测量学ppt-5角度距离测量与全站仪

1、测量学,主讲：付建红,第五章 角度、距离测量与全站仪,测量学,教学目标,掌握角度测量的原理与方法 掌握光电测距仪的测距原理 了解全站仪的结构 掌握全站仪的操作 了解影响全站仪测角、测距的误差,主要内容,角度测量原理 经纬仪 角度观测方法 水平角观测的误差和精度 经纬仪的检验与校正 距离测量 光电测距误差分析 光电测距仪的检验 全站仪和自动全站仪 三角高程测量,5.1 角度测量原理,水平角测量原理 竖直角测量原理,水平角：相交的两直线之间的夹角在水平面上的投影(0360) 。,一、水平角测量原理,仪器安置的高低及瞄准目标的高低不同部位对水平角的观测有无影响？,a,b,铅垂线,竖直角：同一竖面内，目标方向与一特定方向之间的夹角。,二、竖直角测量原理,仪器安置的高低对竖直角的观测有无影响？,铅垂线方向,高度角 ：同一竖面内，目标方向与水平方向间的夹角（ ）。,天顶距Z ：同一竖面内，目标方向与天顶方向间的夹角（ ）。,天顶距与高度角的关系：,5.2 经纬仪,经纬仪的基本构造 经纬仪的分类 电子经纬仪,一、经纬仪的基本构造,照准部,测量望远镜 竖直度盘 水准器：圆水准器、水准管 光学对中器,竖

2、轴：仪器的旋转轴 横轴：望远镜的旋转轴 视准轴：望远镜十字丝中心与物镜中心的连线 水准轴：水准管水准轴与圆水准器的水准轴,1、构造,2、经纬仪的轴系关系,竖轴必须竖直（与水准管轴垂直） 横轴应垂直于竖轴 水平度盘必须水平（与竖轴垂直） ，其分划中心应位于竖轴上 望远镜上下转动时，视准轴形成的视准面必须是竖直面（视准轴应垂直于横轴） 望远镜中十字横丝应垂直于十字竖丝,二、经纬仪的分类,游标经纬仪 光学经纬仪 电子经纬仪,我国经纬仪系列按野外“一测回方向观测中误差”这一精度指标划分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15五个等级。例如“DJ6”表示经纬仪野外“一测回方向观测中误差”不超过6，简写为“J6”。,采用光电扫描度盘将角度值变为电信号，利用电子技术测角，最后再将电信号转换为角度值，使测角能自动显示、自动记录和自动传输数据，从而完成自动化测角的全过程，这种经纬仪称为电子经纬仪。,三、电子经纬仪,1、电子经纬仪与光学经纬仪的区别,三、电子经纬仪,仍具有照准部、度盘、基座及相应轴系的结构形式。望远镜、水准器、光学对中器及制、微动机构类似。无读数显微镜，增设电子显示窗和操作按键。,电子

3、经纬仪和光学经纬仪的主要不同点：在于电子经纬仪采用了由微处理器控制的光电扫描度盘和自动显示系统。,根据光电扫描度盘取得电信号的方式不同，目前电子测角系统有：编码度盘测角系统、光栅度盘测角系统。,2、编码度盘测角系统,采用编码度盘及编码测微器的测角系统。,码道：n4 区间：S2n16,四码道度盘 每个方向都单值对应一个状态（编码输出），根据两区间的不同状态，便可测出该两区间的夹角。,8,7,纯二进制编码度盘,如何识别望远镜照准方向落在哪个区间？,旋转轴,发光二级管,光电二级管,R,1,0,0,1,-E,-E,角分辨率： 四码道度盘的角分辨率为22.5 编码度盘不可能达到较高的测角精度,3、光栅度盘测角系统,光敏二极管,光栅度盘,指示光栅,发光二极管,a,a,d,在光学玻璃度盘的径向上均匀地刻制明暗相间的等角距细线条就构成光栅度盘。,3、光栅度盘测角系统,光敏二极管,光栅度盘,指示光栅,发光二极管,a,a,d,d,度盘每转动一条光栅，莫尔条纹移动一周期。莫尔条纹的光信号强度变化一周期，光电管输出的电流也变化一周期。,在照准目标的过程中，仪器的接收元件根据电流的周期性变化，可累计出条纹的移动

