土木工程测量经纬仪及其使用

3.1.2竖直角测量原理1、定义：在同一竖直面内，仪器中心至目标的倾斜视线与水平视线所加的锐角。角值范围：-90~

+90°视线向上倾斜，称仰角，α为正值；视线向下倾斜，称俯角，α为负值。2、原理：

α=目标视线读数—水平视线读数Z—天顶距α1α2第三节竖直角测量按精度分为DJ1、DJ2、DJ6、DJ15等。

D—大地测量仪器

J—经纬仪数字—测角精度（一测回方向观测中误差，单位为秒）按读数系统分为光学经纬仪、电子经纬仪。按性能分为方向经纬仪、复测经纬仪目前建筑测量中使用较多的是光学经纬仪，一般用DJ6，精度要求较高时用DJ2。3.2光学经纬仪的基本构造及使用一DJ6光学经纬仪的构造

DJ6光学经纬仪包括基座、度盘、照准部三大部分。垂直制动水平微动读数目镜水平度盘转换轮垂直微动光学对点器补偿器转换钮望远镜圆水准器（一）照准部主要由望远镜、支架、竖直轴、水平轴、竖直制动微动螺旋、水平制动微动螺旋、读数设备、水准器和光学对点器等组成。望远镜—

用于瞄准目标圆水准器—

用于粗略整平仪器管水准器—

用于精确整平仪器光学对点器—

用于使度盘中心和测点在同一铅垂线上读数装置—用于读数（二）基座由轴座、脚螺旋、底板、三角压板等组成。作用：用于连接和整平。（三）度盘包括水平度盘和竖直度盘，由光学玻璃制成。注记：0˚~360˚

分划：20＇、30＇、1˚三种注：①水平度盘顺时针注记，与竖轴不固定，不随望远镜转动；②水平度盘有复测钮或变换钮，用作改变观测方向的角度值；③竖直度盘顺时针注记或逆时针注记，与望远镜固定，随望远镜一起转动。（四）测钎、标杆和觇牌测钎、标杆和觇牌均为经纬仪瞄准目标时所使用的照准工具。

测钎：适用与距测站较近的目标。标杆：适用与距测站较远的目标。觇牌：固定在三脚架上使用，远近皆可适用；一般为红白或黑白相间且常与棱镜结合，用于电子经纬仪或全站仪。有时也可悬挂垂球用垂球线作为瞄准标志。读数装置及读数方法

读数装置由棱镜、透镜、读数显微镜组成；用于读取度盘读数。

二DJ6级光学经纬仪的读数方法

经纬仪的使用包括对中、整平、瞄准和读数四项基本操作。一对中、整平

1目的：①使测点中心与仪器竖轴中心在同一铅垂线上；②使水平度盘处于水平位置。2方法：有垂球对中和光学对点器对中两种，由于垂球对中精度较低，且使用不便，工程测量中一般采用光学对点器对中。

三经纬仪的使光学对点器对中及整平的步骤：①安置仪器：高度适中，使测点在视场内；②强制对中：调节脚螺旋，使光学对点器中心与测点重合；③粗略整平：调节三脚架，使圆水准气泡中；④精确整平：调节脚螺旋，使长水准气泡中；⑤精确对中：移动基座，精确对中（只能前后、左右移动，不能旋转）；⑥重复④、⑤两步，直到完全对中、整平。二调焦与瞄准

1目的：视准轴对准观测目标的中心。

2方法：①调节目镜调焦螺旋，使十字丝清晰；②利用粗瞄器，粗略瞄准目标，固定制动螺旋；③调节物镜调焦螺旋使目标成像清晰，注意消除视差；④调节制动、微动螺旋，精确瞄准。测水平角用双丝夹粗目标测竖直角用横丝切目标顶部三读数方法：

