第六讲 角度测量

第一节 水平角测量原理

一、水平角的概念

相交于一点的两方向线在水平面上的垂直投影所形成的夹角，称为水平角。水平角一般用β表示，角值范围为0˚～360˚。

270° 0° O b a (左) B O (右) A B1 O1 β A1 水平面(H) 图3-1 水平角测量原理

如图3-1所示，A、O、B是地面上任意三个点，OA和OB两条方向线所夹的水平角，即为OA和OB垂直投影在水平面H上的投影O1A1和O1B1所构成的夹角β。

二、水平角测角原理

如图3-1所示，可在O点的上方任意高度处，水平安置一个带有刻度的圆盘，并使圆盘中心在过O点的铅垂线上；通过OA和OB各作一铅垂面，设这两个铅垂面在刻度盘上截取的读数分别为a和b，则水平角β的角值为：

ba （3-1）

用于测量水平角的仪器，必须具备一个能置于水平位置水平度盘，且水平度盘的中心位于水平角顶点的铅垂线上。仪器上的望远镜不仅可以在水平面内转动，而且还能在竖直面内转动。经纬仪就是根据上述基本要求设计制造的测角仪器。

第二节 光学经纬仪的构造

光学经纬仪按测角精度，分为DJ07、DJ1、DJ2、DJ6和DJ15等不同级别。其中“DJ”分别为“大地测量”和“经纬仪”的汉字拼音第一个字母，下标数字07、1、2、6、15表示仪器的精度等级，即“一测回方向观测中误差的秒数”。

一、DJ6型光学经纬仪的构造

DJ6型光学经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成。

1．照准部

照准部是指经纬仪水平度盘之上，能绕其旋转轴旋转部分的总称。照准部主要由竖轴、望远镜、竖直度盘、读数设备、照准部水准管和光学对中器等组成。

（1）竖轴 照准部的旋转轴称为仪器的竖轴。通过调节照准部制动螺旋和微动螺旋，可以控制照准部在水平方向上的转动。

（2）望远镜 望远镜用于瞄准目标。另外为了便于精确瞄准目标，经纬仪的十字丝分划板与水准仪的稍有不同，如图3-3所示。

图3-3 经纬仪的十字丝分划板

望远镜的旋转轴称为横轴。通过调节望远镜制动螺旋和微动螺旋，可以控制望远镜的上下转动。

望远镜的视准轴垂直于横轴，横轴垂直于仪器竖轴。因此，在仪器竖轴铅直时，望远镜绕横轴转动扫出一个铅垂面。

（3）竖直度盘 竖直度盘用于测量垂直角，竖直度盘固定在横轴的一端，随望远镜一起转动。

（4）读数设备 读数设备用于读取水平度盘和竖直度盘的读数。

（5）照准部水准管 照准部水准管用于精确整平仪器。

水准管轴垂直于仪器竖轴，当照准部水准管气泡居中时，经纬仪的竖轴铅直，水平度盘处于水平位置。

（6）光学对中器 光学对中器用于使水平度盘中心位于测站点的铅垂线上。

2．水平度盘

水平度盘是用于测量水平角的。它是由光学玻璃制成的圆环，环上刻有0°～360°的分划线，在整度分划线上标有注记，并按顺时针方向注记，其度盘分划值，为1˚或30′。

水平度盘与照准部是分离的，当照准部转动时，水平度盘并不随之转动。如果需要改变水平度盘的位置，可通过照准部上的水平度盘变换手轮，将度盘变换到所需要的位置。

3．基座

基座用于支承整个仪器，并通过中心连接螺旋将经纬仪固定在三脚架上。基座上有三个脚螺旋，用于整平仪器。在基座上还有一个轴座固定螺旋，用于控制照准部和基座之间的衔接。

二、读数设备及读数方法

度盘上小于度盘分划值的读数要利用测微器读出，DJ6型光学经纬仪一般采用分微尺测微器。如图3-4所示，在读数显微镜内可以看到两个读数窗：注有“水平”或“H”的是水平度盘读数窗；注有“竖直”或“V”的是竖直数窗。每个读数窗上有一分微尺。

图3-4 分微尺测微器读数

分微尺的长度等于度盘上1˚影像的宽度，即分微尺全长代表1˚。将分微尺分成60小格，每1小格代表1′，可估读到0.1′，即6″。每10小格注有数字，表示10′的倍数。

读数时，先调节读数显微镜目镜对光螺旋，使读数窗内度盘影像清晰，然后，读出位于分微尺中的度盘分划线上的注记度数，最后，以度盘分划线为指标，在分微尺上读取不足1˚的分数，并估读秒数。如图3-4所示，其水平度盘读数为164˚06′36″，竖直度盘读数为86˚51′36″。

三、DJ2型光学经纬仪构造简介 1．DJ2型光学经纬仪的特点

与DJ6型光学经纬仪相比主要有以下特点：

（1）轴系间结构稳定，望远镜的放大倍数较大，照准部水准管的灵敏度较高。

（2）在DJ2型光学经纬仪读数显微镜中，只能看到水平度盘和竖直度盘中的一种影像，读数时，通过转动换像手轮，使读数显微镜中出现需要读数的度盘影像。

（3）DJ2型光学经纬仪采用对径符合读数装置，相当于取度盘对径相差180˚处的两个读数的平均值，以可消除偏心误差的影响，提高读数精度。

2．DJ2型光学经纬仪的读数方法

用对径符合读数装置是通过一系列棱镜和透镜的作用，将度盘相对180˚的分划线，同时反映到读数显微镜中，并分别位于一条横线的上、下方，如图3-6所示，右下方为分划线重合窗，右上方读数窗中上面的数字为整度值，中间凸出的小方框中的数字为整10′数，左下方为测微尺读数窗。

65 0 1

66 4 4 65 0

66 5 0 2 4 1 a)

图3-8 DJ2型光学经纬仪读数

b)

测微尺刻划有600小格，最小分划为1″，可估读到0.1″，全程测微范围为10′。测微尺的读数窗中左边注记数字为分，右边注记数字为整10″数。读数方法如下：

（1）转动测微轮，使分划线重合窗中上、下分划线精确重合，如图3-6b所示。

（2）在读数窗中读出度数。

（3）在中间凸出的小方框中读出整10′数。

（4）在测微尺读数窗中，根据单指标线的位置，直接读出不足10′的分数和秒数，并估读到0.1″。

（5）将度数、整10′数及测微尺上读数相加，即为度盘读数。在图3-6b中所示读数为：

65˚+5×10′+4′08.2″＝65˚54′08.2″。