《建筑工程测量》-模块二

单元一水准仪技能点一水准仪的基本结构及功能水准仪按其结构可分为水准管式微倾水准仪、具有补偿器的“自动安平”水准仪和数字式水准仪三种。图２-１-１所示为我国生产的水准管式ＤＳ３型微倾水准仪。微倾水准仪主要由望远镜、水准器和基座三部分组成。所谓微倾，是指该类仪器装有一个微倾螺旋，通过转动微倾螺旋，可使望远镜在竖直面内作微小的仰俯转动，以调整望远镜视线使其水平，从而提供水平视线，进行水准测量。一、基座下一页返回单元一水准仪基座是支撑仪器的底座，主要有脚螺旋和连接板。用中心螺旋穿过三脚架架头中心并旋进水准仪基座的连接板，就可将水准仪固定在三脚架的架头上。通过调节基座上的三个脚螺旋可以根据水准器气泡的指示来整平仪器。二、望远镜望远镜的主要用途是瞄准目标并在水准尺上读数。其包括物镜、十字丝分划板、调焦透镜和目镜四部分，如图２-１-２所示。物镜１是一组透镜组，相当于一个凸透镜，其和十字丝分划板２固定在望远镜筒内。被观测的目标，通过物镜后成像在十字丝分划板附近。上一页下一页返回单元一水准仪调焦透镜３相当于一个凹透镜，固定在望远镜内部的调焦镜筒上，它通过齿轮和外部的调焦螺旋相连。转动调焦螺旋（物镜对光螺旋），可使调焦透镜在物镜筒内的物镜与其后焦点之间前后移动，使远近不同的目标都能清晰地成像在十字丝分划板平面上。目镜４装在可以转动的螺旋套筒（目镜筒）上。通过转动目镜筒，使目镜前后移动，可以使十字丝影像十分清晰。十字丝是用来照准尺子和读数的，它是刻在玻璃板上的两条相互垂直的细丝，竖向的一条称为竖丝，横向的一条长丝称为横丝（又称中丝），横丝上、下还有两条对称的短丝是用来测量距离的，称为视距丝。十字丝中心（或称十字丝交点）与物镜光心的连线，称为视准轴。上一页下一页返回单元一水准仪如图２-１-２中所示的OO′线，也即观测时照准目标的视线。望远镜的操作步骤如下：（１）先进行目镜对光，把望远镜对准明亮的背景，转动目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。对于同一个观测者来说，目镜对光只需在观测前调节好，以后的观测过程中，就不需要再进行调节。（２）转动望远镜，利用望远镜筒上的照门和准星大致照准水准尺（目标），称为粗瞄，然后拧紧制动螺旋。（３）转动物镜对光螺旋进行对光，使尺子的影像非常清晰，并转动微动螺旋，使尺子的影像靠近十字丝的一侧，以便于读数。上一页下一页返回单元一水准仪（４）消除视差，为了检查对光质量，可用眼睛在目镜后上、下微微晃动，如发现十字丝与尺子（目标）的影像有相对移动，则说明尺子成像平面与十字丝平面不重合，这种现象称为视差。视差存在会引起观测误差，故瞄准目标后须首先消除视差。消除的方法是重新进行物镜对光，若经物镜反复对光后，仍有视差存在，就应重新进行目镜对光。望远镜使用步骤可以简单地概括为：粗瞄—制动—调焦—微动—精瞄。三、水准器与补偿器（一）微倾式水准仪上一页下一页返回单元一水准仪水准器是能够标志出水平线（面）和铅垂线（面）的一种设备，是测量仪器的重要组成部分。水准仪上的水准器是用来指示视准轴是否水平或仪器竖轴是否竖直的装置。微倾式水准仪的水准器有圆盒水准器和圆管水准器两种。圆盒水准器安装在基座上，用以粗略整平仪器；圆管水准器装在望远镜旁，用于精确整平视准轴之用。１.圆盒水准器（简称圆水准器）圆盒水准器是一个圆柱形的玻璃盒子，装嵌在金属框内。盒内灌注酒精或乙醚，加热封闭，冷却后产生间隙形成小气泡，叫作水准气泡，如图２-１-３所示。上一页下一页返回单元一水准仪圆柱盒顶面的内壁磨成球面，其半径为０．５～２ｍ。玻璃盖的中央刻有一个小圆圈，其圆心即为水准器的零点。连接零点和球心的直线，称为圆水准轴。当气泡位于小圆圈中央且气泡中心与圆水准器零点重合时，称为气泡居中，此时，圆水准轴就处于铅垂位置。在结构上，圆水准轴与圆水准器底面呈正交关系。所以，当圆水准轴铅垂时，底面就处于水平位置，因而，其与圆水准器底面严密接触的直线或平面就成水平了。圆水准器的格值是指气泡由圆水准器中心向任意方向移动２ｍｍ时，圆水准器轴所倾斜的角度。格值大小反映了水准器的整平精度。圆水准器格值通常有８′、１５′、３０′等。上一页下一页返回单元一水准仪因圆水准器格值较大，灵敏度较低，用来确定水平位置的精度较低，通常在测量仪器上只是作为粗略整平之用。圆水准器下端有三个校正螺旋，供校正圆水准轴时使用。２.圆管水准器圆管水准器又简称管水准器或水准管（图２-１-４），是较精确的水准器，常用来精确整平仪器。管水准器内壁的纵剖面是一段圆弧，其半径为８０～２００ｍ。管内盛满冰点低、流动性强、附着力小的易流液体（如酒精或乙醚等）。封闭管子时，加热使液体膨胀而排出一部分，然后将开口融闭，待冷却后，管内就形成一个为液体蒸气所充满的空间，这个空间称为水准管气泡。上一页下一页返回单元一水准仪为了便于观察水准管的倾斜度，在水准管外面刻有若干个分划，每个分划的间隔为２ｍｍ，分划的中点O即水准管内表面的中点，称为水准管的零点。过水准管圆弧中点O的纵切线LL称为水准管轴。当气泡中心与零点重合，即气泡两端对应分划关于零点对称时，称为气泡居中，此时，水准管轴就处于水平位置。水准管要求有一定的灵敏度。水准管上相邻分划线对应的一段圆弧所对的圆心角值称为水准管分划值（或称为格值）。也可以理解为：水准管气泡移动一个分划时，管水准轴相应倾斜的角度。水准管分划值的大小直接反映了水准管的灵敏度，分划值越小，水准管灵敏度越高，整平精度也越高；反之，分划值越大，灵敏度越低，精度越差。上一页下一页返回单元一水准仪ＤＳ３型水准仪的水准管分划值一般为２０″。３.符合水准器通常观察水准器气泡是否居中，是通过人眼直接观察气泡两端对应分划线是否关于水准器零点对称，其精度必然受到人眼功能的限制。为了使水准管气泡严格居中，提高整平精度，大多数水准仪在水准管上方装有符合棱镜系统，称为符合式水准器，如图２-１-５（ａ）所示。符合棱镜系统由三块棱镜组成，气泡两端的各半个影像经过反射之后，反映在望远镜旁的观察窗内。如图２-１-５（ｂ）所示，若气泡两端半个影像符合，即表示气泡居中；如图２-１-５（ｃ）所示，气泡两端的两半影像错开，则说明气泡未居中，须转动微倾螺旋使气泡居中。上一页下一页返回单元一水准仪符合式水准器不但使用方便，更重要的是它可以把气泡偏移零点的距离放大一倍，因此，能充分反映出较小的偏移，提高了目估气泡居中的精度。水准仪望远镜与符合水准器固连在一起，且管水准器轴与望远镜视准轴平行。仪器粗略整平后，转动微倾螺旋，管水准轴和照准轴就产生同样的微小倾斜，而不改变垂直轴的位置（视准轴高度变化甚微）。当符合水准器气泡居中（仪器精确整平），这时管水准轴就精确处于水平位置了。（二）自动安平水准仪上一页下一页返回单元一水准仪自动安平水准仪与微倾式水准仪的区别在于：自动安平水准仪没有水准管和微倾螺旋，而是在望远镜的光学系统中装置了补偿器。１.自动安平水准仪的补偿原理如图２-１-６所示，当仪器的视准轴水平时，在十字丝分划板O的横丝处得到水准标尺上的正确读数A。当仪器的垂直轴没有完全处于垂直位置时，视准轴倾斜了α角，这时十字丝分划板移到O１，在横丝处得到倾斜视线在水准标尺上的读数A１。而来自水准标尺上正确读数A的水平光线并不能进入十字丝分划板O１，这是由于视准轴倾斜了α角，十字丝分划板位移了距离a。