教学笔记角度测量

角度测量教学目的：学会使用光学经纬仪、电子经纬仪的结构及用法。掌握水平角、竖直角的测算方法。学会光学经纬仪的检验方法，一般性掌握光学经纬仪的校正方法。教学重点：1.光学经纬仪、电子经纬仪的结构及用法2．水平角、竖直角的测算方法3．光学经纬仪的检验方法与校正方法教学难点：光学经纬仪的校正方法教学资料：测量学教材、教学课件教学方法：讲授法、讲解法、演示法讲授新课：角度测量是测量工作的基本内容之一，它又分为水平角测量及竖直角测量，经纬仪是角度测量的主要仪器。本章介绍光学经纬仪、电子经纬仪的构造与使用方法，水平角与竖直角的测量方法，光学经纬仪的检验与校正方法。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。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。=1\*GB2⑴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。=2\*GB2⑵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。=3\*GB2⑶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。=4\*GB2⑷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。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″。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。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：=1\*GB2⑴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。=2\*GB2⑵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。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：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。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。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。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。为了测出水平角的大小，设想在过O点的铅垂线上任一点O2处，放置一个按顺时针注记的全圆量角器（相当于水平度盘），使其中心与O2重合，并置成水平位置，则度盘与过OA、OB的两竖直面相交，交线分别为O2a2和O2b2，显然O2a2、O2b2在水平度盘上可得到读数，设分别为a、b，则圆心角β=b-a，就是∠A1O1B1的值。图3-9水平角观测原理二、水平角的测量方法常用的水平角观测的方法有测回法和全圆测回法两种。（一）测回法竖盘在望远镜视准轴的左侧，称为盘左，也称正镜；竖盘在视准轴方向的右侧则称盘右，也叫倒镜。测回法适用于观测两个方向之间的单个水平角。如图3-10所示，欲测出地面上OA、OB两方向间的水平角β，可按下列步骤进行观测：图3-10测回法观测水平角1．在角顶O点安置经纬仪，在A、B点上分别竖立花杆。2．以盘左位置照准左边目标A，得水平度盘读数a左（如为0°1′10″），记入表3-1（观测手簿）第4栏相应位置。3．松开照准部和望远镜制动螺旋，顺时针转动照准部，瞄准右边目标B，得水平度盘读数b左（如为145°10′25″），记入观测手簿相应栏内。则盘左所测的角值为：β左=b左-a左=145°10′25″-0°1′10″=145°09′15″以上完成了上半个测回。为了检核及消除仪器误差对测角的影响，应该以盘右位置再作下半个测回观测。4．松开照准部和望远镜制动螺旋，纵转望远镜成盘右位置，先瞄准右边目标B，得水平度盘读数b右（如为325°10′50″），记入手簿；逆时针方向转动照准部，瞄准左边目标A，得水平度盘读数a右（如为180°01′50″），记入手簿，完成了下半测回，其水平角值为：β右=b右-a右=325°10′50″-180°01′50″=145°09′00″计算时，均用右边目标读数b减去左边目标读数a，不够减时，应加上360°。