3.1角度测量原理及使用的仪器

1、角度测量原理

（1）水平角测量原理

水平角：是地面上一点到两目标的方向线投影到水平面上构成的夹角，也就是过这两方向线所作两铅垂面所夹的两面角。如图3-1-1中β角所示。

图3-1-1 水平角测量原理

测量水平角的仪器,须有一刻度盘和在刻度盘上读数的指标。观测水平角时，刻度盘中心应安放在过测站点的铅垂线上，并能使之水平。为了瞄准不同方向，仪器的望远镜应能沿水平方向转动，也能高低俯仰。当望远镜高低俯仰时，其视准轴应划出一竖直面，这样才能使得在同一竖直面内高低不同的目标有相同的水平度盘读数。

（2）竖直角测量原理

竖直角是同一竖直面内视线与水平线间的夹角。其角值为0°～90°。视线上倾斜，竖直角为仰角，符号为正。视线向下倾斜，竖直角为俯角，符号为负。如图3-1-1中αb、αc角所示。

竖直角与水平角一样，其角值也是度盘上两个方向读数之差。不同的是竖直角的两个方向中必有一个是水平方向。任何类型的经纬仪，制作上都要求，当竖直指标水准管气泡居中，望远镜视准轴水平时，其竖盘读数是一个固定值。因此，在观测竖直角时，只要观测目标点一个方向，并读取竖盘读数便可算得该目标点的竖直角。

2、光学经纬仪

光学经纬仪按精度分为：DJ07、DJ1、DJ2、DJ6、DJ15等五级。D表示“大地测量”，J表示“经纬仪”，07、1、2、6和15分别表示该仪器一个测回方向观测中误差的秒值。

世界上的第一台光学经纬仪是瑞士Wild生产的，目前Leica(原Wild厂)生产的经纬仪按其精度划分的型号为：T4、T3、T2、T1、T16。以秒为单位的一测回方向观测中误差分别为±0.5″、±1″、±2″、±6″、±16″。

工程中常用的光学经纬仪为DJ2和DJ6两种。

（1）DJ6级光学经纬仪构造及读数方法

1）DJ6级光学经纬仪构造

DJ6级光学经纬仪构造主要由照准部、水平度盘和基座三部分构成。如图3-1-2所示。

1-望远镜制动螺旋2-望远镜微动螺旋3-物镜4-物镜调焦螺旋5-目镜6-目镜

调焦螺旋7-粗瞄准器

8-度盘读数显微镜9-度盘读数显微镜调焦螺旋10-照准部管水准器11-光学对

中器12-度盘照明反光镜

13-竖盘指标管水准器14-竖盘指标管水准器观察反射镜15-竖盘指标管水准器

微动螺旋16-水平方向制动螺旋

17-水平方向微动螺旋18-水平度盘变换手轮与保护盖19-圆水准器20-基座

21-轴套固定螺旋22-脚螺旋

（a）DJ6级光学经纬仪外部构造

（b）DJ6级光学经纬仪内部构造

图3-1-2 DJ6级光学经纬仪构造

①照准部

照准部包括：望远镜（用于瞄准目标，与水准仪类似，也由物镜、目镜、调焦透镜、十字丝分划板组成）、横轴（望远镜的旋转轴）、U形支架（用于支撑望远镜）、竖轴（照准部旋转轴的几何中心）、竖直度盘（用于测量竖直角，顺时针或逆时针刻划）、竖盘指标水准管（用于指示竖盘指标是否处于正确位置）、管水准器（用于整平仪器）、读数显微镜（用来读取水平度盘和竖直度盘的读数）、调节螺旋等。

②水平度盘

水平度盘用来测量水平角，它是一个圆环形的光学玻璃盘，圆盘的边缘上刻有分划。分划从按顺时针注记。水平度盘的转动通过复测扳手或水平度盘转换手轮来控制。我们实验中用的DJ6光学经纬仪使用的是度盘转换手轮，在转换手轮的外面有一个护盖。要使用转换手轮的时候先把护盖打开，然后再拨动转换手轮将水平度盘的读数配置成我们想要的数值。不用的时候一定要注意要把护盖盖上，避免不小心碰动转换手轮而导致我们的读数错误。

③基座

基座用来支承整个仪器，并借助中心螺旋使经纬仪与脚架结合。基座上有三个脚螺旋，用来整平仪器。竖轴轴套与基座连在一起。轴座连接螺旋拧紧后，可将照准部固定在基座上，使用仪器时，切勿松动该螺旋，以免照准部与基座分离而坠落。

2）DJ6级光学经纬仪的读数方法

J6级光学经纬仪常用的读数设备有分微尺测微器和单平板玻璃测微器两种。

①分微尺测微器及其读数方法

分微尺测微器的结构简单，读数方便，具有一定的读数精度，广泛应用于J6级光学经纬仪。这类仪器的度盘分划度为1°，按顺时针方向注记。其读数设备是由一系列光学零件组成的光学系统。

读数的方法：如图3-1-3所示，读数的主要设备为读数窗上的分微尺，水平度盘与竖盘上1°的分划间隔，成象后与分微尺的全长相等。上面的窗格里是水平度盘及其分微尺的影象，下面的窗格里是竖盘和其分微尺的影象。分微尺分成60等分，格值1′，可估读到0.1′。读数时，以分微尺上的零线为指标。度数由落在分微尺上的度盘分划的注记读出，小于1′的数值，即分微尺零线至该度盘刻度线间的角值，由分微尺上读出。图示水平度盘读数为214°54′42″，竖盘度盘读数为79°05′20″。

图3-1-3 分微尺测微器读数装置

②单平板玻璃测微器及其读数方法

图3-1-4是单平板玻璃测微读数装置。照明光线将度盘的分划经过平板玻璃以及测微尺，然后经过一系列的棱镜、透镜，最后成像在读数显微镜中。如图所示中间是度盘的刻划和注记的影像，上面是测微尺的刻划和注记的影像。

当度盘刻划影像不位于双指标线中央时，这时的读数为92°+a，a的大小可以通过测微尺读出来。首先转动测微螺旋使平板玻璃旋转，致使经过平板玻璃折射后的度盘刻划影像发生位移，从而带动测微尺读数指标发生相应位移。这样，度盘分划影像位移量，就反映在测微尺上。如图，将92°的度盘分划调节到双指标线的中央时，测微尺上的位移也是a。

仪器制造的时候，玻璃度盘被刻划为720格，每格的角度值为30′，顺时针注记。当度盘刻划影像移动1格也即0.5°或30′时，对应于测微尺上移动90格，则测微尺上1格所代表的角度值为30×60″÷90=20″，然后还可以估读到测微尺1格的十分之一，即为2″。

如图3-1-4，在读数显微镜中我们可以看见3个读数窗口，其中下窗口为水平度盘影像窗口，中间窗口为竖直盘度影像窗口，上窗口为测微尺影像窗口。读数时，先旋转测微螺旋，使相应度盘分划线中的某一个分划线精确地位于双指标线的中央，读出该分划线的度盘读数（如图为），不足30分和秒的读数部分从测微尺上读出（如图为），两个读数相加即为度盘的读数。（）