上一页下一页返回单元一水准仪现在设在望远镜像方光路上，离十字丝分划板犵的地方安置一种光学元件，使来自水准标尺上读数A的水平光线通过该光学元件偏转β角（或平移a）而正确地落在十字丝分划板O１的横丝处，这时来自倾斜视线的光线通过该光学元件将不再落在十字丝分划板O１的横丝处，该光学元件称为光学补偿器。下面讨论水平光线通过补偿器使光线偏转β角后能正确进入倾斜视准轴的十字丝分划板O１的条件,也就是补偿器能给出正确补偿的条件。由于视准轴倾斜角α和偏转角β都是小角，所以可得上一页下一页返回单元一水准仪即补偿器如果安置在望远镜像方光路上的１/２f处，即使g＝１/２f，则由式（２-１-１）可得也就是说，当偏转角β等于两倍视准轴倾斜角α时，补偿器能给出正确的补偿。若补偿器能使来自水平的光线平移量a＝fα，则平移后的光线也将正确地进入十字丝分划板O１处，从而达到正确补偿的目的。上一页下一页返回单元一水准仪对于不同型号的自动安平水准仪，采用不同的光学元件，如棱镜、透镜、平面反射镜等作为补偿器，以发挥其补偿作用。２.自动安平水准仪的使用使用自动安平水准仪时，首先将圆水准器气泡居中，然后瞄准水准尺，每次读数前按一下该按钮，确认补偿器能正常工作后再读数。（三）电子水准仪简介电子水准仪于２０世纪９０年代初推出以来，对传统的水准测量起到了革新作用。电子水准仪利用了条形码水准标尺得到的光学图像转换成数字电子图像并且进行数字处理，从而减少了作业人员目估分划的误差，大大提高了测量精度和工作效率。上一页下一页返回单元一水准仪１.电子水准仪的主要优点（１）操作简捷，自动观测和记录，并立即用数字显示测量结果。（２）整个观测过程在几秒钟内即可完成，从而大大减少观测错误和误差。（３）仪器还附有数据处理器及与之配套的软件，从而可将观测结果输入计算机进入后处理，实现测量工作自动化和内、外业一体化流水作业，大大提高工效，同时，可避免传统方法中数据处理时可能出现的错误。２.电子水准仪的观测精度上一页下一页返回单元一水准仪电子水准仪的观测精度高，如瑞士徕卡公司开发的ＤＮＡ０３型电子水准仪（图２-１-７）的分辨率为０．０１ｍｍ，每千米往返测得高差中数的偶然中误差为０．３ｍｍ；ＤＮＡ１０型电子水准仪的分辨率为０．９ｍｍ，每千米往返测得高差中数的偶然中误差为０．１ｍｍ。３.电子水准仪测量原理简述与电子水准仪配套使用的水准尺为条形编码尺，通常由玻璃纤维或铟钢制成。在电子水准仪中装置有行阵传感器，它可识别水准标尺上的条形编码。电子水准仪摄入条形编码后，经处理器转变为相应的数字，再通过信号转换和数据化，在显示屏上直接显示中丝读数和视距。上一页下一页返回单元一水准仪电子水准仪如图２-１-８所示。四、水准尺、尺垫１.水准尺水准尺是水准测量时使用的重要工具，其质量的好坏直接影响水准测量的精度。因此，水准尺通常用干燥不易变形的木料、玻璃钢或铝合金制成。地面水准测量常用的水准尺有直尺和塔尺两种，如图２-１-９所示。直尺按长度有２ｍ和３ｍ两种，塔尺长５ｍ，尺面分划一般为１ｃｍ（或０．５ｃｍ）一格，每分米处有数字注记，分米数字上面的红点表示米数，一个红点表示１ｍ。塔尺多用于地形测量，可以缩短长度，携带方便，但接头处容易损坏，影响尺子的精度。上一页下一页返回单元一水准仪所以，精度要求较高的水准测量，规定要用直尺。直尺型的水准尺长３ｍ，尺身两面均绘有区格式厘米分划，称为双面水准尺。尺面分划一面为黑白相间，叫作黑面；另一面为红白相间，叫作红面。双面水准尺必须成对使用，以便检核和提高读数精度。两根水准尺黑面底端注记均从零开始，而红面底端的起始注记分别为４６８７ｍｍ和４７８７ｍｍ。每一根水准尺同一位置红、黑面读数均相差一个常数，即尺常数。尺上装有圆水准器，用于检查水准尺竖直的程度。电子水准仪使用的是条形编码水准尺。上一页下一页返回单元一水准仪２.尺垫每根水准尺都附有一个尺垫，如图２-１-１０所示。尺垫为三角形，一般用生铁铸成，中央有一突起的圆顶，下有三个尖足。在土质松软处测量时，为了防止水准尺的位置和高度发生变化，应在转点处放置尺垫，将尺垫的三足踩入土中并踩实，然后将水准尺轻轻地放在中央凸起处。技能点二水准仪的使用方法一、水准测量的原理水准测量的基本原理是利用水准仪给出的水平视线借助水准尺来测定两点之间的高差。上一页下一页返回单元一水准仪这样，就可以由已知点的高程推算出未知点的高程。如图２-１-１１所示，设A、B为地面上的两点，若已知A点的高程，欲求B点的高程。过A点及B点分别作平行于水平视线MN的直线，则由图中可以看出，AB两点的高差为读数a和b通常分别称为后视读数和前视读数，所以，前视点对后视点的高差，等于后视读数减去前视读数。若a＞b，则所得的高差为正，即前视点B高于后视点A；反之，则高差为负，即前视点B点低于后视点A点。上一页下一页返回单元一水准仪根据A点的已知高程HＡ和测定的高差hＡＢ就可以计算出B点的高程HＢ，即这是一种常用的高程计算方法。另外，还有一种计算B点高程的方法，即二、水准测量的基本方法当两点之间距离较远或高差较大，安置一次仪器不可能测得其高差时，可以在两点之间连续设置若干次仪器，加设若干个过渡性立尺点（称为转点），然后分段设站进行观测。上一页下一页返回单元一水准仪如图２-１-１２所示，若已知A点高程为HＡ，欲求B点高程HＢ，必须把AB路线分成若干段，由A向B测定各段的高差。首先将水准仪安置在A点与１点中间，照准A点水准尺，读得后视读数a１，接着照准１点的水准尺读得前视读数b１。然后将水准仪迁至１点与２点之间，此时１点水准尺作为后视尺不动，仅需将尺面转向仪器，将原立于A点的水准尺移至２点作为前视，以同样方法读取后视读数a２和前视读数b２。依此类推，直到测完最末一站为止。假设在AB路线内依次安置n次水准仪，根据式（２-１-３），则有上一页下一页返回单元一水准仪上列各式相加，得A点至B点的高差hＡＢ为则B点的高程为上一页下一页返回单元一水准仪图２-１-１２中的１、２…点称为转点，它们起传递高程的作用。转点必须选在稳定的石头尖上，如遇土质松软或没有稳定石头的地方，应放置尺垫并踩实，然后将标尺立于尺垫上。在仪器由一测站迁至下一测站时，前视点的尺垫位置不能移动，否则水准测量成果将产生错误。观测时，每安置一次仪器，称为一个测站。为了防止读数错误，保证每站测量的正确性，应进行测站检核。测站检核可采用下述两种方法之一。１.双仪高法双仪高法是在一个测站上用不同的仪器高度观测两次高差。上一页下一页返回单元一水准仪测得第一次高差后，改变仪器的高度（不小于１０ｃｍ），重新安置仪器进行第二次观测。两次测得的高差之差如在规定的限差之内，则认为观测值符合要求，取其平均值作为最后结果，否则需要重新观测。用单面水准尺进行测量时多采用此法。２.双面尺法双面尺法是在仪器高度不变的前提下，用水准尺的红、黑面分别进行两次高差测量，进行检核。检核符合要求后，则取红、黑面所测高差的平均值作为最后结果，否则应重新观测。三、光学水准仪的使用上一页下一页返回单元一水准仪使用水准仪时，先打开三脚架安放在测站上（两立尺点之间），使其高度适中，架头大致水平，然后将三脚架踩入土中，再安上仪器，仪器的各种螺旋都调整到中间位置，以便螺旋能向两个方向（左右或上下）移动。下面以微倾水准仪为例，介绍其使用方法。水准仪的正确操作程序是：安置仪器、粗略整平—照准标尺、望远镜调焦—精确整平、标尺读数。