ch經(jīng)緯儀測量PPT課件

1、第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量 角度測量是測量工作的基本內(nèi)容之一，它包括水平角測量和垂直角測量。水平角測量用于求算點的平面坐標，垂直角測量用于測定點的高程。角度測量中最常用的儀器就是光學經(jīng)緯儀。4-14-1水平角測量原理水平角測量原理 所謂水平角，是指空間兩直線的夾角在水平面上的垂直投影。A、B、C為地面上任意三點。C為測站點，A、B為目標點，則從C點觀測A、B的水平角為CA、CB兩方向線在水平面Q上的垂直投影所成的。也就是說，地面上一點到兩目標點的方向線所夾的水平角，就是過這兩方向線所作兩豎直面間的二面角。 第1頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量第2頁/共31頁第四章第四章

2、經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量4-2 DJ64-2 DJ6級光學經(jīng)緯儀級光學經(jīng)緯儀 光學經(jīng)緯儀具有體積小、重量輕、密封性好、精度高等優(yōu)點，所以得到了廣泛應(yīng)用。它的精密度一般分為三級：1級、2級和6級，前兩種屬精密儀器，后一種屬中等精度儀器，是工程測量中常用的一種。我國對國產(chǎn)經(jīng)緯儀編制了系列標準，分為DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15和DJ60等級別。其中D和J分別表示“大地測量”和“經(jīng)緯儀”兩個詞漢語拼音的第一個字母，后面的數(shù)字表示該儀器所能達到的精度指標。DJ6級光學經(jīng)緯儀屬6級儀器，本章主要介紹這類儀器的構(gòu)造和使用。第3頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量一、 光學經(jīng)緯儀的構(gòu)造 6

3、級光學經(jīng)緯儀的式樣雖然很多，但其主要部分的構(gòu)造基本相同，包括照準部、水平度盤和基座三大部分。 (一) 照準部 (1) 望遠鏡 望遠鏡和是用作精確瞄準目標的。它和水平軸連接在一起，可以繞水平軸在豎直面內(nèi)上下任意轉(zhuǎn)動。望遠鏡制動扳鈕和望遠鏡微動螺旋。 (2) 豎直度盤(豎盤) 豎盤由光學玻璃制成，用于觀測豎直角。它和望遠鏡連成一體并隨望遠鏡一起轉(zhuǎn)動。 (3) 水準器 照準部上有一個水準管和一個圓水準器。圓水準器用作粗略整平，水準管用作精確整平儀器。 照準部的下部有一個能插在軸座內(nèi)的豎軸，整個照準部可在軸座內(nèi)任意地作水平方向的旋轉(zhuǎn)。照準部下部裝有水平制動扳鈕和水平微動螺旋。 第4頁/共31頁第四章第

4、四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量 (二) 水平度盤 水平度盤也由光學玻璃制成。盤上有0-360順時針注記的分劃線。水平度盤的外殼上還有一個特殊裝置，稱為復測扳鈕。按下該扳鈕時，水平度盤和照準部可以一起轉(zhuǎn)動；撥上該扳鈕時，水平度盤就不能隨照準部一起轉(zhuǎn)動了。 (三) 基座 基座是儀器的底座，其上有腳螺旋和連接板。測量時必須將三腳架上的中心螺旋(連接螺旋)旋進連接板，這時儀器和三腳架就連接在一起了。中心螺旋下端掛上垂球，即指示水平度盤的中心位置。基座上還有一個軸座固定螺旋。第5頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量二、二、 光學經(jīng)緯儀的讀數(shù)裝置和讀數(shù)方法光學經(jīng)緯儀的讀數(shù)裝置和讀數(shù)方法 (一) 單平

5、板玻璃測微器及其讀數(shù)方法 DJ6型經(jīng)緯儀采用這種裝置的儀器。右圖是DJ6型經(jīng)緯儀的讀數(shù)系統(tǒng)光路圖。外來光線經(jīng)反光鏡1，毛玻璃2，棱鏡3、5，照亮了豎直度盤4和水平度盤7，同時經(jīng)透鏡組6、10將豎直度盤和水平度盤的分劃，通過單平板玻璃11成像在讀數(shù)窗14上。最后，光線經(jīng)過棱鏡15的折射，在讀數(shù)顯微鏡17內(nèi)可以清晰地看到水平度盤、豎直度盤和測微盤13的分劃像。第6頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量第7頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量(二) 測微尺讀數(shù)裝置及其讀數(shù)方法 我國西北光學儀器廠生產(chǎn)的經(jīng)型光學經(jīng)緯儀，采用的是測微尺讀數(shù)裝置。在讀數(shù)顯微鏡內(nèi)，同樣可以看到豎盤分劃和另一

