土木工程測(cè)量

土木工程丈量CivilEngineeringSurvey第三章角度測(cè)量角度丈量分為程度角〔horizontalangle〕丈量與豎直角(verticalangle)丈量。常用儀器是光學(xué)經(jīng)緯儀(theodolite)、電子經(jīng)緯儀(electronictheodolite,簡(jiǎn)記為ET)及全站儀(totalstation,簡(jiǎn)記為TS)等。程度角丈量用于求算點(diǎn)的平面坐標(biāo)，豎直角丈量用于測(cè)定高差或?qū)A斜間隔改化成程度間隔等。3.1程度角丈量原理地面上一點(diǎn)至兩目的的兩條方向線在程度面上投影的夾角，稱為程度角，工程丈量中程度角通常用β表示，其取值范圍為0°～360°。如下圖，為了測(cè)出地面上一點(diǎn)C與兩目的A和B所夾的程度角，以過C點(diǎn)的鉛垂線上任一點(diǎn)O為中心，程度地放置一個(gè)帶有刻度的圓盤，經(jīng)過CA、CB，各作一豎直面，設(shè)這兩個(gè)豎直面在刻度盤上截取的讀數(shù)分別為a和b，那么所求程度角之值為β=b-a。程度角丈量原理3.2DJ6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀的種類繁多，如按任務(wù)原理區(qū)分，可以分成光學(xué)經(jīng)緯儀和電子經(jīng)緯儀。如今工程中大量運(yùn)用的是光學(xué)經(jīng)緯儀，但電子經(jīng)緯儀開展很快，且在價(jià)錢上已與同級(jí)光經(jīng)緯儀相當(dāng)甚至更低，具有很大的開展?jié)摿?。我國?duì)經(jīng)緯儀編制了系列規(guī)范，分為DJ07，DJ1、DJ2、DJ6等級(jí)別。其中D、J分別為“大地丈量〞和“經(jīng)緯儀〞的漢語拼音第一個(gè)字母，07，2、6等數(shù)字，表示該儀器所能到達(dá)的精度目的。如DJ6表示一測(cè)回程度方向中誤差不超越6″。3.2.1、DJ6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀構(gòu)造DJ6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀是目前工程上運(yùn)用最為廣泛的經(jīng)緯儀。它由基座，程度度盤和照準(zhǔn)部三部分組成。1－望遠(yuǎn)鏡物鏡；2－豎直制動(dòng)扳手；3－豎直微動(dòng)螺旋；4－程度微動(dòng)螺旋；5－軸座銜接螺旋；6－腳螺旋；7－復(fù)測(cè)器扳手；8－管水準(zhǔn)器；9－讀數(shù)顯微鏡；10－望遠(yuǎn)鏡目鏡；11－物鏡對(duì)光螺旋；12－豎盤目的水準(zhǔn)管；13－反光鏡；14－測(cè)微輪；15－程度制動(dòng)扳手；16－豎盤目的水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋17－豎盤外殼。(1)基座其上有三個(gè)腳螺旋，用來整平儀器，操作方法與水準(zhǔn)儀整平根本一樣。(2)程度度盤程度度盤是光學(xué)玻璃制成的圓環(huán)，用來丈量程度角。其上刻有從0°～360°的分劃線，順時(shí)針方向注記，相鄰兩分劃線間的格值普通為1°。經(jīng)緯儀上通常設(shè)有復(fù)測(cè)系統(tǒng)，常用的有復(fù)測(cè)扳手和撥盤手輪兩種。復(fù)測(cè)的目的是多次變換起始目的在程度度盤上的位置，反復(fù)測(cè)角，以減少度盤分劃不均勻?qū)φ闪拷Y(jié)果的影響。當(dāng)復(fù)測(cè)扳手扳上時(shí)，程度度盤與照準(zhǔn)部分離，照準(zhǔn)部轉(zhuǎn)動(dòng)而度盤不動(dòng)。當(dāng)復(fù)測(cè)扳手扳下時(shí)，程度度盤與照準(zhǔn)部結(jié)合在一同，沒有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，無論照準(zhǔn)部如何轉(zhuǎn)動(dòng)，度盤讀數(shù)不變。采用拔盤手輪的經(jīng)緯儀，可以在照準(zhǔn)部不動(dòng)的情況下，撥動(dòng)程度度盤，從而改動(dòng)起始目的的讀數(shù)?！?〕照準(zhǔn)部照準(zhǔn)部包括望遠(yuǎn)鏡及其支架、豎盤、測(cè)微安裝、照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管、豎軸等。望遠(yuǎn)鏡〔提供視準(zhǔn)軸CC〕與裝在支架上的橫軸〔幾何軸線為HH〕固結(jié)，可繞橫軸俯仰。豎軸〔幾何軸線為VV〕插在軸套內(nèi)，可使整個(gè)照準(zhǔn)部繞豎軸作程度方向回轉(zhuǎn)。經(jīng)緯儀的構(gòu)造確保CC⊥HH，同時(shí)HH⊥VV。于是，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡繞橫軸旋轉(zhuǎn)其視野將掃過一個(gè)鉛垂面。這就是經(jīng)緯儀可以進(jìn)展工程構(gòu)造物豎直度校正的根底。經(jīng)緯儀的軸線關(guān)系豎盤安裝包括豎盤及其讀數(shù)設(shè)備，用于豎角丈量。測(cè)微安裝用來讀取平盤和豎盤的數(shù)值，可以估讀到0.1′，即6″。另外，在經(jīng)緯儀上還設(shè)有光學(xué)對(duì)中器，以便將經(jīng)緯儀的豎軸安頓在測(cè)角頂點(diǎn)的垂線上。