第3章-精密光学经纬仪和水平角观测课件.ppt

1、3.1 经纬仪的基本构造3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法3.3 经纬仪的几项调校3.4 经纬仪的视准轴误差和水平轴倾斜误差3.5 经纬仪的垂直轴倾斜误差3.6 精密测角的误差影响3.7 方向观测法3.8 分组方向观测法3.9 偏心观测与归心改正3.1 3.1 经纬仪的基本结构经纬仪的基本结构 3.1.1 水平角和垂直角水平角和垂直角 1. 水平角水平角 如图如图3-1，A、P1、P2为地面为地面上的三个控制点。上的三个控制点。A为测站点，为测站点，P1、P2为照准点。为照准点。AV为为A点的铅点的铅垂线垂线(重力方向线重力方向线)，过，过A点作垂直点作垂直于于AV的平面的平面M。平面。平

2、面M称为水平称为水平面。铅垂线面。铅垂线AV与视准线与视准线AP1、AP2分别构成两个垂直面分别构成两个垂直面Q1、Q2，两个垂直面，两个垂直面Q1、Q2与水平与水平面的交线分别为面的交线分别为Aq1、Aq2。Aq1、Aq2分别叫做视准线分别叫做视准线AP1、AP2的水平视线。两水平视线的水平视线。两水平视线Aq1、Aq2的夹角的夹角(即即Q1、Q2两两垂直面的二面角垂直面的二面角)称为测站点称为测站点A观观测目标测目标P1、P2的水平角。的水平角。图图3-1 水平角和垂直角水平角和垂直角3.1 3.1 经纬仪的基本结构经纬仪的基本结构 可见，水平角不是两条视准线间的夹角，而是两条视准线在水平

3、面可见，水平角不是两条视准线间的夹角，而是两条视准线在水平面上投影线的夹角，就上投影线的夹角，就是说，水平角是在水平面上度量的。是说，水平角是在水平面上度量的。 水平角在范围内按顺时针方向量取。水平角在范围内按顺时针方向量取。2. 垂直角垂直角 如图如图3-1，视准线，视准线AP1与其水平视线与其水平视线Aq1的夹角称为的夹角称为A点照准点照准P1点的垂直角。同样，视准线点的垂直角。同样，视准线AP2与其水平视线与其水平视线Aq2的夹角为的夹角为A点对点对P2点的垂直角。所以，垂直角是视准线与其相应的水平视线的夹角，通常点的垂直角。所以，垂直角是视准线与其相应的水平视线的夹角，通常以表示。以表

4、示。 垂直角是在垂直面上度量的。水平视线以上为正垂直角是在垂直面上度量的。水平视线以上为正(如图中的如图中的1)，水，水平视线以下为负平视线以下为负(如如图中的图中的2)。 视准线视准线AP1、AP2与铅垂线与铅垂线AV的夹角的夹角Z1、Z2：分别称为：分别称为AP1、AP2的天顶距。由图可见某一照准点的天顶距与垂直角有如下关系：的天顶距。由图可见某一照准点的天顶距与垂直角有如下关系：Z90（3-1） 3.1 3.1 经纬仪的基本结构经纬仪的基本结构3.1.2 经纬仪的基本结构经纬仪的基本结构 图图3-2 经纬仪的基本结构经纬仪的基本结构经纬仪的主要部件有：经纬仪的主要部件有： 望远镜望远镜构

5、成视准轴，在照准目构成视准轴，在照准目标时形成视准线，以便精确照准目标。标时形成视准线，以便精确照准目标。 照准部水准器照准部水准器用来指示垂直轴用来指示垂直轴的垂直状态，以形成水平面和垂直面。的垂直状态，以形成水平面和垂直面。 垂直轴垂直轴作为仪器的旋转轴，测作为仪器的旋转轴，测定角度时，应与测站铅垂线一致。定角度时，应与测站铅垂线一致。 水平轴水平轴作为望远镜俯仰的转轴，作为望远镜俯仰的转轴，以便照准不同高度的目标。以便照准不同高度的目标。 水平度盘水平度盘用来在水平面上度量用来在水平面上度量水平角，应与水平面平行。水平角，应与水平面平行。 垂直度盘垂直度盘用来量度垂直角。用来量度垂直角。

6、 另外，为了精确读取度盘读数，在另外，为了精确读取度盘读数，在水平度盘和垂直度盘上均有测微器。水平度盘和垂直度盘上均有测微器。 经纬仪的以上部件，除水平度盘以经纬仪的以上部件，除水平度盘以外，合称为经纬仪的照准部，照准部可外，合称为经纬仪的照准部，照准部可以绕垂直轴旋转。以绕垂直轴旋转。 仪器的基座、水平度盘、垂直轴套仪器的基座、水平度盘、垂直轴套和调平仪器的脚螺旋，是经纬仪的基础和调平仪器的脚螺旋，是经纬仪的基础部分，叫做基座部分，叫做基座 。3.1 3.1 经纬仪的基本结构经纬仪的基本结构 为了测得水平角和垂直角，经纬仪不仅要具有上述各种主要部件，为了测得水平角和垂直角，经纬仪不仅要具有上