１.安置仪器、粗略整平松开架腿，锁紧螺旋，伸开三脚架并安放在测站上，使架腿高度适中，架头保持大致水平，将架腿踩入土中。从箱中取出仪器，安放在架头上并立即旋紧中心螺旋。上一页下一页返回单元一水准仪粗平是利用脚螺旋的转动将圆水准器的气泡居中。如图２-１-１３（ａ）所示，先将望远镜视准轴置于与脚螺旋１、２的连线相平行的方向，然后两手以相反方向旋转脚螺旋１和２，则气泡就向左手大拇指旋转的方向移动，待气泡移到中间位置时，如图２-１-１３（ｂ）所示，再转动脚螺旋３，使气泡移至正中央。在操作熟练以后，无须再将气泡的移动分解为两步，而是双手同时转动三个脚螺旋使气泡居中。操作中视气泡的具体位置适当控制两手的动作。２.照准标尺、望远镜调焦（１）在瞄准水准尺前，先进行目镜对光，使十字丝成像清晰。上一页下一页返回单元一水准仪（２）松开制动螺旋，转动望远镜，利用粗瞄器（照门和准星）粗略照准水准尺并旋紧制动螺旋。（３）转动物镜对光螺旋进行对光，使尺子的影像非常清晰，并转动微动螺旋，使尺子的影像靠近十字丝的一侧，以便于读数，如图２-１-１４所示。（４）检查消除视差。视差对观测成果的精度影响很大，必须加以消除。重新对光，直到消除视差为止，此时，十字丝与水准尺的成像都非常清晰。３.精确整平、标尺读数上一页下一页返回单元一水准仪照准水准尺后，不能立即读数，先从观察窗观看符合水准器的气泡是否居中。若不居中，则应转动微倾螺旋使气泡符合，只有在气泡符合时，水准仪的视准轴才精确水平。由于气泡比较灵敏，移动时有一个惯性，所以，转动微倾螺旋的速度不能过快，特别是在符合水准器的两端气泡将要对齐时应特别注意。在符合气泡完全符合的瞬间，应立即在水准尺上读数。用望远镜在尺上读数，是读取十字丝横丝与尺子相截处的分划值，由于尺子在望远镜中的成像通常是倒像，其分米注记数字是由上往下逐渐增大，所以，应从上往下读数，读数时先默估出毫米数，再依次读出米、分米、厘米数。上一页下一页返回单元一水准仪如图２-１-１４中的读数为０．７２０ｍ。在尺子上的读数一般习惯以毫米为单位报四位数字，例如，１．４２５ｍ只须读１４２５四位数字，０．０４８ｍ只读００４８，同时，记录员在记录前应复述一遍读数，经观测员默认后方可记录。这对于观测、记录及计算工作都有一定的好处，可以防止不必要的错误。在水准尺上读数，是水准测量的基本操作之一，读数速度越快越好，否则气泡又可能偏离中心，影响观测精度。因此，测前观测员应熟悉标尺分划和注记数字的特点，尤其掌握厘米分划的黑、白格和红、白格的奇、偶数读数交替规律，同时，熟悉每５ｃｍ一个“Ｅ”字分区的特点，便于从望远镜中快速读取读数。上一页下一页返回单元一水准仪四、电子水准仪的使用ＤＮＡ系列为大屏幕的液晶显示屏，能将所有重要的测量数据在一个界面上显示出来，并且还能提示下一步动作，数据安全双重保护。现在除将工作数据自动存储在仪器内存里外，还能在测量完成后，把数据存储到一张ＰＣ卡上，这时，测量数据可以非常方便地下载到计算机上。字母数字式混合键盘，让观测者获得一流的作业效率，并且操作顺手。观测时，电子水准仪在人工完成安置与粗平、瞄准目标（条形编码水准尺如图２-１-１５所示）后，按下测量键后３～４ｓ即显示出测量结果。上一页下一页返回单元一水准仪其测量结果可储存在电子水准仪内或通过电缆连接存入机内记录器中。高精度的电子水准仪，每公里往返水准观测精度达０．３ｍｍ，最小显示０．０１ｍｍ，具有先进的感光读数系统，可见白光即可测量；测距范围为１．５～１００ｍ，精度为２０ｍｍ；采用标准的ＰＣＭＣＩＡ记录卡，标配２Ｍ（可升级至８Ｍ）；具有标准的Ｒ２３２Ｃ数据通信接口；可见光、可见测尺３０ｃｍ范围即可测量；自动进行地球曲率及气象改正；１５′内自动补偿，安平精度±０．２″；复合水准导线自动平差；快速高程放样，单点高程测量；水准导线自动平差功能。上一页下一页返回单元一水准仪镍氢电池充电只需１ｈ可连续使用３ｄ（Ｄｉｎｉ２２为５ｄ）。宽大的４×２１字符图形化液晶显示屏，操作方便容易。２２个数字、字符输入操作键盘。８种水准测量模式。可方便输入点号、点名、线名、线号以及代号信息。可直接设定正／倒尺模式。测量快捷键设置在微动螺旋旁边，在瞄准测尺后，轻轻触摸即可测量。技能点三水准仪的检校一、水准仪的轴系及各轴系之间应满足的条件水准仪的轴系包括视准轴、水准轴、竖轴和圆水准器轴，它们之间应满足以下条件（图２-１-１６）：上一页下一页返回单元一水准仪（１）圆水准器轴平行于仪器的竖轴。（２）水准轴平行于视准轴。（３）为了方便用十字丝横丝瞄准目标并读数，还应满足十字丝横丝垂直于竖轴。二、圆水准器轴平行于仪器竖轴的检验和校正１.检验转动脚螺旋，使圆水准器的气泡居中，然后将仪器旋转１８０°，如果气泡仍居中，则说明满足此条件；否则，需要校正。２.校正上一页下一页返回单元一水准仪如图２-１-１７所示，旋转脚螺旋使气泡向中心移动偏距的一半，然后用校正针拨圆水准器底下的三个校正螺丝使气泡居中。在拨动各个校正螺丝以前，应先松一下松紧螺丝，校正完毕后记得把松紧螺丝再旋紧。此项检验和校正应反复进行，直至满足条件为止。三、十字丝横丝垂直于竖轴的检验和校正１.检验精平仪器后，用十字丝横丝一端对准某一标志A，拧紧制动螺旋，转动微动螺旋的同时观察A点的移动轨迹与十字丝横丝是否重合，如果重合，则说明满足此条件；否则，需要校正。２.校正上一页下一页返回单元一水准仪如图２-１-１８所示，打开十字丝分划板的护盖，松开十字丝分划板座上四个固定螺丝，轻轻地转动分划板座，使横丝与A点的移动轨迹重合。此项检验和校正应反复进行，直到A点的移动轨迹与十字丝横丝重合为止。最后，拧紧固定螺丝，旋上十字丝分划板护盖。四、水准轴平行于视准轴的检验和校正水准轴平行于视准轴的检验和校正原理，如图２-１-１９所示。（１）i角误差的对读数的影响：上一页下一页返回单元一水准仪（２）i角误差的对测高差的影响：（３）i角误差的检验原理。在地面选定两个固定点A、B，在不同的位置测出A、B的两次高差，即第一次测量：第二次测量：上一页下一页返回单元一水准仪１.检验（１）在比较平坦的地面上选取距离为２０．６ｍ的A、B两点，然后在BA延长线上选取一点１，使１点到A点的距离等于２０．６ｍ，最后在AB延长线上选取一点２，使２点到B点的距离也等于２０．６ｍ（图２-１-２０）。上一页下一页返回单元一水准仪（２）在A、B两点放上尺垫并在尺垫上竖立水准尺，在１点架设水准仪分别读取在A、B两点所竖立的水准尺上的中丝读数a１、b１（为了提高a１、b１的精度，可在A、B两点水准尺上读中丝读数３～４次，然后取其平均值）。（３）将水准仪搬至２点，以同样的方法分别获取A、B两点所竖立的水准尺上的中丝读数a２、b２。（４）根据下式即可计算出水准轴与视准轴之间的夹角i角：上一页下一页返回单元一水准仪２.校正此时仪器在２点，先计算出视准轴水平时在A尺上的正确读数,此处Sａ＝４１．２ｍ。然后转动微倾螺旋，使A尺上的中丝读数变为a′２，此时水准管气泡必然不居中，用校正针拨动水准管上、下两校正螺丝，使气泡重新居中。此项检验与校正应反复进行，直至i角误差在规定的限差之内为止。五、自动安平补偿器正确性检验由补偿器原理已知，使用补偿式自动安平水准仪时，用圆水准器将仪器概略整平后，借助补偿器的作用，将水平视线在十字丝分划板上的移动量予以补偿，从而获得相当于水平视线上的标尺读数。