1、第4章 角 度 測 量測量的基本工作包括：1、高程測量；2、長度測量3、角度測量角度測量4、坐標（差）測量角度測量所使用的儀器：經緯儀角度測量包括：水平角和垂直角角度測量包括：水平角和垂直角41 角度測量原理 411 水平角測量原理地面上O點至A和B兩目標方向線在水平面上投影的夾角，稱為水平角水平角。過地面上O點至A和B兩目標方向線所作兩豎直面間所夾的二面角二面角稱為水平角水平角。利用經緯儀測定水平角時，必須保證:1、儀器中心能精確安置在角的頂點上2、具有一個能夠放置水平的刻度盤以相當于水平面P，并且刻度盤的中心。應與角頂點O在同一鉛垂線上。3、經緯儀上的望遠鏡不僅可繞儀器中心豎軸水平轉動，還

2、可繞其橫軸轉動。4、當望遠鏡隨儀器照準部繞豎軸旋轉時，水平刻度盤固定不動；5、望遠鏡瞄準不同的方向就可在水平刻度盤上得到不同的讀數，兩讀數之差，即為所測水平角： =b-a412 豎直角測量原理豎直角是同一豎直面內傾斜視線與水平線間的夾角，其角值|90視線向上傾斜，形成仰角，其符號為正；豎直角與水平角觀測的異同點：1、相同點是角值都是度盤上兩個方向讀數之差；2、不同的是豎直角兩個方向中間必有一個是水平方向，其豎盤讀數均應是一固定值，（ 0 、90 、180 或270 ）3、在觀測豎直角時，只需觀測目標點一個方向，并讀取豎盤讀數，便可算得豎直角。視線向下傾斜，形成俯角，符號為負。42 經緯儀及角度

3、觀測經緯儀的種類：1、按其構造原理和讀數系統可分為光學經緯儀電子經緯儀2、按其精度高低又可分為：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、 DJ15及DJ60等級別。目前，在工程測量中一般使用DJ6級光學經緯儀。421 DJ6光學經緯儀的構造1主要部件及作用光學經緯儀主要由基座基座、水平度盤水平度盤和照準部照準部三部分組成 (1)基座 基座是儀器的底座，用來支承整個儀器。(2)水平度盤 水平度盤是由玻璃制成的圓環，在其上按順時針方向刻有分劃，從0- 360。(3)照準部照準部旋轉軸的幾何中心即經緯儀的豎軸線VV。照準部上主要有望遠鏡、豎直度盤、水準管和讀數顯微鏡。西安光學儀器廠DJ6級方向光學經緯儀

4、2讀數方法J6級光學經緯儀的讀數設備多用分微尺測微器。主要設備有讀數窗上的分微尺和讀數顯微鏡。12654 00”8206 30”Wild T2光學經緯儀,1927年 422 經緯儀的安置 1對中 對中的目的是使儀器的中心與測站點位于間一個鉛垂線上。用垂球對中的誤差可小于3mm，若要用儀器上的光學對中器進行對中，其對中誤差將可減少到lmm。1) 垂球對中法安置經緯儀將垂球懸掛于連接螺旋中心的掛鉤上，調整垂球線長度使垂球尖略高于測站點。粗對中與粗平：平移三腳架，使垂球尖大致對準測站點中心，將三腳架的腳尖踩入土中。精對中：稍微旋松連接螺旋，雙手扶住儀器基座，在架頭上移動儀器，使垂球尖準確對準測站點，

5、旋緊連接螺旋。垂球對中誤差應小于3mm。精確整平：旋轉腳螺旋，在相互垂直的兩個方向使照準部管水準氣泡居中。2) 使用光學對中法安置經緯儀 光學對中器的結構。利用光學對點器安置經緯儀的操作方法利用光學對點器安置經緯儀的操作方法 1)、 儀器粗略安置：儀器粗略安置：將腳架架腿拉伸適當高度，將經緯儀固定在三角架上。打開將腳架架腿拉伸適當高度，將經緯儀固定在三角架上。打開三角架的三個架腿，盡可能將經緯儀放置在地面點正上方并三角架的三個架腿，盡可能將經緯儀放置在地面點正上方并保持架腿頂面處于水平狀態。保持架腿頂面處于水平狀態。 2)、調節光學對點器：調節光學對點器：通過經緯儀光學對點器觀察地面點，通過調