①打开反光镜，使读数窗光线均匀；②调焦使读数窗分划清晰（注意消除视差）；

③按不同的测微器直接读取水平、竖直度盘读数（度、分、秒，秒为估读且为6的倍数）。

水平角：215˚06＇48"竖直角：78˚52＇00"读数方法分测微尺和测微器两种方法。测微尺测微器水平读数：215˚06＇48"竖直读数：78˚52＇00"竖直读数：92˚17＇30"水平读数：转动测微轮重合读数在读数显微镜内，可以看到水平度盘和竖直度盘的分划以及相应的分微尺像，如图3-2所示。度盘最小分划值为1°，分微尺上把度盘为1°的弧长分为60格，所以分微尺上最小分划值为1′，每10′作一注记，可估读至0.1′。（一）分微尺测微器及其读数法

DJ6级光学经纬仪DJ6光学经纬仪的读数方法88水平度盘示数竖直度盘示数178°00′00″88°24′06″01234560123456竖直水平178177178°28′48″178°50′30″88°57′18″8989°08′06″（二）单平板玻璃测微器的读数方法如图所示读数窗内可以看到测微盘（上）、竖直度盘（中）和水平度盘（下）的分划像。度盘凡整度注记，每度分两格，最小分划值为30′；测微盘把度盘上30′弧长分为30大格，一大格为1′，每5′一注记，每一大格又分三小格，每小格20″，不足20″的部分可估读，一般可估读到四分之一格，即5″。

角度测量包括

水平角测量和竖直角测量。水平角测量用于确定点的平面位置。竖直角测量用于测定高差或将倾斜距离改化成水平距离。常用仪器

经纬仪OMN3.4水平角观测水平角观测方法有测回法和方向观测法两种MNO观测程序：盘左：顺时针M→N盘右：逆时针N→M一、操作步骤：①安置仪器于O点，对中整平；②正镜（盘左）瞄准M点，度盘归零；③顺时针转动仪器，瞄准N点读数；④倒镜（盘右），瞄准N点读数；⑤逆时针转动仪器，瞄准M点读数。3.4.1测回法（只有两个方向）二、记录与计算（见表)

①盘左（正镜）观测瞄M，记录m左=0°00′36″瞄N，记录n左=68°42′48″上半测回的角值：

β左=n左-m左=68°42′12″

②盘右（倒镜）观测瞄N，记录n右=248°42′30″瞄M，记录m右=180°00′24″下半测回角值：

β右=n右-m右=68°42′06″④一测回角值

③检核对于DJ6经纬仪，上下半测回角度之差应满足：，否则，应重测。当测角精度要求较高时，需观测多个测回：①第一测回度盘归零；②其他各测回间按180˚/n（n为测回数）的差值，变换度盘；③各测回角值之差不得超过40"；④取各测回平均值作为最后结果。测站˚＇"竖盘目标水平度盘读数半测回角值一测回角值各测回角值备注˚＇"˚＇"˚＇"第一测回

O第二测回

O左左右右MNMNMNMN00036684248

6842126842091800024

2484230684206684215901012158523027010183385242684218684224684221水平角观测手簿（测回法）3.4.2方向观测法（目标多于两个）

在测量中，有时在一个测站上往往需要观测两个或两个以上的角度，此时，可以采用方向法测量水平方向值。两个相邻方向的方向值的差即为该两个方向之间的水平角值。DCABO一、观测步骤：①安置仪器于测站点O，对中、整平；②经纬仪盘左位置，旋转水平度盘位置变换轮，使水平度盘读数置于0度附近，精确瞄准C，读出水平度盘读数为a1，顺时针依次照准目标D、A、B读数；③继续顺时针旋转，再次瞄准C，水平度盘读数为a2，读数a1与a2差称为“半测回归零差”。④倒转望远镜（盘右），逆时针方向转动，瞄准零方向C，依次照准目标C、B、A、D、C（归零），读数；

④归零后方向值的计算：各方向平均读数分别减起始方向平均读数。二、记录与计算(观测记录见表)①归零差的计算:分别计算盘左、盘右两次瞄准起始方向读数之差Δ；（若Δ超限，应及时重测）②计算2c值（两倍视准误差）：2c=盘左读数-（盘右读数±180˚）若2c超限，应及时重测。