上一页下一页返回单元一水准仪因此，补偿器的性能将决定是否能把上述移动量完全补偿。测定补偿器补偿性能的原理是：在已精确测定高差的两点上，用要检定的仪器再测定这两点的高差。测定时，使仪器分别处于不同的倾斜位置。把测定的各高差分别与已知高差相比较，就能判定仪器补偿器的补偿性能。在比较时，除去测定中产生的误差之后，若测得的各高差与已知高差之差值在一定范围内，说明仪器补偿器的补偿性能良好。测定前的准备工作：在平坦地面的A、B两点打下木桩，钉上圆帽钉。为便于计算，A、B两点的距离应为４１．２ｍ。上一页下一页返回单元一水准仪在A、B的中间整置被检验的水准仪，仪器的两个脚螺旋的连线应与AB方向垂直。测定步骤如下：（１）精确测定A、B两点的高差。（２）在仪器处于不同倾斜位置上再次测定A、B两点的高差。相应有读数和高差上一页下一页返回单元一水准仪（３）计算。将仪器倾斜时测得的高差与正确的高差比较，得出一组差值Δh：现将其换算为倾斜１′时的补偿误差角秒值：上一页返回单元二经纬仪技能点一经纬仪的基本结构及功能一、经纬仪的基本结构（一）DJ６型光学经纬仪的基本结构图２-２-１所示为北京光学仪器厂生产的ＤＪ６—１型光学经纬仪；图２-２-２所示为南京光学仪器厂生产的ＤＪ６型光学经纬仪，这两种类型的经纬仪在样式上均具有代表性。现以ＤＪ６—１型光学经纬仪为例加以说明，其主要由照准部、度盘和基座三部分组成，如图２-２-３所示。照准部是指水平度盘之上能绕竖轴旋转的部分，主要有望远镜、竖直度盘、水准器、横轴和竖轴等组成。下一页返回单元二经纬仪整个照准部由竖轴支撑，望远镜、竖直度盘（简称竖盘）和水平轴固连为一体，组装于支架上。当望远镜绕横轴上、下旋转时，竖直度盘随着转动，控制这种转动的部件是望远镜的制动螺旋和微动螺旋。照准部绕竖轴在水平方向的旋转，由水平制动螺旋和水平微动螺旋控制。竖直度盘是一个由光学玻璃制成的圆盘，其圆周刻有间隔相等的度盘分划，用于量度垂直角。照准部水准管的作用是精确整平仪器的，就是使竖轴竖直，水平度盘处于水平位置。水平度盘是由光学玻璃制成的精密刻度盘。盘上刻有０°～３６０°顺时针注记的分划线，最小分划值有１°、３０′、２０′三种，用于度量水平角。上一页下一页返回单元二经纬仪水平度盘单独装在竖轴上，其盘面与竖轴垂直，所以竖轴竖直时（即水准器泡居中），水平度盘水平。在水平角测量过程中，水平度盘固定不动，不随照准部转动。为了改变水平度盘位置，仪器设有水平度盘转动装置。一种是采用水平度盘转换手轮，使用时，转动手轮，此时水平度盘随着转动。待转到所需位置时，将手松开，水平度盘位置即设置好。（二）DJ２型光学经纬仪的基本结构ＤＪ２型光学经纬仪（图２-２-４）与ＤＪ６相比，增加了测微轮（读数时，对径分划线影像符合）；换像手轮（水平读数和竖直读数间的互换）；竖直度盘反光镜（竖盘读数时反光）。上一页下一页返回单元二经纬仪（三）电子经纬仪的基本结构电子经纬仪（图２-２-５以ＤＴ－０２Ｃ电子经纬仪为例）是一种采用光电元件实现测角自动化、数字化的电子测角仪器。电子经纬仪和光学经纬仪的主要不同点在于电子经纬仪采用了光电扫描度盘自动计数和读数自动显示存储系统，将采集的数据自动显示在显示屏上。经纬仪的基座与水准仪的基座相同。基座上的三个脚螺旋用于整平仪器，测量时将三脚架上的中心连接螺旋旋进基座的连接板，就可将经纬仪固定在三脚架的架头上。二、经纬仪的读数装置和读数方法（一）DJ６型光学经纬仪装置和读数方法上一页下一页返回单元二经纬仪１.分微尺读数装置及其读数方法图２-２-６所示为分微尺读数系统光路图。外来光线经过反光镜１，进入毛玻璃２，然后以均匀而柔和的漫射光线照明仪器内部。其中，一部分光线经棱镜３转折９０°后，经聚光透镜４，通过水平度盘５，经棱镜６转向１８０°后，再透过水平度盘，水平度盘分划和注记影像经过显微镜组７放大，然后经棱镜８的转折，到达刻有分微尺的指标镜９，经过棱镜１０转向后，透过镜１１，在读数显微镜１２内就能看到放大后水平度盘分划和分微尺像（图２-２-７上部窗口），另一部分外来光线经过棱镜１３，转向１８０°后，透过竖盘１４，再经过棱镜１５，转向后，通过竖盘显微镜组１６放大，经过转向棱镜１７、菱形棱镜１８，同样成像于刻有分微尺的指标镜９中。上一页下一页返回单元二经纬仪因此，在读数显微镜内同样能看到放大后竖直度盘分划和另一分微尺像（图２-２-７下部窗口）。如图２-２-７所示，在读数显微镜中的视场中有水平度盘和竖直度盘两个读数窗口。度盘上每一格为１°（６０′），度盘每格（１°）的影像宽度经放大后正好等于分微尺的总长度，故分微尺的总长代表１°，将其分成６０个小格，每小格代表１′，因此，在分微尺上可直接读到１′，估读到０．１′（即６″）。读数时，应以分微尺上的零分划线为指标线，其所指的度盘上的位置就是度盘读数的位置，实际读数时，先读出落在测微尺上的度盘分划线的注记值（如１１８°），再以该度盘分划线为指标线，在分微尺上读取不足度盘分划值（１°）的读数，二者相加即得度盘读数。上一页下一页返回单元二经纬仪如图２-２-７所示，水平度盘和竖直度盘的读数分别为１１８°０３．９′（１１８°０３′５４″）和８５°０２．３′（８５°０２′１８″）。２.单平板玻璃测微器读数方法ＤＪ６—１型经纬仪是采用单平板玻璃测微器装置的仪器（图２-２-１），图２-２-８所示为其读数系统光路图。外来光线经反光镜１、毛玻璃２、棱镜３和棱镜５，照亮了竖直度盘４和水平度盘７，同时，经透镜组６和透镜组１０将竖直度盘和水平度盘的分划通过单平板玻璃１１、棱镜１２后成像在读数窗１４上，最后，光线经过棱镜１５的折射，在读数显微镜１７内可清晰地看到水平度盘、竖直度盘和测微尺１３的分划影像。上一页下一页返回单元二经纬仪由于度盘分划线一般不能恰好成像于读数窗１４的双指标线的中间，所以，在透镜组１０和棱镜１２之间还装有单平板玻璃１１，它和测微尺１３是连在一起的，当转动装在仪器支架上的测微轮时，借助机械和光学的作用，单平板玻璃随着转动，使度盘分划影像产生微小的位移，从而可使度盘分划影像移动到刚好被双指标线夹住，由于测微尺和单平板玻璃的连动，因而度盘分划影像的位移量可由测微尺的移动量测定。当度盘分划影像移动一个分划值（即３０′）时，测微尺也正好走完全程（３０′）。图２-２-９所示为在读数显微镜视场内所见到的度盘和测微尺的影像。上一页下一页返回单元二经纬仪上、中、下窗口分别为测微尺、竖直度盘、水平度盘分划影像。上面测微窗中的单指标线和下面两个窗口的双指标线是固定不动的读数指标线。度盘分划值为３０′，测微尺的量程为一个度盘分划值（３０′），将其分为３０个大格，每大格为１′，每５′注记一个数字，每一大格又分为３小格，因此，测微尺共分为９０个小格，最小分划值则为２０″，可以估读到十分之一格（即２″）。读数时，先转动测微轮，使度盘某一分划线的影像精确地移至双指标线的正中间，读出该分划线的度盘读数，然后再读出单指标线在测微尺上对应的读数，将两个读数相加，即为度盘的应有读数。上一页下一页返回单元二经纬仪如图２-２-９（ａ）所示，双指标线所夹的水平度盘数值为４９°３０′，单指标线在最上面测微尺读数窗中的读数为２２′２０″，故应有的读数值为４９°３０′＋２２′２０″＝４９°５２′２０″。