测量学角度测量

数字测图原理及方法武汉大学测绘学院Principle and Methods of Digital Mapping数字测图原理及方法第二章角度测量2.1 角度测量原理2.2 经纬仪的分类及基本结构2.3 经纬仪（全站仪）的对中整平2.4 水平角的观测方法2.5 水平角观测的误差2.6 竖盘构造及竖角测定2.7 经纬仪检验与校正数字测图原理及方法2.1 角度测量原理数字测图原理及方法角度测量包括水平角测量和竖直角测量。水平角测量用于确定点的平面位臵。竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离。常用仪器经纬仪全站仪2.1 角度测量原理数字测图原理及方法水平角：相交的两直线之间的夹角在水平面上的投影。ABOab1O1A1B2Oab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？角值范围：0˚~360˚2.1角度测量原理数字测图原理及方法1、游标经纬仪：金属度盘2、光学经纬仪：通过光学度盘（玻璃度盘）的放大来读数3、电子经纬仪：用电子学的方法来读数的经纬仪。4、电子全站仪：能同时测量角度和距离。DJ07 DJ01 DJ2 DJ6 DJ15一测回水平方向观测中误差“2.2 经纬仪的分类及基本结构数字测图原理及方法游标经纬仪2.2 经纬仪的分类及基本结构数字测图原理及方法光学经纬仪2.2 经纬仪的分类及基本结构数字测图原理及方法2.2 经纬仪的分类及基本结构数字测图原理及方法Wild第一台电子经纬仪(1978年生产)-TC1电子经纬仪2.2 经纬仪的分类及基本结构数字测图原理及方法基本结构及相互关系照准部——水平制动螺旋、微动螺旋——竖轴望远镜——竖直制动螺旋、微动螺旋——横轴、视准轴水平度盘、竖直度盘及其分划中心圆水准器——圆水准器的水准轴水准管——水准管轴光学对中器——光学垂线2.2 经纬仪的分类及基本结构数字测图原理及方法DJ6光学经纬仪的构造DJ6光学经纬仪包括基座、度盘、照准部三大部分。垂直制动水平微动读数目镜水平度盘转换轮垂直微动光学对点器补偿器转换钮望远镜圆水准器数字测图原理及方法1、基座由轴座、脚螺旋、底板、三角压板等组成。作用：用于连接和整平。2、度盘包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。注记：0˚ ~ 360˚分划：20＇、30 ＇、1 ˚三种注：①水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随望远镜转动；②水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观测方向的角度值；③竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望远镜固定，随望远镜一起转动。DJ6光学经纬仪的构造数字测图原理及方法3、照准部主要由望远镜、支架、竖直轴、水平轴、竖直制动微动螺旋、水平制动微动螺旋、读数设备、水准器和光学对点器等组成。望远镜—用于瞄准目标圆水准器—用于粗略整平仪器管水准器—用于精确整平仪器•光学对点器—用于使度盘中心和测点在同一铅垂线上•读数装臵—用于读数DJ6光学经纬仪的构造数字测图原理及方法4、辅助工具测钎、标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具。DJ6光学经纬仪的构造数字测图原理及方法总结经纬仪常用旋钮的作用（1）望远镜物镜对光螺旋：调清物像，让目标成像在十字丝分划板上。