内容发布更新时间 : 2024/11/15 11:01:07星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
第三章 经纬仪及角度测量
第一节 角度测量概述
角度观测是测量工作的基本内容之一。角度观测包括:水平角观测、垂直角观测。要确定地面点的平面位置,一般需要观测水平角;要确定地面点的高程位置或将测得的斜距化算为平距时,一般需要观测垂直角。 一、水平角及其测量原理
一点到两点的目标方向线垂直投影在水平面上所夹的角称为水平角。 如图4-1中,A,B,C为地面上高度不同的三个点,将这三点
分别沿铅垂线方向投影到水平面上,在水平面上得到相应的a、 b、c三点,则∠cab即为地面上AC和AB两方向线间所夹的水平 角?。这里应注意,∠CAB不是水平角。
显然,地面上任意两方向线间的水平角值,就是过该两方 向线所作两铅垂面组成的两面角的大小。由此可知,水平角?可
以在与经过A点铅垂线相垂直的任一水平面上求得。
为了测定水平角值,可在角顶A点上方安置一台经纬仪,仪 图4-1 水平角观
测原理
器上有一个能水平放置的刻度圆盘,即水平度盘,度盘上有0°~360°的刻度,度盘中心O正好在经过A点的铅垂线上。另外,经纬仪上还装有一个能够瞄准远方目标的望远镜,望远镜不但可以在水平方向上左右转动,而且还能在铅垂面内上下转动。通过望远镜分别照准高低不同的目标C和B,就可得到实地AC和AB两方向线在水平度盘上投影的相应读数方向值n和方向值m,则水平角?就是这两个读数即两个方向值之差,即??m方?n方这就是水平角的测量原理。 二、垂直角及其测量原理
一点至观测目标的方向线与其在水平面上投影间的夹角 称为垂直角,简称竖直角,亦称“高度角”,通常用?表示。 如图4-2所示,测站点A支目标点B、C的方向线AB, AC与水平线之间的夹角?AB、?AC就是A点到B、C两点 的垂直角。显然,垂直角是在包含方向线的铅垂面内,而且 有正、负之分。目标在水平面以上的称“仰角”,角值为正, 如?AC;目标在水平面以下的称为“俯角”,角值为负,如
?AB。其角值自水平线起算,各从090。 图4-2 垂直角测量
原理
另一种是目标方向与天顶方向(即铅垂线的反方向)所夹的角,称为天顶距。一般用Z表示。天顶距的大小从0180,没有负值,如图4-2所示。
为了测定垂直角,在经纬仪的水平轴一端安装上了一个刻有度数的垂直圆盘,称为垂直度盘,亦称竖盘。垂直度盘平面与过视线的铅垂面平行,其中心在过A点的水平线上;垂直度盘随望远镜的上下转动而转动,其与视线平行的对径分划线为定值。对某种经纬仪来说,视线水平时的垂直度盘数为0°与90°的整倍数。故测量垂直角时只需要用望远镜照准目标,读出垂直度盘上的读数,即可算出垂直角。经纬仪就是根据上述水平角和垂直角的测量原理设计制造的。
第二节 光学经纬仪
光学经纬仪简称经纬仪,它是测量工作的主要测角仪器。国产经纬仪按精度分为
DJ07,DJ1,DJ2,DJ6,DJ和DJ。其中DJ07,DJ,DJ为精密经纬仪;DJ6,DJ,DJ1560121560为普通经纬仪。目前国内常用的除国产经纬仪外,还有多种型号的进口经纬仪。经纬仪中的望远镜有成倒像的,也有成正像的。经纬仪的类型虽然很多,但由于它们的主要部件和结构性能大致相同,所以,只要熟悉一种,其他类型也可基本了解。本节主要介绍国产DJ6型(简称J6)光学经纬仪。
一、经纬仪的基本结构
为了能够测出可靠的水平角和垂直角,经纬仪应满足如下要求:
第一.仪器能够使水平度盘和垂直度盘分别整置于水平位置和铅垂位置; 第二.能够精确照准任何方向不同、高度不同、远近不同的目标; 第三.仪器照准部的旋转轴(垂直轴)应与过测站点的铅垂线一致;
第四.水平度盘应水平,垂直度盘应铅垂,并能测出目标的水平方向值和垂直角。
按照上述要求,经纬仪的基本结构如图4-3所示。从外形看可分为照准部、基座、三脚架三大部分
1.照准部
