1、第四章 角度测量,4.1 角度测量原理 4.2 经纬仪及角度测量 4.3 经纬仪的检验和校正 4.4 角度测量误差分析及注意事项,角度测量(angle observation)包括：水平角(horizontal angle)测量竖直角(vertical angle)测量,4.1 角度测量的原理,B,A,O,O1,A1,B1,水平面(H),4.1 角度测量的原理,一、水平角测量原理,水平度盘(horizontal circle),水平角：地面上某点到两目标的方向线铅垂线投影到水平面上所成的角度。,范围：顺时针0 360,4.1 角度测量的原理,一、水平角测量原理,1. 度盘水平,4.1 角度测量
2、的原理,一、水平角测量原理,1. 度盘水平,2.范围：顺时针0 360,O,4.1 角度测量的原理,一、水平角测量原理,1. 度盘水平,2.范围：顺时针0 360,4.1 角度测量的原理,一、水平角测量原理,3.读盘中心和观测中心重合,1. 度盘水平,2.范围：顺时针0 360,4.1 角度测量的原理,一、水平角测量原理,3.读盘中心和观测中心重合,4.观测点时，盘不能动,1. 度盘水平,2.范围：顺时针0 360,90 ,竖直角：在同一铅垂面内，观测视线与水平线之间的夹角，称为竖直角，又称倾角，用表示,。,4.1 角度测量的原理,铅垂线,水平线,A,C,B,0,180,270,二、竖直角测量
3、原理,范围：-90 + 90 ，仰角为正，俯角为负。,测角仪器应具备的条件：,1.有一个能置于水平位置带刻线的圆盘；,2. 圆盘中心必须处于测站点的铅垂线上；,3. 望远镜不仅能在水平方向转动而且可以在竖直方向转动以瞄准不同方向不同高度的目标；,4. 具有一个读数设备。,世界上第一台经纬仪Ramsden Theodolite mode-B,1783年英国制造,材料为青铜,水平盘直径为0.9m,重量91kg,使用特制的四轮弹簧马车运输。,游标经纬仪,4.2 经纬仪及角度观测,经纬仪：用于测定水平角和竖直角的仪器。,游标经纬仪,光学经纬仪,电子经纬仪,构造原理和读数系统,精度高低,普通经纬仪：DJ
4、6、 DJ15、 DJ60,精密经纬仪：DJ07、DJ1、 DJ2,4.2 经纬仪及角度观测,一、 经纬仪分类,基座 (tribrach),水平度盘 (horizontal circle),照准部 (alidade),4.2 经纬仪及角度观测,二、 DJ6光学经纬仪的构造图,4.2 经纬仪及角度观测,二、 DJ6光学经纬仪的构造,1.基座 (tribrach)：用来支承整个仪器。,4.2 经纬仪及角度观测,二、 DJ6光学经纬仪的构造,2.水平度盘 (horizontal circle),4.2 经纬仪及角度观测,二、 DJ6光学经纬仪的构造,2.水平度盘 (horizontal circle
5、),水平度盘由光学玻璃制成顺时针0360刻度；水平度盘与照准部相互脱离；改变度盘位置，要使用度盘变换手轮或复测扳手。,4.2 经纬仪及角度观测,二、 DJ6光学经纬仪的构造,3.照准部 (alidade),C,C,H,H,L,V,L,V,照准部(水平)制动、微动望远镜(竖直)制动、微动圆水准器水准管望远镜目镜调焦，物镜调焦，粗瞄准器，十字丝读数显微镜竖直度盘光学对中器复测扳手或度盘变换器,4.2 经纬仪及角度观测,二、 DJ6光学经纬仪的构造,3.照准部 (alidade),H,0,1,2,3,4,5,6,0,1,2,3,4,5,6,112,113,89,88,1125454,890518,分
