经纬仪及其使用要求.docx
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经纬仪及其使用要求
经纬仪及其使用
介绍光学经纬仪的种类，重点介绍J6级光学经纬仪的构造和使用方法。
学习水平角，竖直角的测量原理和使用经纬仪测量的方法，经纬仪的检验与校正方法，使用经纬仪测量角时应注意的事项，学习用经纬仪进行视距测量的方法。
第一节光学经纬仪的构造
光学经纬仪具有精度高、体积小、重量轻、密封性好和使用方便等优点，并采用玻璃度盘和光学测微装置，故有读数准确和使用方便等优点，已普遍取代了精度低、使用金属度盘及游标读数的游标经纬仪。
光学经纬仪有很多类型，按精度系列可分为J07、J1、J2、J6、J15、J60等6个等级，“J”是经纬仪的代号，下标数字为该仪器一测回方向中误差，单位为秒。
下面着重介绍适用于地形测量和一般工程测量中常用的J6级经纬仪。
一、J6级光学经纬仪的构造
主要由照准部、水平度盘和基座三部分组成，如图4-1为杭州红旗光学仪器厂生产的
图4-1CJH-1型J6级经纬仪
1．读数显微镜2．.瞄准架3．望远镜4．度盘离合扳钮5．脚螺旋6、三角座7．水平度盘水准器8．反光镜9．竖盘指标水准管10．长反光镜11．望远镜制动板钮12．望远镜微动螺旋13．照准部微动螺旋14．轴座固定螺旋15．水平度盘16．竖盘指标水准管微动螺旋17．竖轴18．中轴套19．照准部制动扳钮
CJH-1型J6级经纬仪。
（一）照准部
为经纬仪上部可转动的部分，由望远镜3、横轴、竖盘、支架、竖轴17、水平度盘水准器7以及光学读数系统等组成。
望远镜在支架上可绕横轴作仰俯转动，并由望远镜制动板钮11和微动螺旋12控制。
竖直度盘、横轴与望远镜连成一体，随望远镜一起转动。
在竖直度盘同侧支架上设有竖盘指标水准管9，用以指示竖盘指标的标准位置，可用竖盘指标水准管微动螺旋16进行调节。
照准部下端的竖轴17插入中轴套18内，中轴套下端与轴座固连，置于基座内，用轴座固定螺旋14紧固，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，并由水平制动板钮19和微动螺旋13控制其转动。
为了整平仪器，照准部上设有水平度盘水准器7。
（二）水平度盘
水平度盘15是用优质玻璃制成，盘上按顺时针方向刻有从0°—360°的分划，度盘分划值为1°，用来测量水平角。
水平度盘与一金属的空心轴套（称外轴）结合，套在中轴套18之外。
通常水平度盘15是静止的，不随照准部一起转动。
若要它转动，可按下水平度盘离合板钮（也称复测板钮）4，使水平度盘与照准部结合在一起，这样，水平度盘能随照准部一起转动。
如不需要度盘一起转动时，可将离合板钮4板上，使水平度盘和照准部脱离。
有许多经纬仪不设水平度盘离合板钮4，而设置一个水平度盘变位手轮，转动手轮，水平度盘即随之转动。
（三）基座
基座上有三个用作整平仪器的脚螺旋5。
基座借助中心螺旋与三脚架头连接。
二、J6级光学经纬仪的读数方法
J6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，就象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。
J6级光学经纬仪的读数方法可分为下列两种。
（一）分微尺测微器及其读数法
图4-2为CJH-1型光学经纬仪读数系统光路图。
光线经反光镜1反射进入进光窗2后光分两路：
一路经照明棱镜3照亮了竖盘4的分划，经转向棱镜5和竖盘物镜组6以及转向棱镜7将竖盘分划线成象在刻有分微尺的指标镜8的平面上，再经过转向棱镜9和转象透镜10在读数显微镜目镜的焦平面上成象；另一路光线经转向棱镜12的折射，透镜13的聚光，照亮水平度盘14，经转向棱镜15，和水平度盘物镜组16，以及转向棱镜17，将水平度盘的分划线也成象在指标镜8上，此后的光路与竖盘光路相平行。
如图4-3所示，度盘分划值为1°，图中115和116两根分划线为水平度盘的象，47和48的两根分划线为竖盘的象。
分微尺为以1°弧长分成60格，因此，分微尺最小分划值为1′，可估读至0.1′。
读数时，先调节读数显微镜目镜，使度盘和分微尽分划线均很清晰，然后先读出位于分微尺中的度盘分划线的注记度数，再以度盘分划线为指标，在分微尺上读取分数，估读秒数，两者相加即得度盘读数。
如图4-3中水平度盘读数为115°56′0″，竖盘读数为48°09′0″。
采用上述读数方法的除我国多数厂家生产的J6级经纬仪外，还有蔡司030、020、意大利T4150等光学经纬仪也都采用这种读数方法。
（二）单平板玻璃测微器及其读数方法
北光DJ6-1光学经纬是采用这种读数方法，图4-4是它的读数系统光路图。
从图中可以看出，与分微尺测微器在构造上不同的地方是：
经过竖盘的光线先折向水平度盘，然后与水平度盘的光线一起转向指标镜1；在光路系统中增设一块可以偏转的平板玻璃2，和一块与平板玻璃构造上相连的扇形测微分划板3，转动测微手轮4，平板玻璃2和测微分划板3就绕同一轴转动一角度，使通过平板玻璃的光线平行移动一段微小的距离。
其移动量可从测微分划板的摆动幅度得出。
转动测微手轮时，在读数显微镜中可以看到度盘分划象和测微分划板上测微尺的象，同时相对于指标镜上的指标线移动。
度盘分划象移动一格，恰好是测微尺的象移动整尺段。
故度盘上不足一个分划的读数可以根据测微尺读取。
该仪器度盘最小分划值为30′，注记至度。
测微尺上最小分划值为20′，估读四分之一格（5″），每5′一注记，整尺段为30′。
读数时，先转动测微手轮，使度盘上某一分划线精确地夹在双丝指标的中间并读取该分划的度盘读数，然后再加上单丝指标处的读数。
如图4-5（a）中，水平度盘读数为29°30′+23′20″=29°53′20″；图4-5（b）中，竖直读数为117°+02′10″=117°02′10″。