DJ6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀3.2.2、讀數(shù)方法讀數(shù)的主要設(shè)備為讀數(shù)窗內(nèi)的分微尺，如下圖，上面的窗格里是程度度盤及分微尺的影像，用“Hz〞表示；下面的窗格里是豎直度盤和分微尺的影像，用“V〞表示。程度度盤與豎直度盤上1°的分劃間隔，成像后與分微尺的全長相等，分微尺分成60等分，每格表示1′，可估讀到0.1′，即6″，所以，這類DJ6級(jí)經(jīng)緯儀的讀到的秒值必是6″的整數(shù)倍。讀數(shù)時(shí)，首先由落在分微尺上的度盤分劃值讀出整度數(shù)；再由分微尺讀出其零線至該度盤刻劃線間的整分值及估讀的秒值；最后，將兩者相加，即得最終讀數(shù)值。圖3.2-3中，平盤的讀數(shù)值是，而豎盤的讀數(shù)是〔工程丈量中要求分和秒的值必需寫成兩位，以減少錯(cuò)誤〕。DJ6經(jīng)緯儀的讀數(shù)3.3DJ2級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀在構(gòu)造上，除望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)稍大〔30倍〕，照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管靈敏度較高〔分劃值為20″/2mm〕、度盤格值更精細(xì)外，主要表現(xiàn)為讀數(shù)設(shè)備的不同。DJ2級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀的讀數(shù)設(shè)備有如下兩個(gè)特點(diǎn)：(1)DJ6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀采用單目的讀數(shù)，受度盤偏心的影響。DJ2級(jí)經(jīng)緯儀采用對(duì)徑重合讀數(shù)法，相當(dāng)于利用度盤上相差180°的兩個(gè)目的讀數(shù)并取其平均值，可消除度盤偏心的影響。(2)DJ2級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀在讀數(shù)顯微鏡中只能看到程度度盤或豎直度盤中的一種，讀數(shù)時(shí)，必需經(jīng)過轉(zhuǎn)動(dòng)換像手輪，選擇所需求的度盤影像。以下簡(jiǎn)介DJ2經(jīng)緯儀的讀數(shù)方法。如下圖，瞄準(zhǔn)目的后調(diào)理經(jīng)緯儀上的測(cè)微輪〔此時(shí)照準(zhǔn)部已固定〕，使度盤正倒像準(zhǔn)確吻合。首先從讀數(shù)窗中讀取整度數(shù)74；再從“分〞讀數(shù)的十位和個(gè)位得到整分?jǐn)?shù)47；最后從“秒〞讀數(shù)的十位和分劃線得到秒的整數(shù)值及估計(jì)值16.0″；最終讀數(shù)即為74°47′16.0″。顯然，這種經(jīng)緯儀可以估讀的最小值是0.1″。分讀數(shù)的個(gè)位分讀數(shù)的十位度盤正倒像吻合分讀數(shù)的十位3.4程度角觀測(cè)3.4.1、經(jīng)緯儀安頓用經(jīng)緯儀觀測(cè)程度角，應(yīng)先將經(jīng)緯儀安頓在角的頂點(diǎn)上，安頓儀器包括對(duì)中和整平兩項(xiàng)內(nèi)容，現(xiàn)分述如下?！?〕、對(duì)中〔centering〕對(duì)中可以采用垂球(suspendedweight)和光學(xué)對(duì)中器(opticalplummet)。垂球通常懸掛在三腳架上，用垂球?qū)χ袝r(shí)，懸掛垂球的線長要調(diào)理適宜，對(duì)中誤差普通可小于3mm。要求準(zhǔn)確對(duì)中時(shí)，應(yīng)運(yùn)用光學(xué)對(duì)中器，其對(duì)中誤差不應(yīng)大于1mm。運(yùn)用光學(xué)對(duì)中時(shí)，首先旋轉(zhuǎn)對(duì)中器的目鏡，使分劃板的刻劃圈明晰；再推進(jìn)或拉出對(duì)中器的目鏡管，使地面點(diǎn)標(biāo)志呈像明晰；然后在架頭上平移經(jīng)緯儀，直到地面標(biāo)志中心與對(duì)中器刻劃圈中心重合?！?〕、整平〔leveling-up〕整平是利用基座上三個(gè)腳螺旋(或稱整平螺旋)使照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管氣泡居中，從而使豎軸豎直。整平誤差，即整平后氣泡的偏離量，最大不應(yīng)超越一格。整平與對(duì)中這兩步任務(wù)需反復(fù)交替進(jìn)展，才干滿足安頓儀器的精度要求。〔3〕、瞄準(zhǔn)〔alignment〕先松開望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺旋和照準(zhǔn)部程度制動(dòng)螺旋，將望遠(yuǎn)鏡指向天空，調(diào)理目鏡使十字絲明晰〔由于丈量員的視力根本穩(wěn)定，這項(xiàng)任務(wù)不需每次瞄準(zhǔn)都做〕。然后經(jīng)過瞄準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)目的，使目的成像在望遠(yuǎn)鏡中近于中央的部位，旋緊照準(zhǔn)部和望遠(yuǎn)鏡制動(dòng)螺旋。轉(zhuǎn)動(dòng)物鏡對(duì)光螺旋，使目的成像明晰并留意消除視差。最后，用望遠(yuǎn)鏡豎直微動(dòng)螺旋和照準(zhǔn)部程度微動(dòng)螺旋準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)目的。