4、量，从而经转换可得到角度值。,5.3 角度观测方法,经纬仪的安置 水平角观测 竖直角观测,对中使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂线上。 整平使仪器的竖轴竖直。即水平度盘水平。,一、经纬仪的安置,1、粗对中固定三脚架一条腿，移动两条腿； 2、粗平升降三脚架使圆水准器气泡居中； 3、精平调脚螺旋（首先，水准管平行两个脚螺旋方向，调该两个脚螺旋，使水准管气泡居中，旋转90使水准管垂直该两个脚螺旋方向，调第三个脚螺旋，使水准管气泡居中。检查任何方向气泡居中。） 4、检查对中若对中器十字丝已偏离标志中心，则平移（不可旋转）基座使精确对中；再检查整平是否已被破坏，若已被破坏则再用脚螺旋整平； 5、反复进行3、4操作，直到对中和整平都满足要求。,用光学对中器进行对中和整平步骤：,二、水平角的观测方法,1、测回法,(1)、盘左位置瞄准目标A，读数a左； (2)、瞄准目标B，读数b左；,(3)、倒转望远镜，瞄准目标B，读数b右； (4)、瞄准目标A，读数a右；,下半测回或盘右半测回,一测回,为了减小度盘刻划的误差，使用多个测回时，须配度盘每次改变,限差：1、两个半测回方向值之差；2、各测回方向值之

5、差,测回法记录表格,0 03 24,79 20 30,259 20 48,180 03 36,79 17 06,12,79 17 09,90 02 18,169 19 30,270 02 12,349 19 24,79 17 18,79 17 12,12,79 17 15,二、水平角的观测方法,2、方向观测法,盘左半测回：先瞄准零方向A读数，顺时针依次瞄准B、C、D读数，再瞄准零方向A归零读数。,盘右半测回：先瞄准零方向A读数，逆时针依次瞄准D、C、B读数，再瞄准零方向A归零读数。,为了减小度盘刻划的误差，使用多个测回时，须配度盘每次改变,限差：1、归零差；2、上、下半测回同一方向值之差； 3、各测回同一方向值之差,方向观测法的各项限差（）,2C = L (R180),180 01 18,271 54 00,333 32 48,34 06 06,180 01 18,12,0 01 06,91 54 06,153 32 48,214 06 12,0 01 18,18,0 00 00,91 52 54,153 31 36,214 05 00,91 52 48,0 00 00,153 31

6、33,214 04 54,42,30,04 48,方向法水平角观测手簿,方向法水平角观测手簿,270 01 24,01 54 18,63 33 06,124 06 18,270 01 36,24,90 01 18,181 54 00,243 32 54,304 06 36,90 01 30,30,0 00 00,91 52 36,153 31 30,214 05 12,0 00 00,91 52 42,153 31 33,214 05 00,48,36,04 48,91 52 48,0 00 00,153 31 33,214 04 54,0 00 00,91 52 45,153 31 33,214 05 00,方向法水平角观测手簿,0 00 00,91 52 42,153 31 33,214 05 00,三、竖直角观测,竖盘是和望远镜固连在一起的。注记的形式有顺时针和逆时针两种。,竖角计算公式： （1）、当视线上倾，竖盘读数增加，则竖角 目标读数视线水平读数； （2）、当视线上倾，竖盘读数减小，则竖角 视线水平读数目标读数。,1、高度角的计算,2、竖盘指标差,x的符号：所偏的方向和注记

