角度测量原理
- 角度测量包括：水平角、数值角（或天顶距）
- 水平角：地面上一点到两个目标的方向线垂直投影到水平面上所成的夹角。用于求算地面点的平面位置
- 竖直角: 同一竖直面内,某一方向线与水平线的夹角。用于测定两地面点的高差，或将地面两点间的倾斜距离改化成水平距离
- 角度测量仪器的必要条件
- 仪器的中心必须位于角顶的铅垂线上（整平对中装置）。
- 照准部设备（望远镜）要能上下、左右转动，上下转动时所形成的是竖直面。
- 要具有一个有刻划的水平度盘和竖直度盘
- 要有读数设备（读数窗）
- 常用的测角仪器=>
经纬仪
J6 型光学经纬仪
概述
- 经纬仪的发展及分类:
- 游标经纬仪、光学经纬仪、电子经纬仪
- 金属度盘、光学度盘、编码度盘、光栅度盘
- 经纬仪代号
- 经纬仪的代号：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ30 等
- “D”和“J”为大地测量和经纬仪的汉语拼音第一个字母
- 后面的数字为该仪器的观测精度，即该仪器一测回水平方向观测中误差的秒数。
- 在工程中常用 DJ2、DJ6 型经纬仪，一般简称 J2、J6 经纬仪
经纬仪的构造
基座：连接仪器与三脚架（支承仪器）
水平度盘（应与下面合并为一部分）
照准部：望远镜、水准管、竖直度盘、读数设备等
视准轴：
十字丝交点和物镜光心的连线(CC)。
调焦透镜作用：
使物体清楚地成像在十字丝平面上。
调焦方法:
目镜调焦使十字丝看得最清，物镜调焦使物象清晰。
同样有视差
- 当人眼在目镜处上下移动，目标像和十字丝有相对晃动的现象称视差。
- 产生原因：目标象不落在十字丝分划板上。
- 视差影响：影响照准精度导致观测结果不准确。
- 消除方法：先瞄远处天空，调目镜，使十字丝清晰，再瞄目标，调物镜，使物象清晰。
望远镜的放大倍率和视场
- 大约 26 倍，比水准仪稍小
- 视场角不大 1 度 30 分
水准器
- 与水准仪差不多
水平度盘
- 测微器
- 还可以变成任意位置
经纬仪的安置
- 对中——粗略对中、精确对中
- 整平——粗平（圆气泡居中）、精平（管气泡居中）
- 目的：使经纬仪的竖轴垂直，水平度盘水平。
- 要求：在测角过程中，气泡偏离中心位置不能超出 1~2 格。
- 方法：调节脚架或基座的三个脚螺旋。
- 粗平:通过伸缩脚架或旋转脚螺旋使圆水准气泡居中
- 精平：通过旋转脚螺旋使管水准气泡居中
- 瞄准
- 先用望远镜筒上的粗瞄准器对准目标，再使用竖丝切准目标
- 注意双丝和单丝切准的应用场合:粗目标用双丝，细目标用单丝
- 尽量切准目标底部
- 注意消除视差
- 使用标杆、测杆、占牌，尽量瞄准下部位置
- 读数
- 度、分、秒
- 注意简读、记录人员应该汇报
水平角观测
测回法
观测方法
- 盘左位置(竖盘在望远镜左侧，或称正镜）：
- 先瞄准 A 目标，读取水平度盘读数 a，
- 然后瞄准 B 目标,读取水平度盘读数 b。
- 角值β= b-a，盘左位置所测角度β称为上半测回。
- 盘右位置(竖盘在望远镜右侧，或称倒镜） ：
- 先瞄准 B 目标，读取水平度盘读数 b
- 然后瞄准 A 目标,读取水平度盘读数 a
- 角值β′= b - a，盘右位置所测角度β称为下半测回。
- 两个半测回合起来称为一测回，取平均值作为最后结果：β平=（β+β′）/2。
- 上半测回与下半测回所测角值之差不得超过
40″ - 使用不同的测回位置以避免系统误差（偏心差！）：
- 起始方向水平度盘读数配置(i-1)*180°/n，其中 n 为总测回数，i 表示第几个测回
- 并不需要严格取这么多度，只需相似即可
方向观测法
又称全圆测回法，当一个测站上的方向观测数在 3 个或 3 个以上时采用。
- 盘左位置
- 瞄准起始方向目标 A 读数，然后顺时针方向依次瞄准目标 B、C、A 并读数。
- A 方向的两次读数之差，称为
半测回归零差 。 - 检查归零差是否超限（要求≤±18″）。否则重测
- 盘右位置
- 瞄准起始方向目标 A 读数，然后逆时针方向依次瞄准目标 C、B、A 并读数。
- 检查归零差是否超限（要求≤±18″）。否则重测
- 若需观测几个测回，各测回零方向应以 180°/n 为增量配置水平度盘读数
注意事项
- 测角——短边一定要小心！
竖直角观测
数值角测角原理
竖直角定义:
- 是同一竖直面内视线与水平线间的夹角。
竖直角的特点：
有仰角，角值为正。有俯角，角值为负。
竖直角的大小在 -90°～90°之间。
天顶距：
- 是同一竖直面内坐标纵轴方向与视线之间的夹角。
- 它与竖直角为互余.
