第六章 经纬仪与角度测量
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经纬仪的角度测量原理及读数方法经纬仪是一种常用于测量地表物体角度的仪器,由水平仪、望远镜、公称圆盘等组成。
经纬仪的角度测量原理和读数方法是使用该仪器的基础,下文将分别介绍。
角度测量原理经纬仪的角度测量原理是通过水平仪和望远镜的组合来实现。
水平仪用于保持仪器的水平度,在竖直方向没有倾斜的前提下,通过透镜组把目标物体的光线引入到望远镜中,再通过望远镜内的目镜和物镜使视线准确地对准目标物体。
对准目标物体后,要测量的角度就可以通过经纬仪的公称圆盘进行读数。
公称圆盘上有刻度,用来表示仪器所能测量的角度范围,一般为0到360度。
刻度盘上还有一个固定的指针,指向测量结果。
读数方法经纬仪的读数方法比较简单,下面将分别说明如何读取水平角和垂直角。
水平角水平角是指目标物体所在的水平面和测量者所在的地面之间的夹角,以0度为起点,顺时针为正,逆时针为负。
读取水平角的方法如下:1.首先要确定水平面的位置,可以通过水平仪来判断。
2.接着,将目标物体置于水平平面上,在低倍率下调整望远镜,使视线正准备地对准目标物体。
3.然后,读取公称圆盘上指针所指向的刻度数值,并进行精确定位,方法是利用目镜上的十字线对准具体需要测量的位置。
4.最后,记录读数结果。
垂直角垂直角是指目标物体所在的垂直面和水平面之间的夹角。
以水平面为基准,向上为正,向下为负。
读取垂直角的方法如下:1.首先确定目标物体及其朝向,一般要借助辅助工具来完成。
2.然后将望远镜在低倍率下调整,使视线正对准目标物体。
3.接着,将望远镜调整到高倍率,再通过十字线对准目标物体。
4.然后读取公称圆盘上指针所指向的刻度数值,进行精确定位,如有需要,可以通过双目测量或者助理光条进行更加精确的测量。
5.最后记录读数结果。
总结经纬仪是测量地表物体角度的重要工具,其原理和读数方法比较简单,在熟悉了相关操作之后,可以非常快速地完成测量任务。
但需要注意的是,要保持仪器水平度和望远镜的准确调节,以及仪器的结构和性能都会对测量结果产生影响,因此在实际使用过程中,还需要根据测量环境和需要反复进行校正。
四. 角度测量和经纬仪思考题1.什么是水平角?试绘图说明用经纬仪测量水平角的原理。
2.什么是竖直角?为什么测竖直角时可只瞄准一个目标?3.经纬仪测角时,若照准同一竖直面内不同高度的两目标点,其水平度盘读数是否相同?若经纬仪架设高度不同,照准同一目标点,则该点的竖直角是否相同?4.何谓视差?产生视差的原因是什么?观测时如何消除视差?5.简述电子经纬仪的主要特点。
它与光学经纬仪的根本区别是什么?6.简述编码度盘测角系统的测角原理。
7.简述光栅度盘测角系统的测角原理。
8.安置经纬仪时,对中和整平的目的是什么?若用光学对中器应如何进行?9.试述用方向观测法观测水平角的步骤。
如何进行记录、计算?有哪些限差规定?10.水平角方向观测法中的2c有何含义?为什么要计算2c并检核其互差?11.何谓竖盘指标差?如何计算和检验竖盘指标差?12.试述水平角观测中的照准误差与目标偏心误差有什么区别。
13.根据水平角观测的原理,试说明经纬仪轴系之间的关系应有哪些基本要求部分习题答案15.16. 8.3″;18. 3.4″;19. 3′26.3″22. x c=+15.1″;23. x i=-1.06″;24. –10.7″25. A. 12″; B. 12.2″; C. 13.9″26. A. 24″; B. 24.4″; C. 27.8″27. C=-8″; i=-9.7″28. 2.6″29. (1)υ=40″, (2)τ=20″, (3) c=0, (4) i=10″31. ±8.0″32. ±9.8″33. ±6.1″34. ±8.5″,±8.5″。
经纬仪原理及角度测量方法内容:理解水平角、竖直角测量的基本原理;掌握光学经纬仪的基本构造、操作与读数方法;水平角测量的测回法和方向观测法;掌握竖盘的基本构造及竖直角的观测、计算方法;掌握光学经纬仪的检验与校正方法;了解水平角测量误差来源及其减弱措施及电子经纬仪的测角原理及操作方法。
重点:光学经纬仪的使用方法;水平角测回法测量方法;竖直角测量方法;难点:光学经纬仪的检验与校正。
§ 3.1 角度测量原理角度测量(angular observation) 包括水平角(horizontal angle) 测量和竖直角(vertical angle) 测量。
一、水平角定义从一点出发的两空间直线在水平面上投影的夹角即二面角,称为水平角。
其范围:顺时针0°~360°。
二、竖直角定义在同一竖直面内,目标视线与水平线的夹角,称为竖直角。
其范围在0°~±90°之间。
如图当视线位于水平线之上,竖直角为正,称为仰角;反之当视线位于水平线之下,竖直角为负,称为俯角。
§ 3.2 光学经纬仪(optical theodolite )经纬仪是测量角度的仪器。
按其精度分,有DJ6 、DJ2 两种。