6、焦使對點器十字絲通過經緯儀光學對點器觀察地面點，通過調焦使對點器十字絲和物象都清晰，如果在視窗內看不見地面點，調節三角架的位和物象都清晰，如果在視窗內看不見地面點，調節三角架的位置，直到在對點器視窗內看見地面點標志為止。置，直到在對點器視窗內看見地面點標志為止。 3)、對中：對中：通過調節基座的三個腳螺旋使光學對點器的十字絲切準地面點通過調節基座的三個腳螺旋使光學對點器的十字絲切準地面點標志中心。標志中心。 4)、粗平：、粗平：通過調節三角架的架腿長度使圓水準器氣泡居中。通過調節三角架的架腿長度使圓水準器氣泡居中。 5)5)、重復第、重復第3和第和第4步驟，直至儀器即對中又保持圓水準器居中步驟

7、，直至儀器即對中又保持圓水準器居中為準。為準。 6)、精平：、精平：利用基座的三個腳螺旋在兩個相互垂直的方向調節水準管，利用基座的三個腳螺旋在兩個相互垂直的方向調節水準管，使儀器處于精確水平狀態。使儀器處于精確水平狀態。 7)、精確對中：、精確對中：通過對點器檢查儀器的對中情況，如果某有精確對中，旋松三通過對點器檢查儀器的對中情況，如果某有精確對中，旋松三角架中心連接螺旋，并使經緯儀在三角架頂面平行移動，觀察角架中心連接螺旋，并使經緯儀在三角架頂面平行移動，觀察對點器，使經緯儀處于準確對中。對點器，使經緯儀處于準確對中。 8 8、重復第、重復第6和第和第7步驟，直至儀器即對中又保持精確整平為止

8、。步驟，直至儀器即對中又保持精確整平為止。 3瞄準 松開水平制動螺旋和望遠鏡制動螺旋，將望遠鏡指向明亮背景，調節目鏡使十字絲清晰。 4、讀數 讀數時首先調節反光鏡，使得讀數窗明亮旋轉顯微鏡調焦螺旋，使刻劃數字清晰。認清度盤刻劃形式和讀數方法后，讀取正確讀數。用望遠鏡制、微動螺旋和水平制、微動螺旋精確瞄準目標；再轉動調焦螺旋使目標清晰測量水平角時應使十字絲縱絲盡量對準目標底部。測量豎直角時，則應用橫絲切準目標頂部， 423 水平角測量水平角測量的方法主要有測回法測回法和方向觀測法方向觀測法兩種。 1. 測回法 測回法用于測量兩個方向之間的單角。經緯儀對中、整平后，其觀測步驟如下： (1)盤左位置

9、(稱正鏡)，用前述方法精確瞄準左方目標A，配置度盤讀數到0 01010 左右，重新精確照準左右，重新精確照準A A并讀取水平度盤讀數，設讀數為a1= 0 02424 18 18” ，并記入測回法觀測手簿。(2)松開水平制動螺旋，順時針旋轉照準部，用上述同樣方法瞄準右方目標B，讀取讀數b1 735252 36 36” ，并記錄。則盤左所到水平角為 L= b1 - a1= 735252 36 36” - 0 02424 18 18” = 732828 18 18” 以上操作稱為上半測回上半測回。 (3)松開水平制動螺旋，縱轉望遠鏡成盤右位置(稱倒鏡)；先瞄準右方目標B，水平度盤讀數為b2=2535

10、224”。以上操作稱為下半測回下半測回。上、下半測回合稱一測回一測回。上下半測回角度之差不大于40”，則計算一測回角值為： =(L + R )/2測回法用盤左、盤右觀測(即正倒鏡觀測)可消除儀器的某些系統誤差(如前所述的視準誤差(c)和支架差(i)，以及水平度盤偏心誤差等)的影響。(4)逆時針旋轉照準部，再次瞄準A點得水平度盤讀數 a21802354”。則盤右所測下半測回的角值為 R= b2 - a2 = 2535224” - 1802354” = 732830”當測角精度要求較高時，還可以觀測幾個測回。各測回間應利用經緯儀上的復測裝置來變換度盤位置180 n，如觀測3個測回，則各測回的起始方

11、向讀數。應按60遞增，即分別設置成略大于0 、60 和120 。 2方向觀測法方向觀測法簡稱方向法。當一個測站上需測量的方向數多于兩個時、應采用方向法觀測。當方向數多于三個時，每半測回都從一個選定的起始方向(稱為零方向)開始觀測，在依次觀測所需的各個目標之后，應再次觀測起始方向(歸零)，稱為全圓方向觀測法全圓方向觀測法。ABCD(1)觀測步驟觀測步驟首先安置經緯儀于角頂點首先安置經緯儀于角頂點O上上ABCDO 順時針方向轉動照準部，依次瞄準順時針方向轉動照準部，依次瞄準B、C、D各點，分別讀取水平度盤讀各點，分別讀取水平度盤讀數。數。 為了校核應再次瞄準目標為了校核應再次瞄準目標A，讀，讀取歸

