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1、第三章 角度测量角度测量是测量工作的基本内容之一。它包括水平角测量和竖直角测量。其中水平角是确定地面点平面位置的要素之一；而竖直角可用来间接测定地面点的高程。经纬仪是角度测量的主要仪器，在建筑工程测量中，最常用的普通仪器有 DJ6 和 DJ2型光学经纬仪。第一节 水平角测量原理一、 水平角的概念水平角是地面上一点到两目标的方向线垂直投影在水平面上的夹角，用 来表示，其角值范围为0360。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，就是通过 OA 和 OB 沿两个竖直面投影在水平面 P 上的两条水平线 OA和 OB的夹角 AOB。二、水平角测角原
2、理如图 3-1 所示，为了获得水平角 的大小，在水平面 P 上可以放置一个顺时针方向刻划的圆形度盘（该圆形度盘相当于量角器的功能） ，其中心置于 O点上，那么 OA和 OB在水平度盘上总有相应读数 a 和 b，则水平角为：右目标读数左目标读数= ba （3-1 ）显然，此水平度盘只要保持水平放置且其中心在 O 点所决定的铅垂线上，置于任何位置均可。根据以上原理，经纬仪必须具备一个水平度盘及用于照准目标的望远镜。测水平角时，要求水平度盘能放置水平，且水平度盘的中心位于水平角顶点的铅垂线上，望远镜不仅可以水平转动，而且能俯仰转动来瞄准不同方向和不同高的目标，同时保证俯仰转动时望远镜视准轴扫过一个竖
3、直面。这就是用经纬仪测水平角的原理。第二节 光学经纬仪经纬仪有不同的种类和型号。按读数设备的不同，经纬仪可分为游标经纬仪、光学经纬仪和电子经纬仪三种，其中游标经纬仪已淘汰，目前使用的主要是光学经纬仪和电子经纬仪。经纬仪按精度不同，可分为 DJ07、DJ 1、DJ 2、DJ 6 和 DJ15 等型号，其中“DJ”表示大地测量经纬仪，下标数字 2、6 等表示仪器的精度等级，即一测回方向观测的中误差，单位为秒。经纬仪虽然种类多，但测角原理相同，其基本结构也大致相同，目前，DJ 6 型光学经纬仪在建筑工程测量中最常用，其次是 DJ2 型光学经纬仪和电子经纬仪。所以，本章主要介绍 DJ6 型光学经纬仪。
4、一、DJ 6 型光学经纬仪的构造180oB/27/A图 3-1如图 3-2，DJ 6 型光学经纬仪主要由照准部、水平度盘和基座三大部分组成。 （a） 图 3-21望远镜物镜；2望远镜目镜；3望远镜调焦螺旋；4准星；5照门；6望远镜固定扳手；7望远镜微动螺旋；8竖直度盘；9竖盘指标水准管；10竖盘指标水准管反光镜；11读数显微镜目镜；12支架；13水平轴；14竖轴；15照准部制动扳手；16 照准部微动螺旋；17水准管；18圆水准器；19水平度盘；20轴套固定螺旋；21脚螺旋；22基座；23三角形底版；24罗盘插座；25度盘轴套；26外轴；27度盘旋转轴套 28竖盘指标水准管微动螺旋; 29水平度
5、盘变换器；30竖盘指标水准管；31反光镜1照准部照准部是指经纬仪水平度盘上能绕竖轴旋转的部分。它主要由望远镜、支架、横轴、竖直度盘、读数设备、照准部水准管和竖轴等组成。(1)望远镜：它固连在仪器横轴上，可绕横轴俯仰转动从而照准高低不同的目标，并由望远镜制动螺旋和微动螺旋控制。(2)仪器横轴：安装在 U 型支架上，望远镜可绕仪器横轴俯仰转动。(3)竖直度盘：固定在水平轴的一端，与水平轴垂直，且二者中心重合，并随望远镜一起旋转，同时设有竖盘指标水准管及其微动螺旋，以控制竖盘指标。此系统用于测量竖直角。(4)读数设备：它为比较复杂的光学系统。光线由反光镜进入仪器，通过一系列透镜和棱镜，分别把水平度盘
