《建筑工程測量》第3章 角度測量

建筑工程測量第3章角度測量3.1角度測量基本知識3.2經(jīng)緯儀的使用3.3水平角測量3.4豎直角測量3.1.1角度測量原理3.1.2DJ6型光學(xué)經(jīng)緯儀3.1.3電子經(jīng)緯儀3.1角度測量原理章目錄3.1.1角度測量原理節(jié)目錄章目錄（一）水平角的測量原理圖3-1角度測量原理（二）豎直角測量原理

豎直角是指在同一豎直面內(nèi)，地面某點至目標(biāo)的方向線與水平線的夾角。一般用表示。若目標(biāo)方向線在水平線之上，該豎直角稱為仰角，取值為“＋”；若目標(biāo)方向線在水平線之下，該豎直角稱為俯角，取值為“－”。

水平角是指由一點到兩個目標(biāo)的方向線垂直投影到水平面上的夾角，即分別過兩條直線所作的垂直于水平面的兩豎直面所夾的二面角。3.1.2

DJ6型光學(xué)經(jīng)緯儀節(jié)目錄章目錄a）b）圖3-2

北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀a）DJ6型；b）TDJ6型1-望遠鏡物鏡；2-豎直度盤；3-豎直微動螺旋；4-圓水準(zhǔn)器；5-照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管；6-望遠鏡目鏡；7-進光反光鏡；8-軸座；9-腳螺旋；10-連接板；11-讀數(shù)顯微鏡；12-水平微動螺旋；13-水平制動螺旋；14-軸座鎖定螺絲；15-物鏡調(diào)焦螺旋；16-指標(biāo)水準(zhǔn)管微動螺旋；17-指標(biāo)水準(zhǔn)管反光鏡；18-指標(biāo)水準(zhǔn)管進光窗；19-測微輪；20-自動歸零鎖緊手輪；21-光學(xué)對中器；22-撥盤手輪；（注：1～15為共有的部件）3.1.2

DJ6型光學(xué)經(jīng)緯儀節(jié)目錄章目錄圖3-3DJ6經(jīng)緯儀的組成1-照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)軸；2-豎軸套；

3-套軸；4-水平度盤；5-軸套孔；6-軸座鎖定螺絲；7-軸座；8-復(fù)測器3.1.2

DJ6型光學(xué)經(jīng)緯儀節(jié)目錄章目錄1-反光鏡；2-照明進光窗；3-轉(zhuǎn)向棱鏡；4-水平度盤聚光透鏡；5-水平度盤；6-水平度盤照明棱鏡；7-水平度盤顯微物鏡組；8-水平度盤轉(zhuǎn)向棱鏡；9-讀數(shù)窗與場鏡；10-轉(zhuǎn)向棱鏡；11-轉(zhuǎn)像透鏡；12-讀數(shù)顯微鏡目鏡；13-豎盤照明棱鏡；14-豎盤；15-豎盤轉(zhuǎn)向棱鏡；16-豎盤顯微物鏡組；17-豎盤轉(zhuǎn)向棱鏡；18-菱形棱鏡圖3-4DJ6型光學(xué)經(jīng)緯儀的光路系統(tǒng)3.1.2

DJ6型光學(xué)經(jīng)緯儀節(jié)目錄章目錄圖3-5測微尺讀數(shù)窗圖3-6分微尺測微器讀數(shù)視場a）b）圖3-7單平板玻璃分微尺測微器讀數(shù)視場3.1.3電子經(jīng)緯儀節(jié)目錄章目錄圖3-8

DJD2型電子經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀是在光學(xué)經(jīng)緯儀的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代測角儀器，是全站型電子速測儀的過渡產(chǎn)品，具有以下特點：（1）實現(xiàn)了測量的讀數(shù)、記錄、計算、顯示自動一體化，避免了人為的影響。（2）儀器的中央處理器配有專用軟件，可自動對儀器幾何條件進行檢校和各種計算改正。（3）儲存的數(shù)據(jù)可通過I/O接口輸入計算機作相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。（4）與光電測距儀聯(lián)機可組成組合式全站儀，進行各種測量工作。3.1.3電子經(jīng)緯儀節(jié)目錄章目錄1．光柵度盤測角原理a）b）c）圖3-9光柵a）柵距；b）指示光柵；c）光柵度盤圖3-10莫爾條紋3.1.3電子經(jīng)緯儀節(jié)目錄章目錄1．光柵度盤測角原理