上、下两个半测回合称为一测回。用J6级经纬仪观测水平角时，上、下两个半测回所测角值之差（称不符值）应≤±40″。达到精度要求取平均值作为一测回的结果。β=(β左+β右)（3-1）本例中，因β左-β右=145°09′15″-145°09′00″=15″﹤+40″，符合精度要求，故β=(β左+β右)=（145°09′15″+145°09′00″）=145°09′08″若两个半测回的不符值超过±40″时，则该水平角应重新观测。观测数据的记录格式及计算，见表3-1。当测角精度要求较高时，须观测n个测回。为了消除度盘刻划不均匀的误差，每个测回应按的差值变换度盘起始位置。表3－1是测回法水平角观测手簿表3－1水平角观测手簿（测回法）仪器型号DJ6日期2005.6.10测点竖盘位置目标水平度盘读数半测回角值一测回角值各测回平均角值备注Ｏ左Ａ0°01′10″″145°09′115″145°09′008″145°09′006″Ｂ145°10′225″右Ａ180°01′550″145°09′000″B325°10′550″Ｏ左Ａ90°02′355″145°09′000″145°09′003″Ｂ235°11′335″右Ａ270°02′445″145°09′005″Ｂ55°11′500″观测者记录者（二）全圆方向观测法在一个测站上，当观测方向在三个以上时，一般采用全圆方向观测法（在半测回中如不归零称方向观测法），即从起始方向顺次观测各个方向后，最后要回测起始方向，即全圆的意思。最后一步称为“归零”，这种半测回归零的方法称为“全圆方向法”，如图3-11中OA为起始方向，也称零方向。1．观测步骤图3-11全圆测回法观测水平角=1\*GB2⑴安置仪器于O点，盘左位置且使水平度盘读数略大于0°时照准起始方向，如图中的A点，读取水平度盘读数a。图3-11全圆测回法观测水平角=2\*GB2⑵顺时针方向转动照准部，依次照准B、C、D各个方向，并分别读取水平度盘读数为b、c、d，继续转动再照准起始方向，得水平度盘读数为a′。这步观测称为“归零”，a′与a之差，称为“半测回归零差”。J6级经纬仪为24″。如归零差超限，则说明在观测过程中，仪器度盘位置有变动，此半测回应该重测。测量规范要求的限差参看表3-3。以上观测过程为全圆方向法的上半个测回。=3\*GB2⑶以盘右位置按逆时针方向依次照准A、D、C、B、A，并分别读取水平度盘读数。以上为下半个测回，其半测回归零差不应超过限差规定。每次读数都应按规定格式记入表3-2中。上、下半测回合起来称为一测回。当精度要求较高时，可观测n个测回，为了消除度盘刻划不均匀误差，每测回也要按180°/n的差值变换度盘的起始位置。2．全圆方向观测法的计算与限差=1\*GB2⑴计算两倍照准误差2c值：二倍照准误差是同一台仪器观测同一方向盘左、盘右读数之差，简称2c值。它是由于视准轴不垂直于横轴引起的观测误差，计算公式为2c=盘左读数-（盘右读数±180°）对于DJ6级经纬仪，2c值只作参考，不作限差规定。如果其变动范围不大，说明仪器是稳定的，不需要校正，取盘左、盘右读数的平均值即可消除视准轴误差的影响。=2\*GB2⑵一测回内各方向平均读数的计算：同一方向的平均读数=[盘左读数+（盘右读数±180°）]起始方向有两个平均读数，应再取其平均值，将算出的结果填入同一栏的括号内，如第一测回中的（0°01′15″）。=3\*GB2⑶一测回归零方向值的计算：将各个方向（包括起始方向）的平均读数减去起始方向的平均读数，即得各个方向的归零方向值。显然，起始方向归零后的值为0°00′00″=4\*GB2⑷各测回平均方向值的计算：每一测回各个方向都有一个归零方向值，当各测回同一方向的归零方向值之差不大于24″（针对DJ6级经纬仪），则可取其平均值作为该方向的最后结果。=5\*GB2⑸水平角值的计算：将右方向值减去左方向值即为该两方向的夹角。