12、零讀數。計算歸零差，完成上取歸零讀數。計算歸零差，完成上半測回。半測回。盤右位置，逆時針方向依次瞄準盤右位置，逆時針方向依次瞄準A、D、C、B，再回到，再回到A點，并將讀數記入手簿第點，并將讀數記入手簿第5攔，為下半測回。攔，為下半測回。(2)計算步驟計算步驟 首先計算兩倍視準差(2c)值 計算各方向的平均讀數計算歸零后的方向值。計算各測回歸零后方向值的平均值。計算各目標間的水平角值。424 豎直角測量 1豎直角觀測方法豎直角是同一豎直面內視線與水平線間的夾角，其角值| 90(1)豎盤構造 經緯儀的豎盤裝置包括:豎直度盤豎直度盤豎盤指標水準管豎盤指標水準管豎盤指標水準管微動螺旋豎盤指標水準管微

13、動螺旋。指標水準管氣泡居中時，指標就處于正確位置。此時，如望遠鏡視準軸水平，豎盤讀數則應為90或90的整倍數。當望遠鏡上下轉動以瞄準不同高度目標時，豎盤隨之轉動而指標線不動，因而可讀得不同位置的豎盤讀數，以計算不同高度目標的豎直角。(2)豎直角的觀測和計算儀器安置在測站點上(對中、整平)，盤左位置瞄準目標點M，使十字絲精確切準目標頂端， 轉動豎盤指標水準管微動螺旋，使豎盤指標水準管氣泡居中，讀取盤左豎盤讀數 L，記入豎直角觀測手薄。 盤右位置，再瞄準M點并調節豎盤指標水準管使氣泡居中，讀取盤右豎盤讀數 R，同樣記入豎直角觀測手薄。計算豎直角盤左: L=90-L 盤右 : R R-270故一測回

14、的角值為: = (L + R )/2 =(L-R+180)/22豎盤指標差經緯儀視線水平時指標不恰好指在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。對于順時針刻劃的豎直度盤，盤左時始讀數為90+x，則正確的豎直角應為 90 -L+x = (90+x)-L 同樣，盤右時正確的豎直角應為 =R-(270+x) L=90-L (90+x)-L R R-270 =R-(270+x) (90+x)-L = L+x =R-(270+x)= R -x = (L+R )/2x= (R - L)/2=(R-L-360)/2同一測站上觀測不同目標時，指標差的變動范圍， 對J6級經緯儀來說不應超過

15、25”。 3豎盤指標的自動歸零補償原理在經緯儀豎盤光路中安裝補償器，用以取代水準管，使儀器在一定的傾斜范圍內能讀得相應于指標水準管氣泡居中時的讀數，稱豎盤指標自動歸零豎盤指標自動歸零。n4.3 電子經緯儀電子經緯儀n4.3.1 概述概述n用光電轉換原理、微處理器和電子顯示器。n自動測量度盤的讀數并將測量結果顯示在儀器顯示窗上采用光電掃描度盤將角度值變為電信號，再將電信號轉換為角度值，從而完成自動化測角的全過程這種經緯儀稱為電子經緯儀電子經緯儀。電子經緯儀電子經緯儀測角讀數系統采用的是光電掃描度盤和自動顯示系統。電子經緯儀的電子測角主要有以下三種： 1、編碼度盤測角系統，即采用編碼度盤及編碼測微

16、器的絕對式測角系統；2、光柵度盤測角系統，即采用光柵度盤及莫爾干涉條紋技術的增量式測角系統；3、動態測角系統，即采用計時測角度盤并實現光電動態掃描的絕對式測角系統。10/30/2021Page 56電子度盤分類電子度盤分類全站儀的測角原理靜態度盤測角動態度盤測角編碼度盤測角光柵度盤測角442 電子經緯儀的測角原理n4.3.2 電子經緯儀測角原理電子經緯儀測角原理n1、光柵度盤測角系統、光柵度盤測角系統在光學玻璃上均勻地刻劃出許多等間隔的細線就構成了光柵光柵。刻在直尺上用于直線測量的稱為直線光柵； 刻在圓盤上由圓心向外輻射的等角距光柵稱為徑向光柵，在電子經緯儀中就稱為光柵度盤光柵度盤，所謂莫爾條