图２-２-９（ａ）中竖直度盘分划线没有平分双指标线，故竖直度盘不能准确读数，为了准确读取竖直度盘的读数，在读数前同样需转动测微轮，使竖直度盘某一分划线精确地平分双指标线，然后读数，如图２-２-９（ｂ）中竖直度盘的读数为１０７°００′＋０２′３０″＝１０７°０２′３０″。（二）DJ２型光学经纬仪装置和读数方法上一页下一页返回单元二经纬仪１.读数原理转动测微轮时，上、下两排的对径分划像按相反的方向移动，且移动量相等。当测微尺分划像在测微尺上移动全长时，度盘上、下两排分划像各移动半格，即相对移动了一格。ＤＪ２型经纬仪度盘格值为２０′，对径分划像则移动半格，相应值为１０′，测微尺的分划全长有６００个小格，于是，测微尺的格值为１″。所以，ＤＪ２型仪器用测微器可以直接读到１″。２.读数方法上一页下一页返回单元二经纬仪ＤＪ２型光学经纬仪主要采用北京光学仪器厂生产的ＴＤＪ２Ｅ型经纬仪，读数设备是采用光学数字化结构，垂直度盘指标采用自动归零补偿器。该仪器水平度盘的格值为２０′，测微尺的格值为１″。ＴＤＪ２Ｅ型经纬仪读数显微镜的视场如图２-２-１０所示，中窗内是度盘正、倒分划像，上窗内是“度”和“十分”的注记数，其中，框标“”内的数字是“分”的十位数；下窗内是测微尺分划像和注记数，其中，位于上方的数字是“分”数，位于下方的数字是整１０″数。读数采用重合读数法，如图２-１-１０所示的度盘完整读数是８９°１４′４５″。（三）电子经纬仪装置和读数方法上一页下一页返回单元二经纬仪目前，根据取得电信号的方式不同，可分为绝对式编码度盘测角系统和增量式光栅度盘测角两种。１.绝对式编码度盘测角系统编码度盘是由透光区和不透光区相间隔组成，用二进制０、１两种状态进行描述的，适用于光电计数的光学器件，如图２-２-１１所示，通过光电扫描技术在编码度盘的每一个位置上可直接读出角度的度、分、秒值，它是编码式电子经纬仪的核心器件。用二进制０、１可描述编码度盘上透光和不透光两种状态。上一页下一页返回单元二经纬仪在图２-２-１１中，用二进制数０来描述透光区（白色区），１来描述不透光区（黑色区），度盘上刻有４条码道，径向方向上由里向外各码道透光与否就可用４位二进制数表示。最外一圈码道有透光和不透光相间的１６个格，则自０开始顺时针方向的状态可用二进制数００００～１１１１示出，相对应的十进制数即为０～１５。上述记录径向方向的二进制数的过程是一个光电信号的转换过程，实现这一读数过程的方法是用图２-２-１２所示读数头（传感器）装置，在码盘的上、下方，沿径向方向的各码道上分别安装４个光敏二极管和４个光电二极管。上一页下一页返回单元二经纬仪若是通过码道上的透光区，则光敏二极管（发光二极管）发出的光被光电二极管（接收二极管）接收产生光电流，与光电二极管相连的三极管导通，三极管的输出端为低电平“０”；通过不透光区时，光信号被阻隔，光电二极管不产生光电流，三极管处于截止状态，输出高电平“１”。这样发光管发出的光在通过码盘径向四个透光区或不透光时由传感器输出的高电平、低电平信号组成一组反映码盘某一径向透光与否的二进制读数。经译码器将二进制数转换成十进制数显示输出，就可实现度盘读数。实际装置编码盘时，可使读数头与照准部固连于一体随之转动，这样，读数头可在任何位置读出码盘径向的二进制读数和显示十进制读数。上一页下一页返回单元二经纬仪２.增量式光栅测角系统光栅是指均匀刻有具有一定间隔细线的光学器件，如径向光栅即在圆盘上的等角距刻有等间隔细线的圆珠笔形光栅（图２-２-１３），反应光栅性能的基本参数是光栅的刻线的密度（单位区域内刻线条数／ｍｍ）和栅距（两相邻刻划线之间的距离）。当光栅的栅线宽用a表示、缝隙宽度用b表示时，则栅距定义为d＝a＋b，a、b及d均对应一角值。上一页下一页返回单元二经纬仪栅线区不透光，缝隙区透光，同上思路在光栅盘的上、下对应位置上分别安置发光二极管和光敏二极管读数头（感应器）安置系统，电子经纬仪中安置的光栅盘，在测角过程中与读数头（一般与照准部固连）之间的相对运动，栅线及缝隙区的透光不透光转换，使计数器可累计读数头转动所描述过的栅距数，据此可求得所转的角值。由于光栅盘无绝对度数可言，只能累计光栅的条数计数，称这种结构为增量式光栅度盘（图２-２-１４）。光栅的栅距虽然很小，但其所对应的角度却仍很大，对刻有达２１６００根栅线的光栅，其最小刻画所对应的角值仍为１′。上一页下一页返回单元二经纬仪因而，提高测角精度还需进一步提高光栅的分辨率，其方法是对光栅距进行细分。对已经很小的栅距直接细分技术难度大，采用莫尔条纹技术将栅距放大提高测角精度。技能点二经纬仪的安置方法经纬仪的使用包括安置仪器、照准目标和读数等基本操作步骤。一、仪器的安置、对中和整平用经纬仪进行角度观测时，应首先将仪器安置在角的顶点上（图２-２-１５），然后进行对中和整平。（一）安置三脚架和仪器上一页下一页返回单元二经纬仪（１）选择坚固地面放置脚架的三脚，架设脚架头至适当高度，以方便观测操作。（２）将垂球挂在三脚架的挂钩上，使脚架头尽量水平地移动脚架位置并让垂球粗略对准地面测量中心，然后将脚尖插入地面使其稳固。（３）检查脚架各固定螺丝固紧后，将仪器置于脚架头上并用中心连接螺丝联结固定。（二）使用光学对中器对中（１）对中的目的是使水平度盘中心与测站点的标志中心位于同一铅垂线上。调整仪器三个脚螺旋使圆水准器气泡居中。通过对中器目镜观察，调整目镜调焦旋钮，使对中分划标记清晰。上一页下一页返回单元二经纬仪（２）调整对中器的调焦旋钮，直至地面测量标志中心清晰并与对中分划标记在同一成像平面内。（３）松开脚架中心螺丝（松至仪器能移动即可），通过光学对中器观察地面标志，小心地平移仪器（勿旋转），直到对中十字丝（或圆点）中心与地面标志中心重合。（４）再调整脚螺旋，使圆水准器的气泡居中。（５）再通过光学对中器，观察在面标志中心是否与对中器中心重合，否则重复操作（３）和（４），直至重合为止。（６）确认仪器对中后，将中心螺丝旋紧并固定好仪器。（三）用长水准器精确整平仪器上一页下一页返回单元二经纬仪整平的目的是使仪器的竖轴竖直和水平度盘处于水平位置。（１）旋转仪器照准部让长水准器与任意两个脚螺旋连线平行，调整这两个脚螺旋，使长水准器气泡居中。调整两个脚螺旋时，旋转方向应相反（图２-２-１６）。２）将照准部转动９０°，用另一脚螺旋使长水准器气泡居中。（３）重复步骤（１）和（２），使长水准器在该两个位置上气泡都居中。（４）在步骤（１）的位置将照准部转动１８０°，如果气泡居中并且照准部转动至任何方向气泡都居中，则长水准器安置正确且仪器已整平。上一页下一页返回单元二经纬仪注意观察脚螺旋的旋转方向与气泡移动方向的关系。在步骤（４）中，气泡若不居中，应校正长水准器。二、望远镜目镜调整和目标照准（一）目镜调整（１）取下望远镜镜盖。（２）将望远镜对准天空，通过望远镜观察，调整目镜旋钮，使分划板十字丝最清晰。观察目镜时，眼睛应放松，以免产生视差和眼睛疲劳。（二）目标照准（１）用粗瞄准器的准星对准目标。上一页下一页返回单元二经纬仪（２）调整望远镜调焦旋钮，直至看清目标。（３）旋紧水平与垂直制动旋钮，微调两微动旋钮，将十字丝中心精确照准目标，只用眼睛左右上下轻微移动观察，若目标与十字丝两影像间有相对移位现象，则应该再微调望远镜调焦旋钮，直至两影像清晰且相对静止时止。对较近目标调焦时，顺时针转动调焦旋钮。较远目标则逆时针方向旋转。