控制測(cè)量第一章講稿3

第三章精密光學(xué)經(jīng)緯儀及水平角觀測(cè)1《控制測(cè)量》

第三章/19117891012654321

在工程控制測(cè)量和精密工程測(cè)量中，角度測(cè)量主要使用精密光學(xué)經(jīng)緯儀。我國光學(xué)經(jīng)緯儀的精度系列分為J07，J1，J2，J6等規(guī)格。本章主要介紹J2級(jí)以上精密光學(xué)經(jīng)緯儀和電子經(jīng)緯儀的基本構(gòu)造和儀器檢驗(yàn)、一個(gè)測(cè)站上的水平角觀測(cè)并獲得正確觀測(cè)值的方法及測(cè)站平差、水平角觀測(cè)誤差及注意事項(xiàng)、偏心觀測(cè)及其改正。第一節(jié)精密光學(xué)經(jīng)緯儀

光學(xué)經(jīng)緯儀是用來測(cè)角的一種儀器，儀器的出產(chǎn)地和型號(hào)有很多。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，測(cè)角的儀器現(xiàn)在除了光學(xué)經(jīng)緯儀之外，還相繼產(chǎn)生了電子經(jīng)緯儀和全站儀，在進(jìn)行三、四等控制測(cè)量時(shí)，以前主要是用光學(xué)經(jīng)緯儀來進(jìn)行測(cè)角，現(xiàn)在大部分的生產(chǎn)單位用全站儀來測(cè)角。因?yàn)?，控制網(wǎng)的布網(wǎng)方式除GPS網(wǎng)外，主要是用導(dǎo)線網(wǎng)的形式來布設(shè)，全站儀在觀測(cè)時(shí)可同時(shí)進(jìn)行測(cè)角、測(cè)邊，還可直接測(cè)出坐標(biāo)。我國光學(xué)經(jīng)緯儀的精度系列分為J07，J1，J2，J6等規(guī)格。精密光學(xué)經(jīng)緯儀是指J2級(jí)以上的儀器。在本節(jié)中，主要是介紹J2型光學(xué)經(jīng)緯儀。測(cè)繪0932班2《控制測(cè)量》

第三章117891012654321

一、精密光學(xué)經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)/19測(cè)繪0932班1、構(gòu)成經(jīng)緯儀的主要部件有望遠(yuǎn)鏡——構(gòu)成視準(zhǔn)軸，在照準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)形成視準(zhǔn)線，以便精確照準(zhǔn)目標(biāo)。照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器——用來指示垂直軸的垂直狀態(tài)，以形成水平面和垂直面。垂直軸——作為儀器的旋轉(zhuǎn)軸，測(cè)定角度時(shí)，應(yīng)與測(cè)站鉛垂線一致。水平軸——作為望遠(yuǎn)鏡俯仰的轉(zhuǎn)軸，以便照準(zhǔn)不同高度的目標(biāo)。水平度盤——用來在水平面上度量水平角，應(yīng)與水平面平行。垂直度盤——用來量度垂直角。另外，為了精確讀取度盤讀數(shù)，在水平度盤和垂直度盤上均有測(cè)微器。3《控制測(cè)量》

第三章/19117891012654321測(cè)繪0932班2、經(jīng)緯儀各主要部件應(yīng)滿足的關(guān)系

1．垂直軸與照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器軸正交。即當(dāng)照準(zhǔn)部水準(zhǔn)氣泡居中時(shí)，垂直軸與測(cè)站鉛垂線一致。

2．垂直軸與水平度盤正交且通過其中心。這樣，當(dāng)垂直軸與測(cè)站鉛垂線一致時(shí)，水平度盤就與測(cè)站水平面平行，在其上面量取的角度，才是正確的水平角。

3．水平軸與垂直軸正交，視準(zhǔn)軸與水平軸正交，當(dāng)垂直軸與測(cè)站鉛垂線一致，俯仰望遠(yuǎn)鏡，視準(zhǔn)軸所形成的面才是垂直照準(zhǔn)面。