17、紋，就是將兩塊密度相同的光柵重疊，并使它們的刻劃線相互傾斜一個很小的角度，此時便會出現明暗相間的條紋，該條紋稱為莫爾條紋。莫爾條紋的特點： 兩光柵之間的傾角越小，條紋越寬，則相鄰明條紋或暗條紋之間的距離越大。 在垂直于光柵構成的平面方向上，條紋亮度按正弦規律周期性變化。 當光柵在垂直于刻線的方向上移動時，條紋順著刻線方向移動。光柵在水平方向上相對移動一條刻線，莫爾條紋則上下移動一周期，即移動一個紋距 。 紋距與柵距d之間滿足如下關系式： = d / 當20時，紋距 172d，即紋距比柵距放大了172倍。這樣，就可以對紋距進一步細分，以達到提高測角精度的目的。光柵的基本參數：密度即一毫米內刻劃線

18、的條數，柵距為相鄰兩柵的間距。 由于柵線不透光，而縫隙通光，若在光柵度盤的上下對稱位置分別安裝光源和光電接收管，則可將光柵盤是否透光的信號轉變為電信號。當光柵度盤與光線產生相對移動時，可利用光電接收管的計數器，累計求得所移動的柵距數，從而得到轉動的角度值。這種靠累計計數而無絕對刻度數的讀數系統，稱為增量式讀數系統。光柵度盤的柵距就相當于光學度盤的分劃，柵距越小，則角度分劃值越小，即測角精度越高。例如在80mm直徑的光柵度盤上，到劃有12500條細線(密度為50條mm)，柵距分劃值為144”。南方測繪ET-02電子經緯儀水平光柵度盤ET-02電經豎直光柵度盤 2動態測角原理 度盤為玻璃圓環，測角

19、時，由微型馬達帶動而旋轉。度盤分成1024個分劃，每一分劃由一對黑白條紋組成，白的透光，黑的不透光，相當于柵線和縫隙，其柵距設為0，光欄Ls固定在基座上，稱固定光欄(也稱光閘)，相當于光學度盤的零分劃，光欄Lx在度盤內測，隨照準部轉動，稱活動光欄，相當于光學度盤的指標線，它們之間的夾角即為要測的角度值這種方法稱為絕對式測角系統。n3、編碼度盤測角系統、編碼度盤測角系統n在玻璃圓盤上刻劃n個同心圓環，n每個同心圓環為碼道，n為碼道數 n外環碼道圓環等分為2n個透光與不透光相間扇形區編碼。n每個編碼所包含的圓心角 =3602n角度分辨率，n為編碼度盤能區分的最小角度， n向著圓心方向，其余n-1個

20、碼道圓環分別被等分為n2n-1，2n-2, 21個編碼，n其作用是確定當前方向位于外環碼道的絕對位置。nn=4時，24=16，角度分辨率=36016=2230；n向著圓心方向，其余3個碼道的編碼數依次為23=8，22=4，21=2。 n每碼道安置一行發光二極管，另一側對稱安置一行光敏二極管n發光管光線通過透光編碼被光敏二極管接收到時邏輯0，n光線被不透光編碼遮擋時邏輯1。n獲得該方向的二進制代碼。n4碼道編碼度盤的=2230，精度太低，n可提高碼道數來減小 。n如，n=16， =360216=00019.78。n但在度盤半徑不變時增加碼道數n，n將減小碼道的徑向寬度，n拓普康GTS-105N全

21、站儀的R=35.5mm，nn=16，求出R=2.22mm，太小。n因此，多碼道編碼度盤不易達到較高的測角精度。n現在使用單碼道編碼度盤。n在度盤外環刻劃無重復碼段的二進制編碼，n發光管照射編碼度盤時，通過接收管獲取度盤位置的編碼信息，n送微處理器譯碼換算為實際角度值并送顯示屏顯示。 4.4.條碼度盤（條碼度盤（TC1800TC1800）條碼是由一組按一定編碼規則條碼是由一組按一定編碼規則排列的條、空符號，用以表示排列的條、空符號，用以表示一定的字符、數字及符號組成一定的字符、數字及符號組成的信息。的信息。1.1.發光管發光管2.2.光路光路3.3.條碼度盤條碼度盤4.4.線陣線陣CCDCCDn

22、3.9 激光經緯儀激光經緯儀n準直測量定出一條基準直線，n作為土建安裝等施工放樣的基準線。n(1) 光學激光經緯儀光學激光經緯儀n在光學經緯儀上設置了一個半導體激光發射裝置n將發射的激光導入望遠鏡的視準軸方向n從望遠鏡物鏡端發射n激光光束與望遠鏡視準軸保持同軸、同焦nJ2-JDB激光經緯儀發射激光的波長為0.635n在100米處的光斑直徑為5mm，白天的有效射程為200mn使用兩節5號堿性電池供電n一對新的5號電池可供使用一個工作日 43 經緯儀的檢驗與校正經緯儀的幾條主要軸線之間應滿足四個幾何條件：照準部水準管軸垂直于儀器的豎軸(LLVV)；橫軸垂直于視準軸(HHCC)；橫軸垂直于豎軸(HH