表示一测回方向观测中误差分别为6"、2"。
一、DJ6 光学经纬仪的构造DJ6 光学经纬仪图1、照准部(alidade)2、水平度盘(horizontal circle)3、基座(tribrach)二、J6的读数方法1、J6 经纬仪采用“分微尺测微器读数法”,分微尺的分划值为1ˊ,估读到获0.1ˊ( 即:6") 。
如图,水平度盘读数为:73°04ˊ24"。
2、“ H ”——水平度盘读数,“ V ”——竖直度盘读数。
三、J2 光学经纬仪的构造如图与J6 相比,增加了:1、测微轮——用于读数时,对径分划线影像符合。
2、换像手轮——用于水平读数和竖直读数间的互换。
经纬仪及水平角测量第一节直线定向一、直线定向直线定向:确定一条直线的方向,即确定直线与标准方向之间的关系;真北方向、磁北方向、坐标北方向二、三北方向线真北:过地面上任意一点,指向北极的方向,叫真北。
其方向线叫真北方向线或真子午线。
地图上东西内图廓就是真子午线。
磁北:过地面上任意一点,磁针所指的北方,叫磁北。
其方向线叫磁北方向线或磁子午线。
地图上P、P′点或磁北、磁南点的连线叫磁子午线。
坐标纵线北:地图上坐标纵线所指的北方,叫坐标纵线北。
三、方位角方位角:由标准方向的北端顺时针方向量到某直线的夹角,称为该直线的方位角真方位角:从真子午线北段顺时针方向量至某一直线的水平角,叫真方位角。
磁方位角:从磁子午线北端顺时针方向量至某一直线的水平角,叫磁方位角。
坐标方位角:从坐标纵线北端顺时针方向量至某一直线的水平角,叫坐标方位角。
四、三种偏角由于真北、磁北、坐标纵线北在一般情况下方向是不一致的,所以三者之间互相形成三种偏角。
1.磁偏角:以真子午线为准,磁子午线与真子午线的夹角。
磁子午线东偏为正,西偏为负,磁偏角是实测得来的,由于磁偏角因地而异。
2.坐标纵线偏角(子午线收敛角)以真子午线为准,坐标纵线与真子之间的夹角。
东偏为正,西偏为负。
3.磁坐偏角:以坐标纵线为准,坐标纵线与磁子午线之间的夹角。
磁子午线东偏为正,西偏为负。
偏角与方位角间的换算关系? 坐标方位角=磁方位角+磁坐偏角? 磁方位角=坐标方位角+磁坐偏角? 真方位角=坐标方位角+坐标纵线偏角注意偏角的正负号五、象限角? 象限角:直线与标准方向线所夹的锐角称为象限角。
象限角的取值范围为0~90°? 由反正切函数arctan求出的象限角RAB取值为0~±90°? RAB>0时,则边长方向可能位于Ⅰ、Ⅲ象限? RAB<0时,则边长方向可能位于Ⅱ、Ⅳ象限象限角与坐标方位角的关系1. 利用坐标差值来判断2. 利用直线方位来判断象限名称由方位角α求象限角R 由象限角R求方位角αⅠ北东(NE)R=αα=RⅡ南东(SE)R=180°-αα=180°-RⅢ南西(SW)R=α-180°α=180°+RⅣ北西(NW)R=360°-αα=360°-R六、密位密位是炮兵量测角度采用的单位,将圆周等分6000段,每段弧所对应的角度为1密位,即360°=6000密位。
3 经纬仪及角度测量3.1 水平角测量原理3.2 DJ6型光学经纬仪3.3 水平角测量3.4 竖直角测量3.5 角度测量中误差产生的原因及消除方法3 经纬仪及角度测量角度测量是确定地面点位的基本测量工作之一,包括水平角测量和垂直角测量。
经纬仪是进行角度测量的主要仪器。
垂直角:观测水平角的经纬仪必须具备的条件:1)有能够水平安置的刻度圆盘和能够精确读取度盘读数的读数装置;2)有能够在水平方向和竖直方向转动的瞄准设备,以精确瞄准不同方向、不同高度和不同距离的目标;3)有能够将度盘的中心安置在所测角顶点的铅垂线方向上的设备。
3.2 DJ6型光学经纬仪D:大地测量仪器J:经纬仪数字:表示精度按测角精度:DJ07DJ1,DJ2,DJ6等几种类型。
3.2.1.1 照准部1)望远镜望远镜是用作精确瞄准目标的。
它和水平轴连接在一起,可以绕水平轴在竖直面内上下任意转动。
包括:物镜,目镜,内调焦镜,十字丝板2)竖直度盘。
用来测量竖直角的度盘装置。
3)照准部水准管。
照准部上有一个水准管和一个圆水准器。
圆水准器用作粗略整平,水准管用作精确整平仪器。
4)光学读数系统。
起改变光路的作用。
5)读数显微镜。
把水平度盘和竖直度盘的读数窗口放大,进行读数。
6)内轴。
整个照准部可在轴座内任意地作水平方向的旋转。
照准部下部装有水平制动扳钮和水平微动螺旋。
3.2.1.2 水平度盘部分1)水平度盘。
顺时针0°~360 °全圆注记, 不能随便转动。
2)度盘变换手轮。
可以调整水平度盘的当前位置的刻度值。
3)外轴。
连接度盘与基座。
3.2.1.3 基座三个脚螺旋用于整平仪器(粗平)连接仪器与三脚架3.2.2 电子经纬仪随着科技发展,近几年电子经纬仪发展迅猛,标志着经纬仪发展到一个新的阶段,并为测量工作的自动化创造了有利的条件。
电子经纬仪测角精度高,能够自动显示角度值,具有光学经纬仪类似的结构特征,其不同点在于读数系统,光学经纬仪采用光学度盘和人工读数,电子经纬仪则采用光电扫描度盘和自动读数系统。