瞄準(zhǔn)時(shí)應(yīng)盡量瞄準(zhǔn)目的位置固定的底部，以減少目的偏心差。3.4.2、測(cè)回法觀測(cè)程度角測(cè)回法常用于丈量?jī)蓚€(gè)方向之間的單角，下面以圖中丈量∠123為例，闡明其步驟。測(cè)回法測(cè)角〔1〕、在角的頂點(diǎn)2上安頓經(jīng)緯儀，對(duì)中、整平?！?〕、將經(jīng)緯儀安頓成盤左位置〔豎盤在望遠(yuǎn)鏡左側(cè)，又稱正鏡〕。轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部并俯俯視遠(yuǎn)鏡，準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)左側(cè)目的點(diǎn)1，讀取程度度盤讀數(shù)aL=0°12′42″，記入測(cè)回法觀測(cè)手簿。〔3〕、松開照準(zhǔn)部程度制動(dòng)螺旋，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部至右側(cè)目的3，讀取程度度盤讀數(shù)bL=38°48′06″，記入手簿；那么角值βL=bL-aL=38°35′24″，記入觀測(cè)手簿中“半測(cè)回角值欄〞中。至此，完成上半測(cè)回的觀測(cè)，βL為上半測(cè)回得的角值。〔4〕、松開制動(dòng)螺旋，倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡成盤右位置〔豎盤在望遠(yuǎn)鏡右側(cè)，又稱倒鏡〕。首先轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部瞄準(zhǔn)右側(cè)目的3，讀取程度度盤讀數(shù)bR=218°48′36″，記入手簿?！?〕、逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，瞄準(zhǔn)左側(cè)目的1，讀取程度度盤讀數(shù)aR=180°12′54″，記入手簿，那么角值βR=38°25′42″。測(cè)回法記錄手薄上、下半測(cè)回合為一個(gè)測(cè)回(observationset)。當(dāng)用DJ6級(jí)光學(xué)經(jīng)緯儀觀測(cè)時(shí)，βL與βR之差的絕對(duì)值應(yīng)不大于40″。如符合要求，取兩個(gè)半測(cè)回角值的平均值作為該測(cè)回的最后結(jié)果：為了提高測(cè)角精度，往往要觀測(cè)多個(gè)測(cè)回。為了減少度盤分劃誤差的影響，各測(cè)回之間應(yīng)根據(jù)測(cè)回?cái)?shù)，按下式變換程度度盤位置。例如，欲觀測(cè)兩個(gè)測(cè)回，那么第一測(cè)回的起始方向讀數(shù)可安頓在略大于0°處；第二測(cè)回的起始方向讀數(shù)應(yīng)安頓在90°附近處。安頓程度度盤起始方向讀數(shù)為某一指定值的方法，按儀器構(gòu)造的不同而異。對(duì)于裝有復(fù)測(cè)扳鈕的經(jīng)緯儀，先扳上復(fù)測(cè)扳鈕，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，使程度度盤置于所需求的讀數(shù)，然后扳下復(fù)測(cè)扳鈕，此時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，程度度盤讀數(shù)堅(jiān)持不變，當(dāng)瞄準(zhǔn)目的后，再將復(fù)測(cè)扳鈕往上扳，即可繼續(xù)進(jìn)展觀測(cè)。對(duì)于安裝有程度度盤位置變換手輪的經(jīng)緯儀，先轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，用望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)目的，然后轉(zhuǎn)動(dòng)程度度盤位置變換手輪，使程度度盤讀數(shù)為所需求的度盤讀數(shù)，隨即關(guān)上程度度盤位置變換手輪的護(hù)罩，以防在觀測(cè)過程中碰動(dòng)該手輪。有些經(jīng)緯儀的程度度盤位置變換手輪裝有彈簧維護(hù)安裝，運(yùn)用時(shí)將手輪推壓進(jìn)去，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，使程度度盤轉(zhuǎn)到所需求的讀數(shù)，然后松開手輪，即可繼續(xù)進(jìn)展觀測(cè)。當(dāng)觀測(cè)兩個(gè)或兩個(gè)以上測(cè)回時(shí)，各測(cè)回所測(cè)得的角值之差，對(duì)于DJ6級(jí)經(jīng)緯儀應(yīng)不大于24″。經(jīng)檢驗(yàn)合格后，取各測(cè)回角值的平均值作為最后結(jié)果，記入觀測(cè)手簿中“各測(cè)回平均角值〞欄內(nèi)。3.4.3、方向觀測(cè)法觀測(cè)程度角在一個(gè)測(cè)站上，當(dāng)觀測(cè)方向超越兩個(gè)時(shí)，常采用方向觀測(cè)法。用此方法觀測(cè)時(shí)，在依次觀測(cè)所需的各個(gè)目的之后，應(yīng)再次觀測(cè)起始方向〔稱為歸零〕，故這種方法也稱為全圓方向法。如圖，O為測(cè)站點(diǎn)，A、B、C、D為目的點(diǎn)，欲測(cè)定O到各目的及各目的之間的程度角，觀測(cè)步驟如下：〔1〕、將經(jīng)緯儀安頓于O點(diǎn)，對(duì)中、整平?！?〕、選擇間隔較遠(yuǎn)的點(diǎn)作為起始方向，稱為零方向，本例中選擇A為起始方向。