7、述各种主要部件，而且，这些部件还应按下列关系结合成一个整体。而且，这些部件还应按下列关系结合成一个整体。 （1）垂直轴与照准部水准器轴正交。即当照准部水准气泡居中时，）垂直轴与照准部水准器轴正交。即当照准部水准气泡居中时，垂直轴与测站铅垂线一致。垂直轴与测站铅垂线一致。 （2）垂直轴与水平度盘正交且通过其中心。这样，当垂直轴与测站）垂直轴与水平度盘正交且通过其中心。这样，当垂直轴与测站铅垂线一致时，水平度盘就与测站水平面平行，在其上面量取的角度，铅垂线一致时，水平度盘就与测站水平面平行，在其上面量取的角度，才是正确的水平角。才是正确的水平角。 （3）水平轴与垂直轴正交，视准轴与水平轴正交，当垂

8、直轴与测站）水平轴与垂直轴正交，视准轴与水平轴正交，当垂直轴与测站铅垂线一致，俯仰望远镜，视准轴所形成的面才是垂直照准面。铅垂线一致，俯仰望远镜，视准轴所形成的面才是垂直照准面。 （4）水平轴与垂直度盘正交，且通过其中心。满足此关系，当垂直）水平轴与垂直度盘正交，且通过其中心。满足此关系，当垂直轴与测站铅垂线一致，水平轴水平时，垂直度盘就平行于过测站的垂直轴与测站铅垂线一致，水平轴水平时，垂直度盘就平行于过测站的垂直照准面，在它上面量取的角度，才是正确的垂直角。照准面，在它上面量取的角度，才是正确的垂直角。 经纬仪各主要部件的上述关系，总的来说，就是三轴经纬仪各主要部件的上述关系，总的来说，就

9、是三轴(垂直轴，水平垂直轴，水平轴，视准轴轴，视准轴)两盘两盘(水平度盘和垂直度盘水平度盘和垂直度盘)之间的关系，一旦它们之间的关之间的关系，一旦它们之间的关系被破坏，就将给角度观测带来误差。系被破坏，就将给角度观测带来误差。这些将在以后各节中说明。这些将在以后各节中说明。3.1.3 经纬仪主要部件之间的相互关系经纬仪主要部件之间的相互关系3.23.2精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的基本构造主要由照准部、垂直轴系统和基座组成 按精度等级的高低: 分为J07，J1，J2，J6等规格。J是经纬仪汉语拼音的第一个字母，其数字表示仪器的精度指标，即检定时水平

10、方向观测一测回的中误差。3.2 3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法3.2.1 水准器水准器 1. 水准轴与水准器轴水准轴与水准器轴图图3-3 水准轴与水准器轴水准轴与水准器轴2. 水准器格值水准器格值注意 水准轴 水准器轴 水准器格值3.2 3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法3.2.2 望远镜望远镜图图3-5 望远镜成像原理望远镜成像原理图图3-6 望远镜十字丝网望远镜十字丝网注意 测量水平角时需要用望远镜十字丝竖丝精确卡住目标 测量竖直角时需要用望远镜十字丝横丝精确卡住目标3.2 3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光

11、学经纬仪的构造及使用方法图图3-7 望远镜结构示意图望远镜结构示意图3.2.3 水平度盘和测微器水平度盘和测微器 1. 水平度盘水平度盘 2. 光学测微器及测微原理光学测微器及测微原理 （1）度盘成像光路）度盘成像光路 （2）测微器的基本结构和测微原理）测微器的基本结构和测微原理 3. 读数方法读数方法 图图3-8 反射式度盘成像光路反射式度盘成像光路3.2 3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法图图3-9 透射式度盘成像光路透射式度盘成像光路图图3-16 新威特新威特T2读数窗读数窗3.2 3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法图图

12、3-14 威特威特T3经纬仪水平度盘读数经纬仪水平度盘读数图图3-15 威特威特T2、蔡司、蔡司010经纬仪水平度盘读数经纬仪水平度盘读数3.2 3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法3.2.4 垂直度盘与垂直角垂直度盘与垂直角1. 垂直度盘刻划垂直度盘刻划 图图3-17 J2级经纬仪垂直度盘测角示意图级经纬仪垂直度盘测角示意图图图3-18 T3经纬仪垂直度盘测角示意图经纬仪垂直度盘测角示意图3.2 3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法2垂直度盘的指标水准器、自动归零装置垂直度盘的指标水准器、自动归零装置图图3-19 符合水准器原理

13、符合水准器原理3.2 3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法 （1）蔡司）蔡司010和威特和威特T2经纬仪垂直角、指标差计算公式经纬仪垂直角、指标差计算公式 2180LR2360RLi（2）威特）威特T3经纬仪的垂直角、指标差计算公式经纬仪的垂直角、指标差计算公式 RL180)(RLi iRi270L90右左 iiiLiL2)R90(2)R-90(22)90(290-211右左）（3.2 3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法 3.2.5 常用精密光学经纬仪简介 图3-20 威特T3经纬仪图3-21 威特T2经纬仪3.2 3.2 精密