7、的方向一致，则为正，反之为负。,x,3、竖角观测方法,1）在测站上安置好仪器，对中、整平； 2）盘左位置瞄准目标，使十字中丝切于目标某一位置，读取竖盘盘左读数； 3）盘右的位置照准原目标位置，读取盘右竖盘读数。,竖角观测记录,59 20 30,300 40 00,71 44 12,288 16 12,124 03 42,235 56 54,30 39 30,30 40 00,18 15 48,18 16 12,-34 03 42,-34 03 06,-34 03 24,18 16 00,30 39 45,18,12,15,5.4 水平角观测的误差和精度,水平角观测的误差 水平角观测精度,一、水平角观测的误差 1、仪器误差 2、对中误差 3、目标偏心误差 4、照准误差与读数误 5、外界条件的影响,1、仪器误差,1) 水平度盘偏心误差：是指水平度盘分划中心与照准部旋转中心不重合，称为水平度盘偏心。 水平度盘偏心对水平度盘读数的影响可采用盘左盘右观测取平均值的方法来消除或减弱其影响。,M,M,90,270,180,0,R,O,O,C,e,2）视准轴误差：视准轴不垂直于横轴,a,A,A,a,O

8、,一般规定盘左时视准轴物镜向左偏斜的 c 值为正，向右偏斜为负，则对于同一目标，若盘左观测时为正（负），则盘右观测时即为负（正），而值不变，故盘左、盘右的xc值的绝对值相等而符号相反。,所以，取盘左、盘右读数的中数，可消除视准轴误差的影响。,3）横轴倾斜误差：横轴不垂直于竖轴所产生的误差,h,A,H,a,H1,H1,O,规定盘左时横轴左端低于另一端时的i 角为正，高于另一端时为负，则在竖轴是竖直的情况下，因横轴不垂直于竖轴所引起的横轴倾斜，盘左观测时为正（负），则盘右观测时即为负（正），而值不变，故盘左、盘右的xi值的绝对值相等而符号相反。,所以，取盘左、盘右读数的中数，可消除横轴倾斜误差的影响。,4）竖轴倾斜误差：若视准轴与横轴垂直，横轴垂直于竖轴，而竖轴与照准部水准管轴已垂直，仅由于仪器未严格整平而使竖轴不在竖直位置，竖轴偏离铅垂线一微小角度，这就是竖轴倾斜误差。,T,O,T,V,P,R,R,V,无论盘左盘右照准同一目标，均相同，即xv的符号不变，故盘左盘右的平均值不能消除竖轴倾斜误差对水平方向的影响。,2、仪器对中误差:在观测中，仪器中心与测站点中心不在同一铅垂线上，称为对中误差

9、。,仪器对中误差对水平角的影响：,与A、B之间的距离SAB 成正比，即水平角在180时影响最大； 与测站至目标的距离S1和S2的乘积成反比；距离愈短，影响愈大。,对于短边的角度要特别注意对中。,3、目标偏心误差：目标偏心是指目标点上竖立的标志中心与地面点标志中心不在同一铅垂线上。,A、B为标志实际中心， A、B为照准的中心， 为正确的角度， 为观测的角度,目标偏心误差对水平角的影响与测站至目标的距离S1和S2有关，距离越短，影响越大。,4、照准误差与读数误差 影响照准精度的主要因素有： 望远镜的放大率 目标与照准标志的形状和大小 目标影象的亮度和清晰度 人眼的判别能力等,观测时，应注意消除视差，正确完成照准操作。,外界条件影响的因素很多,主要有： （1）大风会影响仪器和标杆的稳定， （2）温度变化会影响仪器的正常状态，如改变视准轴位置 （3）大气折光可导致视线改变方向，地面辐射热又会加剧大气折光的影响。 （4）大气的透明度会影响照准精度，如雾气使目标成象模糊。 （5）地面坚实与否会影响仪器的稳定。,5、外界条件的影响,二、水平角观测的精度,J6光学经纬仪,半测回方向值的中误差,一测回角值的中误差,同一方向各测回较差,归零差的中误差,5.5 经纬仪的检验和校正,经纬仪主要轴线间应满足的条件 经纬仪的常规检验和校正,一、经纬仪主要轴线间应满足的条件,1、经纬仪上的主要轴线有： （1）仪器的旋转轴VV(简称竖轴)； （2）望远镜的旋转轴HH(简称横轴)； （3）望远镜的视准轴CC ； （4）照准部水准管轴LL。,2、经纬仪在水平角观测时应满足的条件,1）竖轴必须竖直； 2）水平度盘必须水平，其分划中心应在竖轴上 3）望远镜上下转动时，视准轴形成的视准面必须是竖直平面,3、 经纬仪应满足的条件

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