用盤左位置瞄準(zhǔn)A點(diǎn)，設(shè)置程度度盤位置〔0°01′06″〕，記入方向觀測(cè)法記錄手簿?！?〕、松開程度制動(dòng)螺旋，順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，依次瞄準(zhǔn)B、C、D三個(gè)目的點(diǎn)，并讀數(shù)、記錄。繼續(xù)順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，再次瞄準(zhǔn)A點(diǎn)，稱為歸零，并讀數(shù)〔0°01′18″〕、記錄。至此，完成上半測(cè)回的觀測(cè)。A目的兩次讀數(shù)之差稱為半測(cè)回歸零差，其限值見方向觀測(cè)法記錄手簿?！?〕、倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡成盤右位置，瞄準(zhǔn)A點(diǎn)并讀數(shù)〔180°01′06″〕、記錄，然后逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部，依次瞄準(zhǔn)D、C、B、A各目的點(diǎn)，并讀數(shù)、記錄。至此，完成下半測(cè)回的觀測(cè)。上、下半測(cè)回合為一個(gè)測(cè)回。無論采用測(cè)回法或方向觀測(cè)法，在同一測(cè)回內(nèi)均不能第二次改動(dòng)程度度盤位置，需測(cè)多個(gè)測(cè)回時(shí)，各測(cè)回間設(shè)置起始目的點(diǎn)程度度盤位置。方向觀測(cè)法記錄手簿〔5〕、方向觀測(cè)法成果計(jì)算〔a〕、歸零差的計(jì)算分別計(jì)算上、下半測(cè)回歸零差，應(yīng)符合程度角方向觀測(cè)法的技術(shù)要求表要求。一旦超限，應(yīng)及時(shí)重測(cè)。如本例中，第一測(cè)回下半測(cè)回時(shí)，零方向歸零差為：〔b〕、兩倍照準(zhǔn)差2C計(jì)算同一方向盤左、盤右的讀數(shù)差值稱為兩倍照準(zhǔn)差2C，應(yīng)符合技術(shù)要求。2C＝盤左讀數(shù)－〔盤右讀數(shù)±180°〕如本例中，第一測(cè)回OA方向兩倍照準(zhǔn)差為：2C＝0°01′06″－〔180°01′00″±180°〕＝＋6″〔c〕、計(jì)算各方向平均讀數(shù)如本例中，第一測(cè)回OA方向的平均讀數(shù)為：由于起始方向有兩個(gè)平均讀數(shù)，故將這兩個(gè)值再取平均值記入“平均讀數(shù)〞一欄上方的括號(hào)內(nèi)?！瞕〕、計(jì)算歸零后的方向值將各方向的平均讀數(shù)減去括號(hào)內(nèi)的起始方向平均讀數(shù)，即得各方向歸零后的方向值。起始方向歸零后的方向值均化為0°00′00″。如本例中，第一測(cè)回OB方向歸零后的方向值為：〔e〕、計(jì)算各測(cè)回歸零后的方向值之平均值先檢驗(yàn)各測(cè)回歸零后的方向值之間的較差，如符合要求，那么計(jì)算平均值作為最后的觀測(cè)結(jié)果。如本例中，OB方向平均值為：〔f〕、計(jì)算程度角將各方向值之平均值相減，即可求得各方向間的程度角值。如本例中，3.4.4、程度角觀測(cè)規(guī)定〔1〕、程度角觀測(cè)所用經(jīng)緯儀，在作業(yè)前，應(yīng)進(jìn)展檢定?！?〕、程度角觀測(cè)宜用方向觀測(cè)法。當(dāng)方向數(shù)不多于3個(gè)時(shí)，可不歸零。〔3〕、程度角觀測(cè)過程中，氣泡中心位置偏離整置中心不宜超越一格。如超出上述規(guī)定，宜在測(cè)回間重新整置氣泡位置。〔4〕、程度角方向觀測(cè)法的技術(shù)要求，應(yīng)執(zhí)行表中的規(guī)定?！?〕、程度角觀測(cè)誤差超限時(shí)，應(yīng)在原來度盤位置上進(jìn)

行重測(cè)，并應(yīng)符合以下規(guī)定：〔a〕、兩倍照準(zhǔn)差變動(dòng)范圍或各測(cè)回較差超限時(shí)，應(yīng)重測(cè)超限方向，并聯(lián)測(cè)零方向。〔b〕、下半測(cè)回歸零差或零方向的兩倍照準(zhǔn)差變動(dòng)范圍超限時(shí)，應(yīng)重測(cè)該測(cè)回?！瞔〕、假設(shè)一測(cè)回中重測(cè)方向數(shù)超越總方向數(shù)的三分之一時(shí)，應(yīng)重測(cè)該測(cè)回。當(dāng)重測(cè)的測(cè)回?cái)?shù)超越總測(cè)回?cái)?shù)的三分之一時(shí)，應(yīng)重測(cè)該站。3.5豎直角觀測(cè)3.5.1、豎直角丈量原理豎直角是同一豎直面內(nèi)視野與程度線間的夾角，取值范圍為–90°～90°，視野向上傾斜，豎直角為仰角，符號(hào)為正；視野向下傾斜，豎直角為俯角，符號(hào)為負(fù)〔如下圖〕。豎直角丈量原理豎直角與程度角一樣，其角值也是度盤上兩個(gè)方向讀數(shù)之差。不同的是豎直角的兩個(gè)方向中必有一個(gè)是程度方向。工程中常用的經(jīng)緯儀，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸程度時(shí)，其豎盤讀數(shù)是一個(gè)固定值(90°或270°)，稱為始讀數(shù)。因此，在觀測(cè)豎直角時(shí)，只需觀測(cè)目的點(diǎn)一個(gè)方向并讀取豎盤讀數(shù)，便可算得該目的點(diǎn)的豎直角，而不用觀測(cè)程度方向。