若步骤（３）未调整好，则视差会歪曲目标与十字丝中心的关系，从而导致观测误差。上一页下一页返回单元二经纬仪用微动旋钮对目标作最后精确照准时，应保持旋钮顺时针方向旋转。如果转动过头，最好返回再重新按顺时针方向旋转旋钮进行照准。即使不测竖直角，我们仍建议尽量用十字丝中心位置照准目标。注意在测量水平角时，应使用十字丝竖丝靠近交点附近的部分照准目标，并尽量对准目标底部，如图２-２-１７（ｂ）所示。当所照准的目标较细时，常用单丝平分目标［图２-２-１７（ａ）］；当照准目标较粗时，常采用双丝对称夹住目标［图２-２-１７（ｂ）］。进行垂直角测量时，使十字丝横丝（中丝）靠近交点附近部分切准目标的顶部或特定部位，在记录时一定要注记照准位置［图２-２-１７（ｃ）］。上一页下一页返回单元二经纬仪望远镜照准目标时，注意两手之间的协调操作。通常，一只手轻握照准部或望远镜，并缓慢转动照准部或望远镜以粗略照准，另一只手应持住水平制动螺旋（制动扳手），当通过粗瞄器瞄准目标后，马上旋紧（关上）制动螺旋。望远镜照准目标的步骤概括为：粗瞄—制动—调焦—微动—精瞄。三、度盘置数为了减弱度盘的刻划误差和计算方便，在水平角观测时，通常规定某一清晰、成像稳定的目标作为“零方向”，并将度盘起始读数调整为某一规定值，这一操作过程称为“置数”。上一页下一页返回单元二经纬仪（一）装有水平度盘变换手轮的光学经纬仪度盘“置数”方法（１）当仪器对中、整平后，盘左位置，照准起始目标（零方向）。（２）转动水平度盘变换手轮，使度盘读数调整至预定读数即可。为防止观测时碰动度盘变换手轮，度盘“置数”后应及时盖上护盖。（二）装有度盘离合器的复测经纬仪度盘“置数”方法（１）当仪器对中、整平后，转动测微轮，将测微尺读数调到预定读数（一般为５′以内即可），盘左位置，将度盘离合器复测扳钮扳上，转动照准部，使度盘读数接近预定读数，旋紧照准部制动螺旋，调节水平微动螺旋，使０°（或预定读数）刻划线平分双指标线。上一页下一页返回单元二经纬仪（２）将度盘离合器复测扳钮扳下，使度盘与照准部结合（即水平度盘和照准部一起转动）。精确照准起始目标，将复测扳钮扳上，即可开始测角。（三）电子经纬仪度盘“置数”方法以ＤＴ－０２型电子经纬仪为例进行简单介绍。１.键盘符号与功能ＤＴ－０２型电子经纬仪面板（图２-２-１８）具有一键双重功能，一般情况下仪器执行按键上所标示的第一（基本）功能，当按下切换键后再按其余各键则执行按键上方面板上所标示的第二（扩展）功能。具体符号及功能见表２-２-１。上一页下一页返回单元二经纬仪２.操作面板与操作键ＤＴ－０２型电子经纬仪面板信息显示如图２-２-１８所示，操作键功能见表２-２-２。.水平角置“０”（置零）将望远镜十字丝中心照准目标A后，按置零键两次，使水平角读数为“０°００′００″”，如照准目标A水平角显示为５０°１０′２０″→按两次置零键→显示目标A水平角为０°００′００″。４.水平角锁定与解除（锁定）上一页下一页返回单元二经纬仪在观测水平角过程中，若需保持所测（或对某方向需予置）水平角时，按锁定键两次即可。水平角被锁定后，显示“锁定”符号，再转动仪器水平角也不发生变化。当照准至所需方向后，再按锁定键一次，解除锁定功能，此时，仪器照准方向的水平角就是原锁定的水平角值。当测角精度要求较高时，往往需要观测几个测回。为了减小度盘分划误差的影响，各测回应根据测回数n，按１８０°/n变换水平度盘位置。技能点三经纬仪观测水平角一、水平角及其测量原理上一页下一页返回单元二经纬仪地面上任一点到两目标的方向线垂直投影在水平面上所成的角，称为水平角。如图２-２-１９所示，设A、B、C为地面上任意三点，将这三点分别沿铅垂线方向投影到水平面P上，得到a、b、c三点，则投影线ab和ac所夹的角∠bac即为地面上方向线AB与AC所成的水平角β。ab、ac是铅垂面VＢ、VＣ与水平面P的交线；而铅垂面VＢ与VＣ的交线Aa也就是过A点的铅垂线。所以，地面上一点到两目标点的方向线所夹水平角，就是这两个方向线所在的两铅垂面之间的二面角。因此，只要在过角顶A的铅垂线上任一点，作一水平面，它和两铅垂面的交线所夹的角，就是相应的水平角。上一页下一页返回单元二经纬仪即只要角顶点是在两竖直面的交线Aa上，这个角就不仅能在水平面P上度量，而且在任何水平面上均可以度量。为了测出水平角β的大小，可以设想在通过A点的铅垂线上任意一点，水平地放置一个带有角度分划（顺时针方向刻划）的圆盘（简称水平度盘），并使度盘中心（如O点）位于过A点的铅垂线上，设通过AB和AC的两竖直面与水平度盘交线对应分划的读数分别为n和m，则AB、AC两方向线之间的水平角值β为二、垂直角及其测量原理上一页下一页返回单元二经纬仪所谓垂直角，是指在同一竖直面内，某点至观测目标的方向线与水平线之间的夹角，通常用δ表示，角值为０°～±９０°。当方向线在水平线以上时，称为仰角，垂直角符号为“＋”；当方向线在水平线以下时，称为俯角，垂直角符号为“－”。为了测量垂直角的大小，如图２-２-１９所示，在竖直面（VＢ）中，也设想竖直放置一个有刻度的圆盘（称为竖直度盘），使竖直度盘的中心和A点一致，则方向线AB与水平线AH１在竖直度盘上所夹的角度δ１，即为所要测量的AB线的垂直角。同理，δ２为方向线AC的垂直角。其中，δ１为仰角，δ２为俯角。上一页下一页返回单元二经纬仪根据水平角和垂直角测量原理可知，为了测定水平角的大小，用于测角的仪器必须具备一个能安置在水平位置的度盘，并能方便地使度盘中心置于角顶点的铅垂线上，用于瞄准目标的望远镜不仅能在竖直面内转动，而且还要能在水平面内转动，以便能照准不同方向、不同高度的目标。为了测定垂直角的大小，需装置一个竖直度盘（竖盘）及读数装置，竖盘平面必须与过视线的铅垂面平行。经纬仪就是按照上述要求制造的一种测角仪器。本章主要介绍光学经纬仪的结构以及角度测量的方法。三、水平角的观测方法上一页下一页返回单元二经纬仪水平角的观测方法，根据观测条件、精度要求、施测时所使用仪器以及观测目标的多少，分为测回法、全圆方向法和复测法等几种。现主要介绍常用的前两种测角方法。（一）测回法测回法是测角的基本方法。这种观测方法只适用于观测两个方向之间的单角。如图２-２-２０所示，欲观测水平角∠AOB，先在A、B两点上设置观测标志（标杆或测钎），在角的顶点O上安置经纬仪，然后按下列步骤进行观测：上一页下一页返回单元二经纬仪（１）盘左位置（又称正镜位置，观测时从目镜处看竖盘在望远镜的左侧），按前述方法精确照准左边目标点A，将水平度盘“置数”（注意：水平度盘“置数”后，应检查确认精确照准目标A），读取水平度盘读数a左（００°０５′１８″），记入观测手簿相应的栏内（表２-２-３）。（２）松开照准部及望远镜制动螺旋，依顺时针方向转动照准部，精确照准右边目标点B，读取水平度盘读数b左（１５８°４８′３０″），同样记入观测手簿相应的栏内。上一页下一页返回单元二经纬仪（３）倒转望远镜，使仪器变为盘右位置（又称倒镜位置，即在观测时竖盘在望远镜的右侧），精确照准B点，读取水平度盘读数b右（３３８°４８′４８″），记入观测手簿。（４）松开照准部及望远镜制动螺旋，逆时针方向转动照准部，瞄准A点，读取水平度盘读数a右（１８０°０５′１２″），记入观测手簿。测回法观测水平角手簿记录与计算见表２-２-３。