4．水平軸與垂直度盤正交，且通過其中心。滿足此關(guān)系，當(dāng)垂直軸與測(cè)站鉛垂線一致，水平軸水平時(shí)，垂直度盤就平行于過測(cè)站的垂直照準(zhǔn)面，在它上面量取的角度，才是正確的垂直角。總的來說，就是三軸(垂直軸，水平軸，視準(zhǔn)軸)兩盤(水平度盤和垂直度盤)之間的關(guān)系，一旦它們之間的關(guān)系被壞，就將給角度觀測(cè)帶來誤差。4《控制測(cè)量》

第三章1178910126543213、蘇州光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的JGJ2光學(xué)經(jīng)緯儀的外貌和部件如圖/19測(cè)繪0932班1—望遠(yuǎn)鏡物鏡；2—光學(xué)瞄準(zhǔn)器；4—測(cè)微輪；5—讀數(shù)顯微鏡管；7—度盤影像變換螺旋；10—水平度盤變換螺旋護(hù)蓋；12—望遠(yuǎn)鏡調(diào)焦環(huán)；13—讀數(shù)顯微鏡目鏡；14—望遠(yuǎn)鏡目鏡；15—垂直度盤物鏡組蓋板；17—照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器；18—水平制動(dòng)螺旋；20—垂直度盤照明反光鏡；21—垂直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)器觀察棱鏡；22—垂直度盤指標(biāo)水準(zhǔn)器微動(dòng)螺旋；24—光學(xué)對(duì)點(diǎn)器；25—水平度盤照明反光鏡；26—照準(zhǔn)部與基座的連接螺旋；27—固緊螺母；28—垂直制動(dòng)螺旋；29—垂直微動(dòng)螺旋；30—水平微動(dòng)螺旋；31—三角基座；32—腳螺旋；

5《控制測(cè)量》

第三章/194、北京TDJ2E光學(xué)經(jīng)緯儀的讀數(shù)北京光學(xué)儀器廠生產(chǎn)的TDJ2E光學(xué)經(jīng)緯儀，讀數(shù)設(shè)備采用光學(xué)數(shù)字化結(jié)構(gòu)，以便迅速和正確地讀取度盤上的大讀數(shù)；測(cè)微器采用雙光楔測(cè)微器，以消除光學(xué)測(cè)微器隙動(dòng)差的影響；垂直度盤指標(biāo)采用自動(dòng)安平補(bǔ)償器，以減小置平誤差和提高垂直角觀測(cè)速度。 該儀器水平度盤的格值為20′測(cè)微器的格值為1″。讀數(shù)顯微鏡的視場(chǎng)如圖3-12所示，中窗內(nèi)是度盤正像分劃像；上窗內(nèi)是度和整10′的注記數(shù)，其中框標(biāo)“∪”內(nèi)的數(shù)字是分的十位數(shù)；下窗內(nèi)是測(cè)微尺分劃像和注記數(shù)，其中位于上方的數(shù)字是分?jǐn)?shù)，下方數(shù)字是整10″數(shù)。 在圖3-16的上窗中，一般會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)整度數(shù)，如89、090。正確的度數(shù)應(yīng)該是三位數(shù)都出現(xiàn)，即090。讀數(shù)采用重合讀數(shù)法，圖3-17的度盤完整讀數(shù)為90°14′45″。117891012654321測(cè)繪0932班6控制測(cè)量》