6、微尺,指标线,4.2 经纬仪及角度观测,三、读数方法,分微尺的分划值为1，估读到 0.1(6“),V,H,V,0,1,2,3,4,5,6,0,1,2,3,4,5,6,2342106,2730242,读数练习,0,1,2,3,4,5,6,2,0,1,3,4,5,6,2,0,1,3,4,5,6,0,1,2,3,4,5,6,V,H,H,V,读数练习,2. 整平,对中,4.2 经纬仪及角度观测,四、经纬仪的安置,3. 瞄准,4. 读数,1. 对中使得度盘中心处于角顶点的铅垂线上。即使仪器的中心与测站点的标志中心在同一铅垂线上。,1）垂球(plumb bob)法 脚架头上移动仪器进行对中。 旋转脚螺旋进
7、行整平。 反复 、 两步。,4.2 经纬仪及角度观测,2）光学对中器法, 大致水平大致对中眼睛看着对中器，拖动三脚架两个脚,使仪器大致对中,并保持“架头”大致水平。 伸缩脚架粗平根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚，使圆水准气泡居中。,1. 对中,4.2 经纬仪及角度观测,脚螺旋精平左手大拇指法则,气泡居中，1、2等高,气泡居中，3与1、2等高,2. 整平,4.2 经纬仪及角度观测,大花杆、小花杆和觇标,3. 瞄准,4.2 经纬仪及角度观测,瞄准,瞄准,瞄准,二、水平角测量方法,1、测回法 适用于观测两个方向之间的单角2、方向法（全圆测回法） 适用于观测两个以上的方向,基本概念,盘左和盘右 盘左/正
8、镜:竖盘在望远镜的左边 盘右/倒镜:竖盘在望远镜的右边测回 上半测回/下半测回 一个测回/多个测回配盘 度盘变换手轮,三、测回法测量水平角,A,B,O,(1)测回法的步骤,1、盘左位置，瞄准左边的目标A点。配置度盘在0度或稍大于0度，读数 记于手簿。,4、逆时针旋转照准部，瞄准左边的目标A点，读数 ，并记录。,2、顺时针旋转望远镜，瞄准右边的目标B点，读数 记于手簿。,以上为上半测回，得半测回角值,3、倒转望远镜，盘右位置，逆时针旋转照准部，瞄准右边的目标B点，读数 记录。,5、恢复盘左位置，重新配盘，进行下面的测回。,以上为下半测回，得半测回角值且一测回角值,三、测回法测量水平角,水平角观测
9、记录,O（1）,A,B,A,B,0 01 06,85 36 18,180 01 24,265 36 30,90 00 36,175 35 42,270 00 48,355 35 48,A,B,A,B,O（2）,85 35 12,85 35 06,85 35 06,85 35 00,85 35 09,85 35 03,85 35 06,注意及说明,测回间要配盘； 上、下两个半测回照准部的水平旋转方向， 照准目标的顺序不同； 上、下两个半测回角值之差小于36秒； 各测回的角度互差应小于24秒； 记录时， 分、秒一般都要记两位； 计算时，取平均值的原则是“奇进偶不进”。,实验四：经纬仪认识与使用,目
10、的：了解经纬仪构造，掌握其使用方法。 实验内容：（1）了解经纬仪各部件的构造及其作用。（2）进行经纬仪安置（对中、整平）、瞄准与读数。（3）用盘左位置瞄准目标，练习测量水平角。,三、测回法测量水平角,A,B,O,(1)测回法的步骤,1、盘左位置，瞄准左边的目标A点。配置度盘在0度或稍大于0度，读数 记于手簿。,4、逆时针旋转照准部，瞄准左边的目标A点，读数 ，并记录。,2、顺时针旋转望远镜，瞄准右边的目标B点，读数 记于手簿。,以上为上半测回，得半测回角值,3、倒转望远镜，盘右位置，逆时针旋转照准部，瞄准右边的目标B点，读数 记录。,5、恢复盘左位置，重新配盘，进行下面的测回。,以上为下半测回
11、，得半测回角值且一测回角值,三、测回法测量水平角,水平角观测记录,O（1）,A,B,A,B,0 01 06,85 36 18,180 01 24,265 36 30,90 00 36,175 35 42,270 00 48,355 35 48,A,B,A,B,O（2）,85 35 12,85 35 06,85 35 06,85 35 00,85 35 09,85 35 03,85 35 06,注意及说明,测回间要配盘； 上、下两个半测回照准部的水平旋转方向， 照准目标的顺序不同； 上、下两个半测回角值之差小于36秒； 各测回的角度互差应小于24秒； 记录时， 分、秒一般都要记两位； 计算时，取