③各方向平均读数的计算：

⑤各测回归零后平均方向值的计算：

各测回归零后方向值的平均值。⑥

水平角的计算：相邻方向值之差，即为相邻方向所夹的水平角。同一方向各测回互差"经纬仪型号半测回归零差"一测回内2c互差"DJ2DJ6818139方向观测法限差的要求角值123456789˚＇"全圆方向观测法观测手簿测站觇点水平度盘读数盘左盘右2c平均读数一测回归零方向值各测回平均方向值˚＇"˚＇"˚＇"˚＇"˚＇""OO第1测回第2测回CDBACΔΔCABDC0005479274814231182884630

0004218000242592730322310010846061800018-12-6+30+18+18+24+24+18+18+30+12+24

000397927391423109288461800030（00034）

0000079270514230352884544

0000079265914230292884547

90010616927542323130184648900100

2700048349273642310019846362700036

90005716927452323115184642900048

0000079265314230232884550

（900052）792659

6303301461518

711413-6-12一竖直角测量原理1、定义：在同一竖直面内，仪器中心至目标的倾斜视线与水平视线所加的锐角。角值范围：-90~

+90°视线向上倾斜，称仰角，α为正值；视线向下倾斜，称俯角，α为负值。2、原理：

α=目标视线读数—水平视线读数Z—天顶距α1α23.5竖直角观测二竖直度盘构造竖直度盘固定在望远镜的旋转轴（横轴）上。主要由竖直度盘、竖盘指标、（竖盘指标水准管、竖盘指标水准管微动螺旋），目前很多仪器用自动补偿器代替了水准管。

根据度盘的刻划顺序不同，分为顺时针注记和逆时针注记两种。顺时针注记逆时针注记１、竖直角计算公式顺时针注记竖盘刻划：目镜0°，物镜180°

盘左:

αL=90°－L（上半测回）盘右:

αR=R－270°（下半测回）一测回竖直角：

α=（αL+αR）/2=（R－L－180°）/2三竖直角观测与计算

逆时针注记竖盘刻划：目镜180°，物镜0°

盘左:

αL=L－90°

（上半测回）盘右:

αR=270°－R（下半测回）一测回竖直角：

α

=（αL+αR）/2=（L－R+180°）/2

（L、R分别为盘左、盘右竖盘读数）竖直角计算的通用公式：（1）当望远镜视线往上仰，竖盘读数增加时：

α=瞄准目标时的读数－视线水平时的常数

（２）当望远镜视线往下仰，竖盘读数减小时：

α=视线水平时的常数－瞄准目标时的读数

对不同注记形式的度盘

，首先应正确判读视线水平时的常数，且同一仪器盘左、盘右的常数差为180˚。2观测、记录与计算竖直角观测

①安置仪器，对中、整平；

②盘左瞄准目标某一位置，读取竖盘读数L；③盘右瞄准原目标位置，读取竖盘读数R。（以上盘左、盘右观测构成一个测回）记录与计算(见表3.3)①分别计算盘左、盘右半测回竖直角，②计算盘左盘右的平均值作为一测回竖直角。测站目标竖盘位置竖盘读数半测回竖直角指标差

"一测回竖直角

˚＇"备注OPP＇左右左右˚＇"˚＇"

7112362884700

961842

2634100-12-9+184712-61851+184724+184700-61842-61900竖直角观测手簿

αL=90°－LαR=R－270°

x=（

αR－αL

）/2α=（αL+αR）/2四竖盘读数指标差当竖直水准管的气泡居中，望远镜的视线水平时，竖直角为0，其读数指标处于正确位置，即正好指向90°或270°，但是，竖盘水准管与竖盘读数指标的关系不正确，使视线水平时的读数与应有读数有一个小的角度差x，称为竖盘指标差。四竖盘读数指标差XX如图：盘左位置，望远镜上仰，读数减小，竖盘读数为L。则正确的竖直角为：α＝90°－L＋x＝αL＋x（1）

