- 水利工程測量
- 趙桂生主編
- 2937字
- 2021-10-23 00:59:11
工作任務(wù)四 直線定向
確定地面上兩點之間的相對位置,除確定水平距離外,還必須確定此直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間的水平夾角,確定一直線與標(biāo)準(zhǔn)方向之間角度關(guān)系稱為直線定向。
一、標(biāo)準(zhǔn)方向的種類
(1)真子午線方向。通過地球表面某點的真子午線的切線方向,稱為該點的真子午線方向,真子午線北端所指的方向為真北方向。
(2)磁子午線方向。地球表面某點上的磁針在地球磁場的作用下,自由靜止時其軸線所指的方向,稱為磁子午線方向,磁針北端所指的方向為磁北方向。磁子午線方向可用羅盤儀測定。
(3)坐標(biāo)縱軸方向。通過地面上某點平行于該點所處的平面直角坐標(biāo)系的縱軸方向,稱為坐標(biāo)縱軸方向。坐標(biāo)縱軸北端所指的方向為坐標(biāo)北方向。如假定坐標(biāo)系,則用假定的坐標(biāo)縱軸(x軸)作為標(biāo)準(zhǔn)方向。
以上三個標(biāo)準(zhǔn)方向的北方向,總稱“三北方向”,在一般情況下,它們是不一致的。
二、直線方向的表示方法
表示直線方向的方法有方位角和象限角兩種。
(1)方位角。由標(biāo)準(zhǔn)方向的北端起,順時針方向到某一直線的水平夾角,稱為該直線的方位角,其角值在0°~360°。根據(jù)基本方向的不同,方位角可分為真方位角A、磁方位角Am和坐標(biāo)方位角α。
(2)象限角。由標(biāo)準(zhǔn)方向北端或南端起,順時針或逆時針到某一直線所夾的水平銳角,稱為該直線的象限角,以R表示,象限角的角值在0°~90°。象限角不但要寫出角值大小,還應(yīng)注明所在的象限。測量中的象限順序和數(shù)學(xué)中的象限順序相反。象限角和方位角一樣,可分為真象限角、磁象限角和坐標(biāo)象限角三種,常用坐標(biāo)象限角。
(3)方位角與象限角的關(guān)系。同一條直線的方位角和象限角存在著固定的關(guān)系,見表3-12。
表3-12 方位角與象限角的換算關(guān)系

三、坐標(biāo)方位角傳遞
在實際工作中,并不需要測定每條直線的坐標(biāo)方位角,而是通過與已知坐標(biāo)方位角的直線連測后,推算出各直線的坐標(biāo)方位角;假定坐標(biāo)系以起始邊的坐標(biāo)方位角推算其余邊的坐標(biāo)方位角。如圖3-26所示,AB為已知直線,測定了βB左、β1左,推算直線B1和直線12的坐標(biāo)方位角αB1、α12,過程如下:

圖3-26 坐標(biāo)方位角傳遞
由圖3-26中的各角度的幾何關(guān)系可以看出
αB1=αBA+βB左
又知:αBA=αAB±180°,代入上式得
αB1=αAB+βB左±180°
同理可推出
α12=αB1+β1左±180°
若觀測水平角為右角,則有
β左=360°-β右
歸納以上各式,可得出方位角推算的一般公式

注意:下一條邊的方位角等于上一條邊的方位角加左角或減右角(左“+”右“-”)后,再加或減180°。當(dāng)后一條邊的坐標(biāo)方位角加左角或減右角后的值大于或等于180°時,就減180°;否則,應(yīng)加上180°。
【例3-1】如圖3-27所示,已知直線BA方位角αBA=30° 06′ 24″,測得βB=39° 26′ 08″,β1=225° 34′ 18″,β2=40° 26′ 36″,β3=270° 27′ 48″,試推算各邊的坐標(biāo)方位角。

圖3-27 方位角推算
【解】αAB=αBA+180°=30° 06′ 24″+180°=210° 06′ 24″
根據(jù)計算公式可知
αB1=αAB+βB±180°=210° 06′ 24″+39° 26′ 08″-180°=69° 32′ 32″(前兩項之和大于180°,取減號)
α12=αB1+β1±180°=69° 32′ 32″+225° 34′ 18″-180°=115° 06′ 50″
α23=α12+β2±180°
=115° 06′ 50″+40° 26′ 36″+180°=335° 33′ 26″(前兩項之和小于180°,取加號)
α34=α23+β3±180°
=335° 33′ 26″+270° 27′ 48″-180°
=426° 01′ 14″-360°=66° 01′ 14″(前兩項之和大于180°,取減號;結(jié)果超過360°,再減去360°)
四、羅盤儀及磁方位角測量
羅盤儀是主要用來測定直線的磁方位角或磁象限角的儀器,也可以粗略地測量水平角和豎直角,還可以進行視距測量。羅盤儀測定的精度雖然不高,但其構(gòu)造簡單,使用方便。羅盤儀由于構(gòu)造不同,常用的有望遠(yuǎn)鏡羅盤儀和手持羅盤儀。現(xiàn)介紹望遠(yuǎn)鏡羅盤儀。
1.羅盤儀的構(gòu)造
羅盤儀由望遠(yuǎn)鏡、磁針、刻度盤和水準(zhǔn)器等部分組成,如圖3-28所示。
(1)望遠(yuǎn)鏡。望遠(yuǎn)鏡是羅盤儀的照準(zhǔn)設(shè)備,由物鏡、目鏡和十字絲分劃板三部分組成。在望遠(yuǎn)鏡的左側(cè)附有豎盤,可測量傾斜角,同時還有用作控制望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動的制動螺旋和微動螺旋。