表3-2水平角观测手簿（全圆方向观测法）测区观测者记录者年月日天气成像仪器型号测回测站目标水平度盘读数2c=左-（右±180°）平均读数=1/22[左+（右±180°）]归零后之方向值各测回归零方向值值之平均值略图及角值盘左盘右°′″°′″″°′″°′″°′″1OA0010018001118-18（00115）00100900000000000B915400627154000+691540039152448915245C153324483333244801533248153313331513133D214061123406006+062140609214045542140500A00122418001118+06001212OA900111227001224-12（9001277）900118000000B18154000154118-1818154099152442C243325546333006-18243330015331333D3040633612406330+6304063321405006A9001336270013360900136表3-3方向观测法水平角观测限差仪器类型项目DJ2DJ6半测回归零差一测回2C变动范范围各测回同一归零方方向值互差光学测微器两次重重合差8″13″9″3″24″36″24″第三节竖直角测量一、竖直角测量原理竖直角是在同一竖直面内，倾斜视线与水平线之间的夹角，简称竖角，竖直角也称倾斜角，用θ表示。竖直角是由水平线起算量到目标方向的角度。其角值从0°～±90°。当视线方向在水平线之上时，称为仰角，符号为正（+）；视线方向在水平线之下时，称为俯角，符号为负（-），。如图3-12所示。图3-12竖直角与天顶距在同一竖直面内，视线与铅垂线的天顶方向之间的夹角称为天顶角，也叫天顶距，用Z表示。天顶距的大小由0°～180°。显然，同一方向线的天顶距和竖直角之和等于90°。如图3-12中的视线OA的天顶角为82°19′。图3-12竖直角与天顶距从竖直角概念可知，它是竖直面内目标方向与水平方向的夹角。所以测定竖直角时，其角值可从竖直面内的刻度盘（竖盘）上两个方向读数之差求得。而该两个方向中的一个，必须是水平线方向。由于任何仪器当视线水平时，无论盘左还是盘右，其竖盘读数都是个固定数值。因此测竖直角时，实际上只要瞄准目标读出其竖盘读数，即可计算出竖直角。二、竖直角测量（一）竖直度盘的构造图3-13竖盘结构示意图竖直度盘简称竖盘，如图3-13所示，为J6级经纬仪竖盘构造示意图，主要包括竖盘、竖盘指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋。竖盘固定在横轴的一侧，随望远镜在竖直面内同时上、下转动；竖盘读数指标不随望远镜转动，它与竖盘指标水准管连接在一个微动架上，转动竖盘指标水准管微动螺旋，可使竖盘读数指标在竖直面内作微小移动。当竖盘指标水准管气泡居中时，指标应处于竖直位置，即在正确位置。一个校正好的竖盘，当望远镜视准轴水平、指标水准管气泡居中时，读数窗上指标所指的读数应是90°或270°，此读数即为视线水平时的竖盘读数。一些新型的经纬仪安装了自动归零装置来代替水准管，测定竖直角时，放开阻尼器扭，待摆稳定后，直接进行读数，提高了观测速度和精度。图3-13竖盘结构示意图竖盘的刻划注记形式很多，常见的光学经纬仪竖盘都为全圆式刻划，如图3-14所示，可分为顺时针和逆时针两种注记，盘左位置视线水平时，竖盘读数均为90°，盘右位置水平视线时竖盘读数均为270°。多数J6级经纬仪采用的是顺时针注记的竖盘，如图3-14A图3-14竖盘注记的形式（二）竖直角的观测图3-14竖盘注记的形式1．竖直角的观测=1\*GB2⑴在测站O点上安置经纬仪，以盘左位置用望远镜的十字丝中横丝，瞄准目标上某一点M。=2\*GB2⑵转动竖盘指标水准管微动螺旋，使气泡居中。读取竖盘读数L。=3\*GB2⑶倒转望远镜，以盘右位置再瞄准目标上M点。调节竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数R。竖直角的观测记录手薄如表3-4。表3-4竖直角观测手簿仪器型号日期测站目标竖盘位置竖盘读数°′″半测回竖直角°′″指标差″一测回竖直角°′″备注OA左80203693924+1593939右279395493954B左960524-60524+6-60518右2635448-60512观测者记录者2．竖直角的计算计算竖直角的公式，是由两个方向读数（即倾斜视线方向读数与水平视线方向读数）之差来确定的。问题在于应由哪个读数减哪个读数以及其中视线水平时的读数是多少，这就应由竖盘注记形式而确定。其判定方法，只须对所用仪器以盘左位置先将望远镜大致放平，看一下读数；然后将望远镜逐渐向上仰，再观察读数是增加还是减少，就可以确定其计算公式。