任务3.3　水平角观测

3.3.1　经纬仪的基本使用方法

进行角度测量时，应将经纬仪安置在测站点（角顶点）上，使水平度盘居于水平位置，然后进行观测。经纬仪的技术操作有对中、整平、照准、读数等步骤。

1.对中

对中的目的是使水平度盘的中心与测站点（标志中心）位于同一铅垂线上。对中可用垂球对中或光学对中器对中，垂球对中精度一般在3mm之内，光学对中器对中可达到1mm。

（1）用垂球对中。打开三脚架，调整到合适高度（平胸），将架头大致水平地安放在测站点上，架腿与地面约成75°角。在脚架连接螺旋的下方悬挂垂球，如果垂球尖离中心太远，可固定一脚移动另外两脚，或将三脚架整体平移，使垂球尖大致对准测站点中心，踏紧脚架。然后装上经纬仪，旋上连接螺旋（不要旋紧），双手扶基座，在架头上平移仪器，使垂球尖精确对准测站点，最后将连接螺旋拧紧。若在架头上移动仪器无法精确对中时，则需要重新调整三脚架的脚位，此时应注意先旋紧中心螺旋，以防仪器摔下。

（2）用光学对中器对中。由于垂球容易摆动，有风时操作更加困难，故一般采用光学对中器安置经纬仪。利用光学对中器时，先平移脚架，使仪器大致对中，调节光学对中器目镜，使地面点影像清晰；此时，可根据地面情况，固定一脚，移动脚架另外两脚，使地面点影像进入对中器圆圈中心，若还有微小偏差，可稍松中心连接螺旋，在架头上移动仪器，使其精确对中，再将脚架的三条架腿踩紧。

2.整平

整平的目的是使仪器竖轴铅垂和水平度盘处于水平位置。在操作时，分为粗略整平和精确整平两步。

（1）粗略整平。经纬仪的粗略整平主要靠调节脚架达到目的，特别是使用光学对中器的仪器，尤其需要注意不能随便转动脚螺旋。操作时，根据圆水准器气泡位置判断脚架各个方向的高低情况，一般保留偏高的架腿不动，将两条偏低的架腿升高，使圆水准气泡居中，在调节过程中，需注意不可使脚架的位置发生移动。

（2）精确整平。圆水准器气泡居中之后，需进一步调节仪器。操作时，松开水平制动螺旋，转动照准部使照准部水准管与任意两个脚螺旋连线平行。双手相向转动这两个脚螺旋使气泡居中［图3.14（a），注意气泡移动方向与左手大拇指移动方向一致］；再将照准部旋转90°，调整第三个脚螺旋使气泡居中，如图3.12（b）所示。如此反复操作，直到仪器转至任意位置水准管气泡均居中或气泡偏移不超过1格为止。

需要注意的是，整平与对中是相互影响的，操作时应交替、反复进行，完成整平后，应再次观察对中器是否还在点位中心，如不在中心，稍微松开连接螺旋，在架头上轻轻移动仪器，使对中器精确对准点位，再拧紧连接螺旋，重复整平步骤，直至仪器既对中又整平为止。

3.照准

照准的目的是使望远镜十字丝交点和目标的影像重合。照准时，先松开水平和竖直制动螺旋，调节目镜，使十字丝清晰；再通过望远镜上的准星或光学瞄准器粗略对准目标，然后拧紧水平和竖直制动螺旋；进行物镜调焦，使望远镜内能最清晰地看清目标，并消除视差。最后转动水平和竖直微动螺旋，使十字丝分划板的竖丝精确地照准（竖丝平分或夹准）目标，测量水平角时，应尽量对准目标底部，如图3.13所示。

4.读数

读数的目的是读出照准方向的度盘数字。读数时，先将进光反光镜张开适当角度，转动它使镜面朝向光源，使读数窗明亮而亮度均匀；旋转显微镜调焦螺旋，使分划和注记清晰，然后读数，具体读数方法前面已讲过，这里不再重复。

为了减小误差和方便测设，有时需要将水平度盘的读数调整到0°00′00″或某个指定读数（如167°35′36″），这一操作称为置数，其中调整为零时，又称为置零。由于仪器的不同，置数方法也有所不同。

装有度盘离合器的经纬仪称为复测经纬仪，一般采用“先配盘后瞄准”的方法置数。即先转动测微轮，使测微尺读数为0°00′00″（或置为指定读数中小于度盘分划值的微小角值，如5′36″）；然后将复测扳手扳上，转动照准部，用水平微动螺旋将度盘0°或指定读数的度数和整30′数（如167°30′）分划线准确夹在双指标线中央，再将复测扳手扳下；接着转动照准部准确照准目标后，再将复测扳手扳上。此时，照准目标方向的水平度盘读数为0°00′00″（167°35′36″）。

装有拨盘手轮的经纬仪称为方向经纬仪，一般采用“先瞄准后配盘”的方法置数。即先转动照准部准确照准目标，制动仪器；再打开拨盘手轮护盖，转动拨盘手轮使水平度盘读数为0°00′00″（或欲配置数，如167°35′36″），然后盖上拨盘手轮护盖。