3.5.2、豎直度盤光學(xué)經(jīng)緯儀豎盤安裝包括：豎盤、豎盤目的、豎盤目的水準(zhǔn)管、豎盤目的水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋。豎盤固定在望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)軸的一側(cè)，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡在豎直面內(nèi)上、下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，豎盤也隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，而用來讀取豎盤讀數(shù)的目的那么永遠(yuǎn)豎直向下，不隨望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)動(dòng)。豎盤目的與目的水準(zhǔn)管連結(jié)在一個(gè)微動(dòng)架上，轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，可使目的在豎直面內(nèi)作微小挪動(dòng)。當(dāng)豎盤水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，目的就處于正確位置。常用光學(xué)經(jīng)緯儀的豎盤由一個(gè)光學(xué)玻璃圓環(huán)制成，上面有0°～360°的順時(shí)針分劃注記。當(dāng)豎盤水準(zhǔn)管氣泡居中且望遠(yuǎn)鏡視野程度時(shí)，盤左位置的豎盤讀數(shù)為90°，盤右應(yīng)為270°。3.5.3、豎直角的觀測(cè)和計(jì)算以右圖為例，討論豎直角的觀測(cè)方法。〔1〕、觀測(cè)〔a〕、儀器安頓于測(cè)站點(diǎn)O上，盤左使十字絲瞄準(zhǔn)目的點(diǎn)M?！瞓〕、旋轉(zhuǎn)豎盤目的水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，使豎盤目的水準(zhǔn)管氣泡居中〔有豎盤目的自動(dòng)歸零安裝時(shí)，本步可省略〕。讀取豎盤讀數(shù)L=71°55′06″，記入豎直角觀測(cè)手薄?！瞔〕、盤右位丈量，讀取豎盤讀數(shù)R=288°05′06″，記入手薄?！瞕〕、反復(fù)以上步驟，可丈量出目的點(diǎn)N處數(shù)據(jù)，記入手薄。豎直角觀測(cè)手薄〔2〕、豎直角計(jì)算豎直角是始讀數(shù)α與觀測(cè)目的的讀數(shù)之差。盤左、盤右時(shí)，始讀數(shù)分別為90°和270°。由于存在丈量誤差，實(shí)測(cè)值αL與αR不相等，取其平均值為一測(cè)回豎直角，最后：3.5.4、豎盤目的差當(dāng)望遠(yuǎn)鏡視野程度、豎盤目的水準(zhǔn)管氣泡居中時(shí)，其豎盤目的不指在90°或270°的位置，而與正確位置〔90°或270°〕相差一個(gè)小角度x,x稱為豎盤目的差。目的差x有正、負(fù)之分，規(guī)定當(dāng)豎盤目的偏于正確位置左側(cè)時(shí)，x為正；當(dāng)豎盤目的偏于正確位置右側(cè)時(shí)，x為負(fù)。當(dāng)x為正時(shí)，盤左時(shí)始讀數(shù)應(yīng)為90°+x，那么正確的豎直角應(yīng)為同樣，盤右時(shí)始讀數(shù)應(yīng)為270°+x，那么正確的豎直角應(yīng)為那么可推導(dǎo)出：由式〔C〕可知，不論經(jīng)緯儀能否存在目的差，只需用盤左、盤右取平均的方法觀測(cè)豎角，總能得到正確的豎角值。這種觀測(cè)方法適用于待觀測(cè)的豎角數(shù)目有限的情況。當(dāng)有大量的豎角需求丈量時(shí)，可以首先由盤左盤左觀測(cè)得到L和R，再按照式〔D〕求得目的差x，然后僅用正鏡〔或倒鏡〕丈量，最后根據(jù)式〔A〕〔或〔B〕〕對(duì)直接丈量結(jié)果進(jìn)展修正，得到正確的豎角值。目的差x可用來檢查觀測(cè)質(zhì)量，同一測(cè)站上觀測(cè)不同目的時(shí)，目的差的變動(dòng)范圍，對(duì)DJ6級(jí)經(jīng)緯儀來說不應(yīng)超越25″。3.5.5、豎盤目的自動(dòng)歸零的補(bǔ)償安裝豎盤目的差自動(dòng)歸零補(bǔ)償安裝的原理與自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀中的自動(dòng)安平補(bǔ)償原理根本一樣。它在目的和豎盤間懸吊一透鏡，當(dāng)視野程度時(shí)，目的處于鉛垂位置，經(jīng)過透鏡讀出正確讀數(shù)，如90°。當(dāng)儀器產(chǎn)生一微小傾斜后，由于透鏡被懸吊，它在重力作用下會(huì)擺動(dòng)至平衡位置，此時(shí)目的經(jīng)過透鏡的邊緣部分折射，仍能讀出90°的讀數(shù)，從而到達(dá)豎盤目的自動(dòng)歸零的目的。運(yùn)用這種經(jīng)緯儀觀測(cè)豎直角時(shí)，免除了調(diào)理豎盤目的水準(zhǔn)管氣泡居中的操作，從而能簡(jiǎn)化作業(yè)程序，提高任務(wù)效率。豎盤目的自動(dòng)歸零的補(bǔ)償范圍普通為2′。3.6程度角丈量的誤差有許多要素會(huì)引起程度角觀測(cè)誤差，研討這些誤差的成因及性質(zhì)從而找出控制誤差的方法，以提高觀測(cè)質(zhì)量，這是丈量任務(wù)的一個(gè)重要內(nèi)容。