当望远镜上倾竖盘读数减小时，竖角=（视线水平时的读数）-（瞄准目标时的读数）；当望远镜上倾竖盘读数增加时，竖角=（瞄准目标时的读数）-（视线水平时的读数）。计算结果为“+”是仰角，结果为“-”是俯角。现以J6级经纬仪中最常见的竖盘注记形式（如图3-15所示）来说明竖直角的计算方法。图3-15竖直角计算示意图由图可知，在盘左位置、视线水平时的读数为90°，当望远镜上倾时读数减小；在盘右位置、视线水平时的读数为270°，当望远镜上倾时读数增加。如以“L”表示盘左时瞄准目标时的读数，“R”表示盘右时瞄准目标时的读数，则竖直角的计算公式为图3-15竖直角计算示意图аL=90°-L（3-2）аR=R-2770°（3-3）最后，取盘左、盘盘右的竖直角角平均值作为为观测结果，即即а=（аL+аR）=（R-L）-90°°（3-4）例如：求表3-44中OA、OB的竖直角。根据公式（3-44）可得аOA=（R--L）-90°°=（279°339′54″-80°°20′36″）-900°=+99°39′39″аOB=（2633°54′48″-96°°05′24″）-900°=-66°05′18″（三）竖盘指标差差当望远镜的视线水水平，竖盘指指标水准管气气泡居中时，竖竖盘指标所指指的读数应为为90°或270°，否则，其其差值即称为为竖盘指标差差，以x表示，如图3-16所示。它是是由于竖盘指指标水准管与与竖盘读数指指标的关系不不正确等因素素而引起的。图3-16竖盘指标差竖盘指标差有正、负负之分，当指指标偏移方向向与竖盘注记记方向一致时时，会使竖盘盘读数中增大大一个x值，即x为正；反之之，当指标偏偏移方向与竖竖盘注记方向向相反时，则则使竖盘读数数中减小了一一个x值，故x为负。图3-16竖盘指标差图3-16中，指标标偏移方向和和竖盘注记方方向一致，xx为正值，那那么在盘左和和盘右读数中中都将增大一一个x值。因此，若若用盘左读数数计算正确的的竖直角а，则а=（90°+x）--L=аL+x（a）若用盘右读数计算算竖直角时，应应为а=R-（2770°+x）=аR–x（b）由（a）+（bb）得а=（аL+аR）=（R-L）-90°上式与公式（3--4）完全相同同，说明利用用盘左、盘右右两次读数求求算竖角，可可以消除竖盘盘指标差对竖竖直角的影响响。由（b）-（aa）得x=（аR--аL）=（L+R）-1800°（3-5）由表3-4中的观测数数据和公式（3-5），可求出OA、OB方向的竖盘盘指标差分别别为+15″和+6″。在测量竖直角时，虽虽然利用盘左左、盘右两次次观测能消除除指标差的影影响，但求出出指标差的大大小可以检查查观测成果的的质量。同一一仪器在同一一测站上观测测不同的目标标时，在某段段时间内其指指标差应为固固定值，但由由于观测误差差、仪器误差差和外界条件件的影响，使使实际测定的的指标差数值值总是在不断断变化，对于于DJ6级经纬仪该该变化不应超超过25″。第四节经纬仪的的检验与校正正为了使经纬仪在测测角时能测出出符合精度要要求的测量成成果，测量前前对所使用的的仪器要进行行检验校正。由由于仪器在搬搬运、装箱、使使用的各个过过程中，使仪仪器各部分轴轴线之间应该该保证的几何何条件可能改改变，因此，在在使用仪器之之前，进行检检验校正，来来调整轴线之之间的几何关关系。如图3-17所示，经经纬仪的几何何轴线有：望远镜的的视准轴CC、横轴（望望远镜俯仰转转动的轴）HH、照准部水水准管轴LL和仪器的竖竖轴VV。测量角度度时，经纬仪仪应满足下列列几何条件：：照准部水准管轴应应垂直于竖轴轴（LL⊥VV）；十字丝竖丝应垂直直于横轴；视准轴应垂直于横横轴（CC⊥VV）；横轴应垂直于竖轴轴（HH⊥VV）；竖盘指标差应等于于零。一、照准部水准管管轴应垂直于于竖轴的检验验与校正（LL⊥VV）图3-17（一）检验图3-17将仪器大致整平后后，转动照准准部，使水准准管与任意一一对脚螺旋的连线平行，如图图3-18A中的ab∥12，调节脚脚螺旋1、2，使水准管管气泡居中；；再转动照准准部，使水准准管ab∥13（此时a端与1在同一侧），旋旋转脚螺旋3（不能转动1），使气泡泡居中，如图图3-18B所示，这时2、3两脚螺旋已已经等高；然然后再转动照照准部，使水水准管ab∥32，如图3-18C所示，此时时若水准管气气泡仍居中，则则条件满足；；若气泡偏离离零点位置一一格以上，则则应进行校正正。