6、和竖直度盘及测微器的分划影象，反映在望远镜旁的读数显微镜内，以便读取水平度盘和竖直度盘的读数。图 3-3 为 DJ6 型光学经纬仪的读数系统光路图。(5)照准部水准管：用来精确整平仪器。(6)仪器竖轴：又称照准部的旋转轴，插入基座上筒状形的轴套内，使整个照准部绕竖轴平稳地旋转。2水平度盘水平度盘是由光学玻璃制成的圆盘，其刻划为 0360 按顺时针方向注记，独立装于仪器竖轴上，套在基座上筒状形的轴套内，与竖轴垂直。 照准部与水平度盘的离合关系由水平度盘变换手轮来控制。当转动照准部时，水平度盘不随之转动。若要改变水平度盘读数，可以转动度盘变换手轮使水平度盘读数调到指定基座水平度盘 照准部（b）的读
7、数位置。 3基座基座是用来支承仪器并与三脚架连接的部件。主要包括轴座、轴座固定螺旋、脚螺旋、连接板等。转动脚螺旋，可使圆水准器和照准部水准管气泡居中。将三脚架头的连接螺旋旋进连接板，可使仪器与三脚架固连在一起。在连接螺旋下面的正中有一挂钩可悬挂垂球，当垂球尖端对准地面上欲测角度顶点的标志时，水平度盘的中心即位于该角顶点的铅垂线上。这项工作称为对中。为了提高对中精度和对中时不受风力影响，有的光学经纬仪装有光学对中器，代替垂球进行对中。如图 3-4 所示，它是由目镜、分划板、物镜和转向棱镜组成的小型折式望远镜。一般装在仪器的基座或照准部上。使用时先将仪器整平，再通过调焦使地面点清晰，并移动基座使对
8、中器中的十字丝或小圆圈中心对准地面标志中心。二、 DJ6 型光学经纬仪的读数装置和读数方法光学经纬仪上的水平度盘和竖直度盘都是用玻璃制成的圆盘，一般把整个圆周划分为360。最小度盘分划值一般为 60或 30，即每隔 60或 30有一条分划线，每度注记数字。度盘上小于度盘分划值的读数利用测微器读出。常见的光学经纬仪上的测微装置有分微尺、单平板玻璃测微器和度盘对径分划重合读数三种。其中 DJ6 型光学经纬仪常用前两种方式。其读数方法如下：1 分微尺测微器的读数方法装有分微尺的经纬仪，在读数显微镜内能看到两条带有分划的分微尺以及水平度盘和竖直度盘的分划影象，如图 3-5 所示，根据上下半部刻划可分别
9、读出水平与竖直度盘的读数。两度盘分划值均为 1，正好等于分微尺全长，显然，分微尺全长读数值亦为 1。分微尺等分成 6 大格，等分线依次注一数字，从 06，每大格再分为 10 小格。因此，该读数窗读数可精确到 1，估读到 6（即 0.1） 。读数时，应先调节读数显微镜调焦螺旋与反光镜使读数清晰亮度合适，然后根据在分微尺上重叠的度盘分划线上的注记读出整度数，再根据该分划线与分微尺上 0 注记之间的刻划读出分和秒。如图 3-5 所示，其水平度盘读数为 1640630，竖直度盘读数为 865142。123456图 3-41目镜；2分划板；3物镜；4旋转棱镜；5竖轴轴线；6光学垂线图 3-31目镜；2十
10、字丝；3对光透镜；4竖直度盘；5读数指标；6测微分划尺；7平板玻璃；8反光镜；9读数显微目镜；10物镜；11水平度盘（二）单平板玻璃测微器的读数方法如图 3-6 所示，该读数窗由三部分组成，上面小窗口有测微尺分划和较长的单指标线，中间窗口有竖直度盘分划和双指标线，下面窗口有水平度盘分划和双指标线。显然，度盘分划值为 30，每度指标线上有注记。测微尺全长读数值亦为30，再将其分成 30 大格，大格分划线逢5 的倍数注一相应数字，每大格又分成三小格，因此，该读数窗读数可精确到20，估读到 2。单平板玻璃测微器的读数方法是：望远镜瞄准目标后，先转动测微轮，使度盘上某一分划精确移至双指标线的中央，读取
