土木工程测量PPT(过静君)第三章-角度测量

土木工程测量（电子教材）饶云刚杨剑制作普通高等院校土木工程专业新编系列教材中国土木工程学会教育工作委员会审定武汉理工大学出版社3角度测量•角度类型——水平角与竖直角。•仪器——经纬仪，全站仪。•水平角测量——求算点的平面位置。•竖直角测量——测定高差，或将倾斜距离化算为水平距离。3.1角度测量原理3.1.1水平角测量原理水平角是指地面上一点到两个目标点的方向线垂直投影到水平面上的夹角，或者是过两条方向线的竖直面所夹的两面角。3.1.1水平角测量原理根据水平角的概念，若在过A点的铅垂线上水平地安置一个有刻度的圆盘（称为水平度盘），度盘中心在o点，过AB、AC竖直面与水平度盘交线为on、om，在水平度盘上读数为n、m，则∠nom为所测得的水平角。一般水平度盘是顺时针刻划的，则：∠nom=m-n=β水平角值为00~36003.1.2竖直角测量原理•竖直角：同一竖直面内，某方向线与水平线的夹角。•视线在水平线上方为仰角，竖直角0；•视线在水平线下方为俯角，竖直角0。•竖直面内安置一个刻度圆盘•视线水平时的竖盘读数为90°，•视线倾斜时的竖盘读数为Z，•视线方向竖直角α=90°－Z。•经纬仪种类：光学经纬仪、光电经纬仪。•国产光学经纬仪型号(大地测量经纬仪)：DJ07,DJ1，DJ2，DJ6，D、J分别代表“大地测量”和“经纬仪”，数字07、1、2、6分别为一测回方向观测中误差秒数。•工程测量常用DJ2或DJ6级。•徕卡光学经纬仪型号(Theodolite)•T4(0.5″)，T3(1″)，T2(2″)，T1(6″)3.2DJ6型光学经纬仪1972年,南京1002厂研制的J07级光学经纬仪1972年,南京1002厂研制的J05级光学经纬仪国产DJ6级光学经纬仪国产DJ6级光学经纬仪国产DJ6级电子经纬仪3.2DJ6型光学经纬仪•结构——基座,水平度盘,照准部•1)基座三个脚螺旋,一个圆水准气泡——粗平仪器。水平度盘旋转轴套在竖轴套外围，仪器固定在基座上；•2)水平度盘圆环形光学玻璃盘片，盘片边缘刻划顺时针注记0°~360°角度值。•3)照准部水平度盘上，能绕竖轴旋转的全部部件总称，竖轴、U形支架、望远镜、横轴、竖盘指标管水准器、读数装置，竖轴VV——照准部旋转轴，水平度盘变换螺旋。WildT2光学经纬仪光路示意图WildT2光学经纬仪光路3.3DJ6型光学经纬仪读数装置和操作使用3.3.1分微尺测微器及读数方法3.3.2单平板玻璃测微器及读数方法3.3.3经纬仪的使用经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准、读数四个步骤•1)垂球对中法安置经纬仪•将垂球悬挂于连接螺旋中心的挂钩上，•调整垂球线长度使垂球尖略高于测站点。•粗对中与粗平：平移三脚架，使垂球尖大致对准测站点中心，将三脚架的脚尖踩入土中。•精对中：稍微旋松连接螺旋，双手扶住仪器基座，•在架头上移动仪器，使垂球尖准确对准测站点，旋紧连接螺旋。垂球对中误差应小于±3mm。•精确整平：旋转脚螺旋，在相互垂直的两个方向使照准部管水准气泡居中。•2)使用光学对中法安置经纬仪•光学对中器的结构经纬仪光学对中器的光路经纬仪光学对中器的目镜对光与物镜对光•粗对中——手握三角架，眼睛观察光学对中器，•移动三脚架，对中标志基本对准测站点中心，脚尖踩入土中。•精对中——移动仪器基座对中，使对中误差±1mm。•粗平——伸缩脚架腿，使圆水准气泡居中。•精平——转动照准部，旋转脚螺旋，使管水准气泡在相互垂直的两个方向居中。•精平操作会略微破坏已完成的对中关系。•再次精对中——旋松连接螺旋，眼睛观察光学对中器，•平移仪器基座(注意，不要有旋转运动)，使对中标志准确对准测站点中心，拧紧连接螺旋。•旋转照准部，在相互垂直两方向检查管水准气泡居中情况•否则从再次精对中开始重复操作。•3)瞄准和读数•测角照准标志•竖立于测点的标杆、测钎、用三根竹杆悬吊垂球线或觇牌。