角度测量

角度测量第一节光学经纬仪的构造与使用方法光学经纬仪的种类按精度系列可分为DJ07、DJ1、DJ6、DJ15和DJ60等六个级别，其中“D”、“J”分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉语拼音的第一个字母，下标数字表示仪器的精度，即一测回水平方向中误差的秒数。

下面着重介绍适用于地形测量和一般工程测量中最为常用的DJ6级经纬仪和DJ2级经纬仪。

一、DJ6级光学经纬仪（一）DJ6级光学经纬仪的构造光学经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成，如图为北京光学仪器厂生产的DJ6级光学经纬仪，各部件的名称如图3-1所示。

图3-1DJ6级光学经纬仪1.照准部照准部为经纬仪上部可转动的部分，由望远镜、竖直度盘、横轴、支架、竖轴、水平度盘水准器、读数显微镜及其光学读数系统等组成。

⑴望远镜望远镜用于精确瞄准目标。

它在支架上可绕横轴在竖直面内作仰俯转动，并由望远镜制动扳钮和望远镜微动螺旋控制。

经纬仪的望远镜与水准仪的望远镜相同，由物镜、调焦镜、十字丝分划板、目镜和固定它们的镜筒组成。

望远镜的放大倍率一般为20～40倍。

⑵竖直度盘竖直度盘用于观测竖直角。

它是由光学玻璃制成的圆盘，安装在横轴的一端，并随望远镜一起转动。

其竖直度盘同侧的支架上没有竖盘指标水准管，而在竖盘内部装有自动归零装置，只要将支架上的自动归零开关转到“ON”，竖盘指标即处于正确位置。

不测竖直角时，将竖盘指标自动归零开关转到“OFF”，以保护其自动归零装置。

⑶水准器照准部上设有一个管水准器和一个圆水准器，与脚螺旋配合，用于整平仪器。

和水准仪一样，圆水准器用作粗平，而管水准器则用于精平。

⑷竖轴照准部的旋转轴即为仪器的竖轴，竖轴插入竖轴轴套中，该轴套下端与轴座固连，置于基座内，并用轴座固定螺旋固紧，使用仪器时切勿松动该螺旋，以防仪器分离坠落。

照准部可绕竖轴在水平方向旋转，并由水平制动扳钮和水平微动螺旋控制。

图3-1 所示的经纬仪，其照准部上还装有光学对中器，用于仪器的精确对中。

2.水平度盘水平度盘是由光学玻璃制成的圆盘，其边缘按顺时针方向刻有0°～360°的分划，用于测量水平角。

水平度盘与一金属的空心轴套结合，套在竖轴轴套的外面，并可自由转动。

水平度盘的下方有一个固定在水平度盘旋转轴上的金属复测盘。

复测盘配合照准部外壳上的转盘手轮，可使水平度盘与照准部结合或分离。

按下转盘手轮，复测装置的簧片便夹住复测盘，使水平度盘与照准部结合在一起，当照准部旋转时，水平度盘也随之转动，读数不变；弹出转盘手轮，其簧片便与复测盘分开，水平度盘也和照准部脱离，当照准部旋转时，水平度盘则静止不动，读数改变。

有的经纬仪没有复测装置，而是设置一个水平度盘变位手轮，转动该手轮，水平度盘即随之转动。

3.基座基座是在仪器的最下部，它是支承整个仪器的底座。

基座上安有三个脚螺旋和连接板。

转动脚螺旋可使水平度盘水平。

通过架头上的中心螺旋与三脚架头固连在一起。

此外，基座上还有一个连接仪器和基座的轴座固定螺旋，一般情况下，不可松动轴座固定螺旋，以免仪器脱出基座而摔坏。

（二） DJ6级光学经纬仪的读数方法DJ6级光学经纬仪的水平度盘和竖直度盘的分划线通过一系列的棱镜和透镜作用，成像于望远镜旁的读数显微镜内，观测者用读数显微镜读取读数。

