第4章 經(jīng)緯儀和角度測量1gai

第四章經(jīng)緯儀和角度測量

內(nèi)容提要§4.1角度測量的概念

§4.2光學經(jīng)緯儀§4.3水平角觀測的方法§4.4豎直角觀測§4.5經(jīng)緯儀的檢驗與校正§4.6經(jīng)緯儀簡介一、水平角測量的原理

水平角的概念

地面上兩條方向線在水平面上投影所夾的角，稱為水平角。通常用“β”表示。

§4.1角度測量的概念

水平角測量的原理OA投影在水平度盤上讀數(shù)為a，OB投影在水平度盤上讀數(shù)為b。則：

二、豎角測量的原理

豎直角或垂直角的概念

在同一豎面內(nèi)，照準方向線和水平線之間的夾角稱為豎直角。通常用“α”表示。分為仰角與俯角。原理

α=目標視線讀數(shù)—水平視線讀數(shù)

按精度分為

DJ1、DJ2、DJ6、DJ15等。

D—大地測量儀器

J—經(jīng)緯儀數(shù)字—測角精度（一測回方向觀測中誤差，單位為秒）

按讀數(shù)系統(tǒng)分為光學經(jīng)緯儀、電子經(jīng)緯儀。

§4.2光學經(jīng)緯儀一、DJ6光學經(jīng)緯儀的構(gòu)造

DJ6光學經(jīng)緯儀包括基座、度盤、照準部三大部分。1、基座：由軸座、腳螺旋、連接板等組成。作用：用于連接和整平。2、度盤：包括水平度盤和豎直度盤，由光學玻璃制成。注記：0?~360?

分劃：20＇、30＇、1?三種水平度盤轉(zhuǎn)動的控制裝置測角時水平度盤是不動的，這樣照準部轉(zhuǎn)至不同的位置，可以在水平度盤上讀取不同的方向值。但有時需要設定水平度盤在某一位置，就要轉(zhuǎn)動水平度盤?？刂扑蕉缺P轉(zhuǎn)動的裝置有兩種：一種是位置變動手輪，當需要轉(zhuǎn)動水平讀盤時，只要轉(zhuǎn)動手輪即可。另一種是裝有復測機構(gòu)，將復測按鈕扳下，水平度盤與照準部結(jié)合在一起，這時水平度盤跟照準部一起轉(zhuǎn)動。不需要一起轉(zhuǎn)動時，將復測扳扭扳上，水平度盤跟照準部脫開。注：①水平度盤順時針注記，與豎軸不固定，不隨望遠鏡轉(zhuǎn)動；

②水平度盤有復測鈕或變換鈕，用作改變觀測方向的角度值；③豎直度盤順時針注記或逆時針注記，與望遠鏡固定，隨望遠鏡一起轉(zhuǎn)動。

3、照準部

主要由望遠鏡、支架、豎直軸、水平軸、豎直制動微動螺旋、水平制動微動螺旋、讀數(shù)設備、水準器和光學對點器等組成。

望遠鏡

—用于瞄準目標

圓水準器

—用于粗略整平儀器

管水準器

—用于精確整平儀器

光學對點器—用于使度盤中心和測點在同一鉛垂線上

讀數(shù)裝置—用于讀數(shù)垂直制動水平微動讀數(shù)目鏡水平度盤轉(zhuǎn)換輪垂直微動光學對點器補償器轉(zhuǎn)換鈕望遠鏡圓水準器

二、讀數(shù)方法分測微尺和測微器兩種方法水平讀數(shù)：215?06＇48"豎直讀數(shù)：78?52＇00"豎直讀數(shù)：92?17＇30"水平讀數(shù)：轉(zhuǎn)動測微輪重合讀數(shù)測微尺測微器單平行玻璃板測微器三、測釬、標桿和覘牌測釬、標桿和覘牌均為經(jīng)緯儀瞄準目標時所使用的照準工具。測釬：適用與距測站較近的目標。標桿：適用與距測站較遠的目標。覘牌：固定在三腳架上使用，遠近皆可適用；一般為紅白或黑白相間且常與棱鏡結(jié)合，用于電子經(jīng)緯儀或全站儀。有時也可懸掛垂球用垂球線作為瞄準標志。四、經(jīng)緯儀的使用包括對中、整平、瞄準和讀數(shù)四項基本操作。

1、對中、整平

目的：

①使測點中心與儀器豎軸中心在同一鉛垂線上；②使水平度盤處于水平位置。

方法：有垂球?qū)χ泻凸鈱W對點器對中兩種，由于垂球?qū)χ芯容^低，且使用不便，工程測量中一般采用光學對點器對中。2.調(diào)焦與瞄準①調(diào)節(jié)目鏡調(diào)焦螺旋，使十字絲清晰；②利用粗瞄器，粗略瞄準目標，固定制動螺旋；③調(diào)節(jié)物鏡調(diào)焦螺旋使目標成像清晰，注意消除視差；④調(diào)節(jié)制動、微動螺旋，精確瞄準。