根據(jù)光學(xué)原理，莫爾條紋有如下特點：（1）兩光柵之間的傾角越小，條紋間距D越寬，則相鄰明條紋或暗條紋之間的距離越大。（2）在垂直于光柵構(gòu)成的平面方向上，條紋亮度按正弦規(guī)律周期性變化。（3）當(dāng)光柵在垂直于刻線的方向上移動時，條紋順著刻線方向移動。光柵在水平方向上相對移動一條刻線，莫爾條紋則上下移動一周期，即移動一個紋距D。（4）紋距D與柵距d之間滿足如下關(guān)系：

（＝3438'）

3.1.3電子經(jīng)緯儀節(jié)目錄章目錄2．區(qū)格式度盤測角原理圖3-11區(qū)格式度盤測角原理3.1.3電子經(jīng)緯儀節(jié)目錄章目錄3．編碼盤測角原理圖3-12編碼度盤與讀數(shù)結(jié)構(gòu)原理a）b）區(qū)間二進制編碼角值（°

′）區(qū)間二進制編碼角值（°

′）區(qū)間二進制編碼角值（°

′）00000000601101350011101124700100012230701111570012110012700020010450081000180001311012920030011673091002023014111031500401000900010101022500151111337005010111230

表3-1編碼度盤二進制編碼表3.1.3電子經(jīng)緯儀節(jié)目錄章目錄4．電子經(jīng)緯儀的操作要點

電子經(jīng)緯儀同光學(xué)經(jīng)緯儀一樣，可用于水平角、豎直角、視距測量。電子經(jīng)緯儀的幾個基本操作有：（1）初始設(shè)置。電子經(jīng)緯儀作業(yè)之前應(yīng)根據(jù)需要進行初始設(shè)置。（2）開關(guān)電源。按電源開關(guān)鍵，電源打開，顯示屏顯示全部符號。（3）水平度盤配置。（4）水平角鎖定與解除。3.2.1經(jīng)緯儀的操作3.2.2

經(jīng)緯儀的檢驗與校正3.2經(jīng)緯儀的使用章目錄3.2.1經(jīng)緯儀的操作節(jié)目錄章目錄（一）安置經(jīng)緯儀1．對中

（1）用垂球?qū)χ袝r的安置方法。①先打開三腳架，使高度適中（平胸），架頭大致水平地安放在測站點上方。②將儀器放在架頭上，并隨手?jǐn)Q上（不要擰緊）連接儀器和三腳架的中心連接螺旋，在連接螺旋的下方懸掛垂球。③雙手扶基座，在架頭上平移儀器，使垂球尖精確對準(zhǔn)測站點，最后將連接螺旋擰緊。（2）用光學(xué)對中器對中的安置方法。圖3-13光學(xué)對中器光路圖1-目鏡；2-分劃板；3-物鏡；4-棱鏡；5-水平度盤；6-保護玻璃；7-光學(xué)垂線；8-豎軸中心3.2.1經(jīng)緯儀的操作節(jié)目錄章目錄（一）安置經(jīng)緯儀2．整平a）b）圖3-14經(jīng)緯儀整平a）雙手相向轉(zhuǎn)動腳螺旋使氣泡居中；b）調(diào)整第三個腳螺旋使氣泡居中3.2.1經(jīng)緯儀的操作節(jié)目錄章目錄（二）瞄準(zhǔn)目標(biāo)a）Tk平角觀測

b）垂直角觀測

圖3-15經(jīng)緯儀瞄準(zhǔn)3.2.1經(jīng)緯儀的操作節(jié)目錄章目錄（三）讀數(shù)、置數(shù)1．讀數(shù)2．置數(shù)

讀數(shù)時要注意以下兩點：一是應(yīng)打開度盤照明反光鏡，并調(diào)節(jié)反光鏡的開度和方向使讀數(shù)窗內(nèi)亮度適中；二是應(yīng)調(diào)節(jié)讀數(shù)顯微鏡目鏡使度盤影像清晰，然后讀數(shù)。讀數(shù)與記錄有呼有應(yīng)，有錯即糾。