图3-18管水准准器的检验与与校正（二）校正方法校正时，用校正针针拨动水准管管校正螺丝，使使其气泡精确确居中即可。由由于图3-18中A、B两步连续操操作后，2、3脚螺旋已等等高，因此，在在校正时应注注意不能再转转动它们。这项校正要反复进进行几次，直直至照准部转转到任何位置置，气泡均居居中或偏离零零点位置不超超过半个格为为止。对于圆圆水准器的检检验校正，可可利用已校正正好的水准管管整平仪器，此此时若圆水准准气泡偏离零零点位置，则则用校正针拨拨动其校正螺螺丝，使气泡泡居中即可。二、十字丝纵丝垂垂直于横轴的的检验与校正正（一）检验方法整平仪器，以十字字丝的交点精精确瞄准任一一清晰的小点点P，如图3-19所示。拧紧紧照准部和望望远镜制动螺螺旋，转动望望远镜微动螺螺旋，使望远远镜作上、下下微动，如果果所瞄准的小小点始终不偏偏离纵丝，则则说明条件满满足；若十字字丝交点移动动的轨迹明显显偏离了P点，如图3-19中的虚线所所示，则需进进行校正。（二）校正方法图3-19十字丝检验图3-20十字丝分划板校正设备图3-19十字丝检验图3-20十字丝分划板校正设备卸下目镜处的外罩罩，即可见到到十字丝分划划板校正设备备，如图3-20所示。松开开四个十字丝丝分划板套筒筒压环固定螺螺钉，转动十十字丝套筒，直直至十字丝纵纵丝始终在P点上移动，然然后再将压环环固定螺钉旋旋紧。三、视准轴垂直于于横轴的检验验与校正视准轴不垂直于横横轴所偏离的的角度叫照准准误差，一般般用c表示。它是是由于十字丝丝交点位置不不正确所引起起的。因照准准误差的存在在，当望远镜镜绕横轴旋转转时，视准轴轴运行的轨迹迹不是一个竖竖直面而是一一个圆锥面。所所以当望远镜镜照准同一竖竖直面内不同同高度的目标标时，其水平平度盘的读数数是不相同的的，从而产生生测角误差。因因此，视准轴轴必须垂直于于横轴。检验方法整平仪器后，以盘盘左位置瞄准准远处与仪器器大致同高的的一点P，读取水平平度盘读数aa1；纵转望远远镜，以盘右右位置仍瞄准准P点，并读取取水平盘读数数a2；如果a1与a2相差180°，即a1=a2±180°，则条件满满足，否则应应进行校正。校正方法转动照准部微动螺螺旋，使盘右右时水平度盘盘读数对准正正确读数a=[a2+（a1±180°）]，这时十字字丝交点已偏偏离P点。用校正正拨针拨动十十字丝环的左左右两个校正正螺丝，见图图3-20，一松一紧紧使十字丝环环水平移动，直直至十字丝交交点对准P点为止。由此检校可知，盘盘左、盘右瞄瞄准同一目标标并取读数的的平均值，可可以抵消视准准轴误差的影影响。四、横轴垂直于竖竖轴的检验与与校正若横轴不垂直于竖竖轴，视准轴轴绕横轴旋转转时，视准轴轴移动的轨迹迹将是一个倾倾斜面，而不不是一个竖直直面。这对于于观测同一竖竖直面内不同同高度的目标标时，将得到到不同的水平平度盘读数，从从而产生测角角误差。因此此，横轴必须须垂直于竖轴轴。检验方法在距一洁净的高墙墙20-300m处安置仪器器，以盘左瞄瞄准墙面高处处的一固定点点P（视线尽量量正对墙面，其其仰角应大于于30°），固定照照准部，然后后大致放平望望远镜，按十十字丝交点在在墙面上定出出一点A，如图3-21A所示；同样样再以盘右瞄瞄准P点，放平望望远镜，在墙墙面上定出一一点B，如图3-21B所示。如果A、B两点重合，则则满足要求，否否则需要进行行校正。图3-21横轴垂垂直于竖轴的的检验与校正正图3-22偏心板校正正校正方法取AB的中点M，并以盘盘右（或盘左左）位置瞄准准M点，固定照照准部，抬高高望远镜使其其与P点同高，此此时十字丝交交点将偏离P点而落到P′点上。校正正时，可拨动动支架上的偏偏心轴承板（图3-22），使横轴的右端升高或降低，直至十字丝交点对准P点，此时，横轴误差已消除。图3-22所示为DDJ6级光学经纬纬仪常见的横横轴校正装置置。校正时，打打开仪器右端端支架的护盖盖，放松三个个偏心轴承板板校正螺钉，转转动偏心轴承承板，即可使使得横轴右端端升降。由于光学经纬仪的的横轴是密封封的，一般能能够满足横轴轴与竖轴相垂垂直的条件，测测量人员只要要进行此项检检验即可，若若需校正，应应由专业检修修人员进行。竖盘指标差的检验验与校正观测竖直角时，采采用盘左、盘盘右观测并取取其平均值，可可消除竖盘指指标差对竖直直角的影响，但但在地形测量量时，往往只只用盘左位置置观测碎部点点，如果仪器器的竖盘指标标差较大，就就会影响测量量成果的质量量。因此，应应对其进行检检校消除。检验方法安置仪器，分别用用盘左、盘右右瞄准高处某某一固定目标标，在竖盘指指标水准管气气泡居中后，各各自读取竖盘盘读数L和R。