23、VV)；十字絲豎絲垂直于橫軸。4 43 31 1 照準部水準管軸的檢校照準部水準管軸的檢校 1檢驗目的:是使儀器滿足照準部水準管軸垂直于儀器豎 軸的幾何條件。2、檢驗方法：先將儀器整平，轉動照準部使水準管平行于基座上一對腳螺旋的連線，調節該兩個腳螺旋使水準管氣泡居中。轉動照準部180。，此時如氣泡仍然居中，則說明條件滿足，如果偏離量超過一格，應進行校正。n校正校正校正針撥動管水準器一端校正螺絲，n使氣泡向中央移動偏距的一半 ，n余下一半通過旋轉與管水準器軸平行的一對腳螺旋完成 。 此項檢驗校正需反復進行，直到照準部轉至任何位置，氣泡中心偏離零點均不超過一格為止。432 十字絲豎絲的檢校 1檢驗

24、目的：是滿足十字絲豎絲垂直于儀器橫軸的條件。在水平角測量時，保證十字絲豎絲鉛直，以便精確瞄準目標。2、檢驗方法：用十字絲交點精確瞄準一清晰目標點A，然后固定照準部并旋緊望遠鏡制動螺旋；慢慢轉動望遠鏡微動螺旋，使望遠鏡上下移動，如A點不偏離豎絲，則條件滿足，否則需要校正。 2校正 旋下目鏡分劃板護蓋，松開四個壓環螺絲，慢慢轉動十字絲分劃板座，使豎絲重新與目標點A重合，再作檢驗，直至條件滿足。n 十字絲豎絲十字絲豎絲HH的檢驗與校正的檢驗與校正n檢驗：檢驗：用十字絲交點精確瞄準遠處一目標P，n旋轉水平微動螺旋，n點左、右移動軌跡偏離十字絲橫絲時要校正。n校正：卸下十字絲分劃板護罩，松開4個壓環螺絲

25、，n緩慢轉動十字絲組，直到照準部水平微動時nP點始終在橫絲上移動為止，最后旋緊四個壓環螺絲。 433 視準軸的檢校 1檢驗目的： 使儀器滿足視準軸垂直于橫軸的條件。當橫軸水平，望遠鏡繞橫軸旋轉時，其視準面應是一個與橫軸正交的鉛垂面。如果視準軸不垂直于橫軸，此時望遠鏡繞橫軸旋轉時，視準軸的軌跡則是一個圓錐面。AB2、檢驗方法：3、校正保持B尺不動，并在尺上定出一點B3，用撥針撥動左右兩個十字絲校正螺絲一松一緊，平移十字絲分劃板，直至十字絲交點與B3點重臺。c2c2cB3P434 橫軸的檢校1檢驗目的:是使儀器滿足橫軸垂直于豎軸的條件。當豎軸鉛直時，橫軸應水平。否則，視準軸繞橫軸旋轉的軌跡就不是鉛

26、垂面而是一個斜面。2、檢驗方法：在距墻面約30m處安置經緯儀，用盤左位置瞄準墻上一明顯的高點P固定照準部后，將望遠鏡大致放平，在墻上標出十字絲交點所對的位置P1P1再用盤右瞄準P點，放平望遠鏡后，在墻上標出十字絲交點所對的位置P2。P2P若P1與P2重合，表示橫軸垂直于豎鈾。否則，條件不滿足i=P1P2 ctg /2Di對于J6級經緯儀，若i20”，則需要校正。3、校正：送交專業維修人員在室內進行。P1P2435 豎盤指標差的檢校 1檢驗目的保證經緯儀在豎盤指標水準管氣泡居中時，豎盤指標線處于正確位置。2、檢驗方法：安置經緯儀，用盤左、盤右觀測同一目標點，分別在豎盤指標水準管氣泡居中時，讀取盤左、盤右讀數L和R。計算指標差x值，若x超出范圍，則需校正。 3校正： 經緯儀位置不動，仍用盤右瞄準原目標。轉動豎盤指標水準管微動螺旋，使豎盤讀數為不含指標差的正確值，此時氣泡不再居中。然后用撥針撥動豎盤指標水準管校正螺絲，使氣泡居中。這項檢驗校正亦需反復進行，直至t值在規定范圍以內。45 角度測量誤差分析及注意事項角度測量的誤差來源包括三個方面