3.6.1、儀器誤差經(jīng)緯儀有照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸LL，豎軸VV，橫軸HH及視準(zhǔn)軸CC(這里的豎軸及橫軸不是指旋轉(zhuǎn)軸的實(shí)體，而指其幾何軸線)等幾條主要軸線。這些軸線應(yīng)滿足一定的幾何關(guān)系〔見右圖〕。在程度角丈量原理中提到，經(jīng)緯儀能置平，且置平后望遠(yuǎn)鏡高低俯仰時(shí)，其視準(zhǔn)軸應(yīng)掃出一豎直面。要滿足這一根本條件那么必需滿足：豎軸處在豎直形狀，即要求VV⊥LL；橫軸處于程度位置，故又有HH⊥VV；視準(zhǔn)軸垂直于橫軸，即CC⊥HH。〔1〕、視準(zhǔn)軸誤差〔照準(zhǔn)差〕望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸CC不垂直于橫軸HH時(shí)，其偏離垂直位置的角值c稱視準(zhǔn)誤差或照準(zhǔn)差。此時(shí)望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)時(shí)將掃出圓錐面，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡程度時(shí)程度角誤差最小。照準(zhǔn)差正、倒鏡相反，其影響可以用正、倒鏡觀測(cè)取平均值的方法來消除?！?〕、橫軸誤差〔支架差〕橫軸與豎軸不垂直時(shí)，望遠(yuǎn)鏡俯仰時(shí)將掃出斜平面，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡程度時(shí)程度角誤差為零。支架差正、倒鏡相反，其影響可以用正倒鏡觀測(cè)取平均值的方法來消除?！?〕、豎軸傾斜誤差在運(yùn)用經(jīng)緯儀時(shí)是以調(diào)平水準(zhǔn)管軸LL來實(shí)現(xiàn)VV軸豎直的。當(dāng)LL與VV不垂直時(shí)，即使LL程度，VV也不在鉛垂位置上。觀測(cè)角度時(shí)，儀器豎軸不處于鉛垂方向，而偏離一個(gè)δ角度，稱豎軸誤差。豎軸誤差無法用盤左、盤右取平均值的觀測(cè)方法消除，因此，在觀測(cè)前應(yīng)嚴(yán)厲檢驗(yàn)儀器，觀測(cè)時(shí)仔細(xì)整平，并一直堅(jiān)持照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管氣泡居中〔照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管氣泡偏離不超越1格〕。當(dāng)經(jīng)緯儀存在豎軸差時(shí)，只能經(jīng)過檢修儀器的方法消除其影響?！?〕、度盤偏心差照準(zhǔn)部旋轉(zhuǎn)中心與程度度盤分劃中心不重合，使讀數(shù)目的所指的讀數(shù)含有誤差，稱度盤偏心差。采用對(duì)徑分劃符合讀數(shù)可以消除度盤偏心差的影響〔如DJ2〕。對(duì)于單目的讀數(shù)的儀器〔如DJ6〕，可經(jīng)過盤左、盤右取平均值的方法來消偏心誤差?！?〕、度盤刻劃不均勻誤差由于儀器加工工藝不完善，度盤的刻劃總是或多或少存在誤差，這項(xiàng)誤差普通很小。為了提高測(cè)角精度，在觀測(cè)程度角時(shí)，利用復(fù)測(cè)器扳手或程度度盤位置變換手輪在多個(gè)測(cè)回之間按一定方式〔180°/n〕變換程度度盤起始位置的讀數(shù)，可以有效地減小度盤刻劃誤差的影響。3.6.2、觀測(cè)誤差〔1〕、對(duì)中誤差觀測(cè)程度角時(shí)，對(duì)中不準(zhǔn)確，使得儀器中心與測(cè)站點(diǎn)的標(biāo)志中心不在同一鉛垂線上會(huì)產(chǎn)生對(duì)中誤差，也稱測(cè)站偏心差。如下圖，設(shè)待測(cè)角為∠ABC，對(duì)中偏向e，實(shí)測(cè)角為∠AB′C，兩者之差即對(duì)中誤差。由圖可知：由上式可知，對(duì)中誤差的影響ε與偏心距成正比，與邊長成反比。當(dāng)β＝180°，θ＝90°時(shí)，ε角值最大。如假定此時(shí)e＝3mm，D1=D2=100m，那么對(duì)中誤差ε＝12.4″。這項(xiàng)誤差不能經(jīng)過觀測(cè)方法消除，所以測(cè)程度角時(shí)要仔細(xì)對(duì)中，在短邊丈量時(shí)更要嚴(yán)厲對(duì)中。〔2〕、目的偏心誤差目的偏心誤差是由于標(biāo)桿傾斜引起的。當(dāng)標(biāo)桿桿長為d，桿傾角為時(shí)，目的偏心差為：目的偏心誤差是由于標(biāo)桿傾斜引起的。當(dāng)標(biāo)桿桿長為d，桿傾角為α?xí)r，目的偏心差為：從上式可見，目的偏心誤差對(duì)程度角影響與e成正比，與邊長D成反比。為了減少這項(xiàng)誤差，測(cè)角時(shí)標(biāo)桿應(yīng)豎直，并盡能夠瞄準(zhǔn)標(biāo)志底部?！?〕、瞄準(zhǔn)誤差測(cè)角時(shí)由人眼經(jīng)過望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)目的產(chǎn)生的誤差稱為瞄準(zhǔn)誤差。人眼最小分辨視角60秒，J6望遠(yuǎn)鏡放大率V＝26倍，那么運(yùn)用J6經(jīng)緯儀時(shí)的瞄準(zhǔn)誤差為：瞄準(zhǔn)誤差無法消除，它取決于望遠(yuǎn)鏡的放大率V，人眼的分辨才干，目的的外形、大小、顏色、亮度等。因此，在程度角觀測(cè)時(shí)，除適中選擇經(jīng)緯儀外，還應(yīng)盡量選擇適宜的標(biāo)志、有利的氣候條件和觀測(cè)時(shí)間，并仔細(xì)瞄準(zhǔn)以減小誤差?！?