（二）全圆方向法当在一个测站上需观测３个或３个以上的方向时，通常采用全圆方向观测法（简称全圆方向法）。上一页下一页返回单元二经纬仪如图２-２-２１所示，在测站点O上，用全圆方向法观测O点到A、B、C、D各方向之间的水平角。其操作步骤如下：（１）在测站点O上安置仪器，选择一距离适中、背景明亮、成像清晰的目标A作为起始方向（又称零方向），盘左位置瞄准选定的起始方向A，水平度盘的读数置为略大于０°（即度盘置零），检查确认精确照准目标A后，读取水平度盘读数a（０°０２′１２″），记入手簿中相应栏内（表２-２-４）。（２）松开照准部及望远镜制动螺旋，按顺时针方向依次照准B、C、D各点，每观测一点，均读取水平度盘读数b（３７°４４′１８″）、c（１１０°２９′０６″）、d（１５０°１４′４８″），同样记入手簿相应栏内。上一页下一页返回单元二经纬仪（３）继续顺时针转动照准部，再次照准起始目标A，读取水平度盘读数a′（０°０２′１８″），称之为“归零”。将读数记入手簿。（４）倒转望远镜，盘右位置照准起始方向A，读取水平度盘读数并记入手簿相应栏内，按逆时针方向依次照准D、C、B、A各方向，读数并记入手簿，称为盘右半测回或下半测回观测。同样，两次照准A点的读数差１２″称为下半测回“归零差”。同样，盘左、盘右两个半测回合称为一个测回，其余各测回观测只需按要求变换零方向的度盘位置，观测、记录方法完相同。表２-２-４为全圆方向观测法手簿的记录和计算举例。上一页下一页返回单元二经纬仪为了便于以后的计算和比较，通常把起始方向值改化为０°００′００″，要保持各方向之间的角度关系不变，需将计算出的各方向的平均读数都分别减去起始方向OA的平均读数（表２-２-４中第一测回为０°０２′１０″），即得各方向的“一测回归零方向值”.（三）电子经纬仪水平角观测以测回法测水平角为例：（１）对中整平后，按开关键（）开机后，上下转动望远镜几周，然后使仪器水平盘转动几周，完成仪器初始化工作，直至显示水平度盘角值、竖直度盘角值为止，如图２-２-２２所示。上一页下一页返回单元二经纬仪（２）用盘左瞄准左边目标A，若要配置度盘为０°００′００″，则按键，显示屏第三行水平角度值显示０００°００′００″，记下此读数；顺时针旋转瞄准右边的目标B，记下水平读数；倒镜用盘右瞄准B，记下读数；逆时针旋转瞄准左边的目标A，记下水平读数。技能点四经纬仪观测竖直角一、竖直度盘结构经纬仪上的竖盘装置是用来观测垂直角的，它主要由竖直度盘（简称竖盘）、竖盘指标、竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋组成，如图２-２-２３所示。上一页下一页返回单元二经纬仪竖盘固定在横轴的一端，横轴垂直于竖盘且过竖盘中心。竖盘与望远镜固连成一体，当望远镜在竖直面内绕横轴转动时，竖盘随望远镜一起在竖直面内转动。竖盘读数指标线与竖盘指标水准管固连在一起，设置在竖直度盘中心，二者不随望远镜一起转动。转动竖盘指标水准管微动螺旋，可使竖盘指标水准管与读数指标一起绕横轴作微小转动，当竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘读数指标线就处于正确位置。因此，在进行垂直角观测时，每次读取竖盘读数之前，都必须转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中。上一页下一页返回单元二经纬仪望远镜向上（或向下）瞄准目标时，竖盘也随之一起转动了同样的角度，而竖盘读数指标线不动，当望远镜视准轴水平，竖盘读数为一定值（通常为０°、９０°、１８０°、２７０°中的一个），因此，测量垂直角时，只需瞄准目标读取竖盘读数即可。光学经纬仪的竖盘是由光学玻璃制成的，其刻划注记一般为０°～３６０°全圆式注记。注记方向有顺时针与逆时针两种形式，如图２-２-２４所示。现代经纬仪取消了竖盘指标水准管和竖盘指标水准管微动螺旋，而增加了一个补偿器，设计制成竖盘指标自动归零，简化了垂直角观测的操作，使用极为方便。上一页下一页返回单元二经纬仪二、垂直角计算由垂直角的基本概念及测角原理可知，竖盘读数指标线处于正确位置时，垂直角δ是观测目标时的读数与望远镜视准轴水平时的读数（定值）之差。所以，测定垂直角时，只对目标点一个方向进行读数就可算得垂直角。在计算垂直角时，究竟是哪一个读数减哪一个读数，则应按竖盘的注记形式来确定垂直角的计算公式。为此，在观测垂直角之前，先盘左将望远镜大致放水平，观察一下读数，然后将望远镜慢慢上仰，观察读数是增大还是减小。上一页下一页返回单元二经纬仪若读数增大，则垂直角等于瞄准目标时的读数减去视线水平时的读数（定值）；若读数减小，则用视线水平时的读数（定值）减去瞄准目标时的读数，即为盘左的垂直角。如图２-２-２５所示，这种顺时针注记的竖盘，盘左、盘右时水平视线的读数分别为９０°和２７０°，设L为盘左时视线照准目标时的读数，R为盘右时视线照准目标时的读数。则由图可得垂直角的计算公式为上一页下一页返回单元二经纬仪为了消除误差，将盘左、盘右所测得的垂直角取中数，得一测回垂直角为同理可得逆时针注记的竖盘，垂直角的计算公式为同样，将盘左、盘右垂直角取中数，得一测回垂直角为上一页下一页返回单元二经纬仪三、竖盘指标差上述垂直角计算公式是在假定竖盘指标处在正确的位置上而得出的，也就是当视线水平、竖盘指标水准管气泡居中时，竖盘读数是９０°的整数倍。如果竖盘指标线偏离正确位置，那么当竖盘指标水准管气泡居中，望远镜视线水平，指标所指读数与应有读数（９０°或２７０°）相差一个小角度x，如图２-２-２６所示，x即称为竖盘指标差。指标向度盘读数增大方向偏移，规定x为正；反之，为负。上一页下一页返回单元二经纬仪指标差产生的原因是竖盘指标水准管未校正完善，竖盘指标水准管与竖盘读数指标线的关系不正确，这可以进行校正。图２-２-２６中，由于竖盘读数指标线左偏（向读数增大方向偏移），当竖盘指标水准管气泡居中，视线瞄准一个目标时，读数比正确读数大了一个x值，则正确的垂直角为同理，盘右位置时，垂直角的正确值为将式（２-２-８）和式（２-２-９）所得垂直角取平均，得上一页下一页返回单元二经纬仪可以看出，式（２-２-４）与式（２-２-１０）完全相同。由此可知，取盘左、盘右垂直角平均值作为最终结果可以消除竖盘指标差的影响。将式（２-２-８）和式（２-２-９）相减并除以２，则得到竖盘指标差的计算公式上一页下一页返回单元二经纬仪《城市测量规范》（ＣＪＪ／Ｔ８—２０１１）规定，在同一测站上观测不同目标垂直角时，对于ＤＪ６型光学经纬仪，同一测回各方向竖盘指标差较差不应超过２５″；同一方向各测回垂直角互差应不大于２５″，否则，必须重测。四、垂直角的观测垂直角的观测方法有两种：一是中丝法；二是三丝法。现将中丝法的观测、记录及计算方法叙述如下：（１）在测站点上安置仪器。盘左位置，瞄准目标点，使仪器十字丝中丝精确切于目标的特定部位。上一页下一页返回单元二经纬仪（２）转动竖盘指标水准管微动螺旋，使竖盘指标水准管气泡居中，读取竖盘读数L（８１°１８′４２″），记入垂直角观测手簿中相应位置（表２-２-５）。对于带有自动安平补偿器的经纬仪，切准目标后打开自动补偿器开关即可读数。（３）倒转望远镜成盘右位置，同法照准原目标的同一部位，按第二步操作并读取竖盘读数R（２７８°４１′３０″），记入观测手簿。