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中心与测站点位于同一铅垂线上。
其操作步骤为：
（1）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。
（2）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。
（3）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（图4-6（a））。
转动这二个脚螺旋，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（4-6（b））。
（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，使地面标志点成象清晰。
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，调节三脚架腿的长度，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。
（三）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，使十字丝成象清晰。
（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，通过望远镜上的照门和准星对准目标，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，使目标成象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
旋转微动蚴旋，使十字丝纵丝准确对准目标。
（四）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，使读数窗成象清晰，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
观测水平角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4-7所示，通过地面上AO、BO的垂直面投影到水面P上为A1O1、B1O1，则∠A1O1B1=β，便是地面上OA与OB两方向间的水平角。
为了测出水平角β，可在过O点铅垂线上任一点O2处，放置一个有刻度的水平圆盘，使其中心与O2重合，则过OA、OB两竖直面与圆盘交线上的读数设为a和b，如圆盘上的分划为顺时针方向注记，则得水平角：
β=b－a
二、水平角测量方法
水平角观测的方法常用的有测回法和全圆测回法两种。
（一）测回法
测回法适用于观测两个方向之间的单角，如图4-8
所示为采用测回法观测水平角∠MON的操作步骤：
在测站O点安置经纬仪，以盘左位置（竖盘在望远镜视准方向的左侧）照准目标M，读取水平度盘读数左，以顺时针方向转动照准部照准目标N，读取水平度盘读数左，则盘左所测的角值为：
∠MON左=左－左
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。
作下半测回时，先照准左目标N，逆时针方向转动照准部照准目标M，设水水度盘读数分别为右、左，则下半测回角值：
∠MON右=右－右
用J6级经纬仪观测水平角上、下两个半测回角值差（称不符值）应≤±40″。
达到精度要求取平均值作为一测回的结果，即
∠AOM=（∠AOM左＋∠AOM右）
表4-1是测回法水平角观测手簿。
为提高角度观测的精度，往往需观测几个测回。
为了减少度盘分划不均匀误差对测角的
影响，要求每个测回之间将度盘变换（为测回数）。
如=2时，各测回起始方向的
度盘读数应相差90°。
为了操作和计算方便，应使第一测回起始方向的度盘读数常略大于0°，如表4-1为进行两个测回的观测记录，第一测回起始方向（盘左位置）度盘读数为0°01′30″，第二测回起始方向的度盘读数应为90°略多，表中为90°02′36″。
为此，对于设有水平度盘离合报钮或设有水平度盘变换手轮的仪器，则应使用水平度盘离合报钮或水平度盘变换手轮，使各测回起始方向的度盘读数等于所需要设置的读数。
在计算角值时，如右目标度盘读数小于左目标度盘读数时，则应在右目标度盘读数中加360°再减左目标度盘读数。
表4-1水平角观测手簿（测回法）
测站
竖盘位置
目标
水平度盘读数
半测回角值
一测回去角值
各测回平均角值
备注
0
左
M
0°01′30″
68°05′42″
68°05′45″
68°05′44″
N
68°07′12″
右
M
180°01′42″
68°05′48″
N
248°07′30″
左
M
90°02′36″
68°05′36″
68°05′42″
N
158°08′12″
右
M
270°02′48″
68°05′48″
N
338°08′36″
（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，如图4-9，一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，即全圆的意见。
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“，如图中OA为起始方向，也称零方向。
观测步骤如下：
（1）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。
（2）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。
以上观测过程为
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