12、平均值的原则是“奇进偶不进”。,实验四：经纬仪认识与使用,目的：了解经纬仪构造，掌握其使用方法。 实验内容：（1）了解经纬仪各部件的构造及其作用。（2）进行经纬仪安置（对中、整平）、瞄准与读数。（3）用盘左位置瞄准目标，练习测量水平角。,四、全圆测回法测量水平角,盘左 盘右,ABCDA（归零）,ADCBA,A,B,C,D,O,全圆测回法记录,O,A,B,C,D,A,0 01 06,71 52 06,145 30 48,210 12 12,0 01 24,180 01 18,30 12 06,325 30 48,251 52 00,180 01 12,O,A,B,C,D,A,90 01 24,1
13、61 52 06,235 30 54,300 12 24,90 01 36,270 01 24,120 12 18,55 30 48,341 52 00,270 01 18,0 01 09,71 52 03,145 30 48,210 12 09,0 01 21,90 01 21,161 52 03,235 30 51,300 12 21,90 01 30,(0 01 15),0 00 00,71 50 48,145 29 33,210 10 54,(90 01 26),0 00 00,71 50 37,145 29 25,210 10 55,0 00 00,71 50 42,145 29 2
14、9,210 10 54,71 50 42,73 38 47,64 41 25,方向法的计算步骤,计算两倍照准误差2C(J6不要求) 2C=盘左读数-(盘右读数180 0) 计算各方向的平均读数 平均读数=盘左读数+(盘右读数1800) /2 计算归零后的方向值 各方向的平均读数零方向的读数 计算各测回归零后的方向值的平均 计算各水平角的值,注意事项:,方向观测和计算同步进行，以及时发现问题,水平角方向法观测的技术要求,第三章 角度测量,3.4竖直角测量原理及方法 3.5经纬仪检验校正 3.6角度测量误差分析,竖直角的定义,地面上的直线与其水平投影线（水平视线）间的夹角。,竖直度盘基本构造,竖直
15、度盘(vertical circle)的构造,1包括:竖盘(vertical circle) 、竖盘指标水准管(vertical index bubble tube)、及其微动螺旋。,后两部分，多采用竖盘指标自动归零补偿器(vertical index compensator)来替代。,2特点：读数指标线固定不动，而整个竖盘随望远镜一起转动。,竖直度盘基本构造,竖盘的注记形式：有顺时针与逆时针两种。,（1）顺时针注记,（2）逆时针注记,竖直角计算公式推导（理想）,盘左,左=90L,竖直角计算公式推导（理想）,盘右,右=R270,竖盘指标差,当指标水准管气泡居中时，盘左指标线所指的度数不一定恰好
16、就是90度或者0度，盘右不一定正好是270度或180度。即存在一个竖盘指标差 i 。,竖直角计算公式推导,左=(90+ i)L,盘左,L,竖直角计算公式推导,右=R(270+i),盘右,R,竖盘指标差的计算,要求：J2: i15 ； J6: i25,若指标差超标，则计算每个竖直角的时候应加上指标差。可通过校正指标水准管来减小或消除。一般满足要求情况下不考虑指标差。,竖直角观测方法,在测站安置经纬仪，对中、整平；盘左用中丝精确瞄准目标，调节指标水准管气泡居中，读数L（V）；盘右用中丝精确瞄准目标，调节指标水准管气泡居中，读数R（V）；,瞄准,（注：竖丝用来测水平角瞄准，中丝用来测竖直角瞄准）,竖