- 竖盘固定在横轴上，随着望远镜一起转动（这与水平度盘不同）
- 竖盘读数指标线与竖盘水准管相连，当指标水准管气泡居中时，竖盘读数指标线竖盘读数指标线处于正确位置。
- 竖盘注记为 0~360°,有顺时针和逆时针刻划两种形式（水平度盘只有顺时针）
竖盘指标差
当竖盘水准管居中，且视准轴水平时，竖盘读数应为 90°或 270°。但这是理想状态，实际情况是仪器在使用过程中受到震动，当竖盘水准管居中，且视准轴水平时，竖盘读数不为 90°或 270°，而是与 90°或 270°有一定的差值，这个差值称为指标差（用 x 表示）。对于 DJ6 经纬仪，指标差的变动范围不应超过 2’5″
- 注意指标差有正负
竖直角观测步骤
对中、整平
盘左位置：瞄准目标（用横丝瞄准目标）、竖盘水准管气泡居中、读数
盘右位置：瞄准目标、竖盘水准管气泡居中、读数；
计算盘左、盘右竖直角；
α左=L-90° α左=90° - L
α右=270° -R 或 α右=R - 270°
计算竖盘指标差： x=（L+R-360°）/2
计算一测回竖直角（即盘左、盘右平均值）：α=（α左+α右）/2。
竖盘指标自动归零补偿装置
- 观测垂直角时，每次读数前都应将竖盘指标水准管的气泡调节居中，有时容易疏忽，也影响工作效率。目前有些光学经纬仪采用竖盘指标自动归零补偿装置来代替竖盘指标水淮管，使仪器竖轴偏离铅锤线一定范围内，通过补偿器仍能获得相当于竖盘指标水准管气泡居中时的正确读数
经纬仪的检验与校正
主要轴线
- 水准管轴（LL）：过零点作水准管圆弧的切线。
- 竖 轴（VV）：照准部的旋转轴。
- 视 准 轴（CC）：十字丝交点和物镜光心的连线。
- 横 轴（HH）：望远镜的旋转轴。
应满足的条件
照准部水准管轴垂直于仪器竖轴（LL ⊥VV）。
望远镜视准轴垂直于仪器横轴（CC ⊥ HH）。
仪器横轴垂直于仪器竖轴（HH ⊥ VV）。
望远镜十字丝竖丝垂直于仪器横轴。
竖盘指标差的检验校正（指标差＜±2′）。
光学对中器的视准轴应与竖轴重合
校正：
水准管轴垂直于竖轴的检验与校正
与水准仪一样的。。
十字丝竖丝垂直于仪器横轴的检验与校正
还是一样的。。
视准轴垂直于横轴的检验与校正（CC ⊥ HH）
视准轴不垂直于横轴，其交角与 90°之差称为视准轴误差，也称为 2c 误差，它是由于十字丝交点的位置不正确而产生的。
- 四分之一法
- 检验方法：
- 在平坦地区选相距约 80m 的 AB 两点，将经纬仪安置于中间 o 点，在 A 点竖立测量标志，在 B 点水平横置一根水准尺，使尺身垂直于视线并与仪器同高。盘左位置，视线大致水平照准 A 点，固定照准部，然后纵转望远镜，在 B 点的横尺上读取读数 B1，松开照准部，再以盘右位置照准 A 点．固定照准部，再纵转望远镜．在 B 点横尺上读取读数 B2，如果 B1、B2 两点重合，则说明视准轴与横轴相互垂直，否则需要进行校正。
- 校正：