棱镜对中杆目标棱镜•水平角测量，望远镜十字丝竖丝瞄准照准标志。•①目镜对光——望远镜对向明亮背景，转动目镜使十字丝清晰；•②粗瞄目标——望远镜上的粗瞄器瞄准目标，水平、垂直制动；•③精瞄目标——从望远镜观察，旋转水平、垂直微动螺旋。•④读数——打开度盘照明反光镜，调整开度和方向，照亮读数窗口。倒像望远镜的瞄准3.4水平角和竖直角测量方法3.4.1水平角测量•测回法，方向观测法。•(1)测回法•观测两个方向之间的单角，一测回操作步骤：•盘左：照准A点→配水平盘→读数→顺时针转C点→读数；•盘右：照准C点→读数→逆时针转A点→读数。•测回法观测水平角的记录格式•(2)方向观测法•观测三个及以上方向用，一测回操作步骤：•选择标志十分清晰的点作零方向，如A点。•盘左照准A点→配水平度盘•盘左(顺时针)：瞄A读数→瞄B读数→瞄C读数→瞄D读数•→再瞄A读数(盘左归零)。•盘右(逆时针)：瞄A读数→瞄D读数→瞄C读数→瞄B读数•→再瞄A读数(盘右归零)。•方向观测法观测水平角记录格式•(3)方向观测法的限差•《城市测量规范》规定的限差。•照准点垂直角超过±3°时，•该方向2C较差按同一观测时段内相邻测回比较。3.4.2竖直角测量（1）竖盘结构•竖盘固定在望远镜横轴一端并与望远镜连接在一起，•竖盘随望远镜一起绕横轴旋转，竖盘面垂直于横轴。•竖盘读数指标与竖盘指标管水准器连接在一起，•望远镜置于盘左，竖盘指标管水准气泡居中时，竖盘读数应为90°。竖盘构造竖盘构造(3)竖盘指标差与竖盘自动归零装置•竖盘指标差——望远镜视准轴水平竖盘指标管水准气泡居中时,•读数相对于正确值90°(盘左)或270°(盘右)角度的偏差值x。•盘左竖直角：α=90°－L＋x=αL＋x，左加；•盘右竖直角：α=R－270°＋x=αR－x，右减；•指标差：x=(αR－αL)/2；•盘左盘右取平均：α=(αL＋αR)/2，抵消竖盘指标差。竖盘自动归零装置●目前的光学经纬仪多采用自动归零装置（补偿器）取代指标水准管的功能。自动归零装置为悬挂式（摆式）透境，安装在竖盘光路的成像透镜组之后。竖盘自动归零装置竖盘自动归零装置●当仪器稍有倾斜读数指标处于不正确位置时，归零装置靠重力作用使悬挂透镜的主平面倾斜，●通过悬挂透镜的边缘部分折射，让竖盘成像透镜组的光轴到达读数指标的正确位置，实现读数指标自动归零或称自动补偿，其补偿原理与自动安平水准仪类似。●使用自动归零经纬仪时，竖直角测量无须调节指标水准管的操作，提高了工作效率。●但由于补偿范围有限，一般为所以作业时应注意仪器整平。(4)竖直角观测①仪器安置在测站点上，对中、整平。盘左观测并读数。②盘右观测，读数。观测顺序与盘左相反。③计算一测回指标差，若合格则取两个半测回平均值作为一测回角值。3.5经纬仪的使用和校正经纬仪的轴线及其应满足的关系•视准轴CC、横轴HH、水准管轴LL、竖轴VV。•轴线应满足的关系•①LL⊥VV•②十字丝竖丝⊥HH•③CC⊥HH•④HH⊥VV•⑤竖盘指标差x=0•⑥光学对中器的视准轴与竖轴重合•①LL⊥VV的检验与校正•检验：圆水准气泡居中，初平仪器。•水准管轴平行于一对脚螺旋，居中气泡，•照准部旋转180°，气泡居中，则LL⊥VV。3.5.1照准部水准管轴垂直于竖轴的检验与校正•校正——校正针拨动管水准器一端校正螺丝，•使气泡向中央移动偏距的一半，•余下一半通过旋转与管水准器轴平行的一对脚螺旋完成。•检验：用十字丝交点精确瞄准远处一目标P，旋转水平微动螺旋,•P点左、右移动轨迹偏离十字丝横丝时要校正。•校正：卸下十字丝分划板护罩，松开4个压环螺丝，•缓慢转动十字丝组，直到照准部水平微动时•P点始终在横丝上移动为止，最后旋紧四个压环螺丝。3.5.2十字丝竖丝垂直于横轴的检验与校正•检验：平坦场地，选相距约100m的A，B两点。仪器安置于A，B连线的中点。•A点设置与仪器等高的标志，B点设置与仪器等高的水平标尺，垂直于视线OB，•盘左瞄A点,固定照准部，•纵转望远镜,瞄B尺读数B1，•盘右瞄A点,固定照准部，•纵转望远镜,瞄B尺读数B2•B1≠B2需要校正。