14、光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法1垂直制动螺旋；2测微轮；3读数显微镜的目镜管；4垂直微动螺旋；5度盘影像变换钮；6水平微动螺旋；7水平制动螺旋；8三角基座；9垂直度盘符合水准器反射棱镜；10瞄准器；11垂直度盘水准器改正螺旋；12望远镜调焦环；13度盘照明反光镜；14望远镜的目镜管；15照准部的水准器；16圆盒水准器；17照准部与基座的连接螺旋；18垂直度盘水准器；19垂直度盘水准器微动螺旋；20水平度盘变换螺旋；21水平度盘变换螺旋保险钮；22物镜内镀银面；23十字丝照明反光镜；24照准部水准器改正螺旋；25光学对点器；26脚螺旋图3-22 蔡司010经纬仪3.2

15、3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法1望远镜物镜；2光学瞄准器；3十字丝照明反光板螺旋；4测微轮；5读数显微镜管；6垂直微动螺旋弹簧套；7度盘影像变换螺旋；8照准部水准器校正螺丝；9水平度盘物镜组盖板；10水平度盘变换螺旋护盖；11垂直度盘转像透镜组盖板；12望远镜调焦环；13读数显微镜目镜；14望远镜目镜；15垂直度盘物镜组盖板；16垂直度盘指标水准器护盖；17照准部水准器；18水平制动螺旋；19水平度盘变换螺旋；20垂直度盘照明反光镜；21垂直度盘指标水准器观察棱镜；22垂直度盘指标水准器微动螺旋；23水平度盘转像透镜组盖板；24光学对点器；25水平度盘照明

16、反光镜；26照准部与基座的连接螺旋；27固紧螺母；28垂直制动螺旋；29垂直微动螺旋；30水平微动螺旋；31三角基座；32脚螺旋；33三角底板图3-23 苏光J2经纬仪3.2 3.2 精密光学经纬仪的构造及使用方法精密光学经纬仪的构造及使用方法3.3 3.3 经纬仪的几项调校经纬仪的几项调校3.3.1 各主要螺旋的检查与调整 1脚螺旋的检视与调整 2微动螺旋的检视与调整 3.3.2 照准部水准器轴与垂直轴正交的检校 1. 整平仪器及照准部水准器轴与垂直轴正交的检查 2照准部水准器轴与垂直轴正交的校正 3.3.3 望远镜的调焦及视差的消除（1）将望远镜指向天空，转动望远镜目镜，直到十字丝十分清晰

17、为止。 （2）选择一个距离适中的目标，将望远镜指向目标，转动望远镜的调焦环(或调焦螺旋)，使目标在望远镜中的成像清晰为止。3.3 3.3 经纬仪的几项调校经纬仪的几项调校 3.3.4 指标差的检查校正 2360RLi (J2级仪器) 180RLi(J07、J1级仪器)3.3.5 光学对点器的检校 1投影法 2垂球调校 在工程控制测量和精密工程测量中，角度测量主要使用精密光在工程控制测量和精密工程测量中，角度测量主要使用精密光学经纬仪。精密光学经纬仪按精度等级的高低，我国光学经纬仪的系学经纬仪。精密光学经纬仪按精度等级的高低，我国光学经纬仪的系列分为列分为J07J07，J1J1，J2J2，J6J

18、6等规格。本章主要介绍精密光学经纬仪的基等规格。本章主要介绍精密光学经纬仪的基本构造和仪器检验，应用精密光学经纬仪完成一个测站上的水平角观本构造和仪器检验，应用精密光学经纬仪完成一个测站上的水平角观测并获得正确观测值的方法及测站平差。测并获得正确观测值的方法及测站平差。 返回本章首页3.4 3.4 经纬仪的视准轴误差和水平轴倾斜误差经纬仪的视准轴误差和水平轴倾斜误差 3.4.1 视准轴误差视准轴误差 仪器的视准轴不与水平轴正交所产生的误差称为视准轴误差视准轴误差。产生视准轴误差的主要原因主要原因有：望远镜的十字丝分划板安置不正确；望远镜调焦镜运行时晃动；气温变化引起仪器部件的胀缩，特别是仪器受

19、热不均匀使视准轴位置变化。 在图7中，视准轴偏离了与水平轴HH正交的方向而产生视准轴误差c，规定视准轴偏向垂直度盘一侧时,c为正值，反之，c为负值。测量学中已经证得，视准轴误差c对水平方向观测值的影响 为 式中a为观测时照准目标的垂直角。由（14）式可知， 的大小除与c值有关外，还随照准目标的垂直角a的增大而增大，当a =0，则 =0。ccccoscc 式14图7 盘左时视准轴偏向垂直度盘一侧，正确的水平度盘读数 较有视准轴误差影响 时的实际读数L为小，故 以盘右观测时，视准轴则偏向盘左时的另一侧，这时正确的水平度盘读数 显然大于有视准轴误差影响 的实际读数R，故 取盘左、盘右读数的中数，得