在水平角觀測或建筑工程施工放樣中，常常需要使某一方向的讀數(shù)為零或某一預(yù)定值。照準(zhǔn)某一方向時，使度盤讀數(shù)為某一預(yù)定值的工作稱為置數(shù)。其置數(shù)方法可歸納為“先照準(zhǔn)后置數(shù)”，3.2.2經(jīng)緯儀的檢驗與校正節(jié)目錄章目錄圖3-16經(jīng)緯儀主要軸線關(guān)系經(jīng)緯儀主要軸線間應(yīng)滿足以下條件：（1）水準(zhǔn)管軸垂直于豎軸（LL⊥VV）。（2）十字絲縱絲垂直于橫軸。（3）望遠鏡視準(zhǔn)軸垂直于橫軸（CC⊥HH）。（4）橫軸垂直于豎軸（HH⊥VV）。（5）豎盤讀數(shù)指標(biāo)處于正確位置（x＝0）。（6）光學(xué)對中器視準(zhǔn)軸與儀器豎軸重合（C′C′與VV共軸）。3.2.2經(jīng)緯儀的檢驗與校正（一）照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸的檢驗校正（1）檢驗?zāi)康?。滿足LL⊥VV條件。當(dāng)水準(zhǔn)管氣泡居中時，豎軸鉛垂，水平度盤水平。（2）檢驗方法?；菊絻x器，然后轉(zhuǎn)動照準(zhǔn)部使水準(zhǔn)管平行于任意兩個腳螺旋的連線，相向旋轉(zhuǎn)這兩個腳螺旋，使水準(zhǔn)管氣泡居中；然后將照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)180°，如氣泡仍居中或偏離中心不超過1格，表明條件滿足，否則應(yīng)校正。（3）校正方法。相對旋轉(zhuǎn)這兩個腳螺旋，使氣泡向中央移動所偏格數(shù)的一半，用校正針撥動水準(zhǔn)管一端的校正螺絲，使水準(zhǔn)管校正螺絲端升高或降低，將氣泡調(diào)至居中。此項檢驗與校正應(yīng)當(dāng)反復(fù)進行，直至照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)到任意位置時氣泡偏移量均不超過1格為止。節(jié)目錄章目錄3.2.2經(jīng)緯儀的檢驗與校正節(jié)目錄章目錄（1）檢驗?zāi)康?。滿足十字絲縱絲垂直于儀器橫軸的條件。儀器整平后，十字絲縱絲在豎直面內(nèi)，保證精確瞄準(zhǔn)目標(biāo)。（2）檢驗方法。（3）校正方法。（二）十字絲的檢驗校正圖3-17十字絲的校正1-望遠鏡筒；2-十字絲座壓環(huán)螺絲；3-壓環(huán)；4-十字絲校正螺絲；5-十字絲分劃板；6-十字絲環(huán)3.2.2經(jīng)緯儀的檢驗與校正節(jié)目錄章目錄（1）檢驗?zāi)康?。滿足CC⊥HH條件，使望遠鏡旋轉(zhuǎn)時視準(zhǔn)軸的軌跡為一平面而不是圓錐面。（2）檢驗方法。通常采用四分之一法和對稱法。（3）校正方法。（三）視準(zhǔn)軸的檢驗校正a）b）圖3-18

四分之一法檢校視準(zhǔn)軸3.2.2經(jīng)緯儀的檢驗與校正節(jié)目錄章目錄（1）檢驗?zāi)康?。滿足HH⊥VV條件，當(dāng)望遠鏡繞橫軸旋轉(zhuǎn)時，視準(zhǔn)軸的軌跡為一鉛垂面而不是一個斜面。（2）檢驗方法。（3）校正方法。（四）橫軸的檢驗校正圖3-19