根据公式式（3-5）计算指标标差x值，若x=0，则条件满满足；如x值超出±2′时，应进行行校正。校正方法检验结束时，保持持盘右位置和和照准目标点点不动，先转转动竖盘指标标水准管微动动螺旋，使盘盘右竖盘读数数对准正确读读数R-x,此时竖盘盘指标水准管管气泡偏离居居中位置，然然后用校正拨拨针拨动竖盘盘指标水准管管校正螺钉，使使气泡居中。反反复进行几次次，直至竖盘盘指标差小于于±1′为止。第五节电子经纬纬仪电子经纬仪在最近近20多年才广为为应用，它的的出现标志着着经纬仪已经经发展到了一一个新的阶段段。现以南方方测绘仪器公公司生产的ET-022/05/005B电子经纬仪仪为例，说明明如下。一、电子经纬仪的的特点南方测绘仪器公司司生产的ET-022/05电子经纬仪仪结构合理、美美观大方、功功能齐全、性性能可靠、操操作简单、易易学易用，很很容易实现仪仪器的所有功功能，而且还还具备如下特特点：1．可与南方测绘仪仪器公司生产产的ND系列测距仪仪和其他厂家家生产的6种测距仪联联机，组成组组合式全站仪仪，连接和使使用均十分方方便。2．可与南方测绘仪仪器生产的电电子手簿联机机，完成野外外数据的自动动采集，组成成多功能全站站仪。3．按键操作简单，仅仅用6个功能键即即可实现任一一功能，并且且可以将测距距仪的距离数数据显示在电电子经纬仪的的显示屏上。4.望远镜十字丝和显显示屏有照明明光源，便于于在黑暗环境境中操作。二、外部构造电子经纬仪与光学学经纬仪相比比，其不同之之处有：电子子经纬仪多一一个机载电池池盒、一个测测距仪数据接接口和一个电电子手簿接口口，增加了电电子显示屏和和操作键盘，去去掉了读数显显微镜，其外外观构造和部部件名称如图图3-23所示。（一）电池的装卸卸、信息和充充电电池装卸取下电池盒时，按按下电池盒顶顶部的按钮，顶顶部朝外向上上将电池盒取取出。装电池池盒时，先将将电池盒底部部插入仪器的的槽中，按压压电池盒顶部部按钮，使其其卡入仪器中中固定归位。电池信息电池新充足电时可可供仪器使用用8～10小时。显示示屏右下角的的符号“”显示电池消消耗信息，电电池消耗信息息说明如下：：“”及“”表示电量充足，可可操作使用。“”，刚出现此信息时时，表示尚有有少量电源，应应准备更换电电池或充电后后再使用。“”，从闪烁到消失或或从闪烁到缺缺电关机大约约还可持续几几分钟，这时时应立即结束束操作，更换换电池并充电电。3．电池充电本机使用的是NBB-10A，NIMH高能可充电电电池，用NC-100A专用充电器器充电。充电电时先将充电电器接在220V电源上，从从仪器上取下下电池盒，将将充电器插头头插入电池盒盒的充电插座座，充电器上上的指示灯为为橙色表示正正在充电，充充电6小时或指示示灯转为绿色色时表示充电电结束，拨出出插头。图3-23ETT-02/005电子经纬仪仪（二）数据输入输输出接口1．数据输入接口，即即测距仪数据据接口，通过过南方CE-2002系列相应的的电缆与测距距仪连接，可可将测距仪测测得的距离值值自动显示在在电子经纬仪仪的显示屏上上。2．数据输出接口，即即电子手簿接接口，用南方方CE-2001电缆与南方方电子手簿连连接，可将仪仪器观测的数数据输入电子子手簿进行记记录。通过以上两项连接接后，电子经经纬仪与测距距仪和电子手手簿组成了能能自动采集数数据的多功能能全站仪。（三）显示屏与操操作键盘显示屏本仪器采用线条式式液晶显示屏屏，当常用符符号全部显示示时，其位置置如图3-24所示。中间间两行各8个数位显示示角度或距离离等观测结果果数据或提示示字符串，左左右两侧所显显示的符号或或字母表示数数据的内容或或采用的单位位名称。具体体说明如下：：图3-24显示示屏与操作键键盘V竖直角%斜率百分比比H水平角G角度单位：：格（gon）（角度单位位彩度及密位位时该位置无无符号显示）HR右旋（顺顺时针）水平平角HL左旋（逆逆时针）水平平角m距离单位：：米◢斜距ftt距离单位：：英尺◢平距电池电量◢高差（注：其余余符号在本仪仪器中未采用用）操作键盘本仪器共有六个操操作键和一个个电源开关键键，每个键具具有一键双功功能，一般情情况下仪器执执行键上方所所标示的第一一（测角）功功能，当按下下MODE键后再按其余余各键则执行行按键下方所所标示的第二二（测距）功功能。具体说说明如下：R/L显示右旋/左旋水平角选择键。连续按此键，两种角值交替显示。CONS专项特种功能模式键。键R/L显示右旋/左旋水平角选择键。连续按此键，两种角值交替显示。