經(jīng)緯儀 方向與角度測(cè)量

1、第二章 方向與角度測(cè)量,§2-1 方向測(cè)量§2-2 角度測(cè)量,,§2-1 方向測(cè)量,一、地面點(diǎn)標(biāo)志,,,因此，可將其寫成通用公式為：當(dāng)然，在上述計(jì)算過程中，應(yīng)保證計(jì)算得到的方位角為正值。,,,,,?左,,A,B,C,N,N,?BA,?BC,?左＋?BA=360?＋?BC?左＋?AB＋180?=360?＋?BC,1. 正、反坐標(biāo)方位角在平面直角坐標(biāo)系或高斯平面直角坐標(biāo)系中，表示直線的方位角

2、通常是用坐標(biāo)方位角表示。如直線AB的坐標(biāo)方位角可用?AB或?BA表示。則稱?AB為正坐標(biāo)方位角， ?BA為反坐標(biāo)方位角，如圖所示，其關(guān)系為,2.方位角的推算,,,,,由標(biāo)準(zhǔn)方向線的北端或南端，順時(shí)針或逆時(shí)針量到某直線的水平夾角，用R表示，其值在0 ? ～90?。如圖所示，直線O1、O2、O3、O4的象限角分別為R1、R2、R3和R4。象限角不但要表示角度的大小，而且還要注記該直線位于第幾象限。象限分為Ⅰ～Ⅳ象限，分別用北東、南東、南

3、西和北西表示。如O4在第四象限，象限角角值為45?，則該象限角表示為北西45?。象限角一般只在坐標(biāo)計(jì)算時(shí)用，這時(shí)所說的象限角是指坐標(biāo)象限角。坐標(biāo)象限角與坐標(biāo)方位角之間的關(guān)系如下：,3.象限角,,一.角度的概念1. 水平角水平角是指一點(diǎn)至兩目標(biāo)的方向線經(jīng)垂直投影在水平面上所形成的夾角。也可看成是包含BA、BC視線的兩個(gè)鉛垂面之間的兩面角。水平角的取值范圍為0?～360 ?.,§2-2角度測(cè)量,,,,,P,A,B,?,

4、,O,2. 豎 角（垂直角） 在同一豎面內(nèi)，傾斜視線與水平線之間的夾角。用?表示。 仰角：0º ~ + 90º 俯角：0º ~ – 90º用于測(cè)角的儀器稱為經(jīng)緯儀。天頂距：自天頂?shù)侥繕?biāo)視線的垂直角，用Z表示，且 Z＝90º－?,二、水平角測(cè)角原理,（一）測(cè)量水平角的儀器須滿足的要求：（1）儀器應(yīng)有水平度盤，且其中心O必須位于欲

5、測(cè)角之頂點(diǎn)B點(diǎn)的鉛垂線上； （2）水平度盤必須處于水平位置； （3）照準(zhǔn)目標(biāo)用的望遠(yuǎn)鏡上下移動(dòng)時(shí)，視線應(yīng)劃出一個(gè)垂直面。亦即在同一垂直面內(nèi)的方向線其投影在水平度盤上的讀數(shù)不變。,（二）經(jīng)緯儀的主要軸線及應(yīng)滿足的條件,視準(zhǔn)軸ZZ1：物鏡中心與十字絲中心的連線，亦稱視線；水準(zhǔn)管軸hh1 ：過水準(zhǔn)管頂點(diǎn)的切線；豎軸VV1 ：儀器照準(zhǔn)部的旋轉(zhuǎn)中心；水平軸HH1 ：望遠(yuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)中心；水平度盤面LL1 （1 ）水準(zhǔn)管軸