6、測微尺。度盤上每一格為1(60)。測微尺的總長度等于度盤每格(1)的寬度，這樣測微尺的總長代表1，而測微尺分成60個小格，故每一小格代表1。讀數(shù)時，須以測微尺的零分劃線為起始線，度數(shù)在度盤上讀出，不足1的讀數(shù)，在測微尺上讀出。第8頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量第9頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量三、三、 光學經(jīng)緯儀應(yīng)滿足的幾何條件光學經(jīng)緯儀應(yīng)滿足的幾何條件 由測角原理可知，為了精確地測量角度，當經(jīng)緯儀整平后，望遠鏡視準軸繞水平軸上下轉(zhuǎn)動時，其視線應(yīng)能掃出一個豎直面。為了達到這一要求，一臺完善的經(jīng)緯儀，其各條軸線之間應(yīng)滿足以下主要幾何條件，即三軸相互垂直條件： 水平

7、度盤的水準管軸(LL)應(yīng)垂直于豎軸(VV)； 視準軸(CC)應(yīng)垂直于水平軸(HH)； 水平軸(HH)應(yīng)垂直于豎軸(VV)。 如果經(jīng)緯儀滿足了上述三個條件，當儀器整平后，則豎軸垂直，水準管軸和水平軸水平。因視準軸垂直于水平軸，所以當視準軸繞水平軸上下轉(zhuǎn)動時即能掃出一個豎直面。第10頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量4-3 4-3 水平角觀測水平角觀測一、 經(jīng)緯儀的安置 經(jīng)緯儀的安置，包括對中和整平兩個內(nèi)容。1 對中 對中的目的是把儀器中心安置在測站點O的鉛垂線上。2整平 整平的目的是使儀器豎軸豎直、水平度盤水平。有的光學經(jīng)緯儀還裝有光學對中器。光學對中的方法是：先將三腳架插緊后，裝上

8、儀器用腳螺旋進行對中，然后通過升降三腳架使圓水準器氣泡居中，這時，儀器可能又不對中了，可稍微松動中心螺旋，在架頭上平移儀器，使儀器對中。第11頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量二、二、 測回法測水平角測回法測水平角 水平角的觀測方法，根據(jù)觀測條件、精度要求和使用儀器的不同，共有四種：即測回法、復測法、全圓測回法和方向觀測法。這里只介紹常用而簡便的測回法。 欲用測回法測量AOB，先在A、B兩點上立好標桿或測釬，將經(jīng)緯儀安置于O點后，可按下列程序進行觀測：(1) 先將經(jīng)緯儀豎盤放在盤左位置(又稱正鏡位置，即觀測時豎盤在望遠鏡的左邊)，松開水平制動扳鈕，轉(zhuǎn)動照準部，使望遠鏡大致瞄準A點上

9、的標桿。然后，擰緊水平制動扳鈕，用微動螺旋使望遠鏡精確地瞄準A點，讀取水平度盤讀數(shù)a。第12頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量(2) 松開水平制動扳鈕，按順時針方向轉(zhuǎn)動照準部，用上述方法精確瞄準B點，讀取水平度盤讀數(shù)b。當望遠鏡視準軸從OA方向轉(zhuǎn)到OB方向時，指標線在水平度盤上所走的角值，就是我們所要測量的水平角，因此得：左=ba 按上述程序測量水平角一次，稱為半測回。 為了校核測量成果，消除儀器誤差，以便得到更精確的角值，還需要用盤右位置(又稱倒鏡位置，即在觀測時，豎盤在望遠鏡的右邊)再觀測一次，即：(3) 倒轉(zhuǎn)望遠鏡，使豎盤位于盤右位置。這次，用望遠鏡先精確瞄準B點，讀取水平度

10、盤讀數(shù)b。(4) 松開水平制動扳鈕，逆時針方向轉(zhuǎn)動照準部，用望遠鏡精確瞄準A點，讀取水平度盤讀數(shù)a，則：右=b2a2。 第13頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量以上按正鏡先測的叫上半測回，按倒鏡后測的叫下半測回，上、下兩個半測回合在一起，稱為一個測回。按城市測量規(guī)范(下稱規(guī)范)規(guī)定，當用6級經(jīng)緯儀觀測時，如兩個半測回所測水平角的角度差值不超過40時，可取其平均值作為角的觀測結(jié)果，如不符合要求，應(yīng)重測。第14頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量4-4 4-4 豎直角觀測豎直角觀測一、一、 豎直角測量原理豎直角測量原理 所謂豎直角，就是同一豎直面內(nèi)視線與水平線間的夾角。其角值