第三章/19第三節(jié)方向觀測(cè)法和測(cè)站平差根據(jù)水平角觀測(cè)操作基本規(guī)則，可制定出不同的觀測(cè)方法，不論哪種觀測(cè)方法均應(yīng)能有效地減弱各種誤差影響，保證觀測(cè)結(jié)果的必要精度；操作程序要盡可能的簡單、有規(guī)律，以適應(yīng)野外作業(yè)。不同等級(jí)的水平角觀測(cè)的精度要求不同，其觀測(cè)方法也不同。當(dāng)前三、四等以下的水平角觀測(cè)采用“方向觀測(cè)法”。有時(shí)，二等三角觀測(cè)也使用方向觀測(cè)法。1178910126543一、方向觀測(cè)法1測(cè)繪0932班若測(cè)站上有5個(gè)待測(cè)方向：A、B、C、D、E，選擇其中的一個(gè)方向（如A）作為起始方向（亦稱零方向），在盤左位置，從起始方向A開始，按順時(shí)針方向依次照準(zhǔn)A、B、C、D、E，并讀取度盤讀數(shù)，稱為上半測(cè)回；然后縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，在盤右位置按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，從最后一個(gè)方向E開始，依次照準(zhǔn)E、D、C、B、A并讀數(shù)，稱為下半測(cè)回。上下半測(cè)回合為一測(cè)回。這種觀測(cè)方法就叫做方向觀測(cè)法（又叫方向法）。

如果在上半測(cè)回照準(zhǔn)最后一個(gè)方向E之后繼續(xù)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，重新照準(zhǔn)零方向A并讀數(shù)；下半測(cè)回也從零方向A開始，依次照準(zhǔn)A、E、D、C、B、A，并進(jìn)行讀數(shù)。這樣，在每半測(cè)回中，都從零方向開始照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)一整周，再閉合到零方向上的操作，就叫“歸零”。

7《控制測(cè)量》

第三章/197117891012654321測(cè)繪0932班圖3-28方向觀測(cè)法歸零的作用及零方向的選擇第一，邊長適中。就是說，與本點(diǎn)其他方向比較，其邊長既不是太長，又不是最短。第二，成像清晰，目標(biāo)背景最好是天空。若本點(diǎn)所有目標(biāo)的背景均不是天空時(shí)，可選擇背景為遠(yuǎn)山的目標(biāo)作為零方向。第三，視線超越或旁離障礙物較遠(yuǎn)，不易受水平折光影響，視線最好從覘標(biāo)的兩櫓柱中間通過。有些方向雖能滿足上述要求，但經(jīng)常處在云霧中，也不宜選作零方向。8《控制測(cè)量》

第三章/198二、一測(cè)站上的觀測(cè)程序在測(cè)站上做好觀測(cè)的準(zhǔn)備工作以后，按以下步驟進(jìn)行觀測(cè)。（1）照準(zhǔn)零方向目標(biāo)，按觀測(cè)度盤表配置測(cè)微盤和度盤。（2）按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部1～2周后，精確照準(zhǔn)零方向標(biāo)的，讀取水平度盤和測(cè)微盤讀數(shù)（重合對(duì)徑分劃線兩次，讀取水平度盤讀數(shù)一次，讀取測(cè)微盤讀數(shù)兩次）。（3）順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，精確照準(zhǔn)2方向標(biāo)的，按（2）款方法進(jìn)行讀數(shù)，繼續(xù)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，依次精確照準(zhǔn)3，4，…，n方向標(biāo)的并讀數(shù)，最后閉合至零方向(當(dāng)觀測(cè)的方向數(shù)小于3時(shí)，可以不“歸零”)。（4）縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部1~2周后，依次精確照準(zhǔn)1，n，…3，2，1方向標(biāo)的，并按（2）款讀數(shù)方法進(jìn)行讀數(shù)。以上操作為一測(cè)回，方向觀測(cè)測(cè)回?cái)?shù)見表3-2。表3-2方向法觀測(cè)的測(cè)回?cái)?shù)117891012654321測(cè)繪0932班9《控制測(cè)量》

第三章/1991．觀測(cè)度盤表為了減弱度盤和測(cè)微盤分劃誤差影響，應(yīng)在開始觀測(cè)前編出觀測(cè)度盤表。零方向各測(cè)回度盤位置按下式計(jì)算：117891012654321測(cè)繪0932班型儀器

式中m——測(cè)回?cái)?shù)；

j——測(cè)回序號(hào)（j=1，2，3，…，m）。三、觀測(cè)手簿的記錄與計(jì)算1、水平方向法記錄與計(jì)算以下是使用J2經(jīng)緯儀進(jìn)行四等方向觀測(cè)一測(cè)回的手簿記錄、計(jì)算示例。10《控制測(cè)量》

