误差1.1.产生原因：产生原因：与经纬仪度盘的最小刻划有关；J6型经纬仪的最小刻划为1/10=6。2.读数误差无法完全消除，智能反复练习经纬仪的使用，熟悉读数，减小误差。l四、外界条件影响1.完成测回法水平角观测记录表2.绘制并根据如下观测数据完成全圆方向法水平角观测记录表盘左读数：LA=001 24LB=3323 54LC=7959 12LD=13648 54LA=001 30（归零）盘右读数：RA=18001 18（归零）RB=21323 42RC=25959 18RD=31648 42RA=18001 24谢谢！