6、?豎軸 即 hh1 ? VV1（2）視準(zhǔn)軸 ? 水平軸 ZZ1 ? HH1（ 3）水平軸 ? 豎軸 HH1 ? VV1（4）水平度盤面LL1 ? VV1， hh1 // LL1,三、豎角測(cè)角原理,如圖2-12，為了觀測(cè)豎直角，經(jīng)緯儀上安裝有一個(gè)豎直度盤，其度盤中心在A′點(diǎn)的水平線上，當(dāng)照準(zhǔn)視線對(duì)準(zhǔn)觀測(cè)目標(biāo)點(diǎn)P時(shí)，即可根據(jù)豎盤讀數(shù)及視線水平時(shí)的讀數(shù)求取所測(cè)豎直角。,?,1．分微尺光學(xué)經(jīng)緯儀及組成由照

7、準(zhǔn)部、水平度盤和基座三大部分構(gòu)成。（1）照準(zhǔn)部由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和豎盤所組成。（2）水平度盤 水平度盤按順時(shí)針方向自0°至360°每隔一度作一刻劃并注記數(shù)字。度以下的讀數(shù)則需要在分微尺上讀出。（3）基座（附三腳架）,四、經(jīng)緯儀及其組成,望遠(yuǎn)鏡十字絲,視差現(xiàn)象,照準(zhǔn)部,水平度盤,基座,三腳架,豎直度盤,望遠(yuǎn)鏡,豎直度盤,水平度盤制動(dòng)螺旋,管水準(zhǔn)器,圓水準(zhǔn)器,水平度盤微動(dòng)螺旋,望遠(yuǎn)鏡微動(dòng)螺旋,望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)

8、螺旋,水平度盤變換按鈕,讀數(shù)窗目鏡,望遠(yuǎn)鏡目鏡,反光鏡,光學(xué)對(duì)中器目鏡,豎盤指標(biāo)補(bǔ)償裝置按鈕,基座,基座腳螺旋,豎直度盤,（4）經(jīng)緯儀的讀數(shù),水平度盤讀數(shù)為234?44?12?豎盤讀數(shù)為90?27?30?,,,,,,,,,0?,90?,180?,270?,,,,,,,,,,,,,,,,0,90,180,270,,,,,,,,,,,,,,,,,,水平度盤用HZ表示,豎盤用V表示,全站儀：由電子經(jīng)緯儀和測(cè)距儀組成。電子經(jīng)緯儀的測(cè)角

9、原理及主要結(jié)構(gòu)與光學(xué)經(jīng)緯儀大致相同，但測(cè)角系統(tǒng)采用的是微處理器控制的電子測(cè)角系統(tǒng)，能夠自動(dòng)實(shí)時(shí)顯示觀測(cè)數(shù)據(jù)。使用的度盤有光柵度盤、編碼度盤等。全站儀測(cè)角、測(cè)距不需人工讀數(shù)，故沒有讀數(shù)誤差存在。,2.全站儀,,全站儀,=,方法：垂球?qū)χ泻凸鈱W(xué)對(duì)中。,（1）垂球?qū)χ胁襟E： 粗略對(duì)中：移動(dòng)三腳架，使垂球尖離測(cè) 站中心1?2cm內(nèi)； 精確對(duì)中：稍微松開中心螺絲，在腳架頭上移動(dòng)(不能旋轉(zhuǎn))儀器，使垂球尖精確對(duì)中測(cè)站

10、標(biāo)志中心，旋緊中心螺絲。對(duì)中誤差??3mm。友情提示?腳架頭首先要放平，三個(gè)腳螺旋基本等高；?腳架適當(dāng)踩實(shí)；?垂球尖盡量接近標(biāo)志，便于判斷。,五、水平角觀測(cè),,1.經(jīng)緯儀對(duì)中與整平,由水平角的定義可知，用經(jīng)緯儀觀測(cè)水平角時(shí)，必須保證使經(jīng)緯儀水平度盤中心安置在欲測(cè)角之頂點(diǎn)上，這一過程即為對(duì)中；同時(shí)，也必須保證儀器的豎軸垂直，即使儀器的水平度盤處于水平位置，這一過程即為整平,（2）光學(xué)對(duì)中,操作過程：對(duì)準(zhǔn)、調(diào)平、整平、對(duì)中,A.大致