20、0Lc0RccLL0cRR0)(21RLA式15式16式17 当c值在盘左、盘右观测时间段内不变时，视准轴误差c对盘左、盘右水平方向观测值的影响大小相等，正负号相反，因此，取盘左、盘右实际读数的中数，就可以消除视准轴误差的影响。 由于望远镜的调焦镜运行不正确，也就是运行中有晃动可以引起视准轴位置的变化，所以规定在一测回内不得重新调焦规定在一测回内不得重新调焦。 当用方向法进行水平方向观测时，除计算盘左、盘右读数的中数以取得一测回的方向观测值外，还必须计算盘左、盘右读数的差数。如不顾及盘左、盘右读数的常数差180,则由（15）和（16）式可得 由（14）式可知，当观测目标的垂直角a较小时 ， ，

21、故，则（18）式可写成1coscc cRL2cRL2式18式19国家规范规定:一测回中各方向2c互差对于J1型仪器不得超过9；对于J2型仪器不得超过13。3.4.2 水平轴倾斜误差 仪器的水平轴不与垂直轴正交，所产生的误差称为水平轴倾斜误差。仪器左、右两端的支架不等高、水平轴两端轴径不相等都会产生水平轴倾斜误差。 垂直轴垂直，水平轴不与其正交而倾斜了一个i角，这个角就是水平轴倾斜误差，规定水平轴在垂直度盘一端下倾，i角为正值，反之i角为负值。在图8中，倾斜了i角的水平轴 不垂直于垂直轴。水平轴倾斜了i角，对水平方向观测值的影响 为 式中：a为观测时照准目标的垂直角，由（20）式可知，与i角值有

22、关，随a角增大而增大，当a0时，则 =0。11HHitanii i式20式20 不难想象，在盘左时，由于水平轴倾斜，正确的水平度盘读数 较有误差影响 时的实测读数L为小，故盘右观测时，正确的水平度盘读数 显然大于有误差影响 的实测读数R，故取盘左、盘右读数的平均值，得这就是说，水平轴倾斜误差对水平方向观测值的影响，在盘左、盘右读数的平均值中可以得到抵消。0Li0RiiLL0iRR0)(21RLA式22式21式23 实际上在观测时，仪器的视准轴误差和水平轴倾斜误差是同时存在的，它们的影响将同时反映在盘左和盘右的读数差中，因此，可以写成 顾及（14）和（20）式，则上式为 由上式可知：当a=0时，

23、LR2c 。一般情况下，随着角的增大，（ 25）式等号右端第一项变化较慢，而第二项则变化较为显著。现设c=15，i=15，由表1可以看出，当a角增大时，（ 25）式等号右端第二项对于第一项来说，有较为显著的变化。icRL22tan2cos2icRL式24式25 可见，在比较各方向的2c互差时不可忽略 的影响，如果个别方向的垂直角a较大，则受水平轴倾斜误差的影响也较大，若将垂直角较大的方向的2c值与其他垂直角较小的方向的2c值相比较，就显得不合理了。所以国家规范规定，当照准目标的垂直角超过士3时，该方向的2c值不与其他方向的2c值作比较，而与该方向在相邻测回的2c值进行比较，从同一时间段内同一方

24、向相邻测回间2c值的稳定程度来判断观测质量的好坏。tan2icos12ctan2i下面讨论水平轴倾斜误差的检验。 水平轴倾斜误差，也就是水平轴不垂直于垂直轴之差。现行国家规范规定用高低点法测定水平轴倾斜误差。测定时，在水平方向线上、下的对称位置各设置一照准目标，水平方向线之上的目标称为高点，之下的目标称为低点。用盘左、盘右观测高点和低点按（25）式有 在设置高、低点目标时，注意到 ， ， 两式相加和相减，得若观测高、低点n个测回，则有 国家规范规定，对于J1型仪器，i、 c的绝对值都应小于低高低高coscos低高tantan低低低高高高tan2cos2)(tan2cos2)(icRLicRLc

25、ot)()(41cos)()(41低高低高RLRLiRLRLccot)()(41cos)()(411111nnnnRLRLniRLRLnc低高低高式26式27式28返回本章首页10“,对于J2型仪器应小于15。 1 垂直轴倾斜误差对水平方向观测值的影响 设视准轴与水平轴正交，水平轴垂直于垂直轴，仅由于仪器未严格整平，而使垂直轴偏离测站铅垂线一微小角度，这就是垂直轴倾斜误差。如果垂直轴位于与铅垂线一致的位置，则旋转仪器的照准部，水平轴所形成的平面呈水平状态，下图9中的 ，即画有斜线的平面。如果垂直轴倾斜了一个小角,则旋转仪器的照准部，水平轴所形成的平面相对于水平面也倾斜了一个小角v，如下图9中的