測水平角用雙絲夾目標

測豎直角用橫絲切目標頂部3、讀數(shù)①打開反光鏡，使讀數(shù)窗光線均勻；②調(diào)焦使讀數(shù)窗分劃清晰（注意消除視差）；③按不同的測微器直接讀取水平、豎直度盤

讀數(shù)（度、分、秒，秒為估讀且為6的倍數(shù)）。水平角：215?06＇48"豎直角：78?52＇00"§4.3水平角觀測的方法一、測回法1、操作步驟①安置儀器于O點，對中整平；②正鏡（盤左）瞄準M點，度盤歸零；③順時針轉(zhuǎn)動儀器，瞄準N點讀數(shù)；④倒鏡（盤右），瞄準N點讀數(shù)；⑤逆時針轉(zhuǎn)動儀器，瞄準M點讀數(shù)。OMN2、記錄與計算（見表3.1)

①盤左（正鏡）觀測

瞄M，記錄m左=0°00′36″

瞄N，記錄n左=68°42′48″

上半測回的角值：

β左=n左-m左=68°42′12″

②盤右（倒鏡）觀測瞄N，記錄n右=248°42′30″

瞄M，記錄m右=180°00′24″

下半測回角值：

β右=n右-m右=68°42′06″3、檢核

對于DJ6經(jīng)緯儀，上下半測回角度之差應滿足：否則，應重測

4、一測回角值

當測角精度要求較高時，需觀測多個測回：①第一測回度盤歸零；②其他各測回間按180?/n（n為測回數(shù)）的差值，變換度盤；③各測回角值之差不得超過40"；④取各測回平均值作為最后結(jié)果。

二、方向觀測法（目標多于兩個）

1、操作步驟①安置儀器于測站點O，對中、整平；

②正鏡（盤左），選擇零方向

C，順時針依次照準目標

D、A、B、C（歸零），讀數(shù)；③倒鏡（盤右），瞄準零方向C，逆時針依次照準目標B、A、D、C（歸零），讀數(shù)；

BO2、記錄與計算(觀測記錄見表3.2)①歸零差的計算:

分別計算盤左、盤右兩次瞄準起始方向讀數(shù)之差Δ；（若Δ超限，應及時重測，限差１８秒）②計算2c值的計算（兩倍視準誤差）：

2c=盤左讀數(shù)-（盤右讀數(shù)±180?）若2c互差超限，應及時重測。限差２５秒

③各方向平均值的計算：

④歸零后方向值的計算：各方向平均讀數(shù)分別減起始方向平均讀數(shù)。⑤各測回歸零后平均方向值的計算：當同一方向值各測回互差在限差范圍內(nèi)（小于２４秒）時，計算各測回歸零后方向值的平均值。⑥

水平角的計算：

相鄰方向值之差，即為相鄰方向所夾的水平角。項目經(jīng)緯儀型號DJ1（″）DJ2（″）DJ6（″）光學測微器兩次重合讀數(shù)差13

半測回歸零差6818一測回內(nèi)2C互差913

同一方向值各測回互差6924水平角方向觀測法的各項限差25三、水平角觀測注意事項1、儀器安置的高度要合適，腳架要踩實，觀測時不得撫摸角架和基座，走動時要防止碰動腳架。在半測回觀測中要防止碰動度盤變換器。2、對中要嚴格，對中誤差小于3毫米。整平誤差在1格以內(nèi)。3、應選擇目標清晰，背景明亮，易于照準的目標作為起始方向。4、目標要豎直，每次照準應盡量瞄準花桿底部，并用單絲平分花桿。若瞄準比較細的目標，如垂球線，則用雙絲去夾住垂球線。5、觀測結(jié)束后，應立即進行手薄計算，并檢查有無漏測方向及各項觀測誤差是否在限差以內(nèi)。確認本站工作已全部結(jié)束無誤后，方可離開測站?！?.4豎直角觀測一、豎直度盤構(gòu)造豎直度盤固定在望遠鏡的旋轉(zhuǎn)軸（橫軸）上。主要有豎直度盤、豎盤指標、豎盤指標水準管、豎盤指標水準管微動螺旋，目前很多儀器用自動補償器代替了水準管。

根據(jù)度盤的刻劃順序不同，分為順時針注記和逆時針注記兩種。順時針注記逆時針注記

當視準軸水平,豎盤指標水準管氣泡居中時,豎直度盤上讀取的讀數(shù)稱為豎盤零位。零位通常是0,90,或90度的整倍數(shù)。二、豎直角觀測與計算１、豎直角計算公式順時針注記豎盤

刻劃：目鏡0°，物鏡180°

盤左:

αL=90°－L（上半測回）盤右:

αR=R－270°（下半測回）一測回豎直角：

α=（αL+αR）/2=（R－L－180°）/2逆時針注記豎盤

刻劃：目鏡180°，物鏡0°

盤左:

αL=L－90°（上半測回）盤右:

αR=270°－R（下半測回）一測回豎直角：

α

=（αL+αR）/2=（L－R+180°）/2

（L、R分別為盤左、盤右豎盤讀數(shù)）豎直角計算的通用公式：

（1）當望遠鏡視線往上仰，豎盤讀數(shù)增加時：

α=瞄準目標時的讀數(shù)－視線水平時的常數(shù)

（２）當望遠鏡視線往上仰，豎盤讀數(shù)減小時：

α=視線水平時的常數(shù)－瞄準目標時的讀數(shù)

對不同注記形式的度盤，首先應正確判讀視線水平時的常數(shù)，且同一儀器盤左、盤右的常數(shù)差為180?。

三、豎盤讀數(shù)指標差

讀數(shù)指標與正確位置之間的小夾角x，稱為豎盤指標差。

指標差計算如圖：盤左位置，望遠鏡上仰，讀數(shù)減小，豎盤讀數(shù)為L。則正確的豎直角為α＝90°－L＋x＝αL＋x（1）如圖：盤右位置，望遠鏡上仰，讀數(shù)增大，豎盤讀數(shù)為R。則正確的豎直角為：α＝R－270°－x=αR－x（2）（1）、（2）兩式聯(lián)立得：

通過盤左、盤右豎直角取平均值，可以消除指標差；對于DJ6經(jīng)緯儀，同一測站上不同目標的指標差互差或同方向各測回指標差互差，不應超過25"。四、豎直角觀測、記錄與計算

豎直角觀測

①安置儀器，對中、整平；

②盤左瞄準目標某一位置，讀取豎盤讀數(shù)L；③盤右瞄準原目標位置，讀取豎盤讀數(shù)R。（以上盤左、盤右觀測構(gòu)成一個測回）

記錄與計算(見表)①分別計算盤左、盤右半測回豎直角，②計算盤左盤右的平均值作為一測回豎直角。一、經(jīng)緯儀應滿足的幾何條件§4.5經(jīng)緯儀的檢驗與校正主要軸線：豎軸VV；水準管軸LL

橫軸HH；視準軸CC二、檢驗與校正（一）水準管軸垂直于豎軸的檢驗與校正

1、檢驗

①儀器粗平：圓水準器氣泡居中。②水準管平行某兩個腳螺旋，使水準管氣泡居中。③照準部旋轉(zhuǎn)180°，若氣泡仍居中，則滿足要求，若氣泡偏離，則需校正。

此項檢校需反復進行，直至儀器旋轉(zhuǎn)到任意方向氣泡都居中。2、校正

①用腳螺旋調(diào)一半；②用水準管校正螺旋調(diào)一半。校正螺絲（二）十字絲豎絲的檢驗校正

1、檢驗

①儀器整平②豎絲瞄準大致水平方向的P點，在豎直方向移動望遠鏡，看P點是否在豎絲上移動

2、校正

①用十字絲的交點瞄準P點。②用十字絲的校正螺旋調(diào)整。使十字絲分劃板平面轉(zhuǎn)動。（三）視準軸垂直于橫軸（2c）的檢驗與校正

視準軸不垂直于橫軸引起的水平讀數(shù)誤差，稱為視準軸誤差。當目標處于水平位置時，誤差為c，且盤左、盤右的c值絕對值相等符號相反。檢驗方法如下：①選擇一水平位置的目標A，用盤左、盤右觀測之，取它們的讀數(shù)差（顧及常數(shù)180°）即得2倍的c值。若c絕對值對于J6經(jīng)緯儀不超過10秒，則認為視準軸垂直于橫軸的條件滿足，否則需進行校正。②校正方法

校正時，首先計算水平度盤盤右位置時的正確讀數(shù)R:

轉(zhuǎn)動照準部微動螺旋，使水平度盤讀數(shù)為R值。此時視準軸必定偏離目標P點，這時將十字絲環(huán)的左、右兩校正螺釘一松一緊（先略放松上、下校正螺釘，使十字絲環(huán)能夠移動),移動十字絲環(huán)，使十字絲交點對準P點。校正結(jié)束后應將上、下校正螺釘選緊。（四）橫軸垂直于豎軸的檢驗與校正

1、檢驗

①距墻壁D=30m安置儀器，墻壁上選一明顯目標P，αΡ≥30°；②盤左：瞄P，望遠鏡水平，讀數(shù)A，標出Ａ點；③盤右：瞄P，望遠鏡水平，讀數(shù)B

，標出Ｂ點

；④若Ａ=Ｂ,則滿足要求，若A≠B2,則存在i角，需校正。

2、校正①墻上定出Ａ、B的中點Ｍ

；②調(diào)節(jié)水平微動，瞄準Ｍ

，將望遠鏡上仰（十字絲交點必偏離P點，至P＇點；③校正橫軸一端支架上的偏心環(huán)，使橫軸一端升高或降低，移動十字絲精確