11、水平大致對(duì)中 眼睛看著光學(xué)對(duì)中器，兩手抓住兩個(gè)腳架進(jìn)行拖動(dòng)，使儀器大致對(duì)中，并保持腳架頭大致水平。B.伸縮腳架粗平 根據(jù)氣泡位置，升高或降低腳架。（注：氣泡總位于高處。）,,光學(xué)對(duì)中器 目 鏡,,（2）儀器整平 ：使儀器的水平度盤處于水平位置，儀器的豎軸垂直，整平誤差?1格。①擰松水平制動(dòng)鈕。 ②旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部，直到管水準(zhǔn)氣泡與任意二個(gè)整平腳螺旋（B和 C）平行為止。③用整平腳螺旋 B 和 C調(diào)節(jié)氣泡位置，

12、使它移到中心。④旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部 90° 左右。⑤用整平腳螺旋 A 移動(dòng)氣泡，使它移到中心。⑥重復(fù)第1步到第 5步，使氣泡總位于中心。⑦旋轉(zhuǎn)照準(zhǔn)部 180°。⑧?如果管水準(zhǔn)氣泡仍然處在正中，說明儀器已經(jīng)整平。如果氣泡移到中心位置以外則應(yīng)調(diào)整管水準(zhǔn)氣泡。,友情提示：管水準(zhǔn)器氣泡移動(dòng)的方向與左手大拇指運(yùn)動(dòng)方向一致。 使管氣泡居中，需反復(fù)進(jìn)行。,2.光學(xué)經(jīng)緯儀水平角觀測(cè),,,,,,,,,

13、,瞄準(zhǔn)目標(biāo)的操作過程：粗瞄、制動(dòng)、調(diào)焦消除視差、水平微動(dòng)精確瞄準(zhǔn)。用水平微動(dòng)完成瞄準(zhǔn)。盡量瞄準(zhǔn)目標(biāo)下部，減少由于目標(biāo)不垂直引起的方向誤差。,（1）測(cè)回法觀測(cè)步驟：,,,,,O,A,B,?,盤左：豎直度盤在左手邊,,,,盤左位置,（2)方向觀測(cè)法 一個(gè)測(cè)站觀測(cè)4個(gè)或4個(gè)以上方向時(shí)，采用方向觀測(cè)法，也稱“全圓測(cè)回法”。,表2-2 方向法觀測(cè)手簿,（3）電子經(jīng)緯儀水平角觀測(cè),電子經(jīng)緯儀與光學(xué)經(jīng)緯儀的觀測(cè)過程大致相同。為了滿足水平角

14、觀測(cè)需要，一般電子經(jīng)緯儀（如中國(guó)南方測(cè)繪儀器）均設(shè)有HR、HL、0SET和HSET等水平度盤配置功能。HR功能是將水平度盤的讀數(shù)設(shè)置為順時(shí)針，即在0~360º范圍內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，水平方向值增大。HL功能是將水平度盤的讀數(shù)設(shè)置為逆時(shí)針，即在0~360º范圍內(nèi)進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，水平方向值變小。0SET功能是將水平度盤的讀數(shù)設(shè)置為0º。測(cè)量時(shí)，照準(zhǔn)起始方向后按下0SET功能并回車，即會(huì)在電子經(jīng)緯儀屏幕上顯示起始方向

15、值0°00′00″。HSET功能是將水平度盤的讀數(shù)設(shè)置為0~360º范圍內(nèi)你所需要的任意值。測(cè)量時(shí)，照準(zhǔn)起始方向后按下HSET功能，輸入90º01¹18″并回車，即會(huì)在電子經(jīng)緯儀屏幕上顯示該起始方向值90°01′18″。觀測(cè)數(shù)據(jù)的記錄可以在電子經(jīng)緯儀讀數(shù)窗上抄錄，也可以在觀測(cè)前對(duì)儀器進(jìn)行設(shè)置，觀測(cè)時(shí)通過儀器按鍵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄。,六、豎角的觀測(cè),構(gòu)造特點(diǎn) 豎盤隨望遠(yuǎn)鏡一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 豎盤