（2）望远镜目镜对光螺旋：调清十字丝，放大物像（3）水平制动螺旋：限制照准部在水平方向上转动（4）水平微动螺旋：精确控制水平方向对点，只有在水平制动旋钮锁定后才起作用（5）水平度盘位置变换手轮：用于设定某一个方向的水平角为某一角度值（6）望远镜制动旋钮：控制望远镜绕横轴转动（7）望远镜微动螺旋：精确控制竖直方向对点，只在望远镜制动旋钮锁定后才起作用DJ6光学经纬仪的构造数字测图原理及方法（8）反光镜：调节读数窗口的亮度（9）读数目镜对光螺旋：控制读数窗口的清晰度（10）测微轮：用于调整读数窗口中上下对径分划线的相对位置（当上下对径分划线对齐时才能读数）（11）光学对中器：用于观察仪器中心是否与地面测站点对准（12）对中器对光螺旋：用于调节对中器目镜及物镜的清晰度，以便能看清地面上的测站点（13）度盘换像轮：用于在读数窗口中切换水平度盘和竖直度盘的影像。DJ6光学经纬仪的构造数字测图原理及方法光学经纬仪度盘读数原理1、带分划尺的显微镜01234566068195J6光学经纬仪水平竖直HV水平度盘竖直度盘数字测图原理及方法水平读数：215˚ 06＇48 "竖直读数：78˚ 52＇00"测微尺光学经纬仪度盘读数原理数字测图原理及方法光学经纬仪度盘读数原理2、单平板玻璃测微器05测微分划尺的像最小分划20''J6光学经纬仪939291度盘像，最小分划30'单平板玻璃度盘分划30‘，测微分划尺90小格数字测图原理及方法竖直读数：92˚ 17＇30"水平读数：转动测微轮重合读数测微器测微轮水平、竖直度盘转换手轮DJ2光学经纬仪光学经纬仪度盘读数原理数字测图原理及方法2、单平板玻璃测微器1510测微分划尺的像J6光学经纬仪939291度盘像旋转测微手轮及转动单平板玻璃'''301492光学经纬仪度盘读数原理数字测图原理及方法3、双平板玻璃测微器的基本原理转动测微手轮时，一对平板玻璃作等量相反方向转动可使度盘分划线影像作相向移动而彼此接合，这个移动量可在秒盘相应的转动量上显示出来。78950102度盘最小分划20'转动测微手轮度盘使对径分划影像重合。整10‘在度盘上读取。10‘对应600小格最小分划1‘’不足10'在秒盘上读取'''5.54517光学经纬仪度盘读数原理数字测图原理及方法光学经纬仪度盘读数原理数字测图原理及方法电子经纬仪测角的基本原理电子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光电扫描度盘自动计数和读数自动显示存储系统。目前根据取得电信号的方式不同而分为绝对式编码度盘测角和增量式光栅度盘测角两种。电子经纬仪是一种采用光电元件实现测角自动化、数字化的电子测角仪器。特点：1、采用电子测角系统，自动显示测量结果；2、可与测距仪组成全站仪；3、测量数据处理自动化。数字测图原理及方法1、绝对式编码度盘测角0123456789101112131415不透光区（非导电区）信号0透光区（导电区）信号11624nsn区间：码道：度盘上部发光二极管度盘下部光电二极管如：0011获取区间状态信号s360码道角分辨率：不易达到较高的测角精度电子经纬仪测角的基本原理数字测图原理及方法电子经纬仪测角的基本原理2、增量式光栅度盘测角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。将密度相同的两块光栅重叠，并使它们的刻线相互倾斜一个很小的角度，这时就会产生明暗相同的条纹（莫尔条纹）。夹角越小，条纹越粗。条纹的亮度按正弦周期性变化。数字测图原理及方法电子经纬仪测角的基本原理2、增量式光栅度盘测角光电管发光管光栅度盘指示光栅若发光管、指示光栅、光电管的位置固定，当度盘随照准部转动时，发光管发出的光信号，通过莫尔条纹落到光电管上。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，仪器的接收元件可累计出条纹的移动量，从而测出光栅的移动量，经转换得到角度值。数字测图原理及方法全站仪1、同时测角（水平角和竖角）；2、望远镜的视准轴和测距仪的视准轴是同轴的；3、对水平角和竖角进行补偿（具有双轴补偿器）；4、数据电子显示，并存入内存储器，无须读数，无须记录。5、数据记录量大6、数据输出——提供RS232C串口和电子手簿、掌上电脑、计算机等外部设备连接；数字测图原理及方法激光经纬仪在经纬仪上安装激光装臵，使视准轴射出一条可见光。