由于测微装置的不同，DJ6级光学经纬仪的读数方法分为下列两种。

1.分微尺测微器及其读数法北京光学仪器厂生产的DJ6级光学经纬仪采用的是分微尺读数装置。

通过一系列的棱镜和透镜作用，在读数显微镜内，可以看到水平度盘和竖直度盘的分划以及相应的分微尺像，如图3-2所示。

度盘最小分划值为1°，分微尺上把度盘为1°的弧长分为60格，所以分微尺上最小分划值为1′，每10′作一注记，可估读至0.1′。

读数时，打开并转动反光镜，使读数窗内亮度适中，调节读数显微镜的目镜，使度盘和分微尺分划线清晰，然后，“度”可从分微尺中的度盘分划线上的注字直接读得，“分”则用度盘分划线作为指标，在分微尺中直接读出，并估读至0.1′，两者相加，即得度盘读数。

如图3-2所示，水平度盘的读数为130°＋01′30″= 130°01′30″；竖盘读数为87°＋22′00″= 87°22′。

2.单平板玻璃测微器的读数方法北京光学仪器厂生产的DJ6-1型光学经纬仪，采用这种读数方法读数。

图3-3所示为单平板玻璃测微器的读数窗视场，读数窗内可以清晰地看到测微盘（上）、竖直度盘（中）和水平度盘（下）的分划像。

度盘凡整度注记，每度分两格，最小分划值为30′；测微盘把度盘上30′弧长分为30大格，一大格为1′，每5′一注记，每一大格又分三小格，每小格20″，不足20″的部分可估读，一般可估读到四分之一格，即5″。

读数时，打开并转动反光镜，调节读数显微镜的目镜，然后转动测微轮，使一条度盘分划线精确地平分双线指标，则该分划线的读数即为读数的度数部分，不足30′的部分再从测微盘上读出，并估读到5″，两者相加，即得度盘读数。

每次水平度盘读数和竖直度盘读数都应调节测微轮，然后分别读取，两者共用测微盘，但互不影响。

图3-3A中，水平度盘读数为 49°30′+ 22′40″= 49°52′40″；图3-3B中，竖直度盘读数为 107°+ 01′40″= 107°01′40″。

二、DJ2级光学经纬仪简介图3-4为苏州光学仪器厂生产的DJ2级光学经纬仪的外形图，各部件名称均注于图上。

（一） DJ2级光学经纬仪的构造该仪器与DJ6级光学经纬仪相比，在轴系结构和读数设备上均不相同。

DJ2级光学经纬仪一般都采用对径分划线影象符合的读数设备，即将度盘上相对180°的分划线，经过一系列棱镜和透镜的反射与折射后，显示在读数显微镜内，应用双平板玻璃或移动光楔的光学测微器，使测微时度盘分划线作相对移动，并用仪器上的测微轮进行操纵。

采用对径符合和测微显微镜原理进行读数。

DJ2级光学经纬仪读数设备有如下两个特点：⑴采用对径读数的方法能读得度盘对径分划数的读数平均值，从而消除了照准部偏心的影响，提高了读数的精度。

⑵在读数显微镜中，只能看到水平度盘读数或竖盘读数，可通过换象手轮分别读数。

（二） DJ2级光学经纬仪的读数方法图3-5 所示为一种DJ2级光学经纬仪读数显微镜内符合读数法的视窗。

读数窗中注记正字的为主象，倒字的为副象。

其度盘分划值为20′，左侧小窗内为分微尺影象。

分微尺刻划由0′～10′，注记在左边。

最小分划值为1″，按每10″注记在右边。

读数时，先转动测微轮，使相邻近的主、副象分划线精确重合如图3-5（b），以左边的主象度数为准读出度数，再从左向右读出相差180°的主、副象分划线间所夹的格数，每格以10′计。

然后在左侧小窗中的分微尺上，以中央长横线为准，读出分数，10秒数和秒数，并估读至0.1″，三者相加即得全部读数。

如图3-5（b）所示的读数为82°28′51″。

应该注意，在主、副象分划线重合的前提下，也可读取度盘主象上任何一条分划线的度数，但如与其相差180°的副象分划线在左边时，则应减去两分划线所夹的格数乘10′，小数仍在分微尺上读取。