11、為0-90。視線在水平線之上，豎直角為“正”，稱仰角；視線在水平線之下，豎直角為“負”，稱俯角。豎直角測量與水平角一樣，其角值也是度盤上兩個方向讀數(shù)之差。第15頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量二、二、 豎盤裝置的構(gòu)造豎盤裝置的構(gòu)造豎盤裝置是用來觀測豎直角的，它包括豎直度盤(豎盤)、指標水準管和指標水準管微動螺旋三個部分。豎盤固定在望遠鏡旋轉(zhuǎn)軸(橫軸)的一端，隨望遠鏡一起在豎直面內(nèi)轉(zhuǎn)動。豎盤讀數(shù)用的指標裝置，和指標水準管、指標水準管微動螺旋連在一起的，不隨望遠鏡一起轉(zhuǎn)動。指標水準管氣泡居中后，指標即處于正確位置，此時，如望遠鏡視準軸水平，豎盤讀數(shù)則應(yīng)為90的整數(shù)倍(即0、90、18

12、0、270中的一個)。每次觀測豎直角時，必須用豎盤指標微動螺旋，使指標水準管氣泡居中，然后才能讀數(shù)。豎盤刻劃的注記有順時針方向和逆時針方向兩種，一般為全圓式注記。 第16頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量三、三、 豎直角的觀測和計算豎直角的觀測和計算 一般要測得比較精確的豎直角，至少要用盤左和盤右各觀測一次，這稱為一個測回。這樣做可以減小誤差、提高觀測精度。豎直角的觀測和計算方法如下： (1) 安置經(jīng)緯儀，用盤左瞄準目標點B，使十字絲橫絲切于目標頂端，轉(zhuǎn)動豎盤指標水準管微動螺旋，使豎盤指標水準管氣泡居中，進行讀數(shù)。設(shè)盤左讀數(shù)L。 (2) 倒轉(zhuǎn)望遠鏡， 盤右 瞄準B點，使指標水準管氣

13、泡居中 ，進行盤右讀數(shù)R。 (3) 計算豎直角。豎直角是觀測目標的讀數(shù)與望遠鏡視準軸水平時的豎盤讀數(shù)(即0、90、180、270)之差。但哪個是被減數(shù)，哪個是減數(shù)，則應(yīng)按豎盤的注記形式來確定。第17頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量為此，在觀測之前，將望遠鏡大致放平，讀取豎盤讀數(shù)。然后將望遠鏡上仰，若讀數(shù)增大，則豎直角等于瞄準目標時的讀數(shù)減去視線水平時的讀數(shù)；若讀數(shù)減小，則豎直角等于視線水平時的讀數(shù)減去瞄準目標時的讀數(shù)。 經(jīng)型經(jīng)緯儀的豎盤見圖414(a)為順時針刻劃，豎直角計算公式為： 盤左 盤右將盤左、盤右取中數(shù)，則一測回豎直角為：（）/2。 如果在一個測站上觀測多個方向的豎直角

14、，則在盤左順時針依次照準各目標，而在盤右時，逆時針依次照準各目標，讀數(shù)、記錄方法同上。第18頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量四、四、 豎盤指標差豎盤指標差 上述豎直角的計算，是基于這樣一個假設(shè)：當豎盤指標水準管氣泡居中時，指標應(yīng)處于正確位置，此時，豎盤讀數(shù)應(yīng)為90或270。事實上，這一假設(shè)常不成立，即當豎盤指標水準管氣泡居中時，指標并不恰好指向90或270，而與正確位置相差一個小角度x,x稱為豎盤指標差。指標差產(chǎn)生的原因，是指標水準管未校正完善，這可以進行校正。第19頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量當視準軸水平、指標水準管氣泡居中時，由于指標差x的存在，豎盤盤左讀數(shù)

15、為90+x，則正確的豎直角應(yīng)為：（x)-L=x 同樣，盤右時正確的豎直角應(yīng)為：（x)=x 將上兩式相加并除以2，得：= (）/2。 可以求出： x= (R+L-360)/2= (）/2。指標差x可用來衡量觀測質(zhì)量。在同一測站上觀測不同目標時，指標差的變動范圍，對于J級經(jīng)緯儀不應(yīng)超過25，否則成果不合格，需重測。 以上是根據(jù)順時針注記的度盤，求得的計算指標差x的公式。對于逆時針注記的度盤，求指標差x的公式為：x= (L+R-360)/2= (）第20頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量4-5 4-5 三角高程測量三角高程測量 三角高程測量是根據(jù)兩點間的水平距離(或傾斜距離)和豎直角計算