指标差计算如图：盘右位置，望远镜上仰，读数增大，竖盘读数为R。则正确的竖直角为：α＝R－270°－x=αR－x（2）（1）、（2）两式联立得：通过盘左、盘右竖直角取平均值，可以消除指标差；对于DJ6经纬仪，同一测站上不同目标的指标差互差或同方向各测回指标差互差，不应超过25"。一经纬仪应满足的几何条件

主要轴线：竖轴VV1水准管轴LL1横轴HH1视准轴CC1几何关系：

LL1VV1

CC1HH1

HH1VV1望远镜十字丝竖丝垂直于横轴3.6经纬仪的检验与校正二检验与校正（一）水准管轴垂直于竖轴的检验与校正

1、检验①仪器粗平：圆水准器气泡居中。②水准管平行某两个脚螺旋，使水准管气泡居中。③照准部旋转180°，若气泡仍居中，则满足要求，若气泡偏离，则需校正。

2、校正①用脚螺旋调一半；②用水准管校正螺旋调一半。此项检校需反复进行，直至仪器旋转到任意方向气泡都居中。校正螺丝（二）十字丝竖丝的检验校正

1、检验①仪器整平②竖丝瞄准大致水平方向的P点，竖直方向移动望远镜，看P点是否在竖丝上移动

2、校正①用十字丝的交点瞄准P点。②用十字丝的校正螺旋调整。（三）视准轴垂直于横轴（2c）的检验与校正

1、检验①平地选DAB=20m左右,安置仪器于中点O；

A点设瞄准标志，B点横一毫米刻划标尺（注意标志、标尺与仪器同高）。②盘左：瞄A，倒镜，读数为B1③盘右：瞄A，倒镜，读数为B2④若B1=B2，则满足要求若B1≠B2，则存在c角，当c超过1＇时，需校正。2、校正

①在标尺上定出B1、B2两点连线的中点B；

②定出B、B2两点连线的中点B3

；③调节十字丝校正螺丝，使十字丝交点对准B3

；（四）横轴垂直于竖轴的检验与校正1、检验①距墙壁D=30m安置仪器，墙壁上选一明显目标P，αΡ≥30°；②盘左：瞄P，望远镜水平，读数P1，标出P1；③盘右：瞄P，望远镜水平，读数P2，标出P2；④若P1=P2,则满足要求，若P1≠P2,则存在i角，需校正。2、校正①墙上定出P1、P2的中点PM

；②调节水平微动，瞄准PM，将望远镜上仰（十字丝交点必偏离P点，至P＇点；③校正横轴一端支架上的偏心环，使横轴一端升高或降低，移动十字丝，精确瞄准P；④反复检校，直至i角小于1＇；（五）竖盘指标差的检验与矫正1、检验①仪器整平，用盘左、盘右分别瞄准大致水平方向的P点，读数为L，R。②计算竖直角和指标差

α=（R－L－180°）/2

X=(L＋R－360°)/2 DJ6:若X≤60″，满足要求， 若X>60″，需要校正。2、校正①盘右瞄准P点；

②调节指标水准管微动螺旋，使竖盘读数为：R＝α＋x＋270°

③调节指标水准管校正螺丝，使气泡居中。（六）光学对点器的检验与校正

1、检验①安置仪器精确整平，在仪器正下方放一白色纸板；②将对点器中心投影到纸板上，并做标志P1

；③旋转照准部180˚，将对点器中心投影到纸板上，并做标志P2；若P1

、P2重合，满足要求，否则需校正。

2、校正①取P1

、

P2的中点P；②调节对点器校正螺丝，使对点器中心投影与P重合。P1P2P一仪器误差

主要包括仪器检校后的残余误差和仪器制造、加工不完善所引起的误差。

1、视准轴误差（2c值，盘左、盘右取平均可消除）

2、横轴倾斜误差（i角，盘左、盘右取平均可消除）

3、度盘偏心差（照准部旋转中心与水平