〕、讀數(shù)誤差讀數(shù)誤差與讀數(shù)設(shè)備、照明情況和觀測(cè)者的閱歷有關(guān)，其中主要取決于讀數(shù)設(shè)備。人眼可估讀到讀數(shù)安裝最小格值〔t〕的非常之一，以此作為讀數(shù)誤差對(duì)DJ6經(jīng)緯儀讀數(shù)誤差為±6″。3.6.3、外界條件的影響角度觀測(cè)在一定的外界條件下進(jìn)展，外界條件對(duì)觀測(cè)質(zhì)量有直接影響，如松軟的土壤和大風(fēng)影響儀器的穩(wěn)定，日曬和溫度變化影響水準(zhǔn)管氣泡的運(yùn)動(dòng)，大氣層受地面熱幅射會(huì)引起目的影像的跳動(dòng)等。這些都會(huì)給角度丈量帶來誤差，因此，應(yīng)選擇有利的觀測(cè)條件，盡量防止不利要素對(duì)角度丈量的影響。3.6.4、程度角觀測(cè)本卷須知〔1〕、儀器安頓的高度應(yīng)適宜，腳架應(yīng)踩實(shí)，中心螺旋擰緊，觀測(cè)時(shí)手不扶腳架，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部及運(yùn)用各種螺旋時(shí)，用力要輕?！?〕、觀測(cè)目的的高度相差較大，特別要留意儀器整平?！?〕、對(duì)中要準(zhǔn)確。測(cè)角精度要求越高，或邊長越短，那么對(duì)中要求越嚴(yán)厲?！?〕、觀測(cè)時(shí)要消除視差，盡量用十字絲交點(diǎn)照準(zhǔn)目的底部?！?〕、按觀測(cè)順序記錄程度度盤讀數(shù)，留意檢查限差。發(fā)現(xiàn)超限，立刻重測(cè)?！?〕、水準(zhǔn)管氣泡應(yīng)在觀測(cè)前調(diào)好，一測(cè)回過程中不允許再調(diào)，如氣泡偏離中心超越一格時(shí)，應(yīng)再次整平重測(cè)該測(cè)回。3.7經(jīng)緯儀的檢驗(yàn)和校正經(jīng)緯儀在運(yùn)用前要經(jīng)過檢驗(yàn)，必要時(shí)需對(duì)其可調(diào)部件加以校正，使之滿足要求。經(jīng)緯儀的主要軸線有：照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸LL、儀器的豎軸VV、望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸CC、望遠(yuǎn)鏡的旋轉(zhuǎn)軸〔即橫軸〕HH。各軸線應(yīng)滿足的幾何條件是：〔1〕、照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸垂直于儀器的豎軸(LL⊥VV)；〔2〕、十字絲豎絲垂直于橫軸HH；〔3〕、望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸垂直于橫軸(CC⊥HH)；〔4〕、橫軸垂直于豎軸(HH⊥VV)。除以上條件外，經(jīng)緯儀需觀測(cè)豎直角，其豎盤目的差也應(yīng)檢驗(yàn)和校正。3.7.1、照準(zhǔn)部水準(zhǔn)管軸垂直于儀器豎軸檢驗(yàn)和校

正(LL⊥VV)〔1〕、檢驗(yàn)：將儀器大致整平后，轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部使水準(zhǔn)管平行于一對(duì)腳螺旋的連線，調(diào)理腳螺旋使水準(zhǔn)管氣泡居中。然后轉(zhuǎn)動(dòng)照準(zhǔn)部180度，此時(shí)如氣泡依然居中那么闡明條件滿足，假設(shè)偏離量超越一格，應(yīng)進(jìn)展校正?！?〕、校正：校正方法同水準(zhǔn)儀。先用腳螺旋使氣泡向居中位置挪動(dòng)偏離量的一半，然后調(diào)整水準(zhǔn)管校正螺絲，使氣泡居中。此過程需反復(fù)進(jìn)展直至儀器旋轉(zhuǎn)到任何位置水準(zhǔn)管氣泡皆居中時(shí)為止，最后應(yīng)擰緊校正螺絲。對(duì)于有圓水準(zhǔn)器的經(jīng)緯儀，可在水準(zhǔn)管氣泡校正終了后，嚴(yán)厲整平儀器，假設(shè)圓水準(zhǔn)器氣泡不居中，那么可調(diào)理圓水準(zhǔn)器的校正螺絲，使氣泡居中。3.7.2、十字絲豎絲垂直橫軸HH的檢驗(yàn)校正〔1〕、檢驗(yàn)：用十字絲交點(diǎn)準(zhǔn)確照準(zhǔn)遠(yuǎn)處一明晰目的點(diǎn)。旋緊程度制動(dòng)螺旋與豎直制動(dòng)螺旋，漸漸轉(zhuǎn)動(dòng)望遠(yuǎn)鏡豎直微動(dòng)螺旋，如目的點(diǎn)不分開豎絲，那么條件滿足，否那么需求校正?！?〕、校正：旋下目鏡分劃板護(hù)蓋，悄然旋松十字絲分劃板的四個(gè)固定螺絲，轉(zhuǎn)動(dòng)十字絲分劃板，然后再作檢驗(yàn)，待條件滿足后再擰緊各固定螺絲，并旋上護(hù)蓋。3.7.3、視準(zhǔn)軸垂直于橫軸的檢驗(yàn)和校正(CC⊥HH)〔1〕、檢驗(yàn)：檢驗(yàn)J6級(jí)經(jīng)緯儀，常用四分之一法。盤左(b)盤右四分之一法如下圖，在O點(diǎn)安頓經(jīng)緯儀，向兩側(cè)各量出約30米間隔，定出A、B兩點(diǎn)。A點(diǎn)設(shè)固定標(biāo)志，在B點(diǎn)處與儀器同高“程度〞放置一短尺。盤左，瞄準(zhǔn)A點(diǎn)，封鎖程度止動(dòng)，倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，在短尺上讀數(shù)B1；盤右，瞄準(zhǔn)A點(diǎn)，封鎖程度止動(dòng)，倒轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡，在短尺上讀數(shù)B2；假設(shè)B1與B2重合，那么條件滿足。