垂直角的测量方法

一、垂直角测量原理

1．垂直角的概念

在同一铅垂面内，观测视线与水平线之间的夹角，称为垂直角，又称倾角，用α表示。其角值范围为0˚～±90˚。如图3-11所示，视线在水平线的上方，垂直角为仰角，符号为正（+α）；视线在水平线的下方，垂直角为俯角，符号为负（－α）。

图3-11 垂直角测量原理

2．垂直角测量原理

同水平角一样，垂直角的角值也是度盘上两个方向的读数之差。如图3-11所示，望远镜瞄准目标的视线与水平线分别在竖直度盘上有对应读数，两读数之差即为垂直角的角值。所不同的是，垂直角的两方向中的一个方向是水平方向。无论对哪一种经纬仪来说，视线水平时的竖盘读数都应为90˚的倍数。所以，测量垂直角时，只要瞄准目标读出竖盘读数，即可计算出垂直角。

二、竖直度盘构造

如图3-12所示，光学经纬仪竖直度盘的构造包

括竖直度盘、竖盘指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋。

竖直度盘固定在横轴的一端，当望远镜在竖直面内转动时，竖直度盘也随之转动，而用于读数的竖盘指标则不动。

当竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘指标所处的位置称为正确位置。

光学经纬仪的竖直度盘也是一个玻璃圆环，分划与水平度盘相似，度盘刻度0˚～360˚的注记有顺时针方向和逆时针方向两种。如图3-13a所示为顺时针

图3-12 竖直度盘的构造

方向注记，如图3-13b 所示为逆时针方向注记。

竖直度盘构造的特点是：当望远镜视线水平，竖盘指标水准管气泡居中时，盘左位置的竖盘读数为90˚，盘右位置的竖盘读数为270˚。

三、垂直角计算公式

由于竖盘注记形式不同，垂直角计算的公式也不一样。现在以顺时针注记的竖盘为例，推导垂直角计算的公式。

a ）

b ）

图3-13 竖直度盘刻度注记（盘左位置）

如图3-14所示，盘左位置：视线水平时，竖盘读数为90˚。当瞄准一目标时，竖盘读数为L ，则盘左垂直角αL 为：

L L -︒=90α

（3-2）

如图3-16所示，盘右位置：视线水平时，竖盘

图3-14

读数为270˚。当瞄准原目标时，竖盘读数为R ，则盘右垂直角αR 为：

︒-=270R R α

（3-3）

将盘左、盘右位置的两个垂直角取平均值，即得垂直角α计算公式为：

)

(21

R L ααα+=

（3-4）

对于逆时针注记的竖盘，用类似的方法推得垂直角的计算公式为：

⎭⎬

⎫

-︒=︒-=R L R L 27090αα

（3-5）

在观测垂直角之前，将望远镜大致放置水平，观察竖盘读数，首先确定视线水平时的读数；然后上仰望远镜，观测竖盘读数是增加还是减少：

若读数增加，则垂直角的计算公式为：

视线水平时竖盘读数瞄准目标时竖盘读数-=α

（3-6）

若读数减少，则垂直角的计算公式为：

α

=

视线水平时竖盘读数-

瞄准目标时竖盘读数

（3-7）

以上规定，适合任何竖直度盘注记形式和盘左盘右观测。

四、竖盘指标差

在垂直角计算公式中，认为当视准轴水平、竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘读数应是90˚的整数倍。但是实际上这个条件往往不能满足，竖盘指标常常偏离正确位置，这个偏离的差值x角，称为竖盘指标差。竖盘指标差x本身有正负号，一般规定当竖盘指标偏移方向与竖盘注记方向一致时，x取正号，反之x取负号。

如图3-15所示盘左位置，由于存在指标差，其正确的垂直角计算公式为：

x x L L +=+-︒=αα90 （3-8）

同样如图3-15所示盘右位置，其正确的垂直角计算公式为：

x x R R -=-︒-=αα270 （3-9）

将式（3-8）和（3-9）相加并除以2，得

图3-15 竖直度盘指标差

)

180(21

)(21︒--=+=L R R L ααα

（3-10）

由此可见，在垂直角测量时，用盘左、盘右观测，取平均值作为垂直角的观测结果，可以消除竖盘指标差的影响。

将式（3-8）和式（3-9）相减并除以2，得

)

360(21

)(21︒-+=-=R L x L R αα

（3-11）

式（3-11）为竖盘指标差的计算公式。指标差互差（即所求指标差之间的差值）可以反映观测成果的精度。有关规范规定：垂直角观测时，指标差互差的限差，DJ 2型仪器不得超过±15″； DJ 6型仪器不得超过±25″。

五、垂直角观测

垂直角的观测、记录和计算步骤如下： （1）在测站点O 安置经纬仪，在目标点A 竖立

观测标志，按前述方法确定该仪器垂直角计算公式，为方便应用，可将公式记录于垂直角观测手簿表3-4备注栏中。

（2）盘左位置：瞄准目标A，使十字丝横丝精确地切于目标顶端如图3-16所示。转动竖盘指标水准管微动螺旋，使水准管气泡严格居中，然后读取竖盘读数L，设为95˚22′00″，记入垂直角观测手簿表3-4相应栏内。

（3）盘右位置：重复步骤2，设其读数R为264˚36′48″，记入表3-4相应栏内。

图3-16 垂直角测量瞄准

表3-4 垂直角观测手簿

（4）根据垂直角计算公式计算，得

002250022959090'''︒-='''︒-︒=-︒=L L α

213252708463264270'''︒-=︒-'''︒=︒-=R R α

那么一测回垂直角为：

63225)2132500225(21

)(21'

''︒-='''︒-'''︒-=+=R L ααα 竖盘指标差为：

63)0022521325(21

)(21'

'-='''︒+'''︒-=-=L R x αα