3.3.2　水平角测量方法

普通测量中常用的水平角测量方法有测回法和方向观测法。测回法常用于测量两个方向之间的单角，是测角的基本方法。方向观测法用于在一个测站上观测两个以上方向的多角。下面介绍两种方法的操作步骤和记录计算方法。

1.测回法

如图3.14所示，设O为测站，A、B为观测目标，∠AOB为观测的水平角，其观测步骤如下：

（1）安置仪器。在顶点O上安置经纬仪，对中、整平；并在A、B两目标点设置标志（竖立测钎或花竿）。

（2）盘左观测。将经纬仪竖盘放置在望远镜左侧（称为盘左或正镜），转动照准部，先精确照准A点，制动仪器；并调节目镜和望远镜调焦螺旋，使十字丝和目标成像清晰，消除视差；读取水平度盘读数A左（0°03′18″），称为方向读数，记入手簿相应位置（表3.1）；接着松开制动动螺，顺时针旋转照准部，精确照准B点，读取水平度盘读数B左（97°19′36″），记入手簿相应位置。以上称为盘左上半测回，由此计算得到上半测回的角值为

β左＝B左－A左＝97°16′18″

（3）盘右观测。松开制动螺旋，纵转望远镜，使竖盘位于望远镜右侧（称为盘右或倒镜），先照准B点，读取水平度盘读数B右（277°19′36″）；再逆时针旋转照准部照准A点，读取水平度盘读数A右（180°03′24″），记入手簿。以上称为盘右下半测回，其角值为

β右＝B右－A右＝97°16′12″

（4）取平均值。上、下半测回合称为一测回，从理论上讲，两次测得的角值应该相等，但由于各种误差的影响，使其相差一个Δβ（Δβ＝β左－β右），称为较差，当Δβ在容许范围内时（规范规定DJ6级经纬仪限差为±36″，表3.1中为6″，在容许范围内），观测结果合格，取盘左、盘右观测的两个半测回值的平均值作为一测回角值β，即

当Δβ超过容许范围，说明观测有误，应检查数据，重新观测。当要提高测角精度时，往往对一个角度观测若干个测回。为了减小度盘分划不均匀误差的影响，在各测回之间，应按测回数n，将水平度盘位置依次变换（m为第几测回）。例如，某角要求观测三个测回，第一测回起始方向（左目标）的水平度盘位置应配置在略大于0°处；第二、三测回起始方向的水平度盘位置应分别配置在略大于60°、120°处。在本例中，共观测两测回，故第二测回起始方向的水平度盘读数为97°02′06″。各测回之间的角值之差称为测回差，应不超过24″。

另外，由于水平度盘是顺时针刻划和注记的，所以在计算水平角时，总是用右目标的读数减去左目标的读数，如果不够减，则应在右目标的读数上加上360°，再减去左目标的读数，决不可以倒过来减。例如，在表3.1中，盘右对准右目标（B点）读数小于对准左目标（A点）的读数，故该半测回角值应为7°18′24″＋360°－270°02′12″＝97°16′09″。

2.方向观测法

当测量3个及以上方向汇交于测站点所构成的几个角度时，使用方向观测法更为方便，由于使用这种方法测量时，照准部要旋转360°，所以方向观测法又称为全圆方向观测法。如图3.15所示，观测步骤如下：

（1）在O点安置好仪器，盘左照准起始方向A点，设置水平度盘读数，稍大于0°，读数并记入表3.2中。

（2）以顺时针方向依次照准B、C、D各点，分别读取各读数，记入表3.2中。

（3）继续顺时针方向旋转照准部，照准A方向读数，称为归零，记入表3.2中。两次瞄准起始方向A的读数差称为归零差。

（4）纵转望远镜，盘右照准起始方向A点，读取水平度盘读数，记入表3.2中。

（5）以逆时针方向依次照准D、C、B，分别读取水平度盘读数记入表3.2中。

（6）继续逆时针方向旋转照准部，照准A方向读数，称为归零，记入表3.2中。

以上分别为上、下半测回，构成一个测回。

方向法观测法记录手簿的计算如下：

（1）半测回归零差计算。计算表3.2中第（3）栏和第（4）栏中起始方向A的两次读数之差，即半测回归零差，看其是否符合规范要求。

（2）两倍照准误差2c。同一方向上盘左盘右读数之差，2c＝盘左读数－（盘右读数±180°）。规范只规定了2c值的变化范围的限值，对于DJ6未作具体规定。

（3）计算各方向平均读数。平均读数［盘左读数＋（盘右读数±180°）］。将计算结果填入表3.2第（6）栏。

（4）计算各方向归零后的方向值。将各方向的平均读数减去起始方向的平均读数（括号中的数）后得各方向归零后方向值，填入表3.2第（7）栏。

（5）计算各测回归零后方向值的平均值。各测回归零后同一方向值之差符合规范要求后取其平均值作为该方向最后结果，填入表3.2第（8）栏。

按照《城市测量规范》（CJJ/T　8－2011）规定，方向观测法的限差应符合表3.3的规定。