主要用于各种施工量。弯管目镜激光器激光束数字测图原理及方法2.3 经纬仪（全站仪）的对中整平1、对中——使仪器的中心和测站点的标志中心在同一铅垂线上。（垂球对中、光学对点器对中、强制对中、激光对中）2、整平——使仪器的竖轴竖直。即水平度盘水平。用光学对中器进行对中和整平步骤：1、粗对中——固定三脚架一条腿，移动两条腿；2、精对中——调脚螺旋；3、粗平——升降三脚架使圆水准器气泡居中；4、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度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。）5、检查对中；6、反复进行上述操作，直到对中和整平都满足要求。数字测图原理及方法三脚架架设要求：高度适当，架头概平，大致对中，稳固可靠。仪器架设对中整平B光学对中器法数字测图原理及方法(1) 大致水平大致对中眼睛看着对中器，拖动三脚架两个脚,使仪器大致对中,并保持“架头”大致水平。(2) 伸缩脚架粗平根据气泡位置，伸缩三脚架两个脚，使圆水准气泡居中。(3)脚螺旋精平——左手大拇指法则(4) 架头上移动仪器，精确对中(5)脚螺旋精平(6)反复（4）、（5）两步。对中和整平，一般都需要经过几次“整平→对中→整平”的循环过程，直至整平和对中均符合要求。对中整平数字测图原理及方法气泡居中，1、2等高123气泡居中，3与1、2等高1231）转动仪器，使水准管与脚螺旋1、2连线平行。2）根据气泡位置运用法则，对向旋转脚螺旋1、2 。3）转动仪器900，运用法则，旋转脚螺旋3。数字测图原理及方法强制对中在进行特种精密工程测量操作时，由于其精度要求特别高，采用垂球对中，光学对中或激光对中时对中误差在总体误差中会产生显著的影响，因此采用精密仪器观测时多采用强制对中的方法。数字测图原理及方法瞄准瞄准的实质：安置在地面点上的经纬仪的望远镜视准轴对准另一地面点的中心位置。一般地，被瞄准的地面点上设有观测目标，目标中心在地面点的垂线上，目标是瞄准的主要对象。瞄准的步骤：大致瞄准、对光、精确瞄准。数字测图原理及方法读数在经纬仪瞄准目标之后从读数窗中读水平方向值。读数与记录有呼有应，有错即纠。纠错的原则“只能划改，不能涂改”。最后的读数值应化为度、分、秒的单位。数字测图原理及方法2.4 水平角的观测方法1、测回法OAB盘左：先瞄准左边的目标A读数再瞄准右边的目标B读数盘右：先瞄准目标B读数再瞄准目标A读数盘右半测回或下半测回盘左半测回或上半测回左a左b右a右b一测回）（右左右右右左左左21abab在不同的测回间，为了减小度盘刻划的误差，须配度盘n180限差：1、两个半测回方向值之差；2、各测回方向值之差数字测图原理及方法1、测回法记录表格测水平角用双丝夹粗目标2.4 水平角的观测方法数字测图原理及方法数字测图原理及方法2、方向观测法OAB盘左：先瞄准零方向A读数，顺时针依次瞄准B、C、D读数，再瞄准零方向归零读数。在不同的测回间，为了减小度盘刻划的误差，须配度盘n180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CD盘右：先瞄准零方向A读数，逆时针依次瞄准D、、C、B读数，再瞄准零方向归零读数。2.4 水平角的观测方法数字测图原理及方法2C = L –(R±180°)方向观测法的各项限差经纬仪型号光学测微器两次重合读数差半测回归零差一测回内2C较差同一方向值各测回较差DJ1DJ2136891369DJ6-18-242.4 水平角的观测方法数字测图原理及方法2180）（盘右读数盘左读数平均读数④归零后方向值的计算：各方向平均读数分别减起始方向平均读数。①归零差的计算:分别计算盘左、盘右两次瞄准起始方向读数之差Δ；（若Δ超限，应及时重测）②计算2c值（两倍视准误差）：2c = 盘左读数-（盘右读数±180˚）若2c超限，应及时重测。③各方向平均读数的计算：2.4 水平角的观测方法