例如图3-5（b）中，在主象分划线中读取83°，因副象263°分划线在其左边4格，故应从83°中减去40′，最后读数为83°－ 40′+ 8′51″=82°28′51″，与根据先读82°分划线算出的结果相同。

近年来生产的DJ2级光学经纬仪采用了新的数字化读数装置。

如图3-6所示，中窗为度盘对径分划影象，没有注记；上窗为度和整10′注记，并用小方框标记整10′数；下窗读数为分和秒。

读数时先转动测微手轮，使中窗主、副象分划线重合，然后进行读数。

如图中读数为64°15′22.″6。

三、经纬仪的使用经纬仪的基本操作为：对中、整平、瞄准和读数。

（一）对中对中的目的是使仪器度盘中心与测站点标志中心位于同一铅垂线上。

操作步骤为：1．张开脚架，调节脚架腿，使其高度适宜，并通过目估使架头水平、架头中心大致对准测站点。

2．从箱中取出经纬仪安置于架头上，旋紧连接螺旋，并挂上锤球。

如锤球尖偏离测站点较远，则需移动三脚架，使锤球尖大致对准测站点，然后将脚架尖踩实。

3．略微松开连接螺旋，在架头上移动仪器，直至锤球尖准确对准测站点，最后再旋紧连接螺旋。

（二）整平整平的目的是调节脚螺旋使水准管气泡居中，从而使经纬仪的竖轴竖直，水平度盘处于水平位置。

其操作步骤如下：1．旋转照准部，使水准管平行于任一对脚螺旋[如图 3-7A ]。

转动这两个脚螺旋，使水准管气泡居中。

2．将照准部旋转90°，转动第三个脚螺旋，使水准管气泡居中[如图3-7B]图3-7 整平3．按以上步骤重复操作，直至水准管在这两个位置上气泡都居中为止。

使用光学对中器进行对中、整平时，首先通过目估初步对中（也可利用锤球），旋转对中器目镜看清分划板上的刻划圆圈，再拉伸对中器的目镜筒，使地面标志点成像清晰。

转动脚螺旋使标志点的影像移至刻划圆圈中心。

然后，通过伸缩三脚架腿，调节三脚架的长度，使经纬仪圆水准器气泡居中，再调节脚螺旋精确整平仪器。

接着通过对中器观察地面标志点，如偏刻划圆圈中心，可稍微松开连接螺旋，在架头移动仪器，使其精确对中，此时，如水准管气泡偏移，则再整平仪器，如此反复进行，直至对中、整平同时完成。

（三）瞄准瞄准目标的步骤如下：1．目镜对光：将望远镜对向明亮背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。

2．粗略瞄准：松开照准部制动螺旋与望远镜制动螺旋，转动照准部与望远镜，通过望远镜上的瞄准器对准目标，然后旋紧制动螺旋。

3．物镜对光：转动位于镜筒上的物镜对光螺旋，使目标成像清晰并检查有无视差存在，如果发现有视差存在，应重新进行对光，直至消除视差。

4．精确瞄准：旋转微动螺旋，使十字丝准确对准目标。

观测水平角时，应尽量瞄准目标的基部，当目标宽于十字丝双丝距时，宜用单丝平分，如图3-8A所示；目标窄于双丝距时，宜用双丝夹住，如图3-8B所示；观测竖直角时，用十字丝横丝的中心部分对准目标位，如图3-8C所示。

图3-8 瞄准目标（四）读数读数前应调整反光镜的位置与开合角度，使读数显微镜视场内亮度适当，然后转动读数显微镜目镜进行对光，使读数窗成像清晰，再按上节所述方法进行读数。

第二节水平角测量一、水平角测量原理水平角测量是确定地面点位的基本工作之一，空间相交的两条直线在水平面上的投影所夹的角度叫水平角。

如图3-9所示，A、O、B为地面上任意三点，将其分别沿垂线方向投影到水平面P上，便得到相应的A1、O1、B1各点，则O1A1、与O1B1的夹角β，即为地面上OA与OB两条直线之间的水平角。