CONS专项特种功能模式键。键HOLD水平角锁定键。按此键两次，水平角锁定；再按一次则解除。HOLD水平角锁定键。按此键两次，水平角锁定；再按一次则解除。MEAS测距键。按此键连续精确测距（电经仪无效）。（）在特种功能模式中按此键，显示屏中的光标左移。键键OSET水平角置零键。按此键两次，水平角置零。OSET水平角置零键。按此键两次，水平角置零。TRK跟踪测距键。按此键每秒跟踪测距一次，精度至0.01m（电子经纬仪无效）。（）在特种功能模式中按此键，显示屏中的光标右移。键键V%竖直角和斜率百分比显示转换键。连续按键交替显示。在测距模式状态时，连续按此键则交替显示斜距（V%竖直角和斜率百分比显示转换键。连续按键交替显示。在测距模式状态时，连续按此键则交替显示斜距（◢）、平距（◢）、高差（◢）▲增量键。在特种功能模式中按此键，显示屏中的光标可上下移动或数字向上增加。键键键MODE测角、测测距模式转换换键。连续按按键，仪器交交替进入一种种模式，分别别执行键上或或键下标示的的功能。键▼减量键。在特种功能能模式中按此此键，显示屏屏中的光标可可向下、向上上移动或数字字向下减少。键望远镜十字丝和和显示屏照明明键。按键一一次开灯照明明；再按则关关（若不按键键，10秒后自动熄熄灭）。RECC记录键。令令电子手簿执执行记录。键PWR电源开关键键。按键开机机；按键时间间大于2秒则关机。键三、使用方法（一）仪器的安置置电子经纬仪的安置置包括对中和和整平，其方方法与光学经经纬仪相同，在在此不再重述述。（二）仪器的初始始设置本仪器具有多种功功能项目供选选择，以适应应不同作业性性质对成果的的需要。因此此，在作业之之前，均应对对仪器采用的的功能项目进进行初始设置置。设置项目=1\*GB2⑴角度测量单位：3360°、400gonn（出厂设为360°）。=2\*GB2⑵竖直角0方向的位位置：水平为为0°或天顶为0°（仪器出厂厂设天顶为0°）。=3\*GB2⑶自动断电关机时间间为：30分钟或10分钟（出厂厂设为30分钟）。=4\*GB2⑷角度最小显示单位位：1″或5″（出厂设为1″）。=5\*GB2⑸竖盘指标零点补偿偿选择：自动动补偿或不补补偿（出厂设设为自动补偿偿，05型无自动补补偿器，此项项无效）。=6\*GB2⑹水平角读数经过00°、90°、180°、270°时蜂鸣或不不蜂鸣（出厂厂设为蜂鸣）。=7\*GB2⑺选择与不同类型的的测距仪连接接（出厂设为为与南方ND30000连接）。设置方法=1\*GB2⑴按住CONS键，打打开电源开关关，至三声蜂蜂鸣后松开CCONS键，仪仪器进入初始始设置模式状状态。此时，显显示屏的下行行会显示闪烁烁着的八个数数位，它们分分别表示初始始设置的内容容。八个数位位代表的设置置内容详见表表3-5。表3-5初始设置的的内容数位代码显示屏上行显示的的表示设置内容的字符代代码设置内容第1、2数位110110359°59′559″399．99．999359°59′559″角度单位：3600°角度单位：4000gon角度单位：3600°第3数位10HOT=0HOT=90竖直角水平为0°°竖直角天顶为0°°第4数位1030OFF10OFF自动关机时间为330分钟自动关机时间为110分钟第5数位10STEP1STEP5角度最小显示单位位1″角度最小显示单位位5″第6数位10TLT.ONTLT.OFF竖盘自动补偿器打打开竖盘自动补偿器关关闭第7数位1090°BEEPDIS.BEEPP象限蜂鸣象限不蜂鸣第8数位可与之连接的测距距仪型号0123456S.2L2AND3000P.20DII600S.2D3030TP.A5索佳RED2L（A）系系列南方ND3000系列列宾得MD20系列徕卡系列索佳MIN12系列常州大地D30330系列拓普康DM系列=2\*GB2⑵按MEAS或TRKK键使闪烁的的光标向左或或向右移动到到要改变的数数字位。=3\*GB2⑶按▲或▼键改变数字，该数数字所代表的的设置内容在在显示屏上行行以字符代码码的形式予以以提示。=4\*GB2⑷重复=2\*GB2⑵和=3\*GB2⑶操作，进进行其他项目目的初始设置置直至全部完完成。=5\*GB2⑸设置完成后按COONS键予以以确认，把设设置存入仪器器内，否则仪仪器仍保持原原来的设置。（三）水平角观测测设角顶点为O，左左边目标为M，右边目标标为N。观测水平平角∠NOM的方法如下下：V93°08′20″HR87°18′40″1．