17、直角观测记录,A,B,盘左,87 52 18,2 07 42,盘右,272 07 30,2 07 30,2 07 36,A,C,盘左,93 16 54,3 16 54,盘右,266 43 24,3 16 36,3 16 45,练习题：,用经纬仪观测某一目标的竖直角，测得盘左读数为714524，盘右读数为2881622，计算竖直角及指标差。如用这台仪器测得另一目标的盘左读数为921236，求其竖直角？,左=(90+ i)L,第三章 角度测量,3.1水平角测量原理 3.2经纬仪结构 3.3水平角测量方法 3.4竖直角测量原理及方法 3.5经纬仪检验校正 3.6角度测量误差分析,一、经纬仪的几何轴系
18、,1：照准部水准管轴（LL）2：望远镜视准轴（CC ）3：仪器竖轴（ VV）4：仪器横轴（ HH ）5：竖盘指标水准管水准轴（L L ）,二、轴系应满足的几何条件,1：照准部水准管轴垂直于竖轴 （LLVV）2：十字丝竖丝垂直于横轴（竖丝 HH ）3：视准轴垂直于横轴（CC HH）4：横轴垂直于竖轴（ HH VV）5：竖盘指标水准管水准轴垂直于指标线（L L 指标线）,经纬仪的检验与校正,经纬仪各轴线应满足如下关系 照准部管水准轴应垂直于竖轴，即LL1 VV1 十字丝竖丝应垂直于横轴HH 视准轴CC应垂直于横轴HH 横轴HH应垂直于竖轴VV,三、经纬仪检校,1 、照准部水准管的检校 LLVV ？
19、,（1）检验：用任意两脚螺旋使水准管气泡居中，然后将照准部旋转180，若气泡偏离1格，则需校正。 （2）校正：用脚螺旋使气泡向中央移动一半后，再拨动水准管校正螺丝，使气泡居中。此时若圆水准器气泡不居中，则拨动圆水准器校正螺丝。,水准管轴LL垂直于竖轴VV的检验与校正,经纬仪照准部及其水准管的校正,2十字丝竖丝的检校,（1）检验：用十字丝交点对准一目标点，再转动望远镜微动螺旋，看目标点是否始终在竖丝上移动。（2）校正：微松十字丝的四个压环螺丝，转动十字丝环，使目标点始终在竖丝上移动。,十字丝竖丝的检校录像,十字丝需校正,十字丝正确,光学经纬仪十字丝竖丝检验示意图,全站仪,四、全圆测回法测量水平角
20、,盘左 盘右,ABCDA（归零）,ADCBA,A,B,C,D,O,全圆测回法记录,O,A,B,C,D,A,0 01 06,71 52 06,145 30 48,210 12 12,0 01 24,180 01 18,30 12 06,325 30 48,251 52 00,180 01 12,O,A,B,C,D,A,90 01 24,161 52 06,235 30 54,300 12 24,90 01 36,270 01 24,120 12 18,55 30 48,341 52 00,270 01 18,0 01 09,71 52 03,145 30 48,210 12 09,0 01 21
21、,90 01 21,161 52 03,235 30 51,300 12 21,90 01 30,(0 01 15),0 00 00,71 50 48,145 29 33,210 10 54,(90 01 26),0 00 00,71 50 37,145 29 25,210 10 55,0 00 00,71 50 42,145 29 29,210 10 54,71 50 42,73 38 47,64 41 25,方向法的计算步骤,计算两倍照准误差2C(J6不要求) 2C=盘左读数-(盘右读数180 0) 计算各方向的平均读数 平均读数=盘左读数+(盘右读数1800) /2 计算归零后的方向值 各方向的平均读数零方向的读数 计算各测回归零后的方向值的平均 计算各水平角的值,注意事项:,方向观测和计算同步进行，以及时发现问题,水平角方向法观测的技术要求,