11、该分划的度盘读数，再在测微尺上根据单指标线读取 30以下的分、秒数，两数相加，即得完整的度盘读数。如图 3-6（a）所示的水平度盘读数为 5+1154=51154；图 3-6（b）所示的竖直度盘读数为 92+2154=922154。三、 DJ2 型光学经纬仪简介DJ2 型光学经纬仪精度较高，常用于国家较高等级平面控制测量和精密工程测量。图3-7 是苏州第一光学仪器厂生产的 DJ2 型光学经纬仪的外形，与 DJ6 型光学经纬仪相比，在结构上除望远镜的放大倍数较大，照准部水准管的灵敏度较高外，主要是读数设备及读数方法不同。另外，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
12、种影象，如果要读另一种，就要转动换像手轮，使读数显微镜中出现需要读数的度盘影像。在 DJ2 型光学经纬仪中，一般都采用度盘对径分划重合的读数设备和方法，读数精度明显提高。现将常见读数形式和方法介绍如下：第一种，如图 3-8 所示，大窗为度盘的影像，仍然是每度做一注记，每度分三格，度盘分划为 20。小窗为测微尺的影像，左边注记数字从 0 到 10 以 1为单位，右边注记数字水 平竖 直图 3-5（a） (b)图 3-6从 0 到 10 以 10为单位，最小分划为 1，可估读到 0.1。当转动测微轮，使测微尺读数由 0移动到 10时，度盘正、倒像的分划线向相反的方向各移动半格（相当于 10） 。读
13、数时，先转动测微轮，使正、倒像的分划线精确重合，然后找出邻近的正、倒像相差 180的分划线，并注意正像应在左侧，倒像在右侧，此时便可读出度盘的度数，即正像分划的数字；再数出正像的分划线与倒像的分划线之间的格数，乘以度盘分划值的一半（因正倒像相对移动） ，即 10便得出度盘读数的 10数；最后从左边小窗中的测微尺上读取不足 10的分数和秒数，其中分数和 10数根据单指标线的位置和注记数字直接读出，估读到 0.1。如图 3-8（a）所示，正、倒像的分划线没有精确重合，不能读数；应使用测微轮将其调节成如图 3-8（b）所示，其读数为 622848.3。(a) (b)图 3-8678910235445
14、图 3-71竖盘指标水准管观察镜；2测微轮；3竖盘指标水准管微动螺旋；4光学对点器；5水平度盘反光镜；6望远镜制动螺旋；7光学瞄准器；8望远镜微动螺旋；9换象手轮；10照准部；11水平度盘变换手轮；12竖盘反光镜；13轴座固定螺旋；14照准部微动螺旋；15照准部水准管；16读数显微镜；第二种，如图 3-9 所示，其读数原理同第一种，所不同的是采用了数字化读数。其左下侧小窗为测微窗，读数方法完全同第一种（图中为714.9） ；右下侧小窗为度盘对径分划线重合后的影象，没有注记，但在读数时必须转动测微轮使上下线精确重合才可以读数；上面的小窗左侧的数字为度盘读数，中间偏下的数字为整 10的注记（图中为
15、 7530） 。所以，图中所示度盘读数为 7530+714.9 =753714.9。四、 电子经纬仪简介电子经纬仪是在光学经纬仪的基础上发展起来的新一代测角仪器，它的主要特点是：（1）采用电子测角系统，实现了测角自动化、数字化，能将测量结果自动显示出来，减轻了劳动强度，提高了工作效率。（2）可与光电测距仪组合成全站型电子速测仪，配合适当的接口可将观测的数据输入计算机，实现数据处理和绘图自动化。1电子经纬仪测角原理电子经纬仪仍然是采用度盘来进行测角的。与光学测角仪器不同的是，电子测角是从度盘上取得电信号，根据电信号再转换成角度，并自动以数字方式输出，显示在显示器上。电子测角度盘根据取得信号的方式不同，可分为光栅度盘测角、编码度盘测角、和电栅度盘测角等。图 3-10 为 DJ2 级电子经纬仪，该仪器采用光栅度盘测角，水平、竖直度盘显示读数分辨率为 1，测角精度可达 2。图 3-11 为液晶显示窗和操作键盘。键盘上有 6 个键，可发出不同指令。液晶显示窗中可显示提示内容、竖直角（V）和水平角（H R） 。2电子经纬仪的使用图 3-9图 3-101粗瞄准器；2物镜；3水平微动螺旋；4水平制动螺旋；5液晶显示屏；6基座固定螺旋