16、與讀數(shù)指標(biāo)相互脫離。 豎盤氣泡居中，指標(biāo)鉛垂。 視線水平、指標(biāo)鉛垂時(shí)，豎盤讀數(shù)為常數(shù)： 盤左時(shí)一般 L0=90°，盤右時(shí)一般 R0=270°。,1.垂直度盤,豎角計(jì)算公式,豎盤盤左觀測(cè),豎盤盤右觀測(cè),2.豎盤指標(biāo)差,◆豎盤指標(biāo)差——視線水平，豎盤水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，讀數(shù)指標(biāo)線偏離鉛垂線的夾角，用x表示。,有指標(biāo)差時(shí)的豎角計(jì)算公式：,取盤左、盤右豎角的平均值，可消除指標(biāo)差的影響。,指標(biāo)差計(jì)算公式：,,用自動(dòng)補(bǔ)償裝置

17、來代替豎盤水準(zhǔn)管 由圖可知，在指標(biāo)A和豎盤之間懸吊一個(gè)透鏡O。當(dāng)視線水平時(shí)，指標(biāo)A處于鉛垂位置，通過透鏡O讀出正確的讀數(shù)90°。當(dāng)儀器稍有傾斜時(shí)（一般≤10′），指標(biāo)A便移到A′的位置，但懸吊透鏡O借助于重力的作用，由O移到O′（圖2-31（b）中的實(shí)線透鏡）位置。此時(shí)，雖然指標(biāo)A'不在A處，但指標(biāo)A'通過透鏡O′邊緣的折射，仍能讀出90°的讀數(shù)，從而達(dá)到豎盤指標(biāo)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康?。所以在觀測(cè)豎角時(shí)必

18、須將自動(dòng)補(bǔ)償旋鈕置于“ON”的位置）。但當(dāng)不用時(shí)，需將它關(guān)上以免損壞。,3.豎盤指標(biāo)自動(dòng)補(bǔ)償裝置,自動(dòng)補(bǔ)償器是利用重力, 即利用在鋼絲上懸掛重物能保持鉛直方向的原理, 而達(dá)到自動(dòng)歸零目的的。 圖所示中, Z0Z?0 為視準(zhǔn)軸, 它與豎盤一起轉(zhuǎn)動(dòng), 指標(biāo)線A 通過透鏡O成像于豎直度盤上。圖a表示望遠(yuǎn)鏡呈水平, 豎軸鉛垂, 指標(biāo)線成像于90°處; 圖b表示儀器傾斜一小角?, 由于儀器整個(gè)傾斜, 指標(biāo)線由A 移至A?, 但

19、A?、O、90° 分劃線之間相對(duì)位置不變; 圖c表示將望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸重新調(diào)到水平位置, 如指標(biāo)線A仍在A?處, 讀數(shù)為K , 當(dāng)我們用一線懸掛一重球,使指標(biāo)線總是處于鉛垂位置, 即A?復(fù)位于A ,就達(dá)到指標(biāo)自動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康? 這就是補(bǔ)償原。,自動(dòng)補(bǔ)償原理,自動(dòng)補(bǔ)償器原理,4.豎角的觀測(cè)方法,思 考 題,1. 測(cè)量工作常用的標(biāo)準(zhǔn)方向是什么？何謂真方位角、磁方位角、坐標(biāo)方位角？何謂子午收斂角、磁偏角？2. 已知某直線CD的磁方

20、位角為150°30′，又知此地的磁偏角△為西偏3°30′，問直線DC的真方位角為多少？3. 分微尺光學(xué)經(jīng)緯儀由哪幾部分組成？其作用各是什么？4. 經(jīng)緯儀有哪些主要軸線？各軸線間應(yīng)滿足什么條件？5. 何謂水平角？何謂豎直角？何謂一測(cè)回？水平角和豎直角觀測(cè)有哪些異同點(diǎn)？6. 角度觀測(cè)前，經(jīng)緯儀為什么必須進(jìn)行對(duì)中、整平？怎么進(jìn)行對(duì)中、整平？7. 豎角觀測(cè)時(shí)，如何消除豎盤指標(biāo)差的影響？8. 望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)與經(jīng)緯儀豎軸