26、 。这两个旋转平面相交，图中 就是它们的交线。NHHN1NHNH111NN1图9 垂直轴倾斜将引起水平度盘倾斜，但当v角很小时（一般vl），因水平度盘倾斜对水平度盘的读数影响很小，可不予顾及。所以主要讨论由于垂直轴倾斜而引起水平轴倾斜对水平方向观测值的影响。 由上图9可知，当水平轴随照准部转动时，水平轴的倾斜在不断变化。当水平轴旋转到垂直轴倾斜面内时，如上图9中 位置，水平轴有最大的倾斜角 =v；当照准部再旋转90时，则水平轴在图9中 位置，重合在两个面的交线，此时水平轴呈水平状态，即 =0。11HOHviONN1vi 下面将讨论当照准部旋转至某一任意位置时，水平轴倾斜角i的大小及其对水平方向

27、观测值的影响。 在直角球面三角形 中 ， ； ； ；，按直角球面三角形公式可得 由于v及i都是很小的角，所以上式可写成 若已知水平轴倾斜角i，则可按（20）式写出由于垂直轴倾斜v角而引起水平轴倾斜 对水平方向观测值的影响 的公式 顾及（29）式，得 由上式可知，垂直轴倾斜误差对水平方向观测值的影响，不仅与垂直轴倾斜角v有关，还随着照准目标的垂直角和照准目标的方位不同而不同。HHN 1 90HNviHH 1vHNHHOH11901 HHNvivsin)90sin(sincosviv式29vivtanviv 式30tancosvv 式31 由于垂直轴的倾斜角v的大小和倾斜方向一般不会因照准部的转动

28、而有所改变，因此由于垂直轴倾斜而引起水平轴倾斜的方向在望远镜倒转前后也是相同的，因而对任一观测方向在盘左、盘右观测结果的平均值中不能消除这种误差的影响。 因此在观测时一般采取以下措施来削减这种误差对水平方向观测值的影响，从而提高测角的精度。 尽量减小垂直轴的倾斜角v值;测回间重新整平仪器;对水平方向观测值施加垂直轴倾斜改正数。2 垂直轴倾斜改正数的计算 按（30）式计算垂直轴倾斜改正数 时，可以根据水准器气泡偏离中央的格数n来计算水平轴的倾斜角度 。 设水准器的格值为 ，气泡偏离中央n格时，水准轴的倾斜角为 ，也就是水平轴倾斜角 = ，代入（30）式得 = 式中n为水准器的气泡偏离中央的格数，

29、它的测定随水准器管面的刻划注记形式的不同而不同。T3精密光学经纬仪照准部水准器的管面刻划注记是从一端向另一端增加，零刻划线靠近垂直度盘一端，另一端注记到40，管面的中间部分没有刻划注记，显然水准器管面刻划的中央位置的注记应为20。由于T3精密光学经纬仪的水准器的管面并没刻划数字注记，因此在测定水准气泡偏离中央的格数n时，可以在水准器管面粘贴数字注记的纸条，便于测定时在管面读数，如图10所示。vvi nvi nvantan 式32图10 设气泡左端读数为“左”，右端读数为“右”，水准器管面刻划的中央位置读数为m（对于T3光学经纬仪=20），则盘左时气泡偏离中央的格数 为盘右时气泡偏离中央的格数

30、为 = 取盘左、盘右气泡偏离中央格数 和 的平均数将上式代入（32）式得垂直轴倾斜改正数的计算公式 由于水平方向观测值总是取盘左、盘右读数的平均数，因此垂直轴倾斜改正数可以加在平均数上。LnRnLLmn)(21右左RnmR)(21右左LnRn)()(41)(21LRRLnnn右左右左tan)()(41 LRv右左右左式33式34 水准器管面的刻划注记形式不同，计算垂直轴倾斜改正数的公式也不同。图11所示为T2光学经纬仪水准器管面刻划注记的形式，管面刻划的中央位置注记为0，注记向两端增加。可得 取平均数得 垂直轴倾斜改正数的计算公式为 LLn)(21右左R)(21右左Rn)()(41RLn右左右

31、左avRLtan)()(41 右左右左式35式36图11返回本章首页1 外界条件的影响外界条件的影响（1）大气层密度的变化和大气透明度对目标成像质量的影响 1）大气层密度的变化对目标成像稳定性的影响 目标成像是否稳定主要取决于视线通过近地大气层（简称大气层）密度的变化情况，如果大气密度是均匀的、不变的，则大气层就保持平衡，目标成像就很稳定；如果大气密度剧烈变化，则目标成像就会产生上下左右跳动。实际上大气密度始终存在着不同程度的变化，它的变化程度主要取决于太阳造成地面热辐射的强烈程度以及地形、地物和地类等的分布特征。 2）大气透明度对目标成像清晰的影响 目标成像是否清晰主要取决于大气的透明程度，