第三章/1910117891012654321測(cè)繪0932班11/192、限差要求（J2儀器、四等要求）

光學(xué)測(cè)微器兩次重合讀數(shù)之差3秒；半測(cè)回歸零差8秒；一測(cè)回內(nèi)2C互差13秒；化歸同一起始方向后，同一方向值各測(cè)回互差9秒?！犊刂茰y(cè)量》

第三章117891012654321測(cè)繪0932班四、觀測(cè)成果的處理1、觀測(cè)結(jié)果的取舍1）“測(cè)回互差”超限。出現(xiàn)明顯的過大或過小之孤值例如用北光廠J07光學(xué)經(jīng)緯儀進(jìn)行三等水平角觀測(cè)，某方向各測(cè)回的觀測(cè)秒值如下（限差為5秒）：顯然Ⅳ測(cè)回的31．3″過大，其他各測(cè)回秒值都很接近。因此認(rèn)為Ⅳ測(cè)回的結(jié)果是不正常的，屬于孤值，可僅重測(cè)此測(cè)回。12/19《控制測(cè)量》

第三章2）“測(cè)回互差”超限，出現(xiàn)“一大一小”例如用T2，經(jīng)緯儀進(jìn)行三等水平角觀測(cè)，某一方向的觀測(cè)結(jié)果如下：117891012654321

測(cè)繪0932班其中26.2″較小，36.1″較大，兩者互差超限，僅舍去26.2″時(shí)，其他各測(cè)回合限，僅舍去36.1″時(shí)，其他各測(cè)回互差也合限。此時(shí)可認(rèn)為36.1″與26.2″屬于“一大一小”，應(yīng)重測(cè)這兩測(cè)回。3）“測(cè)回互差”超限，出現(xiàn)“兩小一大”(或兩大一小)

例如用010經(jīng)緯儀進(jìn)行三等三角觀測(cè)，某方向的觀測(cè)結(jié)果如下：其中13.3″與23.8″互差超限；14.0″礦與23.8″互差也超限。若舍去13.3″和14.0″，其他各測(cè)回互差合限；若舍去23．8″，其他各測(cè)回也合限。此時(shí)可認(rèn)為13.3″、14.0″與23.8″屬于‘兩小一大”，這三個(gè)測(cè)回均應(yīng)重測(cè)。13/19《控制測(cè)量》

第三章

2．重測(cè)、補(bǔ)測(cè)的有關(guān)規(guī)定

1）凡因?qū)﹀e(cuò)度盤、測(cè)錯(cuò)方向、上半測(cè)回歸零差超限、讀記錯(cuò)誤和中途發(fā)現(xiàn)觀測(cè)條件不佳等原因放棄的非完整測(cè)回，再進(jìn)行的觀測(cè)通稱為補(bǔ)測(cè)。補(bǔ)測(cè)可隨時(shí)進(jìn)行。因超出限差規(guī)定而重新觀測(cè)的完整測(cè)回，稱為重測(cè)。重測(cè)應(yīng)在基本測(cè)回全部完成之后進(jìn)行，以便對(duì)成果綜合分析、比較，正確的判定原因之后再進(jìn)行重測(cè)。

2）采用方向觀測(cè)法時(shí)，在1份成果中，基本測(cè)回重測(cè)的“方向測(cè)回?cái)?shù)’’超過“方向測(cè)回總數(shù)”的三分之一時(shí)，應(yīng)重測(cè)整份成果。重測(cè)數(shù)的計(jì)算：在基本測(cè)回觀測(cè)結(jié)果中，重測(cè)1個(gè)方向算作1個(gè)“方向測(cè)回”；一測(cè)回中有2個(gè)方向重測(cè)，算作2個(gè)“方向測(cè)回”。1份成果的“方向測(cè)回總數(shù)’’(按基本測(cè)回計(jì)算)等于方向數(shù)減1乘以測(cè)回?cái)?shù)，即(n-1)m。