经纬仪基座上部能绕垂直轴旋转的整体,称为照准部,包括水平轴、支架、望远镜、读数设备、垂直度盘、水平度盘及水准器等,照准部旋转的中心轴称为垂直轴,亦称“竖轴”或“纵轴”。观测作业时要求垂直轴应与过测站点的铅垂线一致,照准部的施转保持圆滑平稳。望远镜旋转的中心轴称为水平轴,亦称“横轴”或“望远镜旋转轴”。垂直轴和水平轴、水平轴和望远镜的照准轴应互成正交关系。照准部的旋转可使望远镜照准方向不同的目标。 望远镜、垂直度盘和读数显微镜均固连在水平轴上,且与水平轴正交。当望远镜绕水平轴旋转时,垂直度盘和读数显微镜随着转动,可以很方便的读取水平方向值和测定垂直角。望远镜上仰下俯可以照准高度不同的目标;通过望远镜的调焦可以照准远近不同的目标。 水平轴两端由支架支撑着,支架下部安装有管水准器和水平度盘,通过管水准器可将水平度盘置于水平位置。照准部旋转时,水平度盘不动,以便测出水平角。 2.基座
照准部下面是基座。通常基座和照准部联为一体,垂直轴套固定在基座上,通过轴和轴套将照准部和基座连在一起。照准部旋转时,基座不会转动。基座下部有三个脚螺旋,转动脚螺旋可使照准部上的管水准器气泡居中,即管水准轴水平,以此来整平仪器。基座通过连接螺旋可将仪器固定在三脚架上。 3.脚架
三脚架可以伸缩收合,架头上的连接螺旋下端可悬挂垂球,便于使仪器垂直轴与过测站点的铅垂线一致。
二、J6型光学经纬仪各部件名称及性能
国产 J6型光学经纬仪,其外形和各部件的名称,如图4-4所示。 三、读数设备及读数方法
地形控制所用的经纬仪,其读数装置多为测微尺及光学测微轮两种。如图4-5所示,为J6经纬仪读数窗内所见到的度盘影像:上面为水平度盘及测微尺影像,下面为垂直度盘及测微尺影像。
图 4-4
J6型光学经纬仪
度盘分划线的间隔为1°,测微尺全长正好与度盘分划影像1°的间隔相等,并分为60小格,每一小格之值为1′,可估读到一小格的l/10(即0.1即6″)。读数时,以测微尺的0分划线为读数指标线,先读取度盘分划的度数值,再读取读数指标线到度盘分划线之间的数值,即分、秒值,两数之和即为度盘读数。其中度盘上的哪个度落在测微尺0~60之间,则读多少度,这个度分划到读数指标线之间有多少格,读多少分,秒估读至测微尺上一格的
中12″为估读0.2小格的值)。
1,如水平度盘 35°03′30″ 同样道理,垂直度盘读数为87°07′12″其10因此,J6经纬仪的最小读数秒值,必须是6的整倍数。
第三节 光学经纬仪的使用
光学经纬仪的使用包括经纬仪的安置、调焦、照准、对度盘等基本操作方法。现分述如下。
一、经纬仪的安置 1.对中
对中的目的是使仪器中心安置在通过测站点的铅垂线上,即使仪器垂直轴与过测站点的铅垂线一致。这是测量水平角和垂直角的基本要求。对中方法有用垂球对中和用光学对点器对中两种。
(1)垂球对中
在测站点上,首先张开三脚架,目估对中且使脚架头大致水平、脚架高度适于观测,将连接螺旋置于架头中心并悬挂垂球,调整垂球线长度,平移踩紧脚架腿使垂球尖大致对准地面点。然后将经纬仪用连接螺旋连接在架头上,稍许移动仪器,使垂球尖对准地面点位中心,从大约90°的两个方向观察,其偏离量小于规定限差为止(一般规定应小于3mm),再将连接螺旋拧紧即可。如果偏离量过大,而且仪器在架头上平移仍无法达到限差要求时,应移动三脚架重新对中,直到符合要求为止。
(2)光学对点器对中
①张开三脚架,目估对中且使三脚架架头高度适中、大致水平,并踩牢架腿。 ②将经纬仪固定在三脚架上,调整光学对点器目镜焦距,使对点器的圆圈标志和测站点影像清晰。
③转动仪器脚螺旋,使测站点影像位于圆圈中心;也可固定三脚架的一条腿于适当位置,两手分别握往另外两条架腿,在移动这两条架腿的同时,从光学对点器中观察,使对点器圆圈中心对准标志中心。
④伸缩脚架腿,使圆水准器气泡居中。然后,旋转脚螺旋,通过管水准器整平仪器。 ⑤察看对中情况,若偏离不大,可稍松连接螺旋,将仪器在架头上稍微平移,使圆圈套住测站点位,重新通过管水准器整平仪器。若偏离甚大,应重新整置三脚架,直到达到对中要求为止。
(3)注意事项
①对中后应及时固紧连接螺旋和架腿固定螺旋。 ②检查对中偏差,应在大约90°的两个方向上观察。