32、也就是取决于大气中对光线散射作用的物质（如尘埃、水蒸气等）的多少。尘埃上升到一定高度后，除部分浮悬在大气中，经雨后才消失外，一般均逐渐返回地面。水蒸气升到高空后可能形成云层，也可能逐渐稀释在大气中，因此尘埃和水蒸气对近地大气的透明度起着决定性作用。 地面的尘埃之所以上升，主要是由于风的作用，即强烈的空气水平气流和上升对流的结果，大量水蒸气也是水域和植被地段强烈升温产生的，所以大气透明度从本质上说也主要决定于太阳辐射的强烈程度。因此一般来说，上午接近中午时大气透明度较差，午后随着辐射减弱，水蒸气愈来愈少，尘埃也不断陆续返回地面，所以一般在下午3h以后又有一段大气透明度良好的有利观测时间。 （2）

33、水平折光的影响）水平折光的影响 光线通过密度不均匀的空气介质时，经过连续折射后形成一条曲线，并向密度大的一方弯曲，如图12所示。当来自目标的光线进人望远镜时，望远镜所照准的方向为这条曲线在望远镜处的切线方向，如图中的方向，这个方向显然不与这条曲线的弦线相一致（一般称为理想的照准方向），而有一微小的交角，称为微分折光。微分折光可以分解为纵向和水平两个分量，由于大气温度的梯度主要发生在垂直面内，所以微分折光的纵向分量是比较大的，是微分折光的主要部分。微分折光的水平分量影响着视线的水平方向，对精密测角的观测成果产生系统性质的误差影响。 水平折光的影响还随着大气温度的变化而不同。如白天在太阳照射下的沙

34、石地面气温上升决，密度小，水面上方气温上升慢，密度大，如图13所示。但是在夜间沙石地面散热快，而水面的空气散热慢，因此，白天和晚间的水平折光影响正好相反。如图14所示点观测点，由于方向的右侧有河流，在白天观测时，视线凹向河流，在晚间观测时，视线凸向河流，所以取白天和晚间观测成果的平均值，可以有效地减弱水平折光的影响。图12图13图14图15 视线在水平方向靠近某些实体会产生局部性水平折光影响，如视线靠近岩石或在建筑物附近通过，因岩石等实体比空气吸热快、传热也快，使岩石等实体附近的气温高、密度小，所以也将使视线弯曲。在观测时，引起大气密度分布不均匀的地形地物愈靠近测站，水平折光就愈大，在图15中

35、，由于山体靠近,所以方向的水平折光影响要比AB方向大，即 。 水平折光的影响是极为复杂的，为了在一定程度上削减其对精密测角的影响，一般应采取必要的措施。在选点时，应避免使视线靠近山坡、大河或与湖泊的岸线平行，并应尽量避免视线通过高大建筑物、烟囱和电杆等实体的侧方。在造标时应使橹柱旁离视线至少10cm，一般在有微风的时候或在阴天进行观测，可以减弱部分水平折光的影响。21 在精密工程测量中水平角观测还受到工程场地的一些局部因素的影响。工业能源设施向大气排放大量热气、烟尘，沥青、或水泥路面、混凝土及金属构筑物等热量传导性能的改变，水蒸气的蒸发与冷却的瞬变等，使测区处于瞬变的微气候条件下。为了削减微气

36、候条件构成的水平折光影响，应根据测区微气候条件的实际情况，选择最有利于观测的时间，将整个观测工作分配在几个不同的时间段内进行。 照准目标如果是圆柱形实体，如木杆、标心柱，则在阳光照射下会有阴影，圆柱上分为明亮和阴暗的两部分如图16所示。视线较长时往往不易确切地看清圆柱的轮廓线，当背景较阴暗时，往往十字丝照准明亮部分的中线；当背景比较明亮时，十字丝却照准了阴暗部分的中线，也就是说照准实体目标时，往往不能正确地照准目标的真正中心轴线，从而给观测结果带来误差，这种误差叫相位差。可知，相位差的影响随太阳的方位变化而不同，在上午和下午，当太阳在对称位置时，实体目标的明亮与阴暗部分恰恰相反，所以相位差影响

37、的正负号也相反，因此，最好半数测回在上午观测，半数测回在下午观测。 为了减弱这种误差的影响，在三角测量中一般采用微相位照准圆筒。微相位照准圆筒的结构形式可参阅国家规范中的有关章节。图16 如果在观测时仪器受太阳光的直接照射，则由于仪器的各部分受热不均匀，膨胀也不相同，致使仪器产生变形，各轴线间的正确关系不能保证，从而影响观测的精度，所以在观测时必须撑伞或用测橹覆挡住太阳光对仪器的直接照射。但是，尽管仪器不直接受太阳光的照 射，周围空气温度的变化也会影响仪器各部分发生微小的相对变形，使仪器视准轴位置发生微小的变动。 视准轴位置的变动可以由同一测回中照准同目标的盘左、盘右读数的差数中看出，这个差数

38、就是两倍视准轴误差，以2表示。如果没有由于仪器变形而引起的误差，则由每个观测方向所求得的2值与其真值之间只能有偶然性质的差异。但是经验证明，倘若在连续观测几个测回的过程中温度不断变化，则由每个测回所得的2值有着系统性的差异，而且这个系统性的差异与观测过程中温度的变化有着密切的关系。 假定在一个测回的短时间观测过程中，空气温度的变化与时间成比例，那么可以采用按时间对称排列的观测程序来削弱这种误差对观测结果的影响。所谓按时间对称排列的观测程序，是假定在一测回的较短时间内，气温对仪器的影响是均匀变化的，上半测回依顺时针次序观测各目标，下半测回依逆时针次序观测各目标，并尽量做到观测每一目标的时间间隔相