3）一測(cè)回中，若重測(cè)的方向數(shù)超過本測(cè)回全部方向數(shù)的三分之一，該測(cè)回全部重測(cè)。觀測(cè)3個(gè)方向時(shí)，即使有1個(gè)方向超限，也應(yīng)將該測(cè)回重測(cè)。計(jì)算重測(cè)數(shù)時(shí)，仍按超限方向數(shù)計(jì)算。117891012654321測(cè)繪0932班14《控制測(cè)量》

第三章/19

4）當(dāng)某一方向的觀測(cè)結(jié)果因測(cè)回互差超限，經(jīng)重測(cè)仍不合限時(shí)，要在分析原因后再重測(cè)，以避免不合理的多余重測(cè)。

5）進(jìn)行重測(cè)時(shí)，只聯(lián)測(cè)零方向。

6）基本測(cè)回的結(jié)果與其重測(cè)結(jié)果，一律上記簿。每一測(cè)回只采用一個(gè)合限結(jié)果。

7）零方向超限，全測(cè)回重測(cè)。

8）中途放棄的方向，最后補(bǔ)測(cè)。放棄方向數(shù)不超過全部方向數(shù)的三分之一。

9）因三角形閉合差、極條件、基線條件和方位角條件閉合差超限而重測(cè)時(shí)，應(yīng)重測(cè)整份成果。

五、測(cè)站平差這里所介紹的測(cè)站平差，是用算術(shù)中數(shù)的方法，求出各個(gè)方向的平差方向值。即：某一方向的平均方向值=

117891012654321測(cè)繪0932班15/19《控制測(cè)量》

第三章在實(shí)際作業(yè)中，測(cè)站平差計(jì)算是在固定表格——“水平方向觀測(cè)記簿”上進(jìn)行例如117891012654321測(cè)繪0932班16/19《控制測(cè)量》

第三章117891012654321測(cè)繪0932班17《控制測(cè)量》

第三章/19117891012654321測(cè)繪0932班注：①括弧中的成果為劃去不采用。②一測(cè)回方向值的中誤差

m=9k=0.147③m個(gè)測(cè)回方向值中數(shù)中誤差

n為方向數(shù)，m為測(cè)回?cái)?shù)。18/19《控制測(cè)量》

第三章第四節(jié)精密水平角觀測(cè)的誤差影響和操作的基本規(guī)則

觀測(cè)工作是在野外復(fù)雜條件下進(jìn)行的，由于觀測(cè)人員和儀器的局限性以及外界因素的影響，觀測(cè)中會(huì)有誤差。為使觀測(cè)結(jié)果達(dá)到一定的精度，需要找出誤差的規(guī)律，研究和采取消除或減弱誤差影響的措施，制定出觀測(cè)操作中應(yīng)遵守的基本規(guī)則，以保證觀測(cè)成果的精度。一、

水平角觀測(cè)操作的基本規(guī)則水平角觀測(cè)操作的基本規(guī)則，是根據(jù)各種誤差對(duì)測(cè)角的影響規(guī)律制定出來的，實(shí)踐證明，它對(duì)消除或減弱各種誤差影響是行之有效的，應(yīng)當(dāng)自覺遵守。1、一測(cè)回中不得變動(dòng)望遠(yuǎn)鏡焦距。觀測(cè)前要認(rèn)真調(diào)整望遠(yuǎn)鏡焦距，消除視差，一測(cè)回中不得變動(dòng)焦距。轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡時(shí)，不要握住調(diào)焦環(huán)，以免碰動(dòng)焦距。

2、在各測(cè)回中，應(yīng)將起始方向的讀數(shù)均勻分配在度盤和測(cè)微盤上。這是為了消除或減弱度盤、測(cè)微盤分劃誤差的影響。117891012654321測(cè)繪0932班19/19《控制測(cè)量》