- 经纬仪在盘右位置不动，在 B1B2 两点间确定一点 B3，使 B2B3= B1B2/4，然后拨动十字丝校正螺丝，使十字丝交点与 B3 重合，需反复进行，使 C<60″为止。
- 读数法
- 检验
- 以盘左位置瞄准远处与仪器大致同高的目标 P，读取水平度盘读数 a 左，再盘右位置瞄准该点，读取水平度盘读数为 a 右。若a右*=* a左±180°，则条件满足，否则应进行校正。
- 原理：
- (a)假设两轴垂直
- (b)假设两轴不垂直
- 校正：
- 经纬仪在盘右位置不动。先计算出盘右时水平读盘应有的正确读数 a:
- a=（a 右+a 左±180）/2。
- 转动水平微动螺旋，使水平读盘读数为 a，此时十字丝交点离开了原来目标，调节十字丝环上左右相对的校正螺旋，使十字丝交点瞄准原来的目标。反复检校，直至 c＜2′内为止。
- 注意：
- 这种方法适用于 J2 经纬仪，对单指标的 J6 级经纬仪，只有在度盘偏心差很小时才能见效，否则 2c 中包含了较大的偏心差，校正时将得不到正确的结果。对于 J6 经纬仪。最好采用四分之一法.
横轴垂直于竖轴的检验与校正（HH ⊥ VV）
- 也可被消除
竖盘指标差的检验与校正（指标差＜±1′）
- 检验：
- 盘左位置瞄准一目标，读取竖盘读数 L，再以盘右瞄准该目标，读取竖盘读数 R，计算指标差
- x=（L+R-360°）/2
- 若 x＞±1′时，则需要进行校正。
- 校正：
- 仪器不动，仍以盘右瞄准原目标，转动竖盘水准管微动螺旋，将竖盘读数调整到正确读数（R-x），这时竖盘水准管气泡不居中，用拨针拨动竖盘水管校正螺旋，使气泡居中。如此反复检校，直到满足指标差 x＜±1′为止。
仪器误差的影响
3 视准轴误差
- 由视准轴 CC 不垂直于横轴 HH 引起，采取盘左盘右观测取平均值可消除。
2 横轴误差
- 由横轴不垂直于竖轴引起。采取盘左盘右观测取平均值可以消除
1 竖轴倾斜误差
- 仪器竖轴不垂直于水准管轴、水准管整平不完善、气泡不居中引起，此项误差采用
盘左、盘右观测取平均值不能消除
4 竖盘指标差
- 由竖盘指标线不处于正确位置引起。可能原因为竖盘指标水准管没整平、气泡没居中等，采取盘左、盘右观测取平均值可以消除
度盘偏心差
- 仪器加工不完善，引起照准部轴心与水平度盘圆心不重合，竖直度盘圆心与横轴中心线不重合，盘左、盘右观测取平均值可以减小
度盘分划不均匀误差
- 测回间按 180/n°变换度盘可以减小
仪器安置误差
仪器对中误差
注意：边长较短时采用光学对中，光学对中前应进行光学对中器视准轴与仪器纵轴重合的检验。
整平误差
管水准器气泡偏离中心应小于 1 格。观测目标垂直角较大时，应特别注意。
目标偏心误差影响
观测误差
外界条件误差
- 松软的土壤和风力影响仪器的稳定
- 日晒和环境温度变化影响水准管气泡的运动和视准轴的变化
- 受地面热辐射的影响大气层密度变化会引起目标影响的跳动等
- 大气透明度低时目标成像不清晰
- 视线太靠近建筑物时引起的旁折光