橫軸的檢驗校正3.2.2經(jīng)緯儀的檢驗與校正節(jié)目錄章目錄（1）檢驗?zāi)康?。滿足x＝0條件，當(dāng)指標(biāo)水準(zhǔn)管氣泡居中時，使豎盤讀數(shù)指標(biāo)處于正確位置。（2）檢驗方法。安置儀器后，采用盤左、盤右觀測某目標(biāo)，讀取豎盤讀數(shù)L、R，計算指標(biāo)差x。工程測量中，DJ6型經(jīng)緯儀x不超過±60"無須校正。（3）校正方法。（五）豎盤指標(biāo)差的檢驗校正圖3-20橫軸的校正機構(gòu)3.2.2經(jīng)緯儀的檢驗與校正節(jié)目錄章目錄（1）檢驗?zāi)康?。滿足光學(xué)對中器視準(zhǔn)軸與儀器豎軸線重合的條件。安置好儀器后，水平度盤刻劃中心、儀器豎軸和測站點位于同一鉛垂線上。（2）檢驗方法。（3）校正方法。（六）光學(xué)對中器的檢驗校正a）

b）

c）圖3-21

光學(xué)對中器的檢驗校正3.3.1測回法3.3.2

方向觀測法3.3.3

影響水平角測量精度的因素3.3水平角測量章目錄3.3.1測回法節(jié)目錄章目錄圖3-22測回法觀測水平角3.2.2方向觀測法節(jié)目錄章目錄1．建立測站2．盤左觀測4．方向觀測法的計算3．盤右觀測當(dāng)一個測站上有三個或三個以上方向，需要觀測多個角度時，通常采用方向觀測法。3.2.2方向觀測法節(jié)目錄章目錄4．方向觀測法的計算（1）半測回歸零差。（2）兩倍視準(zhǔn)軸誤差值。（3）各方向的平均讀數(shù)。（4）歸零后的方向值。（5）各測回歸零后方向值的平均值。（6）各目標(biāo)間的水平角。3.2.3影響水平角測量精度的因素節(jié)目錄章目錄1．儀器誤差

儀器誤差主要包括儀器校正后的殘余誤差（簡稱殘差）及儀器制造、加工不完善引起的誤差。照準(zhǔn)部偏心差、度盤分劃誤差為儀器制造誤差。

影響角度測量精度的外界條件因素很多，而且非常復(fù)雜、影響直接。要完全消除這些影響是不可能的，但若選擇有利的觀測時間，設(shè)法避開不利的因素，采取有效措施，可以使外界因素的影響削弱到較小的程度。例如選擇微風(fēng)多云，空氣清晰度好，大氣湍流不嚴(yán)重的條件下觀測；在晴天觀測時撐傘遮陽，防止儀器曝曬。

3．外界條件的影響3.2.3影響水平角測量精度的因素節(jié)目錄章目錄2．觀測誤差圖3-23對中誤差的影響（1）對中誤差（2）目標(biāo)偏心誤差圖3-24目標(biāo)偏心差的影響3.2.3影響水平角測量精度的因素節(jié)目錄章目錄2．觀測誤差（3）整平誤差（4）照準(zhǔn)誤差

照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管氣泡未嚴(yán)格居中，使得水平度盤不水平，豎盤和視準(zhǔn)面傾斜，導(dǎo)致的測角誤差稱為整平誤差。

通過望遠鏡瞄準(zhǔn)目標(biāo)時的實際視線與正確照準(zhǔn)線間的夾角，稱為照準(zhǔn)誤差。測量時只能選擇形狀、大小、顏色、亮度等合適的目標(biāo)，改進照準(zhǔn)方式，仔細(xì)認(rèn)真地去瞄準(zhǔn)，將其影響降低到最小程度。（5）讀數(shù)誤差

讀數(shù)誤差是指對小于測微器分劃值t的微小讀數(shù)的估讀誤差。它對測角的影響主要取決于儀器讀數(shù)設(shè)備、照明狀況以及觀測者的技術(shù)熟練程度等。3.4.1豎直度盤構(gòu)造3.4.2

豎直角計算公式3.4.3

豎直角測量和計算3.4.4豎盤指標(biāo)差與豎盤自動歸零裝置3.4豎直角測量章目錄3.4.1豎直度盤構(gòu)造節(jié)目錄章目錄圖3-25豎直度盤的構(gòu)造1-豎直度盤；2-指標(biāo)水準(zhǔn)管反光鏡；3-指標(biāo)水準(zhǔn)管；4-望遠鏡；5-橫軸；