第三章3、上、下半測(cè)回間縱轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，使一測(cè)回的觀測(cè)在盤左和盤右進(jìn)行。一般上半測(cè)回在盤左位置進(jìn)行，下半測(cè)回在盤右位置進(jìn)行，作用在于消除視準(zhǔn)軸誤差及水平軸傾斜誤差的影響。4、下半測(cè)回與上半測(cè)回照準(zhǔn)目標(biāo)的順序相反，并保持對(duì)每一觀測(cè)目標(biāo)的操作時(shí)間大致相等。5、半測(cè)回中照準(zhǔn)部的旋轉(zhuǎn)方向應(yīng)保持不變。這樣可以減弱度盤帶動(dòng)和空隙帶動(dòng)的誤差影響。若照準(zhǔn)部已轉(zhuǎn)過所照準(zhǔn)的目標(biāo)，就應(yīng)按轉(zhuǎn)動(dòng)方向再轉(zhuǎn)一周，重新照準(zhǔn)，不得反向轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部。因此，在上、下半測(cè)回觀測(cè)之前，照準(zhǔn)部要按將要轉(zhuǎn)動(dòng)的方向先轉(zhuǎn)1～2周。

6、測(cè)微螺旋、微動(dòng)螺旋的最后操作應(yīng)一律“旋進(jìn)”，并使用其中間部位，以消除或減弱螺旋的隙動(dòng)差影響。7、觀測(cè)中，照準(zhǔn)部水準(zhǔn)器的氣泡偏離中央不得超過《規(guī)范》規(guī)定的格數(shù)（規(guī)范規(guī)定不超過1格）。其作用在于減弱垂直軸傾斜誤差的影響。在測(cè)回與測(cè)回之間應(yīng)查看氣泡的位置是否超出規(guī)定，若超出，應(yīng)立即重新整平儀器。若一測(cè)回中發(fā)現(xiàn)氣泡偏離超出規(guī)定，應(yīng)將該測(cè)回作廢，待整平后，再重新觀測(cè)該測(cè)回。117891012654321測(cè)繪0932班20/19《控制測(cè)量》

第三章第五節(jié)偏心觀測(cè)與歸心改正三角點(diǎn)的點(diǎn)位以標(biāo)石的標(biāo)志中心（一般習(xí)慣稱標(biāo)石中心）為準(zhǔn)，也就是說，三角點(diǎn)的坐標(biāo)與三角點(diǎn)之間的方向和邊長都是以三角點(diǎn)的標(biāo)石中心為依據(jù)的，因此，在觀測(cè)時(shí)要求儀器中心、照準(zhǔn)圓筒中心與標(biāo)石中心位于同一垂線上，即所謂“三心”一致。測(cè)站偏心：在實(shí)際測(cè)量中若遇到測(cè)站上不能安置儀器，即儀器中心與測(cè)站標(biāo)石中心不在同一鉛垂線上，稱測(cè)站偏心。照準(zhǔn)點(diǎn)偏心：若照準(zhǔn)點(diǎn)上不能立反光鏡，即照準(zhǔn)點(diǎn)中心與照準(zhǔn)點(diǎn)標(biāo)石中心不在同一鉛垂線上，稱照準(zhǔn)點(diǎn)偏心。歸心改正：將偏心觀測(cè)獲得的觀測(cè)值化歸字至以標(biāo)石中心為準(zhǔn)的觀測(cè)值。117891012654321測(cè)繪0932班21/19《控制測(cè)量》

第三章

一、測(cè)站點(diǎn)偏心及測(cè)站點(diǎn)歸心改正數(shù)計(jì)算117891012654321測(cè)繪0932班如圖：為三角點(diǎn)的標(biāo)石中心；

為儀器中心；測(cè)站上應(yīng)有正確觀測(cè)方向?yàn)?/p>

；由于測(cè)站點(diǎn)的偏心

，即儀器中心偏離了標(biāo)石中心。因此，實(shí)際的觀測(cè)方向?yàn)?/p>

實(shí)際觀測(cè)方向值和應(yīng)有的正確方向值

之間差一個(gè)小角

稱為歸心改正。由圖可知圖中：為偏心距；為偏心角。統(tǒng)稱為歸心元素。由圖可得：