（４）计算垂直角δ。根据垂直角的计算公式，计算出垂直角。以上观测称为一测回。图根控制的垂直角观测，一般要求中丝观测两测回，且两个测回要分别进行，不得用两次读数的方法代替。上一页下一页返回单元二经纬仪如果在一个测站上观测多个方向的垂直角，则在盘左时可顺时针依次照准各目标，分别读取并记录盘左竖直度盘的读数，盘右时逆时针依次照准各目标，并读数、记录。垂直角的计算方法同上。五、垂直角观测的注意事项（１）横丝切准目标部位应在观测手簿相应栏中注明或绘图表示，同一目标盘左、盘右必须切准同一部位。（２）盘左、盘右照准目标时，应使目标影像位于竖丝附近两侧的对称位置上，这样有利于消除十字丝横丝不水平引起的误差。（３）每次读数前，必须使竖盘指标水准管气泡居中。上一页下一页返回单元二经纬仪（４）观测垂直角时，还需及时量取仪器高度和目标高度，量至厘米，记入观测手簿相应栏内。技能点五经纬仪的检校一、经纬仪轴线之间应满足的几何关系如图２-２-２７所示，经纬仪的主要轴线有竖轴（VV）、照准部水准管轴（LL）、横轴（HH）及望远镜的视准轴（CC）。根据角度测量原理可知，要保证测角的精度，经纬仪各主要轴线之间应满足下列几何条件：（１）照准部水准管轴应垂直于仪器的竖轴（LL⊥VV）。（２）望远镜的视准轴应垂直于横轴（CC⊥HH）。上一页下一页返回单元二经纬仪（３）横轴应垂直于仪器的竖轴（HH⊥VV）。由于观测水平角时通常是用十字丝竖丝照准目标，故要求十字丝的竖丝应垂直于横轴。另外，一般还应满足竖盘指标差为零，光学对中器的视准轴与仪器竖轴重合等条件。二、DJ６型经纬仪的检验与校正在经纬仪检验之前，应先作一般性检验，如三脚架是否稳定完好，仪器与三脚架头的连接是否牢固，仪器各部件有无松动，仪器各螺旋是否灵活有效等。确认性能良好后，可进一步进行仪器检校。（一）照准部水准管轴应垂直于仪器竖轴的检验与校正上一页下一页返回单元二经纬仪检验：首先将仪器大致整平，然后转动照准部，使其水准管平行于一对脚螺旋的连线。转动脚螺旋使水准管气泡严格居中，再将照准部旋转１８０°，此时，如果气泡仍居中，则条件满足，否则应进行校正。校正原理：如图２-２-２８（ａ）中，水准管气泡居中，此时，水准管轴处于水平位置，但水准管轴不垂直于仪器竖轴，竖轴倾斜，且竖轴与铅垂线的夹角为α，水准管轴与仪器竖轴的交角为（９０°±α）。将照准部绕竖轴旋转１８０°，如图２-２-２８（ｂ）所示，水准管气泡不再居中。因竖轴倾斜方向没变，则水准管轴与水平线的夹角为２α。角值２α的大小由气泡偏离水准管零点的格数表现出来。上一页下一页返回单元二经纬仪校正方法：为了消除α，先用校正针拨动水准管一端的校正螺丝，使气泡退回偏离量的一半，如图２-２-２８（ｃ）所示，此时气泡虽不居中，但水准管轴已与仪器竖轴垂直。此要求满足后，再转动脚螺旋使水准管气泡居中，这时水准管轴水平，竖轴竖直，即水准管轴垂直于仪器竖轴，如图２-２-２８（ｄ）所示。此项检校必须反复进行，直到照准部转到任意位置，气泡偏离不超过半格为止。校正时应注意，转动校正螺丝必须先松后紧，不可用力过猛，校正结束后要适当拧紧被松动过的螺丝，否则校正结果将前功尽弃。（二）十字丝竖丝应垂直于横轴的检验与校正上一页下一页返回单元二经纬仪检验：整平仪器后，用十字丝竖丝的一端精确瞄准远处一清晰的目标点A，然后固定水平制动和望远镜制动螺旋，再慢慢转动望远镜微动螺旋，观察目标点A，如果点A始终沿着竖丝移动，不离开竖丝，如图２-２-２９（ａ）所示，则说明此条件满足；否则，如图２-２-２９（ｂ）所示，点A到竖丝另一端时偏到了A′处，则需要校正。校正：旋下十字丝环护盖，松开十字丝四个压环螺丝（图２-２-３０），慢慢地转动十字丝环，使点A从A′处向竖丝移动偏离量的一半即可，再次检验，直至望远镜上、下微动时，点A始终在竖丝上移动为止，满足检验条件要求后，及时拧紧压环螺丝，旋上护盖。上一页下一页返回单元二经纬仪此检验也可用悬挂垂球线的方法进行，即在距仪器十几米处悬挂一垂球线，用望远镜照准后，若十字丝竖丝与垂球线重合，表明条件满足；否则，转动十字丝环，使竖丝与垂球线重合或平行。（三）望远镜视准轴应垂直于横轴的检验和校正当横轴处于水平位置时，望远镜视准轴若与横轴垂直，则望远镜绕横轴上、下旋转时，视准轴扫过的面应是一个竖直平面，否则，望远镜绕横轴上、下旋转时，视准轴扫过的面是一个圆锥面。如果用仪器观测同一竖直面内不同高度的点，则水平度盘的读数各不相同，从而产生测角误差。望远镜视准轴不垂直于横轴所偏离的角度C称为视准轴误差。检验的方法通常有以下两种。上一页下一页返回单元二经纬仪１.盘左、盘右瞄点法检验：整平仪器，使望远镜保持大致水平，盘左瞄准远处一与仪器大致同高的目标点A，读取水平度盘读数为α左。倒转望远镜，盘右位置再瞄准该目标点，读取水平度盘读数α右。校正：盘右位置不变，先求得盘右时水平度盘的正确读数A右＝１/２［α右＋（α左±１８０°）］，旋转水平微动螺旋，使盘右时水平度盘的读数等于A右，此时，十字丝交点偏离目标点A，旋下十字丝环保护盖，稍放松十字丝环上方的校正螺丝，拨动十字丝环左、右两个校正螺丝（图２-２-３０），一松一紧，水平移动十字丝分划板，使十字丝交点对准目标点A。上一页下一页返回单元二经纬仪如此反复进行，直至α左－（α右±１８０°）≤２′为止。这种方法适用于ＤＪ２型经纬仪和其他双指标读数的仪器，对于单指标读数的仪器，只有在度盘偏心差很小时才能见效；否则，２c中包含了较大的偏心差，校正时将得不到正确的结果。因此，对于单指标读数仪器，常采用下面一种方法检校。２.四分之一法检验：选择一平坦场地，在一条直线上确定A、O、B三点，O为中点，A、B两点相距应大于２０ｍ。安置经纬仪于O点，在A点设立一照准标志，在B点横置一根有毫米分划的小尺，使其垂直于视线OB，并尽量使标志和尺子与仪器同高。上一页下一页返回单元二经纬仪盘左位置，瞄准A点，固定照准部，绕横轴倒转望远镜在小尺上读数得m点［图２-２-３１（ａ）］，再以盘右位置瞄准A点，固定照准部，倒转望远镜在小尺上读数得n点［图２-２-３１（ｂ）］。若m、n两点重合，则条件满足；否则，应校正。校正：若视准轴不垂直于横轴，相差一c角，则盘左时∠mOB为２c，盘右时∠BOn为２c，即∠mOn＝４c。即mn之长为４c的反映。此时，C值为上一页下一页返回单元二经纬仪（四）横轴应垂直于仪器竖轴的检验和校正在以上条件满足后，如果横轴垂直于仪器竖轴，则经纬仪整平后横轴应处于水平位置，此时，望远镜视准轴绕横轴旋转扫过的面是一竖直面。如果横轴不水平，而与水平线有一夹角i，则望远镜视准轴绕横轴旋转扫过的面将是一倾斜面，其倾角也为i，此角称为横轴误差（也称为i角误差）。此误差主要是由于横轴两端高度不等而产生的。为了保证仪器的稳定性，光学经纬仪的横轴是密封的，测量人员只需检验，校正应由专门维修部门进行。检验：在距一较高墙壁２０～３０ｍ处安置经纬仪。上一页下一页返回单元二经纬仪如图２-２-３２所示，用盘左位置，瞄准高处一点P（仰角３０°以上为宜），读取竖直度盘读数并计算出垂直角δ左，然后将望远镜慢慢下倾，放平望远镜（使竖盘读数为９０°），在墙上标出十字丝交点所对位置点A。倒转望远镜以盘右位置再瞄准点P，读取竖直度盘读数并计算出垂直角δ右，然后再放平望远镜（使竖盘读数为２７０