圖3-28 羅盤儀的構(gòu)造
1—水平制動螺旋;2—磁針制動螺旋(在水平讀盤下面);3—圓水準(zhǔn)器;4—水平度盤;5—目鏡;6—望遠(yuǎn)鏡制動螺旋;7—對光螺旋;8—望遠(yuǎn)鏡物鏡;9—豎直度盤;10—磁針;11—羅盤盒;12—球臼;13—連接螺旋
(2)磁針。磁針是一個長條形的人造磁鐵,置于圓形羅盤盒的中央頂針上,可以自由轉(zhuǎn)動。不用時可以旋轉(zhuǎn)磁針制動螺旋,將磁針抬起而被磁針制動螺旋下面的杠桿壓緊在圓形羅盤盒的玻璃蓋上,避免磁針帽與頂針的碰撞和磨損。
為了消除磁傾角的影響,保持磁針兩端的平衡,常在磁針南端纏繞幾周金屬絲以達(dá)到磁針的平衡。這也是區(qū)別磁針南端的重要標(biāo)志之一。
(3)刻度盤。盤上最小分劃為1°或30′,并每隔10°做一注記。刻度盤的注記形式有兩種——方位羅盤和象限羅盤。方位羅盤的刻度盤注記為0°~360°,按逆時針方向注記,可直接測出磁方位角;象限羅盤則是由0°直徑的兩端起,分別對稱地向左右兩邊各刻畫注記到90°,它可直接測出磁象限角,所以稱為象限式刻度盤。
(4)水準(zhǔn)器和球臼。在羅盤盒內(nèi)裝有一個圓水準(zhǔn)器或兩個互相垂直的水準(zhǔn)管,當(dāng)圓水準(zhǔn)器內(nèi)的氣泡位于中心位置,或兩個水準(zhǔn)管內(nèi)的氣泡同時居中,此時,羅盤盒處于水平狀態(tài)。球臼螺旋在羅盤盒的下方,配合水準(zhǔn)器可使羅盤盒處于水平狀態(tài);在球臼與羅盤盒之間的連接上安有水平制動螺旋,以控制羅盤的水平轉(zhuǎn)動。
2.羅盤儀測定方位角
用羅盤儀測定直線的磁方位角,要經(jīng)過安置儀器、放下磁針、瞄準(zhǔn)目標(biāo)和讀數(shù)四個步驟。
(1)安置儀器。將儀器安置在直線的端點上,進行對中和整平。對中時,在三腳架下方懸掛一垂球,移動三腳架使垂球尖對準(zhǔn)地面點的中心。對中的目的是使羅盤儀水平度盤的中心和地面點在同一條鉛垂線上。對中容許誤差為2cm。整平時,松開球臼螺旋,用手前后、左右擺動刻度盤,使度盤內(nèi)的水準(zhǔn)器氣泡居中,然后擰緊球臼螺旋,此時羅盤儀刻度盤處于水平狀態(tài)。
(2)放下磁針。儀器水平后,旋松磁針制動螺旋,使磁針自由支承在頂針上,在地磁影響下磁針變?yōu)殪o止,指向磁南北極。
(3)瞄準(zhǔn)目標(biāo)。松開水平制動螺旋和望遠(yuǎn)鏡制動螺旋,旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡,瞄準(zhǔn)直線另一端豎立的目標(biāo)。瞄準(zhǔn)時要通過目鏡對光、粗略瞄準(zhǔn)、物鏡對光和精確瞄準(zhǔn)。為了減小照準(zhǔn)誤差,應(yīng)使十字絲交點瞄準(zhǔn)目標(biāo)基部中心。
(4)讀數(shù)。如圖3-29所示,待磁針靜止后,可直接讀取直線的磁方位角。讀數(shù)時,當(dāng)望遠(yuǎn)鏡的物鏡在度盤的0°刻畫線上方時,讀磁針指北端所指的讀數(shù);當(dāng)望遠(yuǎn)鏡的物鏡在度盤的180°刻畫線上方時,讀磁針指南端所指的讀數(shù);讀數(shù)可直接讀1°,估讀至30′。

圖3-29 羅盤儀測定磁方位角示意圖
為了防止錯誤和提高觀測成果的精度,往往在測得直線正磁方位角之后,還要測反磁方位角。在直線不太長的情況下,可以把兩端點的磁子午線方向認(rèn)為是平行的。若測得正、反方位角相差為±(180°±1°)之內(nèi),可按下式取其平均值作為最后的結(jié)果。否則應(yīng)查明原因,重新觀測。

3.羅盤儀使用注意事項
羅盤儀使用不當(dāng),測量結(jié)果相差很多。
(1)在磁鐵礦區(qū)或離高壓線、無線電天線、電視轉(zhuǎn)播臺等較近的地方不宜使用羅盤儀,有電磁干擾現(xiàn)象。
(2)觀測時一切鐵器等物體,如斧頭、鋼尺、測釬等不要接近儀器。
(3)讀數(shù)時,眼睛的視線方向與磁針應(yīng)在同一豎直面內(nèi),減少讀數(shù)誤差。
(4)在磁力異常的地區(qū),不能使用羅盤儀測圖,應(yīng)用經(jīng)緯儀等測圖,使其不受磁力異常的影響。
(5)觀測完畢后搬動儀器時,應(yīng)固定磁針,以防損壞磁針。
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