16、兩點間的高差。如圖，已知A點高程為H，欲測定B點高程H，可在A點安置經(jīng)緯儀，在B點豎立標桿，用望遠鏡中絲瞄準標桿的頂點，測得豎直角，并量取經(jīng)緯儀的水平軸到A點的高度，這稱為儀器高，用i表示；量取標桿頂部到B點的高度，稱為覘桿高，用v表示。再根據(jù)AB之間的水平距離l，即可求得高差h。 第21頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量第22頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量因為 h+v=ltan+i 所以 h=ltan+i-v 不論豎直角是仰角還是俯角，此式子均適用。若為俯角，則用豎直角負值代入。 B點的高程為：h=Hltaniv 當A、B兩點間的距離大于300 m時，應(yīng)考慮地球曲

17、率和大氣折光對高差的影響。 考慮球氣差改正f后，上式應(yīng)改寫為： h=ltan+i-v+f 在煤礦井下測量時，往往直接測量A、B兩點間的斜距L，則：h=L sini-v 三角高程測量一般應(yīng)進行往返觀測，既由A向B觀測(稱為直覘)，又由B向A觀測(稱為反覘)。這樣的觀測，稱為對向觀測。對向觀測可消除地球曲率和大氣折光的影響。第23頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量4-6 4-6 視距測量視距測量 視距測量是利用望遠鏡內(nèi)的視距絲和視距尺，同時測定兩點間的水平距離和高差的一種方法。視距測量所用的主要儀器和工具是經(jīng)緯儀和視距尺(或水準尺)。視距尺的刻劃與水準尺基本相同。一、一、 視距測量原理

18、視距測量原理1 視線水平時的視距公式 如圖，欲測定A、B兩點間的水平距離l和高差h，可在A點安置經(jīng)緯儀，在B點立視距尺。使望遠鏡視線水平，瞄準B點視距尺，此時視線與視距尺垂直。第24頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量設(shè)儀器中心到物鏡的距離為，物鏡焦距為f，焦點F至視距尺的距離為l，上下兩視距絲m、n(即望遠鏡縱十字絲上的上下兩根短橫刻劃線)在視距尺上的尺間隔為S，則A點到B點的水平距離l為：l=l+f，因mFn與MFN相似，故有：即 式中P為兩視距絲之間的距離，即P=mn=mn。 則A、B兩點間的水平距離為： 則l=KS+C 式中K稱為視距乘常數(shù)，在設(shè)計儀器時，使K=100; C稱

19、為視距加常數(shù)，對內(nèi)對光望遠鏡來說，總可使其為0。 這樣，上式變?yōu)椋簂=KS=100S第25頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量2 2 視線傾斜時的視距公式視線傾斜時的視距公式 若兩點間的高差較大，必須使視線傾斜時才能照準視距尺，此時，視線與視距尺不垂直，不能用前式計算兩點間水平距離。為此，可設(shè)想將豎直的尺子R繞O點旋轉(zhuǎn)一個角(傾斜視線豎直角)，使其與視線垂直，得尺間隔為S按前式可求得傾斜距離L為： L=KS，于是A、B兩點間的水平距離為： l=L cos=KScos 但是，S不是實際的尺間隔，實際測得的尺間隔是R尺上的MN(即S)，因此需要找出S與S間的關(guān)系。 第26頁/共31頁第四

20、章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量圖中，NON=MOM=，NNO=90+/2，O=90-/2,因/2很小(約為17)，故可將NNO和MMO視為直角。于是和OMM均為直角三角形。在兩直角三角形中，NO=NOcos，MO=MO cos， 則NM=NO+MO=(NO+MO)cos=NMcos=Scos，即：=S cos l l=K=Kcoscos，視線傾斜時求水平距離的公式，視線傾斜時求水平距離的公式 將上式代入三角高差公式，則得用視距表示的三角高差計算公式： h=ltan+i-v=(KScostan+i-v=KScossini-v=（KSsin2）/2+i-v， 即h=（KSsin2）/2+i-v。在實際工作中，應(yīng)盡量使i=v，以簡化高差h的計算。第27頁/共31頁第四章第四章 經(jīng)緯儀測量經(jīng)緯儀測量二、二、 視距測量方法視距測量方法 欲測A、B兩點間的水平距離和高差，測量步驟如下： (1) 在A點安置經(jīng)緯儀，