在O点安置仪器，对中中、整平后，以以盘左位置用用十字丝中心心照准目标M，先按R/LL键，设置水水平角为右旋旋（HR）测量方式式，再按两次次OSET键，使使目标M的水平度盘盘读数设置为为0°00′00″，作为水平平角起算的零零方向；顺时时针转动照准准部，以十字字丝中心照准准目标N，读取水平平度盘读数。如如显示屏显示示为，则水平度度盘读数为87°18′40″，由于M点的读数为为V93°08′20″HR87°18′40″2．倒镜，以盘右位位置照准目标标N，先按R/LL 键，设置水水平角为左旋旋（HL）测量方式式，再按两次次OSET键，使使目标N的水平度盘盘读数设置为为0°00′00″；逆时针转转动照准部，照照准目标M，读取显示示屏上的水平平度盘读数，也也就是盘右时时∠MON的角值。若盘左、盘右的角角值之差在误误差容许范围围内，取其平平均值作为∠MON的角值。（四）竖直角观测测1.指示竖盘指标归零零（VOSEET）操作：开启电源后后，如果显示示“b”，提示仪器器的竖轴不垂垂直，将仪器器精确置平后后“b”消失。仪器器精确置平后后开启电源，显显示“VOSEET”，提示应将将竖盘指标归归零。其方法法为：将望远远镜在垂直方方向上下转动动1～2次，当望远远镜通过水平平视线时，将将指示竖盘指指标归零，显显示出竖盘读读数，仪器可可以进行水平平角及竖直角角测量。2.竖直角的零方向设设置竖直角在作业开始始前就应依作作业需要而进进行初始设置置，选择天顶顶方向为0°或水平方向向为0°，两种设置置的竖盘结构构如图3-25所示。3.竖直角观测竖直角在开始观测测前若设置水水平方向为0°，则盘V22°30′25″HR85°25′V22°30′25″HR85°25′05″则视准轴方方向的竖直角角为+22°30′225″（为俯角时时，竖角等于于读数减去360°）；用测回法观测时，竖竖直角=（L-R±1180°）。图3-26天顶距与垂直角指标差=（L+RR-180°°或540°）图3-26天顶距与垂直角若设置天顶方向为为0°，则显示屏屏显示的读数数为天顶距，可可根据竖直角角的计算方法法改算成竖直直角，指标差差的计算方法法同光学经纬纬仪。若指标标差︱i︱≥10″，则应进行行校正。四、注意事项1．日光下测量应避避免将物镜直直接瞄准太阳阳。若在太阳阳下作业应安安装滤光器。2．避免在高温或低低温下存放和和使用仪器，亦亦应避免温度度骤变（使用用时气温变化化除外）时使使用仪器。3．仪器不使用时，应应将其装入箱箱内，置于干干燥处，并注注意防震、防防尘和防潮。4．若仪器工作处的的温度与存放放处的温度差差异太大，应应先将仪器留留在箱内，直直到它适应环环境温度后再再使用仪器。5．仪器长期不使用用时，应将仪仪器上的电池池卸下分开存存放。电池应应每月充电一一次。每次取取下电池盒时时，都必须先先关掉仪器电电源。充电要要在0℃～45℃温度范围内内充电，超出出此范围可能能充电异常，尽尽管充电器有有过充保护回回路，但过充充会缩短电池池寿命，因此此在充电结束束后应将插头头从插座中拔拔出。如果充充电器与电池池连接好，指指示灯却不亮亮，此时充电电器或电池可可能被损坏，应应修理。可充充电电池可重重复充电300～500次，电池完完全放电会缩缩短其使用寿寿命。请不要要将电池存放放在高温、高高热或潮湿的的地方，更不不要将电池短短路，否则会会损坏电池。6．仪器运输时，应应将仪器装于于箱内，并避避免挤压、碰碰撞和剧烈震震动，长途运运输最好在箱箱子周围使用用软垫。7．仪器安装至三脚脚架或拆卸时时，要一手握握住仪器，一一手装卸，以以防仪器跌落落。8．外露光学器件需需要清洁时，应应用脱脂棉或或镜头纸轻轻轻擦净，切不不可用其他物物品擦拭。9．不可用化学试剂剂擦拭塑料部部件及有机玻玻璃表面，可可用浸水的软软布擦拭。10．仪器使用完毕后后，用绒布或或毛刷清除仪仪器表面灰尘尘。仪器被雨雨水淋湿后，切切勿通电开机机，应及时用用干净软布擦擦干并在通风风处放一段时时间。11．作业前应仔细全全面检查仪器器，确信仪器器各项指标、功功能、电源、初初始设置和改改正参数均符符合要求时再再进行作业。12．即使发现仪器功功能异常，非非专业维修人人员不可擅自自拆开仪器，以以免发生不必必要的损坏。第六节角度测量量的误差分析析及注意事项项一、角度测量的误误差角度测量的误差主主要来源于仪仪器误差、人人为操作误差差以及外界条条件的影响等等几个方面。认认真分析这些些误差，找出出消除或减小小误差的方法法，从而提高高观测精度。由于竖直角主要用用于三角高程程测量和视距距测量