测量学期末考试题及答案

一、单项选择题（每题2分，共20分）

1. 测量学中，角度测量的基本单位是（ ）。

A. 度（°）

B. 分（′）

C. 秒（″）

D. 弧度（rad）

2. 在测量工作中，水准仪的主要作用是（ ）。

A. 测量水平距离

B. 测量垂直距离

C. 测量高差

D. 测量角度

3. 下列哪个仪器用于测量水平角（ ）。

A. 水准仪 B. 经纬仪

C. 测距仪

D. 全站仪

4. 测量学中，三角测量法的主要原理是（ ）。

A. 三角形的稳定性

B. 三角形的相似性

C. 三角形的全等性

D. 三角形的不等式

5. 在测量工作中，测量误差的来源不包括（ ）。

A. 仪器误差

B. 人为误差

C. 环境误差

D. 计算误差

6. 测量学中，测量坐标系通常采用（ ）。 A. 笛卡尔坐标系

B. 极坐标系

C. 球坐标系

D. 柱坐标系

7. 在测量工作中，测量误差的分类不包括（ ）。

A. 系统误差

B. 随机误差

C. 绝对误差

D. 相对误差

8. 测量学中，测量误差的传播规律遵循（ ）。

A. 叠加原理

B. 独立原理

C. 相似原理

D. 等效原理

9. 在测量工作中，测量精度的单位是（ ）。

A. 米（m）

B. 毫米（mm）

C. 微米（μm）

D. 纳米（nm）

10. 测量学中，测量误差的表示方法不包括（ ）。

A. 绝对误差

B. 相对误差

C. 精度

D. 分辨率

二、填空题（每题2分，共20分）

1. 测量学中，角度测量的基本单位是_______，符号为_______。

2. 测量工作中，测量误差可以分为_______误差和_______误差。

度测量的几种方法

一、度的概念和意义

度是物理量的一种常用单位，用于度量角度、温度等数量。在物理学、数学、工程学等领域中，度被广泛应用于测量和计算。

二、度的测量方法

1. 直接测量法

直接测量法是最常见和最简单的度测量方法之一。它通过使用角度测量仪器，比如经纬仪、量角器等，直接测量角度的大小。这种方法准确性较高，适用于各种场合。

2. 间接测量法

间接测量法是在无法直接测量角度的情况下，通过其他已知量来推算出角度的大小。常见的间接测量方法有三角测量法、比较测量法等。

2.1 三角测量法

三角测量法是利用三角形的几何关系来测量角度的方法。在实际应用中，可以利用正弦定理、余弦定理等几何原理来计算角度的大小。

2.2 比较测量法

比较测量法是通过将待测角度与已知角度进行比较，从而确定待测角度的大小。比较测量法常用于需要测量相对角度的场合，如测量物体的旋转角度、测量地球上两点之间的方位角等。

3. 光学测量法

光学测量法是利用光的特性来测量角度的方法。常见的光学测量方法有光电测角法、干涉测量法等。例如，光电测角法利用光电传感器测量光源与待测角度之间的关系，从而确定角度的大小。

4. 电子测量法

电子测量法是利用电子技术来测量角度的方法。常见的电子测量方法有编码器测量法、陀螺仪测量法等。例如，编码器测量法通过测量编码器输出信号的脉冲数来计算角度的大小。

5. 惯性测量法

惯性测量法是利用物体的惯性特性来测量角度的方法。常见的惯性测量方法有陀螺仪测量法、加速度计测量法等。例如，陀螺仪测量法利用物体的旋转惯性来测量角度的变化。

6. GPS测量法

GPS测量法是利用全球定位系统（GPS）来测量角度的方法。通过接收多个卫星的信号，计算出接收器与卫星之间的角度，从而确定位置和方向。

三、度的应用领域

1. 地理测量学 地理测量学是利用度来测量地球表面的角度和距离的学科。它在地图制作、导航、地质勘探等领域中起着重要作用。

一、实验目的

1. 理解角度测量的基本原理和方法。

2. 掌握角度测量的工具和操作方法。

3. 培养实验操作能力和数据处理能力。

4. 提高对误差的认识和减小误差的能力。

二、实验原理

角度测量是测量学中的一个重要内容，它主要研究如何准确、快速地测量角度。角度测量常用的方法有直接测量法、间接测量法、比较测量法等。本实验采用直接测量法，利用角度测量工具（如量角器、游标卡尺等）直接测量角度。

三、实验仪器与材料

1. 角度测量工具：量角器、游标卡尺等。

2. 实验材料：直角三角形、正方形、圆形等几何图形。

四、实验步骤

1. 准备实验材料，将直角三角形、正方形、圆形等几何图形准备好。

2. 使用量角器测量直角三角形的两个锐角，记录数据。

3. 使用游标卡尺测量直角三角形的边长，记录数据。

4. 使用量角器测量正方形的四个内角，记录数据。

5. 使用游标卡尺测量正方形的边长，记录数据。

6. 使用量角器测量圆形的圆心角，记录数据。

7. 使用游标卡尺测量圆形的半径，记录数据。

8. 根据测量数据，计算直角三角形的面积、正方形的面积、圆形的面积。

五、实验数据及处理

1. 直角三角形测量数据：

角A：30° 角B：60°

边长a：5cm

边长b：10cm

直角三角形面积S = (a b) / 2 = (5 10) / 2 = 25cm²

2. 正方形测量数据：

内角A：90°

内角B：90°

内角C：90°

内角D：90°

边长a：10cm

正方形面积S = a² = 10² = 100cm²

3. 圆形测量数据：

圆心角A：360°

半径r：5cm

圆形面积S = π r² = 3.14 5² = 78.5cm²

六、实验结果与分析

1. 通过实验，我们掌握了角度测量的基本原理和方法，了解了不同角度测量工具的适用范围。

2. 实验结果表明，直角三角形的面积、正方形的面积、圆形的面积分别符合理论计算值，实验数据准确可靠。