39、近，这样做，上、下半测回观测每一目标时刻的平均数相近，可以认为各目标是在同一平均时刻观测的，这样可以认为同一方向上、下半测回观测值的平均值中将受到同样的误差影响，从而由方向求角度时可以大大削弱仪器受气温变化影响而引起的误差。 在高标上观测时，仪器安放在觇标内架的观测台（仪器台）上，在地面上观测时，通常把仪器安放在三脚架上，当觇标内架或三脚架发生扭转时，仪器基座和固定在基座上的水平度盘就会随之发生变动，给观测结果带来影响。 温度的变化会使木标架或三脚架的木构件产生不均匀的胀缩而引起扭转，钢标在阳光的照射下，向阳处温度高，背阴处温度低，由于温度的差异，使标架的不同部分产生不均匀的膨胀，从而引起扭转

40、。 假定在一测回的观测过程中，觇标内架或三脚架的扭转是匀速发生的，因此采用按时间对称排列的观测程序也可以减弱这种误差对水平角的影响。（1）水平度盘位移的影响水平度盘位移的影响 当转动照准部时，由于轴面的摩擦力使仪器的基座部分产生弹性的扭曲，因此，与基座固连的水平度盘也随之发生微小的方位变动，这种扭曲主要发生在照准部旋转的开始瞬间，因为这时必须克服垂直轴与轴套表面之间互相密接的惯力。当照准部开始转动之后，在转动照准部的过程中只需克服较小的轴面摩擦力，而在转动停止之后，没有任何力再作用于仪器的基座部分，它在弹性作用下就逐渐反向扭曲，企图恢复原来的平衡状态。因此，在观测时当照准部顺时针方向转动时，度

41、盘也随着基座顺转一个微小的角度，使在度盘上的读数偏小；反之，逆转照准部时，使度盘读数偏大，这将给测得的方向值带来系统误差。 根据这种误差的性质，如果在半测回中照准目标时保持照准部向一个方向转动，则可以认为各方向所带误差的正负号相同，由方向组成角度时就可以削减这种误差影响，即使各方向所受误差的大小不同，在组成角度中也只含有残余误差的影响，且其符号可能为正，也可能为负，而没有系统的性质。 如果在一测回中，上半测回顺转照准部，依次照准各方向，下半测回逆转照准部，依相反的次序照准各方向，则在同一角度的上、下半测回的平均值中就可以很好地消除这种误差影响。 当照准部垂直轴与轴套之间的间隙过小，则照准部转动

42、时会过紧，如果间隙过大，则照准部转动时垂直轴在轴套中会发生歪斜或平移，这种现象叫照准部旋转不正确。照准部旋转不正确会引起照准部的偏心和测微器行差的变化，为了消除这些误差的影响，采用重合法读数，可在读数中消除照准部偏心影响。在测定测微器行差时应转动照准部位置而不应转动水平度盘位置，这样测定的行差数值中将受到照准部旋转不正确的影响，根据这个行差值来改正测微器读数较为合理。 旋进照准部水平微动螺旋时，靠螺杆的压力推动照准部；当旋出照准部微动螺旋时，靠反作用弹簧的弹力推动照准部。若因油污阻碍或弹簧老化等原因使弹力减弱，则微动螺旋旋出后，照准部不能及时转动，微动螺杆顶端就出现微小的空隙，在读数过程中，弹

43、簧才逐渐伸张而消除空隙，这时读数，视准轴已偏离了照准方向，从而引起观测误差。为了避免这种误差的影响，规定观测时应旋进微动螺旋（与弹力作用相反的方向）去进行每个观测方向的最后照准，同时要使用水平微动螺旋的中间部分。 在仪器整平的情况下转动垂直微动螺旋，望远镜应在垂直面内俯仰。但是，由于水平轴与其轴套之间有空隙，垂直微动螺旋的运动方向与其反作用弹簧弹力的作用方向不在一直线上，从而产生附加的力矩引起水平轴一端位移，致使视准轴变动，给水平方向的方向观测值带来误差，这就是垂直微动螺旋作用不正确的影响。 若垂直微动螺旋作用不正确，则在水平角观测时，不得使用垂直微动螺旋，直接用手转动望远镜到所需的位置。3

44、照准和读数误差的影响照准和读数误差的影响 照准误差受外界因素的影响较大。例如目标影像的跳动会使照准误差增大好几倍，又如目标的背景不好，有时也会增大照准误差甚至照准错误。因此除了选择有利的观测时间外，作业员认真负责地进行观测，是提高精度的有效措施。 光学经纬仪按接合法读数时，读数误差主要表现为接合误差，读数精度主要取决于光学测微器的质量，它受外界条件的影响较小。水平度盘对径分划接合一次中误差 可以由实验的办法测定，对于J1型经纬仪 ；对于J2型经纬仪 。经验证明，采光的位置不适当，会影响读数显微镜正倒像的照明，使接合误差增大，若测微器的目镜调节不佳也会增大接合误差。 此外，对于具有偶然性质的读数