3.5.3视准轴垂直于横轴的检验与校正•校正：由B2点向B1点量取B1B2/4长度定出B3点，OB3⊥HH•用校正针拨动十字丝环的左右一对校正螺丝→十字丝交点与B3点重合。•完成校正后，应重复上述的检验操作,直至满足C60″为止。3.5.4横轴垂直于竖轴的检验与校正•横轴不垂直于竖直，偏离正确位置的角值i——横轴误差•i20″时，必须校正。•检验：高墙上固定清晰照准标志P，距墙面20m~30m安置经纬仪；•盘左瞄准P点，固定照准部；望远镜视准轴水平，墙面定出P1点；•纵转望远镜,盘右瞄准P点固定照准部，•望远镜视准轴水平，•墙面上定出P2点。•横轴误差为：cot221DPPi•校正：打开仪器的支架护盖，调整偏心轴承环，•抬高或降低横轴的一端使i=0，•需要在无尘的室内环境中，•使用专用的平行光管进行操作，•用户不具备条件时，一般交专业维修人员校正。•检验：安置好仪器•盘左、盘右观测某清晰目标竖直角一测回，计算指标差x，•盘左竖直角：αL=90°－L•盘右竖直角：αR=R－270°•指标差：x=(αR－αL)/2•校正：消除了指标差的盘右竖盘正确读数为R－x，•旋转竖盘指标管水准器微动螺旋，使竖盘读数为R－x，•此时，竖盘指标管水准气泡必然不再居中，•用校正针拨动竖盘指标管水准器校正螺丝，•使气泡居中。•该项校正需要反复进行。3.5.5竖盘指标差及其检校3.5.6光学对点器的检校•检验：地面上放置白纸，白纸上画十字形的标志，•以标志点P为对中标志安置仪器，旋转照准部180°，•点像偏离对中器分划板中心到P’时，•对中器视准轴与竖轴不重合，需要校正。•校正：在白纸上定出P’与P点的中点O，•转动对中器校正螺丝使对中器分划板中心对准O点。•需要反复进行。3.6角度测量误差分析及注意事项3.6.1角度测量误差源•仪器误差,对中与目标偏心误差,观测误差,外界环境影响。•(1)仪器误差•1)视准轴误差•视准轴误差——视准轴CC不垂直于横轴HH的偏差C•CC绕HH旋转一周扫出两个圆锥面•双盘位方向观测取平均可消除视准轴误差影响。0001[(180)]211[180][180]22LLRLCRCLR•2)横轴误差•横轴误差对水平角的影响与方向竖直角有关,•双盘位方向观测取平均可消除横轴误差的影响。•3)竖轴误差•竖轴VV偏离铅垂线的偏差δ——竖轴误差•造成水平度盘偏离水平面δ角,•无论盘左或盘右观测，倾斜方向都一样,•竖轴误差不能用双盘位观测取平均值的方法消除,•观测前应严格检校仪器，•观测时保持照准部管水准气泡居中，•观测过程中气泡偏离量一格，•否则应重新进行对中整平操作。•4)照准部偏心误差和分划不均匀误差•照准部偏心误差——照准部旋转中心与水平盘分划中心，不重合产生的测角误差；•盘左盘右观测取平均可消除其影响。•度盘最小分划间隔不均匀而产生的测角误差，•各测回零方向根据测回数n，•按照180°/n变换水平度盘位置→削弱该误差影响。•(2)观测误差•1)对中误差•对中点O’偏离测点标志O距离e•对水平角观测的影响为δ=δ1+δ2•β=180°，θ=90°，δ取得最大值•e=3mm，D1=D2=60m，δ=20.6″))sin(sin(2121DDe)11(21maxDDe•2)目标偏心误差•照准点所竖目标与地面点标志中心不在同一铅垂线上，•偏差e1对水平角观测的影响为γ•α=90°时，γ取得最大值•与瞄准方向垂直的目标偏心e1对水平方向观测的影响最大。Desin3)照准误差•人眼可分辨的两个点最小视角为60″，•使用放大倍数为V的望远镜观测时，最小分辨视角可减小V倍，•mV=±60″/V，DJ6经纬仪V=28，mV=60″/28=±2.2″•4)读数误差•使用测微尺的DJ6级光学经纬仪，读数误差为测微尺最小分划1′的1/10——±6″。•(3)外界环境的影响•松软的土壤和风力影响仪器的稳定,•日晒和环境温