如不重合，那么可得出：D為O點(diǎn)至小尺的程度間隔，假設(shè)c″≤60″滿足要求，否那么必需校正?！?〕、校正：在小尺上定出一點(diǎn)B3，使OB3便和橫軸垂直。用撥針撥動(dòng)十字絲校正螺絲的左、右兩個(gè)校正螺絲，一松一緊，左右挪動(dòng)十字絲分劃板，直至十字絲交點(diǎn)與B3重合。這項(xiàng)檢校也需反復(fù)進(jìn)展。3.7.4、橫軸垂直于豎軸的檢驗(yàn)與校正(HH⊥VV)〔1〕、檢驗(yàn)：在距一高處目的50米處安頓經(jīng)緯儀，以盤左位置瞄準(zhǔn)高處目的P點(diǎn)，要求仰角α>30°。然后將望遠(yuǎn)鏡放平，在程度放置固定位置的短尺上讀得a1；盤右瞄準(zhǔn)高處目的P，然后將望遠(yuǎn)鏡放平，在短尺上讀得a2(a1、a2應(yīng)在同一程度線上，且與橫軸平行)。那么：式中α為P點(diǎn)的豎直角，D為儀器至P點(diǎn)的程度間隔。對(duì)DJ6級(jí)經(jīng)緯儀，小于20秒滿足要求?！?〕、校正：此項(xiàng)校正應(yīng)翻開支架護(hù)蓋，調(diào)整偏心軸承環(huán)。如需校正，普通應(yīng)交專業(yè)維修人員處置。3.7.4、豎盤目的差的檢驗(yàn)與校正〔1〕、檢驗(yàn)：安頓儀器，用盤左、盤右兩個(gè)鏡位觀測(cè)同一目的點(diǎn)，分別使豎盤目的水準(zhǔn)管氣泡居中，讀取豎盤讀數(shù)L和R，按下式計(jì)算目的差x如x超出±1′的范圍，那么需校正?！?〕、校正：經(jīng)緯儀位置不動(dòng)〔此時(shí)為盤右，且照準(zhǔn)目的點(diǎn)〕。轉(zhuǎn)動(dòng)豎盤目的水準(zhǔn)管微動(dòng)螺旋，使豎盤讀數(shù)為R－x，這時(shí)目的水準(zhǔn)管氣泡必然不再居中，可用撥針撥動(dòng)豎盤目的水準(zhǔn)管校正螺絲，使氣泡居中。這項(xiàng)檢驗(yàn)校正也需反復(fù)進(jìn)展。3.8電子經(jīng)緯儀測(cè)角原理電子經(jīng)緯儀與光學(xué)經(jīng)緯儀的根本區(qū)別在于它用微機(jī)控制的電子測(cè)角系統(tǒng)替代光學(xué)讀數(shù)系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)是：〔1〕、運(yùn)用電子測(cè)角系統(tǒng)，能將丈量結(jié)果自動(dòng)顯示出來，實(shí)現(xiàn)了讀數(shù)的自動(dòng)化和數(shù)字化，大大減少了錯(cuò)誤讀數(shù)的概率?！?〕、采用積木式構(gòu)造，可和光電測(cè)距儀組合成全站型電子速測(cè)儀，配適宜當(dāng)?shù)慕涌?，可將電子手簿記錄的?shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，以進(jìn)展數(shù)據(jù)處置和繪圖。電子經(jīng)緯儀自1968年面世以來，以其方便、快捷，準(zhǔn)確等顯著優(yōu)勢(shì)占領(lǐng)市場(chǎng)，開展很快，有不同的設(shè)計(jì)原理和眾多的型號(hào)，最高精度已達(dá)方向測(cè)回中誤差小于0.5秒。電子經(jīng)緯儀的光電測(cè)角方法有三種：編碼法、增量法和動(dòng)態(tài)法?！?〕、編碼法測(cè)角系統(tǒng)編碼法測(cè)角采用的是編碼度盤，即將度盤設(shè)置成透光和不透光區(qū)，并劃分假設(shè)干圓環(huán)，每個(gè)圓環(huán)稱為一個(gè)碼道。度盤的整個(gè)圓周被分為16個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間的角值相應(yīng)為360°/16＝22.5°。在度盤的上方按徑向設(shè)置一排發(fā)光二極管作為光源，構(gòu)成光源陣列。對(duì)應(yīng)地，在下方設(shè)置一排光電二極管作為接納光源并轉(zhuǎn)換成電流輸出，構(gòu)成信號(hào)探測(cè)陣列。當(dāng)光電二極管接納到光源，輸出電流的信號(hào)為0，反之為1，那么望遠(yuǎn)鏡照準(zhǔn)方向落在度盤的不同區(qū)間，信號(hào)探測(cè)陣列將輸出不同的一組二進(jìn)制數(shù)字，每組二進(jìn)制數(shù)均表示度盤的一個(gè)位置。編碼度盤的分辨率取決于碼道數(shù)n，n越大，分辨率越高，但由于制造工藝的限制，n不能夠太大。因此，編碼度盤只用于角度粗測(cè)，精測(cè)必需采用電子微測(cè)技術(shù)。〔2〕、增量法測(cè)角系統(tǒng)增量法測(cè)角采用的是光柵度盤，即在度盤的刻度圈上用等間隔條紋替代分劃線。在度盤一側(cè)安放一個(gè)寬度與條紋間隔一樣的光電接納器，而在另一側(cè)用光源照明，那么，當(dāng)度盤按一定方向相對(duì)于光電接納器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，接納器上將產(chǎn)生呈周期性變化的光電流，將其轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)并由計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，可測(cè)出度盤轉(zhuǎn)動(dòng)的角值。這種利用脈沖數(shù)來測(cè)角的方法稱為增量法。增量法