45、误差和照准误差，还可以用多余观测的办法来削弱其影响，如接合读数两次和多于一个测回的观测，都是提高观测质量的措施。为了提高照准精度，有时对同一目标可以连续照准两次，取两次照准的读数平均数，不仅可以削弱照准误差的影响，同时还可以削弱接合误差的影响。接m3 . 0 接m1 接m观测应在目标成像清晰、稳定的有利于观测的时间进行，以提高照准精度和减小旁折光的影响。观测前应认真调好焦距，消除视差。在一测回的观测过程中不得重新调焦，以免引起视准轴的变动。各测回的起始方向应均匀地分配在水平度盘和测微分划尺的不同位置上，以消除或减弱度盘分划线和测微分划尺的分划误差的影响。在上、下半测回之间倒转望远镜，以消除和减

46、弱视准轴误差、水平轴倾斜误差等影响，同时可以由盘左、盘右读数之差求得两倍视准误差2，借以检核观测质量。4 精密测角的一般原则精密测角的一般原则上、下半测回照准目标的次序应相反，并使观测每一目标的操作时间大致相同，即在一测回的观测过程中，应按与时间对称排列的观测程序，其目的在于消除或减弱与时间成比例均匀变化的误差影响，如觇标内架或三脚架的扭转等。为了克服或减弱在操作仪器的过程中带动水平度盘位移的误差，要求每半测回开始观测前，照准部按规定的转动方向先预转12周。使用照准部微动螺旋和测微螺旋时，其最后旋转方向均应为旋进。为了减弱垂直轴倾斜误差的影响，观测过程中应保持照准部水准器气泡居中。返回本章首页

47、1 作业方法作业方法 方向观测法：在一个测回中将测站上所有要观测的方向逐一照准进行观测，在水平度盘上读数，得出各方向的方向观测值。由两个方向观测值可以得到相应的水平角度值。如图17所示，设在测站上有1,2,3,n个方向要观测，首先应选定边长适中、通视良好、成像清晰稳定的方向（如选定方向1）作为观测的起始方向（又称零方向）。上半测回用盘左位置先照准零方向，然后按顺时针方向转动照准部依次照准方向2,3,n再闭合到方向1，并分别在水平度盘上读数。下半测回用盘右位置，仍然先照准零方向1，然后按逆时针方向转动照准部依相反的次序照准方向n,3,2,1,并分别在水平度盘上读数。图17除了观测方向数较少（国家

48、规范规定不大于3）的测站以外，一般都要求每半测回观测闭合到起始方向以检查观测过程中水平度盘有无方位的变动，此时上、下半测回观测均构成一个闭合圆，所以这种观测方法又称为全圆方向观测法。为了削减偶然误差对水平角观测的影响，从而提高测角精度，观测时应有足够的测回数。方向观测法的观测测回数，是根据测角网的等级和所用仪器的类型确定的，见下表2所示。表2 按全圆方向观测法用T3光学经纬仪观测，当照准每一目标时，如测微器两次接合读数之差符合限差规定，则取其和数作为一个盘位的方向观测值。对于J2型仪器则取两次接合读数的平均数。在每半测回观测结束时，应立即计算归零差，即零方向闭合照准和起始照准时的测微器读数差，

49、以检查其是否超过限差规定。当下半测回观测结束时，除应计算下半测回的归零差外，还应计算各方向盘左、盘右的读数差，即计算各方向的2c值，以检核一测回中各方向的2c互差是否超过限差规定。如各方向的2c值互差符合限差规定，则取各方向盘左、盘右读数的平均值，作为这一测回中的方向观测值。对于零方向有闭合照准和起始照准两个方向值，一般取其平均值作为零方向在这一测回中的最后方向观测值。将其他方向的方向观测值减去零方向的方向观测值，就得到归零后各方向的方向观测值，此时零方向归零后的方向观测值为。观测手簿的记录与计算观测手簿的记录与计算方向观测法限差规定在某些工程控制网中，同一测站上各水平方向的边长悬殊很大，若严

50、格执行一测回中不得重新调焦的规定，会产生过大的视差而影响照准精度，此时若使用的仪器经调焦透镜运行正确的检验，证实调焦透镜运行正确时，则一测回中可以允许重新调焦，若调焦透镜运行不正确，这时可以考虑改变观测程序：对一个目标调焦后接连进行正倒镜观测，然后对准下一个目标，重新调焦后立即进行正倒镜观测，如此继续观测测站上的所有方向而完成全测回的观测工作。为了减弱随时间均匀变化的误差影响，相邻测回照准目标的次序应相反，如第一测回的观测程序按顺时针依次照准方向1,2,3,n,1，第二测回的观测程序应按逆时针依次照准方向1,n,3,2,1，全部